Come funziona il monitor CRT

I modelli a tubo catodico, nonostante l’avanzata degli LCD, mantengono un costo inferiore e una maggiore fedeltà cromatica

luglio 2004 Verso la fine degli anni ’90, nonostante i progressi
dei display LCD, le tecnologie dei tubi a raggi catodici (CRT, Cathode Ray Tube)
dimostravano ancora grande vitalità.

Comparvero eccellenti monitor da 19 pollici con dimensioni dei pixel ancora
più piccole e attributi di nitidezza, convergenza e fedeltà geometrica
mai raggiunti prima.

Negli anni successivi fu ridotta la profondità dei CRT ed ebbero ampia
diffusione gli schermi piatti. Ma la crisi del mercato desktop e la diffusione
degli LCD hanno accelerato la transizione.

Hitachi, uno dei maggiori protagonisti solo pochi anni prima,
a fine 2001 ha abbandonato i CRT, mentre Toshiba, Panasonic e Sony
chiudono la produzione di CRT in Giappone entro il 2004. Tuttavia, i monitor
CRT hanno ancora uno spazio dove non hanno rivali, quindi continueremo a parlarne
per qualche tempo.

CRT o LCD?
Prima di descrivere come funziona un CRT, vediamo in breve vantaggi e svantaggi
di CRT e LCD. Un monitor CRT ha questi punti a favore: risoluzione
e proporzioni dell’immagine variabili, alta risoluzione, nero effettivo,
contrasto, fedeltà dei colori e dei grigi, velocità di risposta
e basso costo.

I limiti (ma dipende dalla qualità del modello specifico)
sono: nitidezza ai bordi, interferenza, distorsione geometrica, luminosità,
emissioni, ingombro, peso e consumo di corrente. In un modello di alta qualità,
i difetti si riducono a peso, ingombro e consumo.

A proprio vantaggio, gli LCD hanno nitidezza, assenza di distorsione,
luminosità, basso ingombro e basso consumo; gli svantaggi sono: risoluzione
e proporzioni fisse, possibili interferenze nel segnale, angolo di visione limitato,
livello del nero, saturazione del bianco, imprecisione dei colori e dei grigi,
pixel difettosi, pixel spuri per oggetti in movimento e costo superiore.

Oggi un artista grafico utilizza ancora un CRT per vari motivi:
maggiore risoluzione (ma gli LCD raggiungono i 1600x1200 pixel), fedeltà
del colore e del grigio (inadeguata con gli LCD) e numero di colori (1 miliardo
con alcune schede, come la Matrox Parhelia, contro al più 16 milioni
per gli LCD).

Il tubo CRT
L’elemento essenziale di un monitor CRT è il tubo a raggi
catodici
, che determina gran parte dell’ingombro.

Il tubo in realtà ha una forma simile a un imbuto: inizia con un collo
cilindrico sottile e poi si allarga fino a raggiungere le dimensioni del pannello
frontale. Il tubo, di vetro, è composto di due parti, incollate a breve
distanza dal frontale.

Il collo alloggia il cannone a elettroni (electron gun), che
in un CRT a colori emette tre stretti fasci di elettroni, uno
per ciascun colore primario (rosso, verde e blu).

All’interno del pannello frontale sono depositati (a punti o a strisce)
tre tipi di fosfori che emettono luce rossa, verde o blu quando
sono colpiti da elettroni opportunamente accelerati. Perché gli elettroni
possano attraversare il CRT, questo viene posto sotto vuoto spinto.

I fosfori sono così chiamati per analogia con il comportamento del fosforo,
elemento chimico che trae il nome dal greco phos (luce) e phoros (portatore)
per la sua luminescenza al buio esposto all’aria.

I fosfori sono composti che presentano il fenomeno della fluorescenza (brillano
durante l’assorbimento di radiazioni) e della fosforescenza (luminescenza
in assenza di stimoli). In un CRT per computer si usano fosfori ad alta fluorescenza
e fosforescenza di breve durata (al contrario degli schermi radar).

Il cannone è composto da una serie di parti, a cominciare dal catodo
che ha il compito di emettere gli elettroni.

Come per le vecchie valvole di radio e tv, il catodo emette elettroni quando
è riscaldato da un filamento posto al suo interno. Ha la forma di un
piccolo cappuccio, che sulla parte frontale ha depositati dei materiali, come
bario e tungsteno, che servono ad aumentare l’emissione di elettroni e
a contrastare il deterioramento nel tempo del catodo.

Di fronte al catodo ci sono diversi elettrodi cilindrici: la griglia
per modulare il fascio di elettroni e una serie di anodi (a
volte chiamati griglie) per focalizzare e accelerare il fascio verso lo schermo.

Un anodo ad alta tensione (qualche decina di Kvolt) in prossimità dello
schermo accelera ulteriormente gli elettroni, che raggiungono l’energia
necessaria perché i fosfori emettano luce intensa.

Il catodo è a potenziale negativo; la griglia di controllo ha un leggero
potenziale negativo (bastano pochi volt negativi per impedire il passaggio degli
elettroni); gli anodi di accelerazione sono a potenziale positivo e attirano
gli elettroni (che hanno carica negativa); l’anodo di focalizzazione,
in mezzo ai due anodi di accelerazione, ha potenziale negativo, per costringere
gli elettroni a incolonnarsi al centro del cilindro.

Il complesso di anodi contenuti nel cannone ha quindi funzione di accelerazione
e di lente elettrostatica, così che i tre fasci emessi siano sottilissimi
e allineati.

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