JP2011003521A - 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、電子放出素子の製造方法 - Google Patents
電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、電子放出素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電子放出素子1は、電極基板2と薄膜電極3との間に、絶縁体微粒子5を含み、かつ導電微粒子を含まない電子加速層4を有する。電子放出素子1は、電極基板2と薄膜電極3との間に電圧を印加すると、電子加速層4で電子を加速させて、薄膜電極3から電子を放出する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の電子放出素子の一実施形態の構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態の電子放出素子1は、下部電極となる電極基板2と、上部電極となる薄膜電極3と、その間に挟まれて存在する電子加速層4とからなる。また、電極基板2と薄膜電極3とは電源7に繋がっており、互いに対向して配置された電極基板2と薄膜電極3との間に電圧を印加できるようになっている。電子放出素子1は、電極基板2と薄膜電極3との間に電圧を印加することで、電極基板2と薄膜電極3との間、つまり、電子加速層4に電流を流し、その一部を印加電圧の形成する強電界により弾道電子として、薄膜電極3を透過および/あるいは薄膜電極3の隙間から放出させる。なお、電子放出素子1と電源(電源部)7とから電子放出装置10が成る。
以下の実施例では、本発明に係る電子放出素子を用いて電流測定した実験について説明する。なお、この実験は実施の一例であって、本発明の内容を制限するものではない。
溶媒としてエタノールを3mL入れた試薬瓶を4つ用意し、絶縁体微粒子5としてヘキサメチルジシラザン(HMDS)で表面処理をしたシリカ粒子(平均粒径110nm、比表面積30m2/g)を、それぞれ0.15g,0.25g,0.35g,0.50g投入し、各試薬瓶を超音波分散器にかけ、濃度の違うシリカ粒子分散液A,B,C,Dを作製した。
試薬瓶を4つ用意し、平均粒径12nmのシリカ粒子(比表面積200m2/g)、上記平均粒径12nmのシリカ粒子の表面をジメチルジクロロシラン(DDS)処理したDDS処理粒子、上記平均粒径12nmのシリカ粒子の表面をヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理したHMDS処理粒子、上記平均粒径12nmのシリカ粒子の表面をシリコーンオイル処理したシリコーンオイル処理粒子を、それぞれ0.15g、別々の試薬瓶に投入し、溶媒としてエタノールを6mLそれぞれの試薬瓶に加えて超音波分散器にかけて、シリカ粒子分散液E,F,G,Hを作製した。
試薬瓶に溶媒としてエタノールを3mL入れ、ジメチルジクロロシラン(DDS)で表面処理をしたシリカ粒子(平均粒径7nm、比表面積300m2/g)を0.06g投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけ、シリカ粒子分散液Iを作製した。
試薬瓶に溶媒としてエタノールを3mL入れ、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)で表面処理をしたシリカ粒子(平均粒径200nm、比表面積30m2/g)を0.25g投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけ、シリカ粒子分散液Jを作製した。
試薬瓶に溶媒として、トルエンを3mL入れ、絶縁体微粒子5として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のシリコーン樹脂微粒子(トスパール、平均粒径0.7μm)を0.15g投入した。この試薬瓶を超音波分散器にかけ、シリコーン微粒子の分散を行ってシリコーン微粒子分散液Kを得た。
試薬瓶に溶媒としてエタノールを3mL入れ、絶縁体微粒子5としてヘキサメチルジシラザン(HMDS)で表面処理をしたシリカ粒子(平均粒径110nm、比表面積30m2/g)を0.25g投入した。この試薬瓶を超音波分散器にかけ、シリカ粒子分散液Lを作製した。
電気炉を用いた焼成条件を100℃で1時間とし、焼成前に薄膜電極3を形成した以外は実施例6と同様にして、実施例7の電子放出素子を作製した。
電気炉を用いた焼成条件を600℃で1時間とした以外は実施例6と同様にして、実施例8の電子放出素子を作製した。
10mLの試薬瓶に溶媒としてトルエン3.0g入れ、その中に絶縁体微粒子5として0.25gのシリカ微粒子(直径50nmのフュームドシリカC413(キャボット社)であり、表面はヘキサメチルシジラザン処理されている)を投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させた。約10分後、導電微粒子として0.065gの銀ナノ粒子(平均粒径10nm、うち絶縁被膜アルコラート1nm厚(応用ナノ研究所))を追加投入し、超音波分散処理を約20分行い、絶縁体微粒子/導電微粒子分散液を作製した。ここでシリカ微粒子の全質量に対する銀ナノ粒子の占める割合は、約20%である。
(1)表面処理が施されていない絶縁体微粒子を用いると、電子加速層中における絶縁体微粒子の分散状態が悪くなる。つまり、絶縁体微粒子が均一に分散せず、絶縁体微粒子の凝集体が存在することになる。絶縁体微粒子の凝集体が存在すると、均一に微分散したものと比較して、絶縁体微粒子間の隙間が多くなり、電子加速層の抵抗が高くなる。
(2)表面処理が施されていない絶縁体微粒子を用いると、電子加速層中における絶縁体微粒子の分散状態が悪くなる。つまり、絶縁体微粒子が均一に分散せず、絶縁体微粒子の凝集体が存在することになる。絶縁体微粒子の凝集体が存在すると、均一に微分散したものと比較して、電子加速層の層厚が厚くなり、また電子加速層の層厚に薄い部分と厚い部分が生じる。層厚の薄い部分は抵抗が低く、厚い部分は抵抗が高くなるため、電子加速層の抵抗が高くなる。
(3)表面処理が施された絶縁体微粒子を用いると、表面処理剤が導電微粒子や塩基性分散剤のように働いて、電子伝達の加速に貢献している可能性が高い。しかし、表面処理が施されていない絶縁体微粒子を用いると、表面処理剤による電子伝達加速現象が生じないため、電子加速層の抵抗が高くなる。
