TWI753504B - 具有優良結構穩定性的場發射裝置及包括場發射裝置的x射線管 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種場發射裝置，包含：管道形發射器固持器，包括導電材料及在第一方向上連通的第一內部空間；及發射器電極，具有一或多根紗線，一或多根紗線各自具有在第一方向上延伸的結構，其中在第一方向上延伸的多個CNT經聚集，且發射器電極插入於第一內部空間中，同時在第一方向上延伸。

Description

具有優良結構穩定性的場發射裝置及包括場發射裝置的X射線管

本揭露是關於一種具有極佳結構穩定性的場發射裝置及包括所述場發射裝置的X射線管。

X射線管為尺寸相對較小的元件，其包含在施加電壓時發射電子的場發射裝置、當所發射電子碰撞時輻射X射線的金屬目標以及管，場發射裝置及金屬目標安裝於所述管中以構成主體，且在所述管中形成真空通道以允許電子通過所述真空通道。

X射線管廣泛用於多種行業中，諸如醫療、食品、水淨化、安保以及類似行業，以經由X射線傳輸來識別肉眼所不能觀測到的。

X射線管的效能可很大程度上視場發射裝置的場發射效能而定，特定言之，視構成場發射裝置的發射器電極的場發射效能而定。近年來，具有極佳電子發射特性的碳奈米管（carbon nanotube；CNT）已作為構成發射器電極的材料而引起大量關注。

CNT具有與金屬的電導性類似的電導性，且物理及化學穩定性以及機械強度極佳。CNT基於其較大縱橫比在經由其前端進行電子發射方面為有利的，其中直徑為奈米級，且長度大於直徑的1,000倍。

另外，在將電壓施加至CNT時，CNT可基於其上聚集的電場及其極佳電導性而經由其前端發射電子。在此情況下，由於所需場增強因數極佳，因此電子可易於甚至在相對較低電場中發射。

出於藉由利用這些特性來增加電子發射效率的目的，已將CNT加工為各種結構，且用作發射器電極。

關於上文的一個實例為利用CNT纖維束（例如CNT紗線），其中多個CNT藉由π-π相互作用而聚集。此紗線可單獨使用，或可將藉由π-π相互作用而聚集的多根紗線用作發射器電極。下文中，出於解釋方便起見，構成發射器電極的CNT及紗線稱為一種常見概念：發射器電極的「單元」。

此發射器電極具有可易於自各單元的前端發射電子的優勢：換言之，電子在前端處聚集，且因此，其可在前端經導向的特定方向上集中地發射。

然而，由於上文所描述的發射器電極具有其中多個單元藉由π-π相互作用整合的結構，因此發射器電極的形狀可在多個單元因勝過π-π相互作用的力解聚時變形。

導致以上事件發生的情況的實例可包含諸如將過電壓或電弧放電的應力施加至發射器電極的情況，以及長時間使用發射器電極的情況。

另外，電子可主要積聚在CNT的前端處。斥力可出現於積聚電子之間。此時，斥力亦可作用於不同單元之間。若此斥力超過由單元之間的π-π相互作用產生的內聚力，則所述單元可解聚。具體而言，在鄰近於單元的前端的區域中，可能出現單元因斥力而彼此間隔開的變形。

歸因於前端處的變形，不僅發射器電極的場發射效率可能減小，而且所述單元可能最終完全分離，藉此實質上失去其功能。

因此，需要一種用於改善上述問題的技術。

在本揭露的態樣中，提供一種能夠解決如上文所描述的技術問題的場發射裝置。

根據本揭露的場發射裝置包含發射器電極，所述發射器電極包含CNT及發射器固持器，發射器電極穩定地安裝至所述發射器固持器。

發射器固持器包含在第一方向上連通的第一內部空間。發射器電極包含各自具有在第一方向上延伸的結構的一或多根紗線，其中在第一方向上延伸的多個CNT經聚集。場發射裝置具有其中發射器電極的至少一部分沿第一方向插入於發射器固持器的第一內部空間中且固定至第一內部空間的結構。

此結構確保即使藉由發射器電極中的電子積聚產生斥力，亦藉助於發射器固持器抑制CNT的解聚的結構穩定性。

在具體地描述本揭露之前，本說明書及申請專利範圍中所使用的術語及字語不應被解釋為受限於一般術語或辭典術語。所述術語及字語必須根據本揭露的技術構想基於允許發明人恰當地定義術語的概念以便以最佳方式來解釋其自身發明的原則予以解釋。

