JP6889629B2 - Manufacturing method of electron emitting element and electron emitting element - Google Patents

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Description

本発明は、電子放出素子、電子放出素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an electron emitting element and a method for manufacturing an electron emitting element.

本出願人は、大気中で動作可能な、新規な構造を有する電子放出素子を開発した(例えば特許文献1参照)。 The applicant has developed an electron emitting element having a novel structure that can operate in the atmosphere (see, for example, Patent Document 1).

特許文献2には、電子加速層(中間層)の劣化を抑制でき、真空中だけでなく大気圧中でも効率よく安定した電子放出を可能とし、さらに機械的強度を高めて形成される、電子放出素子が開示されている。具体的には、この電子放出素子は、電極基板と、電極基板上に形成された開口部を有する絶縁層と、絶縁層上に形成された電子加速層(中間層)と、電子加速層(中間層)上に形成された薄膜電極とを備える。電子加速層(中間層)は、絶縁性微粒子と導電性微粒子とが分散されたバインダー樹脂を含んでおり、このバインダー樹脂の混合液をスピンコート法又はスプレー法によって、絶縁層が形成された電極基板上に塗布することによって形成している。 Patent Document 2 describes electron emission, which can suppress deterioration of the electron acceleration layer (intermediate layer), enable efficient and stable electron emission not only in vacuum but also in atmospheric pressure, and further enhance mechanical strength. The element is disclosed. Specifically, this electron emitting element includes an electrode substrate, an insulating layer having an opening formed on the electrode substrate, an electron accelerating layer (intermediate layer) formed on the insulating layer, and an electron accelerating layer (an electron accelerating layer). It is provided with a thin film electrode formed on the intermediate layer). The electron accelerating layer (intermediate layer) contains a binder resin in which insulating fine particles and conductive fine particles are dispersed, and an electrode in which an insulating layer is formed by a spin coating method or a spray method on a mixed solution of the binder resin. It is formed by applying it on a substrate.

特許文献3には、電子放出素子の大型化を可能にするために、電圧の与え方による薄膜電極での電位勾配の形成を抑制するため、つまり、薄膜電極面内には電位分布のほとんどない一様な電圧印加が可能となるようにするために、電極基板、微粒子層、薄膜電極および電気絶縁層を含んで、複数の開口部を有する構成であり、微粒子層は絶縁性微粒子および導電性微粒子を含んで構成される第1微粒子層と、絶縁性微粒子を含んで構成される第2微粒子層からなっている。 In Patent Document 3, in order to enable an increase in the size of the electron emitting element, it is necessary to suppress the formation of a potential gradient in the thin film electrode depending on how a voltage is applied, that is, there is almost no potential distribution in the thin film electrode surface. In order to enable uniform voltage application, the structure includes an electrode substrate, a fine particle layer, a thin film electrode, and an electrically insulating layer, and has a plurality of openings. The fine particle layer is an insulating fine particle and conductive. It is composed of a first fine particle layer composed of fine particles and a second fine particle layer composed of insulating fine particles.

特開2009−146891号公報(特許第4303308号公報)JP-A-2009-146891 (Patent No. 4303308) 特開2010−198850号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-198850 特開2013−37784号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-37784

しかしながら、特許文献2に開示された電子放出素子は、ミクロンオーダーの電子加速層(中間層)を形成するために、スピンコート法又はスプレー法を採用して電子加速層(中間層)を形成しているので、電極基板上であって、かつ、開口部にのみに、絶縁性微粒子と導電性微粒子とが分散されたバインダー樹脂の混合液を塗布しようとしても、絶縁層上への塗布や素子以外への塗布や流出が起こり、当該混合液(塗液)、つまり絶縁性微粒子と導電性微粒子の有効利用の点において改善の余地があった。 However, the electron emitting element disclosed in Patent Document 2 employs a spin coating method or a spray method to form an electron accelerating layer (intermediate layer) in order to form an electron accelerating layer (intermediate layer) on the order of particles. Therefore, even if an attempt is made to apply a mixed solution of a binder resin in which insulating fine particles and conductive fine particles are dispersed on the electrode substrate and only in the opening, the coating on the insulating layer or the element There was room for improvement in terms of effective utilization of the mixed liquid (coating liquid), that is, the insulating fine particles and the conductive fine particles.

また、特許文献3に開示された電子放出素子は上記の特許文献2と同様の課題とともに、大型化をするにあたり、薄膜電極面内にはほとんど一様な電圧印加が可能となるようにするために、電気絶縁層がアクリル樹脂からなり、複雑な構成となっているために、初期の性能にばらつきがある。 Further, the electron emitting device disclosed in Patent Document 3 has the same problems as in Patent Document 2 described above, and in order to increase the size, it is possible to apply an almost uniform voltage in the thin film electrode surface. In addition, since the electrical insulating layer is made of acrylic resin and has a complicated structure, the initial performance varies.

そこで、本発明は、中間層である半導電部を形成するための混合液を有効利用することおよび、大型化をするにあたり、初期の性能にばらつきを抑制することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to effectively utilize the mixed liquid for forming the semi-conductive portion which is the intermediate layer, and to suppress the variation in the initial performance when the size is increased.

上記課題を解決するために、本発明によれば、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた絶縁部であって、所定の開口部を有するものと、前記第1電極および前記第2電極の間において前記開口部に配設された半導電部とを備え、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することによって前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、前記第1電極の電子放出領域内において前記絶縁部を有し、前記半導電部は導電性微粒子および光触媒性能を有する絶縁性微粒子が含まれることを特徴とする。 In order to solve the above problems, according to the present invention, an insulating portion provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, and a predetermined opening is provided. It is provided with a semi-conductive portion arranged in the opening between the first electrode and the second electrode, and the voltage is applied between the first electrode and the second electrode. An electron emitting element that emits electrons from a second electrode, which has the insulating portion in the electron emitting region of the first electrode, and the semi-conductive portion contains conductive fine particles and insulating fine particles having photocatalytic performance. It is characterized by being

また、前記絶縁部は、前記第1電極の酸化物からなってもよい。 Further, the insulating portion may be made of an oxide of the first electrode.

また、前記絶縁部は、前記第1電極の表面より上部だけでなく、前記第1電極の内部にも存在してもよい。 Further, the insulating portion may exist not only above the surface of the first electrode but also inside the first electrode.

また、前記第1電極における前記電子放出領域で、前記半導電部と前記絶縁部による海島構造を持ってもよい。 Further, the electron emitting region of the first electrode may have a sea-island structure composed of the semi-conductive portion and the insulating portion.

また、前記海島構造は並列状あるいは千鳥状、不定形状であってもよい。 Further, the sea-island structure may have a parallel shape, a staggered shape, or an indefinite shape.

また、前記第1電極における前記電子放出領域で、前記半導電部と前記絶縁部に関して、前記半導電部の面積比は30〜80%であってもよい。 Further, in the electron emitting region of the first electrode, the area ratio of the semi-conductive portion may be 30 to 80% with respect to the semi-conductive portion and the insulating portion.

また、前記第1電極は陽極酸化により酸化皮膜が形成できる金属板あるいは金属膜が形成された基板から成ってもよい。 Further, the first electrode may be made of a metal plate on which an oxide film can be formed by anodic oxidation or a substrate on which a metal film is formed.

前記開口部は、前記第1電極と前記第2電極の間を貫くものであってもよい。 また、第1電極上に所定の開口部を有する絶縁部を形成する絶縁部形成工程、前記第1電極上であって前記開口部内に中間層である半導電部を形成する半導電部形成工程、前記半導電部および前記絶縁部上に電子を放出するための第2電極を形成する第2電極形成工程からなり、前記半導電部形成工程では、電気泳動堆積によって前記半導電部を形成する工程を含み、前記絶縁部形成工程では、少なくとも電子放出領域内に前記所定の開口部を有する前記絶縁部を形成することを特徴とする、電子放出素子の製造方法が提供される。 The opening may penetrate between the first electrode and the second electrode. Further, an insulating portion forming step of forming an insulating portion having a predetermined opening on the first electrode, and a semiconductive portion forming step of forming a semiconductive portion which is an intermediate layer in the opening on the first electrode. The semi-conductive portion is composed of a second electrode forming step of forming a second electrode for emitting electrons on the semi-conductive portion and the insulating portion, and in the semi-conductive portion forming step, the semi-conductive portion is formed by electrophoresis deposition. In the insulating portion forming step including the step, a method for manufacturing an electron emitting element is provided, which comprises forming the insulating portion having the predetermined opening at least in an electron emitting region.

また、前記絶縁部形成工程では前記第1電極の陽極酸化によって前記絶縁部が形成されることを特徴とする。 Further, the insulating portion forming step is characterized in that the insulating portion is formed by anodic oxidation of the first electrode.

また、前記絶縁部形成工程で前記第1電極の前記電子放出領域内に前記絶縁部を形成するにあたり、前記絶縁部または前記半導電部が海島構造になるように前記絶縁部を形成することを特徴とする。 Further, in forming the insulating portion in the electron emitting region of the first electrode in the insulating portion forming step, the insulating portion is formed so that the insulating portion or the semi-conductive portion has a sea-island structure. It is a feature.

また、本発明によれば、前記半導電部は導電性微粒子と絶縁性微粒子を含んでおり、前記導電性微粒子が前記絶縁性微粒子に担持された担持粒子からなることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the semi-conductive portion contains conductive fine particles and insulating fine particles, and the conductive fine particles are composed of supported particles supported on the insulating fine particles.

また、本発明によれば、前記半導電部形成工程が、所定の前記開口部を有する前記絶縁部を形成した前記第1電極上に絶縁性微粒子層を形成する絶縁性微粒子層形成工程と、前記絶縁性微粒子層を構成する前記絶縁性微粒子に前記導電性微粒子を担持する導電性微粒子担持工程からなることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the semi-conductive portion forming step includes an insulating fine particle layer forming step of forming an insulating fine particle layer on the first electrode having the insulating portion having a predetermined opening. It is characterized by comprising a step of supporting conductive fine particles in which the conductive fine particles are supported on the insulating fine particles constituting the insulating fine particle layer.

また、本発明によれば、前記電気泳動堆積では、前記絶縁性微粒子または前記担持粒子を分散媒に分散させた懸濁溶液中に、所定の開口部を有する前記絶縁層を形成した前記第1電極を陽極もしくは陰極として、対極である陰極または陽極とともに浸漬し、ついで制御された電圧および/または電流を印加することにより、前記絶縁性微粒子層または前記半導電部を構成する担持粒子層を所定の前記開口部を有する前記絶縁部を形成した前記第1電極上に形成させることを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the electrophoresis deposition, the first insulating layer having a predetermined opening is formed in a suspension solution in which the insulating fine particles or the supporting particles are dispersed in a dispersion medium. The electrode is used as an anode or a cathode, and the electrode is immersed together with the opposite electrode or the anode, and then a controlled voltage and / or current is applied to determine the insulating fine particle layer or the supporting particle layer constituting the semi-conductive portion. It is characterized in that the insulating portion having the opening is formed on the first electrode.

また、本発明によれば、前記第1電極は陽極酸化により酸化皮膜が形成できる金属板あるいは金属膜が形成された基板から成ることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the first electrode is characterized by being composed of a metal plate on which an oxide film can be formed by anodic oxidation or a substrate on which a metal film is formed.

また、本発明によれば、前記絶縁性微粒子は平均一次粒子径が1nm〜1000nmであることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the insulating fine particles have an average primary particle diameter of 1 nm to 1000 nm.

