KR20220134184A - 전자방출 소스 및 이를 포함하는 엑스레이장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 엑스레이장치의 전자방출 소스는, 전자를 양방향으로 방출하는 소스부 및 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 추출하는 게이트부를 포함하는 게이트부를 포함하는 전자방출 소스 및, 전자방출 소스로부터 방출된 전자와의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 방출되는 전자의 출력을 향상시킬 수 있어, 고효율의 전자방출이 가능하다.

Description

전자방출 소스 및 이를 포함하는 엑스레이장치{ELECTRON EMISSION SOURCE AND X-RAY APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 전자방출 소스 및 이를 포함하는 엑스레이장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나의 전자방출 소스로부터 양방향으로 전자를 방출하여 높은 수준의 전류 출력이 가능한 전자방출 소스 및 이를 포함하는 엑스레이장치에 관한 것이다.
엑스레이는 진공관인 X선관(X-ray tube)을 구비하여, X선을 방출한다. 이러한 X선관의 음극은 텅스텐 필라멘트로 형성되며, 전류에 의해 가열되어 열 전자를 방출시킨다. 이에 대하여, 수만 볼트 이상의 고전압이 X선관의 양극에 인가되면, 음극에서 방출된 전자류가 고속으로 양극을 향해서 운동한다. 이때, 전자류가 양극의 텅스텐, 몰리브덴 등으로 만든 대항극에 충돌하였을 때 가지고 있는 에너지를 X선으로 방출한다.
한편, 엑스레이를 발생시키기 위한 전자방출 소스는 화학기상증착(CVD) 방식이 일반적이다. 화학기상증착은 금속에서 비금속에 이르기까지 다양한 종류의 기판에 엑스레이의 전계 방출원으로 나노 물질인 탄소나노튜브(CNT)를 성장시킨다. 여기서, 탄소나노튜브는 탄소로 이루어진 탄소 동소체(carbon allotrope)로서, 하나의 탄소 원자가 다른 탄소 원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있어 다양한 전기 전자 분야에서 응용되고 있다. 보편적으로 사용되는 실리콘(Si) 기판은 낮은 전도성으로 인해, 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 일산화탄소(CO1)을 포함하는 금속 기판에 CNT를 성장시킨다. 이때, 금속 기판에 성장된 CNT는 에미터에 적용된다.
한편, CNT가 성장된 기판에 의해 발생된 엑스레이는 품질의 균일성 및 안정성이 다소 낮다. 이에 따라, 근래에는 엑스레이 발생을 위한 전자방출 소스의 전자 방출 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
한국등록특허 제10-0892366호 한국공개특허 제2007-0102117호
본 발명의 목적은 하나의 소스부로부터 발생된 전자를 양방향으로 방출하여 전자 방출 효율이 향상된 전자방출 소스를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적이 달성된 전자방출 소스를 포함하는 엑스레이장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자방출 소자는, 전자를 양방향으로 방출하는 소스부 및, 상기 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여, 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 일방향 또는 양방향으로 추출하는 게이트부를 포함한다.
또한, 상기 소스부는, 벌집(honeycomb), 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지며, 금속 재질로 마련되어 전자를 방출하는 전극 메쉬 및, 상기 전극 메쉬의 테두리를 지지하며, 전극이 인가되는 캐소드 전극을 포함하며, 상기 전극 메쉬에 대해 전방향으로 탄소나노튜브(CNT)가 성장될 수 있다.
또한, 상기 소스부의 일면과 마주하는 제1게이트 메쉬 및 상기 제1게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제1게이트 전극을 포함하는 제1게이트부재 및, 상기 소스부의 타면과 마주하는 제2게이트 메쉬 및 상기 제2게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제2게이트 전극을 포함하는 제2게이트부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부로부터 각각 이격된 거리가 상호 같거나 상이할 수 있다.
또한, 상기 소스부의 일면과 상기 제1게이트부재 사이의 거리는 상기 소스부의 타면과 상기 제2게이트부재 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재 중 어느 하나는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 일방향으로 방출시키도록, 상기 소스부의 일면 또는 타면으로부터 방출된 상기 전자의 방출 방향을 편향시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 서로 다른 방향으로 방출시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재와 각각 마주하며 인광 도전성 물질이 코팅된 한 쌍의 ITO(Indium Tin Oxide) 필름을 포함하며, 상기 한 쌍의 ITO 필름은 상기 제1 및 제2게이트부재를 각각 통과한 상기 전자가 통과할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 엑스레이장치는, 엑스레이 발생을 위한 전자를 양방향으로 방출하는 소스부 및, 상기 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여, 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 일방향 또는 양방향으로 추출하는 게이트부를 포함하는 전자방출 소스 및, 상기 전자방출 소스로부터 방출된 상기 전자와의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드부를 포함한다.
