特表 2022-518511 構造的安定性に優れ、電子放出効率が向上されたエミッタおよびこれを含むＸ－線管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-15

(54)【発明の名称】構造的安定性に優れ、電子放出効率が向上されたエミッタおよびこれを含むＸ－線管

(51)【国際特許分類】

   H01J 1/304 20060101AFI20220308BHJP

   H01J 35/06 20060101ALI20220308BHJP

   H01J 9/02 20060101ALI20220308BHJP

   H01J 37/073 20060101ALI20220308BHJP

【ＦＩ】

H01J1/304

H01J35/06 B

H01J9/02 B

H01J37/073

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021542451

(86)(22)【出願日】2019-10-24

(85)【翻訳文提出日】2021-09-02

(86)【国際出願番号】 KR2019014069

(87)【国際公開番号】W WO2020153579

(87)【国際公開日】2020-07-30

(31)【優先権主張番号】10-2019-0009430

(32)【優先日】2019-01-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521141394

【氏名又は名称】オーエックスオーム レイ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ギム， セ フン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン， クアン ス

【テーマコード（参考）】

5C101

5C227

【Ｆターム（参考）】

5C101AA39

5C101DD06

5C101DD14

5C227AA05

5C227AA08

5C227AB06

5C227AB13

5C227AB15

5C227AC07

5C227AD07

5C227GG20

(57)【要約】

本発明は、カーボンナノチューブを含み、電子放出効率が優れたエミッタおよびこれを含むＸ－線管を提供する。本発明は、複数のカーボンナノチューブが凝集されて第１方向に延長された構造の単位ヤーンを複数含むするカーボンナノチューブシートからなる第１チューブを含み、前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが前記第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている、第１内部空間を有するパイプ形態であり、前記単位ヤーンのそれぞれの先端が、前記軸と同一方向を向き得る。
【選択図】図１７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のカーボンナノチューブが凝集されて第１方向に延長された構造の単位ヤーンを複数含むカーボンナノチューブシートからなる第１チューブを含み、
前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが前記第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている、第１内部空間を有するパイプ形態であり、
前記単位ヤーンのそれぞれの先端が、前記軸と同一方向を向いているエミッタ。

【請求項2】

前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが、巻かれる開始部位から終了部位まで重畳される部分が存在しないよう巻かれており、
前記開始部位および終了部位は、互いに隣接した状態でπ－π相互作用により固定されている、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項3】

前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが巻かれている開始部位から終了部位まで重畳される部分が存在するよう巻かれており、
前記重畳される部分が互いに隣接した状態でπ－π相互作用により固定されている、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項4】

前記第１チューブは、横断面上において、前記第１内部空間をなす内面と外部に露出される外面の間の厚さが１マイクロメートルないし２０００マイクロメートルである、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項5】

前記第１チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、
前記第１チューブの横断面上に前記仮想の第１軸を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが３マイクロメートルないし２センチメートルである、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項6】

前記第１内部空間は、前記第１方向の両端部が開放されており、開放された前記両端部の間が連通された構造である、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項7】

前記エミッタは、前記第１内部空間の少なくとも一部を占める導電性ワイヤーをさらに含み、前記第１チューブの少なくとも一部が前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を包みながら接続する構造からなる、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項8】

前記導電性ワイヤーは、
前記第１方向に延長形成され、前記第１方向において、先端側の第１端部、基端側の第２端部、および前記第１端部と前記第２端部の外郭線の間に延長される外周面を含むが、前記導電性ワイヤーの前記第１端部および前記第２端部の間の第１方向の長さは第１高さとして規定され、
前記第１高さと第１方向が一致した状態で、前記第１チューブの少なくとも一部に接触された状態で前記第１内部空間に挿入されている、請求項７に記載のエミッタ。

【請求項9】

前記第１チューブは、前記第１方向において、前記導電性ワイヤーと重畳される領域である第１領域および前記導電性ワイヤーと重畳されていない領域である第２領域と、を含み、
前記エミッタは、前記第２領域の先端部を通じて電子を放出させる、請求項８に記載のエミッタ。

【請求項10】

前記エミッタは、
前記第１チューブの第１方向の両端部の間の長さである第２高さおよび前記第２領域の前記第１方向の両端部の間の長さである第３高さと、を含むが、
前記第２高さに対する前記第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が０．１ないし０．９である、請求項９に記載のエミッタ。

【請求項11】

前記導電性ワイヤーの前記第２端部と隣接する外周面の少なくとも一部には、第１チューブが存在しないマージン部が設定されている、請求項８に記載のエミッタ。

【請求項12】

前記カーボンナノチューブシートは、
複数の前記単位ヤーンのうち一つの単位ヤーンと隣接する他の単位ヤーンの側部が互いに隣接した状態で、前記単位ヤーンが並んで位置した配列が前記第１方向に対して垂直な第２方向に反復される配列構造を含む、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項13】

前記導電性ワイヤーは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される1つの形状を有し、
前記形状の中心部を通り、前記形状の外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが３マイクロメートルないし２センチメートルである、請求項７に記載のエミッタ。

【請求項14】

前記導電性ワイヤーは、タングステン、銅、ニッケル、ステンレススチール、およびモリブデンからなる群から選択される１種の金属または２種以上の合金からなる、請求項７に記載のエミッタ。

【請求項15】

前記エミッタは、複数の第１チューブがパイプ形態に配列され形成された第２チューブを含み、
前記第２チューブは、前記複数の第１チューブが前記第１方向と平行な仮想の第２軸を中心に配列され形成された第２内部空間を含み、前記第２内部空間は、前記第１方向の両端部が開放されており、開放された前記両端部の間が連通された構造であり、
前記第１チューブのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向いている、請求項１に記載のエミッタ。

【請求項16】

前記第２チューブは、
前記複数の第１チューブのうち一つの第１チューブと隣接する他の第１チューブの側部が互いに隣接した状態で、前記第１チューブが並んで位置した配列が前記第１方向と平行な前記仮想の第２軸を取り囲むよう、反復される構造からなる、請求項１５に記載のエミッタ。

【請求項17】

前記第２チューブは、前記第１チューブが重畳されて取り囲まれた部分が存在しないよう、配列が開始される第１チューブおよび終了される第１チューブが互いに隣接し、前記隣接した第１チューブがπ－π相互作用により固定されている、請求項１６に記載のエミッタ。

【請求項18】

前記第２チューブは、
配列が終了される第１チューブが配列が開始される第１チューブから離隔された位置にある他の第１チューブに隣接して、配列が開始される第１チューブと終了される第１チューブの間に第１チューブ間に重畳される部分が存在し、
前記重畳される部分にある第１チューブは、π－π相互作用により固定されている、請求項１６に記載のエミッタ。

【請求項19】

前記第２チューブは、横断面上において、前記第２内部空間をなす内面と外部に露出される外面の間の厚さが５マイクロメートルないし５０００マイクロメートルである、請求項１５に記載のエミッタ。

【請求項20】

前記第２チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記第２チューブの横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが１００マイクロメートルないし２センチメートルであり、
前記第１チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記第１チューブの横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向かい合う外郭を連結する線分のうち最も長い線分の長さが５マイクロメートルないし２００マイクロメートルである、請求項１５に記載のエミッタ。

【請求項21】

前記第２内部空間の少なくとも一部を占める導電性ワイヤーをさらに含み、前記第２チューブの少なくとも一部が前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を包みながら接触する構造からなる、請求項１５に記載のエミッタ。

【請求項22】

前記導電性ワイヤーは、前記第１方向に延長形成され、前記第１方向において、先端側の第１端部、基端側の第２端部、および前記第１端部と前記第２端部の外郭線の間に延長される外周面を含むが、前記導電性ワイヤーの前記第１端部および前記第２端部の間の第１方向の長さは第１高さとして規定され、
前記第１高さと第１方向が一致された状態で、前記第２チューブの少なくとも一部に接触された状態として前記第２内部空間に挿入されている、請求項２１に記載のエミッタ。