また、本発明によれば、前記絶縁性微粒子は光触媒性能を有する絶縁性微粒子であることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the insulating fine particles are characterized as being insulating fine particles having photocatalytic performance.

また、本発明によれば、前記導電性微粒子は3nm〜80nmであることを特徴とする。 Further, according to the present invention, the conductive fine particles are characterized in that they are 3 nm to 80 nm.

本発明によれば、半導電部を形成する際に電気泳動堆積法を用いることにより、効率的に絶縁性微粒子と導電性微粒子の有効利用することができ、初期の性能にばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, by using the electrophoretic deposition method when forming the semi-conductive portion, the insulating fine particles and the conductive fine particles can be effectively used efficiently, and variations in the initial performance can be suppressed. Can be done.

本発明の第1の実施の形態の電子放出素子の概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the electron emission element of the 1st Embodiment of this invention. 図1の電子放出素子の平面図である。It is a top view of the electron emitting element of FIG. 図1の電子放出素子の製造工程を示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows the manufacturing process of the electron emitting element of FIG. 図1の電子放出素子の製造工程を示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows the manufacturing process of the electron emitting element of FIG. 図1の電子放出素子の製造工程を示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows the manufacturing process of the electron emitting element of FIG. 図1の電子放出素子の製造工程を示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows the manufacturing process of the electron emitting element of FIG. 図1に示す電子放出素子1における半導電部5を構成する絶縁性微粒子層5dを形成する手法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of forming the insulating fine particle layer 5d which constitutes the semi-conductive part 5 in the electron emitting element 1 shown in FIG. 図1に示す電子放出素子1における半導電部5を形成する手法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of forming the semi-conductive part 5 in the electron emitting element 1 shown in FIG. 比較例2の電子放出素子50の概略断面図および電子放出素子50を切断面線A−Aから見た図である。It is the schematic cross-sectional view of the electron emitting element 50 of the comparative example 2, and the figure which looked at the electron emitting element 50 from the cut plane line AA. 電子放出素子に対して実施する電子放出実験の測定系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement system of the electron emission experiment performed on the electron emission element. 電子放出素子1の電子放出領域7内に形成される海島構造の配列の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the arrangement of the sea-island structure formed in the electron emission region 7 of an electron emission element 1.

以下、本発明の実施の形態の電子放出素子について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the electron emitting element according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)、(b)は、本発明の第1の実施の形態の電子放出素子の概略断面図である。図2は、図1(a)、(b)に示す電子放出素子の平面図である。 1 (a) and 1 (b) are schematic cross-sectional views of an electron emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the electron emitting element shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

電子放出素子1は、電極基板とも称される第1電極2と、所定の開口部4を有する絶縁部3と、絶縁部3の開口部4内に形成された電子加速層とも称される中間層である半導電部5と第2電極6とを備える。 The electron emitting element 1 includes a first electrode 2 which is also called an electrode substrate, an insulating portion 3 having a predetermined opening 4, and an intermediate portion which is also called an electron accelerating layer formed in the opening 4 of the insulating portion 3. A semi-conductive portion 5 and a second electrode 6 which are layers are provided.

電子放出装置では電源の負極は第1電極2に接続され、電源の正極は第2電極6に接続される。このため、電子放出素子1を流れる電子は、半導電部5において第1電極2から第2電極6に向けて加速され、一部の電子がホットエレクトロンとして第2電極6から放出される。このような電子放出装置は、例えば電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置として好適に使用することができる。それ以外にも、電子線硬化装置や、発光体と組み合わせることによる画像表示装置、放出された電子が発生させるイオン風を利用するイオン風発生装置等に適用することができる。 In the electron emitting device, the negative electrode of the power supply is connected to the first electrode 2, and the positive electrode of the power supply is connected to the second electrode 6. Therefore, the electrons flowing through the electron emitting element 1 are accelerated from the first electrode 2 toward the second electrode 6 in the semi-conductive portion 5, and some electrons are emitted from the second electrode 6 as hot electrons. Such an electron emitting device can be suitably used as a charging device for charging the surface of the photoconductor drum, for example, in an electrophotographic image forming device. In addition to this, it can be applied to an electron beam curing device, an image display device combined with a light emitting body, an ion wind generator using ion wind generated by emitted electrons, and the like.

第1電極2は、金属板などの電気伝導性を備えた支持体からなり、十分な電気伝導性を備えていれば良く、また、陽極酸化により酸化皮膜が形成できる金属であれば良い。具体例としては、アルミニウム、銅、ステンレスなどの導電性を有する材料から形成される。第1電極2は、これ自体の剛性を持たせるために、表面に金属膜が形成されたガラス基板やプラスティック基板などとすることもできる。たとえば、FTO透明導電性基板や透明導電膜(ITO膜)ガラス基板を用いても良い。このとき、ガラス基板のような絶縁基板であるとき、金属膜との間に導電層を形成し、金属膜と導電層とを電極として用いてもよい。電極として機能する電極膜(陽極酸化後に残存する部分)の厚さは、例えば、10μm以上であることが好ましい。 The first electrode 2 may be made of a support having electrical conductivity such as a metal plate, and may have sufficient electrical conductivity, and may be a metal capable of forming an oxide film by anodic oxidation. As a specific example, it is formed from a conductive material such as aluminum, copper, and stainless steel. The first electrode 2 may be a glass substrate or a plastic substrate having a metal film formed on its surface in order to have its own rigidity. For example, an FTO transparent conductive substrate or a transparent conductive film (ITO film) glass substrate may be used. At this time, in the case of an insulating substrate such as a glass substrate, a conductive layer may be formed between the metal film and the metal film, and the metal film and the conductive layer may be used as electrodes. The thickness of the electrode film (the portion remaining after anodic oxidation) that functions as an electrode is preferably, for example, 10 μm or more.

絶縁部3は、第1電極2から第2電極6に対して直接的に電子が移動することで電子放出が妨げられることを防止するために、電気的に絶縁性を有すればよい。絶縁部3の厚みは、1μm〜5μm程度とすればよい。1μmより薄いと短絡の危険性が増し、5μmより大きいと電子放出性能に影響を与える。 The insulating portion 3 may be electrically insulating in order to prevent the electron emission from being hindered by the direct movement of electrons from the first electrode 2 to the second electrode 6. The thickness of the insulating portion 3 may be about 1 μm to 5 μm. If it is thinner than 1 μm, the risk of short circuit increases, and if it is larger than 5 μm, the electron emission performance is affected.

絶縁部3は、第1電極2の酸化物からなる。より具体的には、第1電極2にアルミを用い、金属酸化膜である酸化アルミニウム(Al)を、第1電極2上に陽極酸化処理などによって形成すればよい。陽極酸化を用いた場合、図1(b)のようにできた酸化膜が電極内部まで形成され、つまり第1電極の表面より上部と下部に酸化物が存在する構造になってもかまわない。 The insulating portion 3 is made of an oxide of the first electrode 2. More specifically, aluminum may be used for the first electrode 2, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is a metal oxide film, may be formed on the first electrode 2 by anodization treatment or the like. When anodic oxidation is used, the oxide film formed as shown in FIG. 1B may be formed up to the inside of the electrode, that is, the structure may be such that oxides are present above and below the surface of the first electrode.

電子放出領域7内に存在する絶縁部3あるいは半導電部5は海島構造をとりうる。海島構造は、千鳥状、並列状、不定形状等の配列をとりうる。図11には海島構造の配列の例を示す。島状部分が絶縁部3あるいは半導電部5である。具体的な配列は、図11(a)丸千鳥、(b)丸並列、(c)角千鳥、(d)角並列、(e)長角並列、(f)菱形、(g)亀甲である。 The insulating portion 3 or the semi-conductive portion 5 existing in the electron emitting region 7 may have a sea-island structure. The sea-island structure can be arranged in a staggered, parallel, or indefinite shape. FIG. 11 shows an example of the arrangement of the sea island structure. The island-shaped portion is the insulating portion 3 or the semi-conductive portion 5. Specific arrangements are (a) round staggered, (b) round staggered, (c) square staggered, (d) square parallel, (e) long angle parallel, (f) rhombus, and (g) hexagonal shell. ..

絶縁部3には、第1電極2で発生された電子を放出させるための開口部4が設けられている。例えば、開口部4は、第1電極2にアルミを用い、絶縁部3を陽極酸化処理などによって作製する場合、陽極酸化処理時にマスクをするか、全面に陽極酸化処理を施した後に、苛性ソーダなどを用いてエッチング処理を行うことで形成することで作製が可能である。 The insulating portion 3 is provided with an opening 4 for emitting the electrons generated by the first electrode 2. For example, when aluminum is used for the first electrode 2 and the insulating portion 3 is manufactured by anodic oxidation treatment or the like, the opening 4 is masked at the time of anodic oxidation treatment or caustic soda or the like after the entire surface is anodicated. It can be manufactured by forming it by performing an etching process using.

半導電部5は、第1電極2上であって開口部4内に形成される。半導電部5の厚みは、0.3μm〜5μm程度のとすればよい。 The semi-conductive portion 5 is formed on the first electrode 2 and in the opening 4. The thickness of the semi-conductive portion 5 may be about 0.3 μm to 5 μm.

半導電部5は、絶縁性微粒子5aと、導電性微粒子5bを含んでいる。特に光触媒性能を有する絶縁性微粒子5aに導電性微粒子5bが担持された担持粒子を複数含んでいるのが好ましい。また、バインダーである絶縁性樹脂を含んでいても構わない。バインダー樹脂は、絶縁性を有する材料であれば特に限定は無く、殆どの樹脂が使用可能である。例えば、シリコーン樹脂を使用でき、その硬化タイプも特に限定されない。絶縁性微粒子5aと導電性微粒子5bは量的には絶縁性微粒子5aが多く、サイズ的には絶縁性微粒子5aの二次粒子径は導電性微粒子5bの粒子径より大きい必要がある。 The semi-conductive portion 5 contains insulating fine particles 5a and conductive fine particles 5b. In particular, it is preferable that the insulating fine particles 5a having photocatalytic performance contain a plurality of supported particles in which the conductive fine particles 5b are supported. Further, it may contain an insulating resin which is a binder. The binder resin is not particularly limited as long as it is a material having an insulating property, and most resins can be used. For example, a silicone resin can be used, and the curing type thereof is not particularly limited. The insulating fine particles 5a and the conductive fine particles 5b are mostly insulating fine particles 5a in quantity, and the secondary particle size of the insulating fine particles 5a needs to be larger than the particle size of the conductive fine particles 5b in terms of size.

絶縁性微粒子5aの平均二次粒子径は0.05μm〜5.0μmであることが好ましい。電気泳動堆積法で絶縁性微粒子を堆積させることを考えた場合、0.05μmより小さいと分散させることが難しくなり、5.0μmより大きいと半導電部の膜厚が厚くなりすぎるため、導通路を形成できなくなり電子放出デバイスとして機能しない。また、平均一次粒子径は、1nm〜1000nmであることが好ましく、5nm〜400nmがより好ましく、さらに20nm〜200nmが好ましい。 The average secondary particle size of the insulating fine particles 5a is preferably 0.05 μm to 5.0 μm. When considering the deposition of insulating fine particles by the electrophoresis deposition method, if it is smaller than 0.05 μm, it becomes difficult to disperse it, and if it is larger than 5.0 μm, the film thickness of the semi-conductive part becomes too thick, so that the conduction path Cannot be formed and does not function as an electron emitting device. The average primary particle size is preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 400 nm, and further preferably 20 nm to 200 nm.

