KR20200129300A - Field Emission Type X-ray and UV Hybrid Source Device - Google Patents

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Abstract

Proposed are a light source device for X-ray and UV capable of selectively emitting X-ray and UV in a field emission method. The light source device for X-ray and UV according to the present invention comprises: a cathode electrode in which a plurality of emitters are arranged; a gate electrode inducing electron emission from the emitters; a focusing electrode controlling a degree to which an electron beam is focused toward the center according to a driving signal; an X-ray-UV emission substrate disposed to face the plurality of emitters with an internal space of the vacuum interposed therebetween, wherein an X-ray target unit is formed in the center of a base substrate, and a UV target unit including a UV generating material in a cathodoluminescence (CL) method is formed in a form of surrounding the periphery of the X-ray target unit; and an anode electrode surrounding an outer portion of the X-ray-UV emission substrate and sealed and bonded with a conductive brazing filler to form an electric field accelerating the electron beam according to the driving signal. The light source device for X-ray and UV is configured to selectively emit X-ray or UV according to a driving signal for the anode electrode and a driving signal for the focusing electrode.

Description

전계 방출 방식의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치{Field Emission Type X-ray and UV Hybrid Source Device}Field Emission Type X-ray and UV Hybrid Source Device}

본 발명은 전계 방출 방식의 전자 방출원을 이용하여 엑스선 및 자외선을 선택적으로 또는 동시에 방출하는 광원 장치에 관한 것으로, 의료용 또는 산업용으로 활용 가능하다. The present invention relates to a light source device that selectively or simultaneously emits X-rays and ultraviolet rays using an electron emission source of a field emission method, and can be used for medical or industrial purposes.

엑스선(X-ray)은 진단 영상 촬영 또는 방사선 치료 등의 목적으로 의료분야에서 활용되고, 비파괴 검사, 물질 분석, 식품 검사, 이오나이저(Ionizer) 등의 다양한 산업 분야에서 활용된다. 자외선(UV: Ultraviolet) 역시 살균, 소독, 광경화 작용을 통해 의료분야 및 환경, 식품 등의 산업 분야에 폭넓게 활용된다. X-rays are used in medical fields for purposes such as diagnostic imaging or radiation therapy, and are used in various industrial fields such as non-destructive testing, material analysis, food testing, and ionizers. Ultraviolet (UV) is also widely used in industrial fields such as medical, environment, and food through sterilization, disinfection, and photocuring.

엑스선 발생 장치에는 주로 열전자 방출 방식의 엑스레이 튜브가 활용되어 왔으며, 최근 전계 방출 방식의 엑스선 소스에 대해 연구개발이 진행되고 있다. 전계 방출 방식의 엑스선 소스 분야에서는 카본나노튜브(CNT)로 구성된 에미터(emitter: 전자방출원)를 갖는 캐소드 전극과, 에미터의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극, 방출된 전자를 집속하는 집속 전극, 그리고 가속된 전자와 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟을 갖는 애노드 전극을 포함하는 4극형 구조, 또는 여기서 집속 전극이 생략된 3극형 구조가 알려진 바 있다. (등록특허공보 제10-0911434호 참조)X-ray generating apparatuses have mainly been used as X-ray tubes of a thermoelectron emission method, and research and development on X-ray sources of a field emission method have been recently conducted. In the field of field emission X-ray source, a cathode electrode with an emitter (electron emission source) made of carbon nanotubes (CNT), a gate electrode for inducing electron emission from the emitter, and a focusing electrode for focusing the emitted electrons , And a four-pole structure including an anode electrode having a target that emits X-rays by colliding with accelerated electrons, or a three-pole structure in which the focusing electrode is omitted has been known. (See Registered Patent Publication No. 10-0911434)

한편, 종래의 자외선 광원으로는 흔히 저압 수은 램프가 활용되어 왔다. 저압 수은 램프는 UV-C 영역인 254nm 파장대의 근자외선을 방출한다. UV-C 영역의 자외선은 살균선이라 불릴 정도로 살균 효과가 뛰어나, 저압 수은 램프는 널리 보급되었다. 그러나 수은은 누설시 환경 및 인체에 치명적인 악영향을 미쳐 수은의 사용은 유해물질 제한지침(RoHS) 등에 의해 제한되고 있다. 저압 수은 램프에 대한 대안으로 EL(Electroluminecence) 방식의 UV LED가 제시되고 있으나 살균용으로 활용하기에는 출력이 낮아 활용도가 제한적이다. PN접합 구조에서 P형 반도체 발광재료의 제조에 관한 기술적인 한계는 단기간에 해결되기 어려운 것으로 평가되고 있다. 또 다른 대안으로 최근 전계 방출 및 가속에 의한 전자의 높은 에너지를 이용하여 CL(Cathodoluminescence) 방식으로 UV-C 대역의 자외선을 방출할 수 있는 자외선 발광재료 및 광원(등록특허공보 제10-1482765호 참조)이 알려졌다. Meanwhile, a low-pressure mercury lamp has been commonly used as a conventional ultraviolet light source. Low-pressure mercury lamps emit near-ultraviolet rays in the 254 nm wavelength range in the UV-C region. Ultraviolet rays in the UV-C region have excellent sterilization effects so that they are called sterilization lines, and low pressure mercury lamps have been widely used. However, the use of mercury is restricted by the Restriction of Hazardous Substances (RoHS), as mercury leakage has a fatal adverse effect on the environment and human body. As an alternative to low-pressure mercury lamps, EL (Electroluminecence) UV LEDs are being proposed, but their use is limited due to their low output to be used for sterilization. It is evaluated that the technical limitations of the manufacture of a P-type semiconductor light emitting material in a PN junction structure are difficult to solve in a short period of time. As another alternative, an ultraviolet light emitting material and a light source capable of emitting ultraviolet rays in the UV-C band in the CL (Cathodoluminescence) method using the high energy of electrons due to recent electric field emission and acceleration (refer to Registered Patent Publication No. 10-1482765 ) Is known.

앞서 살펴본 바와 같이, 엑스선과 자외선의 활용분야가 다양하고, 사용 주체의 측면에서 서로 중첩되는 부분도 있다. 그러나 이러한 사용자들은 엑스선 발생 장치와 자외선 광원을 각각 구비해야 하는 부담이 있다. 아직까지 엑스선 소스와 자외선 광원이 하나의 장치로서 상용화되지 못했기 때문이다. As described above, there are various fields of application of X-rays and ultraviolet rays, and there are areas that overlap each other in terms of the subject of use. However, these users have a burden of having an X-ray generator and an ultraviolet light source respectively. This is because the X-ray source and the ultraviolet light source have not yet been commercialized as a single device.

등록특허공보 제10-0911434호Registered Patent Publication No. 10-0911434 등록특허공보 제10-1482765호Registered Patent Publication No. 10-1482765

본 발명은 전계 방출 방식으로 엑스선과 자외선을 선택적으로 또는 동시에 방출할 수 있는 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 전계 방출 방식의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 내구성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 구성을 제공하는 데에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a light source device for both X-rays and ultraviolet rays capable of selectively or simultaneously emitting X-rays and ultraviolet rays in a field emission method. In addition, an object of the present invention is to provide a configuration capable of improving durability and efficiency of a field emission type X-ray and ultraviolet light source device.

전술한 과제의 해결을 위하여 본 발명에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치는, 다수의 에미터가 배열된 캐소드 전극; 상기 에미터로부터의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극; 구동 신호에 따라 전자빔이 그 중심쪽으로 집속되는 정도를 조절하는 집속 전극; 진공의 내부 공간을 사이에 두고 상기 다수의 에미터와 대면하도록 배치되고, 베이스 기판의 중심부에 엑스선 타겟부가 형성되고, 상기 엑스선 타겟부의 주변을 둘러싸는 형태로 CL(Cathodoluminescence) 방식의 자외선 발생 물질을 포함하는 자외선 타겟부가 형성된 엑스선-자외선 방출 기판; 및 상기 엑스선-자외선 방출 기판의 외곽 부분을 둘러싸며 도전성의 브레이징 필러로 밀봉 접합되고, 구동 신호에 따라 상기 전자빔을 가속시키는 전계를 형성하는 애노드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 및 상기 집속 전극에 대한 구동 신호에 따라 엑스선 또는 자외선을 선택적으로 방출하도록 구성된다. In order to solve the above problems, a light source device for both X-rays and ultraviolet rays according to the present invention includes: a cathode electrode in which a plurality of emitters are arranged; A gate electrode for inducing electron emission from the emitter; A focusing electrode for controlling a degree to which the electron beam is focused toward the center according to the driving signal; It is disposed so as to face the plurality of emitters with an internal space of the vacuum interposed therebetween, an X-ray target part is formed in the center of the base substrate, and an ultraviolet ray-generating material of the CL (Cathodoluminescence) method is used to surround the periphery of the X-ray target part. An X-ray-ultraviolet emitting substrate on which an ultraviolet target portion is formed; And an anode electrode surrounding an outer portion of the X-ray-ultraviolet emission substrate and sealingly bonded with a conductive brazing filler, and forming an electric field for accelerating the electron beam according to a driving signal, comprising: a driving signal for the anode electrode; It is configured to selectively emit X-rays or ultraviolet rays according to a driving signal for the focusing electrode.

