JP5783798B2 - ELECTRON EMITTING ELEMENT AND DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME - Google Patents
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Description
本発明は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子およびそれを備えた各種の装置に関する。 The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons by applying a voltage, and various devices including the electron-emitting device.
従来の電子放出素子として、スピント(Spindt)型電極、カーボンナノチューブ(CNT)型電極等で構成された電子放出素子が知られている。この電子放出素子は、例えば、FED(Field Emission Display)の分野への応用が検討されており、尖鋭形状部に電圧を印加して約1GV/mの強電界を形成し、トンネル効果により電子を放出することができる。 As a conventional electron-emitting device, an electron-emitting device composed of a Spindt type electrode, a carbon nanotube (CNT) type electrode, or the like is known. This electron-emitting device has been studied for application in the field of FED (Field Emission Display), for example. A voltage is applied to the sharp portion to form a strong electric field of about 1 GV / m, and electrons are generated by the tunnel effect. Can be released.
しかしながら、これら2つのタイプの電子放出素子は、電子放出部の表面近傍が強電界であるため、放出された電子は、電界により大きなエネルギーを得て気体分子を容易に電離する。気体分子の電離により生じた陽イオンは、強電界により素子の表面方向に加速衝突し、スパッタリングによる素子破壊が生じるという問題がある。
また、大気中の酸素は電離エネルギーよりも解離エネルギーの方が低いため、イオンの発生よりも先にオゾンが発生する。オゾンは人体に有害である上、その強い酸化力により様々なものを酸化することから、素子の周囲の部材にダメージを与えるという問題が存在し、これを避けるために周辺部材には耐オゾン性の高い材料を用いなければならないという制限が生じている。
However, since these two types of electron-emitting devices have a strong electric field in the vicinity of the surface of the electron-emitting portion, the emitted electrons obtain large energy by the electric field and easily ionize gas molecules. The cation generated by the ionization of gas molecules is accelerated and collides in the direction of the surface of the device by a strong electric field, and there is a problem that the device is destroyed by sputtering.
In addition, since oxygen in the atmosphere has lower dissociation energy than ionization energy, ozone is generated prior to the generation of ions. Since ozone is harmful to the human body and oxidizes various things with its strong oxidizing power, there is a problem of damaging members around the element. To avoid this, the surrounding members are ozone resistant. There is a restriction that high material must be used.
このような背景から、前記とは別のタイプの電子放出素子として、MIM(Metal Insulator Metal)型とMIS(Metal Insulator Semiconductor)型の電子放出素子が開発されている。
これらは、素子内部の量子サイズ効果および強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。
これらの電子放出素子は、素子内部の電子加速層で加速した電子を放出するため、素子外部に強電界を必要としない。
したがって、MIM型およびMIS型の電子放出素子は、前記スピント型、CNT型、BN型の電子放出素子のように気体分子の電離によるスパッタリングで破壊されるという問題やオゾンが発生するという問題を克服できる。
Against this background, MIM (Metal Insulator Metal) type and MIS (Metal Insulator Semiconductor) type electron emitting devices have been developed as other types of electron emitting devices.
These are surface-emission electron-emitting devices that accelerate electrons using the quantum size effect and strong electric field inside the device to emit electrons from the planar device surface.
Since these electron-emitting devices emit electrons accelerated by an electron acceleration layer inside the device, a strong electric field is not required outside the device.
Therefore, the MIM type and MIS type electron-emitting devices overcome the problem of being destroyed by sputtering due to ionization of gas molecules and the generation of ozone like the Spindt-type, CNT-type, and BN-type electron-emitting devices. it can.
しかし、MIM型およびMIS型の電子放出素子は、一般にピンホールや絶縁破壊等が生じやすい。そのため、これらの電子放出素子には、微粒子を有する絶縁膜を用いてピンホールや絶縁破壊等の発生を防止することが知られている。
例えば、相対向する2枚の電極の間に微粒子を含む絶縁体を設けたMIM型の電子放出素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
However, MIM type and MIS type electron-emitting devices are generally prone to pinholes and dielectric breakdown. Therefore, it is known that these electron-emitting devices use an insulating film having fine particles to prevent the occurrence of pinholes or dielectric breakdown.
For example, an MIM type electron-emitting device is known in which an insulator containing fine particles is provided between two electrodes facing each other (see, for example, Patent Document 1).
また、基板と、炭素系電子放出材料(例えば、カーボンナノチューブ)で構成された基板上の電子放出部と、電子放出部よりも厚く基板上に形成された固定層と、電子放出部と対向するよう固定層上に形成されて電子放出部から電子を引き出すための電子引き出し電極とを備え、固定層は、絶縁粒子からなる粉体層と、この粉体層を覆うように形成された酸化物絶縁体とからなる絶縁膜である電子放出素子が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Further, the substrate, an electron emission portion on the substrate made of a carbon-based electron emission material (for example, carbon nanotube), a fixed layer formed on the substrate thicker than the electron emission portion, and the electron emission portion are opposed to each other. And an electron extraction electrode for extracting electrons from the electron emission portion, and the fixed layer includes a powder layer made of insulating particles and an oxide formed to cover the powder layer. An electron-emitting device that is an insulating film made of an insulator is known (for example, see Patent Document 2).
カーボンナノチューブエミッターやカーボンブラックエミッターは、カーボンナノチューブやカーボンブラックの個々のサイズや密度のばらつきによって、電子放出点が不均一になってしまう。
この問題を解消すべく、通電エージング、レーザー照射、プラズマ処理などの活性化処理が試みられているが、処理に時間と手間がかかってしまう。
Carbon nanotube emitters and carbon black emitters have uneven electron emission points due to variations in the size and density of carbon nanotubes and carbon black.
In order to solve this problem, activation processing such as energization aging, laser irradiation, and plasma processing has been attempted, but the processing takes time and effort.
また、MIM型およびMIS型の電子放出素子は、メカニズムは明確には解明されていないが、素子構造内に生じるミクロな電気的不均一性により、電子放出点が不均一になってしまう。
これらの電子放出素子の中には、安定化させるための通電処理、すなわちフォーミング処理が施されている素子もあるが、フォーミング処理によって形成される電子放出点は偶発的なものであるため、電子放出点を制御することが難しく、多くの場合は不均一になってしまう。
Further, although the mechanism of the MIM type and MIS type electron emitting devices has not been clearly clarified, the electron emission points become non-uniform due to the micro electric non-uniformity generated in the device structure.
Some of these electron-emitting devices are subjected to energization treatment for stabilization, that is, a forming process, but the electron emission point formed by the forming process is accidental. It is difficult to control the emission point, and in many cases it becomes non-uniform.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電子を均一かつ制御性よく放出することができる電子放出素子を主として提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and mainly provides an electron-emitting device capable of emitting electrons uniformly and with good controllability.
本発明によれば、第1電極と、第1電極上に形成された、膜厚方向に貫通した複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜と、前記電子放出制御絶縁膜上に形成された、少なくとも絶縁性微粒子を含有する電子加速層と、前記電子加速層上に形成された第2電極とを備え、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、第1電極から放出される電子を前記電子放出制御絶縁膜の前記小孔の位置における前記電子加速層で加速させて第2電極から外部へ放出させるように構成されたことを特徴とする電子放出素子が提供される。 According to the present invention, the first electrode, the electron emission control insulating film formed on the first electrode and having a plurality of small holes penetrating in the film thickness direction, and formed on the electron emission control insulating film A first electrode comprising: an electron acceleration layer containing at least insulating fine particles; and a second electrode formed on the electron acceleration layer, and applying a voltage between the first electrode and the second electrode. Provided is an electron-emitting device characterized in that electrons emitted from the electron-emission controlling insulating film are accelerated by the electron acceleration layer at the position of the small hole and emitted from the second electrode to the outside. Is done.
また、本発明の別の観点によれば、第1電極上に、膜厚方向に貫通した複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜を形成する工程(A)と、前記電子放出制御絶縁膜の前記小孔内の第1電極上に、少なくとも絶縁性微粒子を含有する電子加速層を形成する工程(B)と、前記電子加速層上に第2電極を形成する工程(C)とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step (A) of forming an electron emission control insulating film having a plurality of small holes penetrating in the film thickness direction on the first electrode, and the electron emission control insulating film A step (B) of forming an electron acceleration layer containing at least insulating fine particles on the first electrode in the small hole, and a step (C) of forming a second electrode on the electron acceleration layer. An electron-emitting device manufacturing method is provided.
本発明の電子放出素子は、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、第1電極から放出される電子を前記電子放出制御絶縁膜の前記小孔の位置における前記電子加速層で加速させて第2電極から外部へ放出させるように構成されている。
したがって、均一かつ制御性のよい電子放出を実現することができる。
また、局所的な電子放出による素子破壊が低減できるため、素子の長寿命化も期待できる。
また、本発明の電子放出素子の製造方法によれば、均一かつ制御性のよい電子放出を実現でき、かつ長寿命化した電子放出素子を製造することができる。
In the electron-emitting device of the present invention, by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the electrons emitted from the first electrode are converted into the electrons at the positions of the small holes of the electron emission control insulating film. The acceleration layer is accelerated and emitted from the second electrode to the outside.
Therefore, uniform and controllable electron emission can be realized.
In addition, since the device breakdown due to local electron emission can be reduced, the device can be expected to have a long lifetime.
In addition, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, it is possible to manufacture an electron-emitting device that can realize uniform and controllable electron emission and has a long lifetime.
本発明の電子放出素子は、第1電極と、第1電極上に形成され、膜厚方向に貫通した複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜と、前記電子放出制御絶縁膜上及び前記小孔内に形成された、少なくとも絶縁性微粒子を含有する電子加速層と、前記電子加速層上に形成された第2電極とを備え、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、第1電極から放出される電子を前記電子放出制御絶縁膜の前記小孔の位置における前記電子加速層で加速させて第2電極から外部へ放出させるように構成されている。
つまり、本発明の電子放出素子は、均一に配置された複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜を第1・第2電極間の第1電極側に設けることにより、第2電極の外表面から均一に電子を放出することができるものである。
The electron-emitting device of the present invention includes a first electrode, an electron emission control insulating film formed on the first electrode and having a plurality of small holes penetrating in the film thickness direction, the electron emission control insulating film, and the small An electron acceleration layer containing at least insulating fine particles formed in the hole and a second electrode formed on the electron acceleration layer are provided, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Thus, the electrons emitted from the first electrode are accelerated by the electron acceleration layer at the position of the small hole of the electron emission control insulating film and emitted from the second electrode to the outside.
In other words, the electron-emitting device of the present invention provides an outer surface of the second electrode by providing an electron emission control insulating film having a plurality of uniformly arranged small holes on the first electrode side between the first and second electrodes. Can uniformly emit electrons.
ここで、本発明の電子放出素子の電子放出のメカニズムについて説明する。
本発明の電子放出素子は、第1電極と第2電極との間に電圧が印加されると、第1電極から、第1電極と第2電極との間における電子加速層中の絶縁性微粒子の表面に電子が移る。絶縁性微粒子の内部は高抵抗であるため、電子は絶縁性微粒子の表面を伝導していく。
このとき、絶縁性微粒子の表面の不純物、絶縁性微粒子が酸化物である場合の酸素欠陥、あるいは絶縁性微粒子間の接点で、電子がトラップされる。このトラップされた電子は固定化された電荷として働く。
その結果、電子加速層の表面では、印加電圧と、トラップされた電子が作る電界とが合わさって強電界が発生し、その強電界によって電子が加速され、第2電極から電子が放出される。
Here, the mechanism of electron emission of the electron-emitting device of the present invention will be described.
In the electron-emitting device of the present invention, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the insulating fine particles in the electron acceleration layer between the first electrode and the second electrode from the first electrode. Electrons move to the surface of Since the inside of the insulating fine particles has a high resistance, electrons are conducted through the surface of the insulating fine particles.
At this time, electrons are trapped by impurities on the surface of the insulating fine particles, oxygen defects when the insulating fine particles are oxides, or contacts between the insulating fine particles. The trapped electrons work as fixed charges.
As a result, on the surface of the electron acceleration layer, the applied voltage and the electric field created by the trapped electrons are combined to generate a strong electric field. The strong electric field accelerates the electrons, and the electrons are emitted from the second electrode.
一方、このメカニズムをマクロな視点でとらえると、電子放出制御絶縁膜には厚み方向に貫通する複数の小孔が設けられ、第1電極から各小孔内に入り込んだ電子加速層に電子が移動し、前記メカニズムで電子が放出される。
電子放出制御絶縁膜では、電気抵抗が高く、第1電極からの電子が電子放出制御絶縁膜から上層に移動しないため、電子放出が起こらない。
この結果、小孔部分でのみ電子が放出されることになり、素子全体に配置した小孔から電子が均一に電子が放出される。また、電子放制御絶縁膜のパターンにしたがって電子放出が生じる素子構造になっているので、制御性よく電子が放出される。
このように、本発明の電子放出素子は、電子放出制御絶縁膜に電子放出させる部分(小孔)と電子放出させない部分とが交互に配列したパターン構造であるため、前記メカニズムに基づいて均一に制御性よく電子放出することができる。
On the other hand, when this mechanism is viewed from a macro viewpoint, the electron emission control insulating film has a plurality of small holes penetrating in the thickness direction, and electrons move from the first electrode to the electron acceleration layer that has entered the small holes. Then, electrons are emitted by the mechanism.
The electron emission control insulating film has high electrical resistance, and electrons from the first electrode do not move from the electron emission control insulating film to the upper layer, so that electron emission does not occur.
As a result, electrons are emitted only from the small holes, and electrons are uniformly emitted from the small holes arranged in the entire device. In addition, since the device structure is such that electrons are emitted according to the pattern of the electron emission control insulating film, electrons are emitted with good controllability.
As described above, the electron-emitting device according to the present invention has a pattern structure in which the electron emission control insulating film has portions (small holes) and portions that do not emit electrons alternately arranged. Electrons can be emitted with good controllability.
なお、電子放出素子に印加する電圧は、直流電圧でも交流電圧でもどちらでもよいが、電子放出量が比較的安定している交流電圧の方が好ましい。以下、本明細書において、単に「電圧」というときは「交流電圧」と「直流電圧」の両方を指すものとする。 The voltage applied to the electron-emitting device may be either a DC voltage or an AC voltage, but an AC voltage with a relatively stable electron emission amount is preferred. Hereinafter, in the present specification, the term “voltage” refers to both “AC voltage” and “DC voltage”.
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、第1電極上に、膜厚方向に貫通した複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜を形成する工程(A)と、前記電子放出制御絶縁膜を覆うように第1電極上に絶縁性微粒子を含んでなる電子加速層を形成する工程(B)と、前記電子加速層上に第2電極を形成する工程(C)とを含む。この製造方法により、上記の電子放出素子を製造することができる。
ここで、電子加速層の膜厚が電子放出制御絶縁膜の膜厚と等しい電子放出素子を製造する場合、前記工程(B)と工程(C)の間に、例えば、エッチングまたは化学機械研磨(CMP)により、電子放出制御絶縁膜が露出するまで電子加速層を除去する工程が含まれる。
この場合、工程(C)において、第2電極は、各小孔内の電子加速層上と電子放出制御 絶縁膜上に形成される。
以下に、本発明の様々な実施形態について説明する。
なお、本明細書中において、数値範囲における「〜」は両端の数値を含む。例えば、「0.3〜2.0μm」は、「0.3μm以上2.0μm以下」を意味し、両端の数値「0.3μm」「2.0μm」を含む。
The method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention includes a step (A) of forming an electron emission control insulating film having a plurality of small holes penetrating in the film thickness direction on the first electrode, and the electron emission control insulation. A step (B) of forming an electron acceleration layer containing insulating fine particles on the first electrode so as to cover the film; and a step (C) of forming a second electrode on the electron acceleration layer. With this manufacturing method, the above-described electron-emitting device can be manufactured.
