JPWO2012093628A1 - 電子放出素子、電子放出装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、電子放出素子の製造方法、電子放出素子の修復方法 - Google Patents
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Abstract
電子放出素子（１）は、電極基板（２）と薄膜電極（３）とを備え、電極基板（２）と薄膜電極（３）との間に電圧を印加することによって、薄膜電極（３）から電子を放出させる。電極基板（２）と薄膜電極（３）との間には、電子加速層（４）が設けられている。薄膜電極（３）は、格子状に配置された複数の薄膜小電極（３ａ）と、隣接する薄膜小電極（３ａ）同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部（９）とを備える。
Description
本発明は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子に関する。
従来知られている電子放出素子として、電界電子放出を利用したものがある。電界電子放出は、電子を放出させるために２つの電極間に電圧を印加する。この印加電圧により両電極間に高電界を形成することで、一方の電極（エミッタ）からトンネル効果により電子を放出させる方法である。エミッタの構造の違いにより、スピント型、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型などの電界電子放出素子が知られている。
また、電子放出素子を大気中で使いたいという要望がかねてから存在する。しかし、上記の電界電子放出を用いた電子放出素子を、大気中で動作させることには原理的な困難を伴う。なぜなら、電界電子放出を実現するためには高電界が必要であり、放出された電子は高いエネルギーを有する。高エネルギーの電子が大気中の気体分子と衝突すると、気体分子を電離させる。電離により生じた陽イオンは、素子近傍に形成されている高電界により素子表面へ向かって加速され衝突しスパッタリングを起こす。このスパッタリングにより、電子放出素子が破壊される。また、高エネルギーの電子が、酸素分子に衝突した場合は、電離せずにオゾンを生成することが知られている。オゾンは非常に活性が高く、有害物質であり、加えて様々な物質を劣化させる。
上記の理由から、一般的に電界電子放出を用いた電子放出素子は、真空中に封止して使用する。電子を真空中から取り出す必要がある場合には、真空層と大気を隔てる電子透過窓を設置して、電子を真空層から大気中へ透過させる必要がある。
一方、大気中にて安定して動作させることの可能な電子放出素子として、ＭＩＭ型、あるいはＭＩＳ型と呼ばれる電子放出素子が知られている（特許文献１参照）。ＭＩＭ型電子放出素子は、薄膜金属電極、絶縁体層、金属電極基板の３層から構成される。ＭＩＳ型電子放出素子は、薄膜金属電極、絶縁体層、半導体電極基板の３層から構成される。これらの素子において、絶縁体層において電子は加速されるので、以下では、絶縁体層のことを電子加速層と呼ぶ。電子加速層を挟む両電極に電圧を印加すると、電子加速層内にて加速された電子の一部が素子表面の薄膜電極を透過し、素子全面より二次元的に放出される。
電極間に形成される電界により電子が加速され、電子が素子外に放出される、という点において、ＭＩＭ型、及びＭＩＳ型電子放出素子と、電界電子放出を利用した電子放出素子は同様である。しかし、形成される電界が素子内に限定される、という点において電界電子放出を利用した電子放出素子とは大きく異なる。動作時に生じる電界が素子内に限定されることが、ＭＩＭ型、及びＭＩＳ型電子放出素子の大気中における安定動作を可能としている。
上記のように、ＭＩＭ型、およびＭＩＳ型の電子放出素子は、大気中にて安定動作が可能であり、かつ面放出型の電子放出素子である。面放出型の電子放出素子である利点を利用するために、素子の大面積化が強く望まれている。素子の大面積化を進めるにあたって、製造工程上の困難はない。
しかし、ＭＩＭ型、およびＭＩＳ型の電子放出素子においては、製造段階において両電極間が電気的に短絡されてしまうリーク欠陥を完全に排除することができない。また、上記電子放出素子の初期動作時は、電子放出が不安定な傾向がありリーク欠陥が発生する可能性が高い。
従来のＭＩＭ型、およびＭＩＳ型電子放出素子の場合、図４に示すように従来の薄膜電極２１０は素子表面全体に形成されており、リーク欠陥が生じた際に、素子全体がリーク不良による不良品となってしまう。単位面積あたり一定の割合でリーク欠陥が発生すると仮定すると、素子面積を大きくするほど、一つの素子がリーク欠陥を含み不良となる可能性が高くなる。すなわち生産段階における歩留まりが、大幅に低下する虞がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、薄膜電極に生じたリーク欠陥を容易に修復することの可能な電子放出素子等を提供することにある。
本発明の一態様に係る電子放出素子は、電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間において電子を加速させて、当該薄膜電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層が設けられている。
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層が設けられている。
上記薄膜電極は、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接した薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備えることを特徴としている。
上記の構成によれば、電極基板と薄膜電極との間に電圧が印加されると、電子加速層内に電界が形成されると同時に、電流の担い手として電子が流れる。その電子の一部が、印加電圧の形成する電界により加速され、弾道電子として電子加速層から放出され、薄膜電極側より素子外部へと放出される。
本発明の一態様に係る電子放出素子は、上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のうちのいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電極基板と薄膜電極とは同電位になる。その結果、電子加速層には電界が生じず電子を放出することはできなくなる。すなわち、電子放出素子として動作不良となる。
上記動作不良を修復するために、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極部と、他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に、上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを可能とする。
電気的短絡部を含む薄膜小電極部と、その他の薄膜小電極とを電気的に断線することにより、上記電極基板と薄膜電極との間の抵抗値は所定の値に修復される。よって、電極基板と薄膜電極との間には所定の電界が形成され、当該電子放出素子は正常に動作することが可能となる。結果、電子放出素子全体を容易に救済することができる。
以上のように、本発明の一態様に係る電子放出素子では、薄膜電極に生じたリーク欠陥（電気的短絡）を容易に修復できる効果を奏する。
本発明の一態様に係る電子放出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、
電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層を形成する工程と、