또한, 상기 애노드부는 상기 소스부의 일면과 마주하도록 단일개로 마련되거나, 상기 소스부의 양면과 각각 마주하도록 한 쌍으로 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 측면에 의한 엑스레이장치는, 엑스레이 발생을 위한 전자를 양방향으로 방출하는 하나의 소스부 및, 상기 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 추출하는 게이트부를 포함하는 게이트부를 포함하는 전자방출 소스 및, 상기 전자방출 소스로부터 방출된 상기 전자와의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드부를 포함한다.
또한, 상기 애노드부는 상기 소스부의 일면과 마주하도록 단일개로 마련되거나, 상기 소스부의 양면과 각각 마주하도록 한 쌍으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 소스부는, 벌집(honeycomb), 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지며, 금속 재질로 마련되어 전자를 방출하는 전극 메쉬 및, 상기 전극 메쉬의 테두리를 지지하며, 전극이 인가되는 캐소드 전극을 포함하며, 상기 전극 메쉬에 대해 전방향으로 탄소나노튜브(CNT)가 성장될 수 있다.
또한, 상기 게이트부는, 상기 소스부의 일면과 마주하는 제1게이트 메쉬 및, 상기 제1게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제1게이트 전극을 포함하는 제1게이트부재 및, 상기 소스부의 타면과 마주하는 제2게이트 메쉬 및, 상기 제2게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제2게이트 전극을 포함하는 제2게이트부재를 포함하며, 상기 제1 및 제2게이트부재는 온/오프(On/Off) 제어에 의해 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 상기 전자를 일방향 또는 양방향으로 추출할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부로부터 각각 이격된 거리가 상호 같거나, 상이할 수 있다.
또한, 상기 애노드부는 상기 제1게이트부재와 마주하며, 상기 소스부의 일면과 상기 제1게이트부재 사이의 거리는 상기 소스부의 타면과 상기 제2게이트부재 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재 중 어느 하나는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 일방향으로 방출시키도록, 상기 소스부의 일면 또는 타면으로부터 방출된 상기 전자의 방출 방향을 편향시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 서로 다른 방향으로 방출시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2게이트부재와 각각 마주하며 인광 도전성 물질이 코팅된 한 쌍의 ITO(Indium Tin Oxide) 필름을 포함하며, 상기 한 쌍의 ITO 필름은 상기 제1 및 제2게이트부재를 각각 통과한 상기 전자가 통과할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 소스부에 대해 양방향으로 전자를 방출하여 추출할 수 있어, 2배 이상 증가된 전자 방출 효율을 얻을 수 있다.
둘째, 하나의 전자방출 소스가 양방향으로 전자를 방출하여 추출할 수 있어, 단층 엑스레이 촬영 또는 듀얼 디스플레이 등과 같은 다양한 형태의 엑스레이장치를 제공할 수 있다. 특히, 팬텀의 단층 엑스레이 촬영 이미지를 두가지 다른 각도에서 촬영하여 합성 엑스레이 이미지를 분석할 수 있다.
셋째, 간단한 구조로 고출력을 구현할 수 있어, 경제적이면서도 신뢰도가 우수한 엑스레이장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자방출 소스를 구비하는 엑스레이장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 엑스레이장치의 전자방출 소스의 다양한 실시예에 따른 전자 방향을 개략적으로 비교한 도면들이다.
도 3은 도 1에 도시된 엑스레이장치의 게이트 전압에 따른 애노드 전류를 비교한 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 2개의 애노드를 구비하는 엑스레이장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고,
도 5는 도 1에 도시된 전자방출 소스의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 엑스레이장치(1)가 개략적으로 도시된다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스레이장치(1)는 전자방출 소스(100) 및 애노드부(200)를 포함한다.
참고로, 자세히 도시되지 않았으나, 엑스레이장치(1)의 전자방출 소스(100) 및 애노드부(200)는 중공의 진공 챔버(미도시)의 내부에 마련될 수 있다. 이러한 진공 챔버(미도시)에는 발생된 엑스레이(X)(도 4 참조)를 외부로 안내할 수 있는 윈도우(미도시)가 마련될 수 있다. 이러한 진공 챔버(미도시)의 구성은 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 도시 및 설명은 생략한다.
