JP4976026B2 - Charger, image forming device - Google Patents
Charger, image forming device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4976026B2 JP4976026B2 JP2006060954A JP2006060954A JP4976026B2 JP 4976026 B2 JP4976026 B2 JP 4976026B2 JP 2006060954 A JP2006060954 A JP 2006060954A JP 2006060954 A JP2006060954 A JP 2006060954A JP 4976026 B2 JP4976026 B2 JP 4976026B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- charger
- film
- substrate
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
Description
本発明は、新規な材料によって電子放出を行う帯電器及びこの帯電器を用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a charger that emits electrons using a novel material, and an image forming apparatus using the charger.
画像形成装置における従来の帯電方式はコロナ放電を用いたコロトロン、スコロトロンが主流であった。しかし、コロナ放電は、空気中に電界をかけることから、オゾンやNOxなど有害物質を大量に発生することや、帯電効率が低いために消費電力が多く、また4k〜6kVの高圧電源が必要なためコストが高く、かつ、人体に対し危険性があるといった欠点があった。近年の環境に対する配慮から、このような帯電方式を改善することは急務であり、ローラー帯電へと移行されつつある。 Conventional charging systems in image forming apparatuses are mainly corotron and scorotron using corona discharge. However, since corona discharge applies an electric field in the air, it generates a large amount of harmful substances such as ozone and NOx, and the charging efficiency is low. Therefore, there are drawbacks such as high cost and danger to human body. In view of environmental considerations in recent years, there is an urgent need to improve such a charging method, and a shift to roller charging is being made.
ローラー帯電とは、例えば、画像形成装置の場合では、導電性ゴムローラーを感光体などの被帯電体と接触させ、被帯電体と帯電ローラーの微小空隙で放電を起こし、被帯電体表面を帯電させる方法であり、コロトロンと比較して、オゾンの発生が著しく低減(1/100〜1/500に低減)されている。このような方法は、たとえば、特許文献1〜3などに示されている。しかしながら、帯電ローラーも被帯電体と帯電ローラー間の微小空隙に電圧を加えコロナ放電を起こすことから、原理的にオゾン発生をゼロにはできない。また、オゾンが被帯電体近傍で発生するため、オゾンによる被帯電体の劣化は依然として課題として残る。 With roller charging, for example, in the case of an image forming apparatus, a conductive rubber roller is brought into contact with a charged body such as a photoconductor, and a discharge is caused in a minute gap between the charged body and the charging roller to charge the surface of the charged body. The generation of ozone is remarkably reduced (reduced to 1/100 to 1/500) compared to corotron. Such a method is shown in Patent Documents 1 to 3, for example. However, since the charging roller also applies a voltage to the minute gap between the member to be charged and the charging roller to cause corona discharge, the generation of ozone cannot be made zero in principle. Further, since ozone is generated in the vicinity of the member to be charged, deterioration of the member to be charged due to ozone still remains a problem.
被帯電体の劣化の原因は諸説あるが、その1つとして、放電による不要生成物(オゾンやNOx)などが、被帯電体表面と化学結合することによっているという説がある。化学結合の原因にはオゾンの強い酸化力やNOxなどが作る窒化物などが考えられている。このようなことからも、帯電工程で、できるだけ不要物を生成しないことが望まれる。またローラー型はコロナに比べ、はるかにオゾンの発生位置が被帯電体の近傍であるため、オゾンによる被帯電体の劣化は依然として課題として残る。また、近年、感光体を劣化させる要因として、感光体近傍の高電界などが疑われている。このような懸念事項を払拭する上でも、低電圧での帯電方式が望まれている。また、原理上、放電はパッシェンの法則による閾値が存在し、それ以上に電圧を印加しなければ帯電を施すことができない。このため、例えば100Vに帯電したい場合などは、電荷注入では150Vであるのに対し、放電では数百Vの印加が必要となる。今後の低電圧現像が実現したとしても、閾値以上の電圧を印加しなければならず、メリットが薄れる。可能であるならば、必要な表面電位と同程度の印加電圧で満足する方法が望まれる。 There are various theories about the cause of deterioration of the member to be charged. One of them is that unnecessary products (ozone and NOx) due to discharge are chemically bonded to the surface of the member to be charged. Possible causes of chemical bonding include strong oxidizing power of ozone and nitrides produced by NOx. For this reason as well, it is desired that unnecessary substances are not generated as much as possible in the charging step. In addition, since the roller type is far closer to the charged body than the corona, the deterioration of the charged body due to ozone still remains a problem. In recent years, a high electric field in the vicinity of the photoconductor is suspected as a factor for deteriorating the photoconductor. In order to eliminate such a concern, a charging method at a low voltage is desired. Further, in principle, discharge has a threshold value according to Paschen's law, and charging cannot be performed unless a voltage is applied beyond that. For this reason, for example, when it is desired to charge to 100 V, it is 150 V for charge injection, but it is necessary to apply several hundred V for discharge. Even if future low-voltage development is realized, a voltage higher than the threshold must be applied, and the merit is diminished. If possible, a method satisfying an applied voltage comparable to the required surface potential is desired.
近年ではこのような背景のもと、非接触でかつ放電を用いない電界放出を利用した帯電方法が研究されつつあり、非特許文献1においてその可能性が報告されている。帯電器表面に微小突起物や電界放出能力の高い材料を構成することで、電界放出を低電圧で起こすことをポイントとしている。これによって、パッシェンの法則の閾値以下での帯電が可能になり、オゾンのような副生成物なども少なく、感光体へのダメージも低減できるとされている。 In recent years, under such a background, a charging method using field emission that is non-contact and does not use discharge is being studied, and Non-Patent Document 1 reports the possibility. The point is that field emission occurs at a low voltage by forming a microprojection or a material having a high field emission capability on the surface of the charger. As a result, charging below the threshold of Paschen's law is possible, and there are few by-products such as ozone, and damage to the photoreceptor can be reduced.
これを受けて、近年、いろいろな電子放出材料が提案されているが、その実用化に際しては、高電圧に対する耐性が高いこと、電流密度が大きくとれることが特に要求される。現在盛んに開発されている新材料の一つとしてカーボンナノチューブが挙げられるが、この材料は著しく放出特性が優れているわけではなく、利用に際しては電流密度を向上させるために工夫が必要である。具体的には成長位置を制御・パターン化して薄膜成長させたり、プリント転写技術を利用して、電子放出性に適った形状にエッチングするなどの加工が必要となる。しかしながら、このような手間のかかる困難な加工を施しても、その結果得られる性能は、電流密度がせいぜいmA/cm2オーダーにとどまっているのが現状であった。更に、使用電界強度には限界があり、限界以上では材料の劣化、剥落が生じ、高電圧下で長時間にわたる使用には耐えられないものであった。 In response to this, various electron emission materials have been proposed in recent years. However, for practical use, it is particularly required that resistance to high voltage is high and that current density is large. One of the new materials that has been actively developed is carbon nanotube. However, this material does not have remarkably excellent emission characteristics, and it is necessary to devise in order to improve the current density. Specifically, processing such as controlling the growth position and patterning to grow a thin film, or using a print transfer technique to etch into a shape suitable for electron emission properties is required. However, even if such a laborious and difficult process is performed, the current performance is that the current density is at most in the order of mA / cm 2 . Furthermore, there is a limit in the electric field strength to be used, and if it exceeds the limit, the material is deteriorated and peeled off and cannot be used for a long time under a high voltage.