Here, when manufacturing an electron-emitting device in which the film thickness of the electron acceleration layer is equal to the film thickness of the electron emission control insulating film, for example, etching or chemical mechanical polishing (step) between the process (B) and the process (C). A step of removing the electron acceleration layer by CMP) until the electron emission control insulating film is exposed is included.
In this case, in the step (C), the second electrode is formed on the electron acceleration layer and the electron emission control insulating film in each small hole.
In the following, various embodiments of the present invention will be described.
In the present specification, “to” in a numerical range includes numerical values at both ends. For example, “0.3 to 2.0 μm” means “0.3 μm or more and 2.0 μm or less”, and includes numerical values “0.3 μm” and “2.0 μm” at both ends.
本発明の電子放出素子は、その実施形態において、電子放出制御絶縁膜に、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜などの無機膜、シリコーン樹脂膜、アクリル系樹脂膜、ポリイミド系樹脂膜、エポキシ系樹脂膜、ポリエステル系樹脂膜、ポリウレタン系樹脂膜、ポリスチレン系樹脂膜などの有機膜等の絶縁膜を用いてもよい。これらの実施形態の中でも、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、アクリル樹脂膜およびポリイミド樹脂膜がより好ましい。
これらの絶縁膜の膜厚は、電子放出素子に印加する電圧の大きさによって異なるが、例えば、膜厚0.1〜3μmとすることができる。
また、電子放出制御絶縁膜は、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。
In the electron emission device of the present invention, in the embodiment, the electron emission control insulating film includes, for example, an inorganic film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, a silicone resin film, an acrylic resin film, and a polyimide film. An insulating film such as an organic film such as a resin film, an epoxy resin film, a polyester resin film, a polyurethane resin film, or a polystyrene resin film may be used. Among these embodiments, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicone resin film, an acrylic resin film, and a polyimide resin film are more preferable from the viewpoints of resistance value, heat resistance, water absorption, mechanical strength, and the like.
The film thickness of these insulating films varies depending on the magnitude of the voltage applied to the electron-emitting device, but can be set to 0.1 to 3 μm, for example.
Further, the electron emission controlling insulating film may be a single layer film or a laminated film of these various insulating films.
また、本発明の実施形態において、電子放出制御絶縁膜に形成される複数の小孔のサイズ、形状、密度等は、隣接する小孔相互における電界が互いに干渉しない程度であればよい。小孔はランダムに配置されていて構わないが、電子放出素子からより均一に電子を放出できる観点から、縦横整然とマトリックス状に配置されていることが好ましい。
より具体的に説明すると、本発明の実施形態において、小孔のサイズは、例えば、一辺が1〜500μmの正方形内に収まるサイズであり、さらに具体的には、その内径が5〜300μmである。小孔は、電子加速層の層厚に対してその内径が小さすぎると、小孔内の電界が弱まり電子放出効率が低下しやすい傾向があり、また、逆にその内径が大きすぎると、本発明の効果(すなわち電子放出の均一性)が損なわれる傾向がある。このため、小孔の内径は、電子加速層の層厚の8.5〜300倍が好ましく、具体的な数値範囲として、21.2〜141.4μm(3桁目を四捨五入すると21〜140μm)が好ましい。ここで、電子加速層の層厚は、後述するように、好ましくは0.3〜2.0μmである。
一方、小孔の形状は、特に限定されない。本発明の実施形態において、その平面視形状は、例えば、多角形(正三角形、正方形、長方形、菱形、五角形、六角形、正多角形等)、円形、楕円形等である。これらの形状の中で、電子が集中しやすい鋭利な頂点を持たない点で、短径に対する長径の長さの比が1〜2の形状が好ましく、この比を実現する楕円形がより好ましい。また、このような形状の中でも、同一面積で比較した場合に曲率が最も緩くなる円形がさらに好ましい。
このとき、電子放出素子の第2電極の外表面から垂直方向に電子が安定して放出できるように、小孔の膜厚方向の断面形状は長方形または正方形であることが望ましい。
また、本発明の実施形態において、小孔は5〜2000個/mm2の密度で電子放出制御絶縁膜に配置される。
なお、本発明において小孔の内径とは、小孔の平面視形状が円形の場合、円の直径、楕円形の場合、長径、多角形の場合、最長となる対角線の長さである。また、本発明において小孔の短径とは、小孔の平面視形状が楕円形(長円)の場合の短径のみならず、小孔の平面視形状が多角形の場合における最短の対角線の長さを含む。長径についても同様であり、本発明において小孔の長径とは、小孔の平面視形状が多角形の場合における最長の対角線の長さを含む。ここで、小孔の平面視形状が多角形の場合には、フォトリソ工程で形成され、その頂点が円弧状となった形状も含まれる。
In the embodiment of the present invention, the size, shape, density, and the like of the plurality of small holes formed in the electron emission control insulating film may be such that the electric fields in the adjacent small holes do not interfere with each other. The small holes may be arranged at random, but are preferably arranged in a matrix in the vertical and horizontal order from the viewpoint of more uniformly emitting electrons from the electron-emitting devices.
More specifically, in the embodiment of the present invention, the size of the small hole is, for example, a size that fits in a square having a side of 1 to 500 μm, and more specifically, an inner diameter of 5 to 300 μm. . If the inner diameter of the small hole is too small with respect to the thickness of the electron acceleration layer, the electric field in the small hole tends to weaken and the electron emission efficiency tends to decrease, and conversely, if the inner diameter is too large, The effect of the invention (ie, the uniformity of electron emission) tends to be impaired. For this reason, the inner diameter of the small hole is preferably 8.5 to 300 times the thickness of the electron acceleration layer. As a specific numerical range, 21.2 to 141.4 μm (21 to 140 μm when the third digit is rounded off) Is preferred. Here, the layer thickness of the electron acceleration layer is preferably 0.3 to 2.0 μm as described later.
On the other hand, the shape of the small holes is not particularly limited. In the embodiment of the present invention, the planar view shape is, for example, a polygon (regular triangle, square, rectangle, rhombus, pentagon, hexagon, regular polygon, etc.), circle, ellipse or the like. Among these shapes, a shape in which the ratio of the length of the major axis to the minor axis is preferably 1 to 2 in terms of not having a sharp apex where electrons tend to concentrate, and an ellipse that realizes this ratio is more preferable. Further, among these shapes, a circular shape that has the most gentle curvature when compared in the same area is more preferable.
At this time, the cross-sectional shape of the small hole in the film thickness direction is preferably rectangular or square so that electrons can be stably emitted in the vertical direction from the outer surface of the second electrode of the electron-emitting device.
In the embodiment of the present invention, the small holes are disposed in the electron emission control insulating film at a density of 5 to 2000 holes / mm 2 .
In the present invention, the inner diameter of the small hole is the length of the longest diagonal line when the small hole has a circular shape in plan view, a circle diameter, an elliptical shape, a long diameter, or a polygonal shape. Further, in the present invention, the minor diameter of the small hole is not only the short diameter when the planar view shape of the small hole is an ellipse (ellipse), but also the shortest diagonal line when the planar view shape of the small hole is a polygon. Including the length of The same applies to the long diameter. In the present invention, the long diameter of the small hole includes the length of the longest diagonal line when the shape of the small hole in plan view is a polygon. Here, when the planar view shape of the small hole is a polygon, a shape formed by a photolithography process and having an arc shape at the apex thereof is also included.
なお、小孔のサイズ、形状、密度等が、隣接する小孔相互における電界が互いに干渉する程度に設定された場合、電子放出の均一性や制御性が損なわれてしまう。
このように、電子放出制御絶縁膜は、第1電極上に形成された絶縁膜であり、複数の小孔を有することにより、電子放出素子の電子放出を面内で均一に制御する機能を有する。
If the size, shape, density, etc. of the small holes are set such that the electric fields in the adjacent small holes interfere with each other, the electron emission uniformity and controllability are impaired.
As described above, the electron emission control insulating film is an insulating film formed on the first electrode, and has a function of uniformly controlling the electron emission of the electron-emitting device in the plane by having a plurality of small holes. .
また、本発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、電子加速層の第2電極側の面に、炭素薄膜が形成されていてもよい。
このように構成すれば、適度な電圧で十分な電子を放出することができると共に、絶縁破壊が生じ難く、長時間の連続動作が可能となる。なお、炭素薄膜について詳しくは後述する。
In the embodiment of the present invention, in addition to the configuration of the invention, a carbon thin film may be formed on the surface of the electron acceleration layer on the second electrode side.
With this configuration, sufficient electrons can be emitted at an appropriate voltage, and dielectric breakdown is unlikely to occur, and continuous operation for a long time is possible. The carbon thin film will be described in detail later.
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、その実施形態において、前記製造方法の構成に加え、前記工程(A)は、例えば、第1電極上に絶縁膜を形成する工程(A1)と、前記絶縁膜上にレジストパターン膜を形成する工程(A2)と、前記レジストパターン膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングして前記複数の小孔を形成し、それによって前記電子放出制御絶縁膜を形成する工程(A3)とを含む。 In addition, in the embodiment of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, in addition to the configuration of the manufacturing method, the step (A) includes, for example, a step (A1) of forming an insulating film on the first electrode. A step (A2) of forming a resist pattern film on the insulating film, and etching the insulating film using the resist pattern film as a mask to form the plurality of small holes, thereby forming the electron emission controlling insulating film Forming (A3).
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、その実施形態において、前記炭素薄膜を有する電子放出素子を製造する場合、電子加速層の第2電極側の面に、炭素薄膜を形成する工程をさらに含む。
つまり、炭素薄膜の形成工程は、工程(A)と工程(B)の間、もしくは工程(B)と工程(C)の間、もしくはこれら両方で行われる。
In addition, in the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, in the case of manufacturing the electron-emitting device having the carbon thin film, a step of forming the carbon thin film on the surface of the electron acceleration layer on the second electrode side is provided. In addition.
In other words, the carbon thin film forming step is performed between step (A) and step (B), between step (B) and step (C), or both.
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、その実施形態において、前記工程(B)は、例えば、絶縁性微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散液を調製する工程(B1)と、前記電子放出制御絶縁膜上に前記微粒子分散液を塗布する工程(B2)と、前記微粒子分散液の塗布膜を乾燥させる工程(B3)とを含む。
また、工程(B2)が、スピンコート法により前記微粒子分散液を塗布する工程であってもよく、これによれば分散液の塗布が容易にできる。
In the embodiment of the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, the step (B) includes, for example, a step (B1) of preparing a fine particle dispersion in which insulating fine particles are dispersed in a solvent, and the electron A step (B2) of applying the fine particle dispersion onto the release controlling insulating film; and a step (B3) of drying the coating film of the fine particle dispersion.
Further, the step (B2) may be a step of applying the fine particle dispersion by spin coating, and according to this, the application of the dispersion can be facilitated.
また、本発明の電子放出素子は、他の観点によれば、電子放出装置に用いられてもよい。すなわち、この電子放出素子の第1電極と第2電極の間に電圧を印加する電源部を備えることにより、適度な電圧(例えば10〜25V)の印加により十分な電子放出量が得られると共に、長時間でも安定して連続動作可能な電子放出装置が構成される。
さらに、この電子放出装置は、自発光デバイス、その自発光デバイスを備えた画像表示装置、被冷却体を冷却できるイオン風発生装置、帯電装置、その帯電装置を備えた画像形成装置等の主要部に用いられることができる。
Further, according to another aspect, the electron-emitting device of the present invention may be used in an electron-emitting device. That is, by providing a power supply unit that applies a voltage between the first electrode and the second electrode of the electron-emitting device, a sufficient amount of electron emission can be obtained by applying an appropriate voltage (for example, 10 to 25 V), An electron-emitting device that can stably operate continuously for a long time is configured.
Further, the electron emission apparatus includes main parts such as a self-luminous device, an image display device including the self-luminous device, an ion wind generator capable of cooling an object to be cooled, a charging device, and an image forming apparatus including the charging device. Can be used.
前記自発光デバイスによれば、安定で長寿命な面発光を実現することができる。
また、前記イオン風発生装置によれば、放電を伴わず、オゾンやNOxを始めとする有害な物質の発生がなく、被冷却体表面でのスリップ効果を利用することにより、被冷却体表面を高効率で冷却することができる。
また、前記帯電装置によれば、放電を伴わず、オゾンやNOxを始めとする有害な物質を発生させることなく、長期間安定して被帯電体を帯電させることができる。
なお、電子放出装置を備えたこれらの装置は、複数の電子放出素子を含んでもよい。例えば、複数の電子放出素子が平面体上に配置されて、これらの装置に適用されてもよい。また、複数の電子放出素子において、第1電極を共通化してもよい。
According to the self-luminous device, stable and long-lasting surface light emission can be realized.
Further, according to the ion wind generator, there is no discharge, no generation of harmful substances such as ozone and NO x , and the use of the slip effect on the surface of the object to be cooled enables the surface of the object to be cooled. Can be cooled with high efficiency.
Further, according to the charging device, without discharge, without causing harmful substances, including ozone and NO x, it can be charged stably for a long period of time the member to be charged.
Note that these devices including the electron-emitting device may include a plurality of electron-emitting devices. For example, a plurality of electron-emitting devices may be arranged on a plane body and applied to these devices. Further, the first electrode may be shared by a plurality of electron-emitting devices.
以下、本発明の実施形態および実施例について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下に記述する実施形態および実施例は本発明の具体的な一例に過ぎず、本発明はこれらよって限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Note that the embodiments and examples described below are merely specific examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
〔実施形態1〕
図1は、本発明の電子放出素子の実施形態1−1の構成を示す模式図である。
図1に示すように、実施形態1−1に係る電子放出素子9は、第1電極1と、第1電極1上に形成され、膜厚方向に貫通した複数の小孔2aを有する電子放出制御絶縁膜2と、電子放出制御絶縁膜2の膜厚以上の膜厚を有すると共に、電子放出制御絶縁膜2の各小孔2a内に埋め込まれる絶縁性微粒子3aを含んでなる電子加速層3と、電子加速層3上に形成された炭素薄膜4と、炭素薄膜4上に形成された第2電極5とを備える。
また、この電子放出素子9と、電子放出素子9の第1電極1と第2電極5との間に電圧を印加する電源部7とを備えることにより、電子放出装置10が構成される。このとき、電源部7のマイナス極に第1電極1が電気的に接続され、電源部7のプラス極に第2電極5が電気的に接続される。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the embodiment 1-1 of the electron-emitting device of the present invention.
As shown in FIG. 1, the electron-emitting device 9 according to Embodiment 1-1 has an electron emission having a first electrode 1 and a plurality of small holes 2 a formed on the first electrode 1 and penetrating in the film thickness direction. The electron accelerating layer 3 having the control insulating film 2 and the electron emission controlling insulating film 2 having a film thickness equal to or larger than that and including the insulating fine particles 3 a embedded in the small holes 2 a of the electron emitting controlling insulating film 2. And a carbon thin film 4 formed on the electron acceleration layer 3 and a second electrode 5 formed on the carbon thin film 4.