因此，應理解，在本說明書中所描述的實施例的構成僅為本揭露的最佳實施例，且不表示本揭露的所有技術構想；因此，在申請本申請案時，可做出用於取代所述實施例的各種等效物及變化。

如本文中所使用，除非上下文以其他方式清楚地指定，否則單數表述涵蓋複數表述。在本說明書中，應理解，術語「包括」、「提供」、「具有」以及類似術語指示存在特徵、數值、步驟、元件或其所執行組合；且所述術語不排除存在或添加其他特徵、數值、步驟、元件或其組合中的一者或多者的可能性。

如本文中所使用，術語「引入」可與「饋入」及「注入」互換描述，且必要時，所述術語可被理解為意謂輸入或添加液體、氣體、熱量或類似物。

如本文中所使用，術語「聚集」可與「集聚（gathering）、彙集（collection）、結合（binding）」互換使用，且是指多個CNT藉由π-π相互作用而彼此黏附的形態。

如本文中所使用，術語「紗線」是指通過CNT以纖維形態生長，或藉由多個CNT以纖維形態集聚、聚集及/或融合而形成的任何紗線。

如本文中所使用，術語「基端」可指物體或目標的末端，或相對於任意參考方向朝向末端的方向。「前端」可指另一末端或相對於任意參考方向朝向另一末端的方向。此處，基端可包含非常接近於構成物體或目標的末端、遠端及/或端面的部分。前端可包含非常接近於與基端相對的末端、遠端及/或遠端的末端的部分。這些基端與前端可被認作一對的概念，且可區別於非常接近於其他末端、其他遠端及/或其他遠端的其他末端的部分。

在一實施例中，本揭露提供一種場發射裝置，包含：發射器固持器，包括導電材料及在第一方向上連通的第一內部空間；及發射器電極，包含各自具有在第一方向上延伸的結構的一或多根紗線，其中在第一方向上延伸的多個CNT經聚集。發射器電極可插入於發射器固持器的第一內部空間中，同時沿第一方向延伸。

在一個具體實例中，發射器電極可插入於第一內部空間中，其中發射器電極的至少一部分與發射器固持器的內表面電性接觸，以使得電流在發射器固持器與發射器電極之間流動。

在一個具體實例中，發射器固持器可包含帶狀的第一前端、帶狀的第一基端、在第一前端的內緣與第一基端的內緣之間在第一方向上延伸且限定第一內部空間的內表面，以及在第一前端的外緣與第一基端的外緣之間在第一方向上延伸的外表面。第一內部空間可在第一方向上自第一前端延伸至第一基端。發射器電極可包括第二前端及第二基端。

在一個具體實例中，當第一方向垂直於地面時，相較於第一前端，第二前端可定位為相對於地面更高，以使得發射器電極除插入於第一內部空間中的部分以外的剩餘部分定位為自第一前端朝上突起。

此時，第一高度的範圍可為例如10微米至20公釐，較佳地100微米至5公釐，更佳地100微米至1公釐，所述第一高度為在第二前端與第一前端之間在第一方向上的長度。另外，第二高度可為200微米至40公釐，特定言之1公釐至15公釐，所述第二高度為發射器電極在第一方向上的全長。

第一高度可為第二高度的0.25%至50%，特定言之1%至40%，更特定言之5%至40%，所述第一高度為在第二前端與第一前端之間在第一方向上的長度，所述第二高度為發射器電極在第一方向上的全長。

或者，第一高度可為穿過發射器電極的橫截面形狀的重心且連接形狀的對向輪廓的線當中的最長線的長度的0.25%至100,000%，特定言之5%至20,000%，更特定言之10%至500%，再更特定言之20%至150%，所述第一高度為在第二前端與第一前端之間在第一方向上的長度。

在一個具體實例中，當第一方向垂直於地面時，第一前端可包括：傾角，沿第一前端的外周逐漸變窄，以使得在發射器固持器的外表面與第一前端的外緣之間形成的邊界定位為相對低於在發射器固持器的內表面與第一前端的內緣之間形成的邊界；或傾角，沿第一前端的外周逐漸變窄，以使得在發射器固持器的外表面與第一前端的外周之間形成的邊界定位為相對高於在發射器固持器的內表面與第一前端的內緣之間形成的邊界。