一方、特許文献4に示されるSP3結合性5H−BN(BN:ボロンナイトライド/窒化ホウ素)(以下、「SP3結合性BN」と記す。)は、このような現状を踏まえ、更に、今後この種の電界電子放出技術がますます盛んになるこという予測に基いて開発された材料であり、高い耐電界強度を有し、かつ、長時間の使用時でも電子を高効率(高電流密度)で安定して放出することができる材料である。もともとBNは高温ルツボにも使用されているように、大気中高温下でも極めて高安定な材料であり、これを使用した電子放出素子は高効率で、安定かつ劣化の極めて少ない電界電子放出特性を示す。SP3結合性BNの詳細説明および定義付けは後ほど行う。
SP3結合性BNを用いた従来の電界放出型帯電器では、SP3結合性BNの面内において均一な帯電電圧を実現することが課題となっている。これは面内のSP3結合性BNの膜厚制御および、体積抵抗値の制御が難しく、面内で電流値が不均一であることが要因であることが判った。また、感光体に存在するピンホール部などの帯電電位が降下する領域も抵抗値が大きく異なるため電流が集中し、一時的に電圧低下を招き、この周辺の帯電電位が低下する。この帯電電位の不均一性は画像形成上、致命的な問題であり、この不均一性を制御する機構が求められている。このような事情を鑑みて、本発明では、均一に帯電できる電界放出現象を利用した帯電器および、それを利用した高品質の画像を形成する画像形成装置を提供する。 The SP 3 bonding conventional field emission-type charger using BN, to realize a uniform charge voltage in the plane of the SP 3 bonding BN has become an issue. It has been found that this is because it is difficult to control the film thickness and volume resistance of the SP 3 bonding BN in the plane, and the current value is not uniform in the plane. In addition, the resistance value also varies greatly in a region where the charging potential such as a pinhole portion existing in the photosensitive member is lowered, so that the current is concentrated, causing a voltage drop temporarily, and the surrounding charging potential is lowered. This nonuniformity of the charged potential is a fatal problem in image formation, and a mechanism for controlling this nonuniformity is required. In view of such circumstances, the present invention provides a charger using a field emission phenomenon that can be uniformly charged, and an image forming apparatus that forms a high-quality image using the charger.
上記目的を達成する本発明の態様は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成した電極と、前記電極上に形成したSP3結合性窒化ホウ素体を有し、前記電極の電流制御により、前記SP3結合性窒化ホウ素体から電界放出を行う帯電器において、前記電極は、所定の間隔を有して分割し、当該電極による電流制御を独立に行うことを特徴とする帯電器に関するものである。 An aspect of the present invention that achieves the above object includes an insulating substrate, an electrode formed on the insulating substrate, and an SP 3 -bonded boron nitride body formed on the electrode. A charger for performing field emission from the SP 3 -bonded boron nitride body, wherein the electrode is divided at a predetermined interval, and current control by the electrode is performed independently. It is.
ここで、前記SP3結合性窒化ホウ素体は、前記絶縁性基板の面と平行方向に絶縁性を有し、前記絶縁性基板の面と垂直方向に導電性を有するような導電率の異方性を有することを特徴とする。 Here, the SP 3 bonded boron nitride body has an insulating property in a direction parallel to the surface of the insulating substrate, and an anisotropic conductivity having conductivity in a direction perpendicular to the surface of the insulating substrate. It has the property.
また、前記電極と前記SP3結合性窒化ホウ素体の間に、当該SP3結合性窒化ホウ素体の成長用触媒を有することを特徴とする。 Further, a catalyst for growing the SP 3 -bonded boron nitride body is provided between the electrode and the SP 3 -bonded boron nitride body.
また、前記電極はNiを含有することを特徴とする。 In addition, the electrode contains Ni.
また、前記絶縁性基板と前記電極の間に剥離防止体を有することを特徴とし、前記剥離防止体はCrを含有すると良い。 Moreover, it has a peeling prevention body between the said insulating substrate and the said electrode, The said peeling prevention body is good to contain Cr.
また、前記電極の分割の方向と、画像形成装置が有する像担持体の回転方向とがなす角度は1°〜89°であることを特徴とする。 Further, characterized in that the direction of division of the electrodes, the angle between the direction of rotation forms the image bearing member on which an image forming apparatus has a 1 ° to 89 °.
本発明の他の態様は、上記帯電器と、像担持体と、露光装置と、現像装置を有する画像形成装置において、前記帯電器に画像情報を転送し、当該画像情報に基づいて前記電極による電流制御を行うことを特徴とする画像形成装置に関するものである。 According to another aspect of the present invention, in the image forming apparatus having the charger, the image carrier, the exposure device, and the developing device, image information is transferred to the charger, and the electrode is used based on the image information. The present invention relates to an image forming apparatus characterized by performing current control.
本発明の帯電器は、電極が分割されているので、任意の位置で電流制御を行うことができる。その制御により、電流値の不均一性を改善することが可能である。また、電極が分割されているので、帯電電位が降下する領域を、限定した領域に抑えることができ、画像形成上の問題が解消される。 In the charger of the present invention, since the electrodes are divided, current control can be performed at an arbitrary position. The nonuniformity of the current value can be improved by the control. In addition, since the electrodes are divided, the area where the charging potential drops can be limited to a limited area, and the problem in image formation is solved.
以下、本発明の帯電器等を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照する。 The best mode for carrying out the charger of the present invention will be described below. In the description, the drawings submitted at the same time as this specification will be referred to as appropriate.
SP3結合性BNを用いた従来の電界放出型帯電器では、SP3結合性BNの面内において均一な帯電電圧を実現することが求められているところ、本形態の帯電器は図1に示すように、本形態の帯電器101は電極(下部電極12)が分割されているので、任意の位置での電流制御ができ、電流値の不均一性を改善することが可能である。また、下部電極12が分割されているので、感光体に存在するピンホール部などの帯電電位が降下する領域を限定でき、画像形成上の問題が解消される。
In the conventional field emission-type charger using a SP 3 bonding BN, where it is required to achieve uniform charging voltage in the plane of the SP 3 bonding BN, the present form of charger 1 As shown, since the electrode (lower electrode 12) of the
ただ、下部電極を分割し独立に電流制御するためには、隣接する下部電極同士で電流が流れるクロストークが生じては電流制御が困難になる。SP3結合性BN膜を分割するようなプロセスを施す方法もあるが、SP3結合性BNはセラミックスであり、一般的なドライエッチング技術では加工が難しい。本形態の帯電器はSP3結合性BNに導電率の異方性を持たせた。SP3結合性BNは後述する方法を利用することで、導電率の異方性を施すことができる。この異方性は図1の絶縁性基板11の基板面に平行な方向にはほぼ絶縁体となり、かつ、基板面に対して垂直な方向では高い導電率を示すものである。垂直な方向に導電率があることで、電界放出能力を低減することはない。また、絶縁性基板11に対して平行方向に絶縁体であることから、隣接する電極へのクロストークも抑えることができる。
However, in order to divide the lower electrode and independently control the current, crosstalk in which a current flows between adjacent lower electrodes occurs, making current control difficult. Although there is a method of performing a process for dividing the SP 3 -bonded BN film, SP 3 -bonded BN is a ceramic and is difficult to process by a general dry etching technique. In the charger of this embodiment, SP 3 bonding BN has conductivity anisotropy. The SP 3 bonding BN can provide anisotropy of conductivity by using a method described later. This anisotropy is substantially an insulator in a direction parallel to the substrate surface of the insulating
また、従来のSP3結合性BN膜の成膜はSi基板上に行われてきた。しかし、本形態のように下部電極12を分割するためには、分割された電極の上にSP3結合性BNを成膜することが望まれる。しかし、一般的な金属の上にはSP3結合性BNは形成できない。分割された金属の上にSP3結合性BNを形成する方法が求められる。分割した下部電極12の上には触媒機能を有する層が必要であるところ、本形態の帯電器は図1、3に示すように、下部電極12層の上に触媒層15としてSi膜を形成することによって、SP3結合性BNの成長が下部電極12の直上に行えるようなった。SP3結合性BN膜を成膜するにあたり、特許文献4に示されるように、Si基板が触媒になることが知られているが、今回はスパッタやCVDで成膜したSiでもその機能が発現することが判った。Siは単結晶でもよいがアモルファス状態でも良い。メカニズムは不明であるが、窒素がSiと結合しやすいため、雰囲気中に存在する窒素をSi内取り込むことができるためだと思われる。この窒素リッチになったSi表面にホウ素が結合し、SP3結合性BNが成長すると思料する。
Further, a conventional SP 3 bonding BN film has been formed on a Si substrate. However, in order to divide the
また、従来のSP3結合性BN膜において、成膜はSi基板上に行われてきた。Si基板上ではSiが触媒機能を有しており、SP3結合BN膜が成長することが知られている。上述のように、触媒層15として、Siを成膜する方法がとられているが、この方法ではSiを別途成膜する必要があり、工程が増える。Siを成膜することなく、SP3結合性BNを成膜する方法が望まれる。SP3結合性BNの成長には触媒層が必要である。触媒としてはSiが特許文献4によって公開されているが、それ以外には知られていない。
今回、様様な材料を試みたところ、NiにおいてSP3結合性BNが成長する事がわかった。Niは触媒機能として働き、成膜時の雰囲気ガスの窒素を触媒層に取り込み、SP3結合性BNの成長を促すと思われる。そこで本形態の帯電器は図1、3に示すように、今回下部電極12として、Niを用いることで、この触媒機能と電極機能とを同時に担うことが可能となることが判った。これにより、先の触媒層を作成することなく、作製工程を少なくすることができる。
Further, in the conventional SP 3 bonding BN film, film formation has been performed on a Si substrate. It is known that Si has a catalytic function on the Si substrate, and an SP 3 bonded BN film grows. As described above, a method of forming a Si film as the catalyst layer 15 is employed. However, in this method, it is necessary to form a separate Si film, and the number of steps is increased. A method of forming SP 3 bonding BN without forming Si is desired. A catalyst layer is required for growth of SP 3 -bonded BN. As a catalyst, Si is disclosed by Patent Document 4, but is not known otherwise.
