JP7467800B1 - エミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規なエミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）、電界放出組立体および電磁波発生装置を提供すること。【解決手段】本明細書の一側面（ａｓｐｅｃｔ）に係るエミッタは、電磁波発生装置で電子を放出するエミッタであって、前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーン（Ｙａｒｎ）が製織（Ｗｅａｖｉｎｇ）されたシート（Ｓｈｅｅｔ）形態である。本明細書の他の側面は、電界放出組立体および電磁波発生装置に係るものである。【選択図】 図２

Description

本発明はエミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置に関する。より詳細には、エミッタの構造を通じて電界放出特性を均一化できる電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置に関する。

最近炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ；ＣＮＴ）関連技術の発達により、既存のフィラメントを利用した熱電子放出方式の既存のＸ線管の陰極を、電界によって電子が放出され得る炭素ナノチューブを利用した冷陰極で代替する技術が開発されている。

一般的に炭素ナノチューブ基盤のＸ線管は、炭素ナノチューブを含む陰極部、電子の放出を誘導するゲート、電子の集束性能を向上させる集束部および放出された電子の衝突で電磁波（具体的にはＸ線）を発生させる正極部で構成される。

Ｘ線はこのような各部分の電圧、幾何学的形態および位置によって放出電子の量と衝突速度および焦点の大きさなどが決定され、これはすなわち、放射線映像の分解能および画質を決定する要素となる。特に炭素ナノチューブを基盤として電子の放出源となるエミッタの場合、その形状または結合構造により電界放出の均一度および性能が左右され得る。

エミッタはこれが含まれる電磁波発生装置の用途により多様な構造で形成され得る。例えば、乳ガン検出のために使われる電磁波発生装置では多い量のＸ線が要求される反面、他の特定の場合においては強くない強度のＸ線の放出が要求され得る。これはＸ線の強度が強くなると、Ｘ線が検出しようとする対象まで貫通して対象が検出されない可能性があるためである。

一例において、エミッタでは多くの電子が放出されるものの、電子がエミッタのいずれか一つの地点で集中されて放出されるものではなく、広く広がった領域で均一に放出されることが要求され得る。このような電子放出の様相を導き出すために、従来の電磁波発生装置ではシート（ｓｈｅｅｔ）形態のエミッタが時々使われた。

従来のシート形態のエミッタの中には、炭素ナノチューブが方向性を有して配列されて形成されるエミッタ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ２Ｄ ｓｈｅｅｔ ｅｍｉｔｔｅｒ）と、炭素ナノチューブが方向性なしにからまった状態で形成されるエミッタ（ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ２Ｄ ｓｈｅｅｔ ｅｍｉｔｔｅｒ）があった。

しかし、このような従来のシートエミッタは、前者の場合はエミッタの設置方向により電界放出特性が変わり、後者の場合はシート内で電子放出点が非均一に形成されるなど、エミッタの電界放出特性の均一度が落ちる限界があった。

また、電界放出の均一度が落ちることによって、電磁波の発生量または強度などを精密に調整することに限界があった。

また、前者のエミッタの場合は配列方向に垂直な方向に容易に破れるか、後者のエミッタの場合は不織布のような性質を有しているので特定方向に容易に破れるなど、エミッタの耐久性が急激に落ち、それによりエミッタごとにその寿命が異なる問題があった。

本明細書が解決しようとする課題は、エミッタでの電界放出特性の均一度を向上させ得るエミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置を提供することである。

また、電磁波の発生量または強度などの調整がより精密に遂行され得るエミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置を提供することである。

また、エミッタの耐久性を向上させ、一貫した寿命を有することができるエミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置を提供することである。

前記課題を達成するための本開示の一側面（ａｓｐｅｃｔ）に係るエミッタは電磁波発生装置で電子を放出するエミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）であり、前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーン（Ｙａｒｎ）が製織（Ｗｅａｖｉｎｇ）されたシート（Ｓｈｅｅｔ）形態であり得る。

これを通じて、エミッタでの電界放出特性の均一度を向上させることができる。

また、電界放出均一度が向上することによって、電磁波発生量または強度などの調整がより精密に遂行され得る。

また、エミッタの耐久性が向上し得、これを通じてエミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置が一貫した寿命を有することができる。

また、前記複数のヤーンは編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。

また、前記編組糸は複数の１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され、前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成され得る。

また、前記編組糸は２次撚糸（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され、前記２次撚糸は複数の１次撚糸が互いに撚れて形成され、前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成され得る。

また、前記複数のヤーンそれぞれは撚糸であり得る。

また、前記撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成された１次撚糸であり得る。

また、前記撚糸は１次撚糸が互いに撚れて形成された２次撚糸であり、前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成され得る。

前記課題を達成するための本開示の一側面（ａｓｐｅｃｔ）に係る電界放出組立体は、電子を放出するエミッタ；および前記エミッタを固定するホルダを含み、前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーンが製織されたシート形態であり得る。

