JP2013254648A - 電子放出素子およびそれを備えた装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本発明の電子放出素子は、第1電極1と、第2電極2と、第1電極1と第2電極2の間の中間層3とを有し、第1電極1と第2電極2の間に電圧を印加することにより、第2電極2から電子を放出させる電子放出素子であって、中間層3は、第2電極2側に凹部4bを有する絶縁性微粒子層4と、絶縁性微粒子層4上に形成され、導電性微粒子5aを含有する導電性微粒子層5と含み、凹部4bにおける導電性微粒子5aの含有量が、凹部4b以外の部分に比べて多いことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
図1は、本発明の実施形態1の電子放出素子9と、該電子放出素子9を備えた電子放出装置10を示す模式図である。
第1電極1は、基板の機能を兼ねる電極基板であり、導体で形成された板状体で構成されている。第1電極1は、電子放出素子の支持体として機能すると共に、電極として機能するため、ある程度の強度を有し、かつ適度な導電性を有するものであればよい。例えば、ステンレス(SUS)、Al、Ti、Cu等の金属で形成された基板、Si、Ge、GaAs等の半導体基板を用いることができる。
絶縁性微粒子層4は、強電界が形成される第2電極2側の表面に、絶縁性微粒子層4の層厚よりも小さい凹部4bが設けられている。また、凹部4bは、絶縁性微粒子層4の表面に複数設けられ、絶縁性微粒子層4の全体にわたり均一に分散して形成されている。
導電性微粒子層5は、導電性微粒子5aを含んだ分散液を絶縁性微粒子層4上に塗布して形成されたものである。
中間層3は、上記絶縁性微粒子層4と上記導電性微粒子層5とから構成されており、第1電極1から第2電極2へ電子が移動する電流パスの形成と、局所的な強電界部を形成し電子を加速させる機能を有すると推察されている。中間層3において、導電性微粒子層5となる分散液を絶縁性微粒子層4上に塗布する際に、絶縁性微粒子層4の凹部4bの部分に厚く形成されるため、分散液の塗布膜を乾燥させると、凹部4bの部分で導電性微粒子5aの含有量が多くなって形成される。このように導電性微粒子層5の導電性微粒子5aが、凹部4bの部分で多く含有され、凹部4b以外の部分で少なく含有されることにより、凹部4bで凹部4b以外の部分よりも優先的に電流パスを形成することができる。
第2電極2は、第1電極1と対をなす電極を構成し、第1電極1と共に中間層3内に電圧を印加させるための電極である。このため、電極として機能する程度の導電性を有する材料で形成すればよい。また、第2電極2は、中間層3内で加速され高エネルギーとなった電子をなるべくエネルギーロス無く透過させて放出することが好ましいため、仕事関数が低くかつ薄膜で形成することが可能な導電性材料で形成されることが好ましい。
次に、図1を参照しながら、実施形態1に係る電子放出素子9の製造方法について説明する。電子放出素子9の中間層3は、第1電極上1に、表面に凹部4bを有する絶縁性微粒子層4を形成する工程と、絶縁性微粒子層4の凹部4bを埋めるように、導電微粒子5aを含有する導電性微粒子層5を塗布する工程とを経て製造される。
図2は、実施形態2の電子放出素子91を示す模式図である。なお、図2において、図1中の構成と同様の構成には同一の符号を付している。実施形態2の電子放出素子91において、図1の実施形態1で示した電子放出素子9との違いは、絶縁性微粒子層4の凹部4bを、第1電極1と絶縁性微粒子層4との間に設けた膜厚制御絶縁膜6を用いて形成していることである。膜厚制御絶縁膜6を除く、実施形態1と共通する構成については、詳細な説明を省略する。
膜厚制御絶縁膜6は、第1電極1上に形成された絶縁膜であり、絶縁膜の材料としては、例えば、抵抗値、耐熱性、吸水率、機械的強度などの観点から、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコーン樹脂膜、アクリル樹脂膜又はポリイミド樹脂膜が好ましい。また、膜厚制御絶縁膜6の層厚は、絶縁性微粒子層4の層厚や凹部4bの深さによって異なるが、例えば、層厚0.1〜3μmとすることができる。また、膜厚制御絶縁膜6は、これら各種絶縁膜の単層膜であっても積層膜であってもよい。