전자방출 소스(100)는 후술할 애노드부(200)와 마주하도록 마련되어, 엑스레이를 포함하는 소정 광을 발생시키기 위해 전자를 방출한다. 이러한 전자방출 소스(100)는 전자방출 모듈 내지 전자총을 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예에 의한 전자방출 소스(100)는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 기반의 전계 방출(field emission) 방식으로 전자를 방출하는 것으로 예시한다.
이러한 전자방출 소스(100)는 소스부(110) 및 게이트부(120)를 포함한다.
소스부(110)는 엑스레이 발생을 위한 전자를 양방향으로 방출한다. 이러한 소스부(110)는 전극 메쉬(111) 및 캐소드 전극(112)을 포함한다.
전극 메쉬(111)는 벌집(honeycomb) 형상을 가지며, 금속 재질로 마련되어 전자(E)를 방출한다. 이러한 전극 메쉬(111)는 전자(E)를 방출하는 일종의 에미터(Emitter)로써, 얇은 판상의 면 광원으로 마련된다. 이러한 전극 메쉬(111)는 금속 합금(Alloy), 스테인레스 스틸(SUS), 몰리브덴(Molybdenum) 및 코발(Kovar) 등과 같은 금속 또는 탄소계열 물질로 마련될 수 있다.
전극 메쉬(111)의 표면에는 화학기상증착(CVD)에 의해 나노 소재인 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)(C)가 성장되어, 전자(E)를 방출한다. 참고로, 본 발명에서 예시하는 일종의 음극 기판인 전극 메쉬(111)는 대략 0.1mm의 두께를 가질 수 있다.
한편, 전극 메쉬(111)는 벌집 형상으로 마련됨으로써, 기존의 적층 방향을 기준으로 후술할 애노드부(200)와 마주하는 일면에서만 탄소나노튜브(C)가 성장되지 않으며, 전방향에 대한 탄소나노튜브(C)의 성장이 가능하다(도 2 참조). 그로 인해, 전극 메쉬(111)로부터 실제 전자(E)가 방출되는 면적은 전극 메쉬(111)의 전 영역에 대해 90% 이상일 수 있다. 참고로, 전극 메쉬(111)는 벌집 형상으로만 한정하지 않으며, 전자(E)의 방출 면적을 증가시킬 수 있는 예컨대, 사각 및 라인 형상 등과 같이 다양한 형상으로도 변경 가능하다.
캐소드 전극(112)은 전극 메쉬(111)의 테두리를 지지하며, 전극이 인가된다. 본 실시예에서는 전극 메쉬(111)가 벌집 형상을 가지는 원반 형태로 마련되고, 캐소드 전극(112)은 중심 영역에 캐소드 홀(113)이 관통된 도넛 형상을 가진다. 여기서, 캐소드 전극(112)의 캐소드 홀(113)에 전극 메쉬(111)가 마련된다. 이러한 캐소드 전극(112) 또한, 벌집 형상 뿐만 아니라, 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나로 변경 가능하다.
한편, 상기와 같이 원반 형상을 가지는 소스부(110)의 형상은 일 실시예일 뿐이며, 한정 사항은 아니다.
게이트부(120)는 소스부(110)를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재(130)(140)를 포함하여, 소스부(110)로부터 양방향으로 방출되는 전자(E)를 일방향 또는 양방향으로 추출한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 게이트부(120)가 제1 및 제2게이트부재(130)(140)를 포함하는 것으로 설명한다.
제1게이트부재(130)는 소스부(110)의 일면과 마주하는 제1게이트 메쉬(131) 및, 제1게이트 메쉬(131)의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제1게이트 전극(132)을 포함한다. 또한, 제2게이트부재(140)는 소스부(110)의 타면과 마주하는 제2게이트 메쉬(141) 및, 제2게이트 메쉬(141)의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제2게이트 전극(142)을 포함한다. 이러한 제1 및 제2게이트부재(130)(140)는 원반 형상으로 마련되어, 각각 전극 메쉬(111)의 일면과 타면에 마주한다.