また、前記エミッタは電子放出方向に垂直な平面上に広げられた領域である電子放出部を含むことができる。

また、前記ホルダは前記エミッタが装着される装着部と、前記装着部の両側に配置される固定部を含み、前記エミッタは電子放出方向に垂直な平面上に広げられた領域である電子放出部と、前記電子放出部の両側に形成される側部を含み、前記電子放出部は前記装着部の電子放出方向の前面に装着され、前記側部は前記装着部を囲みながら前記装着部と前記固定部の間に形成される隙間に配置され得る。

また、前記装着部の前記電子放出方向の前面は前記電子放出方向に垂直となり得る。

また、前記固定部を側方向に貫通する結合部材を含み、前記エミッタは前記側部が前記結合部材と前記装着部の側面によって加圧されることによって前記ホルダに固定され得る。

前記課題を達成するための本開示の一側面（ａｓｐｅｃｔ）に係る電磁波発生装置は電子を放出するエミッタと、前記エミッタを固定するホルダを含む電界放出組立体；および前記電界放出組立体から放出された電子が衝突して電磁波を発生させるアノード（Ａｎｏｄｅ）を含み、前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーンが製織されたシート形態であり得る。

また、前記エミッタは前記アノードに向かう方向に垂直な平面上に延びる電子放出部を含むことができる。

また、前記電磁波は０．００１ｎｍ～１０ｎｍの波長を有することができる。

本明細書を通じて、エミッタでの電界放出特性の均一度を向上させることができる。

また、電界放出均一度が向上することによって、電磁波発生量または強度などの調整がより精密に遂行され得る。

また、エミッタの耐久性が向上し得、これを通じてエミッタ、電界放出組立体およびこれを含む電磁波発生装置が一貫した寿命を有することができる。

本明細書の一実施例に係る電界放出組立体を含む電磁波発生装置の概念図である。 本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の分解斜視図である。 本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の断面図である。 図２のＳ部分を拡大して図示したものである。 図２のＳ部分を拡大して図示したものである。 本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の線形エミッタを撮影した写真である。 本明細書の一実施例に係る電界放出組立体のエミッタの形成過程を図示したものである。 エミッタを構成するヤーンのタイプによる機械的物性を図示したものである。 エミッタが撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合と編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合の電気的物性を図示したグラフである。 エミッタが撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合と編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合の線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を図示したグラフである。

実施例で使われる用語は本開示での機能を考慮しつつ、できる限り現在広く使われる一般的な用語を選択したが、これは当分野に従事する技術者の意図または判例、新しい技術の出現などにより変わり得る。また、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、該当する説明の部分で詳細にその意味を記載するであろう。したがって、本開示で使われる用語は単純な用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本開示の全般にわたった内容に基づいて定義されるべきである。

以下の説明で使われる構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は明細書作成の容易さのみが考慮されて付与または混用されるものであり、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものではない。また、本開示に含まれた実施例の説明において関連した公知技術に対する具体的な説明が本開示に含まれた実施例の要旨を不要に曖昧にさせ得る恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付された図面は本開示に含まれた実施例を容易に理解できるようにするためのものに過ぎず、添付された図面によって本開示の技術的思想が制限されるものではなく、本開示の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

第１、第２等のように序数を含む用語は多様な構成要素の説明に使われ得るが、前記構成要素は前記用語によって限定されはしない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。

或る構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとか「接続されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたりまたは接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。反面、或る構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとか「直接接続されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。

単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。

明細書全体で記載された「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

明細書全体で記載された「ａ、ｂ、およびｃのうち少なくとも一つ」の表現は、「ａ単独」、「ｂ単独」、「ｃ単独」、「ａおよびｂ」、「ａおよびｃ」、「ｂおよびｃ」、または「ａ、ｂ、およびｃすべて」を包括することができる。

以下では、添付した図面を参照して本開示の実施例に対して本開示が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本開示は多様な異なる形態で具現され得、ここで説明する実施例に限定されない。

以下では、図面を参照して本開示の実施例を詳細に説明する。

図１は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体を含む電磁波発生装置の概念図である。

本明細書の第１実施例に係る電磁波発生装置１００はハウジング１１０と、電界放出組立体１２０と、ゲート電極１３０と、集束部１４０とアノード１５０を含むことができるが、このうち一部の構成を省略して実施されてもよく、その他の追加的な構成を排除することもない。

以下、電子放出方向ｘは電界放出組立体１２０からアノード１５０に向かった方向、すなわち、図１および図３を基準として上側方向であるものと理解され得る。

図１を参照すると、電磁波発生装置１００はハウジング１１０を含むことができる。ハウジング１１０は電界放出組立体１２０と、ゲート電極１３０と、アノード１５０などのような構成要素を収容することができる。ハウジング１１０の内部は真空状態、または真空状態に近く維持され得る。

ハウジング１１０には照射部１１１が備えられ得る。アノード１５０で発生した電磁波は照射部１１１を通じてハウジング１１０の外部に放出され得る。しかし、これとは異なり、ハウジング１１０はアノード１５０で発生した電磁波が通過できるように全体的にガラスなどのような透明な材質で形成されてもよく、この場合、別途の照射部１１１は設けられなくてもよい。また、発生する電磁波の強度が強い場合には電磁波が不透明な材料を通過することもあり得るため、ハウジング１１０は照射部１１１を具備せず、かつ不透明な材料で形成されてもよい。