【請求項23】

前記第２チューブは、前記第１方向において、前記導電性ワイヤーと重畳される領域である第１領域および前記導電性ワイヤーと重畳されていない領域である第２領域と、を含み、
前記エミッタは、前記第２領域の先端部を通じて電子を放出させる、請求項２２に記載のエミッタ。

【請求項24】

前記エミッタは、
前記第２チューブの第１方向の両端部の間の長さである第２高さおよび前記第２領域の前記第１方向の両端部の間の長さである第３高さと、を含むが、
前記第２高さに対する前記第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が０．１ないし０．９である、請求項２２に記載のエミッタ。

【請求項25】

前記導電性ワイヤーの前記第２端部と隣接する外周面の少なくとも一部には、第２チューブが存在しないマージン部が設定されている、請求項２２に記載のエミッタ。

【請求項26】

前記導電性ワイヤーは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、
前記形状の中心部を通り、前記形状の外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが１００マイクロメートルないし２センチメートルである、請求項２１に記載のエミッタ。

【請求項27】

前記導電性ワイヤーは、タングステン、銅、ニッケル、ステンレススチール、およびモリブデンからなる群から選択される１種の金属または２種以上の合金からなる、請求項２１に記載のエミッタ。

【請求項28】

請求項１項ないし２７のうちいずれか一つによるエミッタを含むＸ－線管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ａ）によって２０１９年１月２４日大韓民国特許庁に出願された第１０－２０１９－０００９４３０号出願に基づいて優先権を主張し、その開示内容はその全文が本願に参照として含まれる。

【0002】

本発明は、構造的安定性に優れ、電子放出効率が向上されたエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）およびこれを含むＸ－線管に関する。

【背景技術】

【0003】

電界放出装置は、真空下においてアノードから放出された電子が加速されてカソードに導かれる構造を有する。このような装置の代表的な例としては、アノードであるエミッタに蛍光物質を付加して可視光線を発生させる照明またはエミッタから放出された電子がカソードである金属ターゲットに衝突してＸ－線を発生させるＸ－線管などを挙げられる。

【0004】

このうちＸ－線管は、肉眼では確認することができない部分の識別のために医療、食品、浄水、および保安などの多様な産業分野に活用されている。

【0005】

Ｘ－線管の性能は、エミッタの電子放出性能によって大きく左右され得る。最近の優れた電子放出特性を有するエミッタ材料として、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＣＮＴ）が大きな脚光を浴びている。

【0006】

カーボンナノチューブは、金属に準ずる電気伝導性を有し、物理・化学的安定性および機械的強度が非常に優れ、ナノメートル水準の直径およびその直径に比べ１,０００倍以上の長さを有する大きな縦横比に基づいて、先端を通じて電子を放出するのに有利である。

【0007】

カーボンナノチューブは、また、電場が印加されると、それに集中される電場とこの優れた電気伝導性に基づいて、先端を通じて電子を放出することができるが、この時に要求される電界強化因子（ｆｉｅｌｄ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ）が非常に優れ相対的に低い電界においても電子を容易に放出することができる。

【0008】

このような特性を用いて、電子放出の効率を増大するための目的として、カーボンナノチューブが多様は構造に加工されてエミッタとして活用されている。

【0009】

これに関する一つの例は、複数のカーボンナノチューブがπ－π相互作用として凝集されたカーボンナノチューブ繊維ストランドを活用するものである。

【0010】

前記カーボンナノチューブ繊維は、電子の放出がその先端から行われることが容易であるという利点、即ち、電子が先端に集中して先端が向く特定の方向に放出され得るが、その形態が容易に折曲または屈曲されて耐久性が下がる短所がある。

【0011】

他の側面において、放出された直後に電子が分布する面積は、繊維の断面積に実質的に相応するが、この繊維は、大きな断面積を有する構造に具現し難く、電子の放出範囲が非常に制限的になるという欠点がある。

【0012】

これは、π－π相互作用によってカーボンナノチューブを凝集させることだけでは繊維の直径を一定水準以上に増大させることが困難であるため、このような理由によって、前記カーボンナノチューブ繊維の用途が小型Ｘ－線管に限定して使用せざるを得ない。

【0013】

このような点を改善するために、前述した繊維と比較して形状の変形が少なく電子放出範囲が相対的に広いシート（またはフィルム）形態のカーボンナノチューブシートを用いたエミッタが開発された。

【0014】

従来のカーボンナノチューブシートは、カーボンナノチューブペーストを基板の上面に塗布またはスキャタリング（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）し、これを乾燥および／または圧着することによって製造され、このように形成されたエミッタは、シートの角とシートに配列されたカーボンナノチューブの先端を通じて電子放出が行われ得る。

【0015】

しかし、カーボンナノチューブペーストを基板の上面に塗布またはスキャタリングする過程においてカーボンナノチューブは、それぞれ他の方向を向きつつ無秩序に配列および凝集されるので、これにより形成されたカーボンナノチューブシートは、実質的にカーボンナノチューブが無秩序に配列された状態として凝集された不織布形状になる。従って、このように形成されたカーボンナノチューブシートに電界を印加すると、カーボンナノチューブシート上に任意の方向に突出形成されたカーボンナノチューブのそれぞれの先端を通じても電子が放出され、特定方向に電子を放出することが困難なだけでなく、電子放出の効率が非常に低いという致命的な欠点がある。

【0016】

従って、前述した技術的な問題を改善することができるエミッタが必要な実情である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明の一側面において、エミッタは、複数のカーボンナノチューブが凝集されて第１方向に延長された構造の単位ヤーンを複数含むカーボンナノチューブシートからなる第１チューブを含む。

【0018】

第１チューブは、カーボンナノチューブシートが第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている第１内部空間を有するパイプ形態であり得、このとき、単位ヤーンのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向く構造であり得る。

【0019】

本発明の他の側面において、エミッタは、複数の第１チューブが配列されてパイプ形態を成している第２チューブを含む。

【0020】

第２チューブは、複数の第１チューブが前記第１方向と平行な仮想の第２軸を中心に配列され形成された第２内部空間を含み、第１チューブのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向く構造であり得る。従って、第２チューブは、第１チューブが配列され形成された第２内部空間と、第１チューブが含む第１内部空間を含む多重パイプ形態であり得る。

【0021】

このような側面に係るエミッタは、第１チューブ自体であるか、または、第２チューブ自体であり得る。即ち、エミッタは、パイプ形態のカーボンナノチューブ複合構造体として見なすことができる。

【0022】

カーボンナノチューブ複合構造体であるエミッタは、カーボンナノチューブおよび単位ヤーンの先端が前記第１、第２内部空間と平行な仮想の第１、第２軸と同一方向を向き、カーボンナノチューブ複合構造体の先端をなした構造であり得る。

【0023】

これにより、前記構造体の先端を通じて放出される大部分の電子が各カーボンナノチューブおよび単位ヤーンが延長された方向である第１方向に放出され得る利点がある。即ち、本発明のエミッタは、大部分の電子が一定方向に放出されるよう誘導が容易な構造であり、例えば、金属ターゲットと電子の衝突を通じてＸ－線を発生させるＸ－線管に適用されたとき、大部分の電子を所望する衝突部分に集中させることができる点において非常に有利な利点がある。

【0024】

これは、通常的なカーボンナノチューブシート上においてカーボンナノチューブが配列された任意の方向に電子を放出することと対比されるものとして、前記側面に係るエミッタは、従来の問題を解消することができる。

【0025】

このような側面に係るエミッタは、また、パイプ形態の構造体が単位ヤーンの一本または数本を通じて電子を放出する従来のカーボンナノチューブ繊維に比べ相対的に広い断面積を有することができる。

【0026】

前記断面積は、電子の放出範囲に相応することができるので、このような側面に係るエミッタは、従来の技術に比べ電子の放出範囲が広く、また、その直径を所望する水準に調節することができる。

