JP2013099901A - Ion flow type electrostatic drawing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion flow type electrostatic drawing device capable of drawing a high-resolution electrostatic latent image by preventing mechanical damage of an electron emitter due to contact and by suppressing ion diffusion.SOLUTION: An electron emitter 11 emitting an electron toward a photoreceptor is provided in a recess 2a of a glass substrate 2 in which the recess 2a opposed to the photoreceptor is formed, and two floating electrodes 24 are stacked on sidewall parts 2ab of the recess 2a so as to face the electron emitter 11. The two floating electrodes 24 are provided so as to be inclined relative to a bottom surface of the recess 2a, respectively.

Description

本発明は、イオンフロー型静電描画装置に関する。   The present invention relates to an ion flow type electrostatic drawing apparatus.

放電現象を伴わずに大気中での電子放出を可能とする素子構造が、たとえば特許文献1に開示されている。この電子放出素子は、電極間に、導電体からなり、抗酸化作用が強い導電性微粒子と、その導電性微粒子の大きさよりも大きい絶縁体物質とが含まれる電子加速層を有することで、特に大気中での長時間動作を可能としている。   An element structure that enables electron emission in the atmosphere without causing a discharge phenomenon is disclosed in Patent Document 1, for example. This electron-emitting device has an electron accelerating layer including a conductive fine particle having a strong anti-oxidation effect between electrodes and an insulator material larger than the size of the conductive fine particle. Enables long-term operation in the atmosphere.

電子放出素子から放出された電子は大気中でイオン流を生じることから、電子放出素子は、静電潜像を利用して画像を得る記録装置で利用される。このような利用形態では、一般的に電子写真プロセスの帯電工程で用いられるコロナチャージャーと比べて、人体に有害なオゾン発生が無いこと、大気中での活性物質の生成量が極めて微量なので感光体および現像剤の劣化を抑制できること等のメリットがある。また、電子放出素子の電子放出部を多数の微細なドット形状とし、各ドットには独立した電極を配置して多チャンネル駆動することも可能であり、これにより、感光体上に静電潜像を直接描画するイオンフロー型静電描画装置とすることができる。   Since electrons emitted from the electron-emitting device generate an ion flow in the atmosphere, the electron-emitting device is used in a recording apparatus that obtains an image using an electrostatic latent image. In such a usage form, compared to a corona charger generally used in the charging process of an electrophotographic process, there is no generation of ozone harmful to the human body, and the amount of active substance generated in the atmosphere is extremely small, so the photoconductor. Further, there are merits such as that the deterioration of the developer can be suppressed. In addition, the electron emission portion of the electron emission element can be formed into a large number of fine dots, and an independent electrode can be arranged on each dot for multi-channel driving, whereby an electrostatic latent image can be formed on the photoreceptor. Can be made an ion flow type electrostatic drawing apparatus that directly draws.

このような電子放出素子は、薄膜の積層体で構成されるので、ガラスやアルミニウムからなる基板材料に比べると、著しく機械的強度が小さく壊れやすい。したがって、薄膜の積層体を指で触れたり、硬い物体と衝突させたりすると、容易に機械的な損傷が生じてしまう。   Since such an electron-emitting device is composed of a thin film laminate, it has a significantly low mechanical strength and is easily broken as compared with a substrate material made of glass or aluminum. Therefore, mechanical damage easily occurs when the thin film stack is touched with a finger or collided with a hard object.

そこで、電子放出素子を取り扱うには、電子放出素子を保護する何らかの構造を設ける必要がある。特許文献2には、外部からの接触および取り扱い上の不備による半導体素子等の機械的損傷を防止する方法が開示されている。特許文献2の方法では、保護するべき半導体素子を、絶縁支持基板表面に形成した微細な凹部内に、樹脂等の絶縁物でモールドして埋め込むことで、外部からの接触および取り扱い上の不備による半導体素子等の機械的損傷を防止している。   Therefore, in order to handle the electron-emitting device, it is necessary to provide some structure for protecting the electron-emitting device. Patent Document 2 discloses a method for preventing mechanical damage of a semiconductor element or the like due to external contact and handling failure. In the method of Patent Document 2, a semiconductor element to be protected is embedded in a fine recess formed on the surface of an insulating support substrate by molding with an insulator such as a resin, thereby causing external contact and handling deficiencies. Mechanical damage of semiconductor elements and the like is prevented.

特開2009−146891号公報JP 2009-146891 A 特開2008−192413号公報JP 2008-192413 A

特許文献2の方法のように、基板に形成される微細な凹部の底部に電子放出素子を配置すれば、電子放出素子を保護可能になる。しかしながら、電子放出素子をイオンフロー型静電描画装置に用いる場合、基板の凹部に電子放出素子を配置するという単純な構成では、次のような問題を生じる。   If the electron-emitting device is arranged at the bottom of a fine recess formed in the substrate as in the method of Patent Document 2, the electron-emitting device can be protected. However, when the electron-emitting device is used in an ion flow type electrostatic drawing apparatus, the following problem occurs in the simple configuration in which the electron-emitting device is disposed in the concave portion of the substrate.

凹部の作る段差は、電子放出素子と被帯電体(感光体)との距離を、凹部が無い場合に比べて長くする。これにより、イオン流の飛翔する距離が長くなり、イオン同士の反発力によるイオンの拡散作用が大きく現れ、その結果、感光体上におけるイオンの着弾面積が、電子放出素子における電子の放出面積に比べて大きくなってしまう。また、絶縁性の基板の凹部内に電子放出素子が配置されることで、凹部表面が帯電し、帯電電荷によってイオン流の軌道が変化して、イオンの着弾位置がずれてしまう。このようにイオンの着弾面積が大きくなったり、着弾位置がずれたりすると、静電潜像はぼやけてしまい、解像度の高い潜像を描画できなくなる。   The step formed by the concave portion makes the distance between the electron-emitting device and the member to be charged (photosensitive member) longer than that when there is no concave portion. As a result, the distance over which the ion current flies is increased, and the ion diffusion effect due to the repulsive force between the ions appears greatly. As a result, the ion landing area on the photoconductor is larger than the electron emission area in the electron-emitting device. Will become bigger. In addition, since the electron-emitting device is disposed in the concave portion of the insulating substrate, the surface of the concave portion is charged, the trajectory of the ion flow is changed by the charged charge, and the landing position of the ions is shifted. As described above, when the landing area of ions increases or the landing position shifts, the electrostatic latent image becomes blurred and it becomes impossible to draw a high-resolution latent image.

本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、接触による電子放出素子の機械的損傷を防止するとともに、イオンの拡散を抑制して、高解像度の静電潜像を描画可能とするイオンフロー型静電描画装置を提供することを目的とする。   The present invention is for solving the above-described problems, and prevents mechanical damage to the electron-emitting device due to contact, and suppresses ion diffusion to enable drawing of a high-resolution electrostatic latent image. An object is to provide an ion flow type electrostatic drawing apparatus.

本発明は、静電潜像担持体に向かって開口する凹部が形成される基板と、
前記凹部の底部の表面上に設置される電子放出素子であって、並んで配置される複数の第1電極と、前記第1電極に対向して設けられる第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極に1対1で対応する開口部が形成される絶縁層と、絶縁性微粒子および導電性微粒子を含み、前記開口部に充填される微粒子層と、を備え、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されたときに、前記底部から前記静電潜像担持体へ向かう方向に電子を放出する電子放出素子と、
前記凹部の2つの側壁部にそれぞれ設けられるフローティング電極であって、前記底部側から前記被帯電体側に向かうにつれて互いに遠ざかるように、前記底部の表面に対してそれぞれ傾斜して設けられるフローティング電極と、を備えることを特徴とするイオンフロー型静電描画装置である。
The present invention includes a substrate on which a recess opening toward the electrostatic latent image carrier is formed;
A plurality of first electrodes arranged side by side, a second electrode provided opposite to the first electrode, and the first electrode, the electron-emitting devices installed on the bottom surface of the recess An insulating layer provided between the second electrode and having an opening corresponding to the first electrode on a one-to-one basis, and a fine particle including an insulating fine particle and a conductive fine particle and filling the opening An electron-emitting device that emits electrons in a direction from the bottom toward the electrostatic latent image carrier when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
A floating electrode provided on each of the two side walls of the recess, the floating electrodes provided to be inclined with respect to the surface of the bottom so as to move away from each other toward the charged body side from the bottom side; An ion flow type electrostatic drawing apparatus comprising:

また本発明は、前記フローティング電極の、前記底部の表面に対する傾斜角度は、それぞれ、15°以上75°以下の範囲内で選択されることを特徴とする。   In addition, the present invention is characterized in that the inclination angle of the floating electrode with respect to the surface of the bottom is selected within a range of 15 ° to 75 °.

また本発明は、前記第2電極に積層され、前記第2電極よりも幅が狭く形成される第3電極を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention is characterized by comprising a third electrode laminated on the second electrode and formed to be narrower than the second electrode.

本発明によれば、電子放出素子が、基板に形成された凹部内に設けられるので、接触によって電子放出素子に機械的損傷が生じるのを防ぐことができる。さらに、電子放出素子が放出した電子によって生じたイオンを静電潜像担持体に向けて飛翔させるための電界が、フローティング電極によって歪められるので、イオンの拡散が抑制される。したがって、接触による電子放出素子の機械的損傷を防止するとともに、イオンの拡散を抑制して、高解像度の静電潜像を描画することが可能になる。   According to the present invention, since the electron-emitting device is provided in the recess formed in the substrate, mechanical damage to the electron-emitting device due to contact can be prevented. Furthermore, since the electric field for causing ions generated by the electrons emitted from the electron-emitting device to fly toward the electrostatic latent image carrier is distorted by the floating electrode, ion diffusion is suppressed. Therefore, mechanical damage to the electron-emitting device due to contact can be prevented, and ion diffusion can be suppressed, and a high-resolution electrostatic latent image can be drawn.

また本発明によれば、フローティング電極が、凹部の底部の表面に対して、15°以上75°以下の傾斜角度で設置されるので、電界を歪め、イオンの拡散を抑制する効果を確実に発揮することができる。   According to the present invention, since the floating electrode is installed at an inclination angle of 15 ° to 75 ° with respect to the surface of the bottom of the recess, the effect of distorting the electric field and suppressing the diffusion of ions is reliably exhibited. can do.

