Tradycyjne kineskopy,

dziêki wprowadzanym

udoskonaleniom, nadal

”trzymaj¹ siê mocno”

mimo sta³ego postêpu

w dziedzinie ekranów

LCD i plazmowych.

Wspó³czesne kineskopy

Wieloletnie marzenia in¿ynierów-konstruk-

torów, dotycz¹ce ekranu telewizyjnego za-

wieszonego na œcianie jak obraz, zosta³y ju¿

w pe³ni zrealizowane, jednak sprzêt w tej

wersji nale¿y zdecydowanie do tzw. katego-

rii high-end. Optymalizacja projekcji obrazów

na ekranie tradycyjnego kineskopu przy-

nosi coraz to nowe i czasem zaskakuj¹ce

efekty, wynikaj¹ce b¹dŸ z udoskonalenia

samego kineskopu (np. FD Trinitron Sony,

Quintrix F Panasonic, Real Flat Tube _ Cy-

bertube Philips itd.), b¹dŸ te¿ unowoczeœnie-

nia procesu syntezy (jak np. ostatnia no-

woϾ Philipsa _ system Piksel Plus).

Technologia produkcji kineskopów, maj¹ca

przesz³o 100 lat, w ostatnim okresie zmie-

rza³a g³ównie do zmniejszania wypuk³oœci

œwiec¹cej powierzchni ekranu, gdy¿ jego

krzywizna jest zawsze powodem specy-

ficznych zniekszta³ceñ obrazu oraz nie-

przyjemnych odbiæ œwiat³a. Osi¹gniête

efekty w postaci naprawdê p³askiego ekra-

nu, oferowanego przez wiêkszoœæ znacz¹-

cych producentów kineskopów, wymaga³y

zapewnienia przede wszystkim odpowie-

dniej wytrzyma³oœci materia³owej szk³a ze

wzglêdu na olbrzymie si³y dzia³aj¹ce na

lampê, wewn¹trz której utrzymywana jest

wysoka pró¿nia. Innym równie wa¿nym

problemem, który opanowano w zakresie

technologii wytwarzania kineskopów kolo-

rowych by³a optymalizacja rozwi¹zania

optyki elektronowej, tj. odpowiednie roz-

wi¹zanie konstrukcji wyrzutni elektrono-

wej, zespo³ów odchylania a tak¿e innych

elementów decyduj¹cych o rozdzielczoœci

i czystoœci kolorymetrycznej odtwarzanych

obrazów.

Szereg wyrafinowanych modyfikacji same-

go kineskopu i uk³adów odchylania po-

zwoli³o nie tylko na skrócenie d³ugoœci lam-

py, ale równie¿ na zminimalizowanie specy-

ficznych zniekszta³ceñ na krañcach i na-

ro¿nikach obrazu, wynikaj¹cych z rozpra-

szania elektronów wi¹zki wybieraj¹cej, co

26

KINESKOPY KOLOROWE

(1)

jest jak wiadomo tym trudniejsze, im bardziej

p³aski jest ekran kineskopu.

Wiod¹cy producenci kineskopów koloro-

wych, tj. Sony, Philips, Toshiba, Thomson,

Hitachi, Samsung, LG i inni, w ostatnim

okresie stosowali ró¿ne sposoby zmierzaj¹-

ce do poprawy kontrastu z jednoczesnym

obni¿eniem jaskrawoœci obrazu. Jest to np.

zaciemnienie szk³a ekranu (Black-Trinitron,

C-3 _ filtr z niebiesk¹ poœwiat¹), system

black-matrix (na³o¿enie na szk³o ekranu pa-

sków luminoforu na przemian z paskami

czarnego poliwinylu oraz cieniowanie grafi-

tem pasków luminoforu). Zastosowano te¿

bardzo tward¹ maskê inwarow¹ (stop ni-

klu i ¿elaza) odporn¹ na odkszta³cenia przy

zwiêkszonej emisji. Te sposoby, w po³¹cze-

niu z precyzyjnym rozdzieleniem sygna³ów

luminancji i chrominancji za pomoc¹ cyfro-

wych filtrów grzebieniowych, zapewni³y wy-

sok¹ rozdzielczoœæ obrazu. Najbli¿sza przy-

sz³oœæ lampy kineskopowej nie wydaje siê

byæ zagro¿ona, zw³aszcza dla ekranów

o przek¹tnej od 31 do 92 cm, bowiem jej

proste sterowanie, bardzo wysoka luminan-

cja (przekraczaj¹ca 200 cd/m

2

) oraz du¿a

rozdzielczoœæ przy jednoczeœnie niskiej ce-

nie (od 60 do 600 USD) s¹ wa¿nym gwaran-

tem sta³ego rozwoju. Roczna wielkoœæ

produkcji kineskopów ma osi¹gn¹æ w bie-

¿¹cym roku 300 mln

sztuk, co w stosunku do

220 mln sztuk produko-

wanych w 1996 roku

oznacza przesz³o 25%

wzrost w ci¹gu 6 lat.