When various materials were tried this time, it was found that SP 3 bonding BN grows in Ni. Ni acts as a catalytic function, and it is considered that nitrogen in the atmospheric gas during film formation is taken into the catalyst layer and promotes the growth of SP 3 -bonded BN. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, it was found that the charger of this embodiment can simultaneously perform the catalytic function and the electrode function by using Ni as the
また、SP3結合性BNの成膜に必要な加熱および光照射によって、下部電極の絶縁基板との間で起きる剥離が問題となっている。従来の半導体プロセスでは、一般的な密着性を指標に電極材料を選択してきたが、今回のSP3結合性BNを成膜する際に必要な加熱および光照射は非常に特異なプロセスである。また、SP3結合性BNの成膜時のメカニズムは未だ不明な点が多く存在するが、下部電極がNiの場合では、Niが窒素を一度内部に溶融し過飽和状態になった窒素がホウ素(B)と結合してSP3結合性BNが析出するものと考えられる。この際に窒素を過飽和に含有したNiが基板との密着性を低下させ剥離することが考えられる。この特異なプロセスに耐えうる金属材料もしくは改善プロセスが必要とされている。本形態の帯電器は図6に示すように、下部電極12と絶縁性基板11との間に下地層16を形成した。この下地層16はCrなどによって形成され、密着性を向上し、SP3結合性BN成膜時における剥離を改善することできた。また、SP3結合性BNの成膜プロセスにおいても、Crは高い融解温度をもつ性質から、窒素の溶融をほとんどしていないことが予想される。これによって、窒素の基板への拡散を防ぎ、効率的にSP3結合性BNの生成を促し、かつ基板との密着を保持できている。
In addition, there is a problem of peeling that occurs between the insulating substrate of the lower electrode due to heating and light irradiation necessary for film formation of the SP 3 bonding BN. In conventional semiconductor processes, electrode materials have been selected using general adhesion as an index. However, the heating and light irradiation necessary for the formation of the SP 3 -bonded BN are very specific processes. In addition, there are still many unclear points about the mechanism at the time of film formation of SP 3 -bonded BN. However, when the lower electrode is Ni, the nitrogen once melted into the inside of Ni and becomes supersaturated is boron ( It is considered that SP 3 binding BN precipitates by binding to B). At this time, it is conceivable that Ni containing supersaturated nitrogen deteriorates adhesion with the substrate and peels off. There is a need for metallic materials or improved processes that can withstand this unique process. In the charger of this embodiment, as shown in FIG. 6, a base layer 16 is formed between the
また、下部電極を分割し、電気的に独立した電流制御を行うためには、SP3結合性BN膜も分割する必要がある。しかし、従来のMEMSの半導体プロセスで用いてきた深堀り用のRIE(反応性イオンエッチング)プロセスをSP3結合性BNへ適応することは難しい。これはSP3結合性BNがセラミックであり、一般的な反応性ガスとの化学反応が乏しいことが挙げられる。石英などを深堀りエッチングするフッ素系のガスは窒化物であるSP3結合性BNとの化学反応は乏しいため、数μmを超えるエッチングは難しい。SP3結合性BN膜を簡便にパターニングする方法が求められている。そこで本形態の帯電器は下部電極12の任意の領域を高抵抗にしたことによって、SP3結合性BNの成膜時に電流を流すことで選択的に温度を上昇することができる。たとえば、Ni膜の膜厚を制御することで抵抗率を制御し、Niの薄い領域には電流を流した場合に発熱が起きる。SP3結合性BN成膜時にこの発熱を制御することで、基板温度を任意の領域および任意の温度に制御することができる。SP3結合性BNの成膜は基板温度に対し、高い依存性を示すことが判っている。この温度依存性をデーターベース化し、SP3結合性BNの成膜に利用する。この方法を用いれば、任意の領域に選択的にSP3結合性BNが成長でき、従来の方法では困難であったSP3結合性BN膜のパターニングが可能となる。SP3結合性BN膜がパターニングできることで下部電極を分割した隣接電極間でのクロストークが低減できる。
Further, in order to divide the lower electrode and perform electrically independent current control, it is also necessary to divide the SP 3 bonding BN film. However, it is difficult to apply the deep RIE (reactive ion etching) process, which has been used in the conventional MEMS semiconductor process, to SP 3 -bonded BN. This is because SP 3 -bonded BN is a ceramic and has a poor chemical reaction with a general reactive gas. Etching exceeding several μm is difficult because the fluorine-based gas that deeply etches quartz or the like has a poor chemical reaction with the SP 3 bonding BN that is a nitride. There is a need for a method for simply patterning an SP 3 -bonded BN film. In view of this, the charger of this embodiment can selectively increase the temperature by causing a current to flow during the formation of the SP 3 bonding BN by making an arbitrary region of the
上述したように、帯電電位の不均一性は画像形成上、致命的な問題となる。この不均一性を制御する機構が求められている。特に、下部電極12を分割した場合においては、電極と電極の間に帯電できない領域が存在する。これを回避する手段が必要である。本形態の画像形成装置に搭載した帯電器は下部電極12を像担持体の回転方向に対し、斜めに分割する(図1参照)。斜めに分割することで、電極の無い部分での帯電電位の分布が出ないようにすることができる。これは電極が無い領域が像担持体の回転によって、見かけ上、横方向に移動し、帯電電位を均一化するようになる。これにより、帯電電位を均一化することができる。
As described above, the nonuniformity of the charged potential is a fatal problem in image formation. There is a need for a mechanism that controls this non-uniformity. In particular, when the
また、均一の帯電電位を施し、品質の良い画像形成を行うことが求められている。しかし、均一の帯電を施しても、露光する際に制御された露光を行わないと、品質の良い画像を形成できない。本形態の画像形成装置は帯電する際に必要とされている画像情報を取り込み、必要な位置に必要な帯電電位を施す。これにより、露光によって画像状態が乱れることなく、品質の良い画像形成が可能になる。 In addition, it is required to form a high-quality image by applying a uniform charging potential. However, even if uniform charging is performed, a high-quality image cannot be formed unless controlled exposure is performed during exposure. The image forming apparatus of this embodiment takes in image information required for charging and applies a required charging potential to a required position. As a result, it is possible to form a high-quality image without disturbing the image state due to exposure.
