TWI386963B - 電子放出元件、電子放出裝置、自發光裝置、圖像顯示裝置、送風裝置、冷卻裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子束硬化裝置及電子放出元件之製造方法 - Google Patents

Description

電子放出元件、電子放出裝置、自發光裝置、圖像顯示裝置、送風裝置、冷卻裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子束硬化裝置及電子放出元件之製造方法

本發明係關於一種可藉由施加電壓而使電子放出之電子放出元件者。

作為先前之電子放出元件，已知有Spindt型電極、碳奈米管(CNT，Carbon Nano-tube)型電極等。此類電子放出元件例如於FED(Field Emission Display，場發射顯示器)之領域中得以應用研究。此類電子放出元件係對尖銳形狀部施加電壓而形成約1GV/m之強電場，並藉由穿隧效應而放出電子。

而且，先前以來，存在有欲使上述電子放出元件於大氣中動作之要求，例如，存在有欲應用於帶電裝置或靜電潛像形成裝置之設想。在Spindt型電極之電子放出元件之例中，提出有如下示例：使其於大氣中動作，且於大氣中放出電子，並使氣體分子電離而產生作為帶電粒子之離子，從而形成靜電潛像(例如，參照專利文獻1)，或者給出使碳奈米管型電極之電子放出元件於大氣中動作之研究成果的報告(例如，參照非專利文獻1)。

然而，該等兩種類型之電子放出元件中，如上所述電子放出部表面附近為強電場，故而所放出之電子在電場之作用下會獲得較大的能量而導致氣體分子容易電離。因氣體分子之電離而產生之陽離子在強電場之作用下會向元件之表面方向加速碰撞，從而存在因濺鍍而引起元件損壞的問題。又，大氣中之氧之解離能低於電離能，故而在產生離子之前會產生臭氧。臭氧對人體有害，而且其較強的氧化力會導致多種物質氧化，因此存在對元件周圍之構件造成損害的問題，為了避免上述問題而產生如下限制，即，周邊構件必須使用抗臭氧性高的材料。

另一方面，作為與上述類型不同之其他的電子放出元件，已知有MIM(Metal Insulator Metal，金屬絕緣體金屬)型或MIS(Metal Insulator Semiconductor，金屬絕緣體半導體)型之電子放出元件。該等電子放出元件係利用元件內部之量子尺寸效應及強電場而使電子加速、從而使電子自平面狀的元件表面放出之面放出型電子放出元件。該等電子放出元件使元件內部已加速之電子放出，故而元件外部無需強電場。因此，於MIM型及MIS型電子放出元件中，能夠克服上述Spindt型或CNT型、BN型電子放出元件因氣體分子之電離所產生之濺鍍而受到破壞的問題、或者產生臭氧的問題。

例如，作為利用有經半導體之陽極氧化處理所形成之多孔半導體(例如多孔矽)之量子尺寸效應、且屬於上述MIS型的電子放出元件，提出有使注入至多孔半導體中之電子在電場中加速，並藉由穿隧效應使得該電子穿過表面金屬薄膜而於真空中放出者(例如，參照專利文獻2)。進而，該多孔半導體之電子放出元件具有以下較大的優點：能夠以陽極氧化該極其簡便、廉價的製造方法來製造元件。

另外，已知有以下電子放出元件，即，使以絕緣層覆蓋半導體微粒子或者金屬微粒子之外側所得者反覆積層而形成(例如，參照專利文獻3)。

[專利文獻1]日本公開專利公報「特開平6-255168號公報」(1994年9月13日公開)」

[專利文獻2]日本公開專利公報「特開平8-250766號公報1996年9月27日公開」」

[專利文獻3]日本公開專利公報「特開平9-7499號公報(1997年1月10日公開)」

[非專利文獻1]山口及其他三人著「利用碳奈米管的圖像記錄用高效電子束源之開發」，Japan Hardcopy97論文集，日本圖像學會，1997年7月，p221-224

然而，當使MIM型或MIS型的上述先前之電子放出元件於大氣中動作時，會新產生如下問題：各種氣體分子吸附於元件表面，從而使半導體之電性特性等變質，且使電子放出電流減少。特別是形成無法避免因大氣中之氧而導致半導體氧化劣化該較大的問題。

於該等元件內部使電子加速的MIM型或MIS型的先前之電子放出元件之表面擔負有向元件內部施加電場之上部電極之任務，一般而言其係由金屬薄膜所構成。而且，MIM型或MIS型的先前之電子放出元件之表面亦擔負有使元件內部已加速之電子穿隧金屬薄膜而向真空中放出之任務，金屬薄膜之膜厚越薄，則元件內部已加速之電子的穿隧機率越高、且電子放出量越多。因此，可謂金屬薄膜之膜厚較薄時較佳，但若金屬薄膜之膜厚過分薄，則難以形成緻密的膜，從而對氣體分子之阻隔效果幾乎消失。由此，當於大氣中使電子放出元件動作時，將產生以下問題：氣體分子會侵入到內部之半導體層，使得半導體之電性特性變質，且使電子放出電流減少。