上記電子加速層上に、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備える薄膜電極を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層を形成する工程と、
上記電子加速層上に、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備える薄膜電極を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
上記の構成によれば、薄膜電極に生じたリーク欠陥（電気的短絡）を容易に修復できることが可能な電子放出素子を製造することができる。
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
以上のように、本発明に係る電子放出素子は、薄膜電極に生じたリーク欠陥（電気的短絡）を容易に修復できる効果を奏する。
以下、本発明の一態様に係る電子放出素子および電子放出装置の実施形態および実施例について、図１〜図１２を参照して説明する。なお、以下に記述する実施形態および実施例は、本発明の具体的な一例に過ぎず、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
〔実施形態１〕
本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を備えた電子放出装置１０の構成を示す断面図を図２に示す。図２に示すように、電子放出装置１０は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子１と電源７とを備えている。
本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を備えた電子放出装置１０の構成を示す断面図を図２に示す。図２に示すように、電子放出装置１０は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子１と電源７とを備えている。
（電子放出素子１の構成）
図２に示すように、電子放出素子１は、下部電極となる電極基板２と、上部電極となる薄膜電極３と、その間に挟まれた電子加速層４とを備えている。電子加速層４は、絶縁体微粒子５を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子６を分散させることによって形成される。電子加速層４において、導電微粒子６は絶縁体微粒子５の表面に付着した状態で存在している（図２の拡大図参照）。
図２に示すように、電子放出素子１は、下部電極となる電極基板２と、上部電極となる薄膜電極３と、その間に挟まれた電子加速層４とを備えている。電子加速層４は、絶縁体微粒子５を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子６を分散させることによって形成される。電子加速層４において、導電微粒子６は絶縁体微粒子５の表面に付着した状態で存在している（図２の拡大図参照）。
電源７は、電極基板２と薄膜電極３との両電極間に電圧を印加するための電源である。電極基板２と薄膜電極３との両電極間に電圧が印加されると、電子加速層４に電流の担い手として電子が流れる。それと同時に、電極基板２と薄膜電極３に挟まれた電子加速層４には、印加された電圧により高電界が形成される。電極基板２と薄膜電極３との間を流れる電子は、この高電界により加速され、その電子の一部が弾道電子として電子加速層４から放出される。電子加速層４から放出された弾道電子は、薄膜電極３をトンネルして、あるいは薄膜電極３の孔（隙間）を通過して電子放出素子１の外部へと放出される。薄膜電極３の孔（隙間）は、薄膜電極３の膜厚が薄いこと、および電子加速層４の表面粗さの影響を薄膜電極３が受けることにより生じる。
（電極基板２）
電極基板２は、薄膜電極３と対になり電子加速層４内に電圧を印加するための電極である。これに加え、電子放出素子１の支持体としての役割も担う。したがって、電極基板２として用いる物質には、ある程度の強度を有すること、直に接する物質との接着性が良好なこと、適度な導電性を有することが求められる。電極基板２の具体的な例としては、ステンレス、アルミニウム、チタン、および銅などの金属基板、ならびにシリコン、ゲルマニウム、およびガリウム砒素などの半導体基板を挙げることができる。
電極基板２は、薄膜電極３と対になり電子加速層４内に電圧を印加するための電極である。これに加え、電子放出素子１の支持体としての役割も担う。したがって、電極基板２として用いる物質には、ある程度の強度を有すること、直に接する物質との接着性が良好なこと、適度な導電性を有することが求められる。電極基板２の具体的な例としては、ステンレス、アルミニウム、チタン、および銅などの金属基板、ならびにシリコン、ゲルマニウム、およびガリウム砒素などの半導体基板を挙げることができる。
また、電極基板２として、ガラス基板やプラスティック基板などの絶縁体基板を用いることも可能である。この場合、絶縁体基板は電子放出素子１の支持体としての機能を担う。したがって、電極基板２として絶縁体基板を用いる場合は、絶縁体基板表面に薄膜電極を成膜する必要がある。薄膜電極として成膜する物質は、優れた導電性を有し、薄膜形成することが可能であれば特に限定されない。ただし、電子放出素子１に対して、大気中における安定動作を望む場合は、成膜する物質として抗酸化力の高い導電体を用いることが好ましく、貴金属を用いることがより好ましい。
電子放出素子１の用途に応じて、薄膜電極に用いる物質としてスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）も有用である。
また、電極基板２として、絶縁体基板表面に強靭な薄膜電極を形成する必要がある場合は、ガラス基板表面にチタン／銅の二層膜を成膜したものを用いてもよい。この場合の一例として、チタンの膜厚は２００ｎｍとし、銅の膜厚は１０００ｎｍとする。ただし、これら材料および数値に限定されることはない。
（薄膜電極３）
薄膜電極３は、電極基板２と対になり電子加速層４内に電圧を印加するための電極である。したがって、導電電極３に用いる物質は、導電性を有し電圧印加が可能となる物質であれば特に制限されない。ただし、電子放出素子１の動作環境として大気中を想定する場合は、薄膜電極３として、酸化物および硫化物形成反応のない金が最適な物質となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える物質である。
薄膜電極３は、電極基板２と対になり電子加速層４内に電圧を印加するための電極である。したがって、導電電極３に用いる物質は、導電性を有し電圧印加が可能となる物質であれば特に制限されない。ただし、電子放出素子１の動作環境として大気中を想定する場合は、薄膜電極３として、酸化物および硫化物形成反応のない金が最適な物質となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える物質である。
本発明に係る一実施形態の電子放出素子を用いた電子放出装置１０の構成を示す上面図を図１に示す。薄膜電極３は、格子状に配置した複数の薄膜小電極３ａと、隣接する薄膜小電極３ａ同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部９とからなり、図１に示す形状をなす。
ここで、薄膜電極３の膜厚は、電子放出素子１から外部へ電子を効率良く放出させる条件として重要であり、１０〜５５ｎｍの範囲とすることが好ましい。電子放出素子１において、薄膜電極３を平面電極として機能させるための最低膜厚は１０ｎｍである。薄膜電極３の膜厚が１０ｎｍ未満の場合、平面電極として電気的導通を十分に確保できない。一方、電子放出素子１から外部へ電子放出を可能とするために許容される、薄膜電極３の最大膜厚は５５ｎｍである。薄膜電極３の膜厚が５５ｎｍより厚くなると、弾道電子のトンネル確率が著しく減少するため、電子放出素子１から外部への電子放出が不可能となる。