참고로, 제1 및 제2게이트 메쉬(141)는 비교적 얇은 판상으로 마련되며, 금속의 망(Mesh) 형상을 가진다. 이러한 제1 및 제2게이트 메쉬(131)(141)의 테두리만이 제1 및 제2게이트 전극(141)(142)에 지지됨으로써, 제1 및 제2게이트 메쉬(131)(141)를 통과하여 추출되는 전자(E)의 방출을 간섭하지 않는다. 이때, 제1 및 제2게이트 메쉬(131)(141)도 육각형의 벌집 형상으로 마련됨으로써, 전자(E)가 금속망에 충돌되지 않고 안정적으로 배출됨에 보다 유리하다. 또한, 제1 및 제2게이트 메쉬(131)(141)도 벌집 형상이 아닌, 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 변경 가능하다.
제1 및 제2게이트부재(130)(140)는 소스부(110)로부터 각각 이격된 거리가 상이하다. 보다 구체적으로, 제1게이트부재(130)는 소스부(110)의 전극 메쉬(111)의 일면으로부터 이격된 제1거리(D1)는 전극 메쉬(111)의 타면으로부터 제2게이트부재(140)가 이격된 제2거리(D2)보다 짧다. 즉, 전극 메쉬(111)를 사이에 두고 제1게이트부재(130)가 제2게이트부재(140)보다 전극 메쉬(111)에 보다 가깝게 배치되는 것이다.
참고로, 본 실시예에서는 소스부(110)와 제1게이트부재(130) 사이의 제1거리(D1)는 대략 370um이고, 소스부(110)와 제2게이트부재(140) 사이이 제2거리(D2)는 제1거리(D1)보다 대략 2배인 740um인 것으로 예시한다. 또한, 후술할 애노드부(200)는 전자방출 소스(100)에 대해 대략 20mm 가량 이격된 것으로 예시하나, 한정 사항은 아니다.
여기서, 제1게이트부재(130)는 소스부(110)와 보다 가까운 제1거리(D1)로 이격되어 후술할 애노드부(200)와 마주함으로써, 제2게이트부재(140)는 소스부(110)에 대해 상대적으로 이격된 제2거리(D2)로 인해, 전극 메쉬(111)로부터 방출된 전자(E)가 추출되지 않고 제1게이트부재(130)를 향해 편향된다. 그로 인해, 전극 메쉬(111)의 전방향으로 탄소나노튜브(C)가 성장되어 방출된 전자(E)가 애노드부(200)로 집중되어 추출될 수 있어, 출력을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2의 도시와 같이, 제1 및 제2게이트부재(130)(140)는 전극 인가를 온/오프(On/off) 제어함으로써, 소스부(110)로부터 방출된 전자(E)의 추출 방향을 제어할 수 있다. 예컨대, 도 2의 (a)의 도시와 같이, 제1게이트부재(130)에 전극이 인가되도록 제어되고 제2게이트부재(140)에는 전극이 인가되지 않도록 제어되면, 전극 메쉬(111)로부터 성장된 탄소나노튜브(C)로부터 방출된 전자(E)가 제1게이트 메쉬(131)만 통과하여 추출된다. 또한, 도 2의 (a)와 반대로 즉, 도 2의 (b)와 같이 제1게이트부재(130)에 대한 전극 인가가 오프(Off)되고, 제2게이트부재(140)에 전극이 인가되도록 제어될 경우에는, 제2게이트부재(140)를 통과하여 전자(E)가 추출된다.
아울러, 도 2의 (c)와 같이, 제1 및 제2게이트부재(130)(140) 모두에 전극이 인가되도록 제어될 경우에는, 전극 메쉬(111)로부터 성장된 탄소나노튜브(C)로부터 방출된 전자(E)가 제1 및 제2게이트부재(130)(140)를 모두 통과하여 추출된다.
여기서, 도 2의 (a)의 경우에서는 전극 메쉬(111)로부터 전방향으로 성장된 탄소나노튜브(C) 중 전극이 인가되는 제1게이트부재(130)와 마주하는 위치의 탄소나노튜브(C)가 활성화된다. 또한, 도 2의 (b)의 경우에서는 제2게이트부재(140)와 마주하는 탄소나노튜브(C) 중에서 활성 탄소나노튜브(C)가 증가된다. 이 경우, 탄소나노튜브(C)들 중에서 전극이 인가되는 제1 또는 제2게이트부재(130)(140)와 마주하는 전극 메쉬(111)의 일면 또는 타면으로부터 성장되는 활성 탄소나노튜브(C)를 제외한 영역의 탄소나노튜브(C)는 전자(E)를 방출하나, 비가동 상태일 수 있다.