また本発明によれば、第2電極に、第2電極よりも幅の狭い第3電極が積層されるので、第3電極に電圧を印加することで、第2電極の面方向において電位分布に偏りのない一様な電圧印加が可能となる。これによって、電子放出素子の各電子放出点で一様に電子を放出させることができ、その結果、静電潜像担持体に、イオンを一様に照射することが可能になる。   According to the present invention, the third electrode having a width smaller than that of the second electrode is laminated on the second electrode. Therefore, by applying a voltage to the third electrode, the potential distribution in the surface direction of the second electrode is increased. Uniform voltage application without bias is possible. Thereby, electrons can be uniformly emitted at each electron emission point of the electron-emitting device, and as a result, the electrostatic latent image carrier can be uniformly irradiated with ions.

イオンフロー型静電描画装置1を備えた静電潜像記録機構10の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an electrostatic latent image recording mechanism 10 including an ion flow type electrostatic drawing apparatus 1. イオンフロー型静電描画装置1の電子放出素子11を拡大して示す断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view showing an electron-emitting device 11 of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1. FIG. イオンフロー型静電描画装置1の斜視図である。1 is a perspective view of an ion flow type electrostatic drawing apparatus 1. FIG. フローティング電極24の作用を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the floating electrode 24. 図3の一部分9を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the part 9 of FIG.

図1は、本発明の一実施形態であるイオンフロー型静電描画装置1を備えた静電潜像記録機構10の構成を示す断面図である。図2は、イオンフロー型静電描画装置1の電子放出素子11を拡大して示す断面図である。図3は、イオンフロー型静電描画装置1の斜視図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrostatic latent image recording mechanism 10 including an ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the electron-emitting device 11 of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1. FIG. 3 is a perspective view of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1.

静電潜像記録機構10は、イオンフロー型静電描画装置1と、静電潜像担持体である感光体25とを備える。イオンフロー型静電描画装置1は、ガラス基板2に形成された溝(凹部2a)の底部2aaの表面上に、電子放出素子11が配置されて構成される。電子放出素子11は、ガラス基板2側から順に、電子放出点と1対1に対応する複数の第1電極(下部電極3)、電子放出点となる開口部(貫通孔8)を有する絶縁層4、貫通孔8に充填されるとともに絶縁層4上に形成される微粒子層5、複数の下部電極3に対する共通の電極となる第2電極(上部電極6)、および第3電極(バス配線7)が積層された積層構造である。   The electrostatic latent image recording mechanism 10 includes an ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 and a photosensitive member 25 that is an electrostatic latent image carrier. The ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is configured by arranging an electron-emitting device 11 on the surface of a bottom 2aa of a groove (recess 2a) formed in a glass substrate 2. The electron-emitting device 11 includes, in order from the glass substrate 2 side, an insulating layer having a plurality of first electrodes (lower electrodes 3) that correspond one-to-one with the electron emission point and an opening (through hole 8) that serves as the electron emission point. 4, the fine particle layer 5 that fills the through-hole 8 and is formed on the insulating layer 4, the second electrode (upper electrode 6) serving as a common electrode for the plurality of lower electrodes 3, and the third electrode (bus wiring 7) ) Is a laminated structure.

電子放出素子11は、最上層となるバス配線7が、凹部2aの高さを超えないように形成される。このような構造にすることで、イオンフロー型静電描画装置1に何かが接触したとしても、凹部2aの、底部2aaを挟む2つの側壁部2abがバンパーとして機能し、底部2aaの表面に配置された電子放出素子11に機械的損傷が生じるのを防ぐことができる。   The electron-emitting device 11 is formed such that the uppermost bus wiring 7 does not exceed the height of the recess 2a. With this structure, even if something comes into contact with the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1, the two side walls 2ab sandwiching the bottom 2aa of the recess 2a function as a bumper, and the surface of the bottom 2aa It is possible to prevent mechanical damage from occurring in the arranged electron-emitting device 11.

ガラス基板2に形成される凹部2aは、その底部2aaが、たとえば、長さ215mm、幅500μmである。電子放出点となる絶縁層4の貫通孔8は、このガラス基板2の凹部2aの幅方向中央において、凹部2aの長手方向に沿って同じ高さで形成される。また、このガラス基板2の凹部2aの底部2aaからは、下部電極3が、凹部2aの外へ引き出され、ガラス基板2表面に実装された駆動ドライバに接続される。図1では、駆動ドライバの代わりにパルス電源21を図示し、静電潜像記録機構10の動作について説明する。バス配線7にはDC電源22が接続され、上部電極6に電圧を印加する。   The bottom 2aa of the recess 2a formed in the glass substrate 2 has a length of 215 mm and a width of 500 μm, for example. The through hole 8 of the insulating layer 4 serving as an electron emission point is formed at the same height along the longitudinal direction of the recess 2a at the center in the width direction of the recess 2a of the glass substrate 2. Further, the lower electrode 3 is drawn out of the recess 2a from the bottom 2aa of the recess 2a of the glass substrate 2 and connected to a drive driver mounted on the surface of the glass substrate 2. In FIG. 1, the pulse power supply 21 is illustrated instead of the drive driver, and the operation of the electrostatic latent image recording mechanism 10 will be described. A DC power source 22 is connected to the bus wiring 7 to apply a voltage to the upper electrode 6.

ガラス基板2の凹部2aの2つの側壁部2abは、その表面が、底部2aaに近づくほど開口度合いが小さくなるように傾斜した傾斜面となっている。この傾斜面には、凹部2aの長手方向に沿って電子放出点が存在する範囲に、2つのフローティング電極24が、絶縁層4を介してそれぞれ設置される。したがって、2つのフローティング電極24は、凹部2aの底部2aa側から上部電極6側に向かうにつれて互いに遠ざかるように、凹部2aの底部2aaの表面に対して、それぞれ傾斜している。   The two side wall portions 2ab of the concave portion 2a of the glass substrate 2 are inclined surfaces whose surfaces are inclined so that the degree of opening becomes smaller as the surface approaches the bottom portion 2aa. On this inclined surface, two floating electrodes 24 are respectively installed through the insulating layer 4 in a range where electron emission points exist along the longitudinal direction of the recess 2a. Accordingly, the two floating electrodes 24 are inclined with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a so as to move away from each other toward the upper electrode 6 side from the bottom 2aa side of the recess 2a.

このようなイオンフロー型静電描画装置1を動作させるには、下部電極3と上部電極6との間に、上部電極6が正極となるように電圧を印加すればよい。たとえば、下部電極3へ+15V、上部電極6へ+15Vの電圧を印加した後、下部電極3の電圧を0Vに落として電位差を形成すると、電子が下部電極3から上部電極6へ走行可能となる。このとき、絶縁層4の各貫通孔8は各電子放出点となり、放出された電子は上部電極6側へ向かうことになる。   In order to operate such an ion flow type electrostatic drawing apparatus 1, a voltage may be applied between the lower electrode 3 and the upper electrode 6 so that the upper electrode 6 becomes a positive electrode. For example, if a potential difference is formed by applying a voltage of +15 V to the lower electrode 3 and +15 V to the upper electrode 6 and then reducing the voltage of the lower electrode 3 to 0 V, electrons can travel from the lower electrode 3 to the upper electrode 6. At this time, each through-hole 8 of the insulating layer 4 becomes each electron emission point, and the emitted electron goes to the upper electrode 6 side.

下部電極3に印加する電圧波形は、たとえば、10kHz〜100kHzであり、電子が上部電極6から放出されるON時間の割合を指すパルスデューティーを、50%以下とする矩形波である。パルス状の矩形波を利用するのは、電子放出素子11からの電子放出に伴って電子放出素子11と感光体25との間での異常放電が生じるのを防止するためである。このような理由から、矩形波は高周波であるほど望ましいが、電子放出素子11のインピーダンスの都合上、高周波になるほど、波形に変形(なまり)が生じるので、正確な電圧の印加が困難となる。上記の100kHzの周波数上限は、実験で確認された、実用的な制御範囲である。10kHzの周波数下限は、以下のようにして決定される。   A voltage waveform applied to the lower electrode 3 is, for example, 10 kHz to 100 kHz, and is a rectangular wave having a pulse duty that indicates a ratio of ON time during which electrons are emitted from the upper electrode 6 to 50% or less. The reason why the pulse-like rectangular wave is used is to prevent an abnormal discharge between the electron-emitting device 11 and the photosensitive member 25 due to the electron emission from the electron-emitting device 11. For this reason, the rectangular wave is preferably as high frequency as possible. However, due to the impedance of the electron-emitting device 11, the waveform becomes deformed (rounded) as the frequency becomes high, and it becomes difficult to apply a precise voltage. The upper frequency limit of 100 kHz is a practical control range confirmed by experiments. The lower frequency limit of 10 kHz is determined as follows.