본 발명에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치는, 상기 엑스선 타겟부로부터 엑스선이 방출되도록 구동하는 엑스선 모드 및 상기 자외선 타겟부로부터 자외선이 방출되도록 구동하는 자외선 모드를 제공하는 모드 선택부; 및 사용자의 모드 선택에 따라 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 또는 상기 집속 전극에 대한 구동 신호를 다르게 인가하는 구동부;를 포함할 수 있다. A light source device for both X-rays and ultraviolet rays according to the present invention includes: a mode selector configured to provide an X-ray mode for driving X-rays to be emitted from the X-ray target unit and an ultraviolet mode for driving to emit ultraviolet rays from the UV target unit; And a driving unit for differently applying a driving signal for the anode electrode or a driving signal for the focusing electrode according to the user's mode selection.

여기서, 상기 구동부는 엑스선 모드일 때 상기 엑스선 타겟부로 전자빔이 집속되도록 상기 집속 전극에 대해 자외선 모드일 때보다 더 높은 레벨의 구동 신호를 인가할 수 있다. Here, the driving unit may apply a driving signal having a higher level to the focusing electrode than in the ultraviolet mode so that the electron beam is focused to the X-ray target unit in the X-ray mode.

또한, 상기 구동부는 엑스선 모드일 때 상기 애노드 전극에 대해 자외선 모드일 때보다 더 높은 레벨의 구동 신호를 인가할 수 있다. In addition, the driving unit may apply a driving signal having a higher level to the anode electrode in the X-ray mode than in the ultraviolet mode.

상기 베이스 기판은 엑스선 및 자외선을 투과시키도록 사파이어 기판, 석영 기판, 및 글라스 기판 중에서 선택될 수 있다. The base substrate may be selected from a sapphire substrate, a quartz substrate, and a glass substrate to transmit X-rays and ultraviolet rays.

상기 자외선 타겟부는, 상기 베이스 기판 측에 형성된 자외선 발생층; 및 상기 내부 공간과 접하는 표면측에 형성된 반사층;을 포함하여 구성될 수 있다. The ultraviolet target unit may include an ultraviolet ray generating layer formed on the side of the base substrate; And a reflective layer formed on a surface side in contact with the inner space.

상기 베이스 기판은 사파이어 기판이고, 상기 자외선 발생층은 상기 사파이어 기판 표면에 AlN, GaN, AlGaN, 및 InGaN로 이루어진 그룹에서 선택된 자외선 발생 재료로 형성된 에피택셜 층일 수 있다. The base substrate is a sapphire substrate, and the UV-generating layer may be an epitaxial layer formed of an ultraviolet-generating material selected from the group consisting of AlN, GaN, AlGaN, and InGaN on the surface of the sapphire substrate.

또한, 상기 반사층은 상기 자외선 발생층의 표면에 Al, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ti2O3, 및 SiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 재료가 수 나노미터 두께로 증착되어 형성될 수 있다. In addition, in the reflective layer, a material selected from the group consisting of Al, HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , and SiO 2 is deposited to a thickness of several nanometers on the surface of the UV-generating layer. Can be formed.

한편, 상기 애노드 전극은, 상기 집속 전극과의 사이에 배치된 상부 세라믹 스페이서와 접하는 제1원통부; 및, 상기 엑스선-자외선 방출 기판과 접하는 제2원통부;를 포함하고, 상기 제2원통부의 내경이 상기 제1원통부의 내경보다 큰 값을 갖도록 형성될 수 있다. Meanwhile, the anode electrode may include: a first cylindrical portion in contact with an upper ceramic spacer disposed between the focusing electrode; And a second cylindrical portion in contact with the X-ray-ultraviolet-emitting substrate, wherein an inner diameter of the second cylindrical portion may be formed to have a larger value than an inner diameter of the first cylindrical portion.

또한, 상기 애노드 전극은, 상기 제2원통부의 상부에 형성되어 상기 엑스선-자외선 방출 기판의 하면 외곽부분과 접하는 기판 지지부; 및 상기 엑스선-자외선 방출 기판의 주연부를 둘러싸는 림(Rim)부;를 더 포함하도록 형성될 수 있다. In addition, the anode electrode may include a substrate support portion formed on the second cylindrical portion and in contact with an outer portion of the lower surface of the X-ray-ultraviolet emission substrate; And a rim part surrounding the periphery of the X-ray-ultraviolet-emitting substrate.

본 발명의 한 측면에 따른 겸용 광원 장치는, 다수의 에미터가 배열된 캐소드 전극; 상기 에미터로부터의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극; 구동 신호에 따라 전자빔이 그 중심쪽으로 집속되는 정도를 조절하는 집속 전극; 진공의 내부 공간을 사이에 두고 상기 다수의 에미터와 대면하도록 배치되고, 베이스 기판의 중심부에 제1파장 영역 발광 타겟부가 형성되고, 상기 제1파장 발광 타겟부의 주변을 둘러싸는 형태로 제2파장 영역 발광 타겟부가 형성된 다영역광 방출 기판; 및 상기 다영역 광 방출 기판의 외곽 부분을 둘러싸며 도전성의 브레이징 필러로 밀봉 접합되고, 구동 신호에 따라 상기 전자빔을 가속시키는 전계를 형성하는 애노드 전극;을 포함하고, 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 및 상기 집속 전극에 대한 구동 신호에 따라 상기 제1파장 영역 또는 제2파장 영역의 광을 선택적으로 방출하도록 구성된다. A combined light source device according to an aspect of the present invention includes a cathode electrode in which a plurality of emitters are arranged; A gate electrode for inducing electron emission from the emitter; A focusing electrode for controlling a degree to which the electron beam is focused toward the center according to the driving signal; Arranged to face the plurality of emitters with an internal space of the vacuum interposed therebetween, a first wavelength region light emitting target portion is formed in the center of the base substrate, and a second wavelength in a form surrounding the periphery of the first wavelength light emitting target portion A multi-regional light-emitting substrate on which a region-emission target portion is formed; And an anode electrode surrounding an outer portion of the multi-regional light emitting substrate and sealingly bonded with a conductive brazing filler, and forming an electric field for accelerating the electron beam according to a driving signal, including, a driving signal for the anode electrode, and It is configured to selectively emit light in the first wavelength region or the second wavelength region according to a driving signal for the focusing electrode.

상기 겸용 광원 장치는, 제1파장 영역 발광 모드 및 제2파장 영역 발광 모드를 제공하는 모드 선택부; 및 사용자의 모드 선택에 따라 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 또는 상기 집속 전극에 대한 구동 신호를 다르게 인가하는 구동부;를 포함할 수 있다. The combined light source device includes: a mode selector for providing a first wavelength region emission mode and a second wavelength region emission mode; And a driving unit for differently applying a driving signal for the anode electrode or a driving signal for the focusing electrode according to the user's mode selection.