Further, the electron-emitting device 10 is configured by including the electron-emitting device 9 and a power supply unit 7 that applies a voltage between the first electrode 1 and the second electrode 5 of the electron-emitting device 9. At this time, the first electrode 1 is electrically connected to the negative electrode of the power supply unit 7, and the second electrode 5 is electrically connected to the positive electrode of the power supply unit 7.
〈第1電極〉
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。
<First electrode>
The first electrode 1 is an electrode substrate that also functions as a substrate, and is composed of a plate-like body formed of a conductor.
The first electrode 1 functions not only as a support for the electron-emitting device but also as an electrode. Therefore, the first electrode 1 only needs to have a certain degree of strength and appropriate conductivity. For example, a substrate formed of a metal such as stainless steel (SUS), Al, Ti, or Cu, or a semiconductor substrate such as Si, Ge, or GaAs can be used.
また、第1電極1は、導電性膜で形成された電極が、ガラス基板またはプラスティック基板等の絶縁体基板上に形成された構造体であってもよい。
例えば、ガラス基板を用いる場合、電子加速層4との界面となるガラス基板の表面を、例えば、マグネトロンスパッタ等を用いて導電性膜で被覆し、導電性膜で被覆されたガラス基板を第1電極1として用いてもよい。
導電性膜の材料としては、大気中での安定動作を所望するのであれば、抗酸化力の高い導電性材料を用いることが好ましく、貴金属を用いることがより好ましい。また、導電性膜には、酸化物導電材料であり透明電極に広く利用されているITOも有用である。
The first electrode 1 may be a structure in which an electrode formed of a conductive film is formed on an insulating substrate such as a glass substrate or a plastic substrate.
For example, when a glass substrate is used, the surface of the glass substrate serving as an interface with the electron acceleration layer 4 is covered with a conductive film using, for example, magnetron sputtering, and the first glass substrate covered with the conductive film is used. It may be used as the electrode 1.
As a material for the conductive film, it is preferable to use a conductive material with high antioxidation power, and more preferable to use a noble metal if stable operation in the atmosphere is desired. For the conductive film, ITO, which is an oxide conductive material and is widely used for transparent electrodes, is also useful.
また、第1電極1が絶縁体基板を被覆する導電性膜で構成される場合、導電性膜に強靭さが要求されるため、複数の導電性膜を積層してもよい。
例えば、ガラス基板表面にTi膜を膜厚200nmで形成し、その上にCu膜を膜厚1000nmで形成した金属積層膜や、ガラス基板表面にMo膜を膜厚30nmで形成し、その上にAl膜を膜厚130nmで形成し、その上にMo膜を膜厚50nmで形成した金属積層膜を第1電極1として用いてもよいが、これら材料や数値に限定されることはない。
Ti薄膜とCu薄膜でガラス基板を被覆すると、強靭な導電性薄膜を形成できる。
なお、絶縁体基板の表面の導電性膜を、周知のフォトリソやマスクを用いて方形等にパターニングして電極を形成してもよい。
Moreover, when the 1st electrode 1 is comprised with the electroconductive film which coat | covers an insulator board | substrate, since a toughness is requested | required of an electroconductive film, you may laminate | stack a some electroconductive film.
For example, a Ti film is formed on the surface of a glass substrate with a thickness of 200 nm, a metal laminated film in which a Cu film is formed with a thickness of 1000 nm, or a Mo film is formed on the surface of the glass substrate with a thickness of 30 nm. Although a metal laminated film in which an Al film is formed with a film thickness of 130 nm and a Mo film is formed thereon with a film thickness of 50 nm may be used as the first electrode 1, it is not limited to these materials and values.
When a glass substrate is covered with a Ti thin film and a Cu thin film, a tough conductive thin film can be formed.
Note that the electrode may be formed by patterning the conductive film on the surface of the insulator substrate into a square or the like using a known photolithography or mask.
〈電子放出制御絶縁膜〉
電子放出制御絶縁膜2は、第1電極1上に形成された絶縁膜であり、複数の小孔2aを有することにより、電子放出素子9の電子放出を面内で均一に制御する機能を有する。
なお、電子放出制御絶縁膜2の材料や膜厚、小孔2aのサイズ、形状および密度等は、前記の通りである。
<Electron emission control insulating film>
The electron emission control insulating film 2 is an insulating film formed on the first electrode 1 and has a function of uniformly controlling the electron emission of the electron-emitting device 9 in the plane by having a plurality of small holes 2a. .
The material and film thickness of the electron emission control insulating film 2, the size, shape and density of the small holes 2a are as described above.
〈電子加速層〉
電子加速層(絶縁性微粒子層)3は、絶縁性微粒子3aを含んでなり、小孔2aを含む電子放出制御絶縁膜2上に形成される。この層は、第1電極1から第2電極2へ向かう電子を加速させる機能を有する。
電子加速層3は、半導電性を有する絶縁性微粒子3aを主に有して構成されているため、電圧が印加されると、極弱い電流が流れる。
電子加速層3の電圧電流特性は所謂バリスタ特性を示し、印加電圧の上昇に伴い急激に電流値を増加させる。この電流の一部は、印加電圧が形成する電子加速層3内の強電界により弾道電子となり、第2電極5を透過して電子放出素子10の外部へ放出される。また、弾道電子は、絶縁性微粒子3aによる電子加速層3の表面の凹凸の影響から生じる第2電極5の隙間(微細孔)をすり抜けて外部へ放出される場合もある。
弾道電子の形成過程は、電子が電界方向に加速されつつトンネルすることによるものと推測される。
また、熱処理を行って絶縁性微粒子3aを完全に溶解させ結晶化させると、電子加速層3は絶縁物となって電子を加速させる機能が失われるため、単に絶縁性微粒子3aを材料として用いればよいのではなく、粒子形状を保った絶縁性微粒子3aで電子加速層3が形成されている必要がある。
<Electron acceleration layer>
The electron acceleration layer (insulating fine particle layer) 3 includes the insulating fine particles 3a and is formed on the electron emission control insulating film 2 including the small holes 2a. This layer has a function of accelerating electrons from the first electrode 1 toward the second electrode 2.
Since the electron acceleration layer 3 is mainly composed of the insulating fine particles 3a having semiconductivity, a very weak current flows when a voltage is applied.
The voltage-current characteristic of the electron acceleration layer 3 shows a so-called varistor characteristic, and the current value is rapidly increased as the applied voltage increases. A part of this current becomes ballistic electrons due to the strong electric field in the electron acceleration layer 3 formed by the applied voltage, passes through the second electrode 5 and is emitted to the outside of the electron-emitting device 10. Further, ballistic electrons may be emitted to the outside through the gaps (fine holes) of the second electrode 5 resulting from the influence of the irregularities on the surface of the electron acceleration layer 3 by the insulating fine particles 3a.
The formation process of ballistic electrons is presumed to be due to electrons tunneling while being accelerated in the direction of the electric field.
Further, when the insulating fine particles 3a are completely dissolved and crystallized by heat treatment, the electron acceleration layer 3 becomes an insulator and loses the function of accelerating electrons. Therefore, if the insulating fine particles 3a are simply used as a material, Instead, the electron acceleration layer 3 needs to be formed of insulating fine particles 3a that maintain the particle shape.
電子加速層3の膜厚は、例えば、電子放出素子9への印加電圧および電子放出制御絶縁膜2が前記条件の場合、0.008〜6.0μmが好ましく、0.3〜2.0μmがより好ましい。
電子加速層3が上記範囲の膜厚であれば、膜厚が均一な(表面が平滑な)電子加速層3を形成し易くなり、その結果、各小孔3aに対応する部分の電子加速層3の電気抵抗の値が均一となり、電子放出素子9の全体に亘ってより一様に電子を放出することができる。
また、電子放出素子9は、できるだけ低い電圧で強い電界を加えて電子を加速させることが好ましいので、電子放出素子9への印加電圧や電子放出制御絶縁膜の膜厚等にもよるが、電子加速層3の膜厚は、上記膜厚の範囲(0.008〜6.0μm又は0.3〜2.0μmの範囲)のうちでもできるだけ薄いことが好ましい。
なお、本実施形態において電子加速層の膜厚とは、小孔が形成される場所における、電子放出制御絶縁膜の厚み(すなわち、第1電極と第2電極との間の距離)をいう。
The film thickness of the electron acceleration layer 3 is preferably 0.008 to 6.0 μm, and preferably 0.3 to 2.0 μm, for example, when the applied voltage to the electron-emitting device 9 and the electron emission control insulating film 2 are in the above conditions. More preferred.
If the electron acceleration layer 3 has a film thickness in the above range, it becomes easy to form the electron acceleration layer 3 having a uniform film thickness (smooth surface), and as a result, a portion of the electron acceleration layer corresponding to each small hole 3a. 3 becomes uniform, and electrons can be emitted more uniformly over the entire electron-emitting device 9.
The electron-emitting device 9 preferably accelerates electrons by applying a strong electric field at as low a voltage as possible. Depending on the voltage applied to the electron-emitting device 9 and the film thickness of the electron emission control insulating film, The film thickness of the acceleration layer 3 is preferably as thin as possible even within the above film thickness range (a range of 0.008 to 6.0 μm or 0.3 to 2.0 μm).
In the present embodiment, the film thickness of the electron acceleration layer refers to the thickness of the electron emission control insulating film (that is, the distance between the first electrode and the second electrode) where the small holes are formed.
絶縁性微粒子3aには、SiO2、ZnO等の半導体酸化物、Al2O3、TiO2、CuO等の金属酸化物からなる絶縁性微粒子を用いることができる。また、これらの絶縁性微粒子を単独で、あるいは複数種類組み合わせて用いることができる。
材料が異なる複数種類の絶縁性微粒子3aを用いる場合、これら複数種類の絶縁性微粒子3aが後述する数値範囲の粒径をもつ粒子であればよい。
また、複数種類の絶縁性微粒子3aが分散液に分散され、分散液が電子放出制御絶縁膜2上に塗布されて電子加速層4を形成する場合、絶縁性微粒子3aの選定は分散液中の粒子の分散性を考慮することが望ましい。
As the insulating fine particles 3a, insulating fine particles made of a semiconductor oxide such as SiO 2 or ZnO or a metal oxide such as Al 2 O 3 , TiO 2 , or CuO can be used. These insulating fine particles can be used alone or in combination of a plurality of types.
When a plurality of types of insulating fine particles 3a of different materials are used, the plurality of types of insulating fine particles 3a may be particles having a particle size in a numerical range described later.
When a plurality of types of insulating fine particles 3a are dispersed in a dispersion liquid and the dispersion liquid is applied onto the electron emission control insulating film 2 to form the electron acceleration layer 4, the selection of the insulating fine particles 3a is performed in the dispersion liquid. It is desirable to consider the dispersibility of the particles.
絶縁性微粒子3aの粒径は、電子放出制御絶縁膜2の膜厚および小孔2aのサイズが前記条件の場合、5〜1000nmが好ましい。
絶縁性微粒子3aの粒径が5nmより小さいと、粒径のばらつきを小さくすることが難しいため、均一な膜厚の電子加速層3を形成することが難しい。一方、粒径が1000nmより大きいと、絶縁性微粒子3aの分散液を塗布して電子加速層3を形成する場合に、分散液中に絶縁性微粒子3aが沈降して分散性が悪くなり、その結果、分散液の塗布膜において絶縁性微粒子3aの多い箇所と少ない箇所が生じ易くなり、均一な膜厚の電子加速層3を形成することが難しい。
なお、本発明において、「粒径」とは平均一次粒径を意味する。
The particle diameter of the insulating fine particles 3a is preferably 5 to 1000 nm when the film thickness of the electron emission control insulating film 2 and the size of the small holes 2a are the above conditions.
If the particle size of the insulating fine particles 3a is smaller than 5 nm, it is difficult to reduce the variation in particle size, and it is difficult to form the electron acceleration layer 3 having a uniform film thickness. On the other hand, when the particle diameter is larger than 1000 nm, when the electron acceleration layer 3 is formed by applying a dispersion of the insulating fine particles 3a, the insulating fine particles 3a are settled in the dispersion and the dispersibility is deteriorated. As a result, in the coating film of the dispersion liquid, there are likely to be places where there are a lot of insulating fine particles 3a and places where there are few, and it is difficult to form the electron acceleration layer 3 having a uniform film thickness.
In the present invention, “particle size” means an average primary particle size.
〈電子加速層の変形例〉
実施形態1−1は、電子加速層3が絶縁性微粒子3aのみから構成されているが、電子加速層3は他の微粒子や材料を含んで構成されてもよい。
例えば、電子加速層3には、絶縁性微粒子3aの粒径よりも小さい粒径を有する導電性微粒子が含まれていてもよい。
電子加速層3に導電性微粒子を添加することによって、電子加速層3を流れる電流値電子放出量を制御することができる。換言すると、電子加速層3中の絶縁性微粒子3aの含有量を調整して、電子加速層3の電気抵抗の値を任意の範囲に調整できる。
導電性微粒子としては、特に限定されないが、例えば、金、銀、白金、パラジウムおよびニッケルからなる導電性粒子のうち少なくとも1種を含んでいてもよい。
なお、導電性微粒子の粒径が絶縁性微粒子の粒径と同等以上であると、電子加速層3が必要とする絶縁性が得られなくなるため、導電性微粒子の粒径は絶縁性微粒子の粒径よりも小さい必要がある。
<Modification of electron acceleration layer>
In Embodiment 1-1, the electron acceleration layer 3 is composed of only the insulating fine particles 3a, but the electron acceleration layer 3 may be composed of other fine particles and materials.
For example, the electron acceleration layer 3 may include conductive fine particles having a particle size smaller than the particle size of the insulating fine particles 3a.
By adding conductive fine particles to the electron acceleration layer 3, it is possible to control the amount of current value electrons emitted through the electron acceleration layer 3. In other words, the electric resistance value of the electron acceleration layer 3 can be adjusted to an arbitrary range by adjusting the content of the insulating fine particles 3 a in the electron acceleration layer 3.
Although it does not specifically limit as electroconductive fine particles, For example, you may contain at least 1 sort (s) among the electroconductive particles which consist of gold | metal | money, silver, platinum, palladium, and nickel.
If the particle size of the conductive fine particles is equal to or larger than the particle size of the insulating fine particles, the insulating properties required by the electron acceleration layer 3 cannot be obtained. Must be smaller than the diameter.
さらに、電子加速層3には、バインダー成分として少量のシリコーン樹脂が含まれていてもよい。
電子加速層3がシリコーン樹脂を含むことで、電子放出素子9の機械的強度を向上することができると共に、大気中の酸素および水分などによる素子劣化を防ぐことができ、長寿命化をより効果的に図ることができる。
また、必要に応じて電子加速層3に分散剤等の添加剤が含まれていてもよい。
また、電子加速層3は、材料が異なる2層以上の積層構造になっていてもよい。例えば、1層目が実質的な電子加速層、2層目が機械的強度アップ、防湿度効果、膜表面の平坦化を目的とする保護層といった積層構造を採用することができる。
Furthermore, the electron acceleration layer 3 may contain a small amount of silicone resin as a binder component.
By including the silicone resin in the electron acceleration layer 3, the mechanical strength of the electron-emitting device 9 can be improved, and device deterioration due to oxygen, moisture, etc. in the atmosphere can be prevented, resulting in a longer life. Can be achieved.
