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Die
Erfindung betrifft einen Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre, insbesondere
einen Glasschirm für
eine Farbkathodenstrahlröhre,
wie sie hauptsächlich
für Fernsehgeräte oder
Anzeigevorrichtungen für
industrielle Zwecke verwendet wird.
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US 5,536,995 offenbart ein
Glaspaneel für
eine Kathodenstrahlröhre
und ein Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere offenbart
sie die Struktur eines Glaspaneels, welches die Anzeigefläche einer Bildröhre konstituiert.
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Nach 3 ist eine Kathodenstrahlröhre im allgemeinen
von einem Glaskolben gebildet, umfassend einen Schirm 1 mit
einer Bildoberfläche 9 von
im wesentlichen rechteckiger Form, einen Trichter 2, an
dem eine Ablenkspule und ein Hals 3 zur Aufnahme einer
Elektronenquelle bzw. -kanone angebracht sind. Der Schirm 1 umfaßt einen
Frontteil 4 mit einer Bildoberfläche 9 und einen Randabschnitt 10,
der zusammenhängend
mit dem Frontteil in einem im wesentlichen rechten Winkel geformt
ist, um so eine Seitenwand zu bilden. Nach 4 verläuft der Umfassungsabschnitt 10 schräg nach vorne
und nach hinten von einem äußeren Umfangsabschnitt 5,
der den größten Durchmesser
in der Seitenwand aufweist (nachfolgend als der Abschnitt des größten Durchmessers 5 bezeichnet, – der Umfassungsabschnitt 10 ist
nämlich
mit einem nach vorne geneigten Abschnitt 6 versehen, der
sich von dem Abschnitt des größten Durchmessers 5 zu
dem Frontteil hin erstreckt – )
und mit einem nach hinten geneigten Abschnitt 7, der sich
in der entgegengesetzten Richtung zu dem nach vorne geneigten Abschnitt 6 in
Bezug zu dem Abschnitt des größten Durchmessers 5 erstreckt.
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Das
Innere der Kathodenstrahlröhre
wird in einem Zustand hohen Vakuums gehalten, so daß Elektronenstrahlen
die fluoreszierende Schicht erreichen. Demgemäß gibt es in dem Glasschirm
eine große
Verformungsenergie aufgrund der Differenz zwischen Innen- und Außendruck.
Weiterhin gibt es, da die Kathodenstrahlröhre eine asymmetrische Struktur
aufweist, im Unterschied zu Schalen- bzw. Mantelstrukturen mit sphärischer
Form, viele Fälle
der Verursachung einer großen
Zerstörung,
die einen Gesamtkollaps bewirken können. Insbesondere, wenn die
Kathodenstrahlröhre
einen mechanischen Schlag erfährt,
tritt eine momentane Zerstörung,
Implosionsphänomen
genannt, auf, wobei eine große
Zahl scharfer Glasfragmente verstreut wird.
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Um
ein solches Implosionsphänomen
zu vermeiden, ist im allgemeinen ein Antiimplosionsband 8 aus Stahl
am Abschnitt oder in der Nähe
des Abschnittes des größten Durchmessers 5 vorgesehen,
der zwischen dem nach vorne geneigten Abschnitt 6 und dem
nach hinten geneigten Abschnitt 7 des Umfassungsabschnittes 10 ausgebildet
ist. Der innere Umfang des Antiimplosionsbandes 8 ist so
bemessen, daß er
geringer ist als der äußere Umfang
des Schirmes 2; eine Dehnung des Bandes spannt den Frontteil 4 von
seiner Seite her. Eine durch das Spannen aufgebrachte Kraft erzeugt
eine Druckkraft in dem Frontteil 4, wodurch das Auftreten von
Rissen in dem Schirm und die Ausdehnung der Risse gesteuert wird;
die Zerstörung
wird gemäßigt und das
Verstreuen von Glasfragmenten aufgrund einer Zerstörung wird
verhindert.
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Weiterhin
ist bei einem Glasschirm für
eine Kathodenstrahlröhre
der Frontteil im allgemeinen gekrümmt, um ein Verformen des Frontteils
aufgrund einer Stoß- bzw. Schlagkraft
zu unterdrücken
und die Festigkeit des Frontteils zu verbessern. Eine gebogene Gestalt,
die an dem Frontteil ausgebildet ist, kann einen mechanischen Stoß auf den
Frontteil in eine Druckkraft in dem Frontteil umwandeln. Die Wirkung
der gewölbten
Gestalt wird größer, wenn
der gemittelte Krümmungsradius
R des Frontteils 4 kleiner wird, was später beschrieben wird.