반면에, 도 2의 (c)와 같이, 제1 및 제2게이트부재(130)(140) 모두에 전극이 인가된 상태에서는 탄소나노튜브(C)의 전방향에 대한 활성 탄소나노튜브(C)가 증가됨으로써, 고출력의 전자(E) 방출이 가능하다.
한편, 도 2의 (a), (b) 및 (c)와 같이, 소스부(110)의 전극 메쉬(111)와 제1 및 제2게이트 메쉬(131)(141) 사이의 이격된 간격(D1)(D2)에는 전기장이 유도됨으로써, 전자(E)가 균일하게 추출될 수 있다. 이때, 도 1과 같이, 제1간격(D1)보다 제2간격(D2)이 더 길도록 제1 및 제2게이트부재(130)(140)가 설정될 경우, 전기장 유도에 의해 전자(E)가 제1게이트부재(130) 측으로 편향되어 추출됨에 보다 유리하다.
이상과 같은 전자방출 소스(100)는 소스부(110)와 게이트부(120)를 상호 적층시켜 지지하는 스페이서(150)를 포함한다. 이러한 스페이서(150)는 소스부(110)의 캐소드 전극(112)과 게이트부(120)의 제1 및 제2게이트 전극(132)(142) 사이의 접촉에 의한 전기적 간섭을 방지하기 위해, 세라믹과 같은 절연성 재질로 마련됨이 좋다.
스페이서(150)는 도 1의 도시와 같이, 소스부(110)와 제1게이트부(120)의 사이에는 1개가 개재되고, 제2게이트부재(140)와 소스부(110)의 사이에는 2개가 개재됨으로써, 소스부(110)에 대한 제1 및 제2게이트부재(130)(140) 사이의 제1 및 제2거리(D1)(D2)를 조정할 수 있다.
애노드부(200)는 전자방출 소스(100)로부터 방출된 전자(E)와 충돌하여 엑스레이(X)와 같은 광을 발생시킨다. 애노드부(200)에서 발생하는 엑스레이(X)를 포함하는 광은 애노드부(200)의 재질과 엑스레이장치(1)에 인가되는 전압의 크기에 따라서 달라질 수 있으며, 구체적으로 엑스레이, 가시광선, 적외선, 자외선 가운데 어느 하나가 될 수 있다.
애노드부(200)는 전자방출 소스(100)와 마주하도록 마련되며, 도 1의 도시와 같이 소스부(110)와 가까운 위치에서 전자(E)의 추출에 유리한 제1게이트부재(130)와 마주하도록 배치될 수 있다. 한편, 애노드부(200)는 전자(E)가 충돌하는 반사면을 구비하며, 이러한 애노드부(200)의 구성은 본 발명의 요지가 아니므로, 자세한 설명은 생략한다.
이상과 같은 구성을 가지는 엑스레이장치(1)의 엑스레이 발생 동작을 도 1을 참고하여 정리하면, 다음과 같다.
소스부(110)의 캐소드 전극(112)에 음극이 인가되면, 캐소드 홀(113)에 마련된 전극 메쉬(111)로부터 탄소나노튜브(C)가 성장한다. 이때, 전극 메쉬(111)는 벌집 형상을 가짐으로써, 노출된 전 영역으로부터 탄소나노튜브(C)가 성장되어 전자(E)를 방출시킨다. 여기서,
탄소나노튜브(C)로부터 방출된 전자(E)는 전극 메쉬(111)의 일면과 타면으로부터 방출된다. 이때, 애노드부(200)와 소스부(110)의 일면 사이에 마련된 제1게이트부재(130)를 전자(E)가 통과하여 애노드부(200)로 전자(E)를 출력시킨다. 이때, 제2게이트부재(140)는 전자(E)를 추출하지 않고 제1게이트부재(130)를 향해 전자(E)의 진행 방향을 편향시킴으로써, 전자(E)의 낭비 없이 높은 전자(E)의 출력을 기대할 수 있게 된다.
한편, 하기 표 1의 정리와 같이, 4가지 타입으로 전자방출 소스(100)를 마련할 경우의 누설율과 유효 전류 게인을 비교하였다.