（電子加速層４）
電子加速層４は、絶縁体微粒子５および導電微粒子６から成る。絶縁体微粒子５は単分散であり、かつ整列して充填している。これにより、絶縁体微粒子５間の接点および導通路が均等に生じる。そのため、電子を効率的にトラップしながら伝導させることができ、弾道電子が薄膜電極３下において増産され、多量の電子が放出される。結果、電子放出の効率を向上できる。上記の構造からなる電子放出素子１は、半導電性の輸送特性を示す。
電子加速層４は、絶縁体微粒子５および導電微粒子６から成る。絶縁体微粒子５は単分散であり、かつ整列して充填している。これにより、絶縁体微粒子５間の接点および導通路が均等に生じる。そのため、電子を効率的にトラップしながら伝導させることができ、弾道電子が薄膜電極３下において増産され、多量の電子が放出される。結果、電子放出の効率を向上できる。上記の構造からなる電子放出素子１は、半導電性の輸送特性を示す。
電子加速層４は、絶縁体微粒子５に加えて導電微粒子６を備えている。図２に示すように、導電微粒子６は絶縁体微粒子層内に分散されており、絶縁体微粒子５の表面に付着した状態で存在する。導電微粒子６には、電子加速層４においてトラップされた電子の薄膜電極３下までの移動を補助し、生成される弾道電子数を増加させる効果がある。よって、電子加速層４が導電粒子６を有することにより、さらに電子放出量が高められる。
絶縁体微粒子５の直径（平均径）は５〜１０００ｎｍであることが好ましく、１５〜５００ｎｍであることがより好ましい。これによって、電子加速層４内を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく散逸させることがでる。したがって、電子放出素子１が動作時の発熱により破壊されることを防ぐことができる。さらに、電子加速層４の膜厚を変更することにより、電子放出素子１の抵抗値を任意かつ容易に調整することが可能となる。絶縁体微粒子５に用いる物質としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化チタンといったものが実用的である。販売されている製品としては、例えば日産化学工業株式会社の製造販売するコロイダルシリカが利用可能である。
電子加速層４の層厚は、８〜３０００ｎｍであるのが好ましい。これにより、電子加速層４の表面を平坦化すること、および層厚方向における電子加速層４の抵抗値の制御が可能となる。電子加速層４の層厚は、３０〜１０００ｎｍとすることがより好ましい。
なお、電子加速層４には、導電微粒子６が含まれていてもいなくても良い。すなわち電子加速層４は、少なくとも絶縁体微粒子５が充填された絶縁体微粒子層を備えていればよい。本実施形態において、電子加速層４に含まれる導電微粒子６は、電子放出素子１の電子放出量向上のために加えているものである。適切な量の導電微粒子６を添加することによって、素子内電流を適正な値に制御することができる。これにより、電子放出量を増加させる効果が得られる。なお、添加する導電微粒子６の量が多すぎると、素子内電流のみとなる結果、電子を全く放出しなくなる。一方、添加する導電微粒子６の量が少なすぎると、素子内電流が少なくなる結果、放出される電子の量が少なくなる。
（電子放出素子１の製造方法）
次に、電子放出素子１の製造方法の一実施形態について説明する。電子放出素子１の製造工程は、電極基板２の親水性処理と、電子加速層４の形成と、薄膜小電極３ａと薄膜小電極連結部９とを備える薄膜電極３の成膜とからなる。電極基板２には、金属基板、半導体基板、ならびに絶縁体基板表面に導電性薄膜を成膜したもののいずれかを使用する。
次に、電子放出素子１の製造方法の一実施形態について説明する。電子放出素子１の製造工程は、電極基板２の親水性処理と、電子加速層４の形成と、薄膜小電極３ａと薄膜小電極連結部９とを備える薄膜電極３の成膜とからなる。電極基板２には、金属基板、半導体基板、ならびに絶縁体基板表面に導電性薄膜を成膜したもののいずれかを使用する。
（電子加速層４の形成）
電極基板２の表面に、電子加速層４を形成する。電子加速層４は絶縁体微粒子５を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子６を分散させることによって形成される。電子加速層４において、導電微粒子６は絶縁体微粒子５の表面に付着した状態で存在している。電極基板２の親水性処理と、絶縁体微粒子層の形成と、導電微粒子６の分散方法とを以下に示す。
電極基板２の表面に、電子加速層４を形成する。電子加速層４は絶縁体微粒子５を堆積させた絶縁体微粒子層内に導電微粒子６を分散させることによって形成される。電子加速層４において、導電微粒子６は絶縁体微粒子５の表面に付着した状態で存在している。電極基板２の親水性処理と、絶縁体微粒子層の形成と、導電微粒子６の分散方法とを以下に示す。
（電極基板２の親水性処理と絶縁体粒子層の形成）
電極基板２上に絶縁体微粒子分散液を用いて、絶縁体微粒子５の薄膜を形成する。絶縁体微粒子分散液は、単分散の絶縁体微粒子５を水中に分散させたものである。絶縁体微粒子分散液を電極基板２上に塗布し、薄膜を形成するためにはスピンコート法を用いる。
電極基板２上に絶縁体微粒子分散液を用いて、絶縁体微粒子５の薄膜を形成する。絶縁体微粒子分散液は、単分散の絶縁体微粒子５を水中に分散させたものである。絶縁体微粒子分散液を電極基板２上に塗布し、薄膜を形成するためにはスピンコート法を用いる。
この際、電極基板２の極性に留意する必要がある。一般的に、電極基板２は疎水性であり、絶縁体微粒子分散液は親水性である。電極基板２と絶縁体微粒子分散液との極性が異なるために、素の電極基板２上に絶縁体微粒子分散液を塗布すると、絶縁体微粒子分散液は電極基板２表面において撥水された状態になる。その状態においてスピンコートを実施しても、絶縁体微粒子５は電極基板２上に堆積しない。そこで、絶縁体微粒子分散液の電極基板２への濡れ性を改善するために、電極基板２の表面を親水性に処理する必要がある。電極基板２の表面を親水性処理するためには、電極基板２表面に紫外線処理を施す。紫外線処理の方法に限定はないが、例えば、真空度２０Ｐａ下で電極基板２表面に、紫外線を１０分間照射する。
絶縁体微粒子層を形成するためのスピンコートに用いる絶縁体微粒子分散液の固形分濃度は、１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が好ましい。固形分濃度が１０ｗｔ％未満であると、絶縁体微粒子分散液の粘土が低すぎて電極基板２上に絶縁体微粒子５を堆積することができない。一方、固形分濃度が５０ｗｔ％より高い場合は、絶縁体微粒子分散液の粘度が高すぎるために、絶縁体微粒子５の凝集が起こる。その結果、電極基板２上に平坦な絶縁体微粒子５の薄膜を形成することができない。
電極基板２上に絶縁体微粒子分散液をスピンコートする際の条件に限定はないが、例えば回転数５００回転／分（ｒｐｍ）で５秒間回転させたのち、回転数３０００〜４５００ｒｐｍで１０秒間回転を保持する。絶縁体微粒子分散液の塗布量に限定はないが、例えば０．２ｍＬ／ｃｍ２以上あればよい。この条件で形成した絶縁体微粒子層の膜厚は、電子放出素子１として用いるために適正である。また、絶縁体微粒子層の表面平坦性は、電子放出素子１を作製するために要求される基準を満たしている。
なお、絶縁体微粒子層形成に用いる絶縁体微粒子分散液の例としては、日産化学工業株式会社製の親水性シリカの分散液であるコロイダルシリカＭＰ−４５４０（平均粒子径４５０ｎｍ、４０ｗｔ％）、ＭＰ−３０４０（平均粒子径３００ｎｍ、４０ｗｔ％）、ＭＰ−１０４０（平均粒子径１００ｎｍ、４０ｗｔ％）、スノーテックス２０（平均粒子径１５ｎｍ、２０ｗｔ％）、およびスノーテックスＳＸ（平均粒子径５ｎｍ、２０ｗｔ％）が挙げられる。
（導電微粒子６の分散）
導電微粒子６を絶縁体微粒子層内に分散させるために、上記の方法によって得られた絶縁体微粒子層上に導電微粒子分散液を塗布する。