異常放電の抑制効果は10kHz以下の周波数でも現れるが、作像プロセス上、静電潜像を描く時間には制限があり、あまり低周波の矩形波を利用する事はできない。すなわち、電子放出素子11でドット状の静電潜像を描く場合、静電潜像記録機構10が潜像を描ける時間は、静電潜像を利用して画像を得る記録装置の作像プロセスに要する時間(一般的に感光体25は可動式であり、その可動速度に合わせて潜像を描かねばならない)と、潜像の解像度とに依存してしまう。たとえば、潜像を描くプロセススピードを145mm/秒とし、潜像の解像度を600dpiとした場合、1ドットの潜像を描くのに許容される時間は290μ秒となり、周波数で表すと3.4kHzとなる。この周波数を画素周波数と呼ぶことにする。イオンフロー型静電描画装置1の駆動周波数が画素周波数よりも小さい場合、潜像を連続して描いた際に、イオンフロー型静電描画装置1は直流電圧で駆動するのと同じ電圧印加条件となってしまう。これでは、異常放電を抑制するための矩形波の意味が無くなってしまうので、イオンフロー型静電描画装置1の駆動周波数は画素周波数よりも十分高い値としなければならない。このように、駆動周波数の下限値は、プロセススピードと解像度とから制限される値であり、上記条件を想定した場合の十分条件として、10kHzに定めている。   Although the effect of suppressing abnormal discharge appears even at a frequency of 10 kHz or less, the time for drawing an electrostatic latent image is limited in the image forming process, and a low-frequency rectangular wave cannot be used. That is, when a dot-like electrostatic latent image is drawn by the electron-emitting device 11, the time that the electrostatic latent image recording mechanism 10 can draw the latent image is the image forming process of the recording apparatus that obtains an image using the electrostatic latent image. (In general, the photosensitive member 25 is movable, and a latent image must be drawn in accordance with the moving speed) and the resolution of the latent image. For example, if the process speed for drawing a latent image is 145 mm / sec and the resolution of the latent image is 600 dpi, the time allowed to draw a one-dot latent image is 290 μsec, which is 3.4 kHz in terms of frequency. Become. This frequency will be referred to as the pixel frequency. When the driving frequency of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is lower than the pixel frequency, the same voltage application conditions as when the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is driven with a DC voltage when the latent images are drawn continuously. End up. In this case, since the meaning of the rectangular wave for suppressing the abnormal discharge is lost, the driving frequency of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 must be a value sufficiently higher than the pixel frequency. Thus, the lower limit value of the drive frequency is a value limited by the process speed and resolution, and is set to 10 kHz as a sufficient condition when the above conditions are assumed.

パルス電源21は、波高値を16V0−pとする定電圧制御で動作する。このとき、DC電源22は、パルス電源21の波高値と同一の直流電圧を印加する。イオンフロー型静電描画装置1の電圧電流特性から、環境変動、経時劣化等で、パルス電源21の波高値を上下させる必要もあるが、DC電源22の出力値は、常にパルス電源21の波高値と連動させる。 The pulse power supply 21 operates by constant voltage control in which the peak value is 16V 0-p . At this time, the DC power source 22 applies the same DC voltage as the peak value of the pulse power source 21. From the voltage-current characteristics of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1, it is necessary to raise and lower the peak value of the pulse power supply 21 due to environmental fluctuations, deterioration with time, etc., but the output value of the DC power supply 22 is always Link with high price.

このような条件でイオンフロー型静電描画装置1を駆動することで、下部電極3から上部電極6に向かう電子が放出され、放出された電子によって、空気中でイオンが形成される。このイオンが着弾可能なように、感光体25は、電子放出素子11の上部電極6に対向する位置に設置される。感光体25の表面に、イオンフロー型静電描画装置1によって生成されたイオンが着弾し、その結果、静電潜像が形成されることになる。   By driving the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 under such conditions, electrons from the lower electrode 3 toward the upper electrode 6 are emitted, and ions are formed in the air by the emitted electrons. The photoconductor 25 is installed at a position facing the upper electrode 6 of the electron emitter 11 so that the ions can land. Ions generated by the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 land on the surface of the photoreceptor 25, and as a result, an electrostatic latent image is formed.

感光体25は、イオンを回収するための静電界(回収電界)を形成するために、裏面に金属電極25aを備えており、この金属電極25aにはDC電源23が接続される。DC電源23は、金属電極25aに、DC電源22の出力値よりも大きな正電圧、たとえば、+600Vの電圧を発生させる。このようにDC電源23によって感光体25に電圧が印加されることで、感光体25とイオンフロー型静電描画装置1との間には、負極性イオンを回収するための、感光体25から電子放出素子11に向かう静電界(回収電界)が形成される。   The photoconductor 25 includes a metal electrode 25a on the back surface to form an electrostatic field (collection electric field) for collecting ions, and a DC power source 23 is connected to the metal electrode 25a. The DC power source 23 causes the metal electrode 25a to generate a positive voltage that is larger than the output value of the DC power source 22, for example, a voltage of + 600V. In this way, when a voltage is applied to the photoconductor 25 by the DC power source 23, a gap between the photoconductor 25 and the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is obtained from the photoconductor 25 for collecting negative ions. An electrostatic field (recovery field) toward the electron-emitting device 11 is formed.

一般的な放電を用いたイオン生成機構では、大気の電離領域=強電界領域であるので、生成されたイオンは、生成直後から大きな初速度を有する。しかしながら、電子放出素子11によって放出された電子は大気中の酸素分子に衝突を繰り返し、これによって酸素イオンが生成されるので、生成された時点での酸素イオンの初速度は、ほぼゼロと考えられる。そこで、上記のように回収電界によって、イオンを感光体25に向けて飛翔させている。   In an ion generation mechanism using a general discharge, since the atmospheric ionization region = strong electric field region, the generated ions have a large initial velocity immediately after the generation. However, since the electrons emitted by the electron-emitting device 11 repeatedly collide with oxygen molecules in the atmosphere, and oxygen ions are thereby generated, the initial velocity of oxygen ions at the time of generation is considered to be almost zero. . Therefore, the ions are caused to fly toward the photoconductor 25 by the recovery electric field as described above.

上記のように電子によって生成されたイオンは、同極性(負極性)であるので、互いに反発し、拡散する性質を有している。生成された時点でのイオンの初速度はほぼゼロと考えられるので、電子放出素子11によるイオンの走行時間は、一般的な放電を用いた場合に比べて長くなる。また、電子放出素子11は、凹部2a内に設けられるので、凹部2aの段差の分、走行距離が長くなる。よって、電子放出素子11から感光体25へ向かうイオン流は拡散し易くなっている。イオン流が拡散すると、感光体25上におけるイオンの着弾面積が、電子放出素子11における電子の放出面積に比べて大きくなってしまい、感光体25上の静電潜像がぼやけた像になってしまう。そこで、本発明では、フローティング電極24を設けて、イオンの拡散を抑制している。より詳細には、凹部2a内に配置される電子放出素子11を挟むように、凹部2aの底部2aaの表面に対して傾斜したフローティング電極24を設けることにより、回収電界を歪ませ、これによって、イオンの拡散を抑制し、解像度の高い潜像形成を可能としている。回収電界を歪ませる要因は、以下に説明するように、電界が導体表面から垂直方向にしか生じない物理現象にある。   Since ions generated by electrons as described above have the same polarity (negative polarity), they repel each other and have a property of diffusing. Since the initial velocity of ions at the time of generation is considered to be almost zero, the traveling time of ions by the electron-emitting device 11 becomes longer than that in the case of using a general discharge. Further, since the electron-emitting device 11 is provided in the recess 2a, the travel distance is increased by the level difference of the recess 2a. Therefore, the ion flow from the electron emitter 11 toward the photoconductor 25 is easily diffused. When the ion flow is diffused, the landing area of ions on the photoconductor 25 becomes larger than the electron emission area of the electron-emitting device 11, and the electrostatic latent image on the photoconductor 25 becomes a blurred image. End up. Therefore, in the present invention, the floating electrode 24 is provided to suppress ion diffusion. More specifically, the recovery electric field is distorted by providing the floating electrode 24 inclined with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a so as to sandwich the electron-emitting device 11 disposed in the recess 2a. Ion diffusion is suppressed, and a high-resolution latent image can be formed. The cause of distorting the recovery electric field is a physical phenomenon in which the electric field is generated only in the vertical direction from the conductor surface, as will be described below.

図4を用いて、フローティング電極24の作用を説明する。図4(a)は、2つのフローティング電極24が、凹部2aの底部2aaの表面に対して、それぞれ45°の傾きで設置された場合の、回収電界に対応する電気力線を示している。フローティング電極24が設けられない場合、電気力線は、感光体25から電子放出素子11へ向かって、紙面上から下へ真っ直ぐに延びるが、フローティング電極24が設けられることによって、電気力線は、凹部2aの幅方向において互いに遠ざかるように曲げられる。これは、導電体であるフローティング電極24が、感光体25から電子放出素子11へ向かう静電界中に設置されることで、フローティング電極24の、感光体25側の表面に、負極性の誘導電荷が生じるからである。誘導電荷が生じる要因は、静電界中に導電体が置かれると、導電体内部の電界を打ち消すように、導電体内の自由電子が移動するからである。図4(a)のように電気力線が曲がった状態、すなわち回収電界が歪んだ状態で負極性のイオンが生成されると、負極性のイオンは電気力線に沿って反対向きに進むので、凹部2aの幅方向において互いに近づくように進むことになり、その結果、イオンの拡散が抑制されることになる。   The operation of the floating electrode 24 will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows electric lines of force corresponding to the recovery electric field when the two floating electrodes 24 are respectively installed at an inclination of 45 ° with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a. In the case where the floating electrode 24 is not provided, the electric lines of force extend straight from the surface of the paper toward the electron-emitting device 11 from the photosensitive member 25. However, by providing the floating electrode 24, the electric lines of force are They are bent away from each other in the width direction of the recess 2a. This is because the floating electrode 24, which is a conductor, is placed in an electrostatic field from the photoconductor 25 to the electron-emitting device 11, so that negative induced charges are formed on the surface of the floating electrode 24 on the photoconductor 25 side. This is because. The cause of the induction charge is that when a conductor is placed in an electrostatic field, free electrons in the conductor move so as to cancel the electric field inside the conductor. When negative ions are generated in a state where the electric lines of force are bent as shown in FIG. 4A, that is, in a state where the recovery electric field is distorted, the negative ions proceed in the opposite direction along the electric lines of force. In the width direction of the recess 2a, the process advances toward each other, and as a result, ion diffusion is suppressed.