該結果，對於以半導體微粒子或金屬微粒子為核心、且以絕緣層覆蓋其外側而成的微粒子反覆積層所得的電子放出元件而言，無法在大氣中穩定地產生電子，特別是當絕緣層係由半導體微粒子或者金屬微粒子之氧化膜所構成時，大氣中之氧會促進微粒子氧化，從而致使氧化膜之膜厚增加。該氧化膜之膜厚增加會使電子之穿隧機率下降，最終導致電子放出停止。

又，另一方面，具有電子可穿隧之程度之膜厚之絕緣膜的電阻值很低，在元件內流動有過多電流時會引起絕緣破壞、或者產生發熱，從而出現以下問題：對微粒子或絕緣層造成損壞，導致元件受到破壞。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種不僅於真空中而且於大氣壓中亦能放出穩定的電子，且可抑制伴隨電子放出而產生臭氧或NOx等有害物質的電子放出元件等。

為解決上述問題，本發明之電子放出元件之特徵在於：其係具有電極基板與薄膜電極，藉由向該電極基板與薄膜電極之間施加電壓，使電子在該電極基板與薄膜電極之間加速，而使該電子自該薄膜電極放出，且在上述電極基板與上述薄膜電極之間設有電子加速層，該電子加速層包含：由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子、及較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質。

根據上述構成，在電極基板與薄膜電極之間設有電子加速層，該電子加速層包含由導電體形成且抗氧化力高的導電微粒子、及較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質。此處所謂之抗氧化力高，係指氧化物形成反應低。表示由一般熱力學計算所求得之氧化物生成自由能之變化量ΔG[kJ/mol]值為負越大，越容易引起氧化物之生成反應。本發明中，符合ΔG>-450[kJ/mol]以上之金屬元素適合作為抗氧化力高的導電微粒子。而且，於適合的導電微粒子之周圍附著或者包覆較該導電微粒子之尺寸更小的絕緣體物質而更難以引起氧化物之生成反應之狀態下的導電微粒子亦包含於抗氧化力高的導電微粒子中。

該電子加速層係絕緣體物質與抗氧化力高的導電微粒子緻密地集合之薄膜的層，具有半導電性。若向該半導電性之電子加速層施加電壓，則電流在電子加速層內流動，其一部分藉由施加電壓形成之強電場成為彈道電子而被放出。

而且，因使用抗氧化力高的導電體作為導電微粒子，故難以產生伴隨大氣中之氧所造成的氧化而使元件劣化，因此於大氣壓中亦能夠穩定地動作。

另外，上述絕緣體物質及導電性微粒子能夠調整電子加速層中的電阻值及彈道電子之生成量，故而能夠控制電子加速層內流動之電流值及電子放出量。再者，上述絕緣體物質亦可具有高效地釋放在電子加速層流動之電流所產生之焦耳熱的作用，故而能防止電子放出元件受到熱破壞。

本發明之電子放出元件具有上述構成，從而不僅於真空中而且於大氣壓中動作亦不會伴有放電，因此幾乎不會生成臭氧或NOx等有害物質，且不會使電子放出元件氧化劣化。因此，本發明之電子放出元件之壽命長，且於大氣中亦能長時間連續動作。因此，根據本發明，可提供一種不僅於真空中而且於大氣壓中亦能穩定地放出電子，且抑制臭氧或NOx等有害物質產生的電子放出元件。

本發明之另外其他目的、特徵及優點由以下所示之記載當可充分瞭解。另外，本發明之利益根據參照附圖之以下說明當可明確瞭解。

以下，一面參照圖1至圖17，一面對本發明之電子放出元件之實施形態進行具體說明。再者，以下記述之實施形態及實施例僅為本發明之具體之一例，本發明並非係由該等實施形態及實施例所限定者。

[實施形態1]

圖1係表示本發明之電子放出元件之一實施形態之構成的示意圖。如圖1所示，本實施形態之電子放出元件1包括：作為下部電極之基板(電極基板)2、上部電極(薄膜電極)3、以及夾在基板(電極基板)2與上部電極(薄膜電極)3之間的電子加速層4。而且，基板2與上部電極3均連接於電源7，從而可向相互相對而配置的基板2與上部電極3之間施加電壓。電子放出元件1藉由向基板2與上部電極3之間施加電壓而使得基板2與上部電極3之間、亦即電子加速層4上有電流流動，其一部分在形成施加電壓之強電場之作用下成為彈道電子且穿透上部電極3、或者自上部電極3之間隙放出。再者，由電子放出元件1與電源7而形成電子放出裝置。