Podstawy fizyczne

Synteza obrazu kolorowe-

go dokonywana na ekra-

nie kineskopu sta³a siê

mo¿liwa dziêki œcis³emu

powi¹zaniu w³aœciwoœci

ludzkiego wzroku (tj. trój-

kolorowoϾ widzenia,

ograniczona rozró¿nial-

noœæ szczegó³ów koloro-

wych oraz bezw³adnoœæ)

i odpowiednich zjawisk fi-

zycznych (termoemisja

elektronów, elektrolumine-

scencja luminoforów bom-

bardowanych wi¹zk¹ elek-

tronow¹ oraz formowa-

nie i sterowanie wi¹zkami

elektronowymi za pomo-

c¹ pola elektrycznego i magnetycznego). Na

ekranie kineskopu obraz zostaje utworzony

z ok. 500 tysiêcy plamek œwietlnych o ró¿-

nej luminancji barw podstawowych RGB

u³o¿onych w kilkaset (zale¿nie od standar-

du transmisji)

linii i rozœwietlanych kolejno, jedna po dru-

giej, w czasie 0,02 s z repetycj¹ 50 cykli na

sekundê. W wyniku niedoskona³oœci wzro-

ku (wyra¿aj¹cej siê bezw³adnoœci¹ oko³o

0,1 s i zdolnoœci¹ rozdzielcz¹ do 1 minuty

k¹towej) oko nie jest w stanie dostrzec punk-

towej i liniowej struktury obrazu. Dlatego

œwiec¹ca plamka o œrednicy 0,6 mm z od-

leg³oœci wiêkszej ni¿ 2,1 m staje siê nieroz-

ró¿nialna. Odtwarzanie ci¹g³oœci ruchu

(podobnie jak w kinematografii) uzyskuje

siê w wyniku obserwacji jego statycznych faz

przejœciowych z czêstotliwoœci¹ wiêksz¹ od

10 obrazów na sekundê.

Wiernoœæ odtwarzania kolorów zale¿y nie tyl-

ko od doboru luminoforów pokrywaj¹cych

ekran, lecz równie¿ od pe³nego wykorzysta-

nia potencjalnych mo¿liwoœci kineskopu.

Zakres kolorów odtwarzanych przez ekran

jest ograniczony przez przyjêty do eksplo-

atacji system telewizji kolorowej, oparty na

wspó³rzêdnych trójk¹ta RGB. Rozrzut cha-

rakterystyk trzech dzia³ elektronowych oraz

ró¿nice sprawnoœci luminoforów skompli-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003

r

SIÊGAMY

DO PODSTAW

Rys. 1.

Podstawowa

struktura

i przekrój

kineskopu

trinitron

Szyjka

Dzia³o elektronowe

Katody
R/G/B

Ekran

Spaw

sto¿ka ekranu
Siatka szcze-

linowa (27 kV)

Warstwa

œwiec¹ca

ekranu

Wi¹zki elektronowe

Wewnêtrzna pow³oka

grafitowa (WN)

Powierzchnia czo³owa

(cylinder)

R G B

Paski luminoforowe

(powiêkszenie)

Pojedyncze

elektrony

Soczewka

g³ówna

PojemnoϾ

w³asna lampy

Cewka odchylaj¹ca

P³ytki

zbie¿noœci

(26 kV)

S4 ostroϾ

(500-

5000 V)

S5 (27 kV)

S3 (27 kV)

S2 (300-900 V)

S1 ( 0 V)

Cewka

odchylaj¹ca

Sto¿ek

Pow³oka grafitowa

(aquadag)

P³ytki zbie¿noœci

(odchylanie)

Siatka szczelinowa

kowa³y uzyskanie równowagi bieli dla dowol-

nego poziomu luminancji. Dla wyrównania

powstaj¹cych ró¿nic nale¿y dobieraæ indy-

widualnie dla ka¿dego koloru (w ka¿dym

torze oddzielnie) napiêcia zasilaj¹ce i steru-

j¹ce. Konieczne jest równie¿ utrzymywa-

nie sta³ego poziomu czerni, zapewniane-

go przez specjalne uk³ady prze³¹czaj¹ce

lub przeciwsobne, które tak¿e s¹ umie-

szczane na p³ytce kineskopu.