これに対して、図4(b)は、フローティング電極24を、仮に、凹部2aの底部2aaの表面に対して0°の傾きで、すなわち、底部2aaと平行に設置した場合の、回収電界に対応する電気力線を示している。このように設置された場合、電気力線の向きに変化は全く生じないので、イオンの拡散を抑制する効果は発揮されない。また、図4(c)は、フローティング電極24を、仮に、凹部2aの底部2aaの表面に対して90°の傾きで、すなわち、底部2aaと垂直に設置した場合の、回収電界に対応する電気力線を示している。このように設置された場合、フローティング電極24の上端に負極性の誘導電荷が生じ、フローティング電極24の下端が正極性となる。その結果、電子放出素子11によって生成された負極性のイオンは、フローティング電極24の下端に引き寄せられてしまうので、イオンはより拡散してしまう。   On the other hand, FIG. 4B shows a recovery electric field when the floating electrode 24 is installed at an inclination of 0 ° with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a, that is, in parallel with the bottom 2aa. The corresponding electric field lines are shown. When installed in this way, the direction of the electric lines of force does not change at all, so the effect of suppressing ion diffusion is not exhibited. FIG. 4C shows the electric field corresponding to the recovery electric field when the floating electrode 24 is installed at an inclination of 90 ° with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a, that is, perpendicular to the bottom 2aa. The field lines are shown. When installed in this manner, negative charge is generated at the upper end of the floating electrode 24, and the lower end of the floating electrode 24 becomes positive. As a result, the negative ions generated by the electron-emitting device 11 are attracted to the lower end of the floating electrode 24, so that the ions are more diffused.

フローティング電極24は、それぞれ、異なる向きで、凹部2aの底部2aaの表面に対して、45°の傾きで設置されることが好ましい。以下の表1は、実験で確認されたフローティング電極24の設置角度と、設置角度に対応する、イオンの拡散抑制効果とを示している。評価対象となる潜像画像は、600dpiの孤立ドットを1by1(40μmのドットを40μmの間隔で作製した像)とした。表1で、◎は、600dpiの孤立ドットが明瞭に作製された事を示し、○は、孤立ドットの像拡散が、20%以内に収まっている事を示し、△は、孤立ドットの像拡散が、50%以内に収まっている事を示している。また×は、600dpiの孤立ドットを認識するのが困難な程度に像のぼやけを生じていることを示す。   The floating electrodes 24 are preferably installed in different directions and with an inclination of 45 ° with respect to the surface of the bottom 2aa of the recess 2a. Table 1 below shows the installation angle of the floating electrode 24 confirmed in the experiment and the ion diffusion suppression effect corresponding to the installation angle. The latent image to be evaluated was an isolated dot of 600 dpi 1 by 1 (an image formed by 40 μm dots at intervals of 40 μm). In Table 1, ◎ indicates that an isolated dot of 600 dpi was clearly produced, ○ indicates that the image diffusion of the isolated dot is within 20%, and Δ indicates the image diffusion of the isolated dot. Indicates that it is within 50%. Further, x indicates that the image is blurred to the extent that it is difficult to recognize an isolated dot of 600 dpi.

Figure 2013099901
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表1に示すように、フローティング電極24の設置角度は、それぞれ、15°以上75°以下の範囲内で設定可能である。電子放出点となる絶縁層4の貫通孔8は、凹部2aの幅方向中央において、凹部2aの長手方向に沿って同じ高さで形成されるので、フローティング電極24の設置角度は、ともに45°にすることが好ましい。表1に示すように、設置角度をともに45°にすると、イオンの拡散抑制効果が最もよく現れる。   As shown in Table 1, the installation angle of the floating electrode 24 can be set within a range of 15 ° to 75 °. Since the through hole 8 of the insulating layer 4 serving as an electron emission point is formed at the same height along the longitudinal direction of the recess 2a at the center in the width direction of the recess 2a, both the installation angles of the floating electrodes 24 are 45 °. It is preferable to make it. As shown in Table 1, when the installation angles are both 45 °, the ion diffusion suppressing effect is most apparent.

次に、イオンフロー型静電描画装置1を構成する各部材の詳細について説明する。ガラス基板2に形成される微細な凹部2aは、底部2aaから遠ざかるにつれて開口度合いが大きくなるように、底部2aaの幅をたとえば300μmとし、開口幅をたとえば500μmとする。また、凹部2aの高さは、たとえば100μmである。凹部2aは、一般的なフォトリソグラフィーを用いたウェットエッチング法、またはダイサーを用いたダイシング加工で形成可能である。   Next, the detail of each member which comprises the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is demonstrated. The minute recess 2a formed in the glass substrate 2 has a width of the bottom 2aa of, for example, 300 μm and an opening width of, for example, 500 μm so that the degree of opening increases as the distance from the bottom 2aa increases. Moreover, the height of the recessed part 2a is 100 micrometers, for example. The recess 2a can be formed by a general wet etching method using photolithography or a dicing process using a dicer.

図5に、図3の一部分9を拡大して示す。図3および図5に示すように、複数の下部電極3は、400ラインをひとまとまりとして、ドット状に並んで形成される各電子放出点に臨む凹部2a内の位置から凹部2aの外側まで延びて形成され、ガラス基板2における凹部2aの左右に実装されたIC(Integrated Circuit)チップである各駆動ドライバ21Aに接続される。図1では、説明の都合上、駆動ドライバ21Aの代わりにパルス電源21を示しているが、電子放出素子11の実際の構成は、ガラス基板2上に各駆動ドライバ21Aを実装した図3の構成となる。   FIG. 5 shows an enlarged portion 9 of FIG. As shown in FIG. 3 and FIG. 5, the plurality of lower electrodes 3, with 400 lines as a group, extend from the position in the recess 2 a facing each electron emission point formed in a dot shape to the outside of the recess 2 a. And is connected to each drive driver 21A which is an IC (Integrated Circuit) chip mounted on the left and right of the recess 2a in the glass substrate 2. In FIG. 1, for convenience of explanation, the pulse power source 21 is shown instead of the drive driver 21 </ b> A, but the actual configuration of the electron-emitting device 11 is the configuration of FIG. 3 in which each drive driver 21 </ b> A is mounted on the glass substrate 2. It becomes.

後述するように、電子放出素子11は、微粒子層5に電流を生じさせて電子を放出するので、下部電極3は抵抗の小さな金属を厚膜で構成するのが好ましく、特に、数100nm以上の膜厚を有した銅を使用するのが好ましい。また、電子放出素子11駆動時の銅原子の移動を抑制するために、クロムやモリブデン等の高融点金属の薄膜を積層させることが好ましい。より具体的には、チタン、クロム、モリブデン薄膜で、数100nm以上の膜厚の銅を挟み込んで形成される積層膜がよい。たとえば、ガラス基板2表面にチタンを200nm成膜し、その上に銅を1000nm成膜し、その上に再びチタンを50nm成膜した金属薄膜が有用である。また、ガラス基板2表面にクロムを150nm成膜し、その上に銅を300nm成膜し、その上に再びクロムを50nm成膜した金属薄膜も有用である。   As will be described later, since the electron-emitting device 11 generates an electric current in the fine particle layer 5 and emits electrons, the lower electrode 3 is preferably composed of a metal having a small resistance, and is particularly a few hundred nm or more. It is preferable to use copper having a film thickness. In order to suppress the movement of copper atoms when driving the electron-emitting device 11, it is preferable to stack a thin film of a refractory metal such as chromium or molybdenum. More specifically, a laminated film formed by sandwiching copper having a thickness of several hundreds nm or more with a thin film of titanium, chromium, and molybdenum is preferable. For example, a metal thin film in which titanium is formed to a thickness of 200 nm on the surface of the glass substrate 2, copper is formed to a thickness of 1000 nm, and titanium is again formed to a thickness of 50 nm is useful. Also useful is a metal thin film in which a chromium film of 150 nm is formed on the surface of the glass substrate 2, a copper film of 300 nm is formed thereon, and a chromium film of 50 nm is formed thereon again.

下部電極3上に形成される絶縁層4は、電子放出点となる貫通孔8を有する。この絶縁層4の貫通孔8の下方には、上述したように、下部電極3がそれぞれ形成されている。絶縁層4は、凹部2a内の位置から凹部2aの外側まで延びて形成される。   The insulating layer 4 formed on the lower electrode 3 has a through hole 8 serving as an electron emission point. As described above, the lower electrodes 3 are respectively formed below the through holes 8 of the insulating layer 4. The insulating layer 4 is formed to extend from a position in the recess 2a to the outside of the recess 2a.

電子放出点となる貫通孔8の大きさは、静電潜像の解像度を決定するパラメータである。照射後のイオン拡散を考慮すると、600dpiの解像度を得るためには、その開口直径は30μmとするのがよい。   The size of the through-hole 8 serving as an electron emission point is a parameter that determines the resolution of the electrostatic latent image. Considering ion diffusion after irradiation, the aperture diameter is preferably 30 μm in order to obtain a resolution of 600 dpi.

絶縁層4は、電気的絶縁性能、耐熱性、表面硬度、そして任意のパターン形成処理の容易さから、アクリル樹脂から形成するのが好ましい。アクリル樹脂は、たとえば感光性アクリル樹脂である。感光性アクリル樹脂のベースポリマーは、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとのポリマーであり、感光剤としてナフトキシジアジド系ポジ型感光剤を含む。アクリル樹脂から形成される絶縁層4の膜厚は、1μm程度である。絶縁層4の膜厚は、微粒子層5の形成のし易さを考慮して、微粒子層5の膜厚の2倍程度に設定される。たとえば、アクリル樹脂から形成された絶縁層4の膜厚が1μmよりも大きい場合、スピンコート法によって膜厚500μm程度の微粒子層5を形成しようとするときに支障が生じる。なお、アクリル樹脂から形成された絶縁層4の膜厚が1μmよりも小さい場合、絶縁層4の絶縁性が低下するので、電子放出素子11の電気的耐圧に問題が生じる。   The insulating layer 4 is preferably formed from an acrylic resin in view of electrical insulation performance, heat resistance, surface hardness, and ease of arbitrary pattern formation processing. The acrylic resin is, for example, a photosensitive acrylic resin. The base polymer of the photosensitive acrylic resin is a polymer of methacrylic acid and glycidyl methacrylate, and includes a naphthoxydiazide positive photosensitive agent as the photosensitive agent. The thickness of the insulating layer 4 formed from acrylic resin is about 1 μm. The film thickness of the insulating layer 4 is set to about twice the film thickness of the fine particle layer 5 in consideration of the ease of forming the fine particle layer 5. For example, when the thickness of the insulating layer 4 made of acrylic resin is larger than 1 μm, a problem occurs when trying to form the fine particle layer 5 having a thickness of about 500 μm by the spin coating method. In addition, when the film thickness of the insulating layer 4 formed from the acrylic resin is smaller than 1 μm, the insulating property of the insulating layer 4 is deteriorated, which causes a problem in the electric withstand voltage of the electron-emitting device 11.