作為下部電極之基板2，擔負有電子放出元件之支持體的任務。因此，只要為具有某種程度之強度、與其直接接觸之物質間的接著性良好、且具有適當的導電性者便可使用，並無特別限制。可列舉例如：SUS或Ti、Cu等金屬基板；Si或Ge、GaAs等半導體基板；玻璃基板之類的絕緣體基板；塑膠基板等。當使用例如玻璃基板之類的絕緣體基板時，會在其與該電子加速層4之界面上附著有金屬等的導電性物質作為電極，從而該絕緣體基板可用作成為下部電極之基板2。作為上述導電性物質，只要可使用磁控濺鍍等方法將導電性優異之貴金屬系材料形成薄膜，則其構成材料並不特別成問題。而且，作為氧化物導電材料，廣泛用於透明電極中之ITO薄膜亦為有用。又，在可形成強靭之薄膜之方面，例如可使用於玻璃基板表面成膜有200nm之Ti膜、進而於其上重疊而成膜有1000nm之Cu膜之金屬薄膜，但並不限於上述材料及數值。

上部電極3係向電子加速層4內施加電壓者。因此只要為能施加電壓之材料便可使用，並無特別限制。但是，從使電子加速層4內經加速而達到高能量之電子儘量無能量損耗地穿透而放出的觀點而言，只要為功函數低且可形成薄膜之材料，便可期待更高之效果。作為此種材料，可列舉例如功函數相當於4~5eV之金、銀、碳、鎢、鈦、鋁、鈀等。其中，在設定了大氣壓中之動作的情況下，沒有氧化物及硫化物形成反應之金會成為最佳材料。另外，氧化物形成反應相對比較小的銀、鈀、鎢等亦為耐實用之材料而沒有問題。又，上部電極3之膜厚較為重要，其係作為使電子自電子放出元件1向外部高效放出之條件，較好的是高10~55nm之範圍。用以使上部電極3作為平面電極而發揮功能之最低膜厚為10nm，未滿該厚度之膜厚則無法確保電性導通。另一方面，用以使電子自電子放出元件1向外部放出之最大膜厚為55nm，超出該厚度則會導致彈道電子無法穿透，於上部電極3上，會產生因彈道電子之吸收或者反射而對電子加速層4之再捕獲。

電子加速層4含有由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子、以及相較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質即可。本實施形態中，上述導電微粒子係作為金屬微粒子6而說明。又，本實施形態中，上述絕緣體物質係作為相較金屬微粒子6之平均徑更大之平均徑的微粒子、即絕緣體之微粒子5而說明。然而，電子加速層4之構成並不限定於上述者，亦可為如下形態：例如，上述絕緣體物質於基板2上形成層，且具有貫通於層之厚度方向的複數個開口部，並且於該開口部內收容有導電微粒子。

本實施形態中，於電子加速層4中，含有絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6。因此，以下將電子加速層4記作微粒子層4。

此處，作為金屬微粒子6之金屬種，從生成彈道電子之動作原理而言可使用任意的金屬種。但是，為了避免於大氣壓中動作時的氧化劣化，必須使用抗氧化力高的金屬，較好的是貴金屬，可列舉例如金、銀、鉑、鈀、鎳等材料。如此之金屬微粒子6可使用眾所周知的微粒子製造技術、即濺鍍法或噴霧加熱法而製作，亦可利用應用奈米研究所製造銷售的銀奈米粒子等市售的金屬微粒子粉體。關於彈道電子之生成原理，記載於下文中。

此處，因必須控制導電性，故金屬微粒子6之平均徑必須小於以下說明的絕緣體之微粒子5之尺寸，更好的是3~10nm。如上所述，使金屬微粒子6之平均徑小於絕緣體之微粒子5之粒徑，較好的是設為3~10nm，藉此，於微粒子層4內不會形成金屬微粒子6之導電通路，從而難以引起微粒子層4內之絕緣破壞。又，原理上有較多不明確之處，但藉由使用粒徑為上述範圍內之金屬微粒子6而高效地生成彈道電子。