본 발명에 따르면 전계 방출 방식으로 엑스선과 자외선을 선택적으로 또는 동시에 방출할 수 있는 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치가 제공된다. 또한, 본 발명의 구성에 따르면 전계 방출 방식의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 내구성 및 효율성을 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, there is provided a light source device for both X-rays and ultraviolet rays capable of selectively or simultaneously emitting X-rays and ultraviolet rays through a field emission method. In addition, according to the configuration of the present invention, there is an effect of improving the durability and efficiency of the field emission type X-ray and ultraviolet light source device.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 4극형 구조의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 단면을 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3극형 구조의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 단면을 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판을 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판이 애노드 전극과 접합된 부분을 보인다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판의 자외선 방출 원리를 보인다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 제어 및 구동을 위한 구성을 보인다.
도 7은 자외선 모드, 엑스선 모드, 및 듀얼 모드 각각의 구동 신호의 세기와 그에 따른 작동 양상을 도식적으로 표현한다. 1 is a cross-sectional view of a light source device for both X-ray and ultraviolet rays having a four-pole structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a light source device for both X-ray and ultraviolet rays having a three-pole structure according to an embodiment of the present invention.
3 shows an X-ray-ultraviolet emission substrate according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a portion of an X-ray-ultraviolet emitting substrate bonded to an anode electrode according to an embodiment of the present invention.
5 shows a principle of ultraviolet emission of an X-ray-ultraviolet emission substrate according to an embodiment of the present invention.
6 shows a configuration for controlling and driving an X-ray and ultraviolet light source device according to an embodiment of the present invention.
7 schematically illustrates the intensity of driving signals in the ultraviolet mode, the X-ray mode, and the dual mode and an operation pattern according thereto.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The technical idea of the present invention may be more clearly understood through examples. In addition, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be modified in various forms within the scope of the technical idea.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 4극형 구조의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 단면을 보인다.1 is a cross-sectional view of a light source device for both X-ray and ultraviolet rays having a four-pole structure according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 4극형 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치를 구성하는 네 개의 전극은, 편의상 도면의 아래쪽에서부터 살펴보면, 캐소드 전극(10), 게이트 전극(20), 집속 전극(30), 그리고 애노드 전극(50)으로 이루어진다. 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(20)의 사이, 게이트 전극(20)과 집속 전극(30)의 사이, 그리고 집속 전극(30)과 애노드 전극(50)의 사이에는 튜브 형태의 세라믹 스페이서(41,42,43)가 배치된다. 상기 세라믹 스페이서들(41,42,43)은 내부 공간을 형성하고, 전극과 전극을 전기적으로 절연시킨다. 상기 세라믹 스페이서(41,42,43)는 예컨대 알루미나(Al2O3) 세라믹스와 같이 기밀성과 절연성을 담보할 수 있는 소재로 만들어질 수 있다.The four electrodes constituting the four-pole X-ray and ultraviolet light source device according to the present embodiment are, for convenience, viewed from the bottom of the drawing, the cathode electrode 10, the gate electrode 20, the focusing electrode 30, and the anode electrode ( 50). Between the cathode electrode 10 and the gate electrode 20, between the gate electrode 20 and the focusing electrode 30, and between the focusing electrode 30 and the anode 50, a tube-shaped ceramic spacer 41 ,42,43) are placed. The ceramic spacers 41, 42, and 43 form an internal space and electrically insulate the electrode from the electrode. The ceramic spacers 41, 42, 43 may be made of a material capable of ensuring airtightness and insulation, such as alumina (Al 2 O 3 ) ceramics.

상기 캐소드 전극(10) 상에는 다수의 에미터(15)가 배열된다. 상기 다수의 에미터(15)은 도시된 바와 같이 상기 캐소드 전극(10)의 상면에 몇 개의 클러스터를 이루며 배치될 수도 있다. 상기 다수의 에미터(15)는 예컨대 카본나노튜브(CNT)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 질화붕소나노튜브(BNT: Boron Nitride Nanotube), 금속 또는 실리콘 등의 소재로 형성될 수도 있다. A plurality of emitters 15 are arranged on the cathode electrode 10. The plurality of emitters 15 may be arranged in several clusters on the upper surface of the cathode electrode 10 as shown. The plurality of emitters 15 may include, for example, carbon nanotubes (CNT), but are not limited thereto, and may be formed of a material such as a boron nitride nanotube (BNT), metal, or silicon. May be.

상기 게이트 전극(20)은 상기 다수의 에미터(15)에 가깝게 배치되어, 입력된 신호에 따라 전자 방출을 개시하는 전계를 형성하는 메쉬(mesh)부(25)를 포함한다. 상기 메쉬부(25)는 전자빔이 통과할 수 있도록 다수의 게이트 홀을 포함한다. 한편, 상기 게이트 전극(20)은 전자빔의 진행방향을 따라 원통형으로 연장되어, 전자빔을 그 중심부 쪽으로 집속하는 전계를 형성하는 제1집속구간(22)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극(20)은 하부 세라믹 스페이서(41)에 의해 상기 캐소드 전극(10)과 절연된다. The gate electrode 20 is disposed close to the plurality of emitters 15 and includes a mesh unit 25 that forms an electric field that initiates electron emission according to an input signal. The mesh part 25 includes a plurality of gate holes to allow the electron beam to pass therethrough. Meanwhile, the gate electrode 20 may include a first focusing section 22 extending in a cylindrical shape along the traveling direction of the electron beam and forming an electric field that focuses the electron beam toward the center thereof. The gate electrode 20 is insulated from the cathode electrode 10 by a lower ceramic spacer 41.

상기 집속 전극(30)은 상기 게이트 전극(20)과 상기 애노드 전극(50)의 사이에서 전자빔의 진행방향을 따라 원통형으로 연장되어, 전자빔을 그 중심부 쪽으로 집속하는 전계를 형성하는 제2집속구간(32)을 포함한다. 상기 집속 전극(30)은 중간 세라믹 스페이서(42)에 의해 상기 게이트 전극(20)과 절연되고, 상부 세라믹 스페이서(43)에 의해서 상기 애노드 전극(50)과 절연되며, 구동 전압의 인가를 위해 일부가 외부로 노출된다. 상기 집속 전극(30)은 인가된 구동 전압에 따라 전자빔을 집속하는 정도를 달리할 수 있다. The focusing electrode 30 extends in a cylindrical shape between the gate electrode 20 and the anode electrode 50 along the traveling direction of the electron beam, and forms an electric field that focuses the electron beam toward the center thereof. 32). The focusing electrode 30 is insulated from the gate electrode 20 by an intermediate ceramic spacer 42, insulated from the anode electrode 50 by an upper ceramic spacer 43, and partially insulated for application of a driving voltage. Is exposed to the outside. The focusing electrode 30 may vary the degree of focusing the electron beam according to the applied driving voltage.

상기 애노드 전극(50)은 상기 상부 세라믹 스페이서(43)의 상단에 배치되고, 그 상부에 엑스선-자외선 방출 기판(60)이 안착된 상태로 접합된다. 상기 애노드 전극(50)은 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 하면(도면에서 아래쪽 면)의 테두리 부분과 접하는 기판 지지부(53)와 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 주연부를 둘러싸는 림(Rim)부(54)를 포함한다. 여기서 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 하면은 전자빔이 충돌하는 광원 장치의 내측면을 의미한다. The anode electrode 50 is disposed on an upper end of the upper ceramic spacer 43 and bonded to the upper side of the X-ray-ultraviolet emitting substrate 60 in a seated state. The anode electrode 50 includes a substrate support 53 in contact with an edge portion of the lower surface (lower surface in the drawing) of the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 and a rim surrounding the periphery of the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 It includes the (Rim) unit 54. Here, the lower surface of the X-ray-ultraviolet emitting substrate 60 refers to an inner surface of the light source device on which the electron beam collides.

한편, 상기 애노드 전극(50)은 상기 상부 세라믹 스페이서(43)와 접하는 제1원통부(51)와, 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)과 접하는 제2원통부(52)를 포함하고, 상기 제2원통부(52)의 내경이 상기 제1원통부(51)의 내경보다 큰 값을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)은 상기 제2원통부(52)의 내경보다 큰 지름을 갖도록 형성될 수 있다. 이 같은 구조를 통해 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 자외선 방출 영역(Ru)의 면적을 확장시킬 수 있다. 또한, 제2원통부(52)의 내경 확대에 따른 외경 확대 및 단차부 형성으로 인해 애노드 전극(50)의 외측 표면적이 증가됨으로써 방열에도 더욱 유리한 효과를 얻을 수 있다. On the other hand, the anode electrode 50 includes a first cylindrical portion 51 in contact with the upper ceramic spacer 43 and a second cylindrical portion 52 in contact with the X-ray-ultraviolet emission substrate 60, and the The inner diameter of the second cylindrical portion 52 may be formed to have a larger value than the inner diameter of the first cylindrical portion 51. In addition, the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 may be formed to have a diameter larger than the inner diameter of the second cylindrical portion 52. Through such a structure, the area of the ultraviolet emission region Ru of the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 may be expanded. In addition, since the outer surface area of the anode electrode 50 is increased due to the expansion of the outer diameter and the formation of the stepped portion according to the increase of the inner diameter of the second cylindrical portion 52, a more advantageous effect may be obtained for heat radiation.

상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)은 엑스선 및 자외선 모두에 대해서 투광성을 갖는 베이스 기판을 구비하고, 그 중앙부에 마련된 엑스선 방출 영역(Rx1)과 상기 엑스선 방출 영역(Rx1)을 둘러싸는 자외선 방출 영역(Ru)을 포함한다. 상기 엑스선 방출 영역(Rx1)은 상기 베이스 기판의 하면에 마련된 엑스선 타겟부(65)를 포함한다. The X-ray-ultraviolet emission substrate 60 includes a base substrate that transmits light to both X-rays and ultraviolet rays, and emits ultraviolet rays surrounding the X-ray emission region Rx 1 and the X-ray emission region Rx 1 provided in the center thereof. It includes the region Ru. The X-ray emission region Rx 1 includes an X-ray target portion 65 provided on a lower surface of the base substrate.