微粒子層5は、絶縁層4の貫通孔8に充填されるとともに、凹部2aの底部2aaの上において、絶縁層4に積層される。微粒子層5は、絶縁性微粒子および導電性微粒子を含んでおり、これらの微粒子はともにナノサイズの微粒子である。絶縁性微粒子は、たとえば、二酸化ケイ素(略称「シリカ」、以下「SiO」と称する)から形成されるシリカ微粒子である。ただし、これに限らず、絶縁性微粒子の材料は、絶縁性を有し、かつ、電子トラップとして機能する適当な表面準位を有する材料であればよく、SiOのほか、酸化アルミニウム(以下「Al」と称する)および二酸化チタン(以下「TiO」と称する)から選ばれる材料を主成分とすればよい。SiO、Al、およびTiOのように絶縁性が高い材料であれば、微粒子層5の抵抗値を所望の値に調整することが容易となる。また、これらの酸化物を用いることで、酸化が生じ難い電子放出素子11を実現することができ、イオンフロー型静電描画装置1の劣化を防止することができる。 The fine particle layer 5 is filled in the through hole 8 of the insulating layer 4 and is laminated on the insulating layer 4 on the bottom 2aa of the recess 2a. The fine particle layer 5 includes insulating fine particles and conductive fine particles, both of which are nano-sized fine particles. The insulating fine particles are, for example, silica fine particles formed from silicon dioxide (abbreviated as “silica”, hereinafter referred to as “SiO 2 ”). However, the material of the insulating fine particles is not limited to this, and may be any material having an insulating property and an appropriate surface level functioning as an electron trap. In addition to SiO 2 , aluminum oxide (hereinafter “ A material selected from “Al 2 O 3 ” and titanium dioxide (hereinafter referred to as “TiO 2 ”) may be a main component. If the material has high insulating properties such as SiO 2 , Al 2 O 3 , and TiO 2 , it is easy to adjust the resistance value of the fine particle layer 5 to a desired value. In addition, by using these oxides, it is possible to realize the electron-emitting device 11 that is less likely to be oxidized, and to prevent the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 from being deteriorated.

絶縁性微粒子による電子トラップはエネルギー障壁となり、電界電子放出の種になると考えられる。よって、絶縁性微粒子の材料としては、非晶質の構造が優位となる。そこで、たとえば、キャボット社のヒュームドシリカC413などの、非晶質の絶縁性微粒子を利用することが好ましい。   It is considered that the electron trap by the insulating fine particles becomes an energy barrier and becomes a seed of field electron emission. Therefore, an amorphous structure is dominant as a material for the insulating fine particles. Therefore, it is preferable to use amorphous insulating fine particles such as fumed silica C413 manufactured by Cabot Corporation.

絶縁性微粒子の平均粒径は、たとえば50nmである。ここで、平均粒径は、電子顕微鏡で撮影した所定の個数の各粒子における、円相当径の算術平均値である。絶縁性微粒子は、平均粒径が10nm〜1000nmであるものが好ましく、10nm〜200nmであるものがより好ましい。絶縁性微粒子は、粒径の分散状態が平均粒径に対してブロードであってもよく、たとえば平均粒径50nmの微粒子は、20nm〜100nmの範囲にその粒径が広く分布していても問題なく、このような分散状態でも、絶縁性微粒子の粒径が上述した平均粒径の範囲を満たせばよい。   The average particle diameter of the insulating fine particles is, for example, 50 nm. Here, the average particle diameter is an arithmetic average value of equivalent circle diameters of a predetermined number of particles taken with an electron microscope. The insulating fine particles preferably have an average particle diameter of 10 nm to 1000 nm, and more preferably 10 nm to 200 nm. Insulating fine particles may have a broad dispersion relative to the average particle size. For example, fine particles having an average particle size of 50 nm may have a problem even if the particle size is widely distributed in the range of 20 nm to 100 nm. Even in such a dispersed state, it is only necessary that the particle diameter of the insulating fine particles satisfies the above-described range of the average particle diameter.

平均粒径が10nmよりも小さいと、粒子間に働く力が強いために粒子が凝集し易く、微粒子層5中での分散が困難になる。平均粒径が1000nmよりも大きいと、分散性は良いものの、薄膜に形成される微粒子層5の空隙が大きくなり、微粒子層5の抵抗の調整が困難になる。そのため、平均粒径は、上述した平均粒径であることが好ましい。   When the average particle size is smaller than 10 nm, the force acting between the particles is strong, so that the particles are likely to aggregate and dispersion in the fine particle layer 5 becomes difficult. If the average particle diameter is larger than 1000 nm, the dispersibility is good, but the voids of the fine particle layer 5 formed in the thin film become large, and it becomes difficult to adjust the resistance of the fine particle layer 5. Therefore, the average particle diameter is preferably the above-described average particle diameter.

微粒子層5の表面の凹凸は、微粒子層5に形成される電界強度に不均一を生じる。特に、微粒子層5の表面の凹部は、局所的な強電界の部分を形成するので、導電路が集中してしまう傾向がある。この状態が顕著な場合、電子放出点が凹部に集中し、電子放出を面状に維持することができなくなる。そこで、この現象を緩和させるために、絶縁性微粒子の平均粒径は200nmよりも小さいことが好ましい。   The unevenness of the surface of the fine particle layer 5 causes nonuniformity in the electric field strength formed in the fine particle layer 5. In particular, since the concave portion on the surface of the fine particle layer 5 forms a portion of a local strong electric field, the conductive path tends to concentrate. When this state is remarkable, the electron emission points are concentrated in the concave portion, and the electron emission cannot be maintained in a planar shape. Therefore, in order to alleviate this phenomenon, the average particle size of the insulating fine particles is preferably smaller than 200 nm.

導電性微粒子は、たとえば銀から形成される。これに限らず、導電性微粒子は、電子放出素子11が大気中で酸化して劣化するのを防ぐために、貴金属を用いて形成されるのが好ましい。たとえば、導電性微粒子は、銀のほか、金、白金、パラジウム、またはニッケルを主成分とする金属材料から形成されるのが好ましい。導電性微粒子は、公知の微粒子製造技術であるスパッタ法や噴霧加熱法を用いて形成可能であり、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子等の市販の金属微粒子粉体を利用可能である。   The conductive fine particles are made of, for example, silver. However, the conductive fine particles are preferably formed using a noble metal in order to prevent the electron-emitting device 11 from being oxidized and deteriorated in the atmosphere. For example, the conductive fine particles are preferably formed from a metal material containing gold, platinum, palladium, or nickel as a main component in addition to silver. Conductive fine particles can be formed using a known fine particle production technique such as sputtering or spray heating, and commercially available metal fine particle powders such as silver nanoparticles produced and sold by Applied Nano Laboratory can be used. .

導電性微粒子の平均粒径は、たとえば10nmである。導電性微粒子としては、微粒子層5の導電性を制御するために、絶縁性微粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径のものを用いる。したがって、導電性微粒子の平均粒径は、3nm〜20nmであるのが好ましい。導電性微粒子の平均粒径を、絶縁性微粒子の平均粒径よりも小さくすることによって、微粒子層5内で、導電性微粒子による導電パスが形成されず、微粒子層5内での絶縁破壊が起こり難くなる。平均粒径が3nm以下では、凝集力が強すぎるために、粒径を維持することができない。また、平均粒径の上限を20nmとしているのは、イオンフロー型静電描画装置1の製造工程からの制限である。具体的には、導電性微粒子の粒径があまりに大きいと、絶縁性微粒子であるシリカ微粒子との質量差から、成膜時に導電性微粒子が沈降し、導電性微粒子の分散状態を維持することが難しくなる。   The average particle diameter of the conductive fine particles is, for example, 10 nm. As the conductive fine particles, those having an average particle size smaller than the average particle size of the insulating fine particles are used in order to control the conductivity of the fine particle layer 5. Therefore, the average particle diameter of the conductive fine particles is preferably 3 nm to 20 nm. By making the average particle size of the conductive fine particles smaller than the average particle size of the insulating fine particles, a conductive path is not formed by the conductive fine particles in the fine particle layer 5, and dielectric breakdown occurs in the fine particle layer 5. It becomes difficult. When the average particle size is 3 nm or less, the cohesive force is too strong, so that the particle size cannot be maintained. In addition, the upper limit of the average particle diameter is set to 20 nm is a limitation from the manufacturing process of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1. Specifically, if the particle size of the conductive fine particles is too large, the conductive fine particles may settle during film formation due to a mass difference from the silica fine particles that are insulating fine particles, and the conductive fine particles may be maintained in a dispersed state. It becomes difficult.

微粒子層5は、絶縁性微粒子と導電性微粒子とが、結着材であるシリコーン樹脂で固着されている。シリコーン樹脂は、微粒子層5の機械的強度向上に加えて、撥水機能を有するので、水分子の微粒子層5への付着を抑制する。このため、大気中での微粒子層5の電気抵抗が安定する。したがって、湿度変動を伴う大気中でも、安定して動作するイオンフロー型静電描画装置1を実現することができる。このシリコーン樹脂としては、たとえば、東レ・ダウコーニング・シリコン株式会社製の室温・湿気硬化タイプのSR2411シリコーン樹脂が有用である。   In the fine particle layer 5, insulating fine particles and conductive fine particles are fixed with a silicone resin as a binder. Since the silicone resin has a water repellent function in addition to the improvement of the mechanical strength of the fine particle layer 5, the adhesion of water molecules to the fine particle layer 5 is suppressed. For this reason, the electrical resistance of the fine particle layer 5 in the atmosphere is stabilized. Therefore, it is possible to realize the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 that operates stably even in the atmosphere with humidity fluctuation. As this silicone resin, for example, room temperature / humidity curing type SR2411 silicone resin manufactured by Toray Dow Corning Silicon Co., Ltd. is useful.

微粒子層5は、その膜厚が300nm〜500nmである。この膜厚は、微粒子層5に電流路を形成するための通電処理、いわゆるフォーミングという前処理に要する電力量によって制限される。   The fine particle layer 5 has a film thickness of 300 nm to 500 nm. This film thickness is limited by the amount of power required for energization processing for forming a current path in the fine particle layer 5, ie, so-called forming preprocessing.

