JP5860412B2 - 電子放出素子、電子放出装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、電子放出素子の製造方法、電子放出素子の修復方法 - Google Patents
電子放出素子、電子放出装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、電子放出素子の製造方法、電子放出素子の修復方法 Download PDFInfo
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Description
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層が設けられている。
電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層を形成する工程と、
上記電子加速層上に、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備える薄膜電極を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
本発明に係る一実施形態の電子放出素子1を備えた電子放出装置10の構成を示す断面図を図2に示す。図2に示すように、電子放出装置10は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子1と電源7とを備えている。
図2に示すように、電子放出素子1は、下部電極となる電極基板2と、上部電極となる薄膜電極3と、その間に挟まれた電子加速層4とを備えている。電子加速層4は、絶縁体微粒子5を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子6を分散させることによって形成される。電子加速層4において、導電微粒子6は絶縁体微粒子5の表面に付着した状態で存在している(図2の拡大図参照)。
電極基板2は、薄膜電極3と対になり電子加速層4内に電圧を印加するための電極である。これに加え、電子放出素子1の支持体としての役割も担う。したがって、電極基板2として用いる物質には、ある程度の強度を有すること、直に接する物質との接着性が良好なこと、適度な導電性を有することが求められる。電極基板2の具体的な例としては、ステンレス、アルミニウム、チタン、および銅などの金属基板、ならびにシリコン、ゲルマニウム、およびガリウム砒素などの半導体基板を挙げることができる。
薄膜電極3は、電極基板2と対になり電子加速層4内に電圧を印加するための電極である。したがって、導電電極3に用いる物質は、導電性を有し電圧印加が可能となる物質であれば特に制限されない。ただし、電子放出素子1の動作環境として大気中を想定する場合は、薄膜電極3として、酸化物および硫化物形成反応のない金が最適な物質となる。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物質である。
電子加速層4は、絶縁体微粒子5および導電微粒子6から成る。絶縁体微粒子5は単分散であり、かつ整列して充填している。これにより、絶縁体微粒子5間の接点および導通路が均等に生じる。そのため、電子を効率的にトラップしながら伝導させることができ、弾道電子が薄膜電極3下において増産され、多量の電子が放出される。結果、電子放出の効率を向上できる。上記の構造からなる電子放出素子1は、半導電性の輸送特性を示す。
次に、電子放出素子1の製造方法の一実施形態について説明する。電子放出素子1の製造工程は、電極基板2の親水性処理と、電子加速層4の形成と、薄膜小電極3aと薄膜小電極連結部9とを備える薄膜電極3の成膜とからなる。電極基板2には、金属基板、半導体基板、ならびに絶縁体基板表面に導電性薄膜を成膜したもののいずれかを使用する。
電極基板2の表面に、電子加速層4を形成する。電子加速層4は絶縁体微粒子5を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子6を分散させることによって形成される。電子加速層4において、導電微粒子6は絶縁体微粒子5の表面に付着した状態で存在している。電極基板2の親水性処理と、絶縁体微粒子層の形成と、導電微粒子6の分散方法とを以下に示す。
電極基板2上に絶縁体微粒子分散液を用いて、絶縁体微粒子5の薄膜を形成する。絶縁体微粒子分散液は、単分散の絶縁体微粒子5を水中に分散させたものである。絶縁体微粒子分散液を電極基板2上に塗布し、薄膜を形成するためにはスピンコート法を用いる。
導電微粒子6を絶縁体微粒子層内に分散させるために、上記の方法によって得られた絶縁体微粒子層上に導電微粒子分散液を塗布する。
電子放出素子1の製造最終工程として、加速電子層4上に薄膜電極3を成膜する。電子放出素子1の薄膜電極3は、格子状に配置した複数の薄膜小電極3aと、隣接する薄膜小電極3a同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部9とからなり、図1に示す形状をなす。
図3に、電子放出素子1のいずれかの場所において、電極基板2と薄膜小電極との両電極間で、電気的に短絡するリーク欠陥12(電気的短絡)が発生した場合の上面図を示す。このリーク欠陥を含む薄膜小電極を薄膜小電極3bとする。電子放出素子1の製造、または検査工程において薄膜電極3のいずれかの面内にリーク欠陥12が検出された場合、電子放出素子1全体が不良品となる。リーク欠陥12を有する電子放出素子1を救済(修復)し良品とするためには、リーク欠陥12を含む薄膜小電極3bを、周囲の薄膜小電極3aから電気的に絶縁(断線)すればよい。
〔実施例1〕
(電子放出素子1)
以下、本発明に係る電子放出素子1の実施例について説明する。
(帯電装置90)
図5に、実施形態1で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子1を備えた本発明に係る帯電装置の一例を示す。帯電装置90は、電子放出素子1とこれに電圧を印加するための電源7とを備える電子放出装置10と、感光体ドラム11とからなる。本発明の一実施形態に係る画像形成装置は、この帯電装置90を備えている。
(電子線硬化装置100)
図6に、実施形態1で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置10を備えた電子線硬化装置の一例を示す。電子線硬化装置100は、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とをからなる電子放出装置10と、放出された電子を加速させる加速電極21とを備えている。電子線硬化装置100では、電子放出素子1を電子放出源とし、放出された電子を加速電極21で加速してレジスト22へと衝突させる。その結果、レジスト22は電子線のエネルギーを吸収することで硬化する。
図7〜9に、実施形態1で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置10を備えた本発明に係る自発光デバイス31、31a、31bの例をそれぞれ示す。
図7に示す自発光デバイス31は、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とを備える電子放出装置10と、電子放出素子1から所定の間隔を有し対向した位置に、基材となるガラス基板34、ITO薄膜33、および蛍光体32を備える発光部(発光体)36と、電源35とを備える。電源35は、電子放出素子1における電極基板2と、ITO薄膜33との間に電圧を印加するために自発光デバイス31に備えられる。
図8に示す自発光デバイス31aは、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とさらに蛍光体32とを備えている。自発光デバイス31aでは、蛍光体32は平面状であり、電子放出素子1の上部電極表面に配置されている。ここで、蛍光体32の層は、微粒子化した蛍光体粒子とバインダーであるエポキシ系樹脂とからなる塗布液を用いて、電子放出素子1の上部電極表面に成膜される。ただし、電子放出素子1そのものは外力に対して弱い構造なので、バーコーター法による成膜手段を利用すると素子が壊れる恐れがある。このため、蛍光体32の層を成膜する方法としては、滴下法またはスピンコート法などが適している。