【0027】

本発明のまた別の側面において、エミッタは、導電性ワイヤーをさらに含むことができ、この時、エミッタは、前述のカーボンナノチューブ複合構造体、即ち、第１チューブおよび／または第２チューブが導電性ワイヤーの少なくとも一部を覆って接触する構造からなり得る。

【0028】

このようなエミッタは、導電性ワイヤーによってカーボンナノチューブ複合構造体が支持されることで、実際に電子を放出するカーボンナノチューブ複合構造体が折曲または屈曲されるなどの望ましくない現象が抑制され得、従来の認識された問題を解消することができる。

【課題を解決するための手段】

【0029】

本発明を具体的に説明する前に、本明細書および請求の範囲において使用された用語や単語は、通常的であったり、事前的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、それ自身の発明を最も最善の方法によって説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に立ち、本発明の技術的思想に符合する意味と概念によって解釈されなければならない。

【0030】

従って、本明細書に記載された実施形態の構成は、本発明の最も望ましい一つの実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点において、これらを代替することができる多様な均等物と変形例が存在し得ることを理解しなければならない。

【0031】

本明細書において、単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」、「備える」、または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、段階、構成要素、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のであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されなければならない。

【0032】

本明細書に使用された用語「投入」は、本明細書内に「流入、注入」と共に混用して記載されることがあり、液体、気体、または熱などを必要な場所に流し込んだり、入れることを意味するものと理解され得る。

【0033】

本明細書に使用された用語「凝集」は、本明細書内に「集合、糾合、結合」と共に混用して記載されることがあり、複数のカーボンナノチューブがπ－π相互作用することにより、互いに対して付いている形態を意味するものと理解され得る。

【0034】

本明細書において、「ヤーン（ｙａｒｎ）」という用語は、カーボンナノチューブが繊維形状に成長されて形成されたり、複数のカーボンナノチューブが繊維形状で凝集、凝集および/または融合され形成されたものをすべて指す。

【0035】

本明細書において、「基端」は、任意の基準方向に対して物体または対象体の一端またはその端に向く方向を意味することができ、「先端」は、前記任意の基準方向に対して他の一端またはその端に向く方向を意味することができる。この時、基端は物体または対象体をなすいずれか一つの端部、末端および／または端部面と非常に隣接した部位を含むことができ、「先端」は、前記基端と対向する位置にある端部、末端および／または端部ないし末端と非常に隣接した部位を含むことができる。これらの基端と先端は、互いに対の概念として認識されてもよく、これらを除いた他の端部、末端および／または端部ないし末端と非常に隣接した部分と区別され得る。

【0036】

一つの実施形態において、本発明は、複数のカーボンナノチューブが凝集され第１方向に延長された構造の単位ヤーンを複数含むカーボンナノチューブシートからなる第１チューブを含み、
前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが前記第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている、第１内部空間を有するパイプ形態であり、
前記単位ヤーンのそれぞれの先端が、前記軸と同一方向を向くエミッタを提供する。

【0037】

一つの具体的な例において、前記第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが、巻かれる開始部位から終了部位まで重畳される部分が存在しないように巻かれており、
前記開始部位および終了部位は、互いに隣接した状態でπ－π相互作用により固定され得る。

【0038】

一つの具体的な例において、第１チューブは、前記カーボンナノチューブシートが、巻かれている開始部位から終了部位まで重畳される部分が存在するように巻かれており、
前記重畳される部分が互いに隣接した状態で、π－π相互作用により固定され得る。

【0039】

一つの具体的な例において、前記第１チューブは、横断面上において、前記第１内部空間をなす内面と外部に露出される外面との間の厚さが１マイクロメートルないし２０００マイクロメートルであり得る。

【0040】

一つの具体的な例において、前記第１チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、
前記第１チューブの横断面上の前記仮想の第１軸を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが３マイクロメートルないし２センチメートルであり得る。

【0041】

一つの具体的な例において、前記第１内部空間は、前記第１方向の両端部が開放されており、開放された前記両端部の間が連通された構造であり得る。

【0042】

一つの具体的な例において、前記エミッタは、前記第１内部空間の少なくとも一部を占める導電性ワイヤーをさらに含み、前記第１チューブの少なくとも一部が、前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を包みながら接触する構造からなり得る。

【0043】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、
前記第１方向に延長形成され、前記第１方向において先端側の第１端部、基端側の第２端部、および前記第１端部と前記第２端部の外郭線の間に延長される外周面を含むが、前記導電性ワイヤーの前記第１端部および前記第２端部の間の第１方向の長さは、第１高さとして規定され、
前記第１高さと第１方向が一致した状態で、前記第１チューブの少なくとも一部に接触された状態として前記第１内部空間に挿入され得る。

【0044】

一つの具体的な例において、前記第１チューブは、前記第１方向において前記導電性ワイヤーと重畳される領域である第１領域および前記導電性ワイヤーと重畳されない領域である第２領域と、を含み、
前記エミッタは、前記第２領域の先端部を通じて電子を放出させることができる。

【0045】

一つの具体的な例において、前記エミッタは、
前記第１チューブの第１方向の両端部の間の長さである第２高さおよび前記第２領域の前記第１方向の両端部の間の長さである第３高さと、を含むが、
前記第２高さに対する前記第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が、０．１ないし０．９であり得る。

【0046】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーの前記第２端部と隣接する外周面の少なくとも一部には、第１チューブが存在しないマージン部が設定され得る。

【0047】

一つの具体的な例において、前記カーボンナノチューブシートは、前記複数の単位ヤーンのうち一つの単位ヤーンと隣接する他の単位ヤーンの側部が互いに隣接した状態で、前記単位ヤーンが並んで位置した配列が、前記第１方向に対して垂直な第２方向に反復される配列構造を含むことができる。

【0048】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記形状の中心部を通り、前記形状の外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが３マイクロメートルないし２センチメートルであり得る。

【0049】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、タングステン、銅、ニッケル、ステンレススチール、およびモリブデンからなる群から選択される１種の金属または２種以上の合金からなり得る。

【0050】

一つの実施形態において、前記エミッタは、複数の第１チューブがパイプ形態として配列され形成された第２チューブを含み、前記第２チューブは、前記複数の第１チューブが前記第１方向と平行な仮想の第２軸を中心に配列され形成された第２内部空間を含み、前記第２内部空間は、前記第１方向の両端部が開放されており、開放された前記両端部の間が連通された構造であり、前記第１チューブのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向いている構造であり得る。

【0051】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、前記複数の第１チューブのうち一つの第１チューブと隣接する他の第１チューブの側部が互いに隣接した状態で、前記第１チューブが並んで位置した配列が、前記第１方向と平行な前記仮想の第２軸を取り囲むよう、反復される構造からなり得る。

【0052】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、前記第１チューブが重畳され取り囲んだ部分が存在しないよう、配列が開始される第１チューブおよび終了される第１チューブが互いに隣接し、前記隣接した第１チューブがπ－π相互作用により固定され得る。

【0053】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、配列が終了される第１チューブが配列が開始される第１チューブから離隔された位置にある他の第１チューブに隣接して、配列が開始される第1チューブと終了される第１チューブの間に第１チューブ間の重畳される部分が存在し、前記重畳される部分にある第１チューブは、π－π相互作用により固定され得る。

【0054】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、横断面上において前記第２内部空間をなす内面と外部に露出される外面の間の厚さが５マイクロメートルないし５０００マイクロメートルであり得る。

【0055】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記第２チューブの横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが１００マイクロメートルないし２センチメートルであり、前記第１チューブは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記第１チューブの横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが５マイクロメートルないし２００マイクロメートルであり得る。

【0056】

一つの具体的な例において、前記第２内部空間の少なくとも一部を占める導電性ワイヤーをさらに含み、前記第２チューブの少なくとも一部が前記導電性ワイヤーの少なくとも一部を包みながら接触する構造からなり得る。