상기 애노드 전극(50)은 코바(Kovar), 인바(Invar), 스테인리스강(STS), 등의 합금 소재나, 무산소동(OFC)과 같은 열팽창계수가 낮고 열전도성이 우수한 금속 소재로 형성될 수 있다. 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 베이스 기판으로는 사파이어 기판이 활용될 수 있다. 상기 애노드 전극(50)과 사파이어 기판을 베이스 기판으로 한 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 접합에는 등록특허 제10-1898122호의 진공 접합 기술이 적용될 수 있다. The anode electrode 50 may be formed of an alloy material such as Kovar, Invar, stainless steel (STS), or a metal material having a low coefficient of thermal expansion and excellent thermal conductivity, such as oxygen-free copper (OFC). have. A sapphire substrate may be used as a base substrate of the X-ray-ultraviolet emission substrate 60. The vacuum bonding technique of Patent No. 10-1898122 may be applied to the bonding of the anode electrode 50 and the X-ray-ultraviolet emitting substrate 60 using a sapphire substrate as a base substrate.

위와 같은 구성을 통해 본 실시예에 따른 4극형 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치는, 상기 애노드 전극(50)에 인가된 높은 가속 전압에 의해 가속되며 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)을 향해 진행하는 전자빔이 상기 게이트 전극(20) 및 상기 집속 전극(30)에 인가된 전압에 의해 중심부로 집속되어 상기 엑스선 타겟부(65)에 집중적으로 충돌할 때, 상기 엑스선 방출 영역(Rx1)으로부터 외부로 엑스선을 방출한다. 또한, 상기 애노드 전극(50)에 전술한 엑스선 방출시보다 상대적으로 낮은 가속 전압이 인가되고, 전자빔이 집속되지 않은 채로 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)에 충돌하면 상기 자외선 방출 영역(Ru)으로부터 외부로 자외선을 방출하게 된다. 이를 위한 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 구성 및 구동 신호의 제어 등에 대해서는 뒤에서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. Through the above configuration, the four-pole type X-ray and ultraviolet light source device according to the present embodiment is accelerated by a high acceleration voltage applied to the anode electrode 50 and proceeds toward the X-ray-ultraviolet emission substrate 60. When the voltage applied to the gate electrode 20 and the focusing electrode 30 is focused to the center and intensively collides with the X-ray target portion 65, the X-rays from the X-ray emission region Rx 1 Emits. In addition, when a relatively lower acceleration voltage is applied to the anode electrode 50 than when the above-described X-rays are emitted, and the electron beam collides with the X-ray-ultraviolet-emitting substrate 60 without being focused, the ultraviolet-emitting region Ru It emits ultraviolet rays to the outside. For this, the configuration of the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 and control of a driving signal will be described in more detail later.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3극형 구조의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 단면을 보인다.2 is a cross-sectional view of a light source device for both X-ray and ultraviolet rays having a three-pole structure according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 3극형 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치를 구성하는 세 개의 전극은, 편의상 도면의 아래쪽에서부터 살펴보면, 캐소드 전극(10), 게이트 전극(20), 그리고 애노드 전극(50)으로 이루어진다. 집속 전극이 없다는 점에서 상기 도 1의 실시예와 구별된다. 캐소드 전극(10)과 게이트 전극(20)의 사이, 게이트 전극(20)과 애노드 전극(50)의 사이에는 튜브 형태의 세라믹 스페이서(41,44)가 배치된다. 상기 세라믹 스페이서들(41,44)은 내부 공간을 형성하고, 전극과 전극을 전기적으로 절연시킨다. 상기 캐소드 전극(10) 상에는 다수의 에미터(15)가 배열된다. 상기 세라믹 스페이서(41,44) 및 상기 다수의 에미터(15)의 소재 등은 앞선 실시예를 통해 설명된 바와 같다. The three electrodes constituting the three-pole type X-ray and ultraviolet light source device according to the present exemplary embodiment include a cathode electrode 10, a gate electrode 20, and an anode electrode 50 as viewed from the bottom of the drawing for convenience. It is distinguished from the embodiment of FIG. 1 in that there is no focusing electrode. Tube-shaped ceramic spacers 41 and 44 are disposed between the cathode electrode 10 and the gate electrode 20 and between the gate electrode 20 and the anode electrode 50. The ceramic spacers 41 and 44 form an internal space and electrically insulate the electrode and the electrode. A plurality of emitters 15 are arranged on the cathode electrode 10. Materials of the ceramic spacers 41 and 44 and the plurality of emitters 15 are as described through the previous embodiments.

상기 게이트 전극(20)은 상기 다수의 에미터(15)에 가깝게 배치되어, 입력된 신호에 따라 전자 방출을 개시하는 전계를 형성하는 메쉬(mesh)부(25)를 포함한다. 상기 메쉬부(25)는 전자빔이 통과할 수 있도록 다수의 게이트 홀을 포함한다. 한편, 상기 게이트 전극(20)은 전자빔의 진행방향을 따라 원통형으로 연장되어, 전자빔을 그 중심부 쪽으로 집속하는 전계를 형성하는 제1집속구간(22)을 포함한다. 상기 게이트 전극(20)은 하부 세라믹 스페이서(41)에 의해 상기 캐소드 전극(10)과 절연되고, 상부 세라믹 스페이서(44)에 의해서 상기 애노드 전극(50)과 절연된다.The gate electrode 20 is disposed close to the plurality of emitters 15 and includes a mesh unit 25 that forms an electric field that initiates electron emission according to an input signal. The mesh part 25 includes a plurality of gate holes to allow the electron beam to pass therethrough. Meanwhile, the gate electrode 20 includes a first focusing section 22 extending in a cylindrical shape along the traveling direction of the electron beam and forming an electric field that focuses the electron beam toward the center thereof. The gate electrode 20 is insulated from the cathode electrode 10 by a lower ceramic spacer 41 and insulated from the anode electrode 50 by an upper ceramic spacer 44.

상기 애노드 전극(50)의 형상 및 소재 등에 관한 사항은 앞선 실시예를 통해 설명된 바와 같다. 상기 애노드 전극(50)의 상부에 안착된 엑스선-자외선 방출 기판(60)에 관한 사항도 전술한 바와 같다. 다만, 본 실시예의 경우 엑스선-자외선 방출 기판(60)에 형성된 엑스선 타겟부(65)의 지름이 상기 도 1의 실시예보다 좀 더 크게 형성될 수 있다. 그 결과 엑스선 방출 영역(Rx2)의 지름도 좀 더 커지게 된다. Matters regarding the shape and material of the anode electrode 50 are as described through the previous embodiment. Matters regarding the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 mounted on the anode electrode 50 are the same as described above. However, in the present embodiment, the diameter of the X-ray target portion 65 formed on the X-ray-ultraviolet emitting substrate 60 may be formed to be larger than that of the embodiment of FIG. 1. As a result, the diameter of the X-ray emission region Rx 2 is also increased.

본 실시예에 따른 3극형의 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치는 소형화에 유리하고, 집속 전극이 없어 구동 회로도 단순화할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 전자빔의 집속을 상기 게이트 전극(20)에 형성된 제1집속구간(22)에 의존하기 때문에 엑스선 방출시 방출 초점의 크기가 4극형에 비해 상대적으로 커질 수 있다. 이러한 특성은 진단 영상 촬영용으로는 단점이 될 수 있으나, 정전기 제거 등의 용도에는 충분한 효과를 제공할 수 있다. The three-pole type X-ray and ultraviolet light source device according to the present embodiment is advantageous in miniaturization, and there is no focusing electrode, so that a driving circuit can be simplified. However, since the focusing of the electron beam is dependent on the first focusing section 22 formed in the gate electrode 20, the size of the emission focal point during X-ray emission may be relatively larger than that of the 4-pole type. This characteristic may be a disadvantage for imaging a diagnostic image, but may provide a sufficient effect for applications such as static electricity removal.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판을 보인다.3 shows an X-ray-ultraviolet emission substrate according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판(60)은 다영역 광 방출 기판의 한 예로서, 베이스 기판(61)과, 상기 베이스 기판(61) 일면에 형성된 것으로, 그 중심부에 상기 베이스 기판(61)의 지름보다 작은 소정의 지름을 갖도록 형성된 엑스선 타겟부(65), 그리고 상기 엑스선 타겟부(65)의 바깥쪽에 형성된 자외선 타겟부(62)를 구비한다. 상기 자외선 타겟부(62)는 외경이 상기 베이스 기판(61)의 지름보다 조금 작게 또는 동일하게 형성될 수 있다. 여기서 상기 엑스선 타겟부(65)는 제1파장 영역 발광 타겟부의 일 예에 해당하고, 상기 자외선 타겟부(62)는 제2파장 영역 발광 타겟부의 일 예에 해당한다.The X-ray-ultraviolet emission substrate 60 according to the present embodiment is an example of a multi-regional light emission substrate, and is formed on one surface of the base substrate 61 and the base substrate 61, and the base substrate 61 An X-ray target portion 65 formed to have a predetermined diameter smaller than a diameter of ), and an ultraviolet target portion 62 formed outside the X-ray target portion 65. The ultraviolet target part 62 may have an outer diameter slightly smaller than or equal to the diameter of the base substrate 61. Here, the X-ray target portion 65 corresponds to an example of a first wavelength region emission target portion, and the ultraviolet target portion 62 corresponds to an example of a second wavelength region emission target portion.