絶縁性微粒子5aの材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸ナトリウム(NaTaO)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マンガン等の金属酸化物、LaTiON、CaTaON、SrTaON、BaTaON、LaTaON、CaNbON、SrNbON、BaNbON、LaNbONといった遷移金属を含むタンタル(ニオブ)系酸窒化物、酸窒化タンタル等の酸窒化物、窒化アルミ、窒化ガリウム、窒化タンタル等の窒化物、硫化カドミウム等の硫化物などを用いることができる。特に、光触媒性能を有する絶縁性微粒子5aの材料としては、半導体材料であってもよく、光触媒機能を有する金属酸化物、酸窒化物、窒化物、硫化物が好ましく、例えば酸化チタン(TiO),チタン酸バリウム(BaTiO),チタン酸ストロンチウム(SrTiO),酸化タングステン(WO)、タンタル酸ナトリウム(NaTaO)、酸化亜鉛、硫化カドミウムなどを用いることができる。又は、これらの組み合わせて使うことも可能である。特に、後述する光析出法を用いた製造方法を適用するためには光触媒として機能する金属酸化物、酸窒化物、窒化物、硫化物であることが必須となる。この中で、好適には酸化チタン(TiO)を用いる。酸化チタンの結晶構造は、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型のいずれであってもよい。酸化チタンは、平均二次粒子径が0.1μm〜5.0μm、平均一次粒子径は、1nm〜1000nmであることが好ましい。 Materials of the insulating fine particles 5a include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, sodium tantalate (NaTaO 3 ), tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, manganese oxide and the like. Tantal (niobium) oxynitrides containing transition metals such as metal oxides, LaTIO 2 N, CaTaO 2 N, SrTaO 2 N, BaTaO 2 N, LaTaON 2 , CaNbO 2 N, SrNbO 2 N, BaNbO 2 N, LaNbON 2. , Oxide nitrides such as tantalum oxynitrides, nitrides such as aluminum nitride, gallium nitride and tantalum nitrides, and sulfides such as cadmium sulfide can be used. In particular, the material of the insulating fine particles 5a having photocatalytic performance may be a semiconductor material, and metal oxides, oxynitrides, nitrides and sulfides having photocatalytic functions are preferable, for example, titanium oxide (TiO 2 ). , barium titanate (BaTiO 3), strontium titanate (SrTiO 3), tungsten oxide (WO 3), sodium tantalate (NaTaO 3), zinc oxide, or the like can be used cadmium sulfide. Alternatively, it is possible to use these in combination. In particular, in order to apply the production method using the photoprecipitation method described later, it is essential that the metal oxide, oxynitride, nitride, and sulfide function as a photocatalyst. Of these, titanium oxide (TiO 2 ) is preferably used. The crystal structure of titanium oxide may be any of anatase type, rutile type and brookite type. The titanium oxide preferably has an average secondary particle size of 0.1 μm to 5.0 μm and an average primary particle size of 1 nm to 1000 nm.

導電性微粒子5bは、絶縁性微粒子5aで担持可能であれば、どのような導電体でも用いることができる。ただし、大気圧動作させた時の酸化劣化を避ける目的から、抗酸化力が高い導電体である必要があり、金属が好ましく、さらに貴金属が好ましい。例えば、金、銀、銅、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、ルテニウム、コバルトといった材料が挙げられる。また、導電性微粒子5bの材料は、フラーレン類やカーボンナノチューブ類などの金属以外の微小粉体も使用できる。導電性微粒子5bは絶縁性微粒子5aよりも粒径が小さく、その範囲は3nm〜80nmであり、好ましくは5nm〜10nmの範囲である。 As the conductive fine particles 5b, any conductor can be used as long as it can be supported by the insulating fine particles 5a. However, for the purpose of avoiding oxidative deterioration when operated at atmospheric pressure, it is necessary to use a conductor having high antioxidant power, and a metal is preferable, and a noble metal is more preferable. Examples include materials such as gold, silver, copper, rhodium, platinum, palladium, nickel, ruthenium and cobalt. Further, as the material of the conductive fine particles 5b, fine powders other than metals such as fullerenes and carbon nanotubes can also be used. The conductive fine particles 5b have a smaller particle size than the insulating fine particles 5a, and the range thereof is 3 nm to 80 nm, preferably 5 nm to 10 nm.

第2電極6は、これに限定されるものではないが、全体としては過剰な破壊が防止されるように、金などの金属材料、半導体、ITO(indium tin oxide)、カーボン等のように電気伝導性の高い複数の導電性材料の薄膜によって構成することができる。第2電極6の総層厚は、その面内抵抗と電子放出量とを考慮して決定するとよいが、一例を示すと、例えば、0.01μm〜0.1μmとすればよい。第2電極6は、各層を順次成膜して積み上げてもよいし、一層形成後に当該層にイオン注入を行って変質させてもよい。 The second electrode 6 is not limited to this, but as a whole, a metal material such as gold, a semiconductor, an ITO (indium tin oxide), carbon, or the like is used to prevent excessive destruction. It can be composed of a plurality of thin films of conductive materials having high conductivity. The total layer thickness of the second electrode 6 may be determined in consideration of its in-plane resistance and the amount of electron emission. For example, it may be 0.01 μm to 0.1 μm. Each layer of the second electrode 6 may be sequentially formed into a film and stacked, or the layer may be ion-implanted after the layer is formed to change the quality of the second electrode 6.

図3〜図6は、図1(a)、(b)の電子放出素子1の製造工程の1例を示す概略平面図である。 3 to 6 are schematic plan views showing an example of a manufacturing process of the electron emitting element 1 of FIGS. 1A and 1B.

工程(1):絶縁部3形成工程
図3に示すように、第1電極2上に、絶縁部3を形成する。図3では例として電子放出領域7内に、絶縁部3の海島構造の配列として丸千鳥(図11(a))の場合を示している。例えば、第1電極2は、アルミニウム板を使用した場合、絶縁部3は、スクリーン印刷法によって、半導電部5に電流を流す領域のための開口部4を有するようにパターニング形成した後に、陽極酸化処理により絶縁部3部分にアルマイトを形成させることができる。なお、実際には、絶縁部3をアルマイトとすると、開口部4の端部は図1(a)、(b)に示すようにきれいな壁状とはならず、logカーブのような鈍った形状となる。
Step (1): Insulating portion 3 forming step As shown in FIG. 3, the insulating portion 3 is formed on the first electrode 2. FIG. 3 shows, as an example, the case of a round staggered pattern (FIG. 11 (a)) as an arrangement of the sea-island structure of the insulating portion 3 in the electron emission region 7. For example, when an aluminum plate is used for the first electrode 2, the insulating portion 3 is patterned and formed so as to have an opening 4 for a region through which a current flows through the semiconductive portion 5 by a screen printing method, and then the anode is formed. Alumite can be formed in the three insulating portions by the oxidation treatment. Actually, when the insulating portion 3 is anodized, the end portion of the opening 4 does not have a clean wall shape as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and has a dull shape like a log curve. It becomes.

工程(2):絶縁性微粒子層5d形成工程
図4に示すように、第1電極2上であって開口部4内に、半導電部5を構成する絶縁性微粒子5aからなる絶縁性微粒子層5dを形成する。形成する方法としては、後述する電気泳動堆積法によって形成することができる。
Step (2): Insulating Fine Particle Layer 5d Forming Step As shown in FIG. 4, an insulating fine particle layer composed of insulating fine particles 5a constituting the semiconductive portion 5 on the first electrode 2 and in the opening 4. Form 5d. As a method of forming, it can be formed by an electrophoretic deposition method described later.

工程(3):導電性微粒子5b担持工程
図5に示すように、絶縁部3及び絶縁性微粒子5aからなる絶縁性微粒子層5dを形成した第1電極2のうち、絶縁性微粒子5aに導電性微粒子5bを担持させ担持粒子5cを形成する。導電性微粒子5bを担持させる手法については無電解メッキや担持させたい金属イオンを含む水溶液を還元して金属を担持させる方法として含浸法、クエン酸還元法、空気還元法や後述する光析出法がある。
Step (3): Step of supporting conductive fine particles 5b As shown in FIG. 5, of the first electrode 2 forming the insulating fine particle layer 5d composed of the insulating portion 3 and the insulating fine particles 5a, the insulating fine particles 5a are conductive. The fine particles 5b are supported to form the supporting particles 5c. As for the method of supporting the conductive fine particles 5b, electroless plating and the impregnation method, the citric acid reduction method, the air reduction method and the photodeposition method described later are used as a method of reducing the aqueous solution containing the metal ion to be supported to support the metal. is there.

工程(4):第2電極6形成工程
図6に示すように、半導電部5上に、第2電極6を、例えば金属を用いて真空蒸着法又はスパッタ法を用いて電極を形成する。第2電極6が2層以上の構成の場合は、各種金属をそれぞれのパターンに合わせて順次、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて形成する。
Step (4): Second Electrode 6 Forming Step As shown in FIG. 6, the second electrode 6 is formed on the semi-conductive portion 5 by using a vacuum deposition method or a sputtering method using, for example, a metal. When the second electrode 6 has two or more layers, various metals are sequentially formed according to each pattern by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, or the like.

上述の工程で、上記工程(2)と(3)を以下の工程(2a)と(3a)で置き換えることも可能である。 In the above-mentioned steps, it is also possible to replace the above-mentioned steps (2) and (3) with the following steps (2a) and (3a).

工程(2a):担持粒子5c作製工程
絶縁性微粒子5aへの導電性微粒子5bを担持させ、担持粒子5cを作製する。担持させる方法には、含浸法、イオン交換法、析出沈殿法、共沈法、グラフティング(接着)法などがある。例えば、含浸法は、金属ナノ粒子が分散したコロイド溶液中に、担持媒体粉体を浸漬した後、コロイド溶媒を蒸発乾固させて得られた乾固物を水素還元する方法である。また、イオン交換法は、金属のカチオン又は錯体アニオンを、担持媒体粉体の表面の水素イオン又は水酸化イオンとイオン交換した後、水洗、ろ過して得られたものを、乾燥、焼成、還元する方法である。析出沈殿法は、金属塩水溶液のpHを調節することにより、担持媒体粉体の表面にだけ金属水酸化物の沈殿を析出担持し、水洗、ろ過して得られたものを、乾燥、焼成、還元する方法である。共沈法は、触媒金属や金属酸化物などを担持した担持媒体複合体の原料となる各々の金属塩を混合水溶液とし、アルカリを加えることによって得られる不溶性水酸化物又は炭酸塩を水洗し、ろ過して得られたものを、乾燥、焼成、還元する方法である。グラフティング法は、例えば、有機金属錯体の蒸気を担持媒体粉体の表面に吸着させ、それを大気中で焼成した後、水素還元を行う方法などである。
Step (2a): Step of producing supported particles 5c The conductive fine particles 5b are supported on the insulating fine particles 5a to prepare the supported particles 5c. Examples of the supporting method include an impregnation method, an ion exchange method, a precipitation precipitation method, a coprecipitation method, and a graphing (adhesion) method. For example, the impregnation method is a method in which a supported medium powder is immersed in a colloidal solution in which metal nanoparticles are dispersed, and then the colloidal solvent is evaporated to dryness to reduce hydrogen in the obtained dry matter. In the ion exchange method, a metal cation or complex anion is ion-exchanged with hydrogen ions or hydroxide ions on the surface of the supporting medium powder, washed with water, filtered, and dried, calcined, or reduced. How to do it. In the precipitation-precipitation method, by adjusting the pH of the aqueous metal salt solution, a precipitate of metal hydroxide is precipitated and supported only on the surface of the supporting medium powder, washed with water, filtered, and dried, calcined, or fired. It is a method of reduction. In the co-precipitation method, each metal salt used as a raw material of a supporting medium composite carrying a catalyst metal, a metal oxide, or the like is used as a mixed aqueous solution, and the insoluble hydroxide or carbonate obtained by adding an alkali is washed with water. This is a method of drying, firing, and reducing a product obtained by filtration. The graphing method is, for example, a method in which vapor of an organometallic complex is adsorbed on the surface of a supported medium powder, fired in the atmosphere, and then hydrogen-reduced.