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Als
eine andere Methode, die Festigkeit des Frontteils zu erhöhen, gibt
es die Möglichkeit,
die Dicke des Glasschirms zu steigern. Die Methode besteht darin, die
Dicke des Frontteils in seinem Mittelabschnitt zu erhöhen oder
die Dicke eines äußeren Abschnittes
des Frontteiles zu erhöhen.
Durch Verdickung des mittleren Frontabschnittes kann die Festigkeit
des gesamten Frontteiles erhöht
werden. Wenn die Kathodenstrahlröhre in
einen Vakuumzustand gebracht wird, tritt eine hohe Spannung in dem äußeren Frontabschnitt
auf. Eine erhöhte
Dicke eines solchen Abschnittes mit einer hohen Spannung kann die
Festigkeit des Frontteiles ebenfalls steigern.
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Andererseits
wurden zahlreiche Maßnahmen
zur Verbesserung der Qualität
von Bildwiedergaben angewandt, die in der Kathodenstrahlröhre als
Bilddarstellungseinrichtung dargestellt werden. Ein gebogener Frontteil
verursacht eine gebogene Bildwiedergabe, die auf diesem dargestellt
wird. Demgemäß ist der
Frontteil wünschenswerterweise
so flach wie möglich.
Weiterhin ist es, da Glas teilweise Licht absorbiert, wünschenswert,
daß eine
Dickendifferenz zwischen dem mittleren Frontabschnitt und dem äußeren Frontabschnitt reduziert
wird, so daß eine
dargestellte Bildwiedergabe eine gleichmäßige Helligkeit aufweist.
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Der
herkömmliche
Glasschirm für
eine Kathodenstrahlröhre
war so gestaltet, daß der
Frontteil gebogen war oder daß der
mittlere Frontabschnitt oder der äußere Frontabschnitt verdickt
war, um die Festigkeit des Glasschirms zu erhöhen und seine Sicherheit, wie
oben beschrieben, sicherzustellen. In den letzten Jahren wurde die
Forderung nach Verbesserung der Sichtbarkeit auf dem Glasschirm
stärker
mit einer Verbesserung der Leistung. Daher haben sich Forderungen
vermehrt, den Frontteil 4 flach zu machen und die Dickendifferenz
zwischen dem mittleren Frontabschnitt und dem äußeren Frontabschnitt zu reduzieren.
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Doch
steht der Zwang, die Festigkeit des Glasschirms zu erhöhen und
Sicherheit zu gewährleisten,
im Widerspruch zu dem Zwang, den Frontteil 4 flach zu machen
und die Dicke zu reduzieren. Um die Verzerrung der Bildwiedergabe
zu minimieren, sollte der Frontteil wünschenswerterweise im wesentlichen
flach sein. Doch reduziert der flache Frontteil die Festigkeit,
daher ist es unmöglich,
die Implosion vollständig
zu verhindern.
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Weiterhin
steigt, wenn die Dicke des Frontteiles erhöht wird, um die Gefahr einer
Implosion zu verhindern, das Gewicht der Kathodenstrahlröhre, was
ein großes
Problem der Kathodenstrahlröhre
ist. Wenn die Dicke des äußeren Frontabschnittes
erhöht
wird, wird die Bildwiedergabe im äußeren Frontabschnitt dunkel im
Vergleich zum mittleren Frontabschnitt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Glasschirm für eine Kathodenstrahlröhre zu schaffen,
bei dem der Frontteil bis zum kritischen Grad flach gestaltet ist,
um die Verzerrung der Bildwiedergabe zu minimieren, und der sicher,
gut zu sehen und gering im Gewicht ist bei Sicherstellung der Festigkeit
des Glasschirmes.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Glasschirm für
eine Kathodenstrahlröhre
(bzw. die entsprechende Kathodenstrahlröhre) vorgesehen mit einem Frontteil
von im wesentlichen rechteckiger Form zur Wiedergabe einer Bilddarstellung
und einem Umfassungsabschnitt, der zusammenhängend mit dem Frontteil in
einem im wesentlichen rechten Winkel ausgebildet ist, wobei die
größte Länge M entlang
einer diagonalen Linie des Glasschirms 360 mm oder mehr beträgt, der
geringste Wert des gemittelten Krümmungsradius einer Außenfläche des
Frontteiles in einer beliebigen Richtung durch den Mittelpunkt des
Frontteiles 25000 bis 50000 mm beträgt und der äußere Frontabschnitt des Frontteiles
eine Druckspannung von 6 bis 30 MPa als absoluten Wert aufweist.