膜厚制御絶縁膜6の形成工程について説明すると、まず、絶縁体材料としてのアクリル系樹脂を溶剤に溶かした塗液を第1電極1上にスピンコート法で塗布して塗布膜を形成し、塗布膜を加熱乾燥し、その後、フォトリソグラフィによって、乾燥した塗布膜(絶縁膜)に複数の小孔6aを形成することにより、膜厚制御絶縁膜6を形成する。例えば、上記で説明したように、層厚0.1〜3μmの膜厚制御絶縁膜6に、内径が21.2〜141.4μmの小孔6aを形成する。
図3は、実施形態2の電子放出素子91を用いた帯電装置の一例を示す模式図である。なお、図3において、図1及び図2中の構成と同様の構成には同一の符号を付している。
図4は実施形態2の電子放出素子91を用いた実施形態4−1の発光デバイスを示す模式図であり、図5は実施形態4−1の発光デバイス41を用いた実施形態4−2の画像表示装置を示す模式図である。なお、図4〜図5において、図1及び図2中の構成と同様の構成には同一の符号を付している。
図6は実施形態2の電子放出素子91を用いた実施形態5−1のイオン風発生装置を示す模式図であり、図7は実施形態2の電子放出素子91を用いた実施形態5−2のイオン風発生装置を示す模式図である。なお、図6および図7において、図1及び図2中の構成と同様の構成には同一の符号を付している。
第1電極1として24mm×24mm角のアルミ基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔6aが289個(=17個×17個)均一に配列されたアクリル系樹脂からなる膜厚制御絶縁膜6を作製した。なお、膜厚制御絶縁膜6の層厚は、2.5μmとした。また、小孔6aの総面積は0.01cm2とした。
比較例1は、図2における中間層3において、絶縁性微粒子層4上の導電性微粒子層5が省略され、導電性微粒子5aを絶縁性微粒子層4中に含有したものである。このため、実施例1とは、導電性微粒子5aが凹部4bを含む絶縁性微粒子層4全体に均一に含有されている点で異なる。なお、他の構成については実施例1と同じであるため、以下では比較例1における絶縁性微粒子層4を主に説明する。
2 第2電極
3、33 中間層
4 絶縁性微粒子層
4a 絶縁性微粒子
5 導電性微粒子層
5a 導電性微粒子
6 膜厚制御絶縁膜
6a 小孔
7 シリコーン樹脂層
8 電源部
9、91 電子放出素子
10 電子放出装置
41 発光デバイス
42 ガラス基板
43 ITO膜
44、142 蛍光体層
45 第2電源部
46 発光部
52 送風ファン
90 帯電装置
150、160 イオン風発生装置
330 液晶パネル
340 画像表示装置
P 感光体
Q 被冷却体
Claims (9)
- 第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極の間に設けられた中間層とを有し、前記第1電極と前記第2電極の間に電圧を印加することにより、前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記中間層は、
前記第2電極側に凹部を有する絶縁性微粒子層と、前記絶縁性微粒子層上に形成され、導電性微粒子を含有する導電性微粒子層とからなり、
前記凹部における導電性微粒子の含有量が、凹部以外の部分に比べて多いことを特徴とする電子放出素子。 - 前記導電性微粒子は、銀、金、白金、パラジウム及びニッケルのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記導電性微粒子は、平均粒径が3〜20μmであることを特徴とする請求項2に記載の電子放出素子。
- 前記絶縁性微粒子層の凹部は、前記第1電極と前記絶縁性微粒子層の間に設けられた膜厚制御絶縁膜により形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電子放出素子。
- 前記中間層は、シリコーン樹脂層を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電子放出素子。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子放出素子と、第1電極と第2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。
- 請求項6に記載の電子放出装置を用いたことを特徴とする帯電装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置を用いたことを特徴とする発光デバイス。
- 請求項6に記載の電子放出装置を用いたことを特徴とするイオン風発生装置。
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