工程(3a):担持粒子層5e形成工程
第1電極2上であって開口部4内に、半導電部5を構成する担持粒子5cからなる担持粒子層5eを形成する。形成する方法としては、後述する電気泳動堆積法によって形成することができる。
Step (3a): Step of forming a supported particle layer 5e A supported particle layer 5e composed of supported particles 5c constituting the semi-conductive portion 5 is formed on the first electrode 2 and in the opening 4. As a method of forming, it can be formed by an electrophoretic deposition method described later.

上述の工程のほかに絶縁性微粒子層5dの密着性を高め、剥離を予防するために、上記工程(2)と(3)の間で絶縁性微粒子層5dのアニール工程を加えることも可能である。 In addition to the above steps, it is also possible to add an annealing step of the insulating fine particle layer 5d between the above steps (2) and (3) in order to improve the adhesion of the insulating fine particle layer 5d and prevent peeling. is there.

工程(2’):絶縁性微粒子層5dアニール工程
工程(2)で形成した絶縁性微粒子層5dにアニール処理を施す。アニール処理は空気中あるいは非酸化性雰囲気、真空中で、例えば100℃〜500℃の温度で、約1時間〜4時間行うことでできる。
Step (2'): Insulating fine particle layer 5d annealing step The insulating fine particle layer 5d formed in step (2) is annealed. The annealing treatment can be carried out in air, in a non-oxidizing atmosphere, in vacuum, for example, at a temperature of 100 ° C. to 500 ° C. for about 1 hour to 4 hours.

また、半導電部5にバインダーを含ませる構造を作製するためには、上記工程(3)と(4)の間で、以下の工程を追加することも可能である。 Further, in order to produce a structure in which the semi-conductive portion 5 contains a binder, the following steps can be added between the above steps (3) and (4).

工程(3’):バインダー含有工程
バインダーである絶縁性樹脂を担持粒子5cかつ/または絶縁部3の上に供給して担持粒子5cを含んだ半導電部5を形成する。このバインダー含有工程では、絶縁性樹脂の供給量や方法等によって半導電部5の厚さを調整することで、第1電極2と第2電極6との距離を調整することができる。バインダーを含んだ半導電部5の形成は、例えばスピンコート法やスプレーコート法を用いてシリコーン樹脂などを塗布して硬化させるなどの方法を用いることができる。
Step (3'): Binder-containing step An insulating resin as a binder is supplied onto the supporting particles 5c and / or the insulating portion 3 to form the semi-conductive portion 5 containing the supporting particles 5c. In this binder-containing step, the distance between the first electrode 2 and the second electrode 6 can be adjusted by adjusting the thickness of the semi-conductive portion 5 according to the supply amount and method of the insulating resin. For the formation of the semi-conductive portion 5 containing the binder, for example, a method such as applying a silicone resin or the like by using a spin coating method or a spray coating method and curing the semi-conductive portion 5 can be used.

図7および図8は、図1(a)、(b)に示す電子放出素子1における半導電部5を形成する一部の手法について示しており、図7(a)、(b)は電気泳動堆積法に関し、図8は光析出法に関する簡易説明図である。 7 and 8 show a part of the method of forming the semi-conductive portion 5 in the electron emitting element 1 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and FIGS. 7 (a) and 7 (b) show electricity. Regarding the electrophoretic deposition method, FIG. 8 is a simplified explanatory view of the photodeposition method.

電気泳動堆積法:
電気泳動堆積法は微粒子を堆積させたい基板に形成するために、微粒子を分散媒に懸濁させた溶液中に、該基板を陽極もしくは陰極として、対極である陰極または陽極とともに浸漬した後、該基板と対極間に制御された電流および/または電圧を印加し、懸濁させた微粒子を該基板上に電気泳動で堆積させる方法である。ここで、懸濁させる微粒子は正または負に帯電し得るものである必要がある。また、分散媒としては、微粒子堆積を行っている間に分散媒自体の電気分解が起こること等による、微粒子堆積を阻害しない限り、特に制限がない。分散媒としては、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、トルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類、プロピレンカーボネートやジメチルカーボネートのカーボネート類、ジメチルエーテルやエチルメチルエーテル等のエーテル類、酢酸エチルや酢酸メチル等のエステル類、テトラヒドロフラン等のフラン類などがある。分散媒以外に界面活性剤等の分散助剤を用いることも可能である。分散させるための微粒子の濃度は0.1〜10wt%が好ましい。分散する微粒子の粉体物性にもよるが、10wt%より大きいと分散が十分でない場合があり、0.1wt%より小さい場合は堆積する量が少なくなる場合がある。
Electrophoretic deposition method:
In the electrophoresis deposition method, in order to form a substrate on which fine particles are to be deposited, the substrate is immersed in a solution in which the fine particles are suspended in a dispersion medium with the substrate as an anode or a cathode together with a cathode or an anode which is a counter electrode, and then the substrate is immersed. This is a method in which a controlled current and / or voltage is applied between the substrate and the counter electrode, and suspended fine particles are electrophoretically deposited on the substrate. Here, the suspended fine particles need to be positively or negatively charged. The dispersion medium is not particularly limited as long as it does not inhibit the deposition of fine particles due to the electrolysis of the dispersion medium itself occurring during the deposition of fine particles. Examples of the dispersion medium include alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO), and carbonates such as propylene carbonate and dimethyl carbonate. , Ethers such as dimethyl ether and ethyl methyl ether, esters such as ethyl acetate and methyl acetate, furans such as tetrahydrofuran and the like. It is also possible to use a dispersion aid such as a surfactant in addition to the dispersion medium. The concentration of the fine particles for dispersion is preferably 0.1 to 10 wt%. Depending on the powder physical properties of the fine particles to be dispersed, if it is larger than 10 wt%, the dispersion may not be sufficient, and if it is smaller than 0.1 wt%, the amount of deposition may be small.

懸濁する微粒子の粒子表面を正あるいは負に帯電させるには添加剤として帯電剤を使用することも可能である。例えば、正に帯電させるためには、ヨウ素が使用できる。また、負に帯電させるためにはH+を受け取るもの( プロトン受容体)としての塩基性化合物が使用できる。塩基性化合物としては、カルボン酸誘導体、脂肪族アミン、複素環アミン、芳香族アミン等が挙げられる。具体的には、カルボン酸誘導体としては、例えば、テトラメチルグアニジン( T M G ) 、グアニジン、ジフェニルグアニジン等が、脂肪族アミンとしては、例えば、エチルアミン、トリエチルアミン( T E A ) 、トリブチルアミン等が、複素環アミンとしては、ピリジン( P y )等 が、芳香族アミンとしてはアニリン等が挙げられる。 It is also possible to use an antistatic agent as an additive to positively or negatively charge the surface of the suspended fine particles. For example, iodine can be used for positive charging. Further, in order to be negatively charged, a basic compound as a substance that receives H + (proton receptor) can be used. Examples of the basic compound include carboxylic acid derivatives, aliphatic amines, heterocyclic amines, aromatic amines and the like. Specifically, examples of the carboxylic acid derivative include tetramethylguanidine (TMG), guanidine, diphenylguanidine and the like, and examples of the aliphatic amine include ethylamine, triethylamine (TEA), tributylamine and the like. Examples of the heterocyclic amine include pyridine (Py) and the like, and examples of the aromatic amine include aniline and the like.

図7(a)、(b)は、例えば、絶縁性微粒子5aとして酸化チタン(TiO)を用いた場合の、電気泳動堆積法による絶縁性微粒子層5dの形成に関する簡易説明図である。 7 (a) and 7 (b) are simple explanatory views regarding the formation of the insulating fine particle layer 5d by the electrophoretic deposition method when titanium oxide (TiO 2) is used as the insulating fine particles 5a, for example.

図7(a)には、絶縁性微粒子5aであるTiOが分散されたヨウ素とアセトンとを含む懸濁溶液200が反応容器100中に存在していることを示している。 FIG. 7A shows that a suspension solution 200 containing iodine and acetone in which TiO 2 which is the insulating fine particles 5a is dispersed is present in the reaction vessel 100.

図7(b)には、図7(a)に示す懸濁溶液200を用い、電源300に接続された電気泳動装置によって、第1電極2に絶縁性微粒子5aであるTiOを付着させた状態を示している。第1電極2を陽極電極として、対極400としてアルミニウムなどを用いて陰極電極として、電源300に接続した。陰極電極は、一般的には、SUSやPt(板、ワイヤー)等を用いられることが多い。この電源300は、定電流、定電流パルス、定電圧、定電圧パルス、定電力等、電流および/または電圧を制御することが可能であり、制御された電流および/または電圧を陽極電極と陰極電極との間に供給することが可能である。 In FIG. 7 (b), the suspension solution 200 shown in FIG. 7 (a) was used, and TiO 2 , which is the insulating fine particles 5a, was attached to the first electrode 2 by an electrophoresis device connected to the power supply 300. Indicates the state. The first electrode 2 was used as an anode electrode, and aluminum or the like was used as the counter electrode 400 to serve as a cathode electrode, which was connected to the power supply 300. Generally, SUS, Pt (plate, wire) or the like is often used as the cathode electrode. The power supply 300 can control the current and / or voltage such as constant current, constant current pulse, constant voltage, constant voltage pulse, constant power, etc., and the controlled current and / or voltage is applied to the anode electrode and the cathode. It can be supplied between the electrodes.

また、この電源300によって印加する電圧は、約2V〜10Vとすればよい。この電源300から定電流/定電圧パルスを供給する場合には、1Hz〜1000Hzの周波数とすればよい。 The voltage applied by the power supply 300 may be about 2V to 10V. When a constant current / constant voltage pulse is supplied from the power supply 300, the frequency may be 1 Hz to 1000 Hz.

さらに、電気泳動装置によって第1電極2を処理する時間は、約10秒〜5分とすればよい。この印加電圧が高いほど、また、処理時間が長いほど、半導電部5の厚みが増すので、絶縁部3の厚さとの兼ね合いで、これらの電圧値または電流値及び処理時間を決定すればよい。 Further, the time for processing the first electrode 2 by the electrophoresis device may be about 10 seconds to 5 minutes. The higher the applied voltage and the longer the processing time, the thicker the semi-conductive portion 5 becomes. Therefore, these voltage values or current values and the processing time may be determined in consideration of the thickness of the insulating portion 3. ..