導電微粒子６を絶縁体微粒子層内に分散させるために、上記の方法によって得られた絶縁体微粒子層上に導電微粒子分散液を塗布する。
導電微粒子分散液は、導電微粒子６を分散溶媒に分散させて調製する。ここで、導電微粒子６の分散方法は特に限定されず、例えば超音波分散器を用いる。この分散溶媒としては、親水性の低い有機溶媒が好ましい。このことにより、導電微粒子分散液を塗布し導電微粒子６が絶縁体微粒子層内に分散する際に、先に形成した親水性の絶縁体微粒子５の配列を乱すことを防止できる。ここで用いる分散溶媒の例としては、トルエン、ベンゼン、キシレン、およびヘキサンなどが挙げられる。
導電微粒子６の表面が、分散溶媒への分散性向上を目的として表面処理されている場合は、その表面処理方法に適した分散溶媒を選択するとよい。例えば、表面がアルコラート処理された導電微粒子６には、分散溶媒としてトルエンまたはヘキサンが好ましい。
また、導電性微粒子分散液として、市販されている導電微粒子６のナノコロイド液も使用可能である。導電微粒子６のナノコロイド液は、導電微粒子６がコロイドを形成しているためにお互いに凝集することがない。よって、導電微粒子６の高い分散性が実現されている。導電微粒子６のナノコロイド液の例としては、株式会社徳力化学研究所が製造販売する白金ナノ粒子コロイド液およびパラジウムナノ粒子コロイド液、ハリマ化成株式会社が製造販売する金ナノ粒子コロイド液、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子、および株式会社イオックスの製造販売するニッケルナノ粒子ペーストなどが挙げられる。
導電微粒子分散液の絶縁体微粒子層上への塗布方法には、例えば、スピンコート法を用いる。スピンコート法以外の塗布方法として、例えば、滴下法、スプレーコート法、噴霧法、およびインクジェット法などを用いることも可能である。
上記の方法により、表面に導電微粒子６が付着した絶縁体微粒子５が平坦に配列した絶縁体微粒子層からなる電子加速層４を得られる。
（薄膜電極３の成膜）
電子放出素子１の製造最終工程として、加速電子層４上に薄膜電極３を成膜する。電子放出素子１の薄膜電極３は、格子状に配置した複数の薄膜小電極３ａと、隣接する薄膜小電極３ａ同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部９とからなり、図１に示す形状をなす。
電子放出素子１の製造最終工程として、加速電子層４上に薄膜電極３を成膜する。電子放出素子１の薄膜電極３は、格子状に配置した複数の薄膜小電極３ａと、隣接する薄膜小電極３ａ同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部９とからなり、図１に示す形状をなす。
電子加速層４上に、薄膜電極３を成膜する方法は、所望の物質を任意の膜厚で成膜できる方法であれば限定されない。成膜方法として、例えばマグネトロンスパッタリング法や、真空蒸着法などが挙げられる。
（リーク欠陥発生時の素子救済方法）
図３に、電子放出素子１のいずれかの場所において、電極基板２と薄膜小電極との両電極間で、電気的に短絡するリーク欠陥１２（電気的短絡）が発生した場合の上面図を示す。このリーク欠陥を含む薄膜小電極を薄膜小電極３ｂとする。電子放出素子１の製造、または検査工程において薄膜電極３のいずれかの面内にリーク欠陥１２が検出された場合、電子放出素子１全体が不良品となる。リーク欠陥１２を有する電子放出素子１を救済（修復）し良品とするためには、リーク欠陥１２を含む薄膜小電極３ｂを、周囲の薄膜小電極３ａから電気的に絶縁（断線）すればよい。
図３に、電子放出素子１のいずれかの場所において、電極基板２と薄膜小電極との両電極間で、電気的に短絡するリーク欠陥１２（電気的短絡）が発生した場合の上面図を示す。このリーク欠陥を含む薄膜小電極を薄膜小電極３ｂとする。電子放出素子１の製造、または検査工程において薄膜電極３のいずれかの面内にリーク欠陥１２が検出された場合、電子放出素子１全体が不良品となる。リーク欠陥１２を有する電子放出素子１を救済（修復）し良品とするためには、リーク欠陥１２を含む薄膜小電極３ｂを、周囲の薄膜小電極３ａから電気的に絶縁（断線）すればよい。
薄膜小電極３ｂと薄膜小電極３ａとの絶縁は、レーザー照射領域１３に薄膜電極２の表面側からレーザーを照射して薄膜小電極連結部９を切断することにより容易に実現できる。この方法により、一部のリーク欠陥１２のために素子全体が不良品になることを容易に防ぐことができる。すなわち、電子放出素子１が、薄膜小電極３ａと薄膜小電極連結部９とからなる薄膜電極３を備えることにより、電子放出素子１の製造段階における歩留まり向上が実現される。
薄膜小電極連結部９を切断するためのレーザーとして、発振波長が１０６４ｎｍのネオジウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザー（ＹＡＧレーザー）を用いるが、所望の特性が得られるのであれば、使用するレーザーは限定されない。
〔実施例１〕
（電子放出素子１）
以下、本発明に係る電子放出素子１の実施例について説明する。
〔実施例１〕
（電子放出素子１）
以下、本発明に係る電子放出素子１の実施例について説明する。
電極基板２として２５ｍｍ×２５ｍｍ角のＩＴＯ基板を用いた。ＩＴＯ基板表面を親水性処理するために、真空度２０Ｐａ下で電極基板２の表面に紫外線を１０分間照射した。
絶縁体微粒子層を形成するための絶縁体微粒子分散液として、日産化学工業株式会社製のコロイダルシリカＭＰ−１０４０（平均粒子径１００ｎｍ、４０ｗｔ％）を用いた。また、その塗布方法にはスピンコート法を用いた。コロイダルシリカＭＰ−１０４０を電極基板２上に１ｍＬ滴下し、回転数を０ｒｐｍから３０００ｒｐｍまで５秒間かけて上昇させたのち、３０００ｒｐｍで１０秒間回転を保持した。
導電微粒子層を形成する導電微粒子６には、応用ナノ研究所株式会社製の平均径１０ｎｍの銀ナノ粒子を用いた。導電微粒子分散液を調製するために、トルエン溶媒３．０ｇと銀ナノ粒子０．５ｇを試薬瓶に投入し超音波分散器に５分間かけた。
この導電微粒子分散液を、スピンコート法を用いて絶縁体微粒子層上に塗布した。導電微粒子層を形成するために、導電微粒子分散液を絶縁体微粒子層上に２ｍＬ滴下し、回転数を０ｒｐｍから３０００ｒｐｍまで５秒間かけて上昇させたのち、３０００ｒｐｍで１０秒間回転を保持した。
以上の製造工程を経て、電極基板２上に絶縁体微粒子層と導電微粒子層とから成る電子加速層４を形成した。本実施例１における電子加速層４の膜厚は７７０ｎｍだった。
最後に、電子加速層４上に金からなる薄膜電極３を成膜した。薄膜電極３は、格子状に配置した薄膜小電極３ａと、薄膜小電極連結部９からなり、図１に示す形状に成形した。薄膜電極３の層厚は４０ｎｍとし、また、薄膜小電極３ａの面積は０．０１ｃｍ２とした。成膜方法には、マグネトロンスパッタリング法を用いた。
このようにして製造された電子放出素子１において、電子加速層４の表面は十分な平坦性を備えていることが確認された。そのことにより、電子放出素子１は、素子表面の全面から効率よく電子を放出する良好な電子放出特性を実現した。
〔実施形態２〕
（帯電装置９０）
図５に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を備えた本発明に係る帯電装置の一例を示す。帯電装置９０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加するための電源７とを備える電子放出装置１０と、感光体ドラム１１とからなる。本発明の一実施形態に係る画像形成装置は、この帯電装置９０を備えている。
（帯電装置９０）