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Bei
der Erfindung haben die geringste Dicke T (mm) in der Mitte des
Frontteiles, die größte Länge M (mm)
entlang der diagonalen Linie und die größte Dicke T1 (mm)
des Frontteiles eine Beziehung zueinander von 5,14 ≤ T – 0,015
M ≤ 5,5 und
1 < T1/T < 1,26.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand beiliegender Figuren beispielhaft
beschrieben, in diesen zeigen:
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1 eine
Frontansicht einer Ausführungsform
eines Glasschirms für
eine Kathodenstrahlröhre
gemäß der Erfindung,
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2 eine
teilweise aufgeschnittene Seitenansicht, die einen Zustand zeigt,
in dem der Glasschirm für
eine Kathodenstrahlröhre
dicht an dem Trichter angebracht ist, gesehen in einer Richtung,
bei der der gemittelte Krümmungsradius
einer äußeren Fläche des
Frontteiles den geringsten Wert hat,
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3 eine
perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Kathodenstrahlröhre und
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4 eine
teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen
Glasschirms für
eine Kathodenstrahlröhre.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Der
Glasschirm, der in der Erfindung verwendet wird, hat eine Größe, bei
der die größte Länge entlang einer
diagonalen Linie der Bildfläche
bzw. des Schirmes 360 mm oder mehr beträgt. Eine Bildfläche mit
einer geringeren Länge
entlang einer diagonalen Linie erfordert nicht zwingend, ihr Gewicht
in der Konstruktion zu verringern, und die Festigkeit des Schirmes
und die Verzerrung der Bildwiedergabe sind nicht so problematisch.
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Bei
der Erfindung, bei der das Gewicht eines solchen großdimensionierten
Schirms reduziert werden soll, wird eine Vorspannungsbehandlung
einem äußeren Frontabschnitt
des Frontteiles zugeführt,
so daß der absolute
Wert der Druckspannung in dem Frontteil 6-30 MPa beträgt. Die
Verfestigungsbehandlung kann beispielsweise durch Zufügen einer
physikalischen bzw. thermischen Vorspannung erreicht werden, d.h.
durch Kühlen
oder Entspannen bzw. Tempern dieses Abschnittes nach dem Formen. Wenn
die Druckspannung geringer ist als 6 MPa, kann eine gewünschte Festigkeit
für den
Schirm nicht erreicht werden. Um die Vorspannung zu ersetzen, ist
es notwendig, die Dicke des Frontteiles zu erhöhen, was dem Erfordernis der
Gewichtsverringerung widerspricht. Wenn andererseits die Druckspannung
30 MPa übersteigt,
steigt die Zugspannung einer in Dicken-Richtung zentralen Lage bzw.
Schicht an, was zu einer gewaltsamen Zerstörung führt. Im allgemeinen ist mit
steigender Größe der Bildfläche bzw.
des Schirms eine größere Vorspannung
erforderlich. Es gibt eine Tendenz, daß die Zugspannung erhöht ist,
wenn die Größe des Schirms
größer ist.
In diesem Fall wird die Druckspannung im allgemeinen so gesteuert,
daß der
zentrale Frontabschnitt und der äußere Frontabschnitt
eine möglichst
gleichmäßige Spannungsverteilung
aufweisen.
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Bei
der Erfindung bezeichnet die Größe R den
gemittelten Krümmungsradius
eines äußeren Frontabschnittes
des Frontteiles in einer gewählten
Winkelrichtung È,
die von einer Linie, die sich durch den Mittelpunkt des Frontteiles
erstreckt, und der langen Achse des Frontteiles gebildet wird, wie
in 1 gezeigt. Wenn die Form des äußeren Frontabschnittes sphärisch ist,
ist die Größe R sogar
in jeder Winkelrichtung dieselbe. Wenn sie nicht sphärisch ist,
variiert die Größe R in
Abhängigkeit
von Θ.
Bei der Erfindung liegt der geringste Wert von R zwischen 25000
und 50000 mm.
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Wenn
die Größe R kleiner
als 25000 mm ist, ist die Krümmung
des Frontteiles auffällig
und der Zweck, die Verzerrung der Bildwiedergabe durch so flach
wie mögliches
Ausbilden des Frontteiles zu minimieren, kann nicht erreicht werden.
Wenn die Größe R größer als
50000 mm ist, wird die Form des Frontteiles im wesentlichen flach,
wobei die Festigkeit des Frontteiles reduziert wird. In diesem Fall
wird, wenn eine Kathodenstrahlröhre,
mit der der Frontteil verbunden ist, evakuiert wird und ein Druck
auf den Frontteil von einer Außenseite aufgebracht
wird, die Wirkung einer gekrümmten
Form nicht erreicht.