Moreover, additives, such as a dispersing agent, may be contained in the electron acceleration layer 3 as needed.
Further, the electron acceleration layer 3 may have a laminated structure of two or more layers made of different materials. For example, it is possible to adopt a laminated structure in which the first layer is a substantial electron acceleration layer, the second layer is a protective layer for the purpose of increasing mechanical strength, dampproofing, and planarizing the film surface.
〈炭素薄膜〉
炭素薄膜4は、第2電極5と電子加速層3の間の抵抗体として機能する。
前記のように電子放出制御絶縁膜2には複数の小孔2aが設けられているため、この電子放出素子9をエージング試験(例えば、長時間にわたる連続動作試験)にかけると、各小孔2a部分に電界が集中した状態が続くことになり、この電子放出素子9は局所的な電圧・電流ストレスに連続的にさらされる。
大きい電圧・電流ストレスが長時間続くと、電子放出制御絶縁膜2の小孔2a周辺部分に欠陥が生じる場合があり、欠陥数が増加すると電流のパスが生じて絶縁破壊につながる。
抵抗体としての炭素薄膜4は、例えば、金、銀等からなる第2電極5と比較して電気的に高抵抗であるため、電子放出素子9がかかる局所的かつ連続的な電圧・電流ストレスが緩和されることになり、この結果、欠陥が生じ難く、絶縁破壊が生じ難くなる。
この炭素薄膜の材料としては、例えば、グラファイトが好適である。
<Carbon thin film>
The carbon thin film 4 functions as a resistor between the second electrode 5 and the electron acceleration layer 3.
As described above, since the electron emission control insulating film 2 is provided with a plurality of small holes 2a, when the electron-emitting device 9 is subjected to an aging test (for example, a continuous operation test for a long time), each small hole 2a. The state where the electric field is concentrated on the portion continues, and the electron-emitting device 9 is continuously exposed to local voltage / current stress.
When a large voltage / current stress continues for a long time, defects may occur in the peripheral portion of the small hole 2a of the electron emission control insulating film 2, and when the number of defects increases, a current path is generated, leading to dielectric breakdown.
Since the carbon thin film 4 as a resistor has a higher electrical resistance than the second electrode 5 made of, for example, gold, silver or the like, the local and continuous voltage / current stress applied by the electron-emitting device 9 is increased. As a result, defects are less likely to occur and dielectric breakdown is less likely to occur.
As a material of the carbon thin film, for example, graphite is suitable.
また、炭素薄膜4の膜厚は、印加電圧、電子放出制御絶縁膜2の膜厚、小孔2aのサイズおよび密度、第2電極5の材質等の条件にもよるが、前記条件の場合は5〜20nmが好ましい。炭素薄膜の膜厚が5nmより薄いと炭素薄膜が抵抗体として機能するには十分でなく、一方、膜厚が20nmより厚いと電子放出に必要な電圧が大きくなり過ぎて好ましくない。 The film thickness of the carbon thin film 4 depends on conditions such as applied voltage, film thickness of the electron emission control insulating film 2, the size and density of the small holes 2a, the material of the second electrode 5, and the like. 5-20 nm is preferable. If the thickness of the carbon thin film is less than 5 nm, it is not sufficient for the carbon thin film to function as a resistor. On the other hand, if the thickness of the carbon thin film is greater than 20 nm, the voltage required for electron emission becomes too large.
実施形態1−1では、電子加速層3の第2電極5側の面に炭素薄膜4が形成された場合を例示しているが、図2に示す実施形態1−2の電子放出装置10yのように、炭素薄膜4は電子放出素子9において省略されてもよい。すなわち、電子放出素子9は、第1電極1と、電子放出制御絶縁膜2と、絶縁性微粒子3aを含んでなる電子加速層3と、電子加速層3上に形成された第2電極5とを備える形態であってもよい。なお、図2において、図1中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。 Although Embodiment 1-1 illustrates the case where the carbon thin film 4 is formed on the surface of the electron acceleration layer 3 on the second electrode 5 side, the electron emission device 10y of Embodiment 1-2 shown in FIG. As described above, the carbon thin film 4 may be omitted in the electron-emitting device 9. That is, the electron-emitting device 9 includes a first electrode 1, an electron emission control insulating film 2, an electron acceleration layer 3 including insulating fine particles 3 a, and a second electrode 5 formed on the electron acceleration layer 3. May be provided. In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
〈第2電極〉
第2電極5は、第1電極1と対の電極を構成し、第1電極1と共に電子加速層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にて形成されればよい。
しかしながら、第2電極5は、電子加速層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。
このような材料としては、例えば、仕事関数が4〜5eVに該当する金、銀、タングステン、チタン、アルミ、パラジウムなどが挙げられる。中でも大気圧中での動作を想定した場合、酸化物および硫化物形成反応のない金が、最良な材料となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える材料である。
<Second electrode>
The second electrode 5 constitutes a pair of electrodes with the first electrode 1 and is an electrode for applying a voltage in the electron acceleration layer 3 together with the first electrode 1. For this reason, what is necessary is just to form with the material which has the electroconductivity of the grade which functions as an electrode.
However, since it is preferable that the second electrode 5 is emitted within the electron acceleration layer 3 by being transmitted through the electron acceleration layer 3 with as little energy loss as possible, it can be formed with a low work function and a thin film. It is preferable to form with an electroconductive material.
Examples of such a material include gold, silver, tungsten, titanium, aluminum, palladium, and the like whose work function corresponds to 4 to 5 eV. In particular, assuming operation at atmospheric pressure, gold without oxide and sulfide formation reaction is the best material. In addition, silver, palladium, tungsten, and the like, which have a relatively small oxide formation reaction, are materials that can withstand actual use without problems.
第2電極5の膜厚は、電子放出素子9から外部へ電子を効率良く放出させる条件として重要であり、この観点から10〜55nmが好ましい。
第2電極5を平面電極として機能させるための最低膜厚は10nmであり、これより薄い膜厚では電気的導通を確保できない。一方、電子放出素子9から外部へ電子を放出させるための最大膜厚は55nmであり、これより厚い膜厚では弾道電子の透過が起こらず、第2電極5で弾道電子の吸収あるいは反射による電子加速層3への再捕獲が生じてしまう。 このため、第2電極5の膜厚は、好ましくは10〜55nmである。
The film thickness of the second electrode 5 is important as a condition for efficiently emitting electrons from the electron-emitting device 9 to the outside, and from this viewpoint, 10 to 55 nm is preferable.
The minimum film thickness for causing the second electrode 5 to function as a planar electrode is 10 nm, and electrical conduction cannot be ensured with a film thickness smaller than this. On the other hand, the maximum film thickness for emitting electrons from the electron-emitting device 9 to the outside is 55 nm. When the film thickness is thicker than this, no ballistic electrons are transmitted, and the second electrode 5 absorbs or reflects ballistic electrons. Recapture into the acceleration layer 3 occurs. For this reason, the film thickness of the second electrode 5 is preferably 10 to 55 nm.
〈製造方法〉
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。
前記のように構成された電子放出素子9は、第1電極上1に、膜厚方向に貫通した複数の小孔2aを有する電子放出制御絶縁膜2を形成する工程と、電子放出制御絶縁膜2を覆うように第1電極上1に絶縁性微粒子3aを含んでなる電子加速層3を形成する工程と、電子加速層3上に炭素薄膜4を形成する工程と、炭素薄膜4上に第2電極5を形成する工程とを含む電子放出素子の製造方法により製造される。
<Production method>
Next, a method for manufacturing the electron-emitting device 9 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
The electron-emitting device 9 configured as described above includes a step of forming an electron emission control insulating film 2 having a plurality of small holes 2a penetrating in the film thickness direction on the first electrode 1, and an electron emission control insulating film A step of forming an electron acceleration layer 3 including insulating fine particles 3 a on the first electrode 1 so as to cover 2; a step of forming a carbon thin film 4 on the electron acceleration layer 3; It is manufactured by a method for manufacturing an electron-emitting device including a step of forming two electrodes 5.
具体的に説明すると、電子放出制御絶縁膜2の形成工程において、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ーによって、乾燥した塗布膜(絶縁膜)に複数の小孔2aを形成することにより、電子放出制御絶縁膜2を形成する。例えば、上記で説明したように、膜厚0.1〜3μmの電子放出制御絶縁膜2に、内径が21.2〜141.4μmの小孔2aを形成する。
絶縁体材料は、アクリル系樹脂以外にも、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの有機ポリマーが挙げられる。また、これらの有機ポリマーは、1種または2種以上を混合して用いてもよい。
また、絶縁体材料は、有機ポリマー以外にも、シリコン酸化物やシリコン窒化物などの無機材料を用いて、例えば、スパッタ法、蒸着法、CVD法等によって電子放出制御絶縁膜2を形成してもよい。
また、小孔2aの方法として、電子ビームリソグラフィ、プラズマエッチング、インクジェット等を用いてもよく、これらの方法に限定されるものではない。
More specifically, in the step of forming the electron emission control insulating film 2, first, a coating solution in which an acrylic resin as an insulating material is dissolved in a solvent is applied onto the first electrode 1 by a spin coating method. The coating film is heated and dried, and then a plurality of small holes 2a are formed in the dried coating film (insulating film) by photolithography to form the electron emission control insulating film 2. For example, as described above, the small hole 2a having an inner diameter of 21.2 to 141.4 μm is formed in the electron emission control insulating film 2 having a thickness of 0.1 to 3 μm.
Examples of the insulator material include organic polymers such as silicone resins, polyimide resins, epoxy resins, polyester resins, polyurethane resins, and polystyrene resins, in addition to acrylic resins. Moreover, you may use these organic polymers 1 type or in mixture of 2 or more types.
In addition to the organic polymer, the insulator material is an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride, and the electron emission control insulating film 2 is formed by, for example, sputtering, vapor deposition, CVD, or the like. Also good.
Moreover, as a method of the small holes 2a, electron beam lithography, plasma etching, ink jet, or the like may be used, and the method is not limited to these methods.
次に、電子加速層3の形成工程において、まず、溶剤に絶縁性微粒子3aが分散された絶縁性微粒子分散液を調製する。このとき、絶縁性微粒子分散液に導電性微粒子やバインダー成分を混合してもよい。
絶縁性微粒子分散液に用いる溶剤としては、バインダー成分を溶解でき、かつ絶縁性微粒子3aや導電性微粒子を分散でき、かつ塗布後に乾燥することができれば、特に制限はなく、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、テトラデカン等を用いることができる。
絶縁性微粒子分散液における絶縁性微粒子3aの濃度は10〜50重量%が好ましい。10重量%より低濃度であれば、電子放出制御絶縁膜2の小孔2a内に絶縁性微粒子3aを満充填し難く、50重量%より高濃度であれば、絶縁性微粒子分散液の粘度が上昇すると共に、凝集が生じるため、薄膜化した電子加速層3を形成することができない。
Next, in the step of forming the electron acceleration layer 3, first, an insulating fine particle dispersion in which the insulating fine particles 3a are dispersed in a solvent is prepared. At this time, conductive fine particles and a binder component may be mixed in the insulating fine particle dispersion.
The solvent used in the insulating fine particle dispersion is not particularly limited as long as the binder component can be dissolved, the insulating fine particles 3a and the conductive fine particles can be dispersed, and can be dried after coating. For example, toluene, benzene, Xylene, hexane, tetradecane and the like can be used.
The concentration of the insulating fine particles 3a in the insulating fine particle dispersion is preferably 10 to 50% by weight. If the concentration is lower than 10% by weight, it is difficult to fully fill the small particles 2a of the electron emission control insulating film 2 with the insulating fine particles 3a. If the concentration is higher than 50% by weight, the viscosity of the insulating fine particle dispersion is low. As it rises and agglomeration occurs, the thinned electron acceleration layer 3 cannot be formed.
次に、絶縁性微粒子分散液を第1電極1上にスピンコート法にて塗布する。
スピンコート条件は、特に限定されないが、絶縁性微粒子分散液の塗布膜を有する第1電極1を、例えば、スピン回転数500rpmで1秒間回転させた後、スピン回転数3000rpmで10秒間回転させる。
第1電極1上の塗布膜の塗布量は特に限定されないが、例えば、24mm角の第1電極1に塗布する場合、0.2mL/cm2以上であればよい。
スピンコート法を用いることで、上記絶縁性微粒子および導電性微粒子を簡便に広範囲に塗布することができる。
続いて、第1電極1上の塗布膜を乾燥させることにより、電子加速層3を形成する。なお、電子加速層3が所望の膜厚となるまで、塗布および乾燥を繰り返してもよい。
Next, the insulating fine particle dispersion is applied onto the first electrode 1 by spin coating.
The spin coating conditions are not particularly limited. For example, the first electrode 1 having the coating film of the insulating fine particle dispersion is rotated at a spin rotation speed of 500 rpm for 1 second, and then rotated at a spin rotation speed of 3000 rpm for 10 seconds.
The coating amount of the coating film on the first electrode 1 is not particularly limited. For example, when the coating film is applied to a 24 mm square first electrode 1, it may be 0.2 mL / cm 2 or more.
By using the spin coating method, the insulating fine particles and conductive fine particles can be easily applied over a wide range.
Subsequently, the coating film on the first electrode 1 is dried to form the electron acceleration layer 3. The application and drying may be repeated until the electron acceleration layer 3 has a desired film thickness.
次に、炭素薄膜4の形成工程において、例えば、蒸着法、マグネトロンスパッタ法等を用いて、電子加速層3上に炭素薄膜4を形成する。
続いて、第2電極5の形成工程において、例えば、マグネトロンスパッタ法、インクジェット法、スピンコート法、蒸着法等を用いて、炭素薄膜4上に第2電極5を形成して、電子放出素子9が完成する。
そして、この電子放出素子9の第1電極1と第2電極5に、リード線を介して電源部7の負極と正極を電気的に接続することにより、電子放出装置10が完成する。
この電源部7としては、10〜25Vの電圧を印加可能な電源を用いることができる。
Next, in the process of forming the carbon thin film 4, the carbon thin film 4 is formed on the electron acceleration layer 3 by using, for example, vapor deposition or magnetron sputtering.
Subsequently, in the step of forming the second electrode 5, the second electrode 5 is formed on the carbon thin film 4 by using, for example, a magnetron sputtering method, an ink jet method, a spin coating method, a vapor deposition method, or the like, and the electron-emitting device 9. Is completed.
Then, the negative electrode and the positive electrode of the power supply unit 7 are electrically connected to the first electrode 1 and the second electrode 5 of the electron-emitting device 9 through lead wires, whereby the electron-emitting device 10 is completed.
As the power supply unit 7, a power supply capable of applying a voltage of 10 to 25V can be used.
なお、図3は図1で説明した実施形態1−1の電子放出素子9を用いて電子放出点を確認するための実験系を示す模式図である。
この実験系を用いた電子放出点の確認のための実験は、後述の実施例において説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an experimental system for confirming an electron emission point using the electron-emitting device 9 of Embodiment 1-1 described in FIG.
An experiment for confirming an electron emission point using this experimental system will be described in an example described later.
〔実施形態2〕
図4は実施形態1(実施形態1−1〜1−2)の電子放出素子を用いた帯電装置の一例を示す模式図である。なお、図4において、図1中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
この帯電装置90は、電子放出素子9と、これに電圧を印加する電源部7とを有する電子放出装置10から成り、電子写真方式の画像形成装置に備えられた感光体Pを帯電させるものである。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a charging device using the electron-emitting device of Embodiment 1 (Embodiments 1-1 to 1-2). In FIG. 4, elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The charging device 90 is composed of an electron emitting device 10 having an electron emitting element 9 and a power supply unit 7 for applying a voltage thereto, and charges the photosensitive member P provided in the electrophotographic image forming apparatus. is there.