再者，於金屬微粒子6之周圍，亦可存在相較金屬微粒子6之尺寸更小的絕緣體物質，相較金屬微粒子6之尺寸更小的絕緣體物質可為附著於金屬微粒子6之表面上的附著物質，附著物質可為絕緣被膜，其係作為相較金屬微粒子6之平均徑更小之形狀的集合體而包覆金屬微粒子6之表面。作為相較金屬微粒子6之尺寸更小的絕緣體物質，從生成彈道電子之動作原理而言可使用任意的絕緣體物質。但是，尺寸小於金屬微粒子6之絕緣體物質係包覆金屬微粒子6之絕緣被膜，當根據金屬微粒子6之氧化被膜而提供了絕緣被膜時，可能會因大氣中之氧化劣化而導致氧化被膜之厚度為所需之膜厚以下而變厚，因此，為避免大氣壓中動作時的氧化劣化，較好的是由有機材料所形成之絕緣被膜，可列舉例如醇化物、脂肪酸、烷類硫醇等材料。可謂該絕緣被膜之厚度較薄時較為有利。

關於絕緣體之微粒子5，其材料只要係具有絕緣性者便可使用，並無特別限制。但是，如下述之實驗結果所示，構成微粒子層4之所有微粒子中的絕緣體之微粒子5之重量比例為80~95%，而且，為了獲得相對於金屬微粒子6更優異的散熱效果，絕緣體之微粒子5之尺寸較好的是相較金屬微粒子6之直徑更大，絕緣體之微粒子5之直徑(平均徑)較好的是10~1000nm，更好的是12~110nm。因此，絕緣體之微粒子5之材料中的SiO₂ 、Al₂ O₃ 、TiO₂ 較為實用。但是，當使用經過表面處理之小粒徑矽粒子時，與使用粒徑大於其之球狀矽粒子時相比，溶劑中所占的矽粒子之表面積有所增加，且溶液黏度有所上升，故而具有微粒子層4之膜厚會有少許增加之傾向。而且，關於絕緣體之微粒子5之材料，可使用由有機聚合物所形成之微粒子，例如，可利用JSR股份有限公司製造銷售的由苯乙烯/二乙烯苯所形成之高交聯微粒子(SX8743)、或者日本塗料股份有限公司(NIPPONPAINT Co.,Ltd.)製造銷售的苯乙烯‧丙烯酸微粒子之細球體(Fine Sphere)系列。此處，絕緣體之微粒子5可使用兩種以上之不同的粒子，且亦可使用粒徑之峰值不同的粒子，或者還可使用單一粒子且粒徑分布較廣者。

另外，形成絕緣體之作用並不依賴於微粒子之形狀，故而作為上述絕緣體物質，可使用由有機聚合物所構成之片狀基板、或者以任意方法塗佈絕緣體物質而形成之絕緣體層。但是，該片狀基板或絕緣體層上必須具有貫通於厚度方向之複數個微細孔。作為滿足如此之條件的片狀基板材料，有用的是例如沃特曼(Whatman)日本股份有限公司製造銷售的薄膜過濾器Nuclepore(聚碳酸酯製)。

微粒子層4越薄，則越會產生強電場，故藉由施加低電壓而可使電子加速，但從能夠使電子加速層之層厚均勻化、且能夠進行層厚方向上的電子加速層之電阻調整等角度而言，微粒子層4之層厚較好的是12~6000nm，更好的是300~6000nm。

繼而，對電子放出之原理進行說明。圖2係放大表示電子放出元件1之微粒子層4附近之剖面的示意圖。如圖2所示，微粒子層4之大部分係由絕緣體之微粒子5所構成，其間隙內散布有金屬微粒子6。圖2中的絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6之比率為與下述比率相當之狀態，即，絕緣體之微粒子5之重量相對於絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6之總重量的重量比率為80%，且絕緣體之微粒子5中的每一粒子上所附著的金屬微粒子6為六個粒子左右。

微粒子層4係由絕緣體之微粒子5及少量的金屬微粒子6所構成，故而具有半導電性。因此，若向微粒子層4施加電壓，則有極弱的電流流動。微粒子層4之電壓電流特性顯示所謂的變阻器特性，且隨著施加電壓之上升而使電流值急遽增加。該電流之一部分在施加電壓所形成之微粒子層4內之強電場之作用下成為彈道電子，穿透上部電極3或者通過其間隙而向電子放出元件1之外部放出。關於彈道電子之形成過程，認為其係電子於電場方向上一面加速一面穿隧而形成者，但無法斷定。

其次，對電子放出元件1之生成方法之一實施形態進行說明。首先，於基板2上，利用旋塗法塗佈分散有絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6之分散溶液，以形成微粒子層4。此處，作為分散溶液中所使用之溶劑，只要可分散絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6、且塗佈後可乾燥便可使用，並無特別限制，可使用例如甲苯、苯、二甲苯、己烷、十四烷等。另外，為提高金屬微粒子6之分散性，可實施醇化物處理來作為預先處理。可藉由反覆進行複數次的旋塗法的成膜、乾燥處理而形成既定之膜厚。微粒子層4除使用旋塗法以外，使用例如滴下法、噴塗法等方法亦可成膜。而且，使上部電極3於電子加速層4上成膜。在上部電極3成膜時，可使用例如磁控濺鍍法。