【0057】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、前記第１方向に延長形成され、前記第１方向において先端側の第１端部、基端側の第２端部、および前記第１端部と前記第２端部の外郭線の間に延長される外周面を含むが、前記導電性ワイヤーの前記第１端部および前記第２端部の間の第１方向の長さは、第１高さとして規定され、前記第１高さと第１方向が一致した状態で、前記第２チューブの少なくとも一部に接触された状態として前記第２内部空間に挿入され得る。

【0058】

一つの具体的な例において、前記第２チューブは、前記第１方向において前記導電性ワイヤーと重畳される領域である第１領域および前記導電性ワイヤーと重畳されない領域である第２領域を含み、前記エミッタは、前記第２領域の先端部を通じて電子を放出させることができる。

【0059】

一つの具体的な例において、前記エミッタは、前記第２チューブの第１方向の両端部の間の長さである第２高さおよび前記第２領域の前記第１方向の両端部の間の長さである第３高さを含むが、前記第２高さに対する前記第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が０．１ないし０．９であり得る。

【0060】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーの前記第２端部と隣接する外周面の少なくとも一部には、第２チューブが存在しないマージン部が設定され得る。

【0061】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、横断面上に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、前記形状の中心部を通り、前記形状の外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さが１００マイクロメートルないし２センチメートルであり得る。

【0062】

一つの具体的な例において、前記導電性ワイヤーは、タングステン、銅、ニッケル、ステンレススチール、およびモリブデンからなる群から選択される1種の金属または2種以上の合金からなり得る。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】本発明に係るカーボンナノチューブシートを製作するためのシート予備体の模式図である。

【図2】一つの例に係るシート予備体の縦断面図である。

【図3】さらに他の例に係るシート予備体の縦断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブシートの模式図である。

【図5】カーボンナノチューブシートの製作方法に関する模式図である。

【図6】本発明のさらに他の実施形態に係るカーボンナノチューブシートの模式図である。

【図7】図４に係るカーボンナノチューブシートを撮影した写真である。

【図8】図６に係るカーボンナノチューブシートを撮影した写真である。

【図9】本発明の一つの実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【図10】本発明のさらに他の実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【図11】本発明のさらに他の実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【図12】本発明のさらに他の実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【図13】図１２の第２チューブを製作するための第１チューブ集合体の模式図である。

【図14】図１３の第１チューブの模式図である。

【図15】図１４の「Ｐ」を拡大した平面模式図である。

【図16】本発明のさらに他の実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【図17】本発明のさらに他の実施形態に係る第１チューブを含むエミッタの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0064】

＜カーボンナノチューブシート＞
本発明のエミッタは、カーボンナノチューブシートを含むことができる。
カーボンナノチューブシートの製作方法およびこの詳細な構造が図１ないし図８に模式的に図示されている。

【0065】

先ず、図１を参照すると、カーボンナノチューブシートは、シート予備体１０から製造され得る。
シート予備体１０は、軸を中心に回転する、例えば、ボビンのようなワインディング手段１を用いて複数のカーボンナノチューブを含む第１方向に延長された長尺のヤーン２をワインディングし、巻かれているヤーン２をワインディング手段１から分離することで製造され得る。

【0066】

ヤーン２は、一つのカーボンナノチューブが長く成長した繊維形態または図２のような複数のカーボンナノチューブ３の側面がπ－π相互作用によって互いに凝集して、実質的に円筒形（中央部が満たされた中実円筒形または中央部が空いた中空円筒形）に長く形成された繊維形態として、カーボンナノチューブ３とこれに構成されたヤーン２が互いに同じ方向に整列され得る。

【0067】

前記シート予備体１０は、軸と平行な第２方向にヤーン２の側部が連続して隣接するよう巻かれており、内部空間１１を有する中空型パイプ形態からなり得る。

【0068】

図２および図３には、シート予備体１０の断面が模式的に図示されており、図１と共に参照すると、ヤーン２をワインディングするときにワインディング手段１の外周面に沿ってヤーン２が２周２２以上巻かれ得、ワインディング開始部から終了部に至るまで、各周２２に巻かれるのに所要されたヤーン２とヤーン２の間の間隔は、実質的に均一であり得る。前記パイプ形態のシート予備体１０においても、連続して隣接するよう巻かれているヤーン２とヤーン２の間の間隔は、実質的に均一であり得る。

【0069】

それぞれの周２２をシート予備体１０に関する一つの単位として見るとき、すべての周２２は、連続して第２方向に整列されており、結果的にそれぞれの周２２を形成するヤーン２は、連続して第２方向に整列された配列構造を有する。これらの配列構造は、以後説明するカーボンナノチューブシートの配列構造を形成することができる。

【0070】

前記シート予備体１０は、また、それ自体で自己支持性を有するものであり得、これは、細かく巻かれているヤーン２が、隣接する他のものとπ－π相互作用することによるものであり得る。

【0071】

以上にて説明したシート予備体１０は、ヤーン２の側部が連続して隣接した構造が１つの単層パイプ形態１０ａ（図２）、または、単層パイプ形態１０ａが２つ以上の重畳されている多層パイプ形態１０ｂ（図３）からなり得る。

【0072】

単層パイプ形態１０ａは、ワインディング手段１上において第２方向にヤーン２の側部が連続して隣接するよう１回巻いて具現することができる。

【0073】

多層パイプ形態１０ｂは、単層パイプ形態１０ａを形成した後、再び連続して単層パイプ形態１０ａ上から第２方向にヤーン２の側部が連続して隣接するように１回以上追加して巻いて具現することができる。

【0074】

前記のように製造されたシート予備体１０を切断および／または圧着すると、板状のカーボンナノチューブシートを製作することができる。

【0075】

例えば、図１のシート予備体１０を仮想の軸Ａ－Ａ’に沿って切断する場合、シート予備体１０を成していた一つのヤーン２が分離されつつ、複数のヤーン（単位ヤーン）を形成する。このとき、シート予備体１０において整列されていたヤーンの配列構造は、カーボンナノチューブシートにおいてもそのまま維持され得る。

【0076】

これに関連して、図４には、切断によって製造されたカーボンナノチューブシートが模式的に図示されている。

【0077】

これに図１ないし図４を共に参照すると、パイプ形態をなすヤーン２が存在しないよう、シート予備体１０の少なくとも一部を前記第２方向（図２のＡ－Ａ’）に切断してカーボンナノチューブシート１００を製作することができる。

【0078】

このように製造されたカーボンナノチューブシート１００は、シート予備体１０の切断から由来し、両側末端部の間が第２方向に垂直な第１方向に延長されている複数の単位ヤーン１１０を含むことができる。

【0079】

カーボンナノチューブシート１００は、また、複数の単位ヤーン１１０のうち一つの単位ヤーン１１０と隣接する他の単位ヤーン１１０の側部が互いに隣接した状態で、単位ヤーン１１０が並んで位置した配列が第１方向に対して実質的に垂直な第２方向に反復される配列構造を含むことができる。

【0080】

前記のように製造したカーボンナノチューブシートを撮影した写真が図７に図示されている。図７を参照すると、本発明のカーボンナノチューブシートが非常に滑らかな表面形態を有することを確認することができる。

【0081】

一方、図５には、圧着によって製造されたカーボンナノチューブシート１００’が模式的に図示されている。

【0082】

圧着は、これによりシート予備体１０の一部が折り曲げられつつパイプ形態が平坦に変形されてカーボンナノチューブシート１００’を形成する方式である。圧着は、二つの板型部材の間にシート予備体１０を配置した次に二つの板型部材をシート予備体１０側に加圧する方式または隣接した二つのローラーの間にシート予備体１０を通過させて圧延する方式によることができるが、これに限定されるものではない。

【0083】

図１ないし図５を共に参照すると、折り曲げられた部位は、上部からカーボンナノチューブシート１００’の上面を眺める時を基準にシート１００’の外周辺のうち互いに平行な二つの辺１０１’をなし得る。