帯電装置90を構成する電子放出素子9は、被帯電体である感光体Pに対向して設置され、電圧が印加されることにより電子を放出させ、感光体Pを帯電させる。なお、この実施形態で説明される画像形成装置において、帯電装置90以外の構成部材は、従来公知のものを用いることができる。
ここで、帯電装置90として用いる電子放出素子9は、感光体Pから、例えば3〜5mm隔てて配置されることが好ましい。
また、電子放出素子9への印加電圧は25V程度が好ましく、電子放出素子9における電子加速層3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構成されていればよい。
The electron-emitting device 9 constituting the charging device 90 is installed to face the photosensitive member P that is a member to be charged, and emits electrons when a voltage is applied to charge the photosensitive member P. In the image forming apparatus described in this embodiment, conventionally known members can be used as the constituent members other than the charging device 90.
Here, it is preferable that the electron-emitting device 9 used as the charging device 90 is disposed 3 to 5 mm away from the photoreceptor P, for example.
The applied voltage to the electron-emitting device 9 is preferably about 25 V, and the electron acceleration layer 3 in the electron-emitting device 9 emits 1 μA / cm 2 electrons per unit time by applying a voltage of 25 V, for example. It only has to be configured.
帯電装置90として用いられる電子放出装置10は、大気中で動作しても放電を伴わず、従って帯電装置90からのオゾンの発生は無い。
オゾンは人体に有害であり、環境に対する各種規格で規制されているほか、機外に放出されなくとも機内の有機材料、例えば、感光体Pやベルトなどを酸化し劣化させてしまう。
このような帯電装置90を画像形成装置が有することで、このような問題は生じない。
また、この電子放出素子9は電子放出量が向上しているため、帯電装置90によって感光体Pを効率よく帯電することができる。
さらに、この電子放出素子9が同一基板に複数形成された電子放出装置10を帯電装置90として用いることにより、帯電装置90は面電子源として構成されるので、感光体Pの回転方向へも幅を持って帯電することができ、感光体Pのある箇所への帯電機会を多く稼ぐことができる。
よって、帯電装置90は、線状で帯電するワイヤ帯電器などと比べ、均一な帯電が可能である。また、帯電装置90は、数kVの電圧印加が必要なコロナ放電器と比べて、10V程度と印加電圧が格段に低くてすむというメリットもある。
The electron emission device 10 used as the charging device 90 does not discharge even when operated in the atmosphere, and therefore, no ozone is generated from the charging device 90.
Ozone is harmful to the human body and is regulated by various environmental standards, and even if it is not released outside the machine, it oxidizes and degrades organic materials inside the machine, such as the photoreceptor P and belt.
Such a problem does not occur because the image forming apparatus has such a charging device 90.
Further, since the electron emission element 9 has an improved electron emission amount, the photosensitive member P can be efficiently charged by the charging device 90.
Further, by using the electron emitting device 10 in which a plurality of the electron emitting elements 9 are formed on the same substrate as the charging device 90, the charging device 90 is configured as a surface electron source. Therefore, it is possible to earn a lot of opportunities for charging a portion of the photosensitive member P.
Therefore, the charging device 90 can be uniformly charged as compared with a wire charger that charges in a linear manner. Further, the charging device 90 has an advantage that the applied voltage can be remarkably reduced to about 10 V as compared with a corona discharger that requires voltage application of several kV.
〔実施形態3〕
図5は実施形態1の電子放出素子を用いた実施形態3−1の自発光デバイスを示す模式図であり、図6は実施形態1の電子放出素子を用いた実施形態3−2の自発光デバイスを示す模式図であり、図7は別の電子放出素子を用いた実施形態3−3の自発光デバイスを示す模式図であり、図8は実施形態3−3の自発光デバイスを用いた実施形態3−4の画像表示装置を示す模式図である。なお、図5〜図8において、図1中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a schematic view showing the self-luminous device of Embodiment 3-1 using the electron-emitting device of Embodiment 1, and FIG. 6 is the self-luminous light of Embodiment 3-2 using the electron-emitting device of Embodiment 1. FIG. 7 is a schematic diagram showing the self-luminous device of Embodiment 3-3 using another electron-emitting device, and FIG. 8 is a schematic diagram showing the self-luminous device of Embodiment 3-3. It is a schematic diagram which shows the image display apparatus of Embodiment 3-4. 5 to 8, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
図5(実施形態3−1)に示す自発光デバイス31は、電子放出素子9およびこれに電圧を印加する電源部7とを有する電子放出装置10と、電子放出素子9と離れて対向状に配置される発光部36とを備える。
発光部36は、基材となるガラス基板34上にITO膜33と蛍光体層32がこの順に積層された積層構造を有し、蛍光体層32が電子放出素子9の第2電極5と対面している。
ITO膜33の膜厚は、導電性を確保できる膜厚であればよく、例えば、100〜300nmとすることができ、本実施形態では150nmとした。
A self-luminous device 31 shown in FIG. 5 (Embodiment 3-1) has an electron-emitting device 10 having an electron-emitting device 9 and a power supply unit 7 that applies a voltage to the electron-emitting device 9, and is opposed to the electron-emitting device 9. And a light emitting unit 36 to be arranged.
The light emitting unit 36 has a laminated structure in which an ITO film 33 and a phosphor layer 32 are laminated in this order on a glass substrate 34 serving as a base material, and the phosphor layer 32 faces the second electrode 5 of the electron-emitting device 9. doing.
The film thickness of the ITO film 33 may be a film thickness that can ensure conductivity, and may be, for example, 100 to 300 nm, and is 150 nm in this embodiment.
蛍光体層32としては、赤、緑、青色発光に対応した電子励起タイプの蛍光体材料が適しており、例えば、赤色ではY2O3:Eu、(Y,Gd)BO3:Eu、緑色ではZn2SiO4:Mn、BaAl12O19:Mn、青色ではBaMgAl10O17:Eu2+等を用いる
ことができる。
蛍光体層32の厚さ1μm程度が好ましい。
蛍光体層32を成膜するに当たっては、バインダーとなるエポキシ系樹脂と蛍光体微粒子との混練物を用い、バーコーター法、滴下法、スピンコート法等の公知技術によって形成することができる。
このとき、所望の発光色が得られるよう、赤、緑および青色の蛍光体微粒子の内から1色以上の蛍光体微粒子を適切な重量混合比で選択する。例えば、白い発光色が得られるようにするのであれば、赤、緑および青色の蛍光体微粒子を重量混合比1:1:1で混合した混練物を用いる。
As the phosphor layer 32, an electron excitation type phosphor material corresponding to red, green, and blue light emission is suitable. For example, in red, Y 2 O 3 : Eu, (Y, Gd) BO 3 : Eu, green In this case, Zn 2 SiO 4 : Mn, BaAl 12 O 19 : Mn, and in blue, BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ can be used.
The thickness of the phosphor layer 32 is preferably about 1 μm.
In forming the phosphor layer 32, the phosphor layer 32 can be formed by a known technique such as a bar coater method, a dropping method, or a spin coating method using a kneaded product of an epoxy resin serving as a binder and phosphor fine particles.
At this time, phosphor particles of one or more colors are selected at an appropriate weight mixing ratio from among red, green and blue phosphor particles so that a desired emission color can be obtained. For example, if a white emission color is to be obtained, a kneaded material in which red, green and blue phosphor fine particles are mixed at a weight mixing ratio of 1: 1: 1 is used.
ここで、蛍光体層32の発光輝度を上げるには、電子放出素子9から放出された電子を蛍光体層32へ向けて加速する必要があり、その場合は、電子放出素子9の第1電極1とITO膜33の間に、電子を加速する電界を形成するための直流電圧印加用の第2電源部35を設けることが好ましい。
このとき、蛍光体層32と電子放出素子9との距離が0.3〜1mm、電源部7からの印加電圧が18V、第2電源部35からの印加電圧が500〜2000Vに設定することが好ましい。
Here, in order to increase the light emission luminance of the phosphor layer 32, it is necessary to accelerate the electrons emitted from the electron-emitting device 9 toward the phosphor layer 32. In this case, the first electrode of the electron-emitting device 9 is used. It is preferable that a second power supply unit 35 for applying a DC voltage for forming an electric field for accelerating electrons is provided between 1 and the ITO film 33.
At this time, the distance between the phosphor layer 32 and the electron-emitting device 9 is set to 0.3 to 1 mm, the applied voltage from the power supply unit 7 is set to 18V, and the applied voltage from the second power supply unit 35 is set to 500 to 2000V. preferable.
図6(実施形態3−2)に示す自発光デバイス131は、電子放出素子9およびこれに電圧を印加する電源部7を有する電子放出装置10と、電子放出素子9上に形成された蛍光体層132とを備えている。
蛍光体層132は、実施形態3−1と同様の方法で電子放出素子9の第2電極5上に形成することができる。但し、電子放出素子9は外力に対して弱く、バーコーター法を用いると電子放出素子9が壊れるおそれがあるため、滴下法またはスピンコート法を用いるのが好ましい。
A self-luminous device 131 shown in FIG. 6 (Embodiment 3-2) includes an electron-emitting device 9 having an electron-emitting device 9 and a power supply unit 7 that applies a voltage to the electron-emitting device 9, and a phosphor formed on the electron-emitting device 9. Layer 132.
The phosphor layer 132 can be formed on the second electrode 5 of the electron-emitting device 9 by the same method as in Embodiment 3-1. However, since the electron-emitting device 9 is weak against external force and the bar-coater method may be used, the electron-emitting device 9 may be broken. Therefore, it is preferable to use a dropping method or a spin coating method.
図7(実施形態3−3)に示す自発光デバイス231は、前記とは異なる電子放出素子29およびこれに電圧を印加する電源部7を有する電子放出装置210である。
この電子放出素子29において、電子加速層23は、前記絶縁性微粒子3aと蛍光体微粒子(符号省略)を混合した材料を用いた材料から形成されている。
蛍光体微粒子は、一般的に電気抵抗が低く、絶縁性微粒子3aと比べても明らかに電気抵抗は低い。
よって、蛍光体微粒子を用いる場合、絶縁性微粒子3aに対する蛍光体微粒子の混合量を少量に抑える必要がある。例えば、絶縁性微粒子3aとして球状シリカ粒子(粒径110nm)、蛍光体微粒子としてZnS:Mg(粒径500nm)を用いた場合、それらの重量混合比は3:1程度が適切となる。
この場合、蛍光体微粒子全量中、所望の発光色が得られるよう、赤、緑および青色の蛍光体微粒子の内から1色以上の蛍光体微粒子を適切な重量混合比で選択する。
A self-luminous device 231 shown in FIG. 7 (Embodiment 3-3) is an electron-emitting device 210 having an electron-emitting device 29 different from the above and a power supply unit 7 that applies a voltage to the electron-emitting device 29.
In the electron-emitting device 29, the electron acceleration layer 23 is formed of a material using a material in which the insulating fine particles 3a and phosphor fine particles (reference numerals are omitted) are mixed.
The phosphor fine particles generally have a low electric resistance, and the electric resistance is clearly lower than that of the insulating fine particles 3a.
Therefore, when using phosphor fine particles, it is necessary to suppress the amount of phosphor fine particles mixed with the insulating fine particles 3a to a small amount. For example, when spherical silica particles (particle diameter: 110 nm) are used as the insulating fine particles 3a and ZnS: Mg (particle diameter: 500 nm) are used as the phosphor fine particles, a weight mixing ratio of about 3: 1 is appropriate.
In this case, one or more phosphor fine particles are selected at an appropriate weight mixing ratio from among red, green and blue phosphor fine particles so that a desired emission color can be obtained in the total amount of the phosphor fine particles.
実施形態3−1の自発光デバイス31の場合、電子放出素子9から外部へ放出した電子が、発光部36の蛍光体層32に衝突することにより、蛍光体層32が発光する。
実施形態3−2の自発光デバイス131の場合、電子放出素子9から蛍光体層132に電子が入射して衝突することにより、蛍光体層132が発光する。
実施形態3−3の自発光デバイス231の場合、第1電極1からの電子が電子加速層23を通過する際に、電子が蛍光体微粒子と衝突することにより、電子放出素子29が発光する。
これらの電子放出素子9、29は電子放出量が向上しているため、自発光デバイス31、131、231は効率よく発光することができる。
なお、自発光デバイス31、131、231は、大気中で動作可能であるが、真空封止することにより電子放出電流が上昇し、より効率よく発光することができる。
In the case of the self-luminous device 31 of Embodiment 3-1, the phosphor layer 32 emits light when electrons emitted from the electron-emitting device 9 collide with the phosphor layer 32 of the light emitting unit 36.
In the case of the self-luminous device 131 of Embodiment 3-2, the phosphor layer 132 emits light when electrons enter and collide with the phosphor layer 132 from the electron emitter 9.
In the case of the self-luminous device 231 of Embodiment 3-3, when the electrons from the first electrode 1 pass through the electron acceleration layer 23, the electrons collide with the phosphor fine particles, whereby the electron-emitting device 29 emits light.
Since these electron-emitting devices 9 and 29 have improved electron emission amounts, the self-emitting devices 31, 131, and 231 can emit light efficiently.
In addition, although the self-light-emitting devices 31, 131, and 231 can be operated in the atmosphere, the electron emission current is increased by vacuum sealing, and light can be emitted more efficiently.
図8(実施形態3−4)に示す画像表示装置340は、図7で示した自発光デバイス231と、液晶パネル330とを備えている。
この画像表示装置340において、自発光デバイス231は液晶パネル330の後方に配置されてバックライトとして用いられる。
したがって、この場合、自発光デバイス231は白い発光色が得られるよう、電子加速層23中には赤、緑および青の蛍光体微粒子が重量混合比1:1:1で分散している。
また、この場合、例えば、自発光デバイス231が単位時間当たり10μA/cm2の電子を放出するよう、自発光デバイス231への印加電圧を20〜35Vに設定することが好ましく、自発光デバイス231と液晶パネル330との距離は、0.1mm程度が好ましい。
なお、液晶パネル330は従来公知のもの、例えば、バックライト側から、偏光板、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、透明電極、保護膜、カラーフィルター、ガラス基板および偏光板が積層されたパネル構造を用いることができる。
An image display apparatus 340 illustrated in FIG. 8 (Embodiment 3-4) includes the self-light-emitting device 231 illustrated in FIG.
In the image display device 340, the self light emitting device 231 is disposed behind the liquid crystal panel 330 and used as a backlight.
Therefore, in this case, red, green, and blue phosphor fine particles are dispersed in a weight mixing ratio of 1: 1: 1 in the electron acceleration layer 23 so that the white light emitting device 231 can obtain a white emission color.
In this case, for example, the voltage applied to the self-light emitting device 231 is preferably set to 20 to 35 V so that the self-light emitting device 231 emits 10 μA / cm 2 of electrons per unit time. The distance from the liquid crystal panel 330 is preferably about 0.1 mm.
The liquid crystal panel 330 is a conventionally known one, for example, from the backlight side, a polarizing plate, a glass substrate, a transparent electrode, an alignment film, a liquid crystal, an alignment film, a transparent electrode, a protective film, a color filter, a glass substrate, and a polarizing plate. A laminated panel structure can be used.