在一個具體實例中，可將電絕緣材料塗佈於第一前端的表面上。

在一個具體實例中，當第一方向垂直於地面時，相較於第一基端，第二基端可定位為相對於地面更高，以使得發射器固持器的一部分定位為自第二基端朝下突起。

在一個具體實例中，當第一方向垂直於地面時，第一基端可定位在與第二基端相同的高度處。

在一個具體實例中，當第一方向垂直於地面時，第一前端可定位在與第二基端相同的高度處。

在一個具體實例中，當在垂直於第一方向的方向上測量時，發射器固持器的厚度可為10微米至10公釐，所述厚度為發射器固持器的內表面與外表面之間的豎直距離。

在一個具體實例中，在垂直於第一方向的橫截面上，第一內部空間的直徑可為50奈米至10公釐，且第一內部空間的形狀可選自由以下組成的組：圓形、橢圓形、半圓形以及多邊形。穿過發射器電極的橫截面形狀的重心且連接對向輪廓的線當中的最長線的長度可為50奈米至10公釐。

在一個具體實例中，發射器固持器可由選自由以下組成的組中的至少一種材料形成：鎢、鋅、鎳、銅、銀、鋁、金、鉑、錫、不鏽鋼以及導電陶瓷。

在一個具體實例中，多根紗線中的每一者由其側部在第一方向上並排對準的多個CNT形成，且多個CNT的側部藉由π-π相互作用聚集以構成各紗線。

在一個具體實例中，發射器電極可包含其側部在第一方向上並排對準的多根紗線，且多根紗線的側部彼此耦接。

在另一實施例中，本揭露提供一種包含場發射裝置的X射線管。

圖1為根據本揭露的一個實施例的場發射裝置的示意圖，且圖2為圖1的場發射裝置的沿第一方向截取的橫截面的示意圖。另外，圖3為紗線的示意圖。

將參考前述圖式詳細描述場發射裝置的結構。

場發射裝置100可包含發射器固持器110及發射器電極120。

發射器電極120可包含第二前端122及第二基端124。發射器電極120亦可包含具有在第一方向上延伸的結構的多根紗線121，其中在第一方向上延伸的多個CNT 10經聚集。特定言之，發射器電極120可包含其側部在第一方向上並排對準的多根紗線121，且可呈其中多根紗線121中的每一者的相連側部藉由π-π相互作用彼此耦接的結構。

各紗線121可由其側部在第一方向上並排對準的多個CNT 10形成。具體而言，各紗線可呈其中多個CNT 10的相連側部藉由π-π相互作用聚集的結構。

在一些情況下，可將諸如CNT膏、銀膏及/或能夠增強π-π相互作用的溶劑的導電黏著劑施加於相連CNT 10之間及/或紗線121之間，以使相連CNT 10及/或紗線121直接黏附或增強π-π相互作用。

溶劑可為選自由以下組成的組中的至少一種有機溶劑：乙烷、乙烯、乙醇、甲烷、甲醇、丙烷、丙烯、丙醇、丙酮、二甲苯、一氧化碳、氯仿、乙炔、乙基乙酸、乙醚、聚乙二醇、甲酸乙酯、均三甲苯（1,3,5-三甲苯）、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、萘、蒽、二氯甲烷、酮、醚、己烷、庚烷、辛烷、戊烷、戊烯、己烯、苯、四氯化碳以及甲苯，但所述溶劑不限於此。

一般而言，CNT 10中或由CNT 10形成的紗線121中的大多數電子可自CNT 10及紗線121的前端在前端經導向的方向上發射。

應注意，本揭露的發射器電極120呈其中CNT 10及紗線121的實質上所有前端均朝向第一方向配置以構成單個第二前端122的結構。基於上述結構，發射器電極120可自第二前端122在第二前端122經導向的方向上集中地發射大多數電子，藉此呈現極佳場發射效率。

上文所描述的發射器電極120僅為本揭露的一個實施例。作為本揭露的又另一實施例，發射器電極120當然可由單根紗線121而非多根紗線形成。

發射器電極120的全長H2可為20微米至40公釐，特定言之1公釐至15公釐。由於處於過長長度H2的發射器電極120能夠易於受超過其彈性變形的範圍的力而彎曲或變形，因此長度H2優選地經恰當設計為在本揭露的範圍內。