以下、上記形態の具体的な実施形式を説明していく。 Hereinafter, the specific implementation form of the said form is demonstrated.
本実施例の画像形成装置を図2に示す。画像形成装置は帯電装置、像担持体61と現像装置63などからなる。帯電装置は帯電器101と帯電器カバー100を有して構成されている。像担持体61は一般的に利用されている有機感光体を利用した。本実施例では帯電器101によって、均一に帯電された感光体にレーザー光Lによって潜像を形成し、それを現像装置63によってトナーによる像に変換する。それを紙に転写することで画像形成をなすものである。
An image forming apparatus of this embodiment is shown in FIG. The image forming apparatus includes a charging device, an
帯電器101は図2に示すように像担持体61に接近し、空隙Gだけ離れた状態で配置される。像担持体61との空隙Gの距離は、印加電圧や電界放出能力などのパラメーターによっても大きく異なるが、1μm〜10mmの間であればよく、今回は50μm程度に制御した。
As shown in FIG. 2, the
帯電器101の拡大図を図1、3に示す。図1は帯電器101を像担持体側から見た図であり、図3は帯電器101の短手方向の断面図を示している。絶縁性基板11の上に下部電極12、触媒層15、その上にSP3結合性BN膜14が形成されている。絶縁性基板11はSiや石英、ポリマー基板、サファイヤ基板など様々な材料を利用することができる。今回は大型の基板を低コストで入手できることから石英基板を利用した。石英基板は研磨処理を施し、その平坦性はRa<10nm以下になるように仕上げた。下部電極12は厚さ0.1nm〜10μmの範囲であればよく、今回は100nm程度とした。下部電極12の材料はNi、Cr、Au、Cu、W、Pt、Al、Fe、Mo、Ti、Ag、Mn、Zr、Co、Pb、Ru、Taなど、いかなる金属材料でも構わない。今回は生産性、耐熱性などの面で優れているCrを利用した。
Enlarged views of the
下部電極12は像担持体61の回転方向に対し、斜めに分割されている。斜めに分割することで、電極の無い部分での帯電電位の分布が出ないようにするためである。像担持体61の回転方向と分割方向とのなす角は1°〜89°の中であれば、帯電電位の均一効果は見られるが、今回は40°程度にした。電極間の距離は1μm〜10μm程度がよく、今回は2μm程度にした。電極の分割数は2〜100000とどの程度でも構わないが、プロセスの煩雑さやコスト面または要求する帯電電位の均一性によって最適な分割数を選択する。本実施例では分割数を1000程度とし、一つの電極の幅Lが約300μmになるように設計した。電極の長さTは電界放出の電流値や複写機の印刷能力などの多くのパラメーターから決められるが、10μm〜10mm程度が適当である。今回は1mm程度に設計した。下部電極12からはそれぞれの分割した状態で配線され、その各々に電流値を制御できるトランジスターを配置した。
The
下部電極12の上にはSi膜を触媒層15として形成している。触媒層15としては、導電性を有しており、かつ、SP3結合性BNの成膜を促す材料を利用する。本発明者らがSP3結合性BNの成膜方法を探索している中で、SiおよびNiにおいてこの触媒機能が発現された。SiおよびNiにおける触媒効果の詳細なメカニズムは不明であるが、窒素の高温での溶融量が影響していると思われる。ここではSi膜にホウ素をドーピングした膜をCVDで形成した。ホウ素のドープ量は1018cm-3程度で十分な導電性を示している。SP3結合性BNの成膜プロセスにおいて、Siの膜厚が薄すぎると触媒の機能を示さない。厚いSi膜を形成するのは困難が伴う。そこで、Siの膜厚は0.1nm〜10μm程度までが最適であるが、今回は500nm程度とした。
A Si film is formed as a catalyst layer 15 on the
フォトリソグラフィープロセスによって下部電極12と触媒層15をパターニングする。パターンは先に下部電極12の形状を説明した際に示したように、数μmオーダーの精度を要求する形状である。石英基板に下部電極12および触媒層15を形成した上にレジストを塗布する。この工程において、スピンコーターを用いることで、その膜厚を任意にかつ均一に塗布することが可能である。レジストの厚さは2μm程度として、ポジレジストを利用した。レジストを塗布した石英基板をオーブンによってベーク温度100℃でベークする。
The
フォトリソグラフィープロセスでは帯電器101全体を一度に処理できるように、一般的なステッパーではなく、レーザー露光装置を利用して露光する。レーザー露光装置は任意の個所のみをレーザー光に照射することで露光する装置である。今回のような面積が少ない部分のみ電極を除去する場合でかつ面積が大きいものなどには最適である。ここでは照射個所は先に示した下部電極12のパターンによって決め、そのデータを露光装置に入力することで行う。露光後にレジストを現像液で現像しパターンを形成する。
In the photolithography process, exposure is performed using a laser exposure apparatus instead of a general stepper so that the
パターニングしたレジストを塩素系のガスでドライエッチングする。エッチング高さはエッチング時間を制御することでコントロールすることができる。この後、レジストを剥離し洗浄することで、触媒層15および下部電極12がパターニングできる。
The patterned resist is dry etched with a chlorine-based gas. The etching height can be controlled by controlling the etching time. Thereafter, the catalyst layer 15 and the
SP3結合性BN膜14は図1に示されるように配線部分には成膜していない。これは触媒層15のパターニングを行うことで任意の個所に選択的にSP3結合性BN膜14を形成できる。下部電極12の成膜、触媒層15の成膜、それぞれの後に先に述べたフォトリソグラフィープロセスをそれぞれ行うことで、下部電極12とSP3結合性BNのパターン形状を、独立に設計することができる。
The SP 3
触媒層15の上にはSP3結合性BN膜14を形成する。この材料は本発明者らが優れた電子放出特性を示す材料を探索中に、特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、これを膜状に生成した場合、電界電子放出特性に優れた表面形状を呈してなるものが生成できることを見出した。以下では本発明者らが発明したSP3結合性BNについて詳細な説明を記す。
An SP 3 -bonding
このSP3結合性BN(Sp3−bonded 5H−BN)は、特に空気中における電子放出特性にも優れる好ましい材料である。SP3結合性BN膜は電界電子放出特性に優れた表面形状、すなわち、先端の尖った状態を呈した形状が自己造形的に形成されてなる特異な構成を有しているSP3結合性窒化ホウ素膜体が作製できる。これによって、電界電子放出閾値が低く、電流密度の高い、また、電子放出寿命の長い極めて良好なまさに電界電子放出材料として理想的な新規材料を、特段の加工手段、加工プロセスによることなく作製できる。 This SP 3 -bonded BN (Sp 3 -bonded 5H-BN) is a preferable material that is particularly excellent in electron emission characteristics in air. SP 3 bonding BN film excellent surface shape field electron emission characteristics, i.e., SP 3 bonding nitride shape exhibited sharp state of the tip has a peculiar structure formed by self-shaped formed A boron film body can be produced. This makes it possible to produce a new material that is ideal as a field electron emission material with a low field electron emission threshold, a high current density, and a long electron emission lifetime, without any special processing means or processing process. .