本来絶縁体として振舞う微粒子層5は、気温25℃、相対湿度20〜60%の大気中で、ゆっくりとした昇圧速度で電圧を印加することで、電流が生じるようになる。これがフォーミングと呼ばれる処理であり、この処理が済んだ電子放出素子11は、必要な電圧を印加することで、電子を放出可能となる。微粒子層5の膜厚によってフォーミングに要する電圧値、電流値は異なり、薄い場合には低電圧でよく、厚い場合には高電圧の印加を必要とする。後述するように、電子放出機構は熱電界放出と考えられるので、一定の電子放出を行うようにフォーミング処理を実施するために、微粒子層5が薄い場合には、電界放出による電子放出を強くし、微粒子層5が厚い場合には、熱によるエネルギー障壁の低下(熱によるアシスト)の影響を強くする。したがって、微粒子層5が厚い場合には、熱の果たす役割が増加し、フォーミング時に、電子放出素子11全体で消費する電力量が大きくなる。全体の消費電力量が増加すると、それに伴って、ガラス基板2で消費される電力量も増加するので、ガラス基板2の表面に形成された下部電極3の破壊を招く。すなわち、消費電力量の増加に伴って、下部電極3の構成要素である高融点金属膜(金属の中では電気抵抗が大きい)でジュール熱が発生し、ガラス基板2および下部電極3の電流路に当る部分を集中的に温めてしまう。この結果、ガラス基板2の熱膨張率と下部電極3の熱膨張率との違いが引き金となって、下部電極3に破損が生じてしまう。この現象を防止するためには、微粒子層5が厚い場合には、電圧をあまり上昇させないように制御する必要があるが、そうすると、電子放出に要する電圧を印加できなくなる。微粒子層5の膜厚500nmという上限値は、膜厚別のフォーミング特性評価によって確認された値であり、微粒子層5の膜厚が500nm以下であれば、上記の現象を起こさずに、電子放出に要する電圧を印加することが可能になる。   The fine particle layer 5 that originally behaves as an insulator generates a current when a voltage is applied at a slow pressure increase rate in an atmosphere having a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 20 to 60%. This is a process called forming, and the electron-emitting device 11 that has completed this process can emit electrons by applying a necessary voltage. The voltage value and the current value required for forming differ depending on the film thickness of the fine particle layer 5, and a low voltage may be used when it is thin, and a high voltage needs to be applied when it is thick. As will be described later, since the electron emission mechanism is considered to be thermal field emission, in order to perform the forming process so as to perform constant electron emission, when the fine particle layer 5 is thin, electron emission by field emission is strengthened. When the fine particle layer 5 is thick, the influence of a decrease in energy barrier due to heat (heat assist) is strengthened. Therefore, when the fine particle layer 5 is thick, the role played by heat is increased, and the amount of power consumed by the entire electron-emitting device 11 is increased during forming. When the total power consumption increases, the power consumed by the glass substrate 2 increases accordingly, which causes the lower electrode 3 formed on the surface of the glass substrate 2 to be destroyed. That is, as the power consumption increases, Joule heat is generated in the refractory metal film (the electric resistance is large in the metal) that is a component of the lower electrode 3, and the current path of the glass substrate 2 and the lower electrode 3. The part that hits will be warmed intensively. As a result, the difference between the thermal expansion coefficient of the glass substrate 2 and the thermal expansion coefficient of the lower electrode 3 is triggered, and the lower electrode 3 is damaged. In order to prevent this phenomenon, when the fine particle layer 5 is thick, it is necessary to control so that the voltage is not increased so much, but in this case, the voltage required for electron emission cannot be applied. The upper limit value of the film thickness 500 nm of the fine particle layer 5 is a value confirmed by forming characteristic evaluation for each film thickness. If the film thickness of the fine particle layer 5 is 500 nm or less, the above phenomenon does not occur and electron emission is not caused. The required voltage can be applied.

膜厚300nmという下限値は、現状のスピンコート法による下限値である。微粒子層5は、より薄く形成する工夫を施すことで、さらなる性能の向上が望めると考えられる。   The lower limit value of the film thickness of 300 nm is the lower limit value by the current spin coating method. It is considered that further improvement in performance can be expected by making the fine particle layer 5 thinner.

微粒子層5上には、上部電極6が積層される。下部電極3が、電子放出点に合わせてパターン処理された電極であるのに対して、上部電極6は、各下部電極3および各電子放出点に共通な、べた膜である。上部電極6は、凹部2aの長手方向に沿って全電子放出点に対向して設けられており、幅は、たとえば100μm〜280μmである。上部電極6は、電極としての機能と、大気中での酸化抑制の機能とを有する材料であればよく、たとえば、金およびパラジウムからなる金属膜が好ましい。   On the fine particle layer 5, an upper electrode 6 is laminated. The lower electrode 3 is an electrode patterned according to the electron emission point, whereas the upper electrode 6 is a solid film common to each lower electrode 3 and each electron emission point. The upper electrode 6 is provided so as to face all the electron emission points along the longitudinal direction of the recess 2a, and has a width of, for example, 100 μm to 280 μm. The upper electrode 6 may be a material having a function as an electrode and a function of suppressing oxidation in the atmosphere. For example, a metal film made of gold and palladium is preferable.

上部電極6の膜厚は、各電子放出点から外部へ電子を効率よく放出させるための条件として重要なパラメータであり、15nm〜100nmの範囲内であることが好ましい。上部電極6の膜厚が15nmよりも小さいと、導電性を保持できない。恐らく、微粒子層5の表面の凹凸が、15nmを遥かに超えるためと考えられる。また、上部電極6の膜厚が100nmを超える場合には、電子放出量が極端に減少してしまう。電子放出量の減少は、上部電極6が電子を吸収または反射することにより、電子の放出効率を低下させるためであると考えられる。   The film thickness of the upper electrode 6 is an important parameter as a condition for efficiently emitting electrons from each electron emission point to the outside, and is preferably in the range of 15 nm to 100 nm. If the thickness of the upper electrode 6 is smaller than 15 nm, the conductivity cannot be maintained. Presumably, the irregularities on the surface of the fine particle layer 5 far exceed 15 nm. Moreover, when the film thickness of the upper electrode 6 exceeds 100 nm, the amount of electron emission is extremely reduced. The decrease in the amount of electron emission is considered to be due to the electron emission efficiency being reduced by the upper electrode 6 absorbing or reflecting electrons.

バス配線7は、上部電極6上に形成され、凹部2aの長手方向において上部電極6全体に亘って設けられる。バス配線7の幅は、上部電極6の幅よりも小さく、たとえば10μm〜50μmである。また、バス配線7の膜厚は、たとえば、500nm〜1000nmである。バス配線7を設ける理由は、電子放出素子11の最上層の電極が上部電極6のみであると、上部電極6に生じる電位降下で、一様な電圧を印加できなくなるからである。すなわち、100nm以下の薄膜で構成する必要のある上部電極6は、導電材料で形成されているとはいえ、抵抗値が高くなってしまうので、電流量の増加に比例して電位降下を生じてしまう。また、電子放出素子11は、各電子放出点が一方向に長く整列した構造であるので、電子放出素子11の長手方向で電位降下が発生し易い。それ故、上部電極6への電気供給点から遠い部分では、十分な電圧が掛らず電子放出量の低下(ばらつき)を発生してしまう。これを防止するために、バス配線7が設けられる。   The bus wiring 7 is formed on the upper electrode 6 and is provided over the entire upper electrode 6 in the longitudinal direction of the recess 2a. The width of the bus wiring 7 is smaller than the width of the upper electrode 6 and is, for example, 10 μm to 50 μm. The film thickness of the bus wiring 7 is, for example, 500 nm to 1000 nm. The reason why the bus wiring 7 is provided is that when the uppermost electrode 6 is the uppermost electrode of the electron-emitting device 11, a uniform voltage cannot be applied due to a potential drop generated in the upper electrode 6. That is, although the upper electrode 6 that needs to be formed of a thin film of 100 nm or less is made of a conductive material, the resistance value becomes high, so that a potential drop occurs in proportion to the increase in the amount of current. End up. In addition, since the electron emission element 11 has a structure in which the respective electron emission points are aligned long in one direction, a potential drop is likely to occur in the longitudinal direction of the electron emission element 11. Therefore, a sufficient voltage is not applied at a portion far from the electricity supply point to the upper electrode 6, resulting in a decrease (variation) in the amount of electron emission. In order to prevent this, bus wiring 7 is provided.

バス配線7は、電子放出素子11の長手方向に亘って、電子放出点上以外の位置で、上部電極6に重ねて設けられる、金属層である。バス配線7は、電気抵抗が問題にならない程度に十分な膜厚を有するので、上部電極6の面方向において電位分布に偏りのない一様な電圧印加が可能となる。これによって、電子放出素子11の各電子放出点で一様に電子を放出させることができ、その結果、感光体25に、イオンを一様に照射することが可能になる。   The bus wiring 7 is a metal layer provided so as to overlap the upper electrode 6 at a position other than on the electron emission point over the longitudinal direction of the electron emission element 11. Since the bus wiring 7 has a sufficient film thickness that electrical resistance does not become a problem, it is possible to apply a uniform voltage without biasing the potential distribution in the surface direction of the upper electrode 6. As a result, electrons can be uniformly emitted at each electron emission point of the electron-emitting device 11, and as a result, the photosensitive member 25 can be irradiated with ions uniformly.

フローティング電極24は、凹部2aの2つの側壁部2abそれぞれに、絶縁層4を介して設置される金属製の矩形平板である。フローティング電極24は、凹部2aの長手方向に沿って電子放出点が存在する範囲に設けられ、幅がたとえば100μm〜120μmであり、膜厚がたとえば500nm〜1000nmである。フローティング電極24の材質は、電極の酸化抑制の観点から、金等の貴金属であることが好ましい。フローティング電極24は、一般的なフォトリソグラフィーで加工形成が可能である。   The floating electrode 24 is a metal rectangular flat plate that is installed on each of the two side wall portions 2ab of the concave portion 2a via the insulating layer 4. The floating electrode 24 is provided in a range where electron emission points exist along the longitudinal direction of the recess 2a, has a width of, for example, 100 μm to 120 μm, and a film thickness of, for example, 500 nm to 1000 nm. The material of the floating electrode 24 is preferably a noble metal such as gold from the viewpoint of suppressing oxidation of the electrode. The floating electrode 24 can be processed and formed by general photolithography.