また、図示しない実施形態3−5の画像表示装置として、図5(実施形態3−1)で説明した自発光デバイス31をマトリックス状に配置して、自発光デバイス31そのものによる電界放出ディスプレイ(FED: Field Emission Display)として画像を表示させる
こともできる。
この場合、例えば、自発光デバイス31が単位時間当たり10μA/cm2の電子を放出するよう、自発光デバイス31への印加電圧を20〜35Vに設定することが好ましい。
Further, as an image display apparatus of Embodiment 3-5 (not shown), the self-luminous devices 31 described in FIG. 5 (Embodiment 3-1) are arranged in a matrix, and a field emission display (FED) by the self-luminous device 31 itself is arranged. : Field Emission Display) Images can also be displayed.
In this case, for example, it is preferable to set the applied voltage to the self light emitting device 31 to 20 to 35 V so that the self light emitting device 31 emits 10 μA / cm 2 of electrons per unit time.
〔実施形態4〕
図9は実施形態1の電子放出素子を用いた実施形態4−1のイオン風発生装置を示す模式図であり、図10は実施形態1の電子放出素子を用いた実施形態4−2のイオン風発生装置を示す模式図である。なお、図9および図10において、図1中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
図9(実施形態4−1)のイオン風発生装置150は、電子放出素子9およびこれに電圧を印加する電源部7を有する電子放出装置10からなる。
このイオン風発生装置150は、その電子放出素子9が被冷却体Qに対して傾斜状に対向するように配置され、電子放出素子9が電気的に接地された被冷却体Qに向かって電子を放出することにより、イオン風を発生させて被冷却体Qを冷却する。
[Embodiment 4]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the ion wind generator of Embodiment 4-1 using the electron-emitting device of Embodiment 1, and FIG. 10 shows ions of Embodiment 4-2 using the electron-emitting device of Embodiment 1. It is a schematic diagram which shows a wind generator. In FIG. 9 and FIG. 10, the same reference numerals are given to the same elements as those in FIG.
The ion wind generator 150 of FIG. 9 (Embodiment 4-1) includes an electron emitter 10 having an electron emitter 9 and a power supply unit 7 that applies a voltage to the electron emitter 9.
The ion wind generator 150 is arranged so that the electron-emitting device 9 faces the object to be cooled Q in an inclined manner, and the electrons are directed toward the object Q to be cooled with the electron-emitting device 9 electrically grounded. To cool the object Q to be cooled by generating ion wind.
つまり、従来、ファンのみで被冷却体Qの表面に風を送っても、その表面に最も近い空気分子は留まって動かないという所謂「ノースリップ効果」が発生するため、被冷却体Qの表面の冷却効果が低かった。
実施形態4−1のイオン風発生装置150によれば、電子放出素子9からの電子が空気分子と衝突してイオンを生じ、更にこのイオンが周りの空気分子に衝突することによって空気分子やイオンが移動する。このことで「イオン風」が発生する。このとき、イオンは電位差もしくは電界によって被冷却体Qの表面まで運ばれ、被冷却体Qとの間に働く電界(鏡像力)により、熱い分子と冷たいイオンが交換するため、被冷却体Qの表面が冷却される。
この場合、例えば、イオン風発生装置150が単位時間当たり1μA/cm2の電子を放出するように、電子放出素子9に印加する電圧を18V程度に設定することが好ましい。
なお、被冷却体Qとしては、例えば、半導体、コンピューターのCPU,LEDなどの電子部品やそれらを搭載した装置等が挙げられる。
In other words, conventionally, even if air is sent to the surface of the object Q to be cooled only with a fan, a so-called “no-slip effect” occurs in which the air molecules closest to the surface stay and do not move. The cooling effect of was low.
According to the ion wind generator 150 of Embodiment 4-1, the electrons from the electron-emitting device 9 collide with air molecules to generate ions, and further, the ions collide with surrounding air molecules, thereby causing air molecules and ions. Move. This generates “ionic wind”. At this time, the ions are transported to the surface of the cooled object Q by a potential difference or an electric field, and hot molecules and cold ions are exchanged by an electric field (image force) acting between the cooled object Q. The surface is cooled.
In this case, for example, the voltage applied to the electron emitter 9 is preferably set to about 18 V so that the ion wind generator 150 emits 1 μA / cm 2 of electrons per unit time.
In addition, as the to-be-cooled body Q, electronic parts, such as a semiconductor, CPU of a computer, and LED, the apparatus which mounts them, etc. are mentioned, for example.
図10(実施形態4−2)のイオン風発生装置160は、電子放出素子9およびこれに電圧を印加する電源部7を有する電子放出装置10と、電子放出素子9の周囲に回転可能に設けられた送風ファン42とを備えている。
このイオン風発生装置160も、その電子放出素子9が被冷却体Qに対して傾斜状に対向するように配置され、電子放出素子9が電気的に接地された被冷却体Qに向かって電子を放出し、さらに、送風ファン42が被冷却体Qに向かって送風することにより、イオン風およびエアー流を発生させて被冷却体Qを冷却する。
The ion wind generator 160 of FIG. 10 (Embodiment 4-2) is provided rotatably around the electron-emitting device 9 and the electron-emitting device 10 having the electron-emitting device 9 and the power supply unit 7 that applies a voltage to the device. The air blowing fan 42 is provided.
The ion wind generator 160 is also arranged so that the electron-emitting device 9 is inclined with respect to the cooled object Q, and the electrons are directed toward the cooled object Q with the electron-emitting device 9 electrically grounded. In addition, the blower fan 42 blows air toward the cooled object Q, thereby generating ion wind and air flow to cool the cooled object Q.
このとき、イオン風に加えてエアー流が生じるため、被冷却体Qの表面近傍の雰囲気(空気)を効率よく入れ替えることができ、イオン風とエアー流との相乗効果により冷却効率が格段に向上する。
この場合、例えば、イオン風発生装置160が単位時間当たり1μA/cm2の電子を放出するように、電子放出素子9に印加する電圧を18V程度に設定すると共に、送風ファン42による風量を0.9〜2L/分/cm2に設定することが好ましい。
At this time, an air flow is generated in addition to the ion wind, so the atmosphere (air) in the vicinity of the surface of the cooled object Q can be efficiently replaced, and the cooling efficiency is greatly improved by the synergistic effect of the ion wind and the air flow. To do.
In this case, for example, the voltage applied to the electron emitter 9 is set to about 18 V so that the ion wind generator 160 emits 1 μA / cm 2 of electrons per unit time, and the air volume by the blower fan 42 is set to 0. it is preferably set to 9~2L / min / cm 2.
〔他の実施形態〕
実施形態1〜4では、電子加速層3の膜厚が電子放出抑制絶縁層2の膜厚よりも厚い場合を例示したが、電子加速層3の膜厚が電子放出抑制絶縁層2の膜厚と同等あるいは薄くてもよい(図示省略)。
前者の場合、電子放出抑制絶縁層2の表面上およびその各小孔2a内に充填された電子加速層3の表面上に炭素薄膜4および第2電極5が形成される。
後者の場合、電子加速層3の表面が電子放出抑制絶縁層2の表面よりも凹状に低くなっているため、電子放出抑制絶縁層2の表面上およびその各小孔2a内の電子加速層3の表面上に炭素薄膜4および第2電極5が形成されると、第2電極5における各電子加速層3に対応する位置には凹部が形成される。
[Other Embodiments]
In the first to fourth embodiments, the case where the film thickness of the electron acceleration layer 3 is thicker than the film thickness of the electron emission suppression insulating layer 2 is exemplified, but the film thickness of the electron acceleration layer 3 is the film thickness of the electron emission suppression insulation layer 2. Or thin (not shown).
In the former case, the carbon thin film 4 and the second electrode 5 are formed on the surface of the electron emission suppressing insulating layer 2 and on the surface of the electron acceleration layer 3 filled in each small hole 2a.
In the latter case, since the surface of the electron acceleration layer 3 is concavely lower than the surface of the electron emission suppression insulating layer 2, the electron acceleration layer 3 on the surface of the electron emission suppression insulating layer 2 and in each small hole 2a thereof. When the carbon thin film 4 and the second electrode 5 are formed on the surface, a recess is formed at a position corresponding to each electron acceleration layer 3 in the second electrode 5.
以下の実施例では、本発明に係る電子放出素子を用いて電流測定した実験について説明する。なお、この実施例は一例であって、本発明の内容を制限するものではない。
まず、実施例1と2の電子放出素子および比較例1と2の電子放出素子を以下のように作製した。実施例1と2は図1と同様の構造を有する電子放出素子であり、比較例1と2は図1における電子放出制御絶縁膜2と炭素薄膜4が省略された電子放出素子である。
そして、作製した各電子放出素子について、図3に示す実験系を1×10-8ATMの真空容器中に配置して電子放出点の確認実験を行った。
In the following examples, an experiment in which current measurement is performed using the electron-emitting device according to the present invention will be described. In addition, this Example is an example, Comprising: The content of this invention is not restrict | limited.
First, the electron-emitting devices of Examples 1 and 2 and the electron-emitting devices of Comparative Examples 1 and 2 were produced as follows. Examples 1 and 2 are electron-emitting devices having the same structure as in FIG. 1, and Comparative Examples 1 and 2 are electron-emitting devices in which the electron emission control insulating film 2 and the carbon thin film 4 in FIG. 1 are omitted.
And about each produced electron-emitting device, the experiment system shown in FIG. 3 was arrange | positioned in the vacuum container of 1 * 10 <-8> ATM, and the confirmation experiment of the electron emission point was conducted.
図3の実験系は、電子放出素子9の第2電極5側に、絶縁性スペーサー8を介して発光部36を対向状に配置したものである。また、電子放出素子9の第1電極1と第2電極5は直流電源部7Aに接続され、発光部36は直流電源部7Bに接続されている。また、電子放出素子9と蛍光体層32との距離は5mmに設定した。 In the experimental system of FIG. 3, the light emitting portion 36 is disposed on the second electrode 5 side of the electron-emitting device 9 through the insulating spacer 8 so as to face each other. The first electrode 1 and the second electrode 5 of the electron-emitting device 9 are connected to the DC power supply unit 7A, and the light emitting unit 36 is connected to the DC power supply unit 7B. The distance between the electron-emitting device 9 and the phosphor layer 32 was set to 5 mm.
(実施例1)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔2a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電子放出制御絶縁膜2を作製した。(電子放出制御絶縁膜2の膜厚は、2.5μmとした。)
なお、小孔2aの総面積は0.01cm2である。
Example 1
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 289 small holes 2 a of 60 μm square (diagonal: 84.9 μm) are formed on the first electrode 1 (= 17). X17) An electron emission control insulating film 2 made of an acrylic resin arranged uniformly was produced. (The film thickness of the electron emission control insulating film 2 was 2.5 μm.)
The total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 .
また、5mLの試薬瓶に、溶媒であるヘキサン0.6gと、絶縁性微粒子3aとして粒径50nmの球状シリカ粒子0.1gとを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子分散液を調製した。そして、得られた絶縁性微粒子分散液に、銀ナノ粒子(応用ナノ粒子研究所製、銀微粒子の粒径10nm)0.024gを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子と銀ナノ粒子の分散液Aを調製した。
次に、5mLの試薬瓶に、溶媒であるヘキサン0.6gと、絶縁性微粒子3aとして粒径50nmの球状シリカ粒子0.1gとを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子分散液を調製した。そして、得られた絶縁性微粒子分散液に、シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2411)0.02gを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子とシリコーン樹脂の分散液Bを調製した。
Further, 0.6 g of hexane as a solvent and 0.1 g of spherical silica particles having a particle diameter of 50 nm as the insulating fine particles 3a are put into a 5 mL reagent bottle, and the fine particles in the reagent bottle are collected using an ultrasonic disperser. Dispersion was performed to prepare an insulating fine particle dispersion. Then, 0.024 g of silver nanoparticles (manufactured by Applied Nanoparticles Laboratory, silver fine particle size 10 nm) is added to the obtained insulating fine particle dispersion, and the fine particles in the reagent bottle are removed using an ultrasonic disperser. Dispersed to prepare a dispersion A of insulating fine particles and silver nanoparticles.
Next, 0.6 g of hexane as a solvent and 0.1 g of spherical silica particles having a particle size of 50 nm as the insulating fine particles 3a are put into a 5 mL reagent bottle, and the fine particles in the reagent bottle are used with an ultrasonic disperser. Was dispersed to prepare an insulating fine particle dispersion. Then, 0.02 g of a silicone resin (SR2411, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) is added to the obtained insulating fine particle dispersion, and the fine particles in the reagent bottle are dispersed using an ultrasonic disperser. A dispersion B of fine particles and silicone resin was prepared.
次に、電子放出制御絶縁膜2上に分散液Aを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子と導電性微粒子とを含む塗布膜を形成し、ホットプレートを用いて、この塗布膜を150℃で60秒間乾燥することにより、膜厚1.0μmの電子加速層Iを形成した。そして、経時変化を起こさないため、直ぐに次の工程に移った。
電子加速層I上に分散液Bを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子とシリコーン樹脂とを含む塗布膜を形成し、ホットプレートを用いてこの塗布膜を200℃で90秒間乾燥することにより、膜厚1.5μmの電子加速層IIを形成し、それによって電子加速層Iと電子加速層IIとが積層した膜厚2.5μmの電子加速層3を形成した。
Next, the dispersion A is dropped on the electron emission control insulating film 2, and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds, so that insulating fine particles and conductive fine particles are obtained. A coating film including the same was formed, and this coating film was dried at 150 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form an electron acceleration layer I having a thickness of 1.0 μm. In order not to cause a change with time, the process immediately moved to the next step.
The dispersion liquid B is dropped on the electron acceleration layer I, and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds to form a coating film containing insulating fine particles and a silicone resin. The coating film is dried at 200 ° C. for 90 seconds using a hot plate to form an electron acceleration layer II having a film thickness of 1.5 μm, whereby the electron acceleration layer I and the electron acceleration layer II are laminated. An electron acceleration layer 3 having a thickness of 2.5 μm was formed.
続いて、真空蒸着装置を用いて、電子加速層3上に、グラファイトを材料とする膜厚 10nmの炭素薄膜4を成膜した。
その後、マグネトロンスパッタ装置を用いて、炭素薄膜4上に、Au-Pdを材料とする膜厚40nm、同面積は0.16cm2の第2電極5を形成することにより、実施例1の電子放出素子9を得た。
なお、実施例1の電子放出素子9は、電子加速層3の膜厚が2.5μmであるので、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約33.9倍の大きさであった。
Subsequently, a carbon thin film 4 having a film thickness of 10 nm made of graphite was formed on the electron acceleration layer 3 using a vacuum deposition apparatus.
Thereafter, the second electrode 5 having a film thickness of 40 nm and the same area of 0.16 cm 2 made of Au—Pd is formed on the carbon thin film 4 by using a magnetron sputtering apparatus, whereby the electron emission of Example 1 is performed. Element 9 was obtained.
In the electron-emitting device 9 of Example 1, since the film thickness of the electron acceleration layer 3 is 2.5 μm, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2a is relative to the film thickness of the electron acceleration layer 3. The size was about 33.9 times.