電磁波発生装置１００は電界放出組立体１２０を含むことができる。電界放出組立体１２０は電界（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ）によって電子が放出される部分であり得る。電界放出組立体１２０には陽極が印加されるカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）の役割を遂行することができる。

電界放出組立体１２０は電子を放出するエミッタ１２１と、これを固定するホルダ１２２を含むことができる。電界放出組立体１２０の具体的な構造は図２～図５と関連して具体的に後述する。

本明細書の一実施例に係る電磁波発生装置１００の電界放出組立体１２０は冷陰極であり得る。具体的には、本明細書の一実施例に係る電磁波発生装置１００では、エミッタ１２１に別途の熱を加えずに電界放出組立体１２０とゲート電極１３０の間に印加された電圧によってエミッタ１２１に含まれている電子が放出され得る。

電磁波発生装置１００はゲート電極１３０を含むことができる。ゲート電極１３０はエミッタ１２１とアノード１５０の間に配置され得る。より具体的には、ゲート電極１３０はエミッタ１２１とアノード１５０の間でエミッタ１２１にさらに近いように領域に配置され得る。

ゲート電極１３０はエミッタ１２１での電子放出を誘導することができる。エミッタ１２１に含まれている電子はゲート電極１３０とエミッタ１２１の間に印加された電圧によって放出され得る。ゲート電極１３０は優先的にエミッタ１２１から電子を引き出す役割を遂行することができる。

しかし、これに限定されず、電磁波発生装置１００はゲート電極１３０を含まなくてもよい。この場合、後述する集束部１４０またはアノード１５０と電界放出組立体１２０の間に印加された電圧によってエミッタ１２１に含まれた電子が放出され得る。

電磁波発生装置１００は集束部１４０を含むことができる。集束部１４０はゲート電極１３０とアノード１５０の間、または電界放出組立体１２０とアノード１５０の間に配置され得る。

集束部１４０は電圧が印加されることによってゲート電極１３０を通過した電子ビームを集束する役割を遂行することができる。集束部１４０はレンズ（ｌｅｎｓ）と指称され得る。また、集束部１４０はゲート電極１３０を通過した電子ビームをさらに加速させることができる。具体的には、集束部１４０とゲート電極１３０の間に電圧が印加されると、ゲート電極１３０を通過した電子は集束部１４０とゲート電極１３０の間に印加された電圧によって形成された電場によって加速され得る。このように、集束部１４０が備えられるタイプの電磁波発生装置１００はトライオードタイプ（Ｔｒｉｏｄｅ ｔｙｐｅ）であると理解され得る。

しかし、これに限定されず、ゲート電極１３０自らの集束性能が良好であるか優れている場合、集束部１４０が備えられなくてもよい。このように、集束部１４０が備えられない電磁波発生装置１００はダイオードタイプ（Ｄｉｏｄｅ ｔｙｐｅ）であると理解され得る。

電磁波発生装置１００はアノード１５０を含むことができる。アノード１５０は電界放出組立体１２０と反対側に配置され得る。アノード１５０は電子ビームの進行方向上でゲート電極１３０および／または集束部１４０の後方に配置され得る。アノード１５０はゲート電極１３０および／または電界放出組立体１２０を含むカソードに比べて高い電圧が印加される部分で、正極部と指称されてもよく、電子ビームがぶつかる目的という意味のターゲットと指称されてもよい。

アノード１５０では電磁波が形成され得る。具体的には、エミッタ１２１から放出された電子ビームがゲート電極１３０および／または集束部１４０を通過しながら加速された後、アノード１５０に衝突することができ、このとき電子ビームはアノード１５０を構成する物質を興奮状態に励起させてから再び元の状態に戻りながら電磁波を発生させることができる。

電磁波発生装置１００が放出する電磁波は０．００１ｎｍ～１０ｎｍの波長を有することができる。例えば、電磁波発生装置１００は０．００１ｎｍ～１０ｎｍの波長を有するＸ線を放出することができる。より詳細には、電磁波発生装置１００は０．０１ｎｍ～１０ｎｍの波長を有するＸ線を放出することができる。

図２は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の分解斜視図である。図３は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の断面図である。図４および図５は、図２のＳ部分を拡大して図示したものである。

本明細書の一実施例に係る電界放出組立体１２０はエミッタ１２１とホルダ１２２を含むことができるが、このうち一部を除いて実施されてもよく、その他の追加的な構成を排除することもない。

図２～図５を参照すると、電界放出組立体１２０はエミッタ１２１を含むことができる。エミッタ１２１はホルダ１２２に固定され得る。エミッタ１２１はホルダ１２２と接触して通電され得る。電磁波発生装置１００に電界が印加されると、電子はホルダ１２２を通じてエミッタ１２１に移動した後、エミッタ１２１から放出され得る。エミッタ１２１は電子が容易に移動できる炭素ナノチューブ繊維を含むことができる。これに限定されず、エミッタ１２１は電子を放出できる多様な材料で形成され得る。