상기 베이스 기판(61)은 사파이어 기판인 것이 바람직하다. 사파이어 기판은 엑스선뿐만 아니라 자외선을 투과시킬 수 있고, 그 표면에 금속 재료를 포함하는 엑스선 타겟부(65)와 자외선 발광 재료를 포함하는 상기 자외선 타겟부(62)를 증착하는 데에도 적합한 특성을 보인다. 엑스선 방출 윈도우로는 주로 베릴륨(Be) 기판이 사용되나 사파이어 기판은 베릴륨 기판보다 경제적이면서도 자외선 투과율이 우수하여 더 적합하다. 다만, 이와 다른 실시예로서 상기 베이스 기판(61)에 석영(Quartz) 기판 또는 소다라임 글라스(Glass) 기판이 적용될 수도 있다. 한편, 상기 베이스 기판(61)은 원형인 것이 바람직하다.It is preferable that the base substrate 61 is a sapphire substrate. The sapphire substrate can transmit not only X-rays but also ultraviolet rays, and exhibits suitable properties for depositing the X-ray target portion 65 including a metal material and the ultraviolet target portion 62 including the ultraviolet light emitting material on its surface. . A beryllium (Be) substrate is mainly used as an X-ray emission window, but a sapphire substrate is more suitable because it is more economical than a beryllium substrate and has excellent UV transmittance. However, as another embodiment, a quartz substrate or a soda lime glass substrate may be applied to the base substrate 61. Meanwhile, it is preferable that the base substrate 61 is circular.

상기 엑스선 타겟부(65)는 상기 베이스 기판(61)의 일면에 중심부만을 노출시키는 메탈 마스크를 사용하여 PVD 또는 CVD 공정을 통해 엑스선 타겟 재료를 증착함으로써 형성될 수 있다. 적용 가능한 엑스선 타겟 재료에는 Cr, Fe, Co, Cu, Mo, Ag, W, W+Re 등이 있다. 상기 엑스선 타겟 재료들 각각의 원자번호와 여기전압, 그리고 특성 엑스선 파장을 표로 정리하면 아래의 표1과 같다. 상기 엑스선 타겟부(65)를 구성하는 엑스선 타겟 재료는 아래의 표1에 나열된 것들 중에서 본 발명에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치로부터 방출되는 엑스선의 주된 용도에 적합한 것으로 선택될 수 있다. The X-ray target portion 65 may be formed by depositing an X-ray target material through a PVD or CVD process using a metal mask exposing only the central portion on one surface of the base substrate 61. Applicable X-ray target materials include Cr, Fe, Co, Cu, Mo, Ag, W, W+Re, and the like. The atomic number, excitation voltage, and characteristic X-ray wavelength of each of the X-ray target materials are summarized in Table 1 below. The X-ray target material constituting the X-ray target unit 65 may be selected from among those listed in Table 1 below, suitable for the main purpose of the X-ray emitted from the combined X-ray and ultraviolet light source device according to the present invention.

엑스선 타겟 재료X-ray target material 원자번호Atomic number 여기전압(kV)Excitation voltage (kV) 파장(nm)Wavelength(nm) CrCr 2424 5.985.98 20.8520.85 FeFe 2626 7.107.10 17.5717.57 CoCo 2727 7.717.71 16.2116.21 CuCu 2929 8.868.86 13.8013.80 MoMo 4242 20.020.0 6.206.20 AgAg 4747 25.525.5 4.864.86 WW 7474 69.369.3 1.781.78

한편, 상기 자외선 타겟부(62)는 상기 베이스 기판(61) 측에 배치된 자외선 발생층(621)과 표면측에 배치된 반사층(622)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 자외선 발생층(621)은 CL(Cathodoluminecence) 방식으로 전자빔의 충돌에 의해 여기되었다가 안정화되며 자외선 파장대의 빛을 방출하는, 좀 더 바람직하게는 UV-C 파장대를 포함하는 자외선을 방출하는 자외선 발생 재료를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 자외선 발생 재료에는 AlN, GaN, AlGaN, InGaN(AlxGa1 - xN계/<364nm), ZnS, MgS, MgSe, CaS 등이 포함될 수 있다. 이들 중에서도, AlN, GaN, AlGaN, InGaN(AlxGa1 - xN계/<364nm)와 같은 재료는 격자상수가 사파이어의 격자상수에 가까워 상기 베이스 기판(61)인 사파이어 기판의 표면에 에피택셜 층(Epitaxial Layer)을 형성하기에도 적합하다. 특히, AlGaN은 양자우물구조 구성에 따라 밴드갭을 3.4eV(~360nm)에서 6.2eV(~200nm)까지 조절할 수 있으며, 다중 양자우물구조의 형성도 가능하다. 따라서, UV-A, UV-B, UV-C 전 영역 발광을 구현할 수도 있다. Meanwhile, the ultraviolet target portion 62 may include an ultraviolet ray generating layer 621 disposed on the base substrate 61 side and a reflective layer 622 disposed on the surface side. The ultraviolet generation layer 621 is excited and stabilized by the collision of electron beams in a CL (Cathodoluminecence) method, and emits light in the ultraviolet wavelength band, more preferably ultraviolet rays that emit ultraviolet rays including the UV-C wavelength band. It can be formed including a material. The ultraviolet-generating material may include AlN, GaN, AlGaN, InGaN (Al x Ga 1 - x N/<364 nm), ZnS, MgS, MgSe, CaS, and the like. Among these, materials such as AlN, GaN, AlGaN, InGaN (Al x Ga 1 - x N series/<364 nm) have a lattice constant close to that of sapphire, so that the base substrate 61 is epitaxial on the surface of the sapphire substrate. It is also suitable for forming an epitaxial layer. In particular, AlGaN can adjust the band gap from 3.4 eV (~360nm) to 6.2eV (~200nm) depending on the structure of the quantum well structure, and it is also possible to form a multiple quantum well structure. Therefore, UV-A, UV-B, and UV-C can also be used to emit light.

상기 자외선 발생층(621)의 표면측에는 반사층(622)이 구비될 수 있다. 상기 반사층(622)은 상기 자외선 발생층(621)에서 발생된 자외선 광선 중 광원 장치 내부로 향하는 광선을 반사시켜 외부로 방출되도록 함으로써, 발광 효율을 향상시키는 역할을 한다. 상기 반사층(622)은 Al, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ti2O3, SiO2 등의 재료를 수 nm 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 자외선 발생층(621)과 상기 반사층(622)도 전술한 엑스선 타겟부(65)와 마찬가지로 메탈 마스크를 이용한 증착 공정을 통해 상기 엑스선 타겟부(65)의 바깥쪽 영역에 형성될 수 있다. A reflective layer 622 may be provided on the surface side of the ultraviolet ray generating layer 621. The reflective layer 622 serves to improve luminous efficiency by reflecting rays of the ultraviolet rays generated from the ultraviolet ray generating layer 621 toward the inside of the light source device and emitting them to the outside. The reflective layer 622 may be formed by depositing a material such as Al, HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , SiO 2 to a thickness of several nm. The UV-generating layer 621 and the reflective layer 622 may also be formed on an outer region of the X-ray target portion 65 through a deposition process using a metal mask, similar to the above-described X-ray target portion 65.