發射器電極120的橫截面可垂直於第一方向，且穿過發射器電極120的橫截面形狀的重心且連接橫截面的對向輪廓的線當中的最長線可具有選定為在預定範圍內的長度L1。預定範圍可為50奈米至10公釐，特定言之500奈米至5公釐，更特定言之500奈米至2公釐。

一般而言，在電子自發射器電極120發射後立即分佈電子的區域實質上對應於發射器電極120的橫截面區域。不利之處在於，若線的長度L1小於以上範圍，則電子的發射範圍可能極受限制，藉此發射器電極120的橫截面區域因而過窄。

因此，可考慮藉由將電子的發射範圍納入考慮而將長度L1設計為無條件長。然而，若長度L1超過以上範圍，則CNT 10或紗線121有可能在將CNT 10或紗線121加工為發射器電極120的形態的工序中（例如在切割工序中）解聚。此是由於當長度L1增加時，切割工序需要能夠超過π-π相互作用的相對較大的壓力。

發射器固持器110可以管道形狀形成，所述管道形狀包含在第一方向上連通的第一內部空間111。另外，發射器固持器110可由能夠執行與發射器電極120的電傳導的導電材料形成。特定言之，發射器固持器110可由導電材料形成，所述導電材料具有不因發射器電極120中積聚的斥力而變形的機械強度。

較佳地，發射器固持器110可由選自由以下組成的組中的至少一種材料形成：鎢、鋅、鎳、銅、銀、鋁、金、鉑、錫、不鏽鋼以及導電陶瓷。特定言之，發射器固持器110可由不鏽鋼形成。

導電陶瓷不受特定限制，且可為包含選自由以下組成的組中的至少一種元素的陶瓷類材料：Sn、Ga、In、Tl、As、Pb、Cd、Ba、Ce、Co、Fe、Gd、La、Mo、Nb、Pr、Sr、Ta、Ti、V、W、Y、Zr、Si、Sc、Ni、Al、Zn、Mg、Li、Ge、Rb、K、Hf、Cr、Si、B、C、O、S、P以及N。

發射器固持器110亦可包含帶狀的第一前端112、帶狀的第一基端114、在第一前端112的內緣與第一基端114的內緣之間在第一方向上延伸且限定第一內部空間111的內表面118，以及在第一前端112的外緣與第一基端114的外緣之間在第一方向上延伸的外表面116。第一內部空間111可在第一方向上自第一前端112延伸至第一基端114。

垂直於第一方向的發射器固持器的橫截面可具有選自由以下組成的組中的形狀：圓形、橢圓形、半圓形以及多邊形，但不限於此。

發射器固持器110的第一內部空間111可以適於支撐其中插入的發射器電極120的尺寸形成。特定言之，第一內部空間111的直徑可為50奈米至10公釐，特定言之500奈米至5公釐，更特定言之500奈米至2公釐。

再次返回，將描述發射器電極120安裝至發射器固持器110的形態。在發射器電極120沿第一方向延伸的狀態下，發射器電極120沿第一方向插入於發射器固持器110的第一內部空間111中，所述第一方向為圖1中所示的方向。

當發射器電極120如此插入時，發射器電極120的至少一部分在與發射器固持器110的內表面118電接觸時插入於第一內部空間111中且固定至內表面118，以使得電流在發射器固持器110與發射器電極120之間流動。

在此情況下，當第一方向垂直於地面時，相較於第一基端114，第二基端124可定位為相對於地面更高，以使得發射器固持器的一部分定位為自第二基端124朝下突起。在此結構中，例如，諸如X射線管的真空管的構件可耦接至第一基端114與第二基端124之間的第一內部空間111的內表面118。

然而，此結構在圖1及圖2中示出僅用以提供較佳理解，且第一基端與第二基端定位於相同高度處的結構可應用於本揭露的場發射裝置。

上文所描述的場發射裝置100的結構可最小化發射器電極120的變形。另外，即使具有相對較高機械強度的發射器固持器110將插入其中的發射器電極120固定，且藉此在發射器電極120上出現預定斥力，亦有可能抑制發射器電極120的變形，特定言之抑制CNT 10及/或紗線121的解聚。

關於上文，圖7繪示在根據本揭露實施的場發射裝置的場發射之前（左側像片）及在場發射之後（右側像片）獲取的像片，且圖8繪示在不包含本揭露中所揭露的發射器固持器的習知場發射裝置的場發射之前（左側像片）及在場發射之後（右側像片）獲取的像片。