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Dementsprechend
ist es bei der Gestaltung des Glasschirmes für den Frontteil wesentlich,
wenigstens eine nach außen
gerichtete, gekrümmte
Oberfläche
zu haben. Bei dem großdimensionierten
Glasschirm gemäß der Erfindung
ist die obere Grenze für
den kleinsten Wert des gemittelten Krümmungsradius 50000 mm. Weiterhin
hat der Frontteil eine nach außen
gerichtete, gekrümmte
Oberfläche,
die in jeder Richtung einen Krümmungsradius
von zuvor genanntem oder höherem
Wert aufweist. Wenn die nach außen
gerichtete, gekrümmte
Oberfläche
eine zylindrische Oberfläche
ist, ist sie völlig
flach in ihrer axialen Richtung und hat keinen Krümmungsradius,
obwohl sie als Ganzes eine nach außen gekrümmte Oberfläche bildet.
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Der
Glasschirm weißt
gemäß der Erfindung
geometrische Beziehungen (Dicken und Dimensionen) auf, die definiert
sind durch 5,14 ≤ T – 0,015
M ≤ 5,5 und
1 < T1/T < 1,26, wobei T (mm)
für die
Dicke in einem zentralen Abschnitt des Frontteiles steht, T1 (mm) für
die größte Dicke
des äußeren Abschnittes
des Frontteiles (genauer, des äußeren Abschnitts
der Bildoberfläche)
und M (mm) für
die größte Länge entlang
einer diagonalen Linie (vgl. 1). Da T1 die größte Dicke
des äußeren Abschnittes
ist, ist es nicht immer in einem Querschnitt, wo der gemittelte
Krümmungsradius
am geringsten ist.
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Wenn
T – 0,015
M < 5,14 ist, hat
die Außenseite
des Frontteiles nicht die oben erwähnte, nach außen gerichtete,
gekrümmte
Oberfläche
und der Druckspannungswert ist zu gering, um eine ausreichende Festigkeit
sicherzustellen. Andererseits wird, wenn T – 0,015 M < 5,5 ist, der Glasschirm schwer, obgleich
eine ausreichende Festigkeit geboten werden kann.
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Weiterhin
ist, wenn die Dicke des Randabschnittes relativ groß ist im
Vergleich mit dem Mittelabschnitt des Frontteiles, die Bildwiedergabe
im Randabschnitt dunkel im Vergleich zu der im Mittelabschnitt.
Dementsprechend ist es bevorzugt, daß T1/T < 1,26 ist. Wenn
T1/T ≤ 1
ist, kann eine ausreichende Festigkeit nicht geboten werden, und
ein gleichmäßiger Fluß geschmolzenen
Glases in einer Form kann nicht erreicht werden, wodurch die Qualität reduziert
wird. Bezüglich
der Form einer inneren Oberfläche
des Frontteiles ist eine Gestalt, die 1 < T1/T < 1,26 erfüllt, zweckmäßig, obgleich
die Gestalt der inneren Oberfläche
nicht besonders beschränkt
ist.
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Glasschirme
mit einem nutzbaren Schirm von 68 cm (hergestellt von Asahi Glass
Co., Ltd., Glass-Code: H 5702) wurden mit Abmessungen angefertigt,
die in den Beispielen 1, 2 und 5 in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt
sind, und die gleichen Glasschirme wurden unter Verwendung konventioneller
Techniken mit Abmessungen angefertigt, die in den Beispielen 3,
4, 6 und 7 (vergleichende Beispiele) in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt
sind.
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Die
Festigkeit dieser Glasschirme wurde beurteilt auf Basis des Stoßtestes
bzw. Schlagversuches nach den Vorschriften der Sicherheits-Zertifizierungs-Organisation
(Safety Authentication Organization, UL/CSA), der im Gebiet Nordamerikas
verwendet wird. Der Schlagversuch ist in zwei Arten klassifiziert:
Ein Versuch (ein Kugel- bzw. Kugelfallversuch), bei dem eine Stahlkugel
mit 51 mm Durchmesser mit einer Energie von 7 J auf eine Kathodenstrahlröhre geschlagen
wird, und ein Versuch (ein Geschoßversuch), bei dem ein geschoßartiger
Aufschlagkörper
mit einem oberen Ende von 51 mm Durchmesser mit einer Energie von
7-20 J auf eine Kathodenstrahlröhre
geschlagen wird, wobei ein Kratzer von 100 mm Länge an einer Kante des Frontteiles
gebildet wird. Die Bestimmung der Sicherheit wurde durchgeführt durch
Messen der Menge von Glasteilen, die sich in einem vorgeschriebenen
Bereich verstreuen.