한편, 상기 자외선 타겟부(62)의 외주연 일측으로부터 상기 엑스선 타겟부(65)까지 연결하는 도전성 배선(66)이 마련될 수도 있다. 상기 도전성 배선(66)은 전술한 엑스선 타겟 재료로 상기 엑스선 타겟부(62)와 동시에 형성될 수 있다. 상기 도전성 배선(66)은 자외선에 대해 투명한 투명 전극 재료로 형성될 수도 있다. On the other hand, a conductive wiring 66 connecting from one side of the outer periphery of the ultraviolet target part 62 to the X-ray target part 65 may be provided. The conductive wiring 66 may be formed of the aforementioned X-ray target material and simultaneously formed with the X-ray target portion 62. The conductive wiring 66 may be formed of a transparent electrode material that is transparent to ultraviolet rays.

상기 자외선 타겟부(62)는 반도체 재료로 구성되고, 애노드 전극(50, 도1,2 참조)과 상기 베이스 기판(61) 및 상기 자외선 타겟부(62) 사이를 접합하는 브레이징 필러는 전기 전도성이 우수하므로, 상기 애노드 전극(50)에 구동 전압이 인가되면 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60) 전체에 상기 구동 전압에 따른 고전위가 형성되어, 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)과 캐소드 전극(10, 도1,2 참조) 사이에 전자빔 가속을 위한 전계가 형성된다. 엑스선 방출시 높은 관전류 값이 요구되는 경우에는 상기 자외선 타겟부(62)를 가로지르는 도전성 배선(66)을 구비하는 것이 유리하다. The ultraviolet target part 62 is made of a semiconductor material, and a brazing filler bonding between the anode electrode 50 (see FIGS. 1 and 2) and the base substrate 61 and the ultraviolet target part 62 has electrical conductivity. Therefore, when a driving voltage is applied to the anode electrode 50, a high potential according to the driving voltage is formed over the entire X-ray-ultraviolet emission substrate 60, and thus the X-ray-ultraviolet emission substrate 60 and the cathode electrode ( 10, see Figs. 1 and 2), an electric field for accelerating the electron beam is formed. When a high tube current value is required when X-rays are emitted, it is advantageous to provide a conductive wiring 66 that crosses the ultraviolet target portion 62.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판이 애노드 전극과 접합된 부분을 보인다. 4 illustrates a portion of an X-ray-ultraviolet emitting substrate bonded to an anode electrode according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 자외선 타겟부(62)의 외경이 상기 베이스 기판(61)의 지름보다 조금 작게 형성된 경우, 엑스선-자외선 방출 기판(60)과 애노드 전극(50)을 접합하는 브레이징 필러가 상기 자외선 타겟부(62)의 내측 표면과 전술한 기판 지지부(53) 사이뿐만 아니라, 상기 자외선 타겟부(62)의 외주면과 상기 림부(54) 사이를 채우게 된다. 이러한 접합 구조는 광원 장치 내부 공간을 고진공 상태로 유지하는 데에 유리하고, 애노드 전극(50)과 엑스선-자외선 방출 기판(60) 사이의 전기 및 열의 전도를 원활히 하는 데에도 유리한 측면이 있다. 상기 브레이징 필러는 주로 Al, Cu, Ag계열의 소재로 구성되어 전기 전도성 및 열전도성이 모두 우수하다. As shown, when the outer diameter of the ultraviolet target portion 62 is slightly smaller than the diameter of the base substrate 61, the brazing filler bonding the X-ray-ultraviolet emitting substrate 60 and the anode 50 is It fills not only between the inner surface of the target part 62 and the above-described substrate support part 53, but also between the outer peripheral surface of the ultraviolet target part 62 and the rim part 54. Such a bonding structure is advantageous in maintaining the interior space of the light source device in a high vacuum state, and also has an advantage in facilitating conduction of electricity and heat between the anode electrode 50 and the X-ray-ultraviolet emission substrate 60. The brazing filler is mainly composed of Al, Cu, and Ag-based materials and has excellent electrical conductivity and thermal conductivity.

한편, 전술한 반사층(622)이 금속 재료로 형성된 경우 사파이어 기판을 베이스 기판으로 한 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)의 표면을 메탈라이징하는 효과를 얻을 수 있어 상기 엑스선-자외선 방출 기판(60)과 상기 애노드 전극(50) 간 접합부의 안정성, 다시 말해 기밀성과 접합 강도 및 내구성 등을 향상시킬 수 있다. On the other hand, when the above-described reflective layer 622 is formed of a metal material, an effect of metalizing the surface of the X-ray-ultraviolet-emitting substrate 60 using a sapphire substrate as a base substrate can be obtained, and the X-ray-ultraviolet-emitting substrate 60 The stability of the junction between the anode electrode 50, that is, airtightness, bonding strength, and durability may be improved.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선-자외선 방출 기판의 자외선 방출 원리를 보인다.5 shows a principle of ultraviolet emission of an X-ray-ultraviolet emission substrate according to an embodiment of the present invention.

자외선 방출 모드로 구동될 때에는 애노드 전극에 인가된 구동 전압에 의해 가속된 전자가 상기 자외선 타겟부(62, 도3,4 참조)에 충돌하고, 자외선 발생층(621)의 상기 자외선 발생 재료가 전자의 충돌 에너지에 의해 자외선을 방출한다. 방출된 자외선 광선 중 일부는 베이스 기판을 투과하여 그대로 외부로 방출되고, 베이스 기판 반대편을 향한 나머지 일부도 상기 반사층(622)에서 반사되어 다시 외부로 방출된다. When driving in the ultraviolet emission mode, electrons accelerated by the driving voltage applied to the anode electrode collide with the ultraviolet target portion 62 (see FIGS. 3 and 4), and the ultraviolet ray generating material of the ultraviolet ray generating layer 621 It emits ultraviolet rays by its collision energy. Some of the emitted ultraviolet rays pass through the base substrate and are emitted to the outside as they are, and the remaining part facing the opposite side of the base substrate is also reflected by the reflective layer 622 and is again emitted to the outside.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치의 제어 및 구동을 위한 구성을 보인다.6 shows a configuration for controlling and driving an X-ray and ultraviolet light source device according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치는 광원 모듈(100)과 상기 광원 모듈(100)의 엑스선 모드와 자외선 모드의 선택적 구동을 구현하는, 또는 여기에 엑스선-자외선 동시 발광 모드인 듀얼(Dual)모드를 포함한 세가지 모드의 선택적 구동을 구현하는 제어부(110), 모드 선택부(120), 및 구동부(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 모드 선택부(120)는 사용자 입력수단을 포함하여 구성된다. 상기 모드 선택부(120)는 제1파장 영역 발광 모드 및 제2파장 영역 발광 모드의 예로서, 적어도 엑스선 모드 및 자외선 모드의 옵션(option)을 제공하고, 엑스선 모드, 자외선 모드, 및 듀얼 모드까지 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부(110)는 상기 모드 선택부(120)로부터 받은 선택 결과에 따라 구동부(130)를 제어한다. The combined X-ray and ultraviolet light source device according to the present invention implements selective driving of the X-ray mode and the ultraviolet mode of the light source module 100 and the light source module 100, or is a dual X-ray-ultraviolet light emission mode. It may further include a control unit 110, a mode selection unit 120, and a driving unit 130 that implements selective driving of three modes including a mode. The mode selection unit 120 includes a user input means. The mode selector 120 is an example of the first wavelength region emission mode and the second wavelength region emission mode, and provides at least options of an X-ray mode and an ultraviolet mode, and includes an X-ray mode, an ultraviolet mode, and a dual mode. Can be configured to provide. The control unit 110 controls the driving unit 130 according to a selection result received from the mode selection unit 120.

상기 구동부(130)는 사용자의 모드 선택에 따라 상기 광원 모듈(100)의 애노드 전극(50), 캐소드 전극(10), 게이트 전극(20), 및 집속 전극(30) 각각에 적합한 구동 신호(VA,VC,VG,VF )를 제공한다. 본 도면에 도시된 실시예는 집속 전극(30)이 구비된 4극형 광원 모듈(100)에 관한 것이다. 집속 전극이 없는 3극형 광원 모듈의 경우에는 구동부 역시 애노드 전극, 캐소드 전극, 그리고 게이트 전극에 인가되는 구동 신호(VA,VC,VG)만으로 전술한 엑스선 모드, 자외선 모드, 및 듀얼 모드를 구현하도록 구성될 수 있다. The driving unit 130 is a driving signal (V) suitable for each of the anode electrode 50, the cathode electrode 10, the gate electrode 20, and the focusing electrode 30 of the light source module 100 according to the user's mode selection. A ,V C ,V G ,V F ) . The embodiment shown in this drawing relates to a four-pole light source module 100 provided with a focusing electrode 30. In the case of a three-pole light source module without a focusing electrode, the driver also implements the aforementioned X-ray mode, ultraviolet mode, and dual mode only with driving signals (VA, V C , V G ) applied to the anode, cathode, and gate electrodes. Can be configured to

도 7은 자외선 모드, 엑스선 모드, 및 듀얼 모드 각각의 구동 신호의 세기와 그에 따른 작동 양상을 도식적으로 표현한다. 7 schematically illustrates the intensity of driving signals in the ultraviolet mode, the X-ray mode, and the dual mode and an operation pattern according thereto.