エミッタ１２１はシート（ｓｈｅｅｔ）形態であり得る。エミッタ１２１がシート状に形成されることによって多くの電子放出点Ｐが形成され得るため、多量の電磁波を発生させることができる。また、エミッタ１２１がシート状に形成されることによって電子放出点Ｐが広く分布され得るので、電子がエミッタ１２１のいずれか一つの地点で集まって放出されずに広い領域で均一に放出され得、これを通じて弱い強さの電磁波が発生し得る。総合すれば、シート状のエミッタ１２１を通じて弱い強度の電磁波を多量で発生させることができる。このようなシート状のエミッタ１２１は乳ガン検出等の弱い強度の多量の電磁波を必要とする特定の分野で活用され得る。

図５を参照すると、エミッタ１２１は複数のヤーン（Ｙａｒｎ）１２１ａを含むことができる。具体的には、エミッタ１２１は炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーン１２１ａで形成され得る。ヤーン１２１ａは炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が集まって形成される線形の材料であり得る。ヤーン１２１ａが形成される方式は図６および図７と関連して詳しく説明する。

図４および図５を参照すると、エミッタ１２１は複数のヤーン１２１ａが製織（Ｗｅａｖｉｎｇ）されて形成され得る。具体的には、エミッタ１２１は線形に形成される複数のヤーン１２１ａが互いに製織されたシート形態であり得る。これを通じて、エミッタ１２１の電気的、機械的物性の均一度が向上し得、さらに、電気的、機械的物性が強化され得る。

具体的には、複数のヤーン１２１ａが製織されると、シート形態のエミッタ１２１は一定のテクスチャ（Ｔｅｘｔｕｒｅ）を有することができ、これを通じて電子放出点Ｐがシート上に均一に分布され得るため、電界放出特性の均一度が向上し得る。

また、電子放出点Ｐは線形のヤーン１２１ａが互いに交差する部分で形成され得るが、複数のヤーン１２１ａが規則的に製織されたシート形態で備えられることによって、電子放出点Ｐに電子放出方向ｘに重なって電子の放出を妨害する要素を除去することができる。すなわち、複数のヤーン１２１ａが規則的に製織されることによって、線形のヤーン１２１ａが互いに交差する部分である電子放出点Ｐはすべて電子放出方向ｘの前方に露出され得る。これを通じて、電子の放出がより円滑になされ得るため、電界放出特性が強化され得る。

また、複数のヤーン１２１ａが製織されると、製造されるエミッタ１２１の間で構造的な統一性が確保され得るので、エミッタ１２１の機械的物性の均一性が向上し得る。これを通じて、電界放出組立体１２０および電磁波発生装置１００の寿命の一貫性を確保することができる。また、電界放出組立体１２０の製造時、機械的物性の差による誤差を減らすことができるため、電界放出特性の均一性も向上し得る。

また、複数のヤーン１２１ａが製織されると、エミッタ１２１の構造が強化され得るため、エミッタ１２１、電界放出組立体１２０および電磁波発生装置１００の耐久性が向上し得る。

エミッタ１２１は多様な方式で製織され得る。例えば、エミッタ１２１は平織り（Ｐｌａｉｎ ｗｅａｖｉｎｇ）、綾織り（ｔｗｉｌｌ ｗｅａｖｉｎｇ）または朱子織り（ｓａｔｉｎ ｗｅａｖｉｎｇ）等の多様な方式で製織され得る。すなわち、エミッタ１２１は規則的なテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）が形成され得るのであれば、いずれか特定の製織方式に限定されずに形成され得る。製織によって形成されたエミッタ１２１は薄くて広いシート（ｓｈｅｅｔ）の形態を有し得、製織方式により剛性は少しずつ変わり得る。

製織は追加的な物質の添加、または物理／化学的加工なしに複数のヤーン１２１ａの組織構造自らシート形態を有し得ることを意味し得る。ただし、必要に応じて追加的な物質の添加を通じて、または物理／化学的加工を通じて、シート（ｓｈｅｅｔ）組織がさらに堅固となり得る。

エミッタ１２１は製織形成という特徴によって、電子放出方向ｘを基準として相対的に前方に配置された地点または領域、そして、後方に配置された地点または領域を含むことができる。相対的に前方に配置された地点または領域は山（ｐｅａｋ）を含むことができ、相対的に後方に配置された地点または領域は谷（ｖａｌｌｅｙ）を含むことができる。このような山と谷はヤーン１２１ａが互いに交差する部分で形成され得る。電子放出点Ｐはヤーン１２１ａが互いに交差する部分に形成され得るが、このような電子放出点Ｐは山（ｐｅａｋ）と一致するものと理解され得る。山（ｐｅａｋ）と谷（ｖａｌｌｅｙ）が形成される部分は他の部分に比べて厚く形成され得るため多くの電子が集中され得、山（ｐｅａｋ）の形状を通じて電子の放出が容易となり得る。複数のヤーン１２１ａが規則的なテクスチャの形態で製織されることによって複数の山（ｐｅａｋ）と谷（ｖａｌｌｅｙ）は規則的な分布を有するようになり、これは電界放出特性の均一度を向上させることができる。