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Zusätzlich zu
einer solchen Auswertung wurde eine andere Auswertung bezüglich der
Häufigkeit
des Auftretens eines Implosionsphänomens durchgeführt. Die
Aufschlagposition wurde am äußersten
Abschnitt eines Aufschlagbereiches bestimmt, geregelt nach den oben
genannten Vorschriften. Die Aufschlagposition ist die Position,
an der das Implosionsphänomen
normalerweise auftritt. Insbesondere in dem Kugeltest war die Position
25 mm in der horizontalen Richtung und 25 mm in der vertikalen Richtung
von einem Eckabschnitt des Frontteiles entfernt und in dem Geschoßtest lag
die Position auf einer diagonalen Linie in einem äußeren Umfang
der Ringzone geregelt nach den Vorschriften. Die Energie, die in
dem Geschoßversuch
eingesetzt wurde, betrug 10 J.
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In
Tabelle 1 trat in den Beispielen 1 und 2 in dem Kugelversuch keine
Implosion auf und es fand keine Zurückweisung statt. Im Beispiel
3, bei dem der kleinste Wert des gemittelten Krümmungsradius der Außenseite
des Frontteiles 100 000 mm betrug, d.h. der Frontteil im wesentlichen
flach war, trat eine Implosionsrate von 25% auf und eine Rückweisungsrate
von 40%. In dem Geschoßversuch
traten keine Implosion und Rückweisung
in den Beispielen 1 und 2 auf. Dagegen wurden Implosion und Rückweisung
im Beispiel 3 festgestellt. Obwohl keine Implosion und Rückweisung
im Beispiel 4 aufgetreten sind, war eine gekrümmte Oberfläche durch visuelle Begutachtung
leicht feststellbar, und es wurde eine Verzerrung der Bildwiedergabe
bestätigt.
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Tabelle
2 zeigt Beispiele, bei denen Glasschirme unter Berücksichtigung
der Dicke und des Gewichts angefertigt wurden. Im Beispiel 5 war
der Dickenunterschied zwischen dem mittleren Frontabschnitt und
dem äußeren Frontabschnitt
im Vergleich zu dem im Beispiel 1 weiter reduziert. In den Beispielen
6 und 7 betrug der gemittelte Krümmungsradius
30000 mm in der selben Art wie in Beispiel 1, und es wurde keine
thermische Vorspannung durchgeführt.
Die Gestalt des Glasschirms aus Beispiel 7 war die gleiche wie die
im Beispiel 1.
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Tabelle
2 zeigt, daß im
Beispiel 7 Implosion und Rückweisung
aufgetreten sind, sowohl bei dem Kugelversuch als auch bei dem Geschoßversuch.
Beispiel 6 ist der Fall, daß das
Problem der Festigkeit in dem Glasschirm aus Beispiel 7 eliminiert
wurde, ohne die thermische Vorspannung durchzuführen. Der Glasschirm aus Beispiel
6 hatte eine große
Dicke und wog 22,4 kg, wobei das Gewicht um 10% erhöht war im
Vergleich zu dem von Beispiel 1. Weiterhin, da T1/T
= 1,28 ist, was eine große
Dickendifferenz zwischen dem äußeren Frontabschnitt
und dem mittleren Frontabschnitt bedeutet, ist die Bildwiedergabe
in dem äußeren Frontabschnitt
relativ dunkel.
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Im
Beispiel 5 konnte die Dickendifferenz zwischen dem mittleren Frontabschnitt
und dem äußeren Frontabschnitt
mit Durchführung
der thermischen Vorspannung weiter reduziert werden, ohne das Gewicht
wesentlich zu erhöhen.
In diesem Fall gab es keine Implosion und Rückweisung aufgrund unzureichender
Festigkeit.
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Bei
dem Glasschirm für
eine Kathodenstrahlröhre
gemäß der Erfindung
ist der Frontteil im wesentlichen flach, und die Dickendifferenz
zwischen dem Mittel abschnitt und dem äußeren Abschnitt ist relativ
gering. Demgemäß kann eine
gleichförmige
Helligkeit erreicht werden, und die Sichtbarkeit von Bildern ist
hervorragend. Weiterhin wird die Festigkeit des Glasschirms durch
Ausführen
einer thermischen Vorspannung gesteigert, und der Frontteil hat
eine nach außen
gerichtete, gekrümmte
Oberfläche
mit der geringsten Krümmung. Demgemäß ist der
erreichte Glasschirm sicher und leicht im Gewicht und geeignet für eine Kathodenstrahlröhre, insbesondere
für eine
Farbkathodenstrahlröhre.