Ze wzglêdu na ma³¹ skutecznoœæ emisji,

w kineskopie maskowym œredni pr¹d wi¹z-

ki osi¹ga 1,5 mA, a jego wartoœæ chwilowa

nie przekracza 8 mA. Dlatego stosuje siê

napiêcia steruj¹ce o du¿ych wartoœciach _

zale¿nie od zastosowanej metody stero-

wania, tj.:

q

sterowanie obwodów siatek pierwszych,

q

sterowanie obwodów katod,

q

sterowanie obwodów siatek i katod.

Porównuj¹c te metody mo¿na stwierdziæ, ¿e

najmniejsze b³êdy w odtwarzaniu sygna-

³ów zapewnia sterowanie siatek, które jest

ponad 1,2-krotnie lepsze ni¿ sterowanie ka-

tod. Sterowanie w obwodach katod nato-

miast ma wiêksz¹ o 20% czu³oœæ sterowa-

nia ni¿ siatkowe, a zatem sygna³y steruj¹ce

s¹ mniejsze. Mog³oby siê wydawaæ, ¿e naj-

lepszym sterowaniem jest sterowanie siatek

i katod, jednak brak liniowej zale¿noœci przy

podwójnym sterowaniu powoduje powsta-

wanie b³êdów w odtwarzaniu zarówno kolo-

rów, jak i luminancji obrazów. Sterowanie

siatkowo-katodowe by³o u¿ywane w kine-

skopach pierwszych odbiorników telewizji

kolorowej, jednak obecnie, w kineskopach

systemu in line, sterowanie jest wy³¹cznie

katodowe. Zastosowanie nowoczesnych

technologii w produkcji kineskopów umo¿-

liwi³o przy tym uproszczenie kompensacji

rozrzutu sprawnoœci luminoforów przez od-

ciêcie w obwodach katodowych (oddziel-

27

nie dla ka¿dego toru), poziomu czerni w sy-

gnale wizyjnym. W wyrzutni elektronowej

tego typu kineskopu siatki pierwsze s¹ po-

³¹czone razem i znajduj¹ siê na tym sa-

mym potencjale. Przy wyznaczaniu (regula-

cji) punktu pracy kineskopu nale¿y mieæ na

uwadze, aby potencja³ siatki pierwszej dla

maksymalnej jaskrawoœci by³ mniejszy od

potencja³u katody, bowiem niespe³nienie

tego warunku spowoduje rozogniskowanie

plamki. Nale¿y przy tym tak¿e pamiêtaæ,

¿e napiêcie odciêcia zale¿y od ró¿nicy po-

tencja³ów siatki drugiej i katody.

Budowa i zasada dzia³ania na

przyk³adzie kineskopu typu

trinitron

Na rys. 1 przedstawiono strukturê i przekrój

panoramicznego kineskopu typu trinitron,

montowanego w telewizorach Sony typu

WEGA.

Budowa tego kineskopu nie odbiega od kla-

sycznego modelu, sk³adaj¹cego siê z ekra-

nu, sto¿ka i szyjki, tworz¹cych razem tzw.

balon szklany, na który jest na³o¿ony zespó³

odchylaj¹cy.