光析出法
ここでの光析出法とは、光触媒性能を持つ絶縁性材料上に、担持させたい金属に関連する金属イオン等を含む溶液(反応溶液)を接触させ、接触させた状態で、光触媒性能を発揮する光を当てることにより、光触媒性能を持つ絶縁性材料(半導体材料も含む)で励起した電子により、金属イオン等を還元し、光触媒性能を持つ絶縁性材料上に金属を担持させる方法である。ここで、担持させたい金属に関連する金属イオン等を含む溶液に用いられる溶媒としては、担持させたい金属に関連する金属イオン等が溶解する溶媒であれば特に制限がない。ただ、金属イオンが金属に還元されるので、それと対をなす光触媒性能を持つ絶縁性材料上でおこる酸化反応が、金属イオンの還元を邪魔しない溶媒であればよい。好適な溶媒としては水、メタノール水溶液がある。アルコール溶媒を含むと光触媒材料のバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光を照射することで価電子帯の電子が励起して伝導帯へ移り、価電子帯に生じた電子の穴、すなわち正孔と反応してアルコールを酸化させる。正孔が反応で消費されることで、励起電子と正孔の再結合を抑制し、還元反応を促進させることができる。光析出法は撹拌することでより反応が進行するため、撹拌しながらAgを担持させてもよい。また、光を当てる際に用いる光源としては、光触媒性能を発揮することのできる波長を有する光源を用いる。例えば、酸化チタン(TiO)の場合では、紫外線ランプを用いることができる。
Photocatalytic method The photocatalytic method here is a photocatalyst in a state where a solution (reaction solution) containing metal ions related to the metal to be supported is brought into contact with an insulating material having photocatalytic performance. A method in which metal ions and the like are reduced by electrons excited by an insulating material (including a semiconductor material) having photocatalytic performance by shining light that exhibits performance, and the metal is supported on the insulating material having photocatalytic performance. Is. Here, the solvent used in the solution containing the metal ions and the like related to the metal to be supported is not particularly limited as long as it is a solvent in which the metal ions and the like related to the metal to be supported are dissolved. However, since the metal ion is reduced to the metal, the solvent may be used as long as the oxidation reaction occurring on the insulating material having photocatalytic performance paired with the metal ion does not interfere with the reduction of the metal ion. Suitable solvents include aqueous water and methanol solutions. When an alcohol solvent is included, the electrons in the valence band are excited and moved to the conduction band by irradiating light with an energy equal to or higher than the band gap of the photocatalytic material, and react with the holes of the electrons generated in the valence band, that is, holes. To oxidize the alcohol. By consuming the holes in the reaction, the recombination of excited electrons and holes can be suppressed and the reduction reaction can be promoted. In the photoprecipitation method, the reaction proceeds more by stirring, so Ag may be supported while stirring. Further, as the light source used when shining light, a light source having a wavelength capable of exhibiting photocatalytic performance is used. For example, in the case of titanium oxide (TiO 2 ), an ultraviolet lamp can be used.

図8には、絶縁性微粒子5aに導電性微粒子5bを担持させたる光析出法の例を示す。この例では、絶縁性微粒子5aとして酸化チタン(TiO)上に導電性微粒子5bとして銀を担持させることとした場合、反応溶液500として硝酸塩水溶液が入れられた容器600に、光触媒性能を持つ絶縁性微粒子(TiO)から成る絶縁性微粒子層5dを形成した第1電極2を投入して、光析出法によって銀を析出させるために、光源700として紫外線照射器から紫外線を照射した。こうして、絶縁性微粒子5aであるTiOに対して、導電性微粒子5bである銀を担持させることができる。 FIG. 8 shows an example of a photodeposition method in which conductive fine particles 5b are supported on insulating fine particles 5a. In this example, when silver is supported as the conductive fine particles 5b on titanium oxide (TiO 2 ) as the insulating fine particles 5a, the container 600 containing the nitrate aqueous solution as the reaction solution 500 is insulated with photocatalytic performance. The first electrode 2 on which the insulating fine particle layer 5d made of the sex fine particles (TiO 2 ) was formed was charged, and ultraviolet rays were irradiated from an ultraviolet irradiator as a light source 700 in order to precipitate silver by a photoprecipitation method. In this way, silver, which is the conductive fine particles 5b, can be supported on TiO 2 which is the insulating fine particles 5a.

以下の実施例では本発明の電子放出素子1について説明する。なお、この実施例は一例であって、本発明を制限するものではない。実施例に用いる電子放出素子1は以下のように製造した。 In the following examples, the electron emitting element 1 of the present invention will be described. It should be noted that this embodiment is an example and does not limit the present invention. The electron emitting element 1 used in the examples was manufactured as follows.

工程(1―1):
第1電極2として厚み0.5mmのアルミ基板を用い、5mm×5mmの電子放出領域7内について、絶縁部3の海島構造の配列として角並列(図11(d))にするために下記の実施例1〜3及び比較例1で示したサイズ、絶縁部3の海島構造の配列として丸千鳥(図11(a))にするために下記の実施例4で示したサイズ、そして、半導電部5の海島構造の配列として角並列(図11(d))にするために下記の実施例5で示したサイズでマスキングし、20℃±1℃の15wt%硫酸浴で、電流密度1A/dmで、250秒間アルミ基板を陽極酸化した。その後蒸留水(pH:6.0、90℃)で約30分間、封孔処理することで、厚さ2μmの絶縁層3を作製した。尚、封孔処理にはpH:5.5〜7.5の蒸留水を90〜100℃で行うことが可能である。
Process (1-1):
An aluminum substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the first electrode 2, and the following is used to make the arrangement of the sea-island structure of the insulating portion 3 in angular parallel (FIG. 11 (d)) in the electron emitting region 7 of 5 mm × 5 mm. The sizes shown in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the size shown in Example 4 below in order to form a round staggered pattern (FIG. 11 (a)) as the arrangement of the sea-island structure of the insulating portion 3, and the semiconductivity. In order to make the arrangement of the sea-island structure of part 5 angularly parallel (FIG. 11 (d)), masking was performed with the size shown in Example 5 below, and the current density was 1 A / in a 15 wt% sulfuric acid bath at 20 ° C. ± 1 ° C. The aluminum substrate was anodized at dm 2 for 250 seconds. Then, the insulating layer 3 having a thickness of 2 μm was prepared by sealing with distilled water (pH: 6.0, 90 ° C.) for about 30 minutes. Distilled water having a pH of 5.5 to 7.5 can be used at 90 to 100 ° C. for the sealing treatment.

工程(1―2):
次に中間層5の電気泳動堆積法によって絶縁性微粒子層5dを形成させた。電気泳動堆積に用いる分散させた懸濁溶液200は、以下のように調製した。TiO粒子(X線粒径:200nm)0.08g、よう素0.02g、アセトン100mlを混合し、30分間撹拌した。その後3分間超音波分散させ、TiOを分散させた懸濁溶液(0.8g/L)を調製した。次に、図7(b)に示す、陰極に工程(1―1)で作製した絶縁層3を形成した第1電極2、対極400にアルミニウム板(厚さ0.5mm)を設置し、電圧10V、20秒間で略針状のTiO2粒子をアルミニウム基板が露出している部分に堆積させた。ここで、電極間の距離は1cmとしている。膜厚は1.3μmであった。
Step (1-2):
Next, the insulating fine particle layer 5d was formed by the electrophoretic deposition method of the intermediate layer 5. The dispersed suspension solution 200 used for electrophoresis deposition was prepared as follows. 0.08 g of TiO 2 particles (X-ray particle size: 200 nm), 0.02 g of iodine, and 100 ml of acetone were mixed and stirred for 30 minutes. Then, it was ultrasonically dispersed for 3 minutes to prepare a suspension solution (0.8 g / L) in which TiO 2 was dispersed. Next, as shown in FIG. 7 (b), an aluminum plate (thickness 0.5 mm) is placed on the first electrode 2 and the counter electrode 400 on which the insulating layer 3 produced in the step (1-1) is formed on the cathode, and the voltage is applied. Approximately needle-shaped TiO2 particles were deposited on the exposed portion of the aluminum substrate at 10 V for 20 seconds. Here, the distance between the electrodes is 1 cm. The film thickness was 1.3 μm.

工程(1―3):
次に、図8に示す光析出法により、略針状のTiO粒子状に導電性微粒子を担持させた。担持させたい金属の金属イオンを含む反応溶液500として5μmol/L硝酸銀水溶液100mlを用い、絶縁性微粒子層5dが浸る位置まで絶縁性微粒子層5dを形成した第1電極2を設置し、絶縁性微粒子層5dに紫外線が当たるよう、光源700に紫外線ランプを用い、照射した。酸化チタンの光触媒性能により、銀イオンがTiO2上で還元されて銀のナノ粒子を生成し、銀の微粒子が担持された担持粒子5cを得た。
Step (1-3):
Next, the conductive fine particles were supported in the form of substantially needle-shaped TiO 2 particles by the light precipitation method shown in FIG. Using 100 ml of a 5 μmol / L silver nitrate aqueous solution as the reaction solution 500 containing the metal ions of the metal to be supported, the first electrode 2 having the insulating fine particle layer 5d formed up to the position where the insulating fine particle layer 5d is immersed is installed, and the insulating fine particles are installed. The light source 700 was irradiated with an ultraviolet lamp so that the layer 5d was exposed to ultraviolet rays. Due to the photocatalytic performance of titanium oxide, silver ions were reduced on TiO2 to generate silver nanoparticles, and supported particles 5c on which silver fine particles were supported were obtained.

これを室温雰囲気中で一晩自然乾燥させ、担持粒子5Cからなる中間層5を持つ図5に示す構造体を作製した。 This was air-dried overnight in a room temperature atmosphere to prepare a structure shown in FIG. 5 having an intermediate layer 5 composed of supported particles 5C.

工程(1―4):
続いてマグネトロンスパッタ装置を用いて、中間層5上にAuを材料とする層厚40nm、素子面積よりも一回り大きい7mm×7mmの範囲をスパッタリングして第2電極6を形成することにより、実施例の電子放出素子1を得た。
Step (1-4):
Subsequently, using a magnetron sputtering apparatus, a layer thickness of 40 nm made of Au as a material and a range of 7 mm × 7 mm, which is one size larger than the element area, are sputtered on the intermediate layer 5 to form the second electrode 6. An example electron emitting device 1 was obtained.

[実施例1]
上記工程(1−1)で図11(d)に示すピッチp1、p2:400μm、線幅d1、d2:200μm、とし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7の面積×100):75%とした絶縁部3の角並列状の海島構造を持つように形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Example 1]
In the above step (1-1), the pitch p1, p2: 400 μm and the line width d1, d2: 200 μm shown in FIG. 11 (d) are set, and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region). Area of 7 × 100): Formed so as to have an angular parallel sea-island structure of the insulating portion 3 having 75%, and the electron emitting element 1 was obtained by performing steps (1-2) to (1-4). It was.

[実施例2]
上記工程(1−1)で図11(d)に示すピッチp1、p2:400μm、線幅d1、d2:100μm、とし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7の面積×100):44%とした絶縁部3の角並列状の海島構造を持つように形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Example 2]
In the above step (1-1), the pitch p1, p2: 400 μm and the line width d1, d2: 100 μm shown in FIG. 11 (d) are set, and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region). Area of 7 × 100): 44% of the insulating portion 3 is formed so as to have an angular parallel sea-island structure, and the electron emitting element 1 is obtained by performing steps (1-2) to (1-4). It was.

[実施例3]
上記工程(1−1)で図11(d)に示すピッチp1、p2:500μm、線幅d1、d2:100μm、とし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7の面積×100):36%とした絶縁部3の角並列状の海島構造を持つように形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Example 3]
In the above step (1-1), the pitch p1, p2: 500 μm and the line width d1, d2: 100 μm shown in FIG. 11 (d) are set, and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region). Area of 7 × 100): Formed so as to have an angular parallel sea-island structure of the insulating portion 3 having 36%, and the electron emitting element 1 was obtained by performing steps (1-2) to (1-4). It was.

[比較例1]
上記工程(1−1)で海島構造のない状態とし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7の面積×100):100%とした絶縁部3を形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Comparative Example 1]
In the above step (1-1), the insulating portion 3 is formed so that there is no sea-island structure and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / area of the electron emission region 7 × 100) is 100%. , Steps (1-2) to (1-4) were carried out to obtain an electron emitting element 1.

[実施例4]
上記工程(1−1)で図11(a)に示すピッチp3、p4:400μm、直径φ1:200μmとし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7×100):61%とした絶縁部3の丸千鳥状の海島構造を持つように形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Example 4]
In the above step (1-1), the pitch p3, p4: 400 μm and the diameter φ1: 200 μm shown in FIG. 11 (a) are set, and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region 7 × 100). The electron emitting element 1 was obtained by forming the insulating portion 3 having a ratio of 61% so as to have a round staggered sea-island structure and performing steps (1-2) to (1-4).

[実施例5]
上記工程(1−1)で図11(d)に示すピッチp1、p2:400μm、線幅d1、d2:50μm、とし、半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7の面積×100):77%とした半導電部5の角並列状の海島構造を持つように形成し、工程(1−2)〜(1−4)を行うことにより電子放出素子1を得た。
[Example 5]
In the above step (1-1), the pitch p1, p2: 400 μm and the line width d1, d2: 50 μm shown in FIG. 11 (d) are set, and the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region). Area of 7 × 100): The electron emitting element 1 is formed by performing steps (1-2) to (1-4) so as to have an angular parallel sea-island structure of the semi-conductive portion 5 having 77%. Obtained.

[比較例2]
特許文献3に示された実施するための形態と同様に作製した図9の電子放電素子50について示す。
[Comparative Example 2]
The electron discharge element 50 of FIG. 9 manufactured in the same manner as the embodiment shown in Patent Document 3 is shown.

電極基板52は、厚さ0.7mm、縦横41mm×45mmのガラス基板の表面に、スパッタ法によって、モリブデンを20nm成膜し、さらに重ねてアルミニウムを10nm成膜し、再びモリブデンを20nm成膜したものである。 The electrode substrate 52 had molybdenum deposited at 20 nm on the surface of a glass substrate having a thickness of 0.7 mm and a length and width of 41 mm × 45 mm by a sputtering method, further laminated with aluminum formed at 10 nm, and molybdenum formed again at 20 nm. It is a thing.

まず、電気絶縁層形成工程では、電気絶縁層55および開口部56を形成する。電極基板52の表面に、感光性アクリル樹脂を含んだ溶液をスピンコート塗布法によって塗布して成膜し、硬化後に2μmの膜厚となるように形成する。感光性アクリル樹脂のベースポリマーは、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとのポリマーであり、感光部分が現像液に溶解するものである。具体的には、粘度27cpのアクリル樹脂を用意し、用意したアクリル樹脂を、洗浄済の電極基板52の表面へ、スピン回転数1000rpmで塗布する。続いて、アクリル樹脂が塗布された電極基板52を100℃に加熱し、感光性アクリル樹脂の溶媒、乳酸エチル等の溶媒の乾燥を行い、熱硬化させる。 First, in the electrical insulating layer forming step, the electrical insulating layer 55 and the opening 56 are formed. A solution containing a photosensitive acrylic resin is applied to the surface of the electrode substrate 52 by a spin coating coating method to form a film, and the film is formed so as to have a film thickness of 2 μm after curing. The base polymer of the photosensitive acrylic resin is a polymer of methacrylic acid and glycidyl methacrylate, and the photosensitive portion dissolves in a developing solution. Specifically, an acrylic resin having a viscosity of 27 cp is prepared, and the prepared acrylic resin is applied to the surface of the cleaned electrode substrate 52 at a spin rotation speed of 1000 rpm. Subsequently, the electrode substrate 52 coated with the acrylic resin is heated to 100 ° C., and the solvent of the photosensitive acrylic resin and the solvent such as ethyl lactate are dried and heat-cured.

次に、アクリル樹脂が塗布された電極基板52に対して、開口部56を形成するための金属マスクパターンを重ね露光を行う。開口部56によって形成される開口56Aは、60μm角の正方形である。金属マスクパターンは、縦横32.2mm×32.2mmの領域に、縦横135個×135個で計18225個の開口パターンが形成されている。 Next, the electrode substrate 52 coated with the acrylic resin is overexposed with a metal mask pattern for forming the opening 56. The opening 56A formed by the opening 56 is a square of 60 μm square. The metal mask pattern has a total of 18225 opening patterns formed in a region of 32.2 mm × 32.2 mm in length and width with 135 × 135 in length and width.

金属マスクパターンが重ねられて露光されたアクリル樹脂を、露光後に、アルカリ性溶液、ここではテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイドの溶液で現像処理する。アルカリ性溶液によって、露光された部分のアクリル樹脂がエッチングされて、所望の形状の開口部56が得られる。 After the exposure, the acrylic resin exposed by superimposing the metal mask pattern is developed with an alkaline solution, here, a solution of tetramethylammonium hydrooxide. The alkaline solution etches the exposed portion of the acrylic resin to give an opening 56 of the desired shape.

さらに、開口部56が形成されたアクリル樹脂は、純水によって、表面に残った現像液が洗浄された後、加熱され、架橋反応によって硬化させる。開口部56が形成されたアクリル樹脂である電気絶縁層55および電極基板52は、オーブン内に設置され、200℃で加熱される。 Further, the acrylic resin in which the opening 56 is formed is heated by pure water after the developer remaining on the surface is washed, and is cured by a cross-linking reaction. The electrically insulating layer 55 and the electrode substrate 52, which are acrylic resins having the openings 56 formed therein, are placed in an oven and heated at 200 ° C.

次の微粒子層形成工程では、微粒子層53を形成する。10mLの試薬瓶にn−ヘキサン溶媒を1.5g入れ、さらに絶縁性微粒子57Aとして0.25gのシリカ粒子を投入して、試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させる。ここでシリカ微粒子は、キャボット社製の平均粒子径50nmのフェームドシリカC413である。このシリカ微粒子の表面は、ヘキサメチルシジラザン処理されている。5分間分散器にかけることによって、シリカ微粒子は、n−ヘキサン溶媒内に乳白色に分散する。 In the next fine particle layer forming step, the fine particle layer 53 is formed. 1.5 g of n-hexane solvent is put into a 10 mL reagent bottle, and 0.25 g of silica particles as insulating fine particles 57A are put into the reagent bottle, and the reagent bottle is dispersed by an ultrasonic disperser. Here, the silica fine particles are Fame Silica C413 manufactured by Cabot Corporation with an average particle diameter of 50 nm. The surface of the silica fine particles is treated with hexamethylsidirazane. By applying to the disperser for 5 minutes, the silica fine particles are dispersed in an n-hexane solvent in a milky white color.

続いて、導電性微粒子57Bとして0.06gの銀ナノ粒子を投入し、同様に超音波分散器にかけて分散させる。この銀ナノ粒子は、応用ナノ研究所製であり、アルコラートの絶縁被覆を有した平均粒子径10nmのものである。ここで銀ナノ粒子を分散させた分散液を分散液Aとする。 Subsequently, 0.06 g of silver nanoparticles as the conductive fine particles 57B are charged and similarly dispersed in an ultrasonic disperser. These silver nanoparticles are manufactured by Applied Nano Research Institute and have an average particle diameter of 10 nm with an insulating coating of alcoholate. Here, the dispersion liquid in which the silver nanoparticles are dispersed is referred to as the dispersion liquid A.

同様に、10mLの試薬瓶にn−ヘキサン溶媒を1.5g入れ、絶縁性微粒子57Aとして0.25gのフェームドシリカC413のシリカ粒子を投入して、同様に試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させる。次に、シリコーン樹脂溶液を0.036g投入し、同様に超音波分散器にかけて分散させる。このシリコーン樹脂は、東レ・ダウコーニング製の室温・湿気硬化タイプのSR2411シリコンレジンである。ここでシリコーン樹脂を分散させた分散液を分散液Bとする。 Similarly, 1.5 g of n-hexane solvent was put into a 10 mL reagent bottle, 0.25 g of fame silica C413 silica particles were put as insulating fine particles 57A, and the reagent bottle was similarly dispersed by an ultrasonic disperser. Let me. Next, 0.036 g of the silicone resin solution is added and similarly dispersed in an ultrasonic disperser. This silicone resin is a room temperature / moisture curing type SR2411 silicone resin manufactured by Toray Dow Corning. Here, the dispersion liquid in which the silicone resin is dispersed is referred to as the dispersion liquid B.

電極基板52に形成された、開口部56を有する電気絶縁層55の表面に、分散液Aを滴下し、スピンコート法を用いて第1微粒子層531を形成する。第1微粒子層531が形成された電極基板52は、150℃のホットプレートを用いて1分間加熱乾燥(以下、「仮焼成」という)させる。さらに、分散液Bを用いて同様に成膜して第2微粒子層532を形成する。第2微粒子層532が形成された電極基板52も同様に、150℃のホットプレートを用いて1時間加熱乾燥(以下「本焼成」という)させる。 The dispersion liquid A is dropped onto the surface of the electrically insulating layer 55 having the opening 56 formed on the electrode substrate 52, and the first fine particle layer 531 is formed by a spin coating method. The electrode substrate 52 on which the first fine particle layer 531 is formed is heat-dried (hereinafter referred to as “temporary firing”) for 1 minute using a hot plate at 150 ° C. Further, a film is formed in the same manner using the dispersion liquid B to form the second fine particle layer 532. Similarly, the electrode substrate 52 on which the second fine particle layer 532 is formed is also heat-dried (hereinafter referred to as “main firing”) for 1 hour using a hot plate at 150 ° C.

スピンコート法による成膜条件は、500回転/分(以下「RPM」という)で回転している間に、分散液Aまたは分散液Bを、電気絶縁層55の表面へ滴下し、続いて3000RPMにて10秒間の回転を行う。 The film forming condition by the spin coating method is that the dispersion liquid A or the dispersion liquid B is dropped onto the surface of the electrically insulating layer 55 while rotating at 500 rpm (hereinafter referred to as “RPM”), and then 3000 RPM. Rotate for 10 seconds at.

次の除去工程では、開口部56によって形成される開口56Aに成膜された微粒子層53をそのまま残し、電気絶縁層55の表面に成膜された微粒子層のみを、スクレーパーを使用して除去する。電気絶縁層55を傷つけないために、ここでは、ポリプロピレンの刃を用いて、電気絶縁層55の表面を掻き取り、開口部56によって形成される開口56Aに成膜された微粒子層53をそのまま残し、電気絶縁層55の表面に成膜された微粒子層のみを除去する。掻き取る際に生じた微粒子のダストは、エアガンで吹き飛ばして清浄する。 In the next removing step, the fine particle layer 53 formed in the opening 56A formed by the opening 56 is left as it is, and only the fine particle layer formed on the surface of the electrically insulating layer 55 is removed using a scraper. .. In order not to damage the electric insulating layer 55, here, the surface of the electric insulating layer 55 is scraped off by using a polypropylene blade, and the fine particle layer 53 formed in the opening 56A formed by the opening 56 is left as it is. , Only the fine particle layer formed on the surface of the electrically insulating layer 55 is removed. Fine particle dust generated during scraping is blown off with an air gun to clean it.

次に成膜工程では、薄膜電極54を形成する。10mLの試薬瓶にエタノール溶媒を1.0g入れ、球形遮蔽体として0.1gのシリカ粒子を投入して、超音波分散器用いて5分間分散させる。ここでシリカ微粒子は、株式会社トクヤマ製の平均粒子径8μmのフュームドシリカSE−5Vであり、シリカ微粒子の表面は、ヘキサメチルシジラザン処理されたものである。ここでシリカ微粒子を分散させた分散液を分散液Cとする。 Next, in the film forming step, the thin film electrode 54 is formed. 1.0 g of ethanol solvent is placed in a 10 mL reagent bottle, 0.1 g of silica particles are charged as a spherical shield, and the mixture is dispersed for 5 minutes using an ultrasonic disperser. Here, the silica fine particles are fumed silica SE-5V manufactured by Tokuyama Co., Ltd. having an average particle diameter of 8 μm, and the surface of the silica fine particles is treated with hexamethylsidirazane. Here, the dispersion liquid in which the silica fine particles are dispersed is referred to as the dispersion liquid C.

電極基板52に形成された電気絶縁層55および微粒子層53の表面に、分散液Cを滴下し、スピンコート法を用いて球形遮蔽体を均一に散布させる。散布後、電極基板52に形成された電気絶縁層55および微粒子層53が形成された電極基板52は、150℃のホットプレートを用いて1分間加熱され、溶媒を蒸発させる。 The dispersion liquid C is dropped onto the surfaces of the electrically insulating layer 55 and the fine particle layer 53 formed on the electrode substrate 52, and the spherical shield is uniformly sprayed by using the spin coating method. After spraying, the electrode substrate 52 on which the electrically insulating layer 55 and the fine particle layer 53 formed on the electrode substrate 52 are formed is heated for 1 minute using a hot plate at 150 ° C. to evaporate the solvent.

薄膜電極54の形状に対応する領域、具体的には、薄膜電極54が配置される35mm×35mmの正方形の領域が開口するメタルマスクを、球形遮蔽体が散布された電気絶縁層55および微粒子層53の表面に重ね、抵抗過熱式蒸着機を用いて、アモルファスカーボン層58を蒸着し、続けてスパッタ装置を用いて、金パラジウム(以下「Au―Pd」という)ターゲットを使用して成膜し、多孔電極層59Aの元となるAu―Pdの電極膜を得る。アモルファスカーボン層58の膜厚は10nmであり、Au―Pdの電極膜の膜厚は20nmである。 A metal mask in which a region corresponding to the shape of the thin film electrode 54, specifically, a 35 mm × 35 mm square region in which the thin film electrode 54 is arranged is opened, is provided with an electrically insulating layer 55 and a fine particle layer on which a spherical shield is sprayed. The amorphous carbon layer 58 is deposited on the surface of 53 using a resistance superheated vapor deposition machine, and subsequently formed using a gold-palladium (hereinafter referred to as “Au-Pd”) target using a sputtering device. , Obtains an Au-Pd electrode film which is a source of the porous electrode layer 59A. The film thickness of the amorphous carbon layer 58 is 10 nm, and the film thickness of the electrode film of Au—Pd is 20 nm.

メタルマスクを取り外した後、ドライエアーを用いて薄膜電極54の表面をブローし、球形遮蔽体を除去する。球形遮蔽体が除去されたAu―Pdの電極膜が、多孔電極層59Aである。球形遮蔽体が存在していたために、アモルファスカーボン層58および多孔電極層59Aが積層されなかった部分は、薄膜電極54の孔部541を形成するための孔である。 After removing the metal mask, the surface of the thin film electrode 54 is blown with dry air to remove the spherical shield. The electrode film of Au-Pd from which the spherical shield has been removed is the porous electrode layer 59A. The portion where the amorphous carbon layer 58 and the porous electrode layer 59A are not laminated due to the presence of the spherical shield is a hole for forming the hole 541 of the thin film electrode 54.

続いて、アモルファスカーボン層58および多孔電極層59Aの形成に用いたメタルマスクを、アモルファスカーボン層58および多孔電極層59Aを積層した位置と同じ位置に、再び重ね、多孔電極層59Aが形成された部分の全面に、スパッタ法にてAu―Pdからなるベタ電極層59Bを成膜する。ベタ電極層59Bの膜厚は、20nmである。ベタ電極層59Bは、金属材料の薄膜である。ベタ電極層59Bを成膜した後、メタルマスクを取り除く。メタルマスクを取り除くことによって、ベタ電極層59Bが完成し、電子放出素子50の表面を形成する薄膜電極54が形成される。アモルファスカーボン層58および多孔電極層59Aが積層されなかった部分には、孔部541が形成されている。 Subsequently, the metal mask used for forming the amorphous carbon layer 58 and the porous electrode layer 59A was re-stacked at the same position where the amorphous carbon layer 58 and the porous electrode layer 59A were laminated to form the porous electrode layer 59A. A solid electrode layer 59B made of Au—Pd is formed on the entire surface of the portion by a sputtering method. The film thickness of the solid electrode layer 59B is 20 nm. The solid electrode layer 59B is a thin film made of a metal material. After forming the solid electrode layer 59B, the metal mask is removed. By removing the metal mask, the solid electrode layer 59B is completed, and the thin film electrode 54 forming the surface of the electron emitting element 50 is formed. A hole 541 is formed in a portion where the amorphous carbon layer 58 and the porous electrode layer 59A are not laminated.

以上により、本比較例2に係る電子放出素子50を作製した。 As described above, the electron emitting element 50 according to the second comparative example was manufactured.

[評価]
評価装置:
図10に電子放出実験に用いた測定系を示す。電子放出素子1の第1電極2と第2電極6との間には、電源11AによりVdの電圧が印加され、対向電極12にはVeの電圧がかかるようになっている。第2電極6と電源11Aとの間を流れる電流を素子内電流Id、対向電極12に生じる電流を放出電流Ieとして測定する。このような測定系を大気中に配置して素子評価を行った。
[Evaluation]
Evaluation device:
FIG. 10 shows the measurement system used in the electron emission experiment. A voltage of Vd is applied between the first electrode 2 and the second electrode 6 of the electron emitting element 1 by the power supply 11A, and a voltage of Ve is applied to the counter electrode 12. The current flowing between the second electrode 6 and the power supply 11A is measured as the intra-element current Id, and the current generated in the counter electrode 12 is measured as the emission current Ie. An element evaluation was performed by arranging such a measurement system in the atmosphere.

電子放出特性:
図10の測定系について説明する。第1電極2に印加する電圧を駆動電圧Vdとし、駆動電圧Vdを印加して第2電極6まで生じた電流値を素子内電流Idとする。第2電極6と対向するように対向電極12を設置し、放出した電子に起因して生じる電流値を放出電流Ieとした。素子内電流Idに対して放出電流Ieの割合がどれくらいになるのかを効率η(=Ie/Id)で表す。回収電極と第2電極6のギャップは0.5mm、対向電極の電圧Veは600Vとした。第1電極2に印加する駆動電圧Vdは0〜26Vで、第2電極6の電位はグランド電位とした。
Electron emission characteristics:
The measurement system of FIG. 10 will be described. The voltage applied to the first electrode 2 is defined as the drive voltage Vd, and the current value generated up to the second electrode 6 by applying the drive voltage Vd is defined as the in-device current Id. The counter electrode 12 was installed so as to face the second electrode 6, and the current value generated by the emitted electrons was defined as the emission current Ie. The ratio of the emission current Ie to the in-device current Id is expressed by the efficiency η (= Ie / Id). The gap between the recovery electrode and the second electrode 6 was 0.5 mm, and the voltage Ve of the counter electrode was 600 V. The drive voltage Vd applied to the first electrode 2 was 0 to 26 V, and the potential of the second electrode 6 was the ground potential.

実施例1〜5、比較例1、2についてそれぞれ10個作成し、10個それぞれの放出電流Ieの最大値を測定し、10個内のばらつきを算出した。 Ten pieces were prepared for each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, and the maximum value of the emission current Ie of each of the 10 pieces was measured, and the variation within the 10 pieces was calculated.

[結果]
実施例1についてのばらつき具合は10個の平均値に対して±40%であった。実施例2については10個の平均値に対して±38%であった。実施例3については10個の平均値に対して±43%であった。比較例1については10個の平均値に対して±65%であった。実施例4については10個の平均値に対して±35%であった。実施例5については10個の平均値に対して±41%であった。また、10個のうちの最も大きい放出電流Ieは7×10−6A/cmであった。比較例2については10個の平均値に対して±47%であった。また、10個のうちの最も大きい放出電流Ieは2×10−6A/cmであった。
[result]
The degree of variation in Example 1 was ± 40% with respect to the average value of 10 pieces. In Example 2, it was ± 38% with respect to the average value of 10 pieces. In Example 3, it was ± 43% with respect to the average value of 10 pieces. In Comparative Example 1, it was ± 65% with respect to the average value of 10 pieces. In Example 4, it was ± 35% with respect to the average value of 10 pieces. In Example 5, it was ± 41% with respect to the average value of 10 pieces. The largest emission current Ie out of 10 was 7 × 10-6 A / cm 2 . In Comparative Example 2, it was ± 47% with respect to the average value of 10 pieces. The largest emission current Ie out of 10 was 2 × 10-6 A / cm 2 .

実施例1〜5及び比較例1から半導電部5の面積率(半導電部5の面積/電子放出領域7×100)が30%から80%であれば放出電流Ieのばらつきが抑えられることがわかった。また、比較例2に比べ、実施例5は簡易な構成であるにもかかわらず、放出電流Ieにおいて性能がアップすることが判明した。これについては定かではないが、絶縁部を第1電極の陽極酸化により形成していることから、電極との居粉密着性が関与していることが考えられる。 If the area ratio of the semi-conductive portion 5 (area of the semi-conductive portion 5 / electron emission region 7 × 100) from Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 to 80% is 30% to 80%, the variation in the emission current Ie can be suppressed. I understood. Further, it was found that the performance of Example 5 was improved in the emission current IE even though the configuration was simple as compared with Comparative Example 2. Although it is not clear about this, since the insulating portion is formed by the anodic oxidation of the first electrode, it is considered that the powder adhesion with the electrode is involved.

また、実施例1〜5における工程(1―2)で絶縁性微粒子層5dを形成するために用いた塗液の有効利用率は絶縁性微粒子5aを分散させた懸濁溶液200は絶縁性微粒子5aの補充を行えば、その後も使用可能であるので100%である。比較例2の微粒子層53をスピンコート法で形成した場合は、スピンコートで用いた塗液の有効利用率は電子放出素子の外にも流出してしまうので10%以下であった。 Further, the effective utilization rate of the coating liquid used for forming the insulating fine particle layer 5d in the steps (1-2) in Examples 1 to 5 is that the suspension solution 200 in which the insulating fine particles 5a are dispersed is the insulating fine particles. If 5a is replenished, it can be used after that, so it is 100%. When the fine particle layer 53 of Comparative Example 2 was formed by the spin coating method, the effective utilization rate of the coating liquid used in the spin coating was 10% or less because it also flowed out of the electron emitting element.

本発明に係る電子放出素子は、放電を伴わないためオゾンの発生が無く、また、安定な大気圧動作が可能である。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、或いは発光体と組み合わせることにより画像表示装置、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り送風装置等に、好適に適用することができる。 Since the electron emitting element according to the present invention does not involve electric discharge, ozone is not generated and stable atmospheric pressure operation is possible. Therefore, for example, a charging device for an image forming device such as an electrophotographic copier, a printer, or a facsimile, an electron beam curing device, an image display device in combination with a light emitting body, or an ion wind generated by emitted electrons. Can be suitably applied to a blower or the like by using the above.

本発明は、各実施の形態で説明されたものに限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to that described in each embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, an embodiment obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims is also included in the technical scope of the present invention.

本発明に係る電子放出素子は、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及びその帯電装置、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り自発光デバイス、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り冷却装置等の各種装置に用いることができる。 The electron emitting element according to the present invention is, for example, a self-luminous device, emitted by combining with an image forming apparatus such as an electrophotographic copier, a printer, a facsimile, a charging device thereof, an electron beam curing apparatus, or a light emitting body. It can be used in various devices such as a cooling device by using the ion wind generated by electrons.

1 電子放出素子
2 第1電極
3 絶縁部(絶縁層)
4 誘電体層
5 半導電部(中間層)
5a 絶縁性微粒子
5b 導電性微粒子
5c 担持粒子
5d 絶縁性微粒子層
6 第2電極
7 電子放出領域
11A 電源(電源部)
11B 電源
12 対向電極
50 電子放出素子
52 電極基板
53 微粒子層
54 薄膜電極
55 電気絶縁層
56 開口部
56A 開口
57A 絶縁性微粒子
57B 導電性微粒子
58 アモルファスカーボン層
59A 多孔電極層
59B べた電極層
100 反応容器
200 懸濁溶液
300 電源
400 対極
500 反応溶液
600 容器
700 光源
1 Electron emission element 2 1st electrode 3 Insulation part (insulation layer)
4 Dielectric layer 5 Semi-conductive part (intermediate layer)
5a Insulating fine particles 5b Conductive fine particles 5c Supported particles 5d Insulating fine particles 6 Second electrode 7 Electron emission region 11A Power supply (power supply unit)
11B Power supply 12 Opposite electrode 50 Electron emitting element 52 Electrode substrate 53 Fine particle layer 54 Thin film electrode 55 Electrically insulated layer 56 Opening 56A Opening 57A Insulating fine particles 57B Conductive fine particles 58 Amorphous carbon layer 59A Porous electrode layer 59B Solid electrode layer 100 Reaction vessel 200 Suspension solution 300 Power supply 400 Counter electrode 500 Reaction solution 600 Container 700 Light source

Claims (14)

第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた絶縁部であって、所定の開口部を有するものと、前記第1電極および前記第2電極の間において前記開口部に配設された半導電部とを備え、
前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することによって前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第1電極の電子放出領域内において前記絶縁部を有し、
前記半導電部には導電性微粒子および光触媒性能を有する絶縁性微粒子が含み、
前記絶縁部は、前記第1電極の酸化物からなることを特徴とする、電子放出素子。
An insulating portion provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, which has a predetermined opening, and the first electrode and the second electrode. A semi-conductive portion disposed in the opening is provided between the two.
An electron emitting element that emits electrons from the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
Having the insulating portion in the electron emission region of the first electrode,
The insulating fine particles seen contains an electrically conductive fine particles and photocatalytic performance in semiconductive portions,
An electron emitting element , wherein the insulating portion is made of an oxide of the first electrode.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた絶縁部であって、所定の開口部を有するものと、前記第1電極および前記第2電極の間において前記開口部に配設された半導電部とを備え、
前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することによって前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第1電極の電子放出領域内において前記絶縁部を有し、
前記半導電部には導電性微粒子および光触媒性能を有する絶縁性微粒子が含み、
前記第1電極における前記電子放出領域で、前記半導電部の面積率は30〜80%であることを特徴とする、電子放出素子。
An insulating portion provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, which has a predetermined opening, and the first electrode and the second electrode. A semi-conductive portion disposed in the opening is provided between the two.
An electron emitting element that emits electrons from the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
Having the insulating portion in the electron emission region of the first electrode,
The insulating fine particles seen contains an electrically conductive fine particles and photocatalytic performance in semiconductive portions,
An electron emitting element, characterized in that the area ratio of the semiconductive portion is 30 to 80% in the electron emitting region of the first electrode.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた絶縁部であって、所定の開口部を有するものと、前記第1電極および前記第2電極の間において前記開口部に配設された半導電部とを備え、
前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することによって前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第1電極の電子放出領域内において前記絶縁部を有し、
前記半導電部には導電性微粒子および光触媒性能を有する絶縁性微粒子が含み、
前記第1電極は陽極酸化により酸化皮膜が形成できる金属板あるいは金属膜が形成された基板から成ることを特徴とする、電子放出素子。
An insulating portion provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, which has a predetermined opening, and the first electrode and the second electrode. A semi-conductive portion disposed in the opening is provided between the two.
An electron emitting element that emits electrons from the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
Having the insulating portion in the electron emission region of the first electrode,
The insulating fine particles seen contains an electrically conductive fine particles and photocatalytic performance in semiconductive portions,
The first electrode is an electron emitting element, characterized in that it is made of a metal plate on which an oxide film can be formed by anodic oxidation or a substrate on which the metal film is formed.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の間に設けられた絶縁部であって、所定の開口部を有するものと、前記第1電極および前記第2電極の間において前記開口部に配設された半導電部とを備え、
前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することによって前記第2電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第1電極の電子放出領域内において前記絶縁部を有し、
前記半導電部には導電性微粒子および光触媒性能を有する絶縁性微粒子が含み、
前記開口部は、前記第1電極と前記第2電極の間を貫くものであることを特徴とする、電子放出素子。
An insulating portion provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, which has a predetermined opening, and the first electrode and the second electrode. A semi-conductive portion disposed in the opening is provided between the two.
An electron emitting element that emits electrons from the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
Having the insulating portion in the electron emission region of the first electrode,
The insulating fine particles seen contains an electrically conductive fine particles and photocatalytic performance in semiconductive portions,
An electron emitting element, characterized in that the opening penetrates between the first electrode and the second electrode.
前記絶縁部は、前記第1電極の表面より上部だけでなく、前記第1電極の内部にも存在す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。 The electron emitting element according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating portion exists not only above the surface of the first electrode but also inside the first electrode. 前記第1電極における前記電子放出領域で、前記半導電部と前記絶縁部による海島構造を持つことを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の電子放出素子。 The electron emitting element according to any one of claims 1 to 5, wherein the electron emitting region of the first electrode has a sea-island structure formed by the semi-conductive portion and the insulating portion. 前記海島構造は並列状あるいは千鳥状、不定形状であることを特徴とする、請求項に記載の電子放出素子。 The electron emitting element according to claim 6 , wherein the sea-island structure has a parallel shape, a staggered shape, or an indefinite shape. 1電極上に所定の開口部を有する絶縁部を形成する絶縁部形成工程、
前記第1電極上であって前記開口部内に中間層である半導電部を形成する半導電部形成工程、
前記半導電部および前記絶縁部上に電子を放出するための第2電極を形成する第2電極形成工程を有し、
前記半導電部形成工程は、電気泳動堆積によって前記半導電部を形成する工程を含み、
前記絶縁部形成工程では、少なくとも電子放出領域内に前記所定の開口部を有する前記絶縁部を形成することを特徴とする、電子放出素子の製造方法。
Insulation part forming step of forming an insulation part having a predetermined opening on the first electrode,
A semi-conductive portion forming step of forming a semi-conductive portion which is an intermediate layer in the opening on the first electrode.
It has a second electrode forming step of forming a second electrode for emitting electrons on the semi-conductive portion and the insulating portion.
The semi-conductive portion forming step includes a step of forming the semi-conductive portion by electrophoresis deposition.
A method for manufacturing an electron emitting device, which comprises forming the insulating portion having the predetermined opening at least in the electron emitting region in the insulating portion forming step.
前記絶縁部形成工程では前記第1電極の陽極酸化によって前記絶縁部が形成されることを特徴とする、請求項に記載の電子放出素子の製造方法。 The method for manufacturing an electron emitting device according to claim 8 , wherein the insulating portion is formed by anodic oxidation of the first electrode in the insulating portion forming step. 前記絶縁部形成工程で前記第1電極の前記電子放出領域内に前記絶縁部を形成するにあたり、前記絶縁部または前記半導電部が海島構造になるように前記絶縁部を形成することを特徴とする請求項またはに記載の電子放出素子の製造方法。 In forming the insulating portion in the electron emitting region of the first electrode in the insulating portion forming step, the insulating portion is formed so that the insulating portion or the semi-conductive portion has a sea-island structure. The method for manufacturing an electron emitting element according to claim 8 or 9. 前記半導電部は導電性微粒子と絶縁性微粒子を含んでおり、前記導電性微粒子が前記絶縁性微粒子に担持された担持粒子からなることを特徴とする請求項から10のいずれか1項に記載の電子放出素子の製造方法。 The semi-conductive portion contains conductive fine particles and insulating fine particles, and the semi-conductive fine particles are made of supported particles supported on the insulating fine particles, according to any one of claims 8 to 10. The method for manufacturing an electron emitting element according to the above method. 前記導電性微粒子は、光析出法により前記絶縁性微粒子に担持されるようになることを特徴とする請求項11に記載の電子放出素子の製造方法。 The method for manufacturing an electron emitting element according to claim 11 , wherein the conductive fine particles are supported on the insulating fine particles by a light precipitation method. 前記半導電部形成工程が、
所定の前記開口部を有する前記絶縁部を形成した前記第1電極上に絶縁性微粒子層を形成する絶縁性微粒子層形成工程と、
前記絶縁性微粒子層を構成する前記絶縁性微粒子に前記導電性微粒子を担持する導電性微粒子担持工程からなることを特徴とする請求項11に記載の電子放出素子の製造方法。
The semi-conductive portion forming step
A step of forming an insulating fine particle layer on the first electrode on which the insulating portion having a predetermined opening is formed, and a step of forming an insulating fine particle layer.
The method for manufacturing an electron emitting element according to claim 11 , further comprising a step of supporting conductive fine particles in which the conductive fine particles are supported on the insulating fine particles constituting the insulating fine particle layer.
前記電気泳動堆積では、前記絶縁性微粒子または前記担持粒子を分散媒に分散させた懸濁溶液中に、所定の開口部を有する前記絶縁性微粒子層を形成した前記第1電極を陽極もしくは陰極として、対極である陰極または陽極とともに浸漬し、ついで制御された電圧および/または電流を印加することにより、前記絶縁性微粒子層または前記半導電部を構成する担持粒子層を所定の前記開口部を有する前記絶縁部を形成した前記第1電極上に形成させることを特徴とする請求項13に記載の電子放出素子の製造方法。 In the electrophoresis deposition, the first electrode having the insulating fine particle layer having a predetermined opening formed in a suspension solution in which the insulating fine particles or the supporting particles are dispersed in a dispersion medium is used as an anode or a cathode. The insulating fine particle layer or the supporting particle layer constituting the semi-conductive portion is provided with a predetermined opening by immersing the particle layer together with the counter electrode, the cathode or the anode, and then applying a controlled voltage and / or current. The method for manufacturing an electron emitting element according to claim 13 , wherein the insulating portion is formed on the first electrode.
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