Figure pat00001
표 1에서 No. 1 내지 4는 각각 최대 적용 게이트 전압이 1040V, 1040V, 840V 및 840V이다. 이러한 조건에서 유효 전류 게인은 제1 및 제2게이트부재(130)(140)가 동시에 작동되는 모드에서 일반적으로 적용되는 애노드부(200)와 마주하는 전면(Front) 게이트인 제1게이트부재(130)만이 작동하는 모드 사이의 전류 차이이다. 이러한 유효 전류 게인을 통해 전류의 누출을 판단할 수 있다.
참고로, 표 1에서 제1 및 제2게이트부재(130)(140)의 재질 및 투명도(transparency ratio)가 동일한 No. 1은 게이트 누설율이 가장 낮으며, 유효 전류 게인이 가장 높다. 이를 통해, 제1 및 제2게이트부재(130)(140)의 재질 및 투명도가 동일할 때, 가장 고효율의 게이트 전류 출력을 기대할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 3과 같이 게이트 전압과 애노드 전류를 상호 비교한 그래프를 참고하면, 제1 및 제2게이트부재(130)(140)를 동시에 구비하는 본 발명에 의한 엑스레이장치(1)가 제1 및 제2게이트부재(130)(140) 중 어느 하나만을 구비하는 경우와 비교하여, 상대적으로 게이트 전압에 따른 애노드 전류가 높음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 제1 및 제2게이트부재(130)(140)를 구비하는 엑스레이장치(1)의 출력 효율이 우수하다.
한편, 도 1의 실시예에서는 엑스레이장치(1)가 1개의 애노드부(200)를 포함하는 것으로 예시하였으나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 도 4의 도시와 같이, 애노드부(200)가 2개의 애노드(210)(220)를 포함하는 변형예도 가능하다. 즉, 애노드부(200)는 제1 및 제2애노드(210)(220)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1애노드(210)는 소스부(110)와 제1게이트부재(130)를 사이에 두고 마주하고, 제2애노드(220)는 소스부(110)와 제2게이트부재(140)를 사이에 두고 마주한다.
그로 인해, 소스부(110)로부터 전방향으로 성장하는 탄소나노튜브(C)로부터 방출된 전자는 각각 제1 및 제2게이트부재(130)(140)를 통과하여 추출된 후, 각각 마주하는 제1 및 제2애노드(210)(220)에서 엑스레이(X)로 반사된다. 이때, 제1 및 제2애노드(210)(220)는 팬텀(P)을 향해 엑스레이(X)를 반사시킴으로써, 제1 및 제2애노드(210)(220)가 팬텀(P)을 향해 동시에 전자(E)를 방출하여 엑스레이(X)로 촬영할 수 있다. 그로 인해, 하나의 소스부(110)를 구비하는 전자방출 소스(100)로부터 발생된 전자(E)를 사용하여 단층 엑스레이(X) 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 도 6을 참고하면, 전자방출 소스(100)의 변형예가 개략적으로 도시된다. 변형예에서는 전자방출 소스(100)는 소스부(110)에 대해 제1 및 제2게이트부재(130)(140)가 상호 동일 간격으로 이격되도록 마련되며, 제1 및 제2게이트부재(130)(140)는 각각 인광 도전성 물질이 코팅된 ITO(Indium Tin Oxide) 필름(160)과 마주할 수 있다. 여기서, 한 쌍의 ITO 필름(160)은 제1 및 제2게이트부재(130)(140)로부터 각각 추출된 전자(E)가 통과하도록 마련된다. 이 경우, 하나의 전자방출 소스(100)로 듀얼 디스플레이(Dual display)가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 엑스레이장치 100: 전자방출 소스
110: 소스부 111: 전극 메쉬
112: 캐소드 전극 113: 캐소드 홀
120: 게이트부 130: 제1게이트부재
131: 제1게이트 메쉬 132: 제1게이트 전극
140: 제2게이트부재 141: 제2게이트 메쉬
142: 제2게이트 전극 150: 스페이서
160: ITO 200: 애노드부
210: 제1애노드 220: 제2애노드
E: 전자 X: 엑스레이
C: 탄소나노튜브

Claims (19)

  1. 전자를 양방향으로 방출하는 소스부; 및
    상기 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여, 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 일방향 또는 양방향으로 추출하는 게이트부;
    를 포함하는 전자방출 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스부는,
    벌집(honeycomb), 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지며, 금속 재질로 마련되어 전자를 방출하는 전극 메쉬; 및
    상기 전극 메쉬의 테두리를 지지하며, 전극이 인가되는 캐소드 전극;
    을 포함하며,
    상기 전극 메쉬에 대해 전방향으로 탄소나노튜브(CNT)가 성장되는 전자방출 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 게이트부는,
    상기 소스부의 일면과 마주하는 제1게이트 메쉬 및, 상기 제1게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제1게이트 전극을 포함하는 제1게이트부재; 및
    상기 소스부의 타면과 마주하는 제2게이트 메쉬 및, 상기 제2게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제2게이트 전극을 포함하는 제2게이트부재;