図５に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を備えた本発明に係る帯電装置の一例を示す。帯電装置９０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加するための電源７とを備える電子放出装置１０と、感光体ドラム１１とからなる。本発明の一実施形態に係る画像形成装置は、この帯電装置９０を備えている。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、帯電装置９０における電子放出素子１は、被帯電体である感光体ドラム１１に対向して設置される。電源７を用いて電子放出素子１に電圧を印加することにより、電子放出素子１は電子を放出し感光体ドラム１１の表面を帯電させる。ここで、帯電装置９０に備えられる電子放出素子１は、感光体ドラム１１の表面から、例えば３〜５ｍｍの間隔をもって配置するのが好ましい。また、電子放出素子１への印加電圧は２５Ｖ程度が好ましい。電子放出素子１における電子加速層４は、例えば電源７より２５Ｖの電圧を印加された時に、単位時間当たり１μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるように構成されていればよい。なお、本発明の一実施形態に係る画像形成装置において、帯電装置９０以外の構成部材は従来公知のものを用いればよい。電子放出素子１は電子放出効率が高いため、帯電装置９０は効率よく感光体ドラム１１を帯電させる。
帯電装置９０として用いられる電子放出素子１は、素子外に電界を形成しないので、大気中で動作しても放電を伴わない。したがって、帯電装置９０を大気中にて使用してもオゾンを発生しない。オゾンは人体に有害であり、環境に対する各種規格で規制されている。よって、帯電装置９０がオゾン発生を伴わないことは、画像形成装置の設計において自由度を増すことに功を奏する。従来の帯電装置において、オゾンが装置外に放出されない構造に設計しても、装置内で発生したオゾンは、装置内の有機材料、例えば感光体ドラム１１やベルトなどを酸化し劣化させてしまう。上記の画像形成装置におけるオゾン発生に関する問題を、本発明の一実施形態に係る電子放出素子１を備える電子放出装置１０を帯電装置９０に用いることで解決することができる。
また、帯電装置９０に備えられる電子放出素子１は、素子表面の全面から電子を放出する面電子放出源である。よって、帯電装置９０は感光体ドラム１１の回転方向に対して幅を持って帯電させることを可能とする。このことは、感光体ドラム１１の特定箇所を帯電させる機会を多く有することを意味する。面電子放出源を備える帯電装置９０は、線状で帯電するワイヤ帯電器などと比較して、より均一な帯電を実現する。また、帯電装置９０を用いて感光体ドラム１１を帯電させる際に、電子放出素子１が必要とする印加電圧は１０Ｖ程度である。一方、コロナ放電器を利用したワイヤ帯電器の場合は、感光体ドラムを帯電するために数ｋＶの印加電圧を必要とする。このように、電子放出素子１を備えた帯電装置９０は、コロナ放電器を備えたワイヤ帯電器と比較して、格段に低い印加電圧での動作を実現している。
〔実施形態３〕
（電子線硬化装置１００）
図６に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置１０を備えた電子線硬化装置の一例を示す。電子線硬化装置１００は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とをからなる電子放出装置１０と、放出された電子を加速させる加速電極２１とを備えている。電子線硬化装置１００では、電子放出素子１を電子放出源とし、放出された電子を加速電極２１で加速してレジスト２２へと衝突させる。その結果、レジスト２２は電子線のエネルギーを吸収することで硬化する。
（電子線硬化装置１００）
図６に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置１０を備えた電子線硬化装置の一例を示す。電子線硬化装置１００は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とをからなる電子放出装置１０と、放出された電子を加速させる加速電極２１とを備えている。電子線硬化装置１００では、電子放出素子１を電子放出源とし、放出された電子を加速電極２１で加速してレジスト２２へと衝突させる。その結果、レジスト２２は電子線のエネルギーを吸収することで硬化する。
一般的なレジストを硬化させるために必要とされるエネルギーは１０ｅＶ以下である。放出電子は１０ｅＶ以上のエネルギーを有しているので、レジストを単純に硬化させるという観点においては、電子をさらに加速する必要はない。ただし、電子線のレジストへの浸透深さは電子のエネルギーに依存することが知られている。例えば厚さ１μｍのレジスト２２を厚さ方向に対して完全に硬化させるには、約５ｋＶの加速電圧が必要となる。このように、レジスト２２の膜厚に応じて、必要十分なエネルギーを放出電子に与えるために加速電極２１が必要となる。
従来からある一般的な電子線硬化装置は、電子放出源を真空封止し、電子放出源に高電圧（５０〜１００ｋＶ）を印加することで電子を放出させる。大気中にてレジストを硬化させる場合は、真空相と大気を隔てる電子透過窓を別途設置する必要がある。そして、電子透過窓を通じて真空中より大気中に電子を透過させた後に、電子を被照射物に照射する。この電子照射方法では、放出電子が電子透過窓を透過する際に、大きなエネルギーが電子透過窓に吸収されてしまう。また、電子放出源に電界放出型の素子を用いるために、レジストに到達した電子は必要以上の高エネルギーを有する。そのため、多くの電子がレジストの膜厚を透過してしまい、エネルギー利用効率が低くなる。さらに、電界放出型の電子放出素子は点電子放出源であるため、一度に照射できる範囲が狭くスループットが低い。
これに対し、電子放出装置１０を用いた本発明の一実施形態に係る電子線硬化装置１００は、大気中にて動作可能であり真空封止の必要がない。また、電子放出素子１は電子放出効率が高いため、電子線硬化装置１００は効率よく電子線を照射できる。また、電子透過窓を通さないのでエネルギーのロスも無く、放出電子に対する加速電圧を下げることが可能となる。さらに面電子放出源であるためスループットが格段に高くなる。また、パターンに従って電子を放出させれば、マスクレス露光も可能となる。
〔実施形態４〕
図７〜９に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置１０を備えた本発明に係る自発光デバイス３１、３１ａ、３１ｂの例をそれぞれ示す。
図７〜９に、実施形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出装置１０を備えた本発明に係る自発光デバイス３１、３１ａ、３１ｂの例をそれぞれ示す。
（自発光デバイス３１）
図７に示す自発光デバイス３１は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを備える電子放出装置１０と、電子放出素子１から所定の間隔を有し対向した位置に、基材となるガラス基板３４、ＩＴＯ薄膜３３、および蛍光体３２を備える発光部（発光体）３６と、電源３５とを備える。電源３５は、電子放出素子１における電極基板２と、ＩＴＯ薄膜３３との間に電圧を印加するために自発光デバイス３１に備えられる。
図７に示す自発光デバイス３１は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを備える電子放出装置１０と、電子放出素子１から所定の間隔を有し対向した位置に、基材となるガラス基板３４、ＩＴＯ薄膜３３、および蛍光体３２を備える発光部（発光体）３６と、電源３５とを備える。電源３５は、電子放出素子１における電極基板２と、ＩＴＯ薄膜３３との間に電圧を印加するために自発光デバイス３１に備えられる。
蛍光体３２としては赤、緑、青色発光に対応した電子励起タイプの材料が適している。例えば、赤色蛍光体としてＹ２Ｏ３：Ｅｕ、および（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色蛍光体としてＺｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、青色蛍光体としてＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などが使用可能である。