【0084】

折り曲げられた部位において、ヤーン２は、その破断なく実質的に１８０度の角度に折り曲げられた状態として一体となしつつ、カーボンナノチューブシート１００’を構成することができる。これに関する一つの例において、前記内部空間１１を間に置き、対面しているシート予備体１０の内面が重畳されるよう、前記シート予備体１０を圧着してカーボンナノチューブシート１００’を製作することができる。

【0085】

カーボンナノチューブシート１００’は、圧着によって切断されず、平面上に両側末端部の間が第１方向に延長されている複数の単位ヤーンを含むことができる。

【0086】

カーボンナノチューブシート１００’は、また、複数の単位ヤーンのうち一つの単位ヤーンと隣接する他の単位ヤーンの側部が互いに隣接した状態で、単位ヤーンが並んで位置した配列が第１方向に対して実質的に垂直である第２方向に反復される配列構造を含むことができ、単位ヤーンと配列構造は、図４のそれと同じであり得る。参考として、前記のように製造したカーボンナノチューブシートを撮影した写真が図８に図示されている。

【0087】

場合によっては、シート予備体１０の少なくとも一部を仮想の軸Ａ－Ａ’に沿って切断した後、切断部位と最長の距離をなすシート予備体１０の他の部位、即ち、パイプ形態において、Ａ－Ａ’切断部位の向かい側部位が実質的に１８０度の角度で折り曲げられ、折曲部位を中心に両側のパイプ面が互いに重畳されるよう圧着することで、カーボンナノチューブシートを製造してもよい。

【0088】

前記によって製造されたカーボンナノチューブシートは、前記配列構造、即ち、複数の単位ヤーンのうち一つの単位ヤーンと隣接する他の単位ヤーンの側部が互いに隣接した状態で、単位ヤーンが並んで位置した配列が第２方向に反復される配列構造が一つの第１形態（図4の１００）または前記配列構造が二つ以上重畳されている第２形態（図６の２００）からなり得る。

【0089】

本発明の一側面において、第１形態１００はワインディング手段１上において第２方向にヤーンの側部が連続して隣接するよう、１回巻いて製造した単層パイプ形態１０ａのシート予備体１０を切断して具現することができる。

【0090】

本発明の他の一側面において、単層パイプ形態１０ａまたは多層パイプ形態１０ｂのシート予備体１０の圧着時、例えば、上部に位置する配列構造の単位ヤーンが下部に位置する配列構造の単位ヤーンの間に挿入され得、このとき、二つの配列構造が圧着によって糾合されて一つの配列構造を有する第１形態１００が具現されてもよい。

【0091】

本発明の一側面において、第２形態２００は、単層パイプ形態１０ａまたは多層パイプ形態１０ｂのシート予備体１０を圧着して具現することができる。

【0092】

本発明の他の一側面において、第２形態２００は、多層パイプ形態１０ｂのシート予備体１０を切断して第１形態１００を形成し、第１形態が折り曲げられるように圧着して具現することができる。

【0093】

以上の説明したようなカーボンナノチューブシートは、前述したシート予備体と同様に、それ自体が自己支持性を有することで、基材のような別途の支持体がなくともシートの形態を維持することができる。

【0094】

これは、シート予備体においての規則的に整列された状態のヤーンが、本発明に係る配列構造、即ち、単位ヤーンが並んで位置した配列が第２方向に反復される配列構造を形成するためであり、配列構造を有するカーボンナノチューブシートは、単位ヤーン間のπ－π相互作用が優れたことにより得る。

【0095】

本発明において、単位ヤーンの直径は、１マイクロメートルないし７００マイクロメートル、詳細には、１０マイクロメートルないし３００マイクロメートルの範囲から選択され得る。
直径が前記範囲から選択されるとき、単位ヤーンと単位ヤーンの間にπ－π相互作用が極大化され得る。

【0096】

＜第１チューブ＞
本発明に係るエミッタは、前述したカーボンナノチューブシートが第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている第１内部空間を有するパイプ形態からなるものを特徴として含み得る。

【0097】

これに関連した一つの例が図９に模式的に図示されている。図９は、例えば、図４によるカーボンナノチューブシートが巻かれた形態の第１チューブであり得る。

【0098】

図９を参照すると、第１チューブ１００ａは、カーボンナノチューブシート１００の単位ヤーン１１０が延長された方向である第１方向と平行な仮想の第１軸Ｂ１－Ｂ１’を取り囲むようにこの軸を中心に巻かれており、これにより巻かれた状態で第１軸Ｂ１－Ｂ１’に沿って連通する第１内部空間１０２を含み、複数の単位ヤーン１１０は、このうち一つの単位ヤーン１１０と隣接する他の単位ヤーン１１０の側部が互いに隣接した状態で、前記単位ヤーン３１２が並んで位置した配列が第１方向と平行な仮想の第１軸Ｂ１－Ｂ１’を取り囲むよう、反復して配列される。

【0099】

即ち、第１内部空間１０２は、第１方向の両端部が開放されており、開放された両端部の間が連通された構造からなり得る。また、単位ヤーン１１０は、この先端が前記第１軸Ｂ１－Ｂ１’と同一方向を向くことができる。

【0100】

このように形成された第１チューブ１００ａの単位ヤーン１１０の先端を通じて電子が放出され得る。

【0101】

第１チューブ１００ａは、実質的に複数のカーボンナノチューブ３が凝集された状態（単位ヤーン）で所定の形態に配列され形成されたカーボンナノチューブ複合構造体であり得、エミッタは前述したような第１チューブ１００ａ自体であり得る。

【0102】

本発明のエミッタは、第１チューブ１００ａを構成するカーボンナノチューブ３およびこれらが凝集された単位ヤーン１１０の先端を通じて単位面積内において電子が集中的に放出されるのが容易であり、特にパイプ形態に基づいて互いに異なる単位ヤーン１１０をなすカーボンナノチューブ３および互いに異なる単位ヤーン１１０から単位面積内において電子が集中的に放出されるのが容易である。また、縦横比が非常に大きいカーボンナノチューブの特性によって互いに凝集されず、独立している形態のカーボンナノチューブベースエミッタに比べ、本発明のエミッタは、高い自己支持性によって本来の形態を維持するのに有利である。

【0103】

このように、単位面積内において集中的に放出された電子は、例えば、Ｘ－線管においてエミッタから放出された電子がカソード（例えば、ベリリウムなどのような金属ターゲット）に到達して単位面積において発生するＸ－線の総量を極大化する効果を発揮することができ、これによって、本発明のエミッタは、高出力のＸ－線管の製造において小型化の問題を解決することができる主要な手段になり得る。

【0104】

その反面、例えば、エミッタが板状の通常的なカーボンナノチューブシートの形状である場合、シートの各先端から放出される電子が集中的に放出されるよりも、無作為の方向に放射される現象が優勢に示され得、これは放出された電子が、例えば、カソードに到達する電子密度の均一性を落とし単位面積内の電子の密度を低減させることができる。

【0105】

第１チューブ１００ａは、例えば、マイクロメートル単位ないしセンチメートル単位の直径を有するワイヤーを第１軸Ｂ１－Ｂ１’とし、図４において説明したカーボンナノチューブシート１００にワイヤーを包むように巻いて製造することができ、続けて、ワイヤーを除去することで、第１軸Ｂ１－Ｂ１’を沿って連通される第１内部空間１０２を有するパイプ形態が具現され得る。

【0106】

図９には、横断面上に実質的に円形を有するパイプ形態の第１チューブ１００ａを図示しているが、この他にも、円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有することができる。

【0107】

第１チューブ１００ａにおいて、横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さＬ１は、３マイクロメートルないし２センチメートル、詳細には１００マイクロメートルないし１センチメートルであり得る。

【0108】

前記線分の長さＬ１が前記範囲を下回る場合、第１内部空間１０２を間に置いている単位ヤーン１１０が過度に近接するようになるため相互作用することがあり、これにより第１内部空間が閉塞され得る。