為了參考，以根據本揭露的場發射裝置及習知場發射裝置（僅發射器電極）分別插入於X射線管的鎢支撐件中，且分別在相同電壓下實施場發射的方式對圖7及圖8中所繪示的像片進行測試。

參考這些圖式，在根據本揭露的場發射裝置中，發射電子的前端甚至在場發射之後亦實質上不變形。

另一方面，在不包含發射器固持器的習知場發射裝置中，多個CNT及紗線在發射電子的前端處解聚，且因此，前端過於變形以至於不能重複使用。

導致此結果的因素中的一者為如上文所描述在前端處積聚的電子間斥力。

考慮以上結果，本揭露可完全解決習知問題，亦即由積聚電子的斥力所產生的發射器電極的變形。

同時，場發射裝置100可自發射器電極120的第二前端122在第一方向上發射電子。在此情況下，若第二前端122過度鄰近於發射器固持器110的導電的第一前端112，則存在於第二前端122處的電子中的一些或自第二前端122發射的電子中的一些可能朝向具有低電阻的第一前端112導向，且因此經由第一前端112移動至發射器固持器110。在本文中，若第二前端122過度鄰近於第一前端112，則可意謂例如第二前端122與第一前端112之間的距離小於500微米，特定言之小於10微米。

在本揭露中，第一前端112與第二前端122之間的距離可定義為第一高度H1，所述第一高度H1對應於在第二前端122與第一前端112之間在第一方向上的長度。

如此，移動至第一前端112的電子為導致場發射裝置100的場發射效率減小的主要因素，且因此，使此類電子減至最少為至關重要的。

就此而言，如圖1及圖2中所示，其中第二前端122定位為相對遠離第一前端112突起的發射器電極120與發射器固持器110的耦接結構可為有利的。

在圖1及圖2中所示的場發射裝置100中，當第一方向垂直於地面時，相較於第一前端112，第二前端122可定位為相對於地面更高。因此，發射器電極120除插入於第一內部空間111中的部分以外的剩餘部分可定位為自第一前端112朝上突起。

由於第二前端122與第一前端112彼此隔開預定距離，因此在抑制電子吸收至第一前端112中的傾向時，此結構可為顯著有利的。

然而，藉由僅考慮電子經由第一前端112的上述吸收而將第二前端122形成為無限地朝上突起並不為較佳的。

特定言之，第二前端122朝上突起得愈過度，CNT 10及/或紗線121愈有可能在鄰近於第二前端122的部分處解聚。另外，歸因於經由側部而非第二前端122發射的電子，隨著發射器電極120的側部暴露於外部的面積增加，可略微降低在第二前端122經導向的方向上的場發射效率。在本文中，若第二前端122過度突起，則可意謂例如第二前端122與第一前端112之間的距離為至少20公釐，特定言之至少10公釐，更特定言之高於5公釐。

就此而言，圖9繪示根據本揭露的教示的具有適當位準的第一高度H1的場發射裝置的前端的SEM像片。圖10亦繪示具有為相對過量長度的第一高度H1的場發射裝置的前端的SEM影像。

截取於圖9中的SEM影像的場發射裝置具有約1公釐的第一高度H1。當詳細檢查圖9的SEM影像時，甚至在鄰近於發射器電極的第二前端的部分處亦牢固地維持CNT及/或紗線的聚集。

截取於圖10中的SEM影像的場發射裝置具有大約10公釐的第一高度H1。如影像中所見，CNT或紗線在鄰近於發射器電極的第二前端的部分處在一定程度上解聚。（然而，解聚的此程度不導致場發射裝置的顯著效能降低，且應理解，圖9的SEM影像被視為相對更理想。）

如圖9及圖10的SEM影像中所見，僅考慮電子吸收時，不需要形成無條件朝上突起的第二前端，且將第一高度H1設計為適當位準為至關重要的。

應再次強調，第一高度H1需要具有既不過短亦不過長的較佳長度。因此，本揭露提供第一高度H1的較佳範圍。

在一個具體實例中，第一高度H1可為至少10微米，較佳地至少100微米，且可為至多20公釐，較佳地至多5公釐，尤佳地至多1公釐。

亦應考慮對應於第二前端122的突起程度的第一高度H1與發射器電極120的全長H2形成預定比率。

若發射器電極120的全長H2相對較短，則第一高度H1具有如上文所描述的所要長度。另一方面，若將待插入於發射器固持器110中的部分設計為相對較短，則可導致以下問題。