図２および図３を参照すると、エミッタ１２１は電子放出部１２１１を含むことができる。電子放出部１２１１はエミッタ１２１の幅方向のうち電子を放出する直接領域を意味し得、主に平面で広げた状態のエミッタ１２１のうち中央領域であり得る。電子放出部１２１１はエミッタ１２１のみで定義されず、ホルダ１２２と結合した状態で特定され得る。電子放出部１２１１はホルダ１２２の装着部１２２１の電子放出方向ｘの前面上に配置され得る。電子放出部１２１１はエミッタ１２１がホルダ１２２に固定された時、ホルダ１２２の外部に露出され得る。電子放出部１２１１に電界が印加されると、電子放出部１２１１から電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が放出され得る。

電子放出部１２１１はエミッタ１２１で電子放出方向ｘに垂直な平面上に広げられた領域であり得る。すなわち、図１を基準として、電子放出部１２１１はエミッタ１２１の中でアノード（１５０、図１に図示）に向かう方向に垂直な平面上に広げられた部分であり得る。電子放出部１２１１は、電子放出方向ｘに垂直な平面上に形成される装着部１２２１の電子放出方向ｘの前面上に配置される部分であり得る。電磁波発生装置１００の内部に電界が印加されると、エミッタ１２１の電子放出部１２１１上に電位（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が形成され得るが、このとき、電子放出部１２１１が電子放出方向ｘに垂直な平面上に形成されると、電子放出部１２１１に形成される電子放出点Ｐに印加される電位が同一となり得、それにより電子がエミッタ１２１のいずれか一部分に偏って放出される現象を防止することができる。

エミッタ１２１は側部１２１２を含むことができる。側部１２１２は電子放出部１２１１の両側に形成され得る。側部１２１２は電子放出部１２１１の両側から延びる部分であり得る。側部１２１２はエミッタ１２１がホルダ１２２に固定された時、外部に露出しない部分であり得る。エミッタ１２１は側部１２１２によってホルダ１２２に固定され得る。

側部１２１２はホルダ１２２の装着部１２２１を囲みながら装着部１２２１と固定部１２２２の間に形成される隙間に配置され得る。側部１２１２はエミッタ１２１がホルダ１２２に固定された時、電子放出部１２１１の両側縁から電子放出方向ｘの反対方向に延びる部分であるものと理解され得る。側部１２１２は少なくとも固定部１２２２に形成される結合ホール１２２３と側方向に重なる領域まで延長され得る。エミッタ１２１は、側部１２１２が結合ホール１２２３を貫通して結合される結合部材１２３と装着部１２２１の側面によって加圧されることによってホルダ１２２に固定され得る。

図５を参照すると、エミッタ１２１には電子放出点Ｐが形成され得る。電子放出点Ｐは、複数のヤーン１２１ａが製織されたエミッタ１２１で線形のヤーン１２１ａが互いに交差する部分であり得る。具体的には、ヤーン１２１ａが交差する部分はそうでない部分に比べて厚く形成され得、それによりエミッタ１２１に電界が印加されると、ヤーン１２１ａが交差する部分に電子が容易に集中され得る。また、ヤーン１２１ａが互いに交差する部分には山（ｐｅａｋ）が形成され得るが、このような山（ｐｅａｋ）の形状を通じて電子の放出が容易となり得る。このように、ヤーン１２１ａが交差する部分には電子が容易に集中され得、電子の放出も容易になされ得るため、ヤーン１２１が交差する部分が電子放出点Ｐとなり得る。交差する二つのヤーン１２１のうち一つのヤーン１２１の山（ｐｅａｋ）は、電子放出方向ｘの後方に配置された他の一つのヤーン１２１の谷（ｖａｌｌｅｙ）との相対的配置によるものであり得る。

エミッタ１２１は複数のヤーン１２１ａが製織されて形成されるので、電子放出点Ｐが一定の密度で形成され得る。このような構造を通じて、電子は電子放出部１２１１の全体領域に均一に形成され得るため、電界放出特性の均一度が向上し得る。

図２および図３を参照すると、電界放出組立体１２０はホルダ１２２を含むことができる。ホルダ１２２はエミッタ１２１を固定することができる。

ホルダ１２２は通電が可能な電気伝導性物質で形成され得る。具体的には、ホルダ１２２は電気伝導性を有し、かつ電界放出組立体１２０に蓄積される電子の斥力によって変形されない程度の機械的強度を有した物質からなり得る。例えば、ホルダ１２２はタングステン、亜鉛、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、金、白金、錫、ステンレススチールおよび導電性セラミックスからなる群から選択される１種以上の物質からなり得る。電界放出組立体１２０に電界が印加されると、電子は電気伝導性物質で形成されるホルダ１２２を通じてエミッタ１２１に移動した後、エミッタ１２１の外部に放出され得る。

