JP4732534B2 - 電子放出素子、電子放出装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置 - Google Patents
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Description
(素子構成)
図1は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子1を有する電子放出装置10の構成を示す模式図である。図1に示すように、電子放出装置10は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子1と電源7とを有する。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を通過(透過)して、あるいは絶縁体微粒子間の隙間の影響から生じる薄膜電極3の孔(隙間)もしくは、絶縁体微粒子の段差等からすり抜けて外部へと放出される。
次に、電子放出素子1の、製造方法の一実施形態について説明する。
以下の実施例では、本発明に係る電子放出素子を用いてRaを測定し、また、電流測定した実験について説明する。なお、これら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。
まず、10mLの試薬瓶に分散溶媒としてトルエン溶媒を3mL入れ、絶縁体微粒子5として球状シリカ粒子(平均粒径50nm)を0.5g投入し、試薬瓶を超音波分散器に30minかけ、シリカ粒子の分散を行った。次に導電微粒子6として応用ナノ粒子研究所製の銀ナノ粒子(銀平均粒径10nm、うち絶縁被膜アルコラート1nm厚)を0.125g追加投入し、同様に超音波分散処理を行って、球状シリカ粒子と銀ナノ粒子とが分散された微粒子分散液aを得た。銀ナノ粒子添加後の超音波分散処理の時間を15minとした。微粒子分散液aに占める球状シリカ粒子および銀ナノ粒子の総質量に対する球状シリカ粒子の重量比率は80%であった。
銀ナノ粒子添加後の超音波分散処理の時間を30minとした以外は実施例1と同様にして、電子加速層4を作製した。この実施例2の電子加速層4の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、Raは0.2μmであった。
まず、10mLの試薬瓶に分散溶媒としてトルエン溶媒を3mL入れ、塩基性分散剤60として、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ株式会社製)を0.03g投入し、超音波分散器に1minかけて分散させた。さらに上記試薬瓶に絶縁体微粒子5として球状シリカ粒子(平均粒径50nm)を0.25g追加投入し、同様に試薬瓶を超音波分散器に10minかけて、塩基性分散剤と球状シリカ粒子とが分散された微粒子分散液bを得た。
まず、10mLの試薬瓶に分散溶媒としてエタノール溶媒4mLと、バインダー樹脂としてテトラメトキシシラン(信越化学工業株式会社製)0.5gを入れ、絶縁体微粒子5として平均粒径12nmの球状シリカ粒子AEROSIL R8200(エボニックエグサジャパン株式会社製)を0.5g投入し、上記試薬瓶を超音波分散器に30minかけ、バインダー樹脂と球状シリカ粒子とが分散したバインダー含有絶縁体微粒子分散液cを調製した。
まず、10mLの試薬瓶に分散溶媒としてエタノール溶媒6mLと、バインダー樹脂としてテトラメトキシシラン(信越化学工業株式会社製)0.5gを入れ、絶縁体微粒子5として平均粒径12nmの球状シリカ粒子AEROSIL R8200(エボニックエグサジャパン株式会社製)を0.5g投入し、上記試薬瓶を超音波分散器に30minかけ、バインダー樹脂と球状シリカ粒子とが分散したバインダー含有絶縁体微粒子分散液dを調製した。
電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、Raが0.1μmであった。
電子加速層の表面に、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極を成膜した。成膜材料として金を使用し、薄膜電極の層厚は40nm、同面積は0.014cm2とした。
この電子放出素子は1×10−8ATMの真空中において、薄膜電極への印加電圧V1=17Vにて、単位面積当たりの電子放出電流は、0.1mA/cm2が確認された。
薄膜電極3の厚みを100nmとした以外は実施例3と同様に作製し、実施例6の電子放出素子を得た。本電子放出素子は、1×10−8ATMの真空中において、0.01mA/cm2の電子放出電流が得られた。
薄膜電極の膜厚を10nmとした以外は実施例4と同様に作製し、実施例7の電子放出素子を得た。本電子放出素子は、1×10−8ATMの真空中において、0.006mA/cm2の電子放出電流が得られた。
銀ナノ粒子添加後の超音波分散処理の時間を5minとした以外は実施例1と同様にして、比較例1の電子放出素子を作製した。この比較例1の電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、凝集体が多数存在し、Raが0.3μmであった。
球状シリカ粒子を分散する超音波分散処理の時間を1minとし、銀ナノ粒子添加後の超音波分散処理の時間を5minとした以外は実施例1と同様にして、比較例2の電子放出素子を作製した。この比較例2の電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、凝集体が多数存在し、Raが0.3μmであった。
球状シリカ粒子投入後の超音波分散処理の時間を1minとした以外は実施例3と同様にして、比較例3の電子放出素子を作製した。比較例3の電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、大きな凝集体が多数存在し、Raが0.6μmであった。
超音波分散処理の時間を1minとした以外は実施例4と同様にして、比較例4の電子放出素子を作製した。比較例4の電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、大きな凝集体が多数存在し、Raが0.4μmであった。
バインダー樹脂と球状シリカ粒子との分散における超音波分散処理の時間を1minとした以外は実施例5と同様にして、比較例5の電子放出素子を作製した。比較例5の電子加速層の表面をレーザー顕微鏡で観察した結果、大きな凝集体が多数存在し、Raが0.4μmであった。
図6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7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8〜10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12及び図13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
6 導電微粒子
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
15 立体障害領域
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
60 塩基性分散剤
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 (24)
- 電極基板と薄膜電極と該電極基板および該薄膜電極に挟持された電子加速層とを有し、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧が印加されると、上記電子加速層で電子を加速させて、上記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、
上記電子加速層は、絶縁体微粒子と、該絶縁体微粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径の導電微粒子および塩基性分散剤の少なくとも一方と、を含み、
上記電子加速層の表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)で0.2μm以下であり、
上記薄膜電極の層厚は、100nm以下であることを特徴とする電子放出素子。 - 上記絶縁体微粒子の平均粒径は、10〜1000nmであることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子の平均粒径は、10〜200nm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。
- 上記電子加速層の表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)で0.9nm以上であり、上記薄膜電極の層厚は、10nm以上であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層の層厚は、12〜6000nmであ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。
- 上記電子加速層の層厚は、300〜2000nm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。
- 上記電子加速層にバインダー樹脂を含む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。
- 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から7のいずれか1項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8のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層は、上記絶縁体微粒子と少なくとも上記導電微粒子とを含んでおり、該導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記導電微粒子は、貴金属であることを特徴とする請求項10に記載の電子放出素子。
- 上記導電微粒子を成す導電体は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項10または11に記載の電子放出素子。
- 上記導電微粒子の平均粒径は、3〜10nmであることを特徴とする、請求項10から12のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在することを特徴とする、請求項10から13いずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも1つを含んでいること特徴とする、請求項14に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層は、上記絶縁体微粒子と少なくとも上記塩基性分散剤とを含んでおり、該塩基性分散剤は、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 請求項1から16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。
- 請求項17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18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17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17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17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22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17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。
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