又，電子放出元件1中，當電子加速層上的絕緣體物質(對應於微粒子層4上的絕緣體之微粒子5)係形成了層的絕緣體物質時，能以如下方式而生成。首先，於基板2上，將片狀、且具有貫通於層之厚度方向之複數個開口部的絕緣體物質(以下稱作片狀絕緣體物質)積層，或者於基板2上塗佈已溶解/分散有絕緣體物質的塗佈液，從而形成絕緣體層。對於片狀絕緣體物質，可使用例如由有機聚合物、SiO₂ 、Al₂ O₃ 所構成之片狀基板，對於形成絕緣體層之物質，可使用SiO₂ 、Al₂ O₃ 、及TiO₂ 或有機聚合物。

此處，對於複數個開口部而言，只要為有機聚合物，則可採用使用有刃具之打孔法、或者使用有高能量雷射照射之雷射開孔加工法等而形成，而且，對於由SiO₂ 、Al₂ O₃ 所組成之物質而言，可使用陽極氧化法、特別是在形成SiO₂ 之奈米孔洞構造時可使用將界面活性劑作為鑄模之水熱反應法等來形成所需之開口部。再者，開口部之尺寸必須為所使用之金屬微粒子之直徑以上，較好的是50~50nm。在將設有如此之開口部之片狀絕緣體物質積層於基板2上、或者塗佈已溶解/分散有絕緣體物質之塗佈液所形成之絕緣體層上，形成複數個開口部。

此處，於上述說明中，基板2上積層有設有開口部之片狀絕緣體物質，但亦可於基板2上積層有片狀絕緣體物質之後再於片狀絕緣體物質上形成開口部。

其後，向片狀絕緣體物質之開口部中填充由絕緣被膜包覆之金屬微粒子6。此時，例如，使分散有由絕緣被膜所包覆之金屬微粒子6之溶液滲透至開口部且使其自然乾燥，藉此形成電子加速層4。再者，亦可不讓由絕緣被膜包覆之金屬微粒子6分散於溶劑中，而是藉由送風、吸引或者研磨等方法使其直接滲透至開口部。接著，使上部電極3於以上述方式所形成之電子加速層4上成膜。於上部電極3成膜時，可使用例如磁控濺鍍法。

(實施例1)

對於作為實施例的使用有本發明之電子放出元件之電子放出實驗，利用圖3至圖7進行說明。再者，該實驗僅為實施之一例，並非係限制本發明之內容者。

本實施例中，製作將微粒子層4上之絕緣體之微粒子5、與表面附著有絕緣體物質(附著物質)之金屬微粒子6的組成改變後的五種電子放出元件1。

作為基板2，使用30mm見方的SUS基板，並於該基板2上使用旋塗法而使微粒子層4堆積。旋塗法中使用之含有絕緣體之微粒子5以及表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6的溶液，係以甲苯為溶劑而分散有各種粒子者。分散於甲苯溶劑中之絕緣體之微粒子5與表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6的組成比例中，相對於絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6之投入總量而言，絕緣體之微粒子5之重量比率分別為70%、80%、90%、95%。

作為表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6，其使用銀奈米粒子(平均徑為10nm，其中絕緣被膜醇化物厚度為1nm)，作為絕緣體之微粒子5，其使用球狀矽粒子(平均徑為110nm)。

分散有各種微粒子之溶液係以如下方式作成。將3mL之甲苯溶劑倒入10mL之試劑瓶內，且向其中投入0.5g之矽粒子。此處，將試劑瓶放置於超音波分散器上進行矽粒子之分散。此後，追加投入0.055g的銀奈米粒子，同樣進行超音波分散處理。以此方式獲得絕緣體之微粒子(矽粒子)之組成比例為90%的分散溶液。

旋塗法之成膜條件為，使分散溶液向基板滴下之後，讓基板以500RPM的速度旋轉5sec後繼而以3000RPM的速度旋轉10sec。反覆實施3次該成膜條件，於基板上堆積3層之後，使其於室溫下自然乾燥。膜厚約為1500nm。