【0109】

また、エミッタから放出された直後の電子が分布する面積は、第１チューブ１００ａの断面積に実質的に相当するが、前記線分の長さＬ１が前記範囲を下回り第１チューブ１００ａの断面積が狭くなると、電子の放出範囲が非常に限定的になり得る点においても特に望ましくない。

【0110】

前記線分の長さＬ１が前記範囲を上回る場合、第１内部空間が占める体積が増加することになり、これは第１チューブ１００ａの形態が折り曲げられたり、屈曲されるなどの構造的側面に対して望ましくない様態につながることがあり、効果的な側面において、前述した電子の集中放出効果が実質的に発現されないことがあるため特に望ましくない。

【0111】

前記第１チューブ１００ａは、巻かれる開始部位から終了部位まで重畳される部分が存在しないように巻かれた構造であり得る。この時、前記開始部位および終了部位は、それぞれの単位ヤーン１１０ａ、１１０ｂであり得、これらは互いに隣接してπ－π相互作用により固定され得る。

【0112】

これとは異なり、第１チューブは１００ｂは、カーボンナノチューブシートが巻かれている開始部位１１０ｃから終了部位１１０ｄまで重畳される部分が存在するように巻かれる構造も可能であり、これに関する第１チューブ１１０ｂの横断面形状が図１０に開示されている。

【0113】

図１０に係る第１チューブ１１０ｂは、また、図９のそれと実質的に同一方法として製造され得、第１内部空間、線分の長さ、単位ヤーンの配列構造などにおいて実質的に同一の構造を有することができるが、図９場合、シートを第１方向と平行な仮想の第１軸Ｂ１－Ｂ１’を取り囲むように第１軸Ｂ１－Ｂ１’を中心に単回巻いて具現すると、図１０の場合、２回またはそれ以上を巻いて具現することのできる点に差がある。

【0114】

参考として、図６に係る多層に形成されたカーボンナノチューブシート２００の場合、シートを第１方向と平行な仮想の第１軸Ｂ１－Ｂ１’を取り囲むよう、第１軸Ｂ１－Ｂ１’を中心に単回巻いて具現しても、図１０に図示されたものと同一の多層構造を具現することができる。

【0115】

一方、本発明に係るエミッタは、第１チューブと共に導電性ワイヤーをさらに含むことができる。
これに関して、図１１には、本発明の一つの実施形態に係るエミッタの模式図が示されている。

【0116】

図９および図１１を共に参照すると、エミッタ４００は、図１１に図示された第１チューブ１００ａおよび導電性ワイヤー４２０を含むことができる。

【0117】

エミッタ４００は、第１チューブ１００ａの第１内部空間１０２の少なくとも一部を占める導電性ワイヤー４２０からなっており、第１チューブ１００ａの少なくとも一部が導電性ワイヤー４２０の少なくとも一部を包みながら接触する構造である。

【0118】

導電性ワイヤー４２０は、第１方向に延長された形状であり、第１方向において先端側の第１端部４２１、基端側の第２端部４２２、および第１端部４２１と第２端部４２２の外郭線の間に延長される外周面４２４を含む。このとき、導電性ワイヤー４２０の第１端部４２１および第２端部４２２の間の第１方向の長さは、第１高さＨ１として規定され得る。

【0119】

エミッタ４００は、例えば、図４に図示されたカーボンナノチューブシート１００を導電性ワイヤー４２０に接触した状態に巻いて製造され得る。

【0120】

具体的には、カーボンナノチューブシート１００をなす単位ヤーン１１０が延長された第１方向と導電性ワイヤー４２０の第１高さＨ１方向が一致した状態で、カーボンナノチューブシート１００は、第１方向に対して垂直な第２方向に導電性ワイヤー４２０の外周面４２４の少なくとも一部に接触し、外周面４２４に沿って巻かれ得る。

【0121】

結果的にエミッタ４００は、導電性ワイヤー４２０の第１高さＨ１と第１チューブ１００ａの第１内部空間１０２と平行な第１方向が一致した状態で、導電性ワイヤー４２０が第１チューブ１００ａの少なくとも一部に接触された状態として第１内部空間１０２に挿入されている構造であり得る。

【0122】

ここで、第１チューブ１００ａは、第１方向において導電性ワイヤー４２０と重畳される領域である第１領域１６０および導電性ワイヤー４２０と重畳されていない領域である第２領域１８０を含むことができる。エミッタ４００は、第１チューブ１００ａの第２領域１８０の先端部４３０を通じて電子を放出することができる。

【0123】

エミッタ４００は、また、第１チューブ１００ａの第１方向を基準に両端部の間、即ち、第２領域１８０にある先端部４３０から、第１領域１６０にある基端部（または末端部）の長さである第２高さＨ２および第１方向を基準に第２領域１８０の両端部の間の長さである第３高さＨ３を含むことができる。

【0124】

参考として、第２領域１８０の両端部の間の長さとは、第１領域１６０と第２領域１８０が導電性ワイヤー４２０の第１端部４２１を基準に区画されるので、第２領域１８０の先端部４３０から第１端部４２１と対応する位置にある第２領域１８０の一部までを意味することができる。

【0125】

ここで、本発明に係るエミッタ４００は、第２高さに対する第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が０．１ないし０．９、詳細には０．２ないし０．７、さらに詳細には０．２ないし０．４であり得る。

【0126】

エミッタ４００の第２高さに対する第３高さの比率が前記比率の範囲を下回ると、電子が放出される第２領域１８０の先端部４３０が導電性ワイヤー４２０に過度に近接することになるが、これは先端部４３０から放出された電子が導電性ワイヤー４２０に吸収され電子放出効率を大幅に低下させ得る。

【0127】

その反面、エミッタ４００の第２高さに対する第３高さの比率が前記比率の範囲を上回ると、導電性ワイヤー４２０に接触して支持される第１領域１６０の面積が狭くなり、これにより第２領域１８０において折曲または屈曲される変形が発生されることがあるので、耐久性の側面において望ましくない。

【0128】

前記導電性ワイヤー４２０の前記第２端部４２２と隣接する外周面４２４の少なくとも一部には、第１チューブ１００ａが存在しないマージン部４２６が設定され得る。

【0129】

このマージン部４２６は、エミッタ４００が、例えば、Ｘ－線管として活用されるとき、チューブ内ホルダーなどに直接または間接的に固定されている部分であり得、第１チューブ１００ａに電流を通電させる通電経路として作用し得る。

【0130】

前述したような第１チューブは、横断面上において、前記第１内部空間をなす内面と外部に露出される外面の間の厚さが１マイクロメートルないし２０００マイクロメートル、詳細には３０マイクロメートルないし３００マイクロメートル、より詳細には３０マイクロメートルないし１００マイクロメートルであり得る。

【0131】

前記範囲を下回る厚さは、カーボンナノチューブシートの剛性低下により、パイプ形態がよく維持され得ず、前記範囲を上回るものは、製造費用対比効用性が低いので、経済的側面において望ましいと見なすことができない。

【0132】

＜第２チューブ＞
本発明に係るエミッタは、複数の第１チューブがパイプ形態として配列され形成された第２チューブを含むことができる。

【0133】

これに関連して、図１２ないし図１５には、第２チューブに関する模式図が図示されている。

【0134】

先ず、図１２を参照すると、第２チューブ３００は、複数の第１チューブ３１０が第１方向と平行な仮想の第２軸Ｂ２－Ｂ２’を中心に配列され形成された第２内部空間３０２を含む。

【0135】

具体的に、第２チューブ３００は、複数の第１チューブ３１０のうち一つの第１チューブ３１０と隣接する他の第１チューブ３１０の側部が互いに隣接した状態で、第１チューブ３１０が並んで位置した配列（例えば、図１３の３００ａ）が第１方向と平行な前記仮想の第２軸Ｂ２－Ｂ２’を取り囲むよう、反復される構造からなり得る。参考として、第１チューブ３１０の側部は、第１チューブ３１０の両端部の間から延長されている面において任意の部分を意味することができる。