窒化ホウ素を気相からの反応によって基板上に生成堆積する場合、基板近傍にエネルギーの高い紫外光を照射すると基板上に窒化ホウ素が膜状に形成され、且つ、膜表面上には、先端が尖った状態を呈した形状の窒化ホウ素が適宜間隔を置いて光方向に自己組織的に生成し、成長する。そしてその得られてなる膜は、これに電界をかけると容易に電子を放出し、しかもこれまでのこの種材料から考えると、破格といってもいい大電流密度を保ちながら、材料の劣化、損傷、脱落のない極めて安定した状態、性能を維持し得る、極めて優れた電子放出材料であることを確認、知見したものである。 When boron nitride is produced and deposited on a substrate by a reaction from the gas phase, boron nitride is formed in a film shape on the substrate when irradiated with high energy ultraviolet light in the vicinity of the substrate, and a tip is formed on the film surface. Boron nitride having a pointed state is generated and grown in a self-organizing manner in the light direction at appropriate intervals. And the resulting film easily emits electrons when an electric field is applied to it, and considering this kind of material so far, while maintaining a large current density that can be said to be exceptional, deterioration of the material, It has been confirmed and found to be an extremely excellent electron emission material that can maintain a very stable state and performance without damage or dropout.
この材料が、電界電子放出特性に優れた表面形状が気相からの反応によって自己造形的に形成されるためには、紫外光の照射が必要である。このことは、後述の材料生成の詳細な条件で明らかにするが、その理由については現段階では必ずしも定かではない。しかし、次のように考えることができる。 In order for this material to form a surface shape excellent in field electron emission characteristics in a self-modeling manner by reaction from the gas phase, irradiation with ultraviolet light is necessary. This will be clarified in the detailed conditions of material generation to be described later, but the reason is not necessarily clear at this stage. However, it can be considered as follows.
すなわち、自己組織化による表面形態形成は、いわゆる「チューリング構造」として把握され、前駆体物質の表面拡散と表面化学反応とが競合するある種の条件において出現する。ここでは、紫外光照射がその両者の光化学的促進に関わり、初期核の規則的な分布に影響していると考えられる。紫外光照射により表面での成長反応が促進されるが、これは光強度に反応速度が比例することを意味する。初期核が半球形であると仮定すると、頂点付近では光強度が大きく、成長が促進されるのに対して、周縁部分では光強度が弱まり成長が遅れる。これが先端の尖った表面形成物の形成要因の一つであると考えられる。何れにしても紫外光照射が極めて重要な働きをなしており、これが重要なポイントであることは否定できない。 That is, surface morphogenesis by self-organization is grasped as a so-called “Turing structure”, and appears under certain conditions where the surface diffusion of the precursor material and the surface chemical reaction compete. Here, it is considered that ultraviolet light irradiation is related to the photochemical promotion of both, and affects the regular distribution of initial nuclei. The growth reaction on the surface is promoted by irradiation with ultraviolet light, which means that the reaction rate is proportional to the light intensity. Assuming that the initial nucleus is hemispherical, the light intensity is large near the apex and the growth is promoted, whereas the light intensity is weakened and the growth is delayed at the peripheral part. This is considered to be one of the formation factors of the surface formation with a sharp tip. In any case, ultraviolet light irradiation plays an extremely important role, and it cannot be denied that this is an important point.
以下にこの材料の生成方法についてより詳細に説明する。図4に示す構造のCVD反応容器は、本実施例の電子放出素子を用いた電子源基板および該基板を用いた画像表示装置に好適に使用される電子放出特性の優れたSP3結合性BNを得る気相反応を実施するのに使用されたものである。 The method for producing this material will be described in detail below. The CVD reaction vessel having the structure shown in FIG. 4 is an SP 3 bonding BN having excellent electron emission characteristics that is suitably used for an electron source substrate using the electron-emitting device of this embodiment and an image display device using the substrate. It was used to carry out the gas phase reaction to obtain
図4において、反応容器41は、反応ガス及びその希釈ガスを導入するためのガス導入口42と、導入された反応ガス等を容器外へ排気するためのガス流出口43とを備え、真空ポンプに接続され、大気圧以下に減圧維持されている。容器内のガスの流路には窒化ホウ素が析出する絶縁体の基板44が設定され、その窒化ホウ素が析出する基板44に面した反応容器41の壁体の一部には光学窓48が取り付けられ、この窓48を介して基板44にエキシマ紫外レーザー光(図中の太い矢印)がエキシマ紫外レーザー装置46照射される。
In FIG. 4, a reaction vessel 41 includes a
反応容器41に導入された反応ガスは、基板44表面において照射される紫外光によって励起され、反応ガス中の窒素源とホウ素源とが気相反応し、基板上に、一般式:BNで示され、5H型多形構造を有してなるSP3結合性BNが生成し、析出し、膜状に成長する。 The reaction gas introduced into the reaction vessel 41 is excited by ultraviolet light irradiated on the surface of the substrate 44, and a nitrogen source and a boron source in the reaction gas undergo a gas phase reaction, and are represented by a general formula: BN on the substrate. Then, SP 3 -bonded BN having a 5H type polymorphic structure is generated, precipitated, and grown into a film.
その場合の反応容器41内の圧力は、0.001〜760Torrの広い範囲において実施可能である。また、反応空間に設置された基板の温度は、室温〜1300℃の広い範囲で実施可能であるが、目的とする反応生成物をより高純度で得るためには、圧力は低く、また高温度で実施した方が好ましい。 In this case, the pressure in the reaction vessel 41 can be implemented in a wide range of 0.001 to 760 Torr. Further, the temperature of the substrate placed in the reaction space can be carried out in a wide range of room temperature to 1300 ° C., but the pressure is low and the temperature is high in order to obtain the desired reaction product with higher purity. It is more preferable to carry out with.
なお、基板44表面ないしその近傍空間領域に対して紫外光を照射して励起する際、プラズマを併せて照射するのもよい方法である。図4において、プラズマトーチ47は、この態様を示すものであり、反応ガス及びプラズマが基板44に向けて照射されるよう、反応ガス導入口42と、プラズマトーチ47とが基板44に向けて一体に設定されている。
In addition, when irradiating and exciting the surface of the substrate 44 or a space region in the vicinity thereof with ultraviolet light, it is also a good method to irradiate with plasma. In FIG. 4, a
以下にさらに具体的な条件に基づいて説明する。ただし、以下に開示する条件は、あくまでも本発明に好適に適用されるSP3結合性BNを理解するための一助として開示するものであって、この条件のみによって本発明が限定されるものではないことはいうまでもない。 The following description is based on more specific conditions. However, the conditions disclosed below are disclosed only as an aid for understanding the SP 3 binding BN suitably applied to the present invention, and the present invention is not limited only by these conditions. Needless to say.
〈生成条件例1〉
アルゴン流量2SLM、水素流量50sccmの混合希釈ガス流中にジボラン流量10sccm及び、アンモニア流量20sccmを導入し、同時にポンプにより排気することで圧力30Torrに保った雰囲気中にて、加熱により800℃に保持したシリコン基板上に、エキシマ紫外レーザー光を照射した(図4参照)。60分の合成時間により、所望の薄膜を得た。薄膜生成物をX線回折法により同定した結果、この試料の結晶系は六方晶であり、SP3結合による5H型多形構造で、格子定数は、a=0.25nm、c=1.04nmであった。
<Generation condition example 1>
A diborane flow rate of 10 sccm and an ammonia flow rate of 20 sccm were introduced into a mixed dilution gas flow having an argon flow rate of 2 SLM and a hydrogen flow rate of 50 sccm, and simultaneously maintained at 800 ° C. by heating in an atmosphere maintained at a pressure of 30 Torr by exhausting with a pump. Excimer ultraviolet laser light was irradiated on the silicon substrate (see FIG. 4). The desired thin film was obtained after 60 minutes of synthesis time. As a result of identifying the thin film product by X-ray diffraction, the crystal system of this sample is hexagonal, and it is a 5H type polymorphic structure with SP 3 bonds, and the lattice constants are a = 0.25 nm, c = 1.04 nm. Met.