於基板2之表面上形成微粒子層4之後，利用磁控濺鍍裝置使上部電極3成膜。使用金作為成膜材料，上部電極3之層厚為12nm，其面積為0.28cm² 。

對於由上述方式所製作的電子放出元件，使用圖3中所示之測定系統進行電子放出實驗。於圖3之實驗系統中，在電子放出元件1之上部電極3側，夾住絕緣體間隔件9而配置有對向電極8。而且，電子放出元件1及對向電極8分別連接於電源7，從而電子放出元件1上施加有電壓V1，對向電極8上施加有電壓V2。將如此之實驗系統配置於1×10^-8 ATM之真空中而進行電子放出實驗，進而，將如此之實驗系統配置於大氣中而進行電子放出實驗。該等之實驗結果如圖4至圖7所示。

圖4係表示於真空中進行電子放出實驗時的電子放出電流之測定結果之圖表。此處，使V1=1~10V，V2=50V。如圖4所示，於1×10^-8 ATM之真空中，矽粒子之重量比率為70%時看不到有電子放出，相對於此，當上述比率為80%、90%、95%時有觀測到因電子放出而產生之電流。該電流值在施加有10V電壓時為10^-7 A左右。

圖5係表示與上述同樣地於真空中進行電子放出實驗時的元件內電流之測定結果之圖表。此處亦與上述相同，使V1=1~10V，V2=50V。根據圖5可知，矽粒子之比例為70%時，電阻值不足，引起絕緣破壞(電流值超常，緊貼於圖表之上部)。若金屬微粒子之組成比增大，則容易形成金屬微粒子之導電通路，微粒子層4上會成為低電壓且流動有較大電流。故而，認為彈道電子產生之條件不成立。

圖6係表示使用矽粒子之比例為90%之電子放出元件且使V1=1~15V、V2=200V時於大氣中進行電子放出實驗時的電子放出電流及元件內電流之測定結果之圖表。

如圖6所示，於大氣中施加電壓V1=15V，由此觀測到10^-10 A左右的電流。

進而，圖7係表示與圖6同樣地使用矽粒子之比例為90%之電子放出元件且此處以V1=15V、V2=200V的施加電壓於大氣中連續驅動時的電子放出電流及元件內電流之測定結果之圖表。如圖7所示，即便在經過6小時的時間內仍持續穩定地放出電流。

(實施例2)

本實施例中，製作如下的四種電子放出元件1：微粒子層4上之絕緣體之微粒子5與表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6之組成係與上述實施例1中相同，但微粒子層4之成膜條件有所變更，且其層厚有所改變。

分散於旋塗所使用之分散溶液中的絕緣體之微粒子5與表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6的組成比例被調整為，相對於絕緣體之微粒子5及金屬微粒子6之投入總量而言，絕緣體之微粒子5之重量比率達80%，且將旋塗法之上述成膜條件實施1次、5次而製作。又，於該旋塗法之成膜條件中，減少供給至塗佈面之塗液量，且於該1次之旋塗條件下亦實施。進而，先前之成膜方法有所不同，其使用僅將分散溶液滴下至基板2之表面之方法亦進行微粒子層4之成膜。各成膜條件與微粒子層4之層厚間的關係如表1所示。

利用圖3所示之測定系統來測定本實施例中所作成的電子放出元件1，其測定結果如下。使V1=1~20V、V2=50V時的計測結果時可知，於1×10^-8 ATM之真空中，微粒子層4之層厚在300nm~6000nm之範圍內的電子放出元件有電子放出，相對於此，上述層厚為19000nm之電子放出元件中之元件的電阻較高，故而元件內無法流動充足的電流，未進行電子放出。

(實施例3)

上述實施例1、2中，係於甲苯溶劑中分散有作為絕緣體之微粒子5之球狀矽粒子、以及作為表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6之由醇化物被膜所包覆的銀奈米粒子的系統。本實施例中，係使用金、鉑及鈀作為金屬微粒子而作成電子放出元件。

微粒子層4之成膜方法係使用上述旋塗法，故而以如下方式作成了分散有各微粒子之溶液。將3mL之乙醇溶劑倒入10mL之試劑瓶中，且向其中投入0.5g之球狀矽粒子(平均徑為110nm)。此處，將試劑瓶放置於超音波分散器上進行矽粒子之分散。繼而，追加投入0.055g的金微粒子(平均粒徑為3nm)，同樣進行超音波分散處理。於該條件下，相對於分散溶液中所占的微粒子之總重量而言，矽粒子之組成比例為90%。

旋塗法之成膜條件與上述的實施例相同，但必須於SUS之基板表面上進行使用有矽烷耦合劑之親水化處理來作為前處理。於以此作成之微粒子層4表面上，使用磁控濺鍍裝置而使上部電極3成膜。使用金作為成膜材料，上部電極3之層厚為12nm，其面積為0.28cm² 。