    를 포함하는 전자방출 소스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부로부터 각각 이격된 거리가 상호 같거나 상이한 전자방출 소스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 소스부의 일면과 상기 제1게이트부재 사이의 거리는 상기 소스부의 타면과 상기 제2게이트부재 사이의 거리보다 짧은 전자방출 소스.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재 중 어느 하나는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 일방향으로 방출시키도록, 상기 소스부의 일면 또는 타면으로부터 방출된 상기 전자의 방출 방향을 편향시키는 전자방출 소스.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 서로 다른 방향으로 방출시키는 전자방출 소스.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재와 각각 마주하며 인광 도전성 물질이 코팅된 한 쌍의 ITO(Indium Tin Oxide) 필름을 포함하며,
    상기 한 쌍의 ITO 필름은 상기 제1 및 제2게이트부재를 각각 통과한 상기 전자가 통과하는 전자방출 소스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 전자방출 소스; 및
    상기 전자방출 소스로부터 방출된 상기 전자와의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드부;
    를 포함하는 엑스레이장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 애노드부는 상기 소스부의 일면과 마주하도록 단일개로 마련되거나, 상기 소스부의 양면과 각각 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 엑스레이장치.
  11. 엑스레이 발생을 위한 전자를 양방향으로 방출하는 하나의 소스부 및, 상기 소스부를 사이에 두고 상호 마주하는 한 쌍의 게이트부재를 포함하여 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 전자를 추출하는 게이트부를 포함하는 게이트부를 포함하는 전자방출 소스; 및
    상기 전자방출 소스로부터 방출된 상기 전자와의 충돌에 의해 엑스레이를 발생시키는 애노드부;
    를 포함하는 엑스레이장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 애노드부는 상기 소스부의 일면과 마주하도록 단일개로 마련되거나, 상기 소스부의 양면과 각각 마주하도록 한 쌍으로 마련되는 엑스레이장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 소스부는,
    벌집(honeycomb), 사각 및 라인 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지며, 금속 재질로 마련되어 전자를 방출하는 전극 메쉬; 및
    상기 전극 메쉬의 테두리를 지지하며, 전극이 인가되는 캐소드 전극;
    을 포함하며,
    상기 전극 메쉬에 대해 전방향으로 탄소나노튜브(CNT)가 성장되는 엑스레이장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 게이트부는,
    상기 소스부의 일면과 마주하는 제1게이트 메쉬 및, 상기 제1게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제1게이트 전극을 포함하는 제1게이트부재; 및
    상기 소스부의 타면과 마주하는 제2게이트 메쉬 및, 상기 제2게이트 메쉬의 테두리를 지지하며 전극이 인가되는 제2게이트 전극을 포함하는 제2게이트부재;
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2게이트부재는 온/오프(On/Off) 제어에 의해 상기 소스부로부터 양방향으로 방출되는 상기 전자를 일방향 또는 양방향으로 추출하는 엑스레이장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부로부터 각각 이격된 거리가 상호 같거나, 상이한 엑스레이장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 애노드부는 상기 제1게이트부재와 마주하며,
    상기 소스부의 일면과 상기 제1게이트부재 사이의 거리는 상기 소스부의 타면과 상기 제2게이트부재 사이의 거리보다 짧은 엑스레이장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재 중 어느 하나는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 일방향으로 방출시키도록, 상기 소스부의 일면 또는 타면으로부터 방출된 상기 전자의 방출 방향을 편향시키는 엑스레이장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재는 상기 소스부의 일면과 타면으로부터 각각 방출되는 상기 전자를 서로 다른 방향으로 방출시키는 엑스레이장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2게이트부재와 각각 마주하며 인광 도전성 물질이 코팅된 한 쌍의 ITO(Indium Tin Oxide) 필름을 포함하며,
    상기 한 쌍의 ITO 필름은 상기 제1 및 제2게이트부재를 각각 통과한 상기 전자가 통과하는 엑스레이장치.
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