このように構成される電子放出素子11において、下部電極3と上部電極6との間に、上部電極6が正極電位となるように電圧が印加されると、下部電極3から供給される電子が微粒子層5を通過して上部電極6へ移動する際に、該電子に何らかのエネルギーが与えられ、該電子が上部電極6から外部の空間へ放出される。   In the electron-emitting device 11 configured as described above, when a voltage is applied between the lower electrode 3 and the upper electrode 6 so that the upper electrode 6 has a positive potential, electrons supplied from the lower electrode 3 are When moving to the upper electrode 6 through the fine particle layer 5, some energy is given to the electrons, and the electrons are emitted from the upper electrode 6 to the external space.

電子放出に至る物理現象については、現時点で不明な点が多く、推測の域を出ないが、微粒子層5を流れる電流によるジュール熱と、微粒子層5内に形成される局所的な強電界領域とが関わっていると予想される。   There are many unclear points about the physical phenomenon that leads to electron emission at the present time, and there is no estimation, but the Joule heat caused by the current flowing through the fine particle layer 5 and the local strong electric field region formed in the fine particle layer 5 Is expected to be involved.

一般的に、電子が固体内部から外部へ放出される物理機構として、熱電子放出、光電子放出、電界電子放出、および2次電子放出などが知られている。熱電子放出は、フェルミ準位(ゼロKで電子が充たされている準位)と真空準位とのエネルギー障壁に相当するエネルギ(仕事関数)を、熱により与えることで、電子を真空中へ放出させる現象である。また、電界電子放出(冷電界電子放出)は、金属表面と真空との間に形成される電界強度を1×10V/m程度とし、エネルギー障壁を非常に薄くすることで、室温程度でも、トンネル効果により、電子を真空中へ放出させる現象である。この熱電子放出と電界電子放出とが混交した現象は熱電界放出と呼ばれ、電子放出素子11の電子放出機構として、最も妥当な機構と考えられる。すなわち、ジュール熱による見かけの仕事関数の低下と、強電界によるエネルギー障壁の低下およびトンネル現象とが合わさって、電子放出に至ると考えられる。 Generally, thermal electron emission, photoelectron emission, field electron emission, secondary electron emission, and the like are known as physical mechanisms by which electrons are emitted from the inside to the outside of the solid. Thermionic emission is performed by applying energy (work function) corresponding to the energy barrier between the Fermi level (level filled with electrons at zero K) and the vacuum level by heat. It is a phenomenon that is released. In addition, field electron emission (cold field electron emission) is achieved by setting the electric field strength formed between the metal surface and the vacuum to about 1 × 10 9 V / m and making the energy barrier very thin, even at about room temperature. This is a phenomenon in which electrons are emitted into vacuum by the tunnel effect. This phenomenon in which thermionic emission and field electron emission are mixed is called thermal field emission, and is considered to be the most appropriate mechanism as the electron emission mechanism of the electron emitter 11. That is, it is considered that electron emission is caused by a combination of a decrease in the apparent work function due to Joule heat, a decrease in the energy barrier due to a strong electric field, and a tunnel phenomenon.

以上のようなイオンフロー型静電描画装置1の製造方法について説明する。まず、ガラス基板2を用意し、このガラス基板2の表面に、ダイシング加工でテーパーの付いた溝(凹部2a)を形成する。凹部2aの底部2aaの幅はたとえば300μmであり、開口幅はたとえば500μmであり、凹部2aの高さはたとえば100μmである。この凹部2aの底部2aaの表面において、凹部2aの幅方向中央の位置で、凹部2aの長手方向に沿って、φ34μmの円形電極島を、円の中心間距離を42μmとして、5000点形成する。そして、400点の円形電極島をひとまとまりとして、各円形電極島から凹部2aの側壁部2abの表面を伝って凹部2aの外側まで、電極ラインを凹部2aの左右に引き出す。円形電極島と電極ラインとが、下部電極3となる。電極ラインのパターニング処理は、一般的なフォトリソグラフィー処理とスパッタ処理とを用いて行われる。電極ラインの構成は、ガラス基板2側から順に、クロム層150nm、銅層300nm、クロム層50nmの積層構造である。   A method for manufacturing the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 as described above will be described. First, a glass substrate 2 is prepared, and a tapered groove (concave portion 2a) is formed on the surface of the glass substrate 2 by dicing. The width of the bottom 2aa of the recess 2a is, for example, 300 μm, the opening width is, for example, 500 μm, and the height of the recess 2a is, for example, 100 μm. On the surface of the bottom 2aa of the recess 2a, a circular electrode island of φ34 μm is formed at 5000 positions along the longitudinal direction of the recess 2a at the center in the width direction of the recess 2a with a distance between the centers of the circles of 42 μm. Then, taking 400 electrode islands as a group, electrode lines are drawn to the left and right of the recess 2a from each circular electrode island to the outside of the recess 2a through the surface of the side wall 2ab of the recess 2a. The circular electrode island and the electrode line become the lower electrode 3. The electrode line patterning process is performed using a general photolithography process and a sputtering process. The configuration of the electrode line is a laminated structure of a chromium layer 150 nm, a copper layer 300 nm, and a chromium layer 50 nm in order from the glass substrate 2 side.

次に、φ30μmの貫通孔8を有する絶縁層4を積層する。このとき、円形電極島の中心線と貫通孔8の中心線とが一致するように積層する。絶縁層4は、ガラス基板2表面の凹部2aから外部に引き出された電極ラインの一部までを覆うように、凹部2a内から凹部2aの外側まで形成される。絶縁層4の形成は、たとえば、感光性アクリル樹脂材料を含んだ溶液をガラス基板2上にスピンコート塗布した後、プレベーキング、貫通孔8のパターン露光、アルカリ現像、および純水洗浄によって行われる。   Next, the insulating layer 4 having a through hole 8 having a diameter of 30 μm is laminated. At this time, the lamination is performed so that the center line of the circular electrode island and the center line of the through hole 8 coincide. The insulating layer 4 is formed from the inside of the recess 2a to the outside of the recess 2a so as to cover a part of the electrode line drawn out from the recess 2a on the surface of the glass substrate 2. The insulating layer 4 is formed, for example, by applying a solution containing a photosensitive acrylic resin material on the glass substrate 2 by spin coating, followed by pre-baking, pattern exposure of the through-holes 8, alkali development, and pure water cleaning. .

具体的には、まず、硬化後に1μmの膜厚となるように、感光性アクリル樹脂を含んだ溶液をスピンコート塗布法によりガラス基板2上に塗布する。感光性アクリル樹脂のベースポリマーは、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとのポリマーである。このポリマーが塗布されたガラス基板2は、プリベークされ、感光性アクリル樹脂の溶媒、たとえば乳酸エチル等の溶媒の乾燥が行なわれ、再度熱硬化される。アクリル樹脂が塗布されたガラス基板2に対して、貫通孔8を形成するための金属マスクパターンを重ね、露光を行う。金属マスクパターンが重ねられて露光されたアクリル樹脂は、露光後に、アルカリ性溶液で現像処理される。アルカリ性溶液によって、露光された部分のアクリル樹脂がエッチングされて、所望の位置に貫通孔8が得られる。さらに、貫通孔8が形成されたアクリル樹脂は、純水によって、表面に残った現像液が洗浄された後、ホットプレートで加熱され、架橋反応によって硬化する。   Specifically, first, a solution containing a photosensitive acrylic resin is applied onto the glass substrate 2 by a spin coat application method so that the film thickness becomes 1 μm after curing. The base polymer of the photosensitive acrylic resin is a polymer of methacrylic acid and glycidyl methacrylate. The glass substrate 2 coated with this polymer is pre-baked, dried with a solvent of a photosensitive acrylic resin, for example, a solvent such as ethyl lactate, and thermally cured again. On the glass substrate 2 to which the acrylic resin is applied, a metal mask pattern for forming the through hole 8 is overlapped and exposed. The acrylic resin exposed with the metal mask pattern superimposed is developed with an alkaline solution after exposure. The exposed portion of the acrylic resin is etched by the alkaline solution, and the through hole 8 is obtained at a desired position. Further, the acrylic resin in which the through holes 8 are formed is heated by a hot plate after the developer remaining on the surface is washed with pure water, and is cured by a crosslinking reaction.

絶縁層4の形成後、フローティング電極24を形成する。フローティング電極24は、一般的なフォトリソグラフィーで加工形成する。フローティング電極24は、凹部2aの2つの側壁部2abそれぞれに、絶縁層4を介して設置される。フローティング電極24は、凹部2aの長手方向に沿って貫通孔8が存在する範囲に亘って設けられ、幅がたとえば100μmであり、膜厚がたとえば500nmである。   After the formation of the insulating layer 4, the floating electrode 24 is formed. The floating electrode 24 is processed and formed by general photolithography. The floating electrode 24 is disposed on each of the two side wall portions 2ab of the recess 2a via the insulating layer 4. The floating electrode 24 is provided over a range where the through hole 8 exists along the longitudinal direction of the recess 2a, has a width of, for example, 100 μm, and a film thickness of, for example, 500 nm.