ホルダ１２２は装着部１２２１を含むことができる。装着部１２２１にはエミッタ１２１が装着され得る。具体的には、エミッタ１２１の電子放出部１２１１は装着部１２２１の電子放出方向ｘの前面上に配置され得、エミッタ１２１の側部１２１２は装着部１２２１を囲むように配置され得る。この時、エミッタ１２１の側部１２１２は装着部１２２１と固定部１２２２の間に形成される隙間の内側に配置され得る。

装着部１２２１の電子放出方向ｘの前面は電子放出方向ｘに垂直となり得る。シート形態の電子放出部１２１１はこのような装着部１２２１の電子放出方向ｘの前面上に密着して配置されるので、電子放出部１２１１も電子放出方向ｘに垂直となり得る。これを通じて、電磁波発生装置１００に電界が印加された時に電子放出部１２１１に均一な電位が形成され得るため、電界放出特性の均一度が向上し得る。

ホルダ１２２は固定部１２２２を含むことができる。固定部１２２２は装着部１２２１の両側に配置され得る。装着部１２２１と固定部１２２２の間には隙間が形成され得、エミッタ１２１の側部１２１２はこのような隙間の内側に配置され得る。

固定部１２２２は結合ホール１２２３を含むことができる。結合ホール１２２３は固定部１２２２の側面で側方向に貫通形成され得る。結合ホール１２２３には結合部材１２３が結合され得る。

電界放出組立体１２０は結合部材１２３を含むことができる。結合部材１２３は固定部１２２２に形成された結合ホール１２２３に貫通して結合され得る。結合部材１２３はエミッタ１２１をホルダ１２２に固定させることができる。一例として、結合ホール１２２３の内側面と結合部材１２３の外側面にそれぞれねじ山が形成され、結合部材１２３は結合ホール１２２３にねじ結合され得る。

具体的には、結合部材１２３が固定部１２２２に形成された結合ホール１２２３に結合されると、結合部材１２３の端部は装着部１２２１の側面を加圧することができる。この時、エミッタ１２１の側部１２１２は結合部材１２３の端部と装着部１２２１の側面の間に配置されて、結合部材１２３の端部と装着部１２２１の側面によって加圧される方式でホルダ１２２に固定され得る。

これとは異なり、エミッタ１２１は多様な方式でホルダ１２２に固定され得る。例えば、エミッタ１２１の側部１２１２は装着部１２２１と固定部１２２２により直接加圧されて固定され得る。具体的には、結合部材１２３の端部は装着部１２２１の側面で終結されるのではなく、装着部１２２１の側面にも結合溝が形成されて結合部材１２３が固定部１２２２を貫通した後、装着部１２２１に締結され得る。この場合、結合部材１２３を締め付けると、装着部１２２１と固定部１２２２の距離が近づきながら隙間の幅が減少し得る。エミッタ１２１の側部１２１２が隙間の内側に配置された状態で結合部材１２３を締め付けると、エミッタ１２１の側部１２１２は装着部１２２１の側面と固定部１２２２の側面によって加圧されて固定され得る。

また、ホルダ１２２は固定部１２２２を含まず、結合部材１２３は装着部１２２１の側面にすぐに結合されてもよい。この場合、エミッタ１２１の側部１２１２が装着部１２２１の側面に配置された状態で、結合部材１２３をエミッタ１２１の側部１２１２に貫通させて装着部１２２１の側面に結合させると、エミッタ１２１がホルダ１２２に固定され得る。

ホルダ１２２の装着部１２２１と固定部１２２２は別途の部材で形成され得る。この場合、装着部１２２１と固定部１２２２はそれぞれボックス形態で製造され得るため、それぞれの部材お製造が容易となり得る。反面、ホルダ１２２の装着部１２２１と固定部１２２２は一体に形成されてもよい。この場合、固定部１２２２を装着部１２２１に対して別途に整列する過程が不要となり得るため、エミッタ１２１をホルダ１２２に固定する過程が容易となり得る。

エミッタ１２１の電子放出部１２１１が電子放出方向ｘに垂直な面に沿って配置され得るのであれば、ホルダ１２２の前述した構造に制限されず、多様な方式で形成され得る。例えば、エミッタ１２１は別途の機械的なメカニズムを通じてホルダ１２２に結合されてもよく、接着体を通じてホルダ１２２に接着されてもよく、溶接方式を通じてホルダ１２２に固定されてもよい。

図６は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体の線形エミッタを撮影した写真である。図７は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体のエミッタの形成過程を図示したものである。

図６を参照すると、エミッタ１２１は炭素ナノチューブ材質で形成される線形の複数のヤーン（Ｙａｒｎ）が互いに製織されて形成され得る。図６の（ａ）を参照すると、エミッタ１２１を構成する複数のヤーン１２１ａそれぞれは撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。この場合、ヤーン１２１ａをより容易に製造できるため、製造効率性が向上し得る。また、図６の（ｂ）を参照すると、エミッタ１２１を構成する複数のヤーン１２１ａそれぞれは編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）であってもよい。この場合、ヤーン１２１ａの機械的物性および電気的物性が向上し得るため、電界放出特性も向上し得る。撚糸と編組糸の物性に対しては図８～図１０と関連して詳しく後述する。