図9に示す自発光デバイス31bは、電子放出素子1とこれに電圧を印加する電源7とを備えており、この構成は電子放出装置10と同様である。これに加えて、自発光デバイス31には、電子放出素子1の電子加速層4に蛍光体微粒子を混合している。この場合、絶縁体微粒子5の一部を代替して、蛍光体微粒子を混合してもよい。
上記自発光デバイス31,31aでは、電子放出素子1より放出させた電子が蛍光体32に衝突することで自発光デバイスとなる。上記自発光デバイス31bでは、電子加速層4内で加速された電子が蛍光体微粒子に衝突することで自発光デバイスとなる。
本発明の一実施形態に係る自発光デバイスを備えた画像表示装置の一例を図10に示す。画像表示装置140は、自発光デバイス31bと液晶パネル330とを備えている。画像表示装置140では、自発光デバイス31bを液晶パネル330の後方に設置し、バックライトとして用いる。自発光デバイス31bを画像表示装置140に用いる場合、電源7による自発光デバイス31bへの印加電圧は、20〜35Vが好ましい。また、自発光デバイス31bは、20〜35Vの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり10μA/cm2の電子が放出されるように構成されていればよい。また、自発光デバイス31bと液晶パネル330との距離は、0.1mm程度が好ましい。
また、自発光デバイス31をマトリックス状に配置することによって、新規な画像表示装置を実現する。この画像表示装置は、電子放出素子より放出された電子による蛍光体の発光を利用しており、広義の意味での電界放出ディスプレイ(FED)といえる。この場合、電源7による自発光デバイス31への印加電圧は、20〜35Vが好ましい。自発光デバイス31は、20〜35Vの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり10μA/cm2の電子が放出されるように構成されていればよい。
実施の形態1で説明した本発明に係る電子放出装置10を利用した本発明に係る送風装置の例を示す。以下では、本願発明に係る送風装置を、冷却装置として用いた場合について説明する。しかし、送風装置の利用は冷却装置に限定されることはない。
従来の送風装置あるいは冷却装置のように、送風のみを用いて被冷却体を冷却する場合、被冷却体の表面における空気の流速が0となる。すなわち、被冷却体から最も熱を奪える部分の空気が置換されず冷却効率が悪い。この問題を解消するためには、被冷却体に通常の空気ではなく、電子やイオンといった荷電粒子を含んだ空気を送風することが効果的である。なぜなら、被冷却体近傍に送風された荷電粒子を含んだ空気は、静電的な力によって被冷却体表面に引き寄せられ、すでに被冷却体表面に存在していた空気と置換されるからである。
上述した電子放出素子における電気的短絡を修復する電子放出素子の修復方法であって、
上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極部と他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを特徴としている。
2 電極基板
3 薄膜電極
3a 薄膜小電極
3b リーク欠陥12を含む薄膜小電極
4 電子加速層
5 絶縁体微粒子
6 導電微粒子
7 電源(電源部)
9 薄膜小電極連結部
10 電子放出装置
11 感光体ドラム
12 リーク欠陥
13 レーザー照射領域
21 加速電極
22 レジスト
31,31a,31b 自発光デバイス
32 蛍光体(発光体)
33 ITO薄膜
34 ガラス基板
35 電源
36 発光部
41 被冷却体
42 送風ファン
90 帯電装置
100 電子線硬化装置
140 画像表示装置
150 送風装置
160 送風装置
200 従来の電子放出素子
210 従来の薄膜電極
330 液晶パネル
Claims (16)
- 電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間において電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子であって、
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層が設けられており、
上記薄膜電極は、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備えることを特徴とする電子放出素子。 - 上記絶縁体微粒子は単分散であり、かつ整列して充填していることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化チタンの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする、請求項1に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子の平均径は、5〜1000nmであることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層の層厚は、8〜3000nmであることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子放出素子と、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部とを備えたことを特徴とする電子放出装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置と発光体とを備え、該電子放出装置から電子を放出して該発光体を発光させることを特徴とする自発光デバイス。
- 請求項7に記載の自発光デバイスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して送風することを特徴とする送風装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して感光体を帯電することを特徴とする帯電装置。
- 請求項11に記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項6に記載の電子放出装置を備えたことを特徴とする電子線硬化装置。
- 電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層を形成する工程と、
上記電子加速層上に、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備える薄膜電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 上記電子加速層を形成する工程が、上記絶縁体微粒子からなる絶縁体微粒子層を上記電極基板上に形成する工程をさらに含んでおり、
上記絶縁体微粒子層は、水中に上記絶縁体微粒子を分散させて得られる絶縁体微粒子分散液を、スピンコート法を用いて上記電極基板上に塗布することによって、上記絶縁体微粒子層を形成すること、を特徴とする請求項14に記載の電子放出素子の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子放出素子における電気的短絡を修復する電子放出素子の修復方法であって、
上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極と他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを特徴とする、電子放出素子の修復方法。
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