【0136】

このとき、第２内部空間３０２は、前記第１方向の両端部が開放されており、開放された前記両端部の間が連通された構造であり、第１チューブ３１０のそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向いている。

【0137】

第２チューブ３００は、例えば、図１３に図示されたように、複数の第１チューブ３１０が所定の形態に配列された集合体３００ａを用いて製造され得る。

【0138】

これに図１３ないし図１５を参照すると、集合体３００ａは、パイプ形態の複数の第１チューブ３１０を含む。

【0139】

第１チューブ３１０は、複数の単位ヤーン３１２のうち一つの単位ヤーン３１２と隣接する他の単位ヤーン３１２の側部が互いに隣接した状態で、前記単位ヤーン３１２が並んで位置した配列が第１方向と平行な仮想の第３軸Ｂ３－Ｂ３’を取り囲むよう、反復される構造からなり得る。

【0140】

第１チューブ３１０は、例えば、マイクロメートル単位ないしセンチメートル単位の直径を有するワイヤーを第３軸Ｂ３－Ｂ３’として、図４または図６において説明したカーボンナノチューブシート１００と同様であり、代わりに厚みと幅がより小さい任意のカーボンナノチューブシートでワイヤを包むように巻いて製造することができ、続けて、ワイヤーを除去することで、第３軸Ｂ３－Ｂ３’を沿って連通される第１内部空間３２０を有する第１チューブが具現され得る。

【0141】

第１チューブ３１０は、横断面上に実質的に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有することができ、第１チューブ３１０の横断面上の形状の中心部を通り、形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分の長さＬ３が５マイクロメートルないし２００マイクロメートルであり得る。

【0142】

前記線分の長さＬ３が前記範囲を下回る場合、第１内部空間３２０を間に置いている単位ヤーンが過度に近接するようになるため相互作用することがあり、これにより第１内部空間３２０が閉塞され得る。

【0143】

その反面、前記線分の長さＬ３が前記範囲を上回る場合、第１内部空間が占める体積が増加することになり、これは第２チューブ３００の形態が折り曲げられたり、屈曲されるなどの構造的側面に関して望ましくない様態につながることがあり、効果的な側面において、前述した電子の集中放出効果が実質的に発現されないことがあるため特に望ましくない。

【0144】

第１チューブ３１０において、単位ヤーン３１２と単位ヤーン３１２は、隣接した状態でπ－π相互作用によって固定され、巻かれている開始部位と終了部位に該当する単位ヤーン３１２、または、π－π相互作用によって固定され得る。

【0145】

単位ヤーン３１２は、一つのカーボンナノチューブが長く成長した繊維形態または図１５のように、複数のカーボンナノチューブ３の側面がπ－π相互作用によって互いに凝集して円筒形（中央部が満たされた中実円筒形または中央部が空いた中空円筒形）に長く形成された繊維形態として、カーボンナノチューブ３とこれらによって構成された単位ヤーン３１２が互いに同じ方向に整列され得る。

【0146】

図１３に図示された集合体３００ａは、このような構造の第１チューブ３１０を複数含む構造からなっており、具体的には、複数の単位のチューブのうち一つの第１チューブ３１０と隣接する他の第１チューブ３１０の側部が互いに隣接した状態で、前記単位のチューブ３１０が並んで位置した配列が前記第１方向に対して垂直な第２方向に反復される配列構造を含むことができる。このとき、第１チューブ３１０と第１チューブ３１０は、π－π相互作用によって互いに固定され得る。

【0147】

場合によっては、隣接する第１チューブ３１０の間に導電性接着剤、例えば、カーボンナノチューブペースト、銀ペースト、および／またはπ－π相互作用を強化することができる溶媒を付加して隣接する第１チューブ３１０間の接着を直接図ったり、π－π相互作用を向上させることができる。

【0148】

前記溶媒は、エタン、エチレン、エタノール、メタン、メタノール、プロパン、プロペン、プロパノール、アセトン、キシレン、一酸化炭素、クロロホルム、アセチレン、エチル酢酸、ジエチルエーテル、ポリエチレングリコール、エチルポルメイト、メッシュレン（１，３,５－トリメチルベンゼン）、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、カーボンテトラクロライド、ナフタレン、アントラセン、ジクロロメタン、ケトン、エーテル、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ペンタン、ペンテン、ヘキセン、ベンゼン、四塩化炭素、およびトルエンからなる群から選択される１種以上の有機溶媒あり得るが、これらのみに限定されるものではない。

【0149】

以上で説明したような第２チューブ３００は、第１チューブ３１０が配列されることによる第２内部空間３０２および第１チューブ３１０の単位ヤーン３１２が配列されることによる第１内部空間３２０を含み、カーボンナノチューブ３、単位ヤーン３１２、第１チューブ３１０、および第２チューブ３００のすべての先端が第２軸Ｂ２－Ｂ２’と同一方向を向いている。

【0150】

前記先端のすべてを通じて電子が放出され得、本発明に係る一つの例において、エミッタは、このように形成された前記第２チューブ３００自体であり得、第２チューブ３００は、実質的に複数のカーボンナノチューブ３が凝集された状態（単位ヤーン）において所定の形態に配列され形成された第１チューブが再び所定の形態に配列された、他の形態のカーボンナノチューブ複合構造体であり得る。

【0151】

このような第２チューブ３００からなるエミッタは、電子の放出経路がカーボンナノチューブ３、これらが凝集された単位ヤーン３１２、およびこれらの単位ヤーンからなる第１チューブ３１０を含む複合的な構造であり、それぞれから放出された電子が単位面積内においてより確実に均一性を維持することができる。

【0152】

このように、単位面積内において集中的に放出された電子は、例えば、Ｘ－線管においてエミッタから放出された電子がカソードに到達して単位面積において発生するＸ－線の総量を極大化する効果を発揮することができ、高出力のＸ－線管の製造において、小型化の問題を解決することができる主要な手段になり得る。

【0153】

これが本発明のエミッタが相対的により低い電界下においても、非常に優れた電子放出効率性を発現する主要な利点である。また、多重パイプ形態に基づいた前記エミッタは、（ｉ）単位チューブをなす互いに異なる単位ヤーンにおいての電子集中放出効果および（ｉｉ）互いに異なる単位チューブにおいての電子集中放出効果が複合的に作用して、前述した効果が極大化され得る。

【0154】

その反面、例えば、エミッタが単純な板状の通常的なカーボンナノチューブシート形状である場合、シートの各先端から放出される電子が集中的に放出されるよりも、無作為の方向に放射される現象が優勢に示され得、これは、放出された電子が、例えば、カソードに到達して衝突する電子の総量を低減させることがある。

【0155】

前記第２チューブ３００は、例えば、マイクロメートル単位ないしセンチメートル単位の直径を有するワイヤーを軸Ｂ－Ｂ’として、図１３において説明した集合体３００ａにワイヤを包むように巻いて製造することがことができ、続いて、ワイヤーを除去することで、軸Ｂ２－Ｂ２’を沿って連通される第２内部空間３０２を有し、第１チューブ３１０の第１内部空間３２０も含む多重パイプ形態が具現され得る。

【0156】

第２チューブ３００は、横断面上に実質的に円形、楕円形、半円形、および多角形からなる群から選択される一つの形状を有し、第２チューブ３００の横断面上の形状の中心部を通り、前記形状の向き合う外郭をつなぐ線分のうち最も長い線分（図１２のＬ２）の長さが１００マイクロメートルないし２センチメートルであり得る。

【0157】

前記線分の長さＬ２が前記範囲を下回る場合、第２内部空間３０２を間に置いている第１チューブ３１０が過度に近接するようになるため相互作用することがあり、これにより、第２内部区間３０２が閉塞され得る。

【0158】

また、エミッタから放出された直後の電子が分布する面積は、第２チューブ３００の断面積に実質的に相応するが、前記線分の長さＬ２が前記範囲を下回り第２チューブ３００の断面積が狭くなると、電子の放出範囲が非常に限定的であり得る点においても、特に望ましくない。