首先，由於由發射器固持器110支撐的力相對較弱，因此CNT 10及/或紗線121可在鄰近於第二前端122的部分處解聚。

其次，歸因於發射器固持器110與發射器電極120之間的接觸面積的減小，可能形成受限載流路徑，藉此可在發射器電極120中產生高電阻，從而降低發射器電極120的輸出。

在相反情況下，若第一高度H1相較於發射器電極120的全長過長，則CNT 10及/或紗線121可在鄰近於第二前端122的部分處解聚。

總而言之，當第一高度H1設計為在本揭露中所揭露的上述較佳範圍內且與發射器電極120的全長H2比例協調時，可儘可能多地抑制電子經由第一前端112的吸收及發射器電極120的變形兩者，且場發射裝置可呈現最佳場發射效率。

因此，本揭露提供用於達成以上情況的較佳範圍。特定言之，第一高度H1可為第二高度H2的0.25%至50%，特定言之1%至40%，更特定言之5%至40%，所述第一高度H1為在第二前端122與第一前端112之間的第一方向上的長度，所述第二高度H2為發射器電極120在第一方向上的全長。

如此，滿足由第一高度H1與第二高度H2之間的相關度計算的比率可有利於抑制發射器電極120的變形，尤其抑制CNT 10及/或紗線121在自第一前端112突起的第二前端122處的解聚，且同時就抑制第一前端112的電子的吸收而言亦可為合乎需要的。

同時，如上文所描述，發射器電極120在垂直於第一方向的橫截面上可具有穿過發射器電極120的橫截面形狀的重心且連接橫截面的對向輪廓的線當中的最長線的長度L1。亦可考慮最長線的長度L1而判定第一高度H1。

舉例而言，最長線的長度L1可與自第二前端122發射的電子的量成比例。因此，隨著最長線的長度L1增加，吸收至第二前端122中的電子的量亦可增加。相反，可見，相較於最長線的長度L1相對較短的結構，發射器電極120在最長線的長度L1相對較長的結構中更穩固。此可由於CNT 10及/或紗線121之間的π-π可相互作用面積變大。

總而言之，當最長線的長度L1較長時，發射器電極120可相對穩固，且發射器電極120的上述變形可相對較不可能出現。然而，在此情況下，相對較大量的電子可吸收至第二前端122中，且因此，使第一高度H1具有相對較長長度可為有利的。另外，當最長線的長度L1較短時，出於與上文所描述原因相反的原因而使第一高度H1具有相對較短長度可為合乎需要的。

因此，本揭露提供可考慮最長線的長度L1而判定的第一高度H1的較佳範圍。特定言之，第一高度H1可為最長線的長度L1的0.25%至100,000%，特定言之5%至2,000%，更特定言之10%至500%，再更特定言之20%至150%。

因此，除上文所描述的第二高度H2以外，第一高度H1亦可與最長線的長度L1相關聯。然而，未必在本揭露的所有實施例中皆需要第一高度H1相對於兩個因素H2及L1滿足預定比率。應理解，當第一高度H1相對於兩個因素H2及L1滿足預定比率時，可將碳奈米管10及/或紗線121的解聚及第一前端112的電子的吸收抑制為更合乎需要的程度，且可維持機械適當強度。

另外，就窄化第一前端112的區域以最小化電子吸收而言，可考慮將發射器固持器110（自內表面至外表面的距離（T））設計為具有較薄厚度。

然而，在厚度T變得過薄的情況下，由於可能難以維持足以抑制發射器電極120的變形的機械強度，因此應謹慎地選擇厚度T。

因此，本揭露提供發射器固持器110的厚度T的較佳範圍。特定言之，厚度T可為10微米至10公釐。

另一方面，本揭露中可考慮經修改以使將吸收至第一前端中的電子減至最少的發射器固持器。

就此而言，圖4繪示根據本揭露的另一實施例的發射器固持器的豎直截面視圖，且圖5繪示根據本揭露的又另一實施例的發射器固持器的豎直截面視圖。

首先，參考圖4，當第一方向垂直於地面時，發射器固持器110a可包含沿第一前端112a的外周逐漸變窄的傾角，以使得在發射器固持器110a的外表面116a與第一前端112a的外緣之間形成的邊界OB定位為相對低於在發射器固持器110a的內表面118a與第一前端112a的內緣之間形成的邊界IB。