図７は、本明細書の一実施例に係る電界放出組立体１２０のエミッタ１２１が形成される過程を具体的に図示したものである。

図７の（ａ）および（ｂ）を参照すると、エミッタ１２１を構成する複数のヤーン１２１ａそれぞれは撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。この時、図７の（ａ）を参照すると、ヤーン１２１ａを構成する撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が撚れて形成される１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。また、図７の（ｂ）を参照すると、ヤーン１２１ａを構成する撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに撚れて形成された２次撚糸（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。この時、１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が撚れて形成され得る。

一方、図７の（ｃ）および（ｄ）を参照すると、エミッタ１２１を構成する複数のヤーン１２１ａそれぞれは編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）であり得る。この時、図７の（ｃ）を参照すると、ヤーン１２１ａを構成する編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され得、このような１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が撚れて形成され得る。また、図７の（ｄ）を参照すると、ヤーン１２１ａを構成する編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）は２次撚糸（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され得る。この時、２次撚糸（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに撚れて形成され得、このような１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）は複数の炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が撚れて形成され得る。

しかし、製織してシート形態のエミッタ１２１を形成できる線形のヤーン１２１ａを形成できるのであれば、エミッタ１２１を構成するヤーン１２１ａが形成される方式は前記図７の（ａ）～（ｄ）で説明した方式に制限されず、要求される電界放出特性により図７の（ａ）～（ｄ）に図示された方式の多様な組み合わせで形成されてもよく、図７の（ａ）～（ｄ）で説明されていない方式で形成されてもよい。

図８は、エミッタを構成するヤーンのタイプによる機械的物性を図示したものである。

図８の（ａ）～（ｄ）はエミッタを構成するヤーンのタイプによる変形率（Ｓｔｒａｉｎ）－応力（Ｓｔｒｅｓｓ）カーブを図示したもので、それぞれの場合に対して複数回実験を施行した後にそのデータを図示したものである。図８の（ａ）は６４本の炭素ナノチューブ単糸を単純に集めておいたヤーン（Ｎｏｎ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ＿６４ Ｆｉｂｅｒ）に変形を加えた場合であり、図８の（ｂ）は６４本の炭素ナノチューブ単糸を７５回撚って形成された撚糸（７５ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ＿６４ Ｆｉｂｅｒ）に変形を加えた場合であり、図８の（ｃ）は６４本の炭素ナノチューブ単糸を１５０回撚って形成された撚糸（１５０ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ＿６４ Ｆｉｂｅｒ）に変形を加えた場合であり、図８の（ｄ）は６４本の炭素ナノチューブ単糸を編組して形成された編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ＿６４ Ｆｉｂｅｒ）に変形を加えた場合である。

図８の（ａ）～（ｃ）を参照すると、炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）を単純に集めておいたもの（Ｎｏｎ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）と、炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）を撚って形成した撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）に変形を加える時には、毎施行ごとに互いに異なる応力特性を示すことを確認することができる。反面、図８の（ｄ）を参照すると、炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）を編組して形成した編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）に変形を加える時には、毎施行ごとに応力特性にほとんど差がないことを確認することができる。

前記で詳擦したエミッタを構成するヤーンのタイプによる機械的物性を数値で表現すると、下記の［表１］の通りである。

［表１］を参照すると、エミッタを構成するヤーンが編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合が他の場合より変形率（Ｓｔｒａｉｎ）および応力（Ｓｔｒｅｓｓ）の偏差値が確然と低いことを確認することができる。また、変形率による応力の変化比率（Ｍｏｄｕｌｕｓ）値を見ても、エミッタを構成するヤーンが編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合が他の場合に比べて偏差値が最も小さいことを確認することができる。

図８および［表１］を参照すると、エミッタを構成するヤーンを編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成すると、単純に炭素ナノチューブ単糸を集めておいたもの（Ｎｏｎ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）やヤーンを撚糸で形成するもの（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）に比べて、機械的な物性の均一性が向上し得、これを通じて電界放出組立体を形成する過程でエミッタの機械的な物性差による誤差を減らすことができるため、電界放出特性の均一性も向上し得る。

図９は、エミッタが撚糸で形成される場合と編組糸で形成される場合の電気的物性を図示したグラフである。

具体的には、図９はエミッタを構成するヤーンのタイプによる電気伝導度（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を図示したものである。

下記の［表２］は、エミッタが撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合と編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合の電気的物性を数値で表現したものである。

図９および［表２］を参照すると、エミッタが編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合、撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合に比べて電気伝導特性が高く、かつその偏差が小さいことを確認することができる。すなわち、エミッタを編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）に基づいて形成する場合、電気伝導度の均一性がより向上し得るため、エミッタの電界放出特性の均一性も向上し得る。

図１０は、エミッタが撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合と編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合の線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を図示したグラフである。

下記の［表３］は、エミッタが撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合と編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合の線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を数値で表現したものである。