可確認，該電子放出元件於1×10^-8 ATM之真空中，在對上部電極之施加電壓為10V時，有6×10^-8 A的電子放出電流。

同樣可確認，對於鉑微粒子及鈀微粒子而言，藉由完全相同之製造方法而作成電子放出元件，可進行電子放出。

(實施例4)

本實施例中，使用由有機聚合物所形成之微粒子作為微粒子層4中的絕緣體之微粒子5來製作電子放出元件。

與之前的實施例相同，微粒子層4之成膜方法使用上述旋塗法，故而以如下方法而作成分散有各種微粒子之溶液。將3mL之甲苯溶劑倒入10mL之試劑瓶中，且向其中投入0.5g之JSR股份有限公司製之高交聯聚合物微粒子(SX8743：平均徑為50nm)。此處，將試劑瓶放置於超音波分散器上進行高交聯聚合物微粒子之分散。繼而，追加投入0.055g之由應用奈米研究所製造的銀奈米粒子，同樣進行超音波分散處理，由此獲得微粒子分散溶液。

旋塗法之成膜條件係與以上所述者相同，於SUS之基板2之表面上反覆進行3次成膜，以此可獲得膜厚約為1000nm之微粒子層4。於該微粒子層4之表面，使用金材料而使厚度為40nm之上部電極3成膜，形成電子放出元件。可確認，本實施例之電子放出元件亦有電子放出。

(實施例5)

本實施例中，係使用由有機聚合物所形成之片狀基板作為電子加速層中的絕緣體物質(與上述實施例1至4中之微粒子層4上的絕緣體之微粒子5相對應)來製作電子放出元件。圖8中顯示有將作為本發明電子放出元件之構成之另一例的電子放出元件1'之電子加速層4'附近之剖面進行放大後的示意圖。本實施例中，絕緣體物質5'為片狀且積層於基板2上，成為具有貫通於積層方向之複數個開口部51之形狀。

作為基板2，使用30mm見方的SUS基板，於其上積層厚度為6μm之聚碳酸酯片材來作為絕緣體物質5'。再者，於該聚碳酸酯片材上，以每1μm² 有6個之比例開設有Φ50nm之開口部(孔)51，其開口率約為1.2%。開口部51貫通於片材之積層方向。

繼而，將作為於表面附著有絕緣體物質之金屬微粒子6的金奈米粒子(平均粒徑為10nm，其中絕緣皮膜水溶性高分子為1nm)以2.5mmol/L之濃度分散於作為溶劑之水中。使該溶液適量滴下至上述聚碳酸酯之片材上，並使其滲透至上述開口部51之後，讓其自然乾燥。上部電極3係使用金，並藉由磁控濺鍍使層厚為12nm而堆積於開口部51內埋設有金奈米粒子之聚碳酸酯之片材(電子加速層4')上。電極面積為0.28cm² 。

關於以上述方法所製作的電子放出元件1'，使用圖3所示之測定系統進行電子放出實驗後可確認，因電子放出而產生有電流。

再者，本實施例中，藉由溶液之滴下而使表面上附著有絕緣體物質之金屬微粒子6滲透至開口部51，但亦可不使金屬微粒子6分散於溶劑中、而是藉由送風、吸引或者研磨等方法而使其直接滲透。

[實施形態2]

圖9中顯示有使用有實施形態1中說明之本發明電子放出元件1的本發明之帶電裝置90之一例。帶電裝置90包括電子放出元件1及對其施加電壓之電源7，且係使感光體11帶電者。本發明之圖像形成裝置具備該帶電裝置90。本發明之圖像形成裝置中，構成帶電裝置90之電子放出元件1係與作為被帶電體之感光體11相對而設置，藉由施加電壓而放出電子，使感光體11帶電。再者，本發明之圖像形成裝置中，除帶電裝置90以外之構成構件只要使用先前眾所周知者即可。此處，用作帶電裝置90之電子放出元件1較好的是以與感光體11相隔例如3~5mm之方式而配置。而且，對電子放出元件1之施加電壓較好的是25V左右，電子放出元件1之電子加速層之構成可成為如下情況：例如在施加25V之電壓時，使每單位時間放出有1μA/cm² 之電子。

用作帶電裝置90之電子放出元件1即便於大氣中動作時亦不會伴有放電，故而完全不會自帶電裝置90產生臭氧。臭氧對人體有害，從而被限制於對應環境的各種規格內，除此之外，即使臭氧不放出至設備外部，亦會使設備內部之有機材料、例如感光體11或皮帶等氧化劣化。對於上述問題，可利用以下方法來解決：將本發明之電子放出元件1用於帶電裝置90，且使上述帶電裝置90具有圖像形成裝置。