Trzy wi¹zki elektronowe, po opuszczeniu

wyrzutni, przechodz¹ przez pionow¹ szcze-

linê maski (od góry do do³u ekranu) umie-

szczonej w odleg³oœci ok. 10 mm od ekra-

nu i padaj¹ na odpowiadaj¹cy im pasek lu-

minoforu naniesiony na ekran. Wi¹zki,

podobnie jak trzy katody, s¹ umieszczone

w jednej linii, przy czym katody R i B s¹

nachylone pod takim k¹tem, aby strumienie

elektronów przecina³y siê w p³aszczyŸnie

siatki S4. W³ókna ¿arzenia katod s¹ po³¹czo-

ne równolegle. Wzmacniacze koñcowe, ste-

ruj¹ce katodami, s¹ umieszczone na p³ytce

drukowanej, zamocowanej bezpoœrednio

na cokole kineskopu. Modulacjê gêstoœci

wi¹zek uzyskuje siê za pomoc¹ napiêcia

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003

doprowadzanego do katod. Napiêcie steru-

j¹ce katody jest zmienne i dodawane do

sta³ego napiêcia zawartego w przedziale

100

÷

180 V, przy czym poziom 100 V odpo-

wiada poziomowi bieli (pr¹d maksymalny),

poziom zaœ 180 V odpowiada czerni (pr¹d

minimalny), co oznacza, ¿e katody s¹ ste-

rowane sygna³em negatywowym. Poziom

napiêcia sta³ego wp³ywa na jaskrawoœæ

obrazu (dla ni¿szego napiêcia jest ona wiêk-

sza), a poziom sygna³u zmiennego wyzna-

cza kontrast obrazu (przy ma³ej amplitu-

dzie jest on niewielki), który jest maksymal-

ny dla amplitudy sygna³u ok. 80 Vpp.

Wyrzutnia typu trinitron (rys. 2) jest pojedyn-

czym, trójpromieniowym dzia³em elektro-

nowym z du¿¹ soczewk¹ ogniskuj¹c¹, której

œrednica jest ponad dwukrotnie wiêksza ni¿

soczewek w innych systemach. Soczewka

ta jest wykorzystana tylko w czêœci central-

nej i tam zjawisko aberracji jest minimalne.

Lepsze ni¿ w innych kineskopach ognisko-

wanie daje mniejsz¹ œrednicê plamki, a wiêc

lepsz¹ rozdzielczoœæ.

Wspólne elektrody S1 i S2 wstêpnie ogni-

skuj¹ emitowane elektrony, przy czym siat-

ka S1 ma zwykle potencjal masy. Napiêcie

siatki S2 jest regulowane w zakresie

300

÷

900 V i powinno byæ ustalone tak, aby

linie powrotne wi¹zek by³y niewidoczne.

Elektroda S3 (anoda pierwsza) oraz S4

(anoda druga) powoduj¹ w³aœciwe ognisko-

wanie, bowiem w ich centrum wi¹zki zbiega-

j¹ siê i ogniskuj¹. Elektrody S3 i S5 maj¹ po-

tencja³ anody (ok. 27 kV zale¿nie od prze-

k¹tnej ekranu), a efekt ogniskowania osi¹-

ga siê dziêki du¿ej ró¿nicy potencja³ów miê-

dzy S3/S4 oraz S4/S5. Napiêcie elektrody

ogniskuj¹cej S4 powinno byæ regulowane

w celu optymalizacji œrednicy plamki i jego

zakres zawiera siê w przedziale 1

÷

5 kV.

Dla kineskopów o przek¹tnej ekranu po-

wy¿ej 21” napiêcie ogniskuj¹ce doprowa-

dzane jest z potencjometru umieszczonego

na transformatorze linii, a dla ma³ych ekra-

nów _ z potencjometru znajduj¹cego siê

na p³ytce kineskopu ze wzmacniaczami

koñcowymi RGB. Poniewa¿ odleg³oœæ miê-

dzy wyrzutni¹ a ekranem jest zmienna pod-

czas odchylania wi¹zki, optymalne napiêcie

ogniskuj¹ce jest ró¿ne dla ca³ej powierzch-

ni ekranu i jego regulacja wymaga kompro-

misu miêdzy ostroœci¹ obrazu w centrum

i w naro¿nikach ekranu. W modelach

o podwy¿szonym standardzie stosuje siê

zmienne napiêcie ogniskuj¹ce, tzw. dynamic

focus, umo¿liwiaj¹ce uzyskanie optymalnej

ostroœci obrazu niezale¿nie od punktu ekra-

nu, ale dzia³aj¹ce zwykle tylko w kierunku

poziomym.

n

Jerzy Orzechowski

Rys. 2.

Przekrój

poziomy

wyrzutni typu

trinitron i jej

optyczny

odpowiednik

HV (wysokie napiêcie)

Maska cieniowa

Maska cieniowa

CV(p³ytki zbie¿noœci

odchylanie)

Pryzmat

Soczewka

ostroœci

Siatka

ogniskowa

wstêpna

Wi¹zki elektronowe RGB

Ekran

luminescencyjny