図4に、実施の形態1で説明した本発明に係る電子放出装置10を利用した本発明に係る帯電装置90の一例を示す。帯電装置90は、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とを有する電子放出装置10から成り、感光体11を帯電させるものである。本発明に係る画像形成装置は、この帯電装置90を具備している。本発明に係る画像形成装置において、帯電装置90を成す電子放出素子1は、被帯電体である感光体11に対向して設置され、電圧を印加することにより、電子を放出させ、感光体11を帯電させる。なお、本発明に係る画像形成装置では、帯電装置90以外の構成部材は、従来公知のものを用いればよい。ここで、帯電装置90として用いる電子放出素子1は、感光体11から、例えば3〜5mm隔てて配置するのが好ましい。また、電子放出素子1への印加電圧は25V程度が好ましく、電子放出素子1の電子加速層の構成は、例えば、25Vの電圧印加で、単位時間当たり1μA/cm2の電子が放出されるようになっていればよい。
図5に、実施の形態1で説明した本発明に係る電子放出装置10を用いた本発明に係る電子線硬化装置100の一例を示す。電子線硬化装置100は、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とを有する電子放出装置10と、電子を加速させる加速電極21とを備えている。電子線硬化装置100では、電子放出素子1を電子源とし、放出された電子を加速電極21で加速してレジスト(被硬化物)22へと衝突させる。一般的なレジスト22を硬化させるために必要なエネルギーは10eV以下であるため、エネルギーだけに注目すれば加速電極は必要ない。しかし、電子線の浸透深さは電子のエネルギーの関数となるため、例えば厚さ1μmのレジスト22を全て硬化させるには約5kVの加速電圧が必要となる。
図6〜8に、実施の形態1で説明した本発明に係る電子放出装置10を用いた本発明に係る自発光デバイスの例をそれぞれ示す。
図10及び図11に、実施の形態1で説明した本発明に係る電子放出装置10を用いた本発明に係る送風装置の例をそれぞれ示す。以下では、本願発明に係る送風装置を、冷却装置として用いた場合について説明する。しかし、送風装置の利用は冷却装置に限定されることはない。
2 電極基板
3 薄膜電極
4 電子加速層
5 絶縁体微粒子
7 電源(電源部)
8 対向電極
9 絶縁体スペーサ
10 電子放出装置
11 感光体
21 加速電極
22 レジスト(被硬化物)
31,31’,31” 自発光デバイス
32,32’ 蛍光体(発光体)
33 ITO膜
34 ガラス基板
35 電源
36 発光部
41 被冷却体
42 送風ファン
90 帯電装置
100 電子線硬化装置
140 画像表示装置
150 送風装置
160 送風装置
330 液晶パネル
Claims (20)
- 電極基板と薄膜電極とを有し、該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することで、該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、該薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子であって、
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、絶縁体微粒子を含み、かつ、導電微粒子を含まない電子加速層が設けられていることを特徴とする電子放出素子。 - 上記絶縁体微粒子は、SiO2、Al2O3、及びTiO2の少なくとも1つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層の層厚は、絶縁体微粒子の平均粒径以上であり、1000nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子の平均粒径は、7〜400nmであることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子は、表面処理されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記表面処理は、シラノールまたはシリル基による処理であることを特徴とする請求項5に記載の電子放出素子。
- 上記薄膜電極は、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の電子放出素子と、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部と、を備えたことを特徴とする電子放出装置。
- 上記電源部は、上記電極基板と上記薄膜電極との間に直流電圧を印加することを特徴とする請求項8に記載の電子放出装置。
- 請求項8または9に記載の電子放出装置と発光体とを備え、該電子放出装置から電子を放出して該発光体を発光させることを特徴とする自発光デバイス。
- 請求項10に記載の自発光デバイスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
- 請求項8または9に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して送風することを特徴とする送風装置。
- 請求項8または9に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。
- 請求項8または9に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して感光体を帯電することを特徴とする帯電装置。
- 請求項14に記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項8または9に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被硬化物を硬化させることを特徴とする電子線硬化装置。
- 電極基板と薄膜電極とを有し、該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することで、該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、該薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、絶縁体微粒子を含み、かつ、導電微粒子を含まない電子加速層を形成する電子加速層形成工程と、
上記電子加速層上に上記薄膜電極を形成する薄膜電極形成工程と、を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 上記電子加速層形成工程は、
上記絶縁体微粒子を溶媒に分散した分散液を得る分散工程と、
上記電極基板上に上記分散液を塗布する塗布工程と、
上記塗布した分散液を乾燥させる乾燥工程と、
を含むことを特徴とする請求項17に記載の電子放出素子の製造方法。 - 上記加速層形成工程後、または上記薄膜電極形成工程後に、前記電子放出素子を焼成する焼成工程を含むことを特徴とする請求項18に記載の電子放出素子の製造方法。
- 上記焼成工程では、上記絶縁体微粒子が融解しない条件にて焼成を行うことを特徴とする請求項19に記載の電子放出素子の製造方法。
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