【0159】

前記線分の長さＬ２が前記範囲を上回る場合、第２内部空間３０２が占める体積が増加することがあり、これは第２チューブ３００の形態が折り曲げられたり、屈曲されるなどの構造的な側面に関して望ましくない様態につながることがあり、効果的側面において、前述した電子の集中放出効果が実質的に発現されないことがあるため、特に望ましくない。

【0160】

図１２においては、第１チューブ３１０が重畳され取り囲んだ部分が存在しないよう、配列が開始されている第１チューブＳおよび終了される第１チューブＦが互いに隣接し、隣接した第１チューブＳ，Ｆがπ－π相互作用により固定された構造の第２チューブ３００が図示されているが、重畳された部分が存在する第２チューブも可能である。

【0161】

具体的には、図１６を参照すると、第２チューブ３００’は、第２軸Ｂ２－Ｂ２’を中心に、配列が終了される第１チューブＦ’が配列が開始される第１チューブＳ’から離隔された位置にある他の第１チューブＦ’’に隣接して、配列が開始される第１チューブＳ’と終了される第１チューブの間Ｆ’に第１チューブ間が重畳されている部分が存在し得る。
このとき、重畳される部分にある第１チューブすべてがπ－π相互作用により固定され得る。

【0162】

一方、本発明に係るエミッタは、第２チューブと共に導電性ワイヤーをさらに含むことができる。これに関する模式図が図１７に図示されている。

【0163】

図１７を図１２ないし１５と共に参照すると、エミッタ５００は、図１２に図示された第２チューブ３００および図１７に図示された導電性ワイヤー５２０を含む。

【0164】

エミッタ５００は、第２チューブ３００の第２内部空間３０２の少なくとも一部を占める導電性ワイヤー５２０を含み、第２チューブ３００の少なくとも一部が導電性ワイヤー５２０の少なくとも一部を包みながら接触する構造からなる。

【0165】

導電性ワイヤー５２０は、第１方向に延長形成されており、第１方向において先端側の第１端部５２１、基端側の第２端部５２２、および前記第１端部５２１と前記第２端部５２２の外郭線の間に延長される外周面５２４を含むが、導電性ワイヤー５２０の第１端部５２１および第２端部５２２の間の第１方向の長さは、第１高さＨ１として規定され得る。

【0166】

エミッタ５００は、第２チューブ３００の第２内部空間３０２が連通された方向である第１方向と導電性ワイヤー５２０の第１高さＨ１の方向が一致した状態で、第２チューブ３００の少なくとも一部に接触された状態に導電性ワイヤー５２０が第２内部空間３０２に挿入された構造である。

【0167】

ここで、第２チューブ３００は、第１方向において導電性ワイヤー５２０と重畳される領域である第１領域３６０および導電性ワイヤー５２０と重畳されない領域である第２領域３８０を含むことができる。エミッタ５００は、第２チューブ３００の第２領域３８０の先端部４３０を通じて電子を放出させることができる。

【0168】

エミッタ５００は、また、第２チューブ３００の第１方向を基準に両端部の間、即ち、第２領域３８０にある先端部４３０から、第１領域３６０にある基端部（または末端部）の長さである第２高さＨ２および第１方向を基準に第２領域３８０の両端部の間の長さである第３高さＨ３を含むことができる。

【0169】

参考として、第２領域３８０の両端部の間の長さとは、第１領域３６０と第２領域３８０が導電性ワイヤー５２０の第１端部５２１を基準に区画されるので、第２領域３８０の先端部４３０から第１端部５２１と対応する位置にある第２領域３８０の一部までを意味し得る。

【0170】

ここで、本発明に係るエミッタ５００は、第２高さに対する第３高さの比率（＝第３高さ／第２高さ）が０．１ないし０．９、詳細には０．２ないし０．７、さらに詳細には０．２ないし０．４であり得る。

【0171】

エミッタ５００の第２高さに対する第３高さの比率が前記比率の範囲を下回ると、電子が放出される第２領域３８０の先端５３０が導電性ワイヤ５２０に過度に近接することになるが、これは先端５３０から放出された電子が導電性ワイヤー５２０に吸収されて、電子放出効率を大幅に低下させ得る。

【0172】

その反面、エミッタ５００の第２高さに対する第３高さの比率が前記比率の範囲を上回ると、導電性ワイヤー５２０に接触して支持される第１領域３６０の面積が狭くなり、これによって第２領域３８０における折曲または屈曲される変形が発生されることがあるため、耐久性の面において望ましくない。

【0173】

前記導電性ワイヤー５２０の前記第２端部５２２と隣接する外周面４２４の少なくとも一部には、第２チューブ３００が存在しないマージン部５２６が設定され得る。

【0174】

このマージン部５２６は、エミッタ５００が、例えば、Ｘ－線管として活用されるとき、チューブ内ホルダーなどに直接または間接的に固定されている部分であり得、第２チューブ３００に電流を通電させる通電経路として作用し得る。

【0175】

以上、本発明の実施形態を参照して説明したが、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内から多様な応用および変形を行うことが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0176】

本発明のエミッタは、複数のカーボンナノチューブが凝集されて第１方向に延長された構造の単位ヤーンを複数含むカーボンナノチューブシートからなる第１チューブを含むことができる。

【0177】

第１チューブは、カーボンナノチューブシートが第１方向と平行な仮想の第１軸を中心に巻かれている第１内部空間を有するパイプ形態であり得、このとき単位ヤーンのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向く構造であり得る。

【0178】

本発明のエミッタは、また、複数の第１チューブが配列されてパイプ形態を成している第２チューブを含むことができる。

【0179】

第２チューブは、複数の第１チューブが前記第１方向と平行な仮想の第２軸を中心に配列され形成された第２内部空間を含み、第１チューブのそれぞれの先端が前記軸と同一方向を向く構造であり得る。従って、第２チューブは、第１チューブが配列され形成された第２内部空間と、第１チューブが含む第１内部空間を含む多重パイプ形態であり得る。

【0180】

このような側面に係るエミッタは、第１チューブ自体であったり、または、第２チューブ自体であり得る。即ち、エミッタは、パイプ形態のチューブ構造体として見なすことができる。

【0181】

このようなエミッタは、カーボンナノチューブおよび単位ヤーンの先端が前記第１、第２内部空間と平行な仮想の第１、第２軸と同一方向を向き、チューブ構造体の先端をなすことができ、これは前記チューブ構造体の先端を通じて大部分の電子が各カーボンナノチューブおよび単位ヤーンが延長された方向である第１方向に放出され得る利点がある。即ち、本発明のエミッタは、大部分の電子が一定方向に放出されるよう誘導しやすい構造であり、例えば、前述のエミッタが金属ターゲットと電子の衝突を通じてＸ－線を発生させるＸ－線管に適用されたとき、大部分の電子を所望する衝突部分に集中させることができる点において非常に有利な利点がある。

【0182】

これは、通常的なカーボンナノチューブシートを用いた従来のエミッタがシート上におおいてカーボンナノチューブが配列された任意の方向に電子を放出することと対比されるものとして、前記側面に係るエミッタは従来の問題を解消することができる。

【0183】

本発明のエミッタは、また、パイプ形態のチューブ構造体が有する先端を通じて電子を放出するので、単位ヤーンを通じて電子を放出する従来のカーボンナノチューブ繊維に比べ電子の放出範囲を比較的広く形成することができ、パイプ形態の直径を調節して放出範囲を所望することにより、容易に調節することができる。

【0184】

本発明のエミッタは、また、導電性ワイヤーをさらに含むことができる。導電性ワイヤーは、第１チューブおよび第２チューブを支持して、電子が放出される第１チューブと第２チューブが屈曲されたり折り曲げられる非－望ましい現象を抑制することができ、これに本発明のエミッタは、従来認識された問題を解消することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図】

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【国際調査報告】