參考圖5，發射器固持器110b可包含沿第一前端112b的外周逐漸變窄的傾角，以使得由發射器固持器110b的外表面116b及第一前端112b的外緣形成的邊界定位為相對高於在發射器固持器110b的內表面118b與第一前端112b的內緣之間形成的邊界。

圖4及圖5中示出的發射器固持器110a及發射器固持器110b在結構上的有利之處在於，第一前端112鄰近於第二前端122的部分具有相對更窄的區域，藉此最小化電子經由第一前端112的吸收。

在一些情況下，可將電絕緣材料塗佈於第一前端112的表面上以抑制電子經由第一前端112的吸收，且可將此電絕緣材料獨立地施加至圖1、圖2、圖4以及圖5中示出的各發射器固持器。

圖6為根據本揭露的又另一實施例的場發射裝置的示意圖。

圖6中所繪示的場發射裝置200類似於圖1及圖2中所繪示的上述場發射裝置100，但就在發射器固持器210與發射器電極220之間的偶合而言存在微小差異。

特定言之，當第一方向垂直於地面時，圖6中所繪示的場發射裝置200可經組態以使得發射器固持器210的第一前端212與發射器電極220的第二前端222定位於相同高度處。

在此結構中，整個發射器電極220插入於發射器固持器210的第一內部空間211中。因此，實質上完全抑制第二前端222的變形在結構上為有利的，電子經由所述第二前端222發射。

然而，由於所發射電子可吸收至第一前端212中，因此可將電絕緣材料塗佈於第一前端212的表面上，且可使用圖4及圖5中所繪示的發射器固持器110a及發射器固持器110b。

根據本揭露的場發射裝置包含發射器電極，所述發射器電極包含CNT及發射器固持器，發射器電極穩定地安裝至所述發射器固持器。

發射器固持器包含在第一方向上連通的第一內部空間。發射器電極包含各自具有在第一方向上延伸的結構的一或多個紗線，其中在第一方向上延伸的多個CNT經聚集。此處，場發射裝置具有其中發射器電極的至少一部分沿第一方向插入於發射器固持器的第一內部空間中且固定至第一內部空間的結構。

此結構確保結構穩定性，藉此即使當歸因於發射器電極中的積聚電子而出現斥力時，亦由發射器固持器抑制CNT或紗線的解聚。

因此，根據本揭露的場發射裝置能夠解決習知問題，亦即因由積聚電子所產生的斥力造成的CNT的解聚。

雖然已參考實施例描述了本揭露，但應理解，可在不脫離本揭露的精神及範圍的情況下做出各種改變及修改。

10:碳奈米管 100、200:場發射裝置 110、210、110a、110b:發射器固持器 111、211:第一內部空間 112、112a、112b、212:第一前端 114:第一基端 116、116a、116b:外表面 118、118a、118b:內表面 120、220:發射器電極 121:紗線 122、222:第二前端 124:第二基端 H1:第一高度 H2:全長 IB、OB:邊界 L1:長度 T:厚度

某些實施例的以上及其他態樣、特徵以及優勢將自結合附圖的以下詳細描述更顯而易見，其中： 圖1為根據本揭露的一實施例的場發射裝置的示意圖。 圖2為圖1的場發射裝置的沿第一方向截取的橫截面的示意圖。 圖3為根據本揭露的紗線的示意圖。 圖4示意性地示出根據本揭露的另一實施例的發射器固持器，亦即，鄰近於發射器固持器的第一前端的部分的豎直橫截面的示意圖。 圖5示意性示出根據本揭露的又另一實施例的發射器固持器，亦即，為鄰近於發射器固持器的第一前端的部分的豎直橫截面的示意圖。 圖6為根據本揭露的又另一實施例的場發射裝置的示意圖。 圖7為分別在根據本揭露實施的場發射裝置的場發射前後所獲取的像片。 圖8為分別在習知場發射裝置的場發射前後所獲取的像片。 圖9為根據本揭露的一實施例的場發射裝置中的發射器電極的第二前端的SEM影像，所述影像藉由掃描電子顯微鏡獲取。 圖10為作為圖9的對照組的又另一場發射裝置中的發射器電極的第二前端的SEM影像，所述影像藉由掃描電子顯微鏡獲取。