この電子放出素子9上に、絶縁性スペーサーSによって5mmの距離を保って蛍光体層32を対向状に配置して図3の実験系を完成し、それを1×10-8ATMの真空容器中に設置した。そして、電子放出素子9における電子放出点の確認実験を行い、その結果を図11及び図12に示した。ここで、図12において、スケールバーは1.0mmの長さを示し、点線で囲まれた部分は電子放出素子9の電子放出有効範囲を示している。(以下、図13〜図18、図20、図22においても、スケールバーは1.0mmの長さを示し、点線で囲まれた部分は電子放出素子9の電子放出有効範囲を示している。)
なお、このときの印加電圧V1は16V、V2は3.5kVであった。
図11及び図12に示すように、実施例1の電子放出点は、素子全体にわたって均一に存在していた。
On this electron-emitting device 9, the phosphor layer 32 is arranged oppositely while maintaining a distance of 5 mm by an insulating spacer S to complete the experimental system of FIG. 3, which is a vacuum vessel of 1 × 10 −8 ATM. Installed inside. An experiment for confirming the electron emission point in the electron-emitting device 9 was performed, and the results are shown in FIGS. Here, in FIG. 12, the scale bar has a length of 1.0 mm, and the portion surrounded by a dotted line indicates the electron emission effective range of the electron-emitting device 9. (Hereinafter, also in FIGS. 13 to 18, 20, and 22, the scale bar indicates a length of 1.0 mm, and the portion surrounded by the dotted line indicates the effective electron emission range of the electron emitter 9). )
In addition, the applied voltage V1 at this time was 16V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIGS. 11 and 12, the electron emission points of Example 1 existed uniformly throughout the device.
(実施例2)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔2a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電子放出制御絶縁膜2を作製した。(電子放出制御絶縁膜2の膜厚は、2.5μmとした。)
なお、小孔2aの総面積は0.01cm2である。
(Example 2)
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 289 small holes 2 a of 60 μm square (diagonal: 84.9 μm) are formed on the first electrode 1 (= 17). X17) An electron emission control insulating film 2 made of an acrylic resin arranged uniformly was produced. (The film thickness of the electron emission control insulating film 2 was 2.5 μm.)
The total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 .
また、20mLの試薬瓶に、溶媒であるヘキサン3.0gと、絶縁性微粒子3aとして粒径50nmの球状シリカ粒子0.5gと、銀ナノ粒子(応用ナノ粒子研究所製、銀微粒子の粒径10nm)0.12gを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子と銀ナノ粒子の分散液を調製した。
次に、得られた絶縁性微粒子と銀ナノ粒子の分散液に、シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2411)0.175gを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶中の微粒子を分散して絶縁性微粒子と銀ナノ粒子とシリコーン樹脂との分散液Cを調製した。
Further, in a 20 mL reagent bottle, 3.0 g of hexane as a solvent, 0.5 g of spherical silica particles having a particle size of 50 nm as insulating fine particles 3a, silver nanoparticles (manufactured by Applied Nanoparticles Laboratory, particle size of silver fine particles) 10 nm) 0.12 g was added, and the fine particles in the reagent bottle were dispersed using an ultrasonic disperser to prepare a dispersion of insulating fine particles and silver nanoparticles.
Next, 0.175 g of a silicone resin (SR2411 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) is added to the obtained dispersion liquid of insulating fine particles and silver nanoparticles, and the fine particles in the reagent bottle are used with an ultrasonic disperser. Was dispersed to prepare dispersion C of insulating fine particles, silver nanoparticles and silicone resin.
次に、電子放出制御絶縁膜2上に分散液Cを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子と導電性微粒子とシリコーン樹脂とを含む塗布膜を形成し、この塗布膜をホットプレートを用いて150℃で60秒間乾燥することにより、膜厚1.0μmの電子加速層Iを形成した。 Next, the dispersion C is dropped on the electron emission control insulating film 2 and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds, so that insulating fine particles, conductive fine particles, and silicone are applied. A coating film containing a resin was formed, and this coating film was dried at 150 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form an electron acceleration layer I having a thickness of 1.0 μm.
続いて、真空蒸着装置を用いて、電子加速層3上に、グラファイトを材料とする膜厚 10nmの炭素薄膜4を成膜した。
その後、マグネトロンスパッタ装置を用いて、炭素薄膜4上に、Au-Pdを材料とする膜厚40nm、同面積は0.16cm2の第2電極5を形成することにより、実施例2の電子放出素子9を得た。
なお、実施例2の電子放出素子9は、電子加速層3の膜厚が1.0μmであるので、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約84.9倍の大きさであった。
Subsequently, a carbon thin film 4 having a film thickness of 10 nm made of graphite was formed on the electron acceleration layer 3 using a vacuum deposition apparatus.
Thereafter, by using a magnetron sputtering apparatus, a second electrode 5 having a film thickness of 40 nm and an area of 0.16 cm 2 made of Au—Pd is formed on the carbon thin film 4, thereby emitting electrons in the second embodiment. Element 9 was obtained.
In the electron-emitting device 9 of Example 2, since the film thickness of the electron acceleration layer 3 is 1.0 μm, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2a is relative to the film thickness of the electron acceleration layer 3. The size was about 84.9 times.
この電子放出素子9上に、絶縁性スペーサーSによって5mmの距離を保って蛍光体層32を対向状に配置して図3の実験系を完成し、それを1×10-8ATMの真空容器中に設置した。そして、電子放出素子9における電子放出点の確認実験を行い、その結果を図13に示した。なお、このときの印加電圧V1は16V、V2は3.5kVであった。
図13に示すように、実施例2の電子放出点は、素子全体にわたって均一に存在していた。
また、分散液Cを希釈する以外は上記と同様にして、電子加速層Iの膜厚0.3μmの電子放出素子9を作製し、電子放出点の確認実験を行ったが上記と同様の結果であった。(この場合、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約282.8倍(およそ300倍)の大きさであった。)
On this electron-emitting device 9, the phosphor layer 32 is arranged oppositely while maintaining a distance of 5 mm by an insulating spacer S to complete the experimental system of FIG. 3, which is a vacuum vessel of 1 × 10 −8 ATM. Installed inside. And the confirmation experiment of the electron emission point in the electron-emitting device 9 was conducted, and the result is shown in FIG. In addition, the applied voltage V1 at this time was 16V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 13, the electron emission points of Example 2 existed uniformly throughout the entire device.
Further, an electron-emitting device 9 having a film thickness of 0.3 μm of the electron acceleration layer I was produced in the same manner as above except that the dispersion C was diluted, and an experiment for confirming the electron emission point was performed. Met. (In this case, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2a was about 282.8 times (approximately 300 times) the film thickness of the electron acceleration layer 3.
(実施例3)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔2a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電子放出制御絶縁膜2を作製した。(電子放出制御絶縁膜2の膜厚は、2.5μmとした。)
なお、小孔2aの総面積は0.01cm2である。
(Example 3)
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 289 small holes 2 a of 60 μm square (diagonal: 84.9 μm) are formed on the first electrode 1 (= 17). X17) An electron emission control insulating film 2 made of an acrylic resin arranged uniformly was produced. (The film thickness of the electron emission control insulating film 2 was 2.5 μm.)
The total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 .
次に、電子放出制御絶縁膜2上に実施例2で作製した分散液Cを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子と導電性微粒子とシリコーン樹脂とを含む塗布膜を形成し、ホットプレートを用いて、この塗布膜を150℃で60秒間乾燥することにより、膜厚1.0μmの電子加速層Iを形成した。
そして、経時変化を起こさないため、直ぐに次の工程に移った。
電子加速層I上に更に分散液Cを滴下し、前記と同様のスピンコートおよび乾燥の操作を再度繰り返し、膜厚1.0μmの電子加速層IIを形成し、それによって電子加速層Iと電子加速層IIとが積層した膜厚2.0μmの電子加速層3を形成した。
Next, the dispersion C prepared in Example 2 is dropped on the electron emission control insulating film 2, and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds, so that insulating fine particles are formed. A coating film containing conductive fine particles and a silicone resin was formed, and this coating film was dried at 150 ° C. for 60 seconds using a hot plate, thereby forming an electron acceleration layer I having a thickness of 1.0 μm.
In order not to cause a change with time, the process immediately moved to the next step.
The dispersion C is further dropped on the electron acceleration layer I, and the same spin coating and drying operations as described above are repeated again to form an electron acceleration layer II having a film thickness of 1.0 μm. An electron acceleration layer 3 having a film thickness of 2.0 μm and laminated with the acceleration layer II was formed.
続いて、実施例2と同様に炭素薄膜4および第2電極5を形成することにより、実施例3の電子放出素子9を得た。
なお、実施例3の電子放出素子9は、電子加速層3の膜厚が2.0μmであるので、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約42.4倍の大きさであった。
Then, the carbon thin film 4 and the 2nd electrode 5 were formed similarly to Example 2, and the electron-emitting element 9 of Example 3 was obtained.
In the electron-emitting device 9 of Example 3, since the electron acceleration layer 3 has a thickness of 2.0 μm, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2 a is set to the thickness of the electron acceleration layer 3. The size was about 42.4 times.
この実施例3の電子放出素子9を用いた、1×10-8ATMの真空中における電子放出点の確認実験の結果を図14に示した。なお、このときの印加電圧V1は16V、V2は3.5kVであった。
図14に示すように、実施例3の電子放出点は、素子全体にわたって均一に存在していた。
FIG. 14 shows the result of an experiment for confirming the electron emission point in a vacuum of 1 × 10 −8 ATM using the electron-emitting device 9 of Example 3. In addition, the applied voltage V1 at this time was 16V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 14, the electron emission points of Example 3 existed uniformly throughout the entire device.
(実施例4)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔2a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電子放出制御絶縁膜2を作製した。(電子放出制御絶縁膜2の膜厚は、2.5μmとした。)
なお、小孔2aの総面積は0.01cm2である。
Example 4
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 289 small holes 2 a of 60 μm square (diagonal: 84.9 μm) are formed on the first electrode 1 (= 17). X17) An electron emission control insulating film 2 made of an acrylic resin arranged uniformly was produced. (The film thickness of the electron emission control insulating film 2 was 2.5 μm.)
The total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 .
次に、電子放出制御絶縁膜2上に実施例2で作製した分散液Cを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子と導電性微粒子とシリコーン樹脂とを含む塗布膜を形成し、ホットプレートを用いて、この塗布膜を150℃で60秒間乾燥することにより、膜厚1.0μmの電子加速層Iを形成した。
そして、経時変化を起こさないため、直ぐに次の工程に移った。
電子加速層I上に更に分散液Cを滴下し、前記と同様のスピンコートおよび乾燥の操作を3回繰り返し、膜厚1.0μmの電子加速層II、膜厚1.0μmの電子加速層III、膜厚1.0μmの電子加速層IVを形成した。それによって電子加速層Iから電子加速層IVが積層した膜厚4.0μmの電子加速層3を形成した。
Next, the dispersion C prepared in Example 2 is dropped on the electron emission control insulating film 2, and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds, so that insulating fine particles are formed. A coating film containing conductive fine particles and a silicone resin was formed, and this coating film was dried at 150 ° C. for 60 seconds using a hot plate, thereby forming an electron acceleration layer I having a thickness of 1.0 μm.
In order not to cause a change with time, the process immediately moved to the next step.
The dispersion C is further dropped on the electron acceleration layer I, and the spin coating and drying operations similar to those described above are repeated three times to obtain a 1.0 μm thick electron acceleration layer II and a 1.0 μm thick electron acceleration layer III. An electron acceleration layer IV having a thickness of 1.0 μm was formed. Thereby, an electron acceleration layer 3 having a thickness of 4.0 μm in which the electron acceleration layer I to the electron acceleration layer IV were laminated was formed.
続いて、実施例2と同様に炭素薄膜4および第2電極5を形成することにより、実施例4の電子放出素子9を得た。
なお、実施例4の電子放出素子9は、電子加速層3の膜厚が4.0μmであるので、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約21.2倍の大きさであった。
Then, the carbon thin film 4 and the 2nd electrode 5 were formed similarly to Example 2, and the electron-emitting element 9 of Example 4 was obtained.
In the electron-emitting device 9 of Example 4, since the film thickness of the electron acceleration layer 3 is 4.0 μm, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2 a is relative to the film thickness of the electron acceleration layer 3. The size was about 21.2 times.
この実施例4の電子放出素子9を用いた、1×10-8ATMの真空中における電子放出点の確認実験の結果を図15に示した。なお、このときの印加電圧V1は20V、V2は3.5kVであった。
図15に示すように、実施例4の電子放出点は、素子内部に一部分に集中していた。
FIG. 15 shows the result of an experiment for confirming the electron emission point in a vacuum of 1 × 10 −8 ATM using the electron-emitting device 9 of Example 4. In addition, the applied voltage V1 at this time was 20V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 15, the electron emission points of Example 4 were concentrated in part inside the device.
(実施例5)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に60μm角(対角:84.9μm)の小孔2a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電子放出制御絶縁膜2を作製した。(電子放出制御絶縁膜2の膜厚は、2.5μmとした。)
なお、小孔2aの総面積は0.01cm2である。
(Example 5)
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 289 small holes 2 a of 60 μm square (diagonal: 84.9 μm) are formed on the first electrode 1 (= 17). X17) An electron emission control insulating film 2 made of an acrylic resin arranged uniformly was produced. (The film thickness of the electron emission control insulating film 2 was 2.5 μm.)
The total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 .
次に、電子放出制御絶縁膜2上に実施例2で作製した分散液Cを滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子と導電性微粒子とシリコーン樹脂とを含む塗布膜を形成し、ホットプレートを用いて、この塗布膜を150℃で60秒間乾燥することにより、膜厚1.0μmの電子加速層Iを形成した。
そして、経時変化を起こさないため、直ぐに次の工程に移った。
電子加速層I上に更に分散液Cを滴下し、前記と同様のスピンコートおよび乾燥の操作を5回繰り返し、膜厚1.0μmの電子加速層II、膜厚1.0μmの電子加速層III、膜厚1.0μmの電子加速層IV、膜厚1.0μmの電子加速層V、膜厚1.0μmの電子加速層VIを形成した。それによって電子加速層Iから電子加速層VIが積層した膜厚6.0μmの電子加速層3を形成した。
Next, the dispersion C prepared in Example 2 is dropped on the electron emission control insulating film 2, and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 1 second and then 3000 rpm for 10 seconds, so that insulating fine particles are formed. A coating film containing conductive fine particles and a silicone resin was formed, and this coating film was dried at 150 ° C. for 60 seconds using a hot plate, thereby forming an electron acceleration layer I having a thickness of 1.0 μm.
In order not to cause a change with time, the process immediately moved to the next step.
The dispersion C is further dropped on the electron acceleration layer I, and the spin coating and drying operations similar to those described above are repeated five times to obtain an electron acceleration layer II having a thickness of 1.0 μm and an electron acceleration layer III having a thickness of 1.0 μm. An electron acceleration layer IV having a thickness of 1.0 μm, an electron acceleration layer V having a thickness of 1.0 μm, and an electron acceleration layer VI having a thickness of 1.0 μm were formed. Thereby, an electron acceleration layer 3 having a film thickness of 6.0 μm in which the electron acceleration layer I to the electron acceleration layer VI were laminated was formed.
続いて、実施例2と同様に炭素薄膜4および第2電極5を形成することにより、実施例5の電子放出素子9を得た。
なお、実施例5の電子放出素子9は、電子加速層3の膜厚が6.0μmであるので、小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約14.1倍の大きさであった。
Then, the carbon thin film 4 and the 2nd electrode 5 were formed similarly to Example 2, and the electron-emitting element 9 of Example 5 was obtained.