図１０および［表３］を参照すると、エミッタが編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合、撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）に比べて線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）の偏差がさらに小さいことを確認することができる。線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が変わると、エミッタを通じて流れる電流の量や抵抗が変わり得るため、線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が均一であるほど電気的特性が均一であるものと理解され得る。すなわち、エミッタが編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）で形成される場合、線密度（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）の均一性が優秀であることによって電気的特性も均一となり得るので、電界放出特性の均一性も向上し得る。

前述された本明細書の或る実施例または他の実施例は、互いに排他的であるか区別されるものではない。前述された本明細書の或る実施例または他の実施例は、それぞれの構成または機能が併用または組み合わせられ得る。

例えば、特定の実施例および／または図面に説明されたＡ構成と他の実施例および／または図面に説明されたＢ構成が結合され得ることを意味する。すなわち、構成間の結合に対して直接的に説明していない場合であっても、結合が不可能であると説明した場合を除いては結合が可能であることを意味する。

前記の詳細な説明はすべての面で制限的に解釈されてはならず、例示的なものと考慮されるべきである。本明細書の範囲は添付された請求項の合理的解釈によって決定されるべきであり、本明細書の等価的範囲内でのすべての変更は本明細書の範囲に含まれる。

１００：電磁波発生装置
１１０：ハウジング
１１１：照射部
１２０：電界放出組立体
１２１：エミッタ
１２１ａ：ヤーン
１２１１：電子放出部
１２１２：側部
１２２：ホルダ
１２２１：装着部
１２２２：固定部
１２２３：結合ホール
１２３：結合部材
１３０：ゲート電極
１４０：集束部
１５０：アノード

Claims (15)

1. 電磁波発生装置で電子を放出するエミッタ（Ｅｍｉｔｔｅｒ）であって、
   前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーン（Ｙａｒｎ）が製織（Ｗｅａｖｉｎｇ）されたシート（Ｓｈｅｅｔ）形態であり、
   前記エミッタは、
   前記電子を放出する領域である電子放出部と、
   前記電子放出部の両側に接続され、電子放出方向において前記電子放出部の後方に配置され、ホルダに固定される側部と、を含む、エミッタ。
2. 前記複数のヤーンそれぞれは編組糸（Ｂｒａｉｄｅｄ Ｙａｒｎ）である、請求項１に記載のエミッタ。
3. 前記編組糸は複数の１次撚糸（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され、
   前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸（Ｆｉｂｅｒ）が撚れて形成された、請求項２に記載のエミッタ。
4. 前記編組糸は２次撚糸（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）が互いに編組されて形成され、
   前記２次撚糸は複数の１次撚糸が互いに撚れて形成され、
   前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成された、請求項２に記載のエミッタ。
5. 前記複数のヤーンそれぞれは撚糸（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｙａｒｎ）である、請求項１に記載のエミッタ。
6. 前記撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成された１次撚糸である、請求項５に記載のエミッタ。
7. 前記撚糸は１次撚糸が互いに撚れて形成された２次撚糸であり、
   前記１次撚糸は複数の炭素ナノチューブ単糸が撚れて形成された、請求項５に記載のエミッタ。
8. 電子を放出するエミッタ；および
   前記エミッタを固定するホルダを含み、
   前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーンが製織されたシート形態であり、
   前記エミッタは、
   前記電子を放出する領域である電子放出部と、
   前記電子放出部の両側に接続され、電子放出方向において前記電子放出部の後方に配置され、前記ホルダに固定される側部と、を含む、電界放出組立体。
9. 前記電子放出部は前記電子放出方向に垂直な平面上に広げられた領域である、請求項８に記載の電界放出組立体。
10. 前記ホルダは前記エミッタが装着される装着部と、前記装着部の両側に配置される固定部を含み、
    前記電子放出部は前記装着部の前記電子放出方向の前面に装着され、
    前記側部は前記装着部を囲みながら前記装着部と前記固定部の間に形成される隙間に配置される、請求項８に記載の電界放出組立体。
11. 前記装着部の前記電子放出方向の前面は前記電子放出方向に垂直である、請求項１０に記載の電界放出組立体。
12. 前記固定部を側方向に貫通する結合部材を含み、
    前記エミッタは前記側部が前記結合部材と前記装着部の側面によって加圧されることによって前記ホルダに固定される、請求項１０に記載の電界放出組立体。
13. 電子を放出するエミッタと、前記エミッタを固定するホルダを含む電界放出組立体；および
    前記電界放出組立体から放出された電子が衝突して電磁波を発生させるアノードを含み、
    前記エミッタは炭素ナノチューブ繊維を含む複数のヤーンが製織されたシート形態であり、
    前記エミッタは、
    前記電子を放出する領域である電子放出部と、
    前記電子放出部の両側に接続され、電子放出方向において前記電子放出部の後方に配置され、前記ホルダに固定される側部と、を含む、電磁波発生装置。
14. 前記電子放出部は前記アノードに向かう方向に垂直な平面上に延びる、請求項１３に記載の電磁波発生装置。
15. 前記電磁波は０．００１ｎｍ～１０ｎｍの波長を有する、請求項１３に記載の電磁波発生装置。

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