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物(0.001μm〜数μmの長さ)に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。 As a result of observation with a scanning electron microscope image, this thin film is self-shaped with a unique surface shape covered with a conical protrusion structure (0.001 μm to several μm in length) with a sharp tip that tends to cause electric field concentration. Formation was observed.
この薄膜の電界電子放出特性を調べるため、径1mmの円柱状の金属電極を表面から30μm離して真空中で薄膜−電極間に電圧を印可し、電子放出量を測定した結果、電界強度15−20(V/μm)において、電流密度の増大が見られ、20(V/μm)において、測定用高圧電源の限界電流値(1.3A/cm2相当)にて飽和していることが明らかとなった。 In order to investigate the field electron emission characteristics of this thin film, a cylindrical metal electrode having a diameter of 1 mm was separated from the surface by 30 μm, a voltage was applied between the thin film and the electrode in vacuum, and the amount of electron emission was measured. At 20 (V / μm), an increase in current density is observed, and at 20 (V / μm), it is clear that the current is saturated at the limit current value (equivalent to 1.3 A / cm 2 ) of the high-voltage power supply for measurement. It became.
また、この時の電流値の時間変化を調べたところ、約15分の間、電流値に多少の揺動が認められたが、ほぼ平均的な電流値が維持され、材料劣化による電流値の減少は見られず、安定な材料であることが確認された。さらに、この評価を空気中において行ってもほぼ同等の特性を示した。また、薄膜を微細な粒子状(0.0005μm〜1μm)に粉砕し、それをペースト状にして塗膜、乾燥後その性能を評価したが、やはり同等の性能が得られた。 Further, when the time change of the current value at this time was examined, the current value was slightly fluctuated for about 15 minutes, but the average current value was maintained, and the current value due to material deterioration was maintained. No decrease was observed, confirming that the material was stable. Furthermore, even if this evaluation was performed in the air, almost the same characteristics were shown. Moreover, the thin film was pulverized into fine particles (0.0005 μm to 1 μm), made into a paste, coated, dried, and evaluated for its performance, but the same performance was obtained.
〈生成比較例1〉
比較のため、紫外光の照射以外は生成条件例1の条件と同様の条件で同時に作製した薄膜で、紫外光の照射されなかった部分の電界電子放出特性を調べた。その結果、電子放出開始の閾値電界強度が42(V/μm)となり、紫外光照射を行って作製した生成条件例1の場合の15(V/μm)に比べて大幅に高くなっていることがわかった。また、この部分は、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電界電子放出による薄膜の損傷・剥離が見られた。一方、紫外光照射下で成長した突起状表面形状を示す部分には、電界電子放出実験の後、このような損傷は見出されなかった。
<Production Comparative Example 1>
For comparison, the field electron emission characteristics of a portion of the thin film that was simultaneously produced under the same conditions as those in Production Condition Example 1 except for the irradiation with ultraviolet light were examined. As a result, the threshold electric field intensity at the start of electron emission is 42 (V / μm), which is significantly higher than 15 (V / μm) in the case of generation condition example 1 manufactured by performing ultraviolet light irradiation. I understood. Further, when this portion was observed with a scanning electron microscope, damage and peeling of the thin film due to field electron emission were observed. On the other hand, no damage was found in the portion showing the protruding surface shape grown under ultraviolet light irradiation after the field electron emission experiment.
〈生成条件例2〉
アルゴン流量2SLM、水素流量50sccmの混合希釈ガス流中にジボラン流量10sccm及び、アンモニア流量20sccmを導入し、同時にポンプにより排気することで圧力30Torrに保った雰囲気中にて、出力800w、周波数13.56MHzのRFプラズマを発生し、加熱により900℃に保持したシリコン基板上に、エキシマ紫外レーザー光を照射した(図4参照)。
<Generation condition example 2>
In an atmosphere maintained at a pressure of 30 Torr by introducing a diborane flow rate of 10 sccm and an ammonia flow rate of 20 sccm into a mixed dilution gas flow with an argon flow rate of 2 SLM and a hydrogen flow rate of 50 sccm, and simultaneously evacuating with a pump, the output is 800 w and the frequency is 13.56 MHz. RF plasma was generated, and excimer ultraviolet laser light was irradiated onto a silicon substrate maintained at 900 ° C. by heating (see FIG. 4).
60分の合成時間により、薄膜生成物を得た。この生成物を生成条件例1と同様の方法で同定した結果、結晶系は六方晶であり、SP3結合による5H型多形構造で、格子定数は、a=0.25nm、c=1.04nmであった。 A thin film product was obtained after a synthesis time of 60 minutes. As a result of identifying this product by the same method as in Production Condition Example 1, the crystal system was hexagonal, a 5H polymorphic structure with SP 3 bonds, and the lattice constants were a = 0.25 nm, c = 1. It was 04 nm.
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物(0.001μm〜数μmの長さ)に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。 As a result of observation with a scanning electron microscope image, this thin film is self-shaped with a unique surface shape covered with a conical protrusion structure (0.001 μm to several μm in length) with a sharp tip that tends to cause electric field concentration. Formation was observed.
この薄膜の電界電子放出特性を調べるため、径1mmの円柱状の金属電極を表面から40μm離して真空中で薄膜−電極間に電圧を印可し、電子放出量を測定した。その結果は、電界強度18−22(V/μm)において、電流密度の増大が見られ、22(V/μm)において、測定用高圧電源の限界電流値(1.3A/cm2相当)にて飽和していることが明らかとなった。また、空気中評価あるいは微細な粒子状評価も同様な結果が得られた。すなわち、生成条件例1と同様、安定な材料が得られたことが確認された。 In order to investigate the field electron emission characteristics of this thin film, a cylindrical metal electrode having a diameter of 1 mm was separated from the surface by 40 μm, a voltage was applied between the thin film and the electrode in vacuum, and the amount of electron emission was measured. As a result, an increase in current density was observed at an electric field strength of 18-22 (V / μm), and the limit current value (equivalent to 1.3 A / cm 2 ) of the high voltage power supply for measurement was observed at 22 (V / μm). It became clear that it was saturated. Similar results were also obtained in air evaluation or fine particle evaluation. That is, it was confirmed that a stable material was obtained as in Production Condition Example 1.
〈生成条件例3〉
アルゴン流量2SLM、水素流量50sccmの混合希釈ガス流中にジボラン流量10sccm及び、アンモニア流量20sccmを導入し、同時にポンプにより排気することで圧力30Torrに保った雰囲気中にて、出力800w、周波数13.56MHzのRFプラズマを発生し、加熱により900℃に保持したニッケル基板上に、エキシマ紫外レーザー光を照射した(図4参照)。
<Generation condition example 3>
In an atmosphere maintained at a pressure of 30 Torr by introducing a diborane flow rate of 10 sccm and an ammonia flow rate of 20 sccm into a mixed dilution gas flow with an argon flow rate of 2 SLM and a hydrogen flow rate of 50 sccm, and simultaneously evacuating with a pump, the output is 800 w and the frequency is 13.56 MHz. RF plasma was generated, and excimer ultraviolet laser light was irradiated onto a nickel substrate maintained at 900 ° C. by heating (see FIG. 4).
60分の合成時間により、薄膜生成物を得た。この生成物を生成条件例1と同様の方法で同定した結果、結晶系は六方晶であり、Sp3結合による5H型多形構造で、格子定数は、a=0.251nm、c=1.05nmであった。 A thin film product was obtained after a synthesis time of 60 minutes. As a result of identifying this product by the same method as in Production Condition Example 1, the crystal system was hexagonal, and it was a 5H polymorphic structure with Sp3 bonds, and the lattice constants were a = 0.251 nm, c = 1.05 nm. Met.