次に、微粒子層5を形成する。そのために、微粒子層5の材料となる微粒子分散液を作製する。微粒子分散液は、溶媒に、絶縁性微粒子と導電性微粒子とを順に投入し、超音波分散器にかけて分散させて得られる。分散溶媒としては、トルエン、ベンゼン、キシレン、またはn−ヘキサン等を用いることができる。なお、分散法は、超音波分散器に限らず、それ以外の方法で分散させてもよい。さらに、各微粒子の結着材として、シリコーン樹脂を添加する。各材料の詳細および混合量は、たとえば、溶媒としてn−ヘキサンが1.5g、絶縁性微粒子として、キャボット社製の平均粒径50nmのヒュームドシリカC413が0.05g、導電性微粒子として、応用ナノ研究所製のアルコラート絶縁被覆を有した平均粒径10nmの銀ナノ粒子が0.012g、シリコーン樹脂として、東レ・ダウコーニング社製の室温・湿気硬化タイプのSR2411シリコーン樹脂が0.44gである。   Next, the fine particle layer 5 is formed. For this purpose, a fine particle dispersion that is a material of the fine particle layer 5 is prepared. The fine particle dispersion is obtained by sequentially adding insulating fine particles and conductive fine particles to a solvent and dispersing them by an ultrasonic disperser. As the dispersion solvent, toluene, benzene, xylene, n-hexane or the like can be used. The dispersion method is not limited to the ultrasonic disperser, but may be dispersed by other methods. Further, a silicone resin is added as a binder for each fine particle. Details and mixing amounts of each material include, for example, 1.5 g of n-hexane as a solvent, 0.05 g of fumed silica C413 having an average particle size of 50 nm manufactured by Cabot, and conductive fine particles. 0.012 g of silver nanoparticles having an alcoholate insulation coating manufactured by Nano Laboratory and having an average particle diameter of 10 nm are 0.44 g of silicone resin and room temperature / moisture-curing SR2411 silicone resin manufactured by Toray Dow Corning. .

このようにして作製した微粒子分散液を、下部電極3、絶縁層4、およびフローティング電極24が形成されたガラス基板2の凹部2a内に、たとえば、スピンコート法やインクジェット法などによって、膜厚が300nm〜400nmとなるように塗布する。微粒子分散液を塗布した後、ガラス基板2ごと塗布物を150℃で1分間加熱し、溶媒を蒸発させ、凹部2a内に、微粒子およびシリコーン樹脂を含んだ層状体を形成する。溶媒の蒸発後、ガラス基板2の凹部2aの底部2aaの上以外に形成された層状体を、ウェスまたはスクレーパーを使用して掻き取る。特に、凹部2aの側壁部2ab上のフローティング電極24表面に付着した層状体の除去には、スクレーパーの使用が有用である。そして、ガラス基板2ごと層状体を150℃で1時間加熱し、さらに真空紫外光を3分間照射して、結着材であるシリコーン樹脂を硬化させ、これによって、微粒子層5を形成する。   The fine particle dispersion thus prepared has a thickness of, for example, a spin coat method or an inkjet method in the recess 2a of the glass substrate 2 on which the lower electrode 3, the insulating layer 4, and the floating electrode 24 are formed. It is applied so as to be 300 nm to 400 nm. After the fine particle dispersion is applied, the coated material together with the glass substrate 2 is heated at 150 ° C. for 1 minute to evaporate the solvent, thereby forming a layered body containing the fine particles and the silicone resin in the recess 2a. After evaporation of the solvent, the layered body formed on the glass substrate 2 other than on the bottom 2aa of the recess 2a is scraped off using a waste cloth or a scraper. In particular, the use of a scraper is useful for removing the layered body adhering to the surface of the floating electrode 24 on the side wall 2ab of the recess 2a. Then, the layered body together with the glass substrate 2 is heated at 150 ° C. for 1 hour, and further irradiated with vacuum ultraviolet light for 3 minutes to cure the silicone resin as the binder, thereby forming the fine particle layer 5.

微粒子層5の上に、上部電極6を形成する。上部電極6は、下部電極3の円形電極島の全てに対向するように形成する。上部電極6としては、たとえば、スパッタ法を用いて、金および白金の混合膜を50nm成膜する。   An upper electrode 6 is formed on the fine particle layer 5. The upper electrode 6 is formed so as to face all the circular electrode islands of the lower electrode 3. As the upper electrode 6, for example, a mixed film of gold and platinum is formed to a thickness of 50 nm by using a sputtering method.

最後に、上部電極6の上に、バス配線7を形成する。バス配線7の層厚はたとえば200nmであり、蒸着法を用いて作製する。以上のようにして、イオンフロー型静電描画装置1が製造される。   Finally, the bus wiring 7 is formed on the upper electrode 6. The layer thickness of the bus wiring 7 is, for example, 200 nm, and is produced using a vapor deposition method. As described above, the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is manufactured.

製造されたイオンフロー型静電描画装置1のバス配線7は、凹部2aの外に設けられた電気接点と接続される。また、下部電極3は、ガラス基板2表面上に実装される駆動ドライバ21Aの出力端子と接続される。駆動ドライバ21Aは、たとえば、シャープ株式会社製の液晶用ソースドライバーである。そして、感光体25を有したφ30mmのアルミドラムを、イオンフロー型静電描画装置1のガラス基板2の凹部2aと感光体25の表面とが対向するように、ガラス基板2の表面に対して0.5mm離間させて設置する。アルミドラムには、イオン回収のために、600Vの電圧を印加する。以上のようにして、イオンフロー型静電描画装置1を備える静電潜像記録機構10が完成する。   The bus wiring 7 of the manufactured ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is connected to an electrical contact provided outside the recess 2a. The lower electrode 3 is connected to an output terminal of a drive driver 21A mounted on the surface of the glass substrate 2. The drive driver 21A is, for example, a liquid crystal source driver manufactured by Sharp Corporation. Then, the φ30 mm aluminum drum having the photoconductor 25 is placed on the surface of the glass substrate 2 so that the concave portion 2a of the glass substrate 2 of the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 and the surface of the photoconductor 25 face each other. Set up 0.5mm apart. A voltage of 600 V is applied to the aluminum drum for ion recovery. As described above, the electrostatic latent image recording mechanism 10 including the ion flow type electrostatic drawing apparatus 1 is completed.

このようにして製造された静電潜像記録機構10では、電子放出素子11が、ガラス基板2に形成された凹部2a内に設けられるので、接触によって電子放出素子11に機械的損傷が生じるのを防ぐことができる。さらに、電子放出素子11が放出した電子によって生じたイオンを感光体25に向けて飛翔させるための電界が、フローティング電極によって歪められるので、イオンの拡散が抑制される。したがって、接触による電子放出素子11の機械的損傷を防止するとともに、イオンの拡散を抑制して、高解像度の静電潜像を描画することが可能になる。   In the electrostatic latent image recording mechanism 10 manufactured as described above, the electron-emitting device 11 is provided in the concave portion 2a formed on the glass substrate 2, so that the electron-emitting device 11 is mechanically damaged by the contact. Can be prevented. Furthermore, since the electric field for causing the ions generated by the electrons emitted from the electron-emitting device 11 to fly toward the photosensitive member 25 is distorted by the floating electrode, the diffusion of ions is suppressed. Therefore, mechanical damage of the electron-emitting device 11 due to contact can be prevented, and ion diffusion can be suppressed, and a high-resolution electrostatic latent image can be drawn.

また、静電潜像記録機構10では、上部電極6の上に、上部電極6よりも幅の狭いバス配線7が形成されるので、上部電極6の面方向において電位分布に偏りのない一様な電圧印加が可能となる。これによって、電子放出素子11の各電子放出点で一様に電子を放出させることができ、その結果、感光体25に、イオンを一様に照射することが可能になる。   Further, in the electrostatic latent image recording mechanism 10, the bus wiring 7 having a narrower width than the upper electrode 6 is formed on the upper electrode 6, so that the potential distribution is uniform in the surface direction of the upper electrode 6. Voltage application is possible. As a result, electrons can be uniformly emitted at each electron emission point of the electron-emitting device 11, and as a result, the photosensitive member 25 can be irradiated with ions uniformly.

1 イオンフロー型静電描画装置
2 ガラス基板
2a 凹部
3 下部電極
4 絶縁層
5 微粒子層
6 上部電極
7 バス配線
8 貫通孔
10 静電潜像記録機構
11 電子放出素子
24 フローティング電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion flow type electrostatic drawing apparatus 2 Glass substrate 2a Recess 3 Lower electrode 4 Insulating layer 5 Fine particle layer 6 Upper electrode 7 Bus wiring 8 Through-hole 10 Electrostatic latent image recording mechanism 11 Electron emitting element 24 Floating electrode

Claims (3)

静電潜像担持体に向かって開口する凹部が形成される基板と、
前記凹部の底部の表面上に設置される電子放出素子であって、並んで配置される複数の第1電極と、前記第1電極に対向して設けられる第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極に1対1で対応する開口部が形成される絶縁層と、絶縁性微粒子および導電性微粒子を含み、前記開口部に充填される微粒子層と、を備え、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されたときに、前記底部から前記静電潜像担持体へ向かう方向に電子を放出する電子放出素子と、
前記凹部の2つの側壁部にそれぞれ設けられるフローティング電極であって、前記底部側から前記被帯電体側に向かうにつれて互いに遠ざかるように、前記底部の表面に対してそれぞれ傾斜して設けられるフローティング電極と、を備えることを特徴とするイオンフロー型静電描画装置。
A substrate on which a recess opening toward the electrostatic latent image carrier is formed;
A plurality of first electrodes arranged side by side, a second electrode provided opposite to the first electrode, and the first electrode, the electron-emitting devices installed on the bottom surface of the recess An insulating layer provided between the second electrode and having an opening corresponding to the first electrode on a one-to-one basis, and a fine particle including an insulating fine particle and a conductive fine particle and filling the opening An electron-emitting device that emits electrons in a direction from the bottom toward the electrostatic latent image carrier when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
A floating electrode provided on each of the two side walls of the recess, the floating electrodes provided to be inclined with respect to the surface of the bottom so as to move away from each other toward the charged body side from the bottom side; An ion flow type electrostatic drawing apparatus comprising:
前記フローティング電極の、前記底部の表面に対する傾斜角度は、それぞれ、15°以上75°以下の範囲内で選択されることを特徴とする請求項1に記載のイオンフロー型静電描画装置。   2. The ion flow type electrostatic drawing apparatus according to claim 1, wherein an inclination angle of the floating electrode with respect to a surface of the bottom portion is selected within a range of 15 ° to 75 °. 前記第2電極に積層され、前記第2電極よりも幅が狭く形成される第3電極を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のイオンフロー型静電描画装置。   The ion flow type electrostatic drawing apparatus according to claim 1, further comprising a third electrode stacked on the second electrode and formed to be narrower than the second electrode.
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