発光部３６に形成される蛍光体３２の厚みは１μｍ程度が好ましい。また、ＩＴＯ薄膜３３の膜厚は、導電性を確保できる膜厚であれば問題なく、本実施形態では１５０ｎｍとする。蛍光体３２の成膜には、バインダーとなるエポキシ系樹脂と微粒子化した蛍光体粒子との混練物から成る塗布液を準備する。この塗布液を用いて、ＩＴＯ薄膜３３上にバーコーター法あるいは滴下法などの公知な方法で成膜するとよい。
蛍光体３２の発光輝度を上げるためには、電子放出素子１から放出された電子を蛍光体へ向けて加速する必要がある。そのために電源３５を用いて、電極基板２とＩＴＯ薄膜３３との間に電圧を印加し、電子放出素子１から放出された電子を加速する。このとき、蛍光体３２と電子放出素子１との間隔は０．３〜１ｍｍが好ましい。また、電源７からの電子放出素子１への印加電圧は１８Ｖ、電源３５からの電極基板２とＩＴＯ薄膜３３とへの印加電圧は５００〜２０００Ｖが好ましい。
（自発光デバイス３１ａ）
図８に示す自発光デバイス３１ａは、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とさらに蛍光体３２とを備えている。自発光デバイス３１ａでは、蛍光体３２は平面状であり、電子放出素子１の上部電極表面に配置されている。ここで、蛍光体３２の層は、微粒子化した蛍光体粒子とバインダーであるエポキシ系樹脂とからなる塗布液を用いて、電子放出素子１の上部電極表面に成膜される。ただし、電子放出素子１そのものは外力に対して弱い構造なので、バーコーター法による成膜手段を利用すると素子が壊れる恐れがある。このため、蛍光体３２の層を成膜する方法としては、滴下法またはスピンコート法などが適している。
図８に示す自発光デバイス３１ａは、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とさらに蛍光体３２とを備えている。自発光デバイス３１ａでは、蛍光体３２は平面状であり、電子放出素子１の上部電極表面に配置されている。ここで、蛍光体３２の層は、微粒子化した蛍光体粒子とバインダーであるエポキシ系樹脂とからなる塗布液を用いて、電子放出素子１の上部電極表面に成膜される。ただし、電子放出素子１そのものは外力に対して弱い構造なので、バーコーター法による成膜手段を利用すると素子が壊れる恐れがある。このため、蛍光体３２の層を成膜する方法としては、滴下法またはスピンコート法などが適している。
（自発光デバイス３１ｂ）
図９に示す自発光デバイス３１ｂは、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを備えており、この構成は電子放出装置１０と同様である。これに加えて、自発光デバイス３１には、電子放出素子１の電子加速層４に蛍光体微粒子を混合している。この場合、絶縁体微粒子５の一部を代替して、蛍光体微粒子を混合してもよい。
図９に示す自発光デバイス３１ｂは、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを備えており、この構成は電子放出装置１０と同様である。これに加えて、自発光デバイス３１には、電子放出素子１の電子加速層４に蛍光体微粒子を混合している。この場合、絶縁体微粒子５の一部を代替して、蛍光体微粒子を混合してもよい。
自発光デバイス３１ｂにおける発光輝度を向上するためには、電子加速層４における蛍光体微粒子の絶縁体微粒子５に対する混合比率を高くしたい。しかし、以下に示す理由により、その混合比率はある上限をもって制限される。一般的に、蛍光体微粒子は低い抵抗率を有する。そのため、電子加速層４において蛍光体微粒子の混合比率が増加していくと、電子加速層４の抵抗率は減少していく。電子加速層４が電子加速層として機能するためには、所定の抵抗率より高い抵抗率を有する必要がある。以上の理由によって、電子加速層４において絶縁体微粒子５の一部に代替して蛍光体微粒子を混合する場合、その混合比には最適値が存在する。例えば、絶縁体微粒子５として球状シリカ粒子（平均径１１０ｎｍ）、蛍光体微粒子としてＺｎＳ：Ｍｇ（平均径５００ｎｍ）を用いた場合、その重量混合比は３：１程度が最適となる。
（自発光デバイスのまとめ）
上記自発光デバイス３１，３１ａでは、電子放出素子１より放出させた電子が蛍光体３２に衝突することで自発光デバイスとなる。上記自発光デバイス３１ｂでは、電子加速層４内で加速された電子が蛍光体微粒子に衝突することで自発光デバイスとなる。
上記自発光デバイス３１，３１ａでは、電子放出素子１より放出させた電子が蛍光体３２に衝突することで自発光デバイスとなる。上記自発光デバイス３１ｂでは、電子加速層４内で加速された電子が蛍光体微粒子に衝突することで自発光デバイスとなる。
電子放出素子１は電子放出効率が高いため、自発光デバイス３１，３１ａ，３１ｂは、効率よく発光を行える。なお、自発光デバイス３１，３１ａ，３１ｂは、電子放出源として電子放出素子１を用いているため、大気中における動作が可能であるが、真空封止することにより電子放出電流が上がり、さらに高効率な発光を実現する。
（画像表示装置１４０）
本発明の一実施形態に係る自発光デバイスを備えた画像表示装置の一例を図１０に示す。画像表示装置１４０は、自発光デバイス３１ｂと液晶パネル３３０とを備えている。画像表示装置１４０では、自発光デバイス３１ｂを液晶パネル３３０の後方に設置し、バックライトとして用いる。自発光デバイス３１ｂを画像表示装置１４０に用いる場合、電源７による自発光デバイス３１ｂへの印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましい。また、自発光デバイス３１ｂは、２０〜３５Ｖの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるように構成されていればよい。また、自発光デバイス３１ｂと液晶パネル３３０との距離は、０．１ｍｍ程度が好ましい。
本発明の一実施形態に係る自発光デバイスを備えた画像表示装置の一例を図１０に示す。画像表示装置１４０は、自発光デバイス３１ｂと液晶パネル３３０とを備えている。画像表示装置１４０では、自発光デバイス３１ｂを液晶パネル３３０の後方に設置し、バックライトとして用いる。自発光デバイス３１ｂを画像表示装置１４０に用いる場合、電源７による自発光デバイス３１ｂへの印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましい。また、自発光デバイス３１ｂは、２０〜３５Ｖの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるように構成されていればよい。また、自発光デバイス３１ｂと液晶パネル３３０との距離は、０．１ｍｍ程度が好ましい。
（その他の画像表示装置）
また、自発光デバイス３１をマトリックス状に配置することによって、新規な画像表示装置を実現する。この画像表示装置は、電子放出素子より放出された電子による蛍光体の発光を利用しており、広義の意味での電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）といえる。この場合、電源７による自発光デバイス３１への印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましい。自発光デバイス３１は、２０〜３５Ｖの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるように構成されていればよい。