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物(0.001μm〜数μmの長さ)に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。 As a result of observation with a scanning electron microscope image, this thin film is self-shaped with a unique surface shape covered with a conical protrusion structure (0.001 μm to several μm in length) with a sharp tip that tends to cause electric field concentration. Formation was observed.
この薄膜の電界電子放出特性を調べるため、径1mmの円柱状の金属電極を表面から40μm離して真空中で薄膜−電極間に電圧を印可し、電子放出量を測定した。その結果は、電界強度18−22(V/μm)において、電流密度の増大が見られ、22(V/μm)において、測定用高圧電源の限界電流値(1.2A/cm2相当)にて飽和していることが明らかとなった。また、空気中評価あるいは微細な粒子状評価も同様な結果が得られた。すなわち、生成条件例1と同様、安定な材料が得られたことが確認された。 In order to investigate the field electron emission characteristics of this thin film, a cylindrical metal electrode having a diameter of 1 mm was separated from the surface by 40 μm, a voltage was applied between the thin film and the electrode in vacuum, and the amount of electron emission was measured. As a result, an increase in current density was observed at an electric field strength of 18-22 (V / μm), and the limit current value (corresponding to 1.2 A / cm 2 ) of the high-voltage power supply for measurement was observed at 22 (V / μm). It became clear that it was saturated. Similar results were also obtained in air evaluation or fine particle evaluation. That is, it was confirmed that a stable material was obtained as in Production Condition Example 1.
以上述べたとおり、本実施例の電子放出素子を用いた電子源基板および該基板を用いた画像表示装置に好適に使用される電子放出特性の優れたSP3結合性BNは、電界電子放出特性に優れた表面形状、すなわち、先端の尖った状態を呈した形状が自己造形的に形成されてなる特異な構成を有してなるものである。 As described above, the SP 3 -bonded BN having excellent electron emission characteristics used suitably for the electron source substrate using the electron-emitting device of the present embodiment and the image display device using the substrate has the field electron emission characteristics. It has a unique configuration in which a surface shape excellent in the shape, that is, a shape having a pointed tip is formed in a self-modeling manner.
SP3結合性BNは先の先端が尖った形状に限らず、微粒子の形態でも構わない。ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態(いくつかの微粒子が集合し、全体として島状を形成している場合も含む。)をとっている。微粒子の粒径は、数0.1μmないし1μmであり、好ましくは0.1nmないし20nmである。 The SP 3 binding BN is not limited to a shape with a sharp tip, but may be in the form of fine particles. The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and the fine structure is not only in a state where the fine particles are individually dispersed and arranged, but also in a state where the fine particles are adjacent to each other or overlap (some fine particles are aggregated). And the case where an island shape is formed as a whole is also taken.) The particle diameter of the fine particles is several 0.1 μm to 1 μm, preferably 0.1 nm to 20 nm.
以上のような条件で生成されたSP3結合性BN膜を図3に示すように成膜した。SP3結合性BN膜14は上記の生成方法では導電率の異方性を示すことが判った。SP3結合性BN膜14の厚み方向には高い導電率を有するが、絶縁性基板11と平行方向では非常に低い導電率であった。これは隣接する電極間の抵抗値を測定することで明らかになった。このSP3結合性BN膜14に出現する導電率異方性に関してはそのメカニズムは不明であるが、SP3結合性BN膜14はそもそも絶縁体であるが、膜厚方向において、何らかの導電パスが形成されている可能性がある。この導電パスが異方性を有していると理解できる。
An SP 3 -bonded BN film produced under the above conditions was formed as shown in FIG. It has been found that the SP 3
本実施例の画像形成装置を図5に示す。画像形成装置は帯電装置、像担持体61と現像装置63などからなる。像担持体61は一般的に利用されている感光体ではなく、単に帯電電位を維持する機能を有する絶縁体を利用した。この絶縁体はポリカーボネイトやポリエチレン、ポリテレフタレートなどのポリマー材料もしくはSiO2やSiNなどの無機材料でも構わない。今回は材料の量産性などの面からポリカーボネイトを利用した。ポリカーボネイトの厚さは100μm程度でアルミの管の表面にコーティングした。
An image forming apparatus of this embodiment is shown in FIG. The image forming apparatus includes a charging device, an
本実施例では、帯電器101に求める画像情報を送信し、帯電する際に必要な個所にのみ任意の潜像を形成し、それを現像装置63によってトナーによる像に変換する。それを紙に転写することで画像形成をなすものである。
In this embodiment, image information to be obtained is transmitted to the
帯電器101は図5に示すように像担持体61に接近し、空隙Gだけ離れた状態で配置される。像担持体61との空隙Gの距離は、印加電圧や電界放出能力などのパラメーターによっても大きく異なるが、1μm〜10mmの間であればよく、今回は50μm程度に制御した。
As shown in FIG. 5, the charging
図6に帯電器101を拡大した断面図を記す。絶縁性基板11の上に下地層16および下部電極12、その上にSP3結合性BN膜14が形成されている。絶縁性基板11はSiや石英、ポリマー基板、サファイヤ基板など様様な材料を利用することができる。今回は大型の基板を低コストで入手できることから石英基板を利用した。石英基板は研磨処理を施し、その平坦性はRa<10nm以下になるように仕上げた。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the
下地層16は下部電極12を絶縁性基板11に密着させる機能を有し、かつ、SP3結合性BN膜14の形成時に窒素を絶縁性基板11に拡散させない機能を持たせる。これにより、窒素が効率的にSP3結合性BN膜14に供給され、品質の良いSP3結合性BN膜14が作れる。今回は下地層16としてCrを採用した。Crは10nm程度、加熱蒸着器によって成膜した。
The underlayer 16 has a function of bringing the
この上に下部電極12を成膜する。下部電極12の材料はNiとして、厚さ0.1nm〜10μmの範囲であればよく、今回は100nm程度とした。Niには先の生成条件例3に示すようにSP3結合性BN膜14の触媒機能を有していることが発明者らの研究成果から判っている。
A
下部電極12は像担持体61の回転方向に対し、垂直に分割されている。電極間の距離は1μm〜10μm程度がよく、今回は2μm程度にした。電極の分割数は2〜100000とどの程度でも構わないが、プロセスの煩雑さやコスト面または要求する画像品質によって選択する。本実施例では分割数を5000程度とし、一つの電極の幅Lが約70μmになるように設計した。これは画像としては400dpi相当になる。電極の長さTは電界放出の電流値や複写機の印刷能力などの多くのパラメーターから決められるが、10μm〜10mm程度が適当である。今回は0.1mm程度に設計した。電極からはそれぞれの分割した状態で配線され、その各々に電流値を制御できるトランジスターを配置した。このトランジスターに要求する画像情報を転送することで、所望の画像を形成する。
The
フォトリソグラフィープロセスによって下部電極12と下地層16をパターニングする。パターンは先に下部電極12の形状を説明した際に示したように、数μmオーダーの精度を要求する形状である。石英基板に下部電極12と下地層16を形成した上にレジストを塗布する。この工程において、スピンコーターを用いることで、その膜厚を任意にかつ均一に塗布することが可能である。レジストの厚さは2μm程度として、ポジレジストを利用した。レジストを塗布した石英基板をオーブンによってベーク温度100℃でベークする。
The
フォトリソグラフィープロセスでは帯電器101全体を一度に処理できるように、一般的なステッパーではなく、レーザー露光装置を利用して露光する。レーザー露光装置は任意の個所のみをレーザー光に照射することで露光する装置である。今回のような面積が少ない部分のみ電極を除去する場合でかつ面積が大きいものなどには最適である。ここでは照射個所は先に示した下部電極12のパターンによって決め、そのデータを露光装置に入力することで行う。レジストは現像液で現像しパターンを形成する。
In the photolithography process, exposure is performed using a laser exposure apparatus instead of a general stepper so that the
パターニングしたレジストを塩素系のガスでドライエッチングする。エッチング高さはエッチング時間を制御することでコントロールすることができる。この後、レジストを剥離し洗浄することで、下地層16および下部電極12がパターニングできる。
The patterned resist is dry etched with a chlorine-based gas. The etching height can be controlled by controlling the etching time. Thereafter, the base layer 16 and the
本実施例では下部電極12の厚みをSP3結合性BN膜14の成膜領域のみ薄くした。これはフォトリソグラフィープロセスにおいて、露光量を制御することでレジスト厚みを2段階に分けることで実現できる。レジストの薄い部分の下部電極は次にドライエッチングプロセスでその形状が転写され、薄い下部電極が作られる。この薄い下部電極12は電流を流す時に高い抵抗率を示し、発熱体となる。SP3結合性BN膜14は基板温度によって成長条件が異なり、先の発熱領域に選択的に成膜することが可能となる。これはドライエッチングなどの微細加工が難しいSP3結合性BN膜14を微細形状に形成する方法となる。
In this embodiment, the thickness of the
下部電極12の上にはSP3結合性BN膜14を形成する。この材料は本発明者らが優れた電子放出特性を示す材料を探索中に、特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、これを膜状に生成した場合、電界電子放出特性に優れた表面形状を呈してなるものが生成できることを見出した。
An SP 3