이하에서는, 도 6과 도 7을 함께 참조하여 모드별 구동 신호와 작동 양상을 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 도 7에서는 캐소드 전극(10)에 인가되는 구동 신호(VC)의 전위가 접지 전위인 경우를 예로 들어, 게이트 전극(20)의 구동 신호(VG)와, 집속 전극(30)의 구동 신호(VF), 및 애노드 전극(50)의 구동 신호(VA)의 전위를 상기 캐소드 전극(10) 구동 신호(VC)에 대한 상대적인 차이에 따라 '+' 기호로서 표현하였다. 구동 신호 사이의 상대적인 차이가 중요하고, 구동 신호의 절대적인 전위는 달라질 수 있다. 일예로 애노드 전극(50)에 인가되는 구동 신호(VA)를 접지 전위로 하고, 나머지 다른 전극들에 인가되는 구동 신호들을 음의 전위로 구성할 수도 있다. Hereinafter, a driving signal for each mode and an operation mode will be described in more detail with reference to FIGS. 6 and 7 together. In FIG. 7, for example, when the potential of the driving signal V C applied to the cathode electrode 10 is the ground potential, the driving signal V G of the gate electrode 20 and the driving signal of the focusing electrode 30 (V F ) and the potential of the driving signal V A of the anode electrode 50 were expressed as a'+' sign according to a relative difference with respect to the driving signal V C of the cathode electrode 10. The relative difference between the driving signals is important, and the absolute potential of the driving signals may vary. For example, a driving signal V A applied to the anode 50 may be used as a ground potential, and driving signals applied to the other electrodes may be configured as a negative potential.

먼저, 자외선 모드(UV Mode)를 살펴보면, 캐소드 전극(10) 구동 신호(VC)가 접지 전위일 때, 게이트 전극(20)에 수백 V에서 수 kV 수준의 게이트 구동 신호(VG)를 인가하고, 애노드 전극(50)에 수 kV 수준의 애노드 구동 신호(VAU)를 인가할 수 있다. 이때, 집속 전극(30)에는 상기 게이트 구동 신호(VG)와 같은 레벨의 구동 신호(VFU)를 인가하거나 플로팅(Floating)시킬 수 있다. 그 결과, 상기 캐소드 전극(10) 상의 에미터로부터 방출된 전자빔은 집속되지 않거나, 전술한 엑스선-자외선 방출 기판에 도달할 정도로만 집속된다. 충돌한 전자빔은 전술한 자외선 타겟부에서 CL(Cathode-Luminescence) 발광을 일으켜 광원 모듈(100) 외부로 자외선을 방출하게 된다. First, looking at the UV mode, when the driving signal V C of the cathode electrode 10 is at the ground potential, a gate driving signal V G of several kV to several hundred V is applied to the gate electrode 20. In addition, an anode driving signal V AU having a level of several kV may be applied to the anode electrode 50. In this case, a driving signal V FU having the same level as the gate driving signal V G may be applied to the focusing electrode 30 or may be floated. As a result, the electron beam emitted from the emitter on the cathode electrode 10 is not focused or is focused only enough to reach the aforementioned X-ray-ultraviolet emission substrate. The collided electron beam causes CL (Cathode-Luminescence) light emission from the above-described ultraviolet target unit to emit ultraviolet rays to the outside of the light source module 100.

엑스선 모드(X-ray Mode)를 살펴보면, 캐소드 전극(10) 구동 신호(VC)가 접지 전위일 때, 게이트 전극(20)에 수백 V에서 수 kV 수준의 게이트 구동 신호(VG)를 인가하고, 애노드 전극(50)에 수 내지 수십 kV 수준의 애노드 구동 신호(VAX)를 인가할 수 있다. 일예로, 의료용 엑스선 진단 영상을 촬영하기 위한 엑스선 방출 시에는 상기 애노드 구동 신호(VAX)로서 약 65kV 정도의 신호를 인가할 수 있다. 상기 애노드 구동 신호(VAX)의 상기 캐소드 구동 신호(VC)에 대한 전위차는 엑스선의 용도에 따라 달라질 수 있다. 소프트 엑스레이가 필요한 경우에는 위의 예보다 낮은 전압의 신호를 인가하게 된다. Looking at the X-ray mode, when the driving signal V C of the cathode electrode 10 is at the ground potential, a gate driving signal V G of several hundred V to several kV is applied to the gate electrode 20. In addition, an anode driving signal V AX having a level of several to tens of kV may be applied to the anode electrode 50. For example, when X-rays are emitted for capturing a medical X-ray diagnosis image, a signal of about 65 kV may be applied as the anode driving signal V AX . A potential difference between the anode driving signal V AX and the cathode driving signal V C may vary depending on the use of the X-ray. When a soft X-ray is required, a signal having a lower voltage than the above example is applied.

엑스선 모드의 애노드 구동 신호(VAX)는 자외선 모드의 애노드 구동 신호(VAU)보다 그 전압 레벨이 높다. 엑스선 방출을 위해서는 자외선 방출보다 높은 밴드갭 에너지가 요구되기 때문이다. 한편, 엑스선 모드일때, 집속 전극(30)에는 상기 게이트 구동 신호(VG)보다 높고 상기 애노드 구동 신호(VAX)보다는 낮은 레벨의 집속 전극 구동 신호(VFX)가 인가된다. 집속 전극(30) 안쪽 구간을 지나는 전자빔은 그 중심쪽으로 집속되어, 전술한 엑스선-자외선 방출 기판의 중심부에 형성된 엑스선 타겟부에 충돌하고, 그 결과 엑스선이 방출된다. 여기서, 엑스선 모드일 때의 집속 전극 구동 신호(VFX)는 전술한 자외선 모드일 때의 집속 전극 구동 신호(VFU)보다 높다. The anode driving signal V AX in the X-ray mode has a higher voltage level than the anode driving signal V AU in the ultraviolet mode. This is because X-ray emission requires higher band gap energy than ultraviolet emission. Meanwhile, in the X-ray mode, a focusing electrode driving signal V FX having a higher level than the gate driving signal V G and lower than the anode driving signal V AX is applied to the focusing electrode 30. The electron beam passing through the inner section of the focusing electrode 30 is focused toward the center thereof, collides with the X-ray target portion formed in the center of the above-described X-ray-ultraviolet emission substrate, and as a result, X-rays are emitted. Here, the focusing electrode driving signal V FX in the X-ray mode is higher than the focusing electrode driving signal V FU in the ultraviolet mode described above.

듀얼 모드의 경우, 엑스선 방출이 필요하므로 애노드 구동 신호(VA)는 엑스선 모드의 애노드 구동 신호(VAX)와 같은 레벨로 인가하고, 동시에 자외선 방출이 이루어질 수 있도록 집속 전극(30)에는 상기 엑스선 모드의 집속 전극 구동 신호(VFX)보다 낮은 레벨의 구동 신호(VF)를 인가하여, 엑스선 타겟부와 동시에 자외선 타겟부에도 전자빔의 충돌이 이루어지도록 할 수 있다. In the case of the dual mode, since X-ray emission is required, the anode driving signal V A is applied at the same level as the anode driving signal V AX in the X-ray mode, and the focusing electrode 30 has the X-rays so that ultraviolet radiation can be simultaneously emitted. By applying a driving signal V F having a level lower than that of the focusing electrode driving signal V FX of the mode, the electron beam collides with the X-ray target unit and the UV target unit at the same time.