また、自発光デバイス３１をマトリックス状に配置することによって、新規な画像表示装置を実現する。この画像表示装置は、電子放出素子より放出された電子による蛍光体の発光を利用しており、広義の意味での電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）といえる。この場合、電源７による自発光デバイス３１への印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましい。自発光デバイス３１は、２０〜３５Ｖの電圧を印加された際に、例えば単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるように構成されていればよい。
〔実施形態５〕
実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を利用した本発明に係る送風装置の例を示す。以下では、本願発明に係る送風装置を、冷却装置として用いた場合について説明する。しかし、送風装置の利用は冷却装置に限定されることはない。
実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を利用した本発明に係る送風装置の例を示す。以下では、本願発明に係る送風装置を、冷却装置として用いた場合について説明する。しかし、送風装置の利用は冷却装置に限定されることはない。
（送風装置１５０，送風装置１６０）
従来の送風装置あるいは冷却装置のように、送風のみを用いて被冷却体を冷却する場合、被冷却体の表面における空気の流速が０となる。すなわち、被冷却体から最も熱を奪える部分の空気が置換されず冷却効率が悪い。この問題を解消するためには、被冷却体に通常の空気ではなく、電子やイオンといった荷電粒子を含んだ空気を送風することが効果的である。なぜなら、被冷却体近傍に送風された荷電粒子を含んだ空気は、静電的な力によって被冷却体表面に引き寄せられ、すでに被冷却体表面に存在していた空気と置換されるからである。
従来の送風装置あるいは冷却装置のように、送風のみを用いて被冷却体を冷却する場合、被冷却体の表面における空気の流速が０となる。すなわち、被冷却体から最も熱を奪える部分の空気が置換されず冷却効率が悪い。この問題を解消するためには、被冷却体に通常の空気ではなく、電子やイオンといった荷電粒子を含んだ空気を送風することが効果的である。なぜなら、被冷却体近傍に送風された荷電粒子を含んだ空気は、静電的な力によって被冷却体表面に引き寄せられ、すでに被冷却体表面に存在していた空気と置換されるからである。
本発明に係る電子放出装置１０を備えた、本発明の一実施形態に係る送風装置の例を以下に示す。
図１１に示す送風装置１５０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とからなる電子放出装置１０を備える。送風装置１５０において、電子放出装置１０は電気的に接地された被冷却体４１に向かって電子を放出する。このことにより、イオン風を発生させて被冷却体４１を冷却する。この場合、電子放出素子１への印加電圧は１８Ｖ程度が好ましい。また、電子放出素子１は電圧１８Ｖを印加された際に、例えば単位時間当たり１μＡ／ｃｍ２の電子を放出するように構成されていることが好ましい。
図１２に示す送風装置１６０は、図１０に示す送風装置１５０に、さらに送風ファン４２を組み合わせたものである。電子放出装置１０が電気的に接地された被冷却体４１に向かって電子を放出し、イオン風を発生させる。さらに送風ファン４２が被冷却体４１に向かって送風することで送風装置１６０は被冷却体４１を冷却する。この場合、送風ファン４２による風量は、０．９〜２Ｌ／（分・ｃｍ２）とするのが好ましい。
本発明の一実施形態に係る送風装置１５０および送風装置１６０では、送風する空気中に電子やイオンといった荷電粒子を含んでいるので、送風のみによる冷却装置と比較して、冷却効率の格段の向上を実現する。さらに、電子放出素子１は電子放出効率が高いため、送風装置１５０および送風装置１６０は、さらに高効率な冷却が可能となる。また、送風装置１５０および送風装置１６０は大気中における長時間の動作も可能である。
本発明の一実施形態に係る電子放出素子の修復方法は、上記の課題を解決するために、
上述した電子放出素子における電気的短絡を修復する電子放出素子の修復方法であって、
上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極部と他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを特徴としている。
上述した電子放出素子における電気的短絡を修復する電子放出素子の修復方法であって、
上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極部と他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを特徴としている。
上記の構成によれば、電子放出素子の薄膜電極に生じたリーク欠陥（電気的短絡）を容易に修復できる効果を奏する。
また、上記加速層は少なくとも絶縁体微粒子からなる絶縁体微粒子層を備えている。上記絶縁体微粒子層が単分散の絶縁体微粒子からなり、かつ整列して充填していると、絶縁体微粒子間の接点および導通路が均等に生じる。
そのため、電子を効率的にトラップしながら伝導させることができ、弾道電子が薄膜電極下において増産され、多量の電子が放出される。したがって、本発明に係る電子放出素子は、電子放出効率の向上に効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る電子放出素子において、上記電子加速層を構成する絶縁体微粒子には、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化チタンの少なくとも１つを含んでいてもよい。これらの物質の抵抗率（絶縁性）が高いことにより、上記電子加速層の抵抗値を任意の範囲に制御することが可能となる。
また、ここで用いる絶縁体微粒子の平均径は、５〜１０００ｎｍであるのが好ましい。さらに好ましくは、上記絶縁体微粒子の平均径を１５〜５００ｎｍとすることにより、素子内を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく逃がすことができ、電子放出素子が熱により破壊されることを防ぐことができる。さらに、上記電子加速層における抵抗値の制御を容易にすることができる。
本発明の一実施形態に係る電子放出素子においては、上記構成に加え、上記電子加速層の層厚は、８〜３０００ｎｍであるのが好ましい。これにより、電子加速層の表面を平坦化すること、および層厚方向における電子加速層の抵抗値の制御が可能となる。また、上記電子加速層の層厚は、３０〜１０００ｎｍとすることがより好ましい。
本発明の一実施形態に係る電子放出装置は、上記いずれか１つの電子放出素子と、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部とを備えることを特徴としている。
上記構成によると、電気的導通を確保して十分な素子内電流を流し、薄膜電極から弾道電子を効率よく安定して放出させることができる。
さらに、本発明の一実施形態に係る電子放出素子を自発光デバイス、および、この自発光デバイスを備えた画像表示装置に用いることにより、安定かつ長寿命な面発光を実現する自発光デバイスを提供することができる。
また、本発明の一実施形態に係る電子放出素子を送風装置あるいは冷却装置に用いることにより、放電を伴わない送風装置、および冷却装置を実現する。送風装置、および冷却装置が放電を伴わずに動作することにより、オゾンや窒素酸化物を始めとする有害な物質を発生することなく被冷却体を冷却する。また、荷電粒子による被冷却体表面におけるスリップ効果を利用することにより、被冷却体を高効率に冷却できる効果を奏する。
また、本発明の一実施形態に係る電子放出素子は、帯電装置、および該帯電装置を備えた画像形成装置に用いられることにより、放電を伴わない帯電装置、および画像形成装置を実現する。放電を伴わないことにより、オゾンや窒素酸化物を始めとする有害な物質を発生させることなく、長期間安定して被帯電体を帯電させることが可能となる。