SP3結合性BN膜14は生成条件例1とほぼ同様な条件で成膜した。ただし、本実施例では、成膜する際に電極に電流を流し抵抗値が高い領域の発熱を起こした。これによって発熱領域の温度を約800℃にし、それ以外の基板温度を700℃にするように制御した。これによって、選択的にSP3結合性BN膜14が形成された。膜質および電界放出能力は生成条件例1とほぼ同様であった。
The SP 3
以上のような条件で生成されたSP3結合性BN膜を図6に示すように成膜した。SP3結合性BN膜14は上記の生成方法では導電率の異方性を示すことが判った。SP3結合性BN膜14の厚み方向には高い導電率を有するが、絶縁性基板11と平行方向では非常に低い導電率であった。
An SP 3 -bonded BN film produced under the above conditions was formed as shown in FIG. It has been found that the SP 3
なお、上述した形態は本発明の帯電器等を実施するための最良のものであるがかかる実施形式に限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲においてその実施形式を種々変形することが可能である。 In addition, although the form mentioned above is the best thing for implementing the charger of this invention, it is not the meaning limited to this implementation form. Therefore, various modifications can be made to the implementation form without changing the gist of the present invention.
11 絶縁性基板
12 下部電極
13 配線
14 SP3結合性BN膜
15 触媒層
16 下地層
41 反応容器(反応炉)
42 ガス導入口
43 ガス流出口
44 窒化ホウ素析出基板
45 光学窓
46 エキシマ紫外レーザー装置
47 プラズマトーチ
61 像担持体
63 現像装置
63a 現像剤担持体
64 クリーニング装置
64a クリーニングブラシ
64b クリーニングブレード
100 帯電器カバー
101 帯電器
G 間隙
L レーザー光
11 Insulating
42
Claims (8)
前記絶縁性基板上に形成した電極と、
前記電極上に形成したSP3結合性窒化ホウ素体を有し、
前記電極の電流制御により、前記SP3結合性窒化ホウ素体から電界放出を行う帯電器において、
前記電極は、所定の間隔を有して分割し、当該電極による電流制御を独立に行うことを特徴とする帯電器。 An insulating substrate;
An electrode formed on the insulating substrate;
Having SP 3 bonded boron nitride formed on the electrode;
In a charger that performs field emission from the SP 3 -bonded boron nitride body by controlling the current of the electrode,
The charger is characterized in that the electrode is divided at a predetermined interval, and current control by the electrode is performed independently.
像担持体と、
露光装置と、
現像装置を有する画像形成装置において、
前記帯電器に画像情報を転送し、当該画像情報に基づいて前記電極による電流制御を行うことを特徴とする画像形成装置。 A charger according to any one of claims 1 to 7 ,
An image carrier;
An exposure device;
In an image forming apparatus having a developing device,
An image forming apparatus, wherein image information is transferred to the charger, and current control by the electrodes is performed based on the image information.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006060954A JP4976026B2 (en) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | Charger, image forming device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006060954A JP4976026B2 (en) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | Charger, image forming device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007240722A JP2007240722A (en) | 2007-09-20 |
JP4976026B2 true JP4976026B2 (en) | 2012-07-18 |
Family
ID=38586353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006060954A Expired - Fee Related JP4976026B2 (en) | 2006-03-07 | 2006-03-07 | Charger, image forming device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4976026B2 (en) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06161218A (en) * | 1992-11-19 | 1994-06-07 | Canon Inc | Image forming device |
JP3878388B2 (en) * | 2000-03-03 | 2007-02-07 | 株式会社リコー | Electron emitting device, charger and image recording apparatus using carbon nanotube |
JP2002231415A (en) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Ricoh Co Ltd | Electric charge generator and method of its manufacture and electrifying method and electrifier and image forming device |
JP4616501B2 (en) * | 2001-04-13 | 2011-01-19 | 株式会社リコー | Charging device and image forming apparatus using charging device |
JPWO2002097843A1 (en) * | 2001-05-28 | 2004-09-30 | 株式会社渡辺商行 | Electrode, electron-emitting device and device using the same |
JP3783057B2 (en) * | 2003-08-29 | 2006-06-07 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Sp3-bonded boron nitride thin film having a self-formation surface shape utilizing field electron emission characteristics, its production method and use |
JP4877749B2 (en) * | 2005-04-19 | 2012-02-15 | 株式会社リコー | Charging device, image forming apparatus, and process cartridge |
-
2006
- 2006-03-07 JP JP2006060954A patent/JP4976026B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007240722A (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9768026B2 (en) | Structures having isolated graphene layers with a reduced dimension | |
US9111775B2 (en) | Silicon structure and manufacturing methods thereof and of capacitor including silicon structure | |
US9688540B2 (en) | Segmented graphene growth on surfaces of a patterned substrate layer and devices thereof | |
WO2014025615A1 (en) | Methods for graphene fabrication on patterned catalytic metal | |
JP2012031000A (en) | Grain-arranged diamond film, and method for production thereof | |
US8086141B2 (en) | Electric charging apparatus and image forming apparatus using the same | |
JP4976026B2 (en) | Charger, image forming device | |
JP2006306704A (en) | Method of forming carbon film and carbon film | |
JP2004182537A (en) | Method of forming arranged structure of nanocarbon material | |
JP4829634B2 (en) | Method for forming catalyst and method for producing carbon film using the same | |
JP2007265884A (en) | Electron-emitting element, electrifier, process cartridge, and image forming device | |
JP3210149B2 (en) | Electron emitting device and method of manufacturing electron emitting device | |
JP2768539B2 (en) | Deposition film forming equipment | |
JPH1040805A (en) | Cold-cathode element and its manufacture | |
JP4890897B2 (en) | Image forming apparatus | |
KR100256192B1 (en) | Plasma process apparatus and plasma process method | |
JP2002075960A (en) | Method of etching carbonic material | |
JP2007242543A (en) | Electron emitting element | |
JPH04247877A (en) | Deposited film forming device | |
JP5101077B2 (en) | Charging device, image forming apparatus, and process cartridge | |
KR20080102698A (en) | X-ray lamp and manufacturing method of field emitter for x-ray lamp | |
Samukawa | Atomic Layer Defect-free Top-down Process for Future Nano-devices | |
TWI230204B (en) | Method for selectively depositing nano carbon structure on silicon substrate | |
Weston | Fabrication Techniques | |
JP2007067453A (en) | Method for etching diamond |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120117 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120316 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120410 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150420 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |