JP7445550B2 - 電子放出素子 - Google Patents
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Description
本発明は、電子放出素子に関する。
電極基板と表面電極との間に抵抗層を設けた電子放出素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。抵抗層には、銀ナノ粒子を含むシリコーン樹脂層が用いられている。
この電子放出素子では、２つの電極間に電圧を印加することにより発生させた電界により抵抗層に電流を流す。この際に電子の一部が表面電極を通過し大気中などに放出される。このような電子放出素子は、感光体を帯電する帯電装置、発光デバイスなどとして利用することができる。
この電子放出素子では、２つの電極間に電圧を印加することにより発生させた電界により抵抗層に電流を流す。この際に電子の一部が表面電極を通過し大気中などに放出される。このような電子放出素子は、感光体を帯電する帯電装置、発光デバイスなどとして利用することができる。
しかし、従来の電子放出素子では、抵抗層内において銀ナノ粒子が凝集し凝集体となる場合がある。この凝集体は、素子内電流のリークパスとなり、電子放出素子の突発的な機能停止や電子放出素子の低寿命化の原因となる場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有する電子放出素子を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有する電子放出素子を提供する。
本発明は、下部電極と、前記下部電極に対向する表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された抵抗層と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された絶縁層とを備え、前記抵抗層は、導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層であり、前記下部電極、前記抵抗層及び前記表面電極は、前記下部電極と前記表面電極との間に電位差を生じさせることにより前記抵抗層に電子が流れ、前記表面電極の電子放出領域から電子が放出されるように設けられ、前記絶縁層は、前記電子放出領域を定めるための周縁領域と、前記周縁領域により定められた電子放出領域と重なるように配置された放出制御領域とを有し、前記放出制御領域は、線形状の前記絶縁層から構成される又は複数のドット形状の前記絶縁層から構成される又は線形状の前記絶縁層と複数のドット形状の前記絶縁層の両方から構成され、前記周縁領域により定められた電子放出領域の面積中の前記放出制御領域の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下であることを特徴とする電子放出素子を提供する。
抵抗層中の導電性微粒子は絶縁層の縁（抵抗層と絶縁層との界面）に集まりやすい。そして導電性微粒子が集まった箇所に電子放出点が形成される。このため、電子放出領域と重なるように線形状又はドット形状の絶縁層（放出制御領域）を形成することにより、電子放出領域に多数の電子放出点を形成することができる。このことにより、電子放出素子の電子放出特性を向上させることができる。また、一箇所の電子放出点に集まる導電性微粒子の量を少なくすることができ、素子内電流のリークパスが形成されることを抑制することができる。この結果、電子放出素子をロングライフ化することができる。
本発明の電子放出素子は、下部電極と、前記下部電極に対向する表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された抵抗層と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された絶縁層とを備え、前記抵抗層は、導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層であり、前記下部電極、前記抵抗層及び前記表面電極は、前記下部電極と前記表面電極との間に電位差を生じさせることにより前記抵抗層に電子が流れ、前記表面電極の電子放出領域から電子が放出されるように設けられ、前記絶縁層は、前記電子放出領域を定めるための周縁領域と、前記周縁領域により定められた電子放出領域と重なるように配置された放出制御領域とを有し、前記放出制御領域は、線形状の前記絶縁層から構成される又は複数のドット形状の前記絶縁層から構成される又は線形状の前記絶縁層と複数のドット形状の前記絶縁層の両方から構成され、前記周縁領域により定められた電子放出領域の面積中の前記放出制御領域の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下であることを特徴とする。
前記周縁領域により定められた電子放出領域の単位面積中の前記放出制御領域の縁の長さの合計は、９０ｃｍ／ｃｍ2以上５０００ｃｍ／ｃｍ2以下であることが好ましい。このことにより、電子放出領域に多数の電子放出点を形成することができ、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性の両方を有することができる。
前記線形状の前記絶縁層の線幅又は前記ドット形状の前記絶縁層のサイズは、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出領域に多数の電子放出点を形成することができ、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性の両方を有することができる。
前記線形状の前記絶縁層の線幅又は前記ドット形状の前記絶縁層のサイズは、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出領域に多数の電子放出点を形成することができ、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性の両方を有することができる。
前記放出制御領域は、前記周縁領域により定められた電子放出領域においてむらなく分布していることが好ましい。このことにより、電子放出領域に多数の電子放出点をむらなく形成することができ、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性の両方を有することができる。
前記放出制御領域は、複数の開口を有する格子状の前記絶縁層から構成されることが好ましく、前記開口の幅は、前記線形状の前記絶縁層の線幅の２倍以上７２倍以下であることが好ましい。
前記線形状の前記絶縁層の線幅は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、前記開口の幅は、４０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
前記放出制御領域は、複数の開口を有する格子状の前記絶縁層から構成されることが好ましく、前記開口の幅は、前記線形状の前記絶縁層の線幅の２倍以上７２倍以下であることが好ましい。
前記線形状の前記絶縁層の線幅は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、前記開口の幅は、４０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
前記抵抗層は、銀微粒子を分散状態で有するシリコーン樹脂層、銀微粒子を分散状態で有するアクリル樹脂層、銀微粒子を分散状態で有するポリカーボネート層又は銀微粒子を分散状態で有するポリエステル層であることが好ましい。
前記絶縁層の材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又はＳｉＯＮであることが好ましい。このような絶縁層は、フォトリソグラフィ法、スパッタリング又はＣＶＤ法を用いて形成することができ、絶縁層の線幅又はサイズを小さくすることができる。
前記下部電極は、金属基板又は導電材料層であることが好ましく、前記導電材料層は、ガラス基板上、樹脂基板上又はセラミックス基板上に配置されることが好ましい。
前記絶縁層の材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又はＳｉＯＮであることが好ましい。このような絶縁層は、フォトリソグラフィ法、スパッタリング又はＣＶＤ法を用いて形成することができ、絶縁層の線幅又はサイズを小さくすることができる。
前記下部電極は、金属基板又は導電材料層であることが好ましく、前記導電材料層は、ガラス基板上、樹脂基板上又はセラミックス基板上に配置されることが好ましい。
金属基板、ガラス基板、樹脂基板又はセラミックス基板は、粗面化された表面を有することが好ましく、粗面化された表面の算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。このような凹凸により、電子放出点が形成されやすくなり、電子放出素子の電子放出特性を向上させることができる。
前記表面電極は、Ａｕ層から構成される単層電極、Ｐｔ層から構成される単層電極又はＡｕ層とＰｔ層から構成される積層電極であることが好ましい。このことにより、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性を有することができる。
前記表面電極は、Ａｕ層から構成される単層電極、Ｐｔ層から構成される単層電極又はＡｕ層とＰｔ層から構成される積層電極であることが好ましい。このことにより、電子放出素子が優れた電子放出特性と優れた寿命特性を有することができる。
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
第１実施形態
図１は本実施形態の電子放出素子の概略平面図であり、図２は図１の破線Ａ－Ａにおける電子放出素子の概略断面図であり、図３は図２の破線Ｂ－Ｂにおける電子放出素子の概略断面図である。
本実施形態の電子放出素子２０は、下部電極３と、下部電極３に対向する表面電極５と、下部電極３と表面電極５との間に配置された抵抗層４と、下部電極３と表面電極５との間に配置された絶縁層６とを備える。抵抗層４は導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層である。下部電極３、抵抗層４及び表面電極５は下部電極３と表面電極５との間に電位差を生じさせることにより抵抗層４に電子が流れ、表面電極５の電子放出領域９から電子が放出されるように設けられる。絶縁層６は、電子放出領域９を定めるための周縁領域７と、周縁領域７により定められた電子放出領域９と重なるように配置された放出制御領域８とを有する。放出制御領域８は、線形状の絶縁層６から構成される又は複数のドット形状の絶縁層６から構成される又は線形状の絶縁層６と複数のドット形状の絶縁層６の両方から構成される。周縁領域７により定められた電子放出領域９の面積中の放出制御領域８の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下である。
図１は本実施形態の電子放出素子の概略平面図であり、図２は図１の破線Ａ－Ａにおける電子放出素子の概略断面図であり、図３は図２の破線Ｂ－Ｂにおける電子放出素子の概略断面図である。
本実施形態の電子放出素子２０は、下部電極３と、下部電極３に対向する表面電極５と、下部電極３と表面電極５との間に配置された抵抗層４と、下部電極３と表面電極５との間に配置された絶縁層６とを備える。抵抗層４は導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層である。下部電極３、抵抗層４及び表面電極５は下部電極３と表面電極５との間に電位差を生じさせることにより抵抗層４に電子が流れ、表面電極５の電子放出領域９から電子が放出されるように設けられる。絶縁層６は、電子放出領域９を定めるための周縁領域７と、周縁領域７により定められた電子放出領域９と重なるように配置された放出制御領域８とを有する。放出制御領域８は、線形状の絶縁層６から構成される又は複数のドット形状の絶縁層６から構成される又は線形状の絶縁層６と複数のドット形状の絶縁層６の両方から構成される。周縁領域７により定められた電子放出領域９の面積中の放出制御領域８の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下である。
電子放出素子２０は、表面電極５の電子放出領域９から空気中、気体中、減圧雰囲気中などに電子を放出する素子である。電子放出領域９から放出された電子は空気中、気体中、減圧雰囲気中などにおいて気体を帯電させ陰イオンを発生させる。電子放出素子２０は、イオン生成装置、イオン移動度分析装置、細胞刺激装置、被対象物をマイナスに帯電させる帯電装置、被硬化物を硬化させる電子線硬化装置、送風装置、冷却装置、発光体を発光させる自発光デバイスなどに用いることができる。
下部電極３は、抵抗層４の下側に位置する電極である。下部電極３は、金属基板であってもよく、基板２上に設けられた導電材料層（金属層、導電体層など）であってもよい。
下部電極３が金属基板からなる場合、下部電極３は、例えば、アルミニウム板、ステンレス鋼板、ニッケル板などである。下部電極３の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３が導電材料層であり基板２上に設けられる場合、基板２は、例えば、ガラス基板、樹脂基板、セラミックス基板などである。基板２の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３が金属基板からなる場合、下部電極３は、例えば、アルミニウム板、ステンレス鋼板、ニッケル板などである。下部電極３の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３が導電材料層であり基板２上に設けられる場合、基板２は、例えば、ガラス基板、樹脂基板、セラミックス基板などである。基板２の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３である金属基板或いは基板２であるガラス基板、樹脂基板又はセラミックス基板は、粗面化された表面を有することができる。この粗面化された表面の算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下とすることができる。下部電極３が導電材料層である場合、導電材料層はこの粗面化された表面上に設けられる。このことにより、下部電極３が抵抗層側に凹凸を有する表面を有することができ、下部電極３から表面電極５に向けて電子が流れやすくなり、電子放出素子２０の電子放出特性を向上させることができる。粗面化された表面は、例えば、基板表面にショットブラスト処理を施すことにより形成することができる。
下部電極３が導電材料層である場合、下部電極３は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき、ＣＶＤ法などにより基板２上に形成することができる。下部電極３は、単層電極であってもよく、積層電極であってもよい。下部電極３は、例えば、アルミニウム層、金層、銅層などを含むことができる。また、下部電極３は、ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ積層電極であってもよい。下部電極３の厚さは、例えば２００ｎｍ以上１μｍ以下である。
抵抗層４は、下部電極３上に設けられる。抵抗層４は、表面電極５と下部電極３との電位差により形成される電界により電流が流れる層である。抵抗層４は、導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層である。
抵抗層４に含まれる導電性微粒子は、例えば、銀微粒子である。抵抗層４に含まれる絶縁性樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステルなどである。導電性微粒子は、絶縁性樹脂中に分散しているが、導電性微粒子の一部は凝集していてもよい。
抵抗層４に含まれる導電性微粒子は、例えば、銀微粒子である。抵抗層４に含まれる絶縁性樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステルなどである。導電性微粒子は、絶縁性樹脂中に分散しているが、導電性微粒子の一部は凝集していてもよい。
抵抗層４の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１．２５μｍ以下とすることができる。このことにより、下部電極３と表面電極５との間に比較的低い電圧を印加して電子放出素子２０から電子を放出させることができ、かつ、電子放出素子２０の寿命特性を向上させることができる。
抵抗層４が銀微粒子を分散状態で有するシリコーン樹脂層である場合、抵抗層４は、例えば、銀微粒子を分散状態で含むシリコーン樹脂コーティング剤を下部電極３及び絶縁層６上に塗布し（例えば、スピンコーティング）、コーティング剤を硬化させることにより形成することができる。例えばメチル系シリコーン樹脂を含むコーティング剤をシリコーン樹脂層の形成に用いることができる。また、絶縁層６上に形成されたシリコーン樹脂層は除去することができる。このことにより、抵抗層４の厚さを絶縁層６の厚さと実質的に同じにすることができる。
表面電極５は、電子放出素子２０の表面に位置する電極であり、抵抗層４上及び絶縁層６上に配置される。表面電極５は、例えば、Ａｕ層から構成される単層電極、Ｐｔ層から構成される単層電極又はＡｕ層とＰｔ層から構成される積層電極である。
表面電極５は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。表面電極５は、複数の開口、すき間などを有してもよい。抵抗層４を流れた電子がこの開口、すき間などを通過することができ、表面電極５の電子放出領域から電子を放出することができる。このような開口、すき間などは、下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すること（フォーミング処理、初期電圧印加）により形成することができる。
表面電極５は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。表面電極５は、複数の開口、すき間などを有してもよい。抵抗層４を流れた電子がこの開口、すき間などを通過することができ、表面電極５の電子放出領域から電子を放出することができる。このような開口、すき間などは、下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すること（フォーミング処理、初期電圧印加）により形成することができる。
絶縁層６は、下部電極３上又は基板２上に設けられる絶縁体からなる層である。例えば、下部電極３がアルミニウム基板である場合、絶縁層６は、アルミニウム基板の酸化皮膜であってもよい。例えば、基板２上に下部電極３を設けている場合、絶縁層６は、例えば、窒化シリコン層（ＳｉＮ層）、酸化シリコン層（ＳｉＯ2層）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、酸化アルミニウム層（Ａｌ2Ｏ3層）などである。絶縁層６の厚さは、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下である。絶縁層６は、例えば、フォトリソグラフィ法、スパッタリング又はＣＶＤ法を用いて形成することができる。
絶縁層６は周縁領域７と放出制御領域８とを有する。
周縁領域７は電子放出領域９を定めるための領域である。電子放出領域９は、下部電極３と表面電極５との間に生じさせた電界により電子が下部電極３から表面電極５に向かって抵抗層４を流れ表面電極５から電子が外部へと放出される領域である。
周縁領域７は電子放出領域９を定めるための領域である。電子放出領域９は、下部電極３と表面電極５との間に生じさせた電界により電子が下部電極３から表面電極５に向かって抵抗層４を流れ表面電極５から電子が外部へと放出される領域である。
周縁領域７（放出制御領域８を含まない）は、電子放出領域９となる開口を有する。この開口中に抵抗層４を設けることができる。このことにより、周縁領域７の開口と重なる抵抗層４の領域にだけ電流が流れることができ、周縁領域７の開口と重なる表面電極５の領域から電子を放出させることができる。従って、周縁領域７の開口により電子放出領域９を定めることができる。周縁領域７（放出制御領域８を含まない）の開口は、円形であってもよく、方形であってもよい。
電子放出領域９を定める周縁領域７の開口のサイズ（電子放出領域９のサイズ）は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。例えば、電子放出領域９を定める周縁領域７の開口が円形である場合、開口の直径は例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。開口が方形である場合、開口の一辺の長さは、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。
電子放出領域９を定める周縁領域７の開口のサイズ（電子放出領域９のサイズ）は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。例えば、電子放出領域９を定める周縁領域７の開口が円形である場合、開口の直径は例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。開口が方形である場合、開口の一辺の長さは、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。
絶縁層６の放出制御領域８は電子放出素子２０の電子放出を制御するための領域である。放出制御領域８は、絶縁層６の周縁領域７により定められた電子放出領域９と重なるように配置される。放出制御領域８は、周縁領域７と繋がっていてもよく、分離されていてもよい。
放出制御領域８は、線形状の絶縁層６から構成される又は複数のドット形状の絶縁層６から構成される又は線形状の絶縁層６とドット形状の絶縁層６の両方から構成される。線形状の絶縁層６の縁及びドット形状の絶縁層６の縁は、抵抗層４と接触しており、絶縁層６と抵抗層４との界面になっている。このような絶縁層６の縁（抵抗層４と絶縁層６との界面）に抵抗層４中の導電性微粒子が集まりやすい。このため、この導電性微粒子が集まった箇所（抵抗層４の前記界面に近接した部分）において下部電極３から表面電極５へ向けて電子が流れやすい。このため、絶縁層４の縁付近に多くの電子放出点が形成される。従って、このような放出制御領域８を、周縁領域７により定められた電子放出領域９にむらなく分布させることにより、電子放出領域９に電子放出点をムラなく形成することができ、電子放出素子２０の電子放出特性を向上させることができる。
放出制御領域８は、線形状の絶縁層６から構成される又は複数のドット形状の絶縁層６から構成される又は線形状の絶縁層６とドット形状の絶縁層６の両方から構成される。線形状の絶縁層６の縁及びドット形状の絶縁層６の縁は、抵抗層４と接触しており、絶縁層６と抵抗層４との界面になっている。このような絶縁層６の縁（抵抗層４と絶縁層６との界面）に抵抗層４中の導電性微粒子が集まりやすい。このため、この導電性微粒子が集まった箇所（抵抗層４の前記界面に近接した部分）において下部電極３から表面電極５へ向けて電子が流れやすい。このため、絶縁層４の縁付近に多くの電子放出点が形成される。従って、このような放出制御領域８を、周縁領域７により定められた電子放出領域９にむらなく分布させることにより、電子放出領域９に電子放出点をムラなく形成することができ、電子放出素子２０の電子放出特性を向上させることができる。
周縁領域７により定められた電子放出領域９の面積中の放出制御領域８の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下である。このことにより、下部電極３から表面電極５へと向かう電子の量が低下することを抑制することができ、電子放出素子２０の電子放出量が低下することを抑制することができる。
周縁領域７により定められた電子放出領域９の単位面積中の放出制御領域８の縁の長さの合計は、９０ｃｍ／ｃｍ2以上５０００ｃｍ／ｃｍ2以下である。このことにより、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができ、電子放出素子２０の電子放出特性を向上させることができる。また、抵抗層４中の導電性微粒子が過剰に集まることを抑制することができ、下部電極３と表面電極５との間のリークパスとなるような導電性微粒子の凝集体が形成されることを抑制することができる。このことにより、電子放出素子２０の突発的な機能停止や寿命特性の低下を抑制することができる。従って、電子放出素子２の寿命特性を向上させることができる。また、電子放出量を多くした場合であっても寿命特性が低下することを抑制することができる。
周縁領域７により定められた電子放出領域９の単位面積中の放出制御領域８の縁の長さの合計は、９０ｃｍ／ｃｍ2以上５０００ｃｍ／ｃｍ2以下である。このことにより、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができ、電子放出素子２０の電子放出特性を向上させることができる。また、抵抗層４中の導電性微粒子が過剰に集まることを抑制することができ、下部電極３と表面電極５との間のリークパスとなるような導電性微粒子の凝集体が形成されることを抑制することができる。このことにより、電子放出素子２０の突発的な機能停止や寿命特性の低下を抑制することができる。従って、電子放出素子２の寿命特性を向上させることができる。また、電子放出量を多くした場合であっても寿命特性が低下することを抑制することができる。
放出制御領域８を構成する線形状の絶縁層６の線幅Ｗａは、１μｍ以上１０μｍ以下とすることができ、好ましくは３μｍ以上８μｍ以下とすることができる。このことにより、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。また、放出制御領域８が下部電極３と表面電極５との間の電子の流れを阻害することを抑制することができ、電子放出素子２０の電子放出量が少なくなることを抑制することができる。
放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状は、特に限定されないが、例えば、格子パターン、多重丸、渦巻き、櫛形、クロスパターン、ドットパターン、ストライプパターン、波パターンなどである。図１～３に示した電子放出素子２０では、放出制御領域８を構成する絶縁層６は、格子パターンを有している。放出制御領域８を格子パターンとすることにより、放出制御領域の縁の長さを長くすることができる。
電子放出領域９において、絶縁層６に矩形の開口１２を多数整列させて形成し、これらの開口１２中に抵抗層４を設けることにより、格子パターンを有する放出制御領域８を形成することができる。隣接する２つの開口１２を仕切る線形状の絶縁層６の線幅は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下とすることができ、好ましくは３μｍ以上８μｍ以下とすることができる。開口１２は、例えば正方形とすることができるが、長方形であってもよい。開口１２の幅Ｗｂは、例えば、絶縁層６の線幅の２倍以上７２倍以下とすることができ、好ましくは８倍以上１６倍以下とすることができる。また、開口１２の幅Ｗｂは、例えば、１０μｍ以上３６０μｍ以下とすることができ、好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下とすることができる。
開口１２の周囲が放出制御領域８を構成する絶縁層６の縁となる。従って、（開口１２の幅Ｗｂ×４×開口１２の数）が放出制御領域８を構成する絶縁層６の縁の長さの合計となる。
開口１２の周囲が放出制御領域８を構成する絶縁層６の縁となる。従って、（開口１２の幅Ｗｂ×４×開口１２の数）が放出制御領域８を構成する絶縁層６の縁の長さの合計となる。
開口１２の面積の合計が開口総面積となり、（電子放出領域９の面積）－（開口総面積）が放出制御領域８の面積となる。そして、（放出制御領域８の面積）／（電子放出領域９の面積）×１００により電子放出領域９の面積中の放出制御領域８の面積のパーセンテージを算出することができる。電子放出領域９の面積中の放出制御領域８の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下とすることができ（開口総面積のパーセンテージが４０％以上９８％以下）、好ましくは２．８％以上５５．７％以下であり（開口総面積のパーセンテージが４４．３％以上９７．２％以下）、さらに好ましくは１０％以上３０％以下である（開口総面積のパーセンテージが７０％以上９０％以下）。
第２実施形態
第２実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状がクロスパターンである。図４は、第２実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
放出制御領域８は、クロス形状の絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布したパターンを有することができる。このように、放出制御領域８の全体的な形状をクロスパターンにすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
また、放出制御領域８の全体的な形状は、第１実施形態のような格子パターンと第２実施形態のクロスパターンとを組み合わせた形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
第２実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状がクロスパターンである。図４は、第２実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
放出制御領域８は、クロス形状の絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布したパターンを有することができる。このように、放出制御領域８の全体的な形状をクロスパターンにすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
また、放出制御領域８の全体的な形状は、第１実施形態のような格子パターンと第２実施形態のクロスパターンとを組み合わせた形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
第３実施形態
第３実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状が多重丸である。図５は、第３実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
多重管形状の放出制御領域８は、絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布するように設けることができる。このように、放出制御領域８の全体的な形状を多重丸にすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
また、放出制御領域８の全体的な形状は、第１実施形態のような格子パターンと第３実施形態の多重丸とを組み合わせた形状であってもよく、第２実施形態のようなクロスパターンと第３実施形態の多重丸とを組み合わせた形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
第３実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状が多重丸である。図５は、第３実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
多重管形状の放出制御領域８は、絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布するように設けることができる。このように、放出制御領域８の全体的な形状を多重丸にすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
また、放出制御領域８の全体的な形状は、第１実施形態のような格子パターンと第３実施形態の多重丸とを組み合わせた形状であってもよく、第２実施形態のようなクロスパターンと第３実施形態の多重丸とを組み合わせた形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
第４実施形態
第４実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状がドットパターンである。図６は、第４実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
放出制御領域８は、ドット形状の絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布したパターンを有することができる。図６では、各ドットが丸形状であるが、各ドットの形状は、特に限定されず、四角であってもよく、三角であってもよい。また、放出制御領域８を構成する複数のドットは、すべて同じサイズを有してもよく、異なるサイズを有してもよい。このように、放出制御領域８の全体的な形状をドットパターンにすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
放出制御領域８を構成する各ドットのサイズＷｃは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
第４実施形態では、放出制御領域８を構成する絶縁層６の全体的な形状がドットパターンである。図６は、第４実施形態の電子放出素子の概略断面図である。この断面図は、第１実施形態の図３の断面図に対応する。
放出制御領域８は、ドット形状の絶縁層６が電子放出領域９においてむらなく分布したパターンを有することができる。図６では、各ドットが丸形状であるが、各ドットの形状は、特に限定されず、四角であってもよく、三角であってもよい。また、放出制御領域８を構成する複数のドットは、すべて同じサイズを有してもよく、異なるサイズを有してもよい。このように、放出制御領域８の全体的な形状をドットパターンにすることによっても、放出制御領域８の縁の長さを長くすることができ、電子放出領域９中に多くの電子放出点を形成することができる。
放出制御領域８を構成する各ドットのサイズＷｃは、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
また、放出制御領域８の全体的な形状は、第１実施形態のような格子パターンと第４実施形態のドットパターンとを組み合わせた形状であってもよく、第２実施形態のようなクロスパターンと第４実施形態のドットパターンとを組み合わせた形状であってもよく、第３実施形態のような多重丸と第４実施形態のドットパターンとを組み合わせた形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
第５実施形態
図７は本実施形態の電子放出装置の概略断面図である。図７には電子放出装置の電気的構成を示す回路図も示している。
本実施形態の電子放出装置２５は、電子放出素子２０と、電界形成用電極１３と、電源部１４ａ、１４ｂとを備える。電源部１４ａは下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加するように設けられ、電源部１４ｂは電子放出素子２０と電界形成用電極１３との間に電圧を印加するように設けられる。
また、電子放出装置２５は、下部電極３と表面電極５との間に流れる電流Ｉｄを計測するように設けられた電流計１５ａ、又は電子放出素子２０から放出された電子又はこの電子から生成されたイオンが電界形成用電極１３へ到達することにより流れる電流Ｉｅを計測するように設けられた電流計１５ｂを備えることができる。
図７は本実施形態の電子放出装置の概略断面図である。図７には電子放出装置の電気的構成を示す回路図も示している。
本実施形態の電子放出装置２５は、電子放出素子２０と、電界形成用電極１３と、電源部１４ａ、１４ｂとを備える。電源部１４ａは下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加するように設けられ、電源部１４ｂは電子放出素子２０と電界形成用電極１３との間に電圧を印加するように設けられる。
また、電子放出装置２５は、下部電極３と表面電極５との間に流れる電流Ｉｄを計測するように設けられた電流計１５ａ、又は電子放出素子２０から放出された電子又はこの電子から生成されたイオンが電界形成用電極１３へ到達することにより流れる電流Ｉｅを計測するように設けられた電流計１５ｂを備えることができる。
電子放出素子２０については第１～第４実施形態で説明したため、ここでは省略する。
電界形成用電極１３は、電子放出素子２０の表面電極５と電界形成用電極１３との間に電界を形成するための電極である。電界形成用電極１３及び電源部１４ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３の方向へ移動するような電界を形成するように設けられる。また、電流計１５ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３に到達することにより生じる電流Ｉｅを計測するように設けられる。
電界形成用電極１３は、電子放出素子２０の表面電極５と電界形成用電極１３との間に電界を形成するための電極である。電界形成用電極１３及び電源部１４ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３の方向へ移動するような電界を形成するように設けられる。また、電流計１５ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３に到達することにより生じる電流Ｉｅを計測するように設けられる。
電子放出装置２５の動作の一例について説明する。
電源部１４ａにより下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すると、下部電極３と表面電極５との間の抵抗層４に電界が形成され、この電界により下部電極３の電子が表面電極５へ向かって抵抗層４を流れる（電流Ｉｄ）。そして、表面電極５に到達した電子の一部が表面電極５の開口などを通過し、電子放出素子２０の外部へと放出される。表面電極５から放出された電子は、電界形成用電極１３により形成される電界により電界形成用電極１３に向かって移動する。また、放出された電子は、大気中の酸素分子などをイオン化し、酸素イオンを生成する。この酸素イオンは電界により電界形成用電極１３にまで到達し、電荷を電界形成用電極１３へ受け渡す。このためで電界形成用電極１３の電位が変化し、電流Ｉｅが流れる。電流Ｉｅは、電子放出素子２０から放出された電子の量を表す。
電源部１４ａにより下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すると、下部電極３と表面電極５との間の抵抗層４に電界が形成され、この電界により下部電極３の電子が表面電極５へ向かって抵抗層４を流れる（電流Ｉｄ）。そして、表面電極５に到達した電子の一部が表面電極５の開口などを通過し、電子放出素子２０の外部へと放出される。表面電極５から放出された電子は、電界形成用電極１３により形成される電界により電界形成用電極１３に向かって移動する。また、放出された電子は、大気中の酸素分子などをイオン化し、酸素イオンを生成する。この酸素イオンは電界により電界形成用電極１３にまで到達し、電荷を電界形成用電極１３へ受け渡す。このためで電界形成用電極１３の電位が変化し、電流Ｉｅが流れる。電流Ｉｅは、電子放出素子２０から放出された電子の量を表す。
下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧は、２５Ｖ以下であることが好ましい。このことにより、オゾンやＮＯｘが生成することを抑制することができる。また、下部電極３と表面電極５との間に流す電流はＰＷＭ回路を用いて調節することができる。
電子放出実験
図１～３に示したような格子パターンの放出制御領域８を有する３つの電子放出素子（実施例１～３）を作製した（開口１２の数などは図１～３とは異なる）。実施例１～３の電子放出素子は開口幅Ｗｂが異なるが、その他の構成は同じである。また、絶縁層６の放出制御領域８を有していない比較例の電子放出素子も作製した。比較例の電子放出素子のその他の構成は実施例１～３と同じである。
図１～３に示したような格子パターンの放出制御領域８を有する３つの電子放出素子（実施例１～３）を作製した（開口１２の数などは図１～３とは異なる）。実施例１～３の電子放出素子は開口幅Ｗｂが異なるが、その他の構成は同じである。また、絶縁層６の放出制御領域８を有していない比較例の電子放出素子も作製した。比較例の電子放出素子のその他の構成は実施例１～３と同じである。
基板２には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（２０ｍｍ×２４ｍｍ）を用いた。下部電極３は、ＭｏＮ層（１００ｎｍ）／Ａｌ層（２００ｎｍ）／ＭｏＮ層（５０ｎｍ）で表される積層電極とした。下部電極３はスパッタリング法又はＣＶＤ法により形成した。
絶縁層６（周縁領域７及び放出制御領域８）はＳｉＮ層（厚さ：１μｍ）とした。周縁領域７は、電子放出領域９の直径（開口の直径）が１６ｍｍとなるように形成した。ＳｉＮ層はＣＶＤ法により形成した。また、下部電極３及び絶縁層６のパターン形成にはフォトリソグラフィ法を用いた。
絶縁層６（周縁領域７及び放出制御領域８）はＳｉＮ層（厚さ：１μｍ）とした。周縁領域７は、電子放出領域９の直径（開口の直径）が１６ｍｍとなるように形成した。ＳｉＮ層はＣＶＤ法により形成した。また、下部電極３及び絶縁層６のパターン形成にはフォトリソグラフィ法を用いた。
実施例１～３の電子放出素子では、放出制御領域８を構成する線形状の絶縁層６の線幅を５μｍとした。実施例１の電子放出素子では、開口１２の開口幅Ｗｂが１０μｍとなるように格子パターンの放出制御領域８を形成した。実施例２の電子放出素子では、開口１２の開口幅Ｗｂが６０μｍとなるように格子パターンの放出制御領域８を形成した。実施例３の電子放出素子では、開口１２の開口幅Ｗｂが３６０μｍとなるように格子パターンの放出制御領域８を形成した。比較例の電子放出素子では、放出制御領域を形成していない。
抵抗層４（厚さ：１μｍ）は、平均粒径１０ｎｍのＡｇナノ粒子を分散した状態で含むメチル系シリコーン樹脂コーティング剤を絶縁層６の開口中（開口１２中又は周縁領域７の開口中）にスピンコーティング法により塗布し、塗布層を硬化させることにより形成した。Ａｇナノ粒子とシリコーン固体分との質量比はおよそ１：１０とした。
表面電極５（２０ｎｍ）は、抵抗層４上及び絶縁層６上に金（Ａｕ）をスパッタリングすることにより形成した。
表面電極５（２０ｎｍ）は、抵抗層４上及び絶縁層６上に金（Ａｕ）をスパッタリングすることにより形成した。
作製した実施例１～３及び比較例の電子放出素子のそれぞれを用いて図７に示したような電子放出装置２５を形成し、実施例１～３及び比較例の電子放出素子のそれぞれにフォーミング処理を施した。また、フォーミング処理中に電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅを計測した。フォーミング処理は室温環境（Ｒ／Ｒ環境、気温２０℃～２５℃、相対湿度２５％～４５％）下で行った。
フォーミング処理では、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを０Ｖから２５Ｖまで昇圧速度０．１Ｖ／secで変化させ、２５Ｖに達すると、電圧Ｖｄを０Ｖにした。
フォーミング処理では、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを０Ｖから２５Ｖまで昇圧速度０．１Ｖ／secで変化させ、２５Ｖに達すると、電圧Ｖｄを０Ｖにした。
作製した実施例１～３及び比較例の電子放出素子の開口幅Ｗｂ、放出面積（抵抗層４の面積、開口１２の総面積）、電子放出領域９における放出面積の割合、電子放出領域９における放出制御領域８の割合及び単位面積当たりの放出制御領域８の縁の長さの合計を表１に示す。放出面積は、実施例１～３では電子放出領域９における開口１２の面積の合計であり、比較例では電子放出領域９の面積である。
実施例１～３及び比較例の電子放出素子のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフを図８に示す。
実施例１～３の電子放出素子では、比較例の電子放出素子に比べ大きな電流Ｉｅが計測された。このため、放出制御領域８を設けることにより電子放出量を増加させることができることが確認された。
また、実施例２の素子の電子放出量（電流Ｉｅ）は、実施例１、３の素子に比べ大きい。これは、実施例２の素子の放出面積割合が大きく、かつ、放出制御領域の縁の長さの合計が大きいため、電子放出領域９に多くの電子放出点が形成され電子放出量が多くなったと考えられる。
実施例１～３の電子放出素子では、比較例の電子放出素子に比べ大きな電流Ｉｅが計測された。このため、放出制御領域８を設けることにより電子放出量を増加させることができることが確認された。
また、実施例２の素子の電子放出量（電流Ｉｅ）は、実施例１、３の素子に比べ大きい。これは、実施例２の素子の放出面積割合が大きく、かつ、放出制御領域の縁の長さの合計が大きいため、電子放出領域９に多くの電子放出点が形成され電子放出量が多くなったと考えられる。
次に、実施例１～３及び比較例の素子を長時間駆動させるエージング実験を行った。エージング実験では、電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅが目標値１．０μＡとなるように、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを変化させた。また、下部電極３と表面電極５との間に流す電流はＰＷＭ制御により調節した（デューティ比：５０％一定）。エージング実験は室温環境（Ｒ／Ｒ環境、気温２０℃～２５℃、相対湿度２５％～４５％）下で行った。
実施例１～３及び比較例の素子のエージング実験の結果を図９（ａ）～（ｄ）及び表２に示す。比較例の素子の電子放出時間は９０時間であったが、実施例１～３の素子の電子放出時間はいずれも１００時間を超えた。特に実施例２の素子の電子放出時間は１６０時間を超えた。これは、実施例２の素子では電子放出領域９に多くの電子放出点が形成されたためと考えられる。
これらの結果から、実施例２の素子は電子放出量を多くしても寿命特性が低下することを抑制することができることがわかった。
実施例１～３及び比較例の素子のエージング実験の結果を図９（ａ）～（ｄ）及び表２に示す。比較例の素子の電子放出時間は９０時間であったが、実施例１～３の素子の電子放出時間はいずれも１００時間を超えた。特に実施例２の素子の電子放出時間は１６０時間を超えた。これは、実施例２の素子では電子放出領域９に多くの電子放出点が形成されたためと考えられる。
これらの結果から、実施例２の素子は電子放出量を多くしても寿命特性が低下することを抑制することができることがわかった。
イオン移動度分析（ＩＭＳ）
作製した実施例１～３及び比較例の電子放出素子をドリフトチューブ式イオン移動度分析装置（特許文献２参照）に組み込み、反応物イオンピーク面積の変化を測定した。イオン移動度分析装置には、ドリフトガスとして乾燥空気を流し、組み込んだ電子放出素子から電子を放出させ乾燥空気の成分をイオン化した。そして、生成したイオンをゲートを用いてドリフト部に導入し、ドリフト部で分離されたイオンを検出器で検出することにより反応物イオンピークを得た。下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄは１７Ｖとした。このようなイオン検出を１２００秒間に渡り連続して行った。
作製した実施例１～３及び比較例の電子放出素子をドリフトチューブ式イオン移動度分析装置（特許文献２参照）に組み込み、反応物イオンピーク面積の変化を測定した。イオン移動度分析装置には、ドリフトガスとして乾燥空気を流し、組み込んだ電子放出素子から電子を放出させ乾燥空気の成分をイオン化した。そして、生成したイオンをゲートを用いてドリフト部に導入し、ドリフト部で分離されたイオンを検出器で検出することにより反応物イオンピークを得た。下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄは１７Ｖとした。このようなイオン検出を１２００秒間に渡り連続して行った。
測定結果を図１０（ａ）～（ｄ）に示す。また、表２には、各素子のＩＭＳ特性の評価及び総合評価を示している。
比較例１の素子を用いた実験では、ピーク面積が約９００から時間の経過と共に徐々に低下して約５００となった。また、実施例１、３の素子を用いた実験では、ピーク面積が約１１００から時間の経過と共に徐々に低下した。また、実施例２の素子を用いた実験では、測定時間全体に渡ってピーク面積が約１２００で安定していた。このため、実施例２の素子をイオン移動度分析装置に用いると、安定した測定結果が得られることがわかった。
比較例１の素子を用いた実験では、ピーク面積が約９００から時間の経過と共に徐々に低下して約５００となった。また、実施例１、３の素子を用いた実験では、ピーク面積が約１１００から時間の経過と共に徐々に低下した。また、実施例２の素子を用いた実験では、測定時間全体に渡ってピーク面積が約１２００で安定していた。このため、実施例２の素子をイオン移動度分析装置に用いると、安定した測定結果が得られることがわかった。
２：基板 ３：下部電極 ４：抵抗層 ５：表面電極 ６：絶縁層 ７：周縁領域 ８：放出制御領域 ９：電子放出領域 １０：表面電極端子 １１：下部電極端子 １２：開口 １３：電界形成用電極 １４ａ、１４ｂ：電源部 １５ａ、１５ｂ：電流計 ２０：電子放出素子 ２５：電子放出装置
Claims (9)
- 下部電極と、前記下部電極に対向する表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された抵抗層と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置された絶縁層とを備え、
前記抵抗層は、導電性微粒子を分散状態で有する絶縁性樹脂層であり、
前記下部電極、前記抵抗層及び前記表面電極は、前記下部電極と前記表面電極との間に電位差を生じさせることにより前記抵抗層に電子が流れ、前記表面電極の電子放出領域から電子が放出されるように設けられ、
前記絶縁層は、前記電子放出領域を定めるための周縁領域と、前記周縁領域により定められた電子放出領域と重なるように配置された放出制御領域とを有し、
前記放出制御領域は、線形状の前記絶縁層から構成される又は複数のドット形状の前記絶縁層から構成される又は線形状の前記絶縁層と複数のドット形状の前記絶縁層の両方から構成され、
前記周縁領域により定められた電子放出領域の面積中の前記放出制御領域の面積のパーセンテージは、２％以上６０％以下であり、
前記周縁領域により定められた電子放出領域の単位面積中の前記放出制御領域の縁の長さの合計は、９０ｃｍ／ｃｍ 2 以上５０００ｃｍ／ｃｍ 2 以下であり、
前記線形状の前記絶縁層の線幅又は前記ドット形状の前記絶縁層のサイズは、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする電子放出素子。 - 前記放出制御領域は、前記周縁領域により定められた電子放出領域においてむらなく分布している請求項１に記載の電子放出素子。
- 前記放出制御領域は、複数の開口を有する格子状の前記絶縁層から構成され、
前記開口の幅は、前記線形状の前記絶縁層の線幅の２倍以上７２倍以下である請求項１又は２に記載の電子放出素子。 - 前記線形状の前記絶縁層の線幅は、１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記開口の幅は、４０μｍ以上８０μｍ以下である請求項３に記載の電子放出素子。 - 前記抵抗層は、銀微粒子を分散状態で有するシリコーン樹脂層、銀微粒子を分散状態で有するアクリル樹脂層、銀微粒子を分散状態で有するポリカーボネート層又は銀微粒子を分散状態で有するポリエステル層である請求項１～４のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記絶縁層の材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又はＳｉＯＮである請求項１～５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
- 前記下部電極は、金属基板又は導電材料層であり、
前記導電材料層は、ガラス基板上、樹脂基板上又はセラミックス基板上に配置された請求項１～６のいずれか１つに記載の電子放出素子。 - 前記金属基板、前記ガラス基板、前記樹脂基板又は前記セラミックス基板は、粗面化された表面を有し、
前記粗面化された表面の算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である請求項７に記載の電子放出素子。 - 前記表面電極は、Ａｕ層から構成される単層電極、Ｐｔ層から構成される単層電極又はＡｕ層とＰｔ層から構成される積層電極である請求項１～８のいずれか１つに記載の電子放出素子。
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Citations (3)
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