また、本発明の一実施形態に係る電子放出素子は、面電子放出源であるという特徴を備える。従来の電界電子放出素子が点電子放出源であることに対し、上記電子放出素子は、一度に広範囲に電子を照射することを可能とする。電子線硬化装置に上記電子放出素子を用いることにより、二次元的に電子線を照射しレジストを硬化することを可能とする。また、マスクレス化が図れ、低価格化・高スループット化を実現することができる。
また、本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法においては、上記電子加速層を形成する工程内に、上記絶縁体微粒子からなる絶縁体微粒子層を上記電極基板上に形成する工程を含んでいる。
上記絶縁体微粒子層の形成において、絶縁体微粒子を水中に分散した絶縁体微粒子分散液をスピンコート法を用いて電極基板上に塗布して絶縁体微粒子層を形成する絶縁体微粒子層形成工程を含むことを特徴としている。
絶縁体微粒子層の形成においてスピンコート法を用いることにより、絶縁体微粒子を簡便に広範囲に塗布することができる。よって、広範囲にわたって電子放出する必要のあるデバイスに好適に用いることができる。
本発明は、上述した各実施形態および各実施例に限定されるものではなく、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形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
本発明に係る電子放出素子は、電気的導通を確保して十分な素子内電流を流し、薄膜電極から弾道電子を放出させることが可能である。よって、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、およびファクシミリなどの画像形成装置の帯電装置に適用可能である。また、電子線硬化装置、蛍光体と組み合わせることにより画像表示装置、および放出された電子が発生させるイオン風を利用する冷却装置などに、適用することができる。
１ 電子放出素子
２ 電極基板
３ 薄膜電極
３ａ 薄膜小電極
３ｂ リーク欠陥１２を含む薄膜小電極
４ 電子加速層
５ 絶縁体微粒子
６ 導電微粒子
７ 電源（電源部）
９ 薄膜小電極連結部
１０ 電子放出装置
１１ 感光体ドラム
１２ リーク欠陥
１３ レーザー照射領域
２１ 加速電極
２２ レジスト
３１，３１ａ，３１ｂ 自発光デバイス
３２ 蛍光体（発光体）
３３ ＩＴＯ薄膜
３４ ガラス基板
３５ 電源
３６ 発光部
４１ 被冷却体
４２ 送風ファン
９０ 帯電装置
１００ 電子線硬化装置
１４０ 画像表示装置
１５０ 送風装置
１６０ 送風装置
２００ 従来の電子放出素子
２１０ 従来の薄膜電極
３３０ 液晶パネル
２ 電極基板
３ 薄膜電極
３ａ 薄膜小電極
３ｂ リーク欠陥１２を含む薄膜小電極
４ 電子加速層
５ 絶縁体微粒子
６ 導電微粒子
７ 電源（電源部）
９ 薄膜小電極連結部
１０ 電子放出装置
１１ 感光体ドラム
１２ リーク欠陥
１３ レーザー照射領域
２１ 加速電極
２２ レジスト
３１，３１ａ，３１ｂ 自発光デバイス
３２ 蛍光体（発光体）
３３ ＩＴＯ薄膜
３４ ガラス基板
３５ 電源
３６ 発光部
４１ 被冷却体
４２ 送風ファン
９０ 帯電装置
１００ 電子線硬化装置
１４０ 画像表示装置
１５０ 送風装置
１６０ 送風装置
２００ 従来の電子放出素子
２１０ 従来の薄膜電極
３３０ 液晶パネル
Claims (16)
- 電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間において電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子であって、
上記電極基板と上記薄膜電極との間には、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層が設けられており、
上記薄膜電極は、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備えることを特徴とする電子放出素子。 - 上記絶縁体微粒子は単分散であり、かつ整列して充填していることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化チタンの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出素子。
- 上記絶縁体微粒子の平均径は、５〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
- 上記電子加速層の層厚は、８〜３０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子放出素子と、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部とを備えたことを特徴とする電子放出装置。
- 請求項６に記載の電子放出装置と発光体とを備え、該電子放出装置から電子を放出して該発光体を発光させることを特徴とする自発光デバイス。
- 請求項７に記載の自発光デバイスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
- 請求項６に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して送風することを特徴とする送風装置。
- 請求項６に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。
- 請求項６に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して感光体を帯電することを特徴とする帯電装置。
- 請求項１１に記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項６に記載の電子放出装置を備えたことを特徴とする電子線硬化装置。
- 電極基板と薄膜電極とを備え、当該電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって、当該電極基板と薄膜電極との間で電子を加速させて、当該薄膜電極から放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電極基板上に、少なくとも絶縁体微粒子からなる電子加速層を形成する工程と、
上記電子加速層上に、格子状に配置された複数の薄膜小電極と、隣接する薄膜小電極同士を縦横に連結する薄膜小電極連結部とを備える薄膜電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 上記加速層を形成する工程が、上記絶縁体微粒子からなる絶縁体微粒子層を上記電極基板上に形成する工程をさらに含んでおり、
上記絶縁体微粒子層は、水中に上記絶縁体微粒子を分散させて得られる絶縁体微粒子分散液を、スピンコート法を用いて上記電極基板上に塗布することによって、上記絶縁体微粒子層を形成すること、を特徴とする請求項１４に記載の電子放出素子の製造方法。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子における電気的短絡を修復する電子放出素子の修復方法であって、
上記電極基板と、上記複数の薄膜小電極のいずれかとの間において電気的短絡が発生した場合、電気的短絡が発生した上記薄膜小電極と他の上記薄膜小電極とを連結する上記薄膜小電極連結部に上記薄膜電極の表面側からレーザー照射することによって、該薄膜小電極連結部を電気的に断線させることを特徴とする、電子放出素子の修復方法。
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