In the electron-emitting device 9 of Example 5, the film thickness of the electron acceleration layer 3 is 6.0 μm. Therefore, the inner diameter (the length of the diagonal line) of the small hole 2 a is relative to the film thickness of the electron acceleration layer 3. The size was about 14.1 times.
この実施例5の電子放出素子9を用いた、1×10-8ATMの真空中における電子放出点の確認実験の結果を図16に示した。なお、このときの印加電圧V1は30V、V2は3.5kVであった。
図16に示すように、実施例5の電子放出点は、素子内部に一部分に集中していた。
FIG. 16 shows the result of an experiment for confirming the electron emission point in a vacuum of 1 × 10 −8 ATM using the electron-emitting device 9 of Example 5. At this time, the applied voltage V1 was 30 V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 16, the electron emission points of Example 5 were concentrated partially within the device.
(実施例6)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用 い、第1電極1上に100μm角(対角:141.4μm)の小孔2aが100個(=10個×10個)均一に配列したアクリル系樹脂からなる電子放出制御絶縁膜2(小孔2aの総面積は0.01cm2)を形成したことと以外は、実施例1と同様にして実施例6の電子放出素子9を形成した。(実施例6の小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約56.6倍の大きさであった。)
(Example 6)
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 100 small holes 2 a of 100 μm square (diagonal: 141.4 μm) are formed on the first electrode 1 (= 10 Example 10 in the same manner as in Example 1 except that the electron emission control insulating film 2 (total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 ) made of uniformly arranged acrylic resin is formed. Six electron-emitting devices 9 were formed. (The inner diameter (diagonal length) of the small hole 2a of Example 6 was about 56.6 times as large as the film thickness of the electron acceleration layer 3.)
この実施例6の電子放出素子9を用いた、1×10-8ATMの真空中における電子放出点の確認実験の結果を図17に示した。なお、このときの印加電圧V1は16V、V2は3.5kVであった。
図17に示すように、実施例2の電子放出点は、素子全体にわたって均一に存在していた。
FIG. 17 shows the result of an experiment for confirming the electron emission point in a vacuum of 1 × 10 −8 ATM using the electron-emitting device 9 of Example 6. In addition, the applied voltage V1 at this time was 16V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 17, the electron emission points of Example 2 existed uniformly throughout the entire device.
(実施例7)
第1電極1として24mm×24mm角のMAM(Mo/Al/Mo)ガラス基板を用い、第1電極1上に15μm角(対角:21.2μm)の小孔2aが4356個(=66個×66個)均一に配列したアクリル系樹脂からなる電子放出制御絶縁膜2(小孔2aの総面積は0.01cm2)を形成したこと以外は、実施例1と同様にして実施例7の電子放出素子9を形成した。(実施例7の小孔2aの内径(対角線の長さ)は、電子加速層3の膜厚に対して約8.5倍の大きさであった。)
(Example 7)
A 24 mm × 24 mm square MAM (Mo / Al / Mo) glass substrate is used as the first electrode 1, and 4356 (= 66) small holes 2 a of 15 μm square (diagonal: 21.2 μm) are formed on the first electrode 1. × 66) The same as in Example 1 except that the electron emission control insulating film 2 (total area of the small holes 2a is 0.01 cm 2 ) made of an acrylic resin arranged uniformly is formed. An electron-emitting device 9 was formed. (The inner diameter (diagonal length) of the small hole 2a of Example 7 was about 8.5 times as large as the film thickness of the electron acceleration layer 3.)
この実施例7の電子放出素子9を用いた、1×10-8ATMの真空中における電子放出点の確認実験の結果を図18に示した。なお、このときの印加電圧V1は30V、V2は3.5kVであった。
図18に示すように、実施例2の電子放出点は、素子全体にわたって均一に存在していた。
FIG. 18 shows the result of an experiment for confirming the electron emission point in a vacuum of 1 × 10 −8 ATM using the electron-emitting device 9 of Example 7. At this time, the applied voltage V1 was 30 V, and V2 was 3.5 kV.
As shown in FIG. 18, the electron emission points of Example 2 existed uniformly throughout the entire device.
(比較例1)
第1電極1として直径24mmのアルミ基板を用い、真空度20Pa下でUV照射を10分間行った。
次に、絶縁性微粒子として日産化学工業株式会社製のコロイダルシリカ MP1040(メーカー公称値粒子径100nm)40重量%を超純水で10重量%に希釈し、超音波分散器にて微粒子を分散させて微粒子分散液を調製した。
次に、第1電極1上に前記微粒子分散液を1mL滴下し、500rpmで5秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子を含む電子加速層を膜厚0.8μmで形成し、室温で自然乾燥させた。
(Comparative Example 1)
An aluminum substrate having a diameter of 24 mm was used as the first electrode 1 and UV irradiation was performed for 10 minutes under a vacuum degree of 20 Pa.
Next, 40% by weight of colloidal silica MP1040 (manufacturer nominal particle diameter 100 nm) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. as insulating fine particles is diluted to 10% by weight with ultrapure water, and the fine particles are dispersed with an ultrasonic disperser. A fine particle dispersion was prepared.
Next, 1 mL of the fine particle dispersion is dropped on the first electrode 1 and spin coating is performed in two stages under conditions of 500 rpm for 5 seconds and then 3000 rpm for 10 seconds to form an electron acceleration layer containing insulating fine particles. The film was formed with a thickness of 0.8 μm and was naturally dried at room temperature.
次に、前記のようにして得た電子加速層上に、マグネトロンスパッタ装置を用いて、Au-Pdを材料とする膜厚40nm、面積は0.01cm2の第2電極を形成することにより、比較例1の電子放出素子を得た。
この電子放出素子上に、絶縁性スペーサーによって3mmの距離を保って蛍光体層32を対向状に配置して実験系を完成し、それを1×10-8ATMの真空容器中に設置した。そして、電子放出素子における電子放出点の確認実験を行い、その結果を図19及び図20に示した。なお、このときの印加電圧V1は20V、V2は1.5kVであった。
図19及び図20に示すように、比較例1の電子放出点は、素子内部に一点に集中していた。
Next, on the electron acceleration layer obtained as described above, by using a magnetron sputtering apparatus, a second electrode having a film thickness of 40 nm and an area of 0.01 cm 2 made of Au-Pd is formed. An electron-emitting device of Comparative Example 1 was obtained.
On this electron-emitting device, the phosphor layer 32 was arranged oppositely while maintaining a distance of 3 mm by an insulating spacer to complete an experimental system, which was placed in a vacuum vessel of 1 × 10 −8 ATM. An experiment for confirming the electron emission point in the electron-emitting device was performed, and the results are shown in FIGS. At this time, the applied voltage V1 was 20V, and V2 was 1.5 kV.
As shown in FIGS. 19 and 20, the electron emission points of Comparative Example 1 were concentrated at one point inside the device.
(比較例2)
まず、5mLの試薬瓶に、溶媒であるトルエン3.0gと、分散剤としてアジスパーPB−821(味の素ファインテクノ株式会社製)0.03gとを投入し、試薬瓶を超音波分散器にセットして分散液を調製した。そして、この分散液に、絶縁性微粒子として粒径50nmの球状シリカ粒子0.25gを投入し、超音波分散器を用いて試薬瓶内の微粒子を分散させて絶縁性微粒子分散液を調製した。
(Comparative Example 2)
First, in a 5 mL reagent bottle, 3.0 g of toluene as a solvent and 0.03 g of Ajisper PB-821 (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.) as a dispersing agent are charged, and the reagent bottle is set in an ultrasonic disperser. A dispersion was prepared. Then, 0.25 g of spherical silica particles having a particle diameter of 50 nm were added as insulating fine particles to this dispersion, and the fine particles in the reagent bottle were dispersed using an ultrasonic disperser to prepare an insulating fine particle dispersion.
次に、第1電極1としての24mm×24mm角のITOガラス基板上に、前記絶縁性微粒子分散液を滴下し、500rpmで1秒間、続いて3000rpmで10秒間の条件で2段階のスピンコートを行って、絶縁性微粒子を含む電子加速層を形成し、これを合計3回繰り返して、合計膜厚0.6μmの電子加速層を形成した。
次に、マグネトロンスパッタ装置を用いて、電子加速層上に、Au-Pdを材料とした膜厚40nm、面積0.04cm2の第2電極を形成することにより、比較例2の電子放出素子を得た。
Next, the insulating fine particle dispersion is dropped onto a 24 mm × 24 mm square ITO glass substrate as the first electrode 1, and a two-step spin coating is performed at 500 rpm for 1 second and then at 3000 rpm for 10 seconds. In this way, an electron acceleration layer containing insulating fine particles was formed, and this was repeated a total of three times to form an electron acceleration layer having a total film thickness of 0.6 μm.
Next, a second electrode having a thickness of 40 nm and an area of 0.04 cm 2 made of Au—Pd is formed on the electron acceleration layer by using a magnetron sputtering apparatus, so that the electron-emitting device of Comparative Example 2 is obtained. Obtained.
この電子放出素子上に、絶縁性スペーサーによって0.5mmの距離を保って蛍光体層32を対向状に配置して実験系を完成し、それを1×10-8ATMの真空容器中に設置した。そして、電子放出素子における電子放出点の確認実験を行い、その結果を図21及び図22に示した。なお、このときの印加電圧V1は20V、V2は1.5kVであった。
図21及び図22に示すように、比較例2の電子放出点は、素子の各角に1点ずつ2点に集中して 存在していた。
On this electron-emitting device, a phosphor layer 32 is arranged facing each other with a distance of 0.5 mm by an insulating spacer to complete an experimental system, which is installed in a vacuum vessel of 1 × 10 −8 ATM. did. Then, an experiment for confirming the electron emission point in the electron-emitting device was performed, and the results are shown in FIGS. At this time, the applied voltage V1 was 20V, and V2 was 1.5 kV.
As shown in FIGS. 21 and 22, the electron emission points of Comparative Example 2 were concentrated at two points, one at each corner of the device.
実施例1、2、3、6、7および比較例1、2の結果から、素子内部に電子放出させる部分と電子放出させない部分とが交互に配列したパターン構造を意図的に作製することにより、均一に制御性よく電子放出することがわかった。
また、実施例2〜5の結果から、電子加速層の層厚は、0.3μm以上2μm以下が好ましいことがわかった。さらに、実施例1、6、7の結果から、小孔は、15μm角以上100μm角以下が好ましいことがわかった。
From the results of Examples 1, 2, 3, 6, 7 and Comparative Examples 1 and 2, by intentionally producing a pattern structure in which the portions that emit electrons and the portions that do not emit electrons are alternately arranged inside the device, It was found that electrons were emitted uniformly and with good controllability.
Moreover, from the results of Examples 2 to 5, it was found that the thickness of the electron acceleration layer is preferably 0.3 μm or more and 2 μm or less. Furthermore, from the results of Examples 1, 6, and 7, it was found that the small holes are preferably 15 μm square or more and 100 μm square or less.
本発明に係る電子放出素子は、適度な電圧の印加により十分な電子放出量が得られると共に、長時間連続して動作することが可能である。よって、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の帯電装置や、電子線硬化装置、あるいは発光体と組み合わせることによる画像表示装置、または放出された電子が発生させるイオン風を利用することによるイオン風発生装置等に、好適に適用することができる。 The electron-emitting device according to the present invention can obtain a sufficient amount of electron emission by applying an appropriate voltage and can operate continuously for a long time. Therefore, for example, a charging device of an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile, an image display device combined with an electron beam curing device or a light emitter, or an ion wind generated by emitted electrons. It can apply suitably to the ion wind generator etc. by utilizing this.
1 第1電極(電極基板)
2 電子放出制御絶縁膜
2a 小孔
3、23 電子加速層
3a 絶縁性微粒子
4 炭素薄膜
5 第2電極(薄膜電極)
7 電源部
9、29 電子放出素子
10、10x、10y、210 電子放出装置子
31、131、231 自発光デバイス
32、132 蛍光体層
33 ITO膜
34 ガラス基板
35 第2電源部
36 発光部
42 送風ファン
90 帯電装置
340 画像表示装置
150、160 イオン風発生装置
330 液晶パネル
P 感光体
Q 被冷却体
1 First electrode (electrode substrate)
2 Electron emission control insulating film 2a Small hole 3, 23 Electron acceleration layer 3a Insulating fine particles 4 Carbon thin film 5 Second electrode (thin film electrode)
7 Power supply unit 9, 29 Electron emission element 10, 10x, 10y, 210 Electron emission device element 31, 131, 231 Self-luminous device 32, 132 Phosphor layer 33 ITO film 34 Glass substrate 35 Second power source unit 36 Light emitting unit 42 Blower Fan 90 Charging device 340 Image display device 150, 160 Ion wind generator 330 Liquid crystal panel P Photoconductor Q Cooled body
Claims (21)
第1電極上に形成された、膜厚方向に貫通した複数の小孔を有する電子放出制御絶縁膜と、
前記電子放出制御絶縁膜上に形成された、少なくとも絶縁性微粒子を含有する電子加速層と、
前記電子加速層上に形成された第2電極とを備え、
前記小孔は、21.2〜141.4μmの内径を有し、
前記電子放出制御絶縁膜において、前記複数の小孔は5〜2000個/mm 2 の密度で均一に配置され、
第1電極及び第2電極は、前記複数の小孔と重なり、
第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、第1電極から放出される電子を前記電子放出制御絶縁膜の均一に配置された前記複数の小孔の位置における前記電子加速層で加速させて第2電極から外部へ放出させるように構成されたことを特徴とする電子放出素子。 A first electrode;
Formed on the first electrode, and the electron emission control insulating film having a plurality of small holes penetrating in the thickness direction,
An electron acceleration layer containing at least insulating fine particles formed on the electron emission control insulating film;
A second electrode formed on the electron acceleration layer,
The small hole has an inner diameter of 21.2 to 141.4 μm,
In the electron emission control insulating film, the plurality of small holes are uniformly arranged at a density of 5 to 2000 holes / mm 2 ,
The first electrode and the second electrode overlap the plurality of small holes,
By applying a voltage between the first electrode and the second electrode, electrons emitted from the first electrode are accelerated at the positions of the plurality of small holes arranged uniformly in the electron emission control insulating film. An electron-emitting device configured to be accelerated by a layer and emitted from the second electrode to the outside.
前記電子放出制御絶縁膜の前記複数の小孔内の第1電極上に、少なくとも絶縁性微粒子を含有する電子加速層を形成する工程(B)と、前記電子加速層上に第2電極を形成する工程(C)とを含み、
第2電極は、第1電極及び前記複数の小孔と重なるように形成され、
前記小孔は、21.2〜141.4μmの内径を有し、
前記電子放出制御絶縁膜において、前記複数の小孔は5〜2000個/mm 2 の密度で均一に配置されることを特徴とする電子放出素子の製造方法。 Forming an electron emission control insulating film having a plurality of small holes penetrating in the film thickness direction on the first electrode (A);
(B) forming an electron acceleration layer containing at least insulating fine particles on the first electrode in the plurality of small holes of the electron emission control insulating film; and forming a second electrode on the electron acceleration layer. look including a step (C) to be,
The second electrode is formed to overlap the first electrode and the plurality of small holes,
The small hole has an inner diameter of 21.2 to 141.4 μm,
In the electron emission control insulating film, the plurality of small holes are uniformly arranged at a density of 5 to 2000 holes / mm 2 .
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