10:碳奈米管

100:場發射裝置

110:發射器固持器

111:第一內部空間

120:發射器電極

121:紗線

Claims (14)

1. 一種場發射裝置，包括：管道形發射器固持器，包括導電材料及在第一方向上連通的第一內部空間；及發射器電極，包括各自具有在所述第一方向上延伸的結構的一根以上的紗線，其中在所述第一方向上延伸的多個碳奈米管經聚集，其中所述發射器電極插入於所述發射器固持器的所述第一內部空間中，同時沿所述第一方向延伸，其中所述發射器固持器包括帶狀的第一前端、帶狀的第一基端、在所述第一前端的內緣與所述第一基端的內緣之間在所述第一方向上延伸且限定所述第一內部空間的內表面、以及在所述第一前端的外緣與所述第一基端的外緣之間在所述第一方向上延伸的外表面，其中所述第一內部空間在所述第一方向上自所述第一前端延伸至所述第一基端，且其中所述發射器電極包括第二前端及第二基端。
2. 如請求項1之場發射裝置，其中所述發射器電極插入於所述第一內部空間中，其中所述發射器電極的至少一部分與所述發射器固持器的內表面電性接觸，以使得電流在所述發射器固持器與所述發射器電極之間流動。
3. 如請求項1之場發射裝置，其中當所述第一方向垂直於地面時，相較於所述第一前端，所述第二前端定位為相對於所述地面更高，以使得所述發射器電極除插入於所述第一內部空間 中的部分以外的剩餘部分定位為自所述第一前端朝上突起。
4. 如請求項3之場發射裝置，其中第一高度為第二高度的0.25%至50%，所述第一高度為在所述第二前端與所述第一前端之間在所述第一方向上的長度，所述第二高度為所述發射器電極在所述第一方向上的全長。
5. 如請求項3之場發射裝置，其中第一高度為穿過所述發射器電極的橫截面形狀的重心且連接所述形狀的對置輪廓的線當中的最長線的長度的0.25%至100,000%，所述第一高度為在所述第二前端與所述第一前端之間在所述第一方向上的長度。
6. 如請求項1之場發射裝置，其中當所述第一方向垂直於地面時，所述第一前端包括：傾角，沿所述第一前端的外周逐漸變窄，以使得在所述發射器固持器的所述外表面與所述第一前端的所述外緣之間形成的邊界定位為相對低於在所述發射器固持器的所述內表面與所述第一前端的所述內緣之間形成的邊界；或傾角，沿所述第一前端的外周逐漸變窄，以使得在所述發射器固持器的所述外表面與所述第一前端的所述外緣之間形成的邊界定位為相對高於在所述發射器固持器的所述內表面與所述第一前端的所述內緣之間形成的邊界。
7. 如請求項1之場發射裝置，其中電絕緣材料被塗佈於所述第一前端的表面上。
8. 如請求項1之場發射裝置，其中當所述第一方向垂直於地面時，相較於所述第一基端，所述第二基端定位為相對於所述地面更高，以使得所述發射器固持器的一部分定位為自所述第 二基端朝下突起。
9. 如請求項1之場發射裝置，其中當所述第一方向垂直於地面時，所述第一基端定位在與所述第二基端相同的高度處。
10. 如請求項1之場發射裝置，其中當所述第一方向垂直於地面時，所述第一前端定位在與所述第二前端相同的高度處。
11. 如請求項1之場發射裝置，其中所述發射器固持器由選自由以下組成的組中的至少一種材料形成：鎢、鋅、鎳、銅、銀、鋁、金、鉑、錫、不鏽鋼以及導電陶瓷。
12. 如請求項1之場發射裝置，其中所述紗線中的每一者由多個碳奈米管形成，所述多個碳奈米管的側部在所述第一方向上並排對準，且所述多個碳奈米管的相連所述側部藉由π-π相互作用聚集以構成各紗線。
13. 如請求項1之場發射裝置，其中所述發射器電極包括多根紗線，所述多根紗線的側部在所述第一方向上並排對準，且所述多根紗線的相連所述側部藉由π-π相互作用彼此耦接。
14. 一種X射線管，包括如請求項1至請求項13中任一項之場發射裝置。

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