10: 캐소드 전극
20: 게이트 전극
30: 집속 전극
41~44: 세라믹 스페이서
50: 애노드 전극
60: 엑스선-자외선 방출 기판
61: 베이스 기판
62: 자외선 타겟부
65: 엑스선 타겟부10: cathode electrode
20: gate electrode
30: focusing electrode
41-44: ceramic spacer
50: anode electrode
60: X-ray-ultraviolet emission substrate
61: base substrate
62: ultraviolet target portion
65: X-ray target portion

Claims (12)

다수의 에미터가 배열된 캐소드 전극;
상기 에미터로부터의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극;
구동 신호에 따라 전자빔이 그 중심쪽으로 집속되는 정도를 조절하는 집속 전극;
진공의 내부 공간을 사이에 두고 상기 다수의 에미터와 대면하도록 배치되고, 베이스 기판의 중심부에 엑스선 타겟부가 형성되고, 상기 엑스선 타겟부의 주변을 둘러싸는 형태로 CL(Cathodoluminescence) 방식의 자외선 발생 물질을 포함하는 자외선 타겟부가 형성된 엑스선-자외선 방출 기판; 및
상기 엑스선-자외선 방출 기판의 외곽 부분을 둘러싸며 도전성의 브레이징 필러로 밀봉 접합되고, 구동 신호에 따라 상기 전자빔을 가속시키는 전계를 형성하는 애노드 전극;을 포함하고,
상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 및 상기 집속 전극에 대한 구동 신호에 따라 엑스선 또는 자외선을 선택적으로 방출하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.A cathode electrode in which a plurality of emitters are arranged;
A gate electrode for inducing electron emission from the emitter;
A focusing electrode for controlling a degree to which the electron beam is focused toward the center according to the driving signal;
It is disposed so as to face the plurality of emitters with an internal space of the vacuum interposed therebetween, an X-ray target part is formed in the center of the base substrate, and an ultraviolet ray-generating material of the CL (Cathodoluminescence) method is used to surround the periphery of the X-ray target part An X-ray-ultraviolet emitting substrate on which an ultraviolet target portion is formed; And
And an anode electrode surrounding an outer portion of the X-ray-ultraviolet emission substrate and sealingly bonded with a conductive brazing filler to form an electric field accelerating the electron beam according to a driving signal; and
Selectively emitting X-rays or ultraviolet rays according to a driving signal for the anode electrode and a driving signal for the focusing electrode,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제1항에 있어서,
상기 엑스선 타겟부로부터 엑스선이 방출되도록 구동하는 엑스선 모드 및 상기 자외선 타겟부로부터 자외선이 방출되도록 구동하는 자외선 모드를 제공하는 모드 선택부; 및
사용자의 모드 선택에 따라 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 또는 상기 집속 전극에 대한 구동 신호를 다르게 인가하는 구동부;를 포함하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 1,
A mode selector configured to provide an X-ray mode for driving X-rays to be emitted from the X-ray target unit and an UV mode for driving to emit ultraviolet rays from the UV target unit; And
Including; a driving unit for differently applying a driving signal for the anode electrode or a driving signal for the focusing electrode according to the user's mode selection;
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제2항에 있어서,
상기 구동부는 엑스선 모드일 때 상기 엑스선 타겟부로 전자빔이 집속되도록 상기 집속 전극에 대해 자외선 모드일 때보다 더 높은 레벨의 구동 신호를 인가하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 2,
The driving unit applies a driving signal of a higher level to the focusing electrode than in the ultraviolet mode so that the electron beam is focused to the X-ray target unit in the X-ray mode,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제2항에 있어서,
상기 구동부는 엑스선 모드일 때 상기 애노드 전극에 대해 자외선 모드일 때보다 더 높은 레벨의 구동 신호를 인가하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치. The method of claim 2,
The driving unit applies a driving signal of a higher level to the anode electrode in the X-ray mode than in the ultraviolet mode,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제1항에 있어서,
상기 베이스 기판은 엑스선 및 자외선을 투과시키도록 사파이어 기판, 석영 기판, 및 글라스 기판 중에서 선택된,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 1,
The base substrate is selected from a sapphire substrate, a quartz substrate, and a glass substrate to transmit X-rays and ultraviolet rays,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제1항에 있어서,
상기 자외선 타겟부는,
상기 베이스 기판 측에 형성된 자외선 발생층; 및
상기 내부 공간과 접하는 표면측에 형성된 반사층;을 포함하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 1,
The ultraviolet target unit,
An ultraviolet ray generating layer formed on the side of the base substrate; And
Including; a reflective layer formed on the surface side in contact with the inner space
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제6항에 있어서,
상기 베이스 기판은 사파이어 기판이고,
상기 자외선 발생층은 상기 사파이어 기판 표면에 AlN, GaN, AlGaN, 및 InGaN로 이루어진 그룹에서 선택된 자외선 발생 재료로 형성된 에피택셜 층인,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치. The method of claim 6,
The base substrate is a sapphire substrate,
The ultraviolet generating layer is an epitaxial layer formed of an ultraviolet generating material selected from the group consisting of AlN, GaN, AlGaN, and InGaN on the surface of the sapphire substrate,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제6항에 있어서,
상기 반사층은 상기 자외선 발생층의 표면에 Al, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ti2O3, 및 SiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 재료가 수 나노미터 두께로 증착되어 형성된,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 6,
The reflective layer is formed by depositing a material selected from the group consisting of Al, HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , and SiO 2 to a thickness of several nanometers on the surface of the UV-generating layer,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제1항에 있어서,
상기 애노드 전극은,
상기 집속 전극과의 사이에 배치된 상부 세라믹 스페이서와 접하는 제1원통부; 및,
상기 엑스선-자외선 방출 기판과 접하는 제2원통부;를 포함하고,
상기 제2원통부의 내경이 상기 제1원통부의 내경보다 큰 값을 갖는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치. The method of claim 1,
The anode electrode,
A first cylindrical portion in contact with an upper ceramic spacer disposed between the focusing electrode; And,
Includes; a second cylindrical portion in contact with the X-ray-ultraviolet emission substrate,
The inner diameter of the second cylindrical portion has a value greater than the inner diameter of the first cylindrical portion,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 제9항에 있어서,
상기 애노드 전극은,
상기 제2원통부의 상부에 형성되어 상기 엑스선-자외선 방출 기판의 하면 외곽부분과 접하는 기판 지지부; 및
상기 엑스선-자외선 방출 기판의 주연부를 둘러싸는 림(Rim)부;를 더 포함하는,
엑스선 및 자외선 겸용 광원 장치.The method of claim 9,
The anode electrode,
A substrate support portion formed on the second cylindrical portion and in contact with an outer portion of a lower surface of the X-ray-ultraviolet emission substrate; And
Further comprising; a rim (Rim) surrounding the peripheral portion of the X-ray-ultraviolet emission substrate,
Combined X-ray and ultraviolet light source device. 다수의 에미터가 배열된 캐소드 전극;
상기 에미터로부터의 전자 방출을 유도하는 게이트 전극;
구동 신호에 따라 전자빔이 그 중심쪽으로 집속되는 정도를 조절하는 집속 전극;
진공의 내부 공간을 사이에 두고 상기 다수의 에미터와 대면하도록 배치되고, 베이스 기판의 중심부에 제1파장 영역 발광 타겟부가 형성되고, 상기 제1파장 영역 발광 타겟부의 주변을 둘러싸는 형태로 제2파장 영역 발광 타겟부가 형성된 다영역 광 방출 기판; 및
상기 다영역 광 방출 기판의 외곽 부분을 둘러싸며 도전성의 브레이징 필러로 밀봉 접합되고, 구동 신호에 따라 상기 전자빔을 가속시키는 전계를 형성하는 애노드 전극;을 포함하고,
상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 및 상기 집속 전극에 대한 구동 신호에 따라 상기 제1파장 영역 또는 제2파장 영역의 광을 선택적으로 방출하는,
겸용 광원 장치.A cathode electrode in which a plurality of emitters are arranged;
A gate electrode for inducing electron emission from the emitter;
A focusing electrode for controlling a degree to which the electron beam is focused toward the center according to the driving signal;
It is disposed so as to face the plurality of emitters with an internal space of the vacuum interposed therebetween, a first wavelength region emission target portion is formed in the center of the base substrate, and a second wavelength region surrounds the periphery of the first wavelength region emission target portion. A multi-regional light emitting substrate on which a wavelength region light emitting target portion is formed; And
Including; an anode electrode surrounding an outer portion of the multi-regional light-emitting substrate, sealingly bonded with a conductive brazing filler, and forming an electric field for accelerating the electron beam according to a driving signal; and
Selectively emitting light in the first wavelength region or the second wavelength region according to a driving signal for the anode electrode and a driving signal for the focusing electrode,
Combined light source device. 제11항에 있어서,
제1파장 영역 발광 모드 및 제2파장 영역 발광 모드를 제공하는 모드 선택부; 및
사용자의 모드 선택에 따라 상기 애노드 전극에 대한 구동 신호 또는 상기 집속 전극에 대한 구동 신호를 다르게 인가하는 구동부;를 포함하는,
겸용 광원 장치.The method of claim 11,
A mode selector providing a first wavelength region emission mode and a second wavelength region emission mode; And
Including; a driving unit for differently applying a driving signal for the anode electrode or a driving signal for the focusing electrode according to the user's mode selection;
Combined light source device.
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