進而，用作帶電裝置90之電子放出元件1構成為面電子源，故而感光體11於旋轉方向上亦於某範圍內帶電，從而可較多地獲得感光體11之某部位上的帶電機會。因此，與線狀且帶電的導線帶電器等相比，帶電裝置90可均勻地帶電。而且，與需要施加數kV之電壓之電暈放電器相比，帶電裝置90亦具有只要施加10V左右非常低的電壓即可的優點。

[實施形態3]

圖10中顯示有使用有實施形態1中說明之本發明電子放出元件1的本發明之電子束硬化裝置100之一例。電子束硬化裝置100具備：電子放出元件1與對此施加電壓之電源7、以及使電子加速之加速電極21。電子束硬化裝置100中，將電子放出元件1作為電子源，利用加速電極21使所放出之電子加速從而與光阻劑22產生碰撞。為了使一般的光阻劑22硬化所必要的能量為10eV以下，故而若僅注重能量，則無需加速電極。然而，電子束之滲透深度成為電子之能量的函數，因此，當要使例如厚度為1μm之光阻劑22全部硬化時，需要約5kV之加速電壓。

先前以來所具有之某種一般的電子束硬化裝置中，將電子源真空密封，藉由施加高電壓(50~100kV)而放出電子，並通過電子孔後取出電子進行照射。若採用該電子放出之方法，則穿透電子孔時會產生較大的能量損失。而且，由於到達了光阻劑之電子亦具有高能量，故而會穿秀光阻劑之厚度，導致能量利用效率降低。進而，一次可照射之範圍較窄，呈點狀描繪，故而處理量亦較低。

相對於此，使用有本發明之電子放出元件1之本發明的電子束硬化裝置可於大氣中動作，故而無需進行真空密封。而且，因不通過電子穿透孔故亦無能量之損失，從而可降低施加電壓。進而，因係面電子源，故處理量非常高。另外，若根據圖案而放出電子，則亦可進行無光罩曝光。

[實施形態4]

圖11至圖13中分別顯示有使用有實施形態1中說明之本發明電子放出元件1的本發明之自發光裝置的示例。

圖11所示之自發光裝置31包括：電子放出元件1與對此施加電壓之電源7、以及發光部36，該發光部36位於與電子放出元件1分離且相對之位置，並具有作為基材之玻璃基板34、ITO膜33及螢光體32之積層構造。

作為螢光體32，適合對應於紅、綠、藍色發光之電子激發型材料，例如，就紅色而言，可使用Y₂ O₃ ：Eu、(Y,Gd)BO₃ ：Eu；就綠色而言，可使用Zn₂ SiO₄ ：Mn、BaAl₁₂ O₁₉ ：Mn；就藍色而言，可使用BaMgAl₁₀ O₁₇ ：Eu²⁺ 等。於成膜有ITO膜33之玻璃基板34表面上，使螢光體32成膜。螢光體32之厚度較好的是1 μm左右。而且，ITO膜33之膜厚只要為可確保導電性之膜厚則無問題，本實施形態中設為150 nm。

當使螢光體32成膜時，可準備作為黏合劑之環氧系樹脂與經微粒子化之螢光體粒子的混練物，並使用棒塗法或者滴下法等眾所周知的方法進行成膜。

此處，為提高螢光體32之發光亮度，必須使自電子放出元件1所放出之電子朝向螢光體而加速，於此情況下，在電子放出元件1之基板2與發光部36之ITO膜33之間，為施 加用以形成使電子加速之電場的電壓而可設置電源35。此時，較好的是，螢光體32與電子放出元件1間的距離為0.3~1 mm，來自電源7之施加電壓為18 V，來自電源35之施加電壓為500~2000 V。

圖12所示之自發光裝置31'具備：電子放出元件1與對此施加電壓之電源7、以及螢光體32。自發光裝置31'中，螢光體32為平面狀，於電子放出元件1之表面配置螢光體32。此處，對於在電子放出元件1之表面上所成膜之螢光體32之層而言，如上所述，準備由與經微粒子化之螢光體粒子之混練物所形成之塗佈液，於電子放出元件1之表面成膜。但是，電子放出元件1自身之構造相對於外力較弱，故在利用棒塗法之成膜方法時有可能導致元件毀壞。因此，可使用滴下法或者旋塗法等方法。

圖13所示之自發光裝置31"具備電子放出元件1與對其施加電壓之電源7，進而，於電子放出元件1之微粒子層4內混入有螢光之微粒子作為螢光體32'。此時，亦可使螢光體32'之微粒子兼用作絕緣體之微粒子5。但一般而言，上述的螢光體之微粒子之電阻低，與絕緣體之微粒子5相比，電阻明顯較低。故而，在將螢光體之微粒子改變為絕緣體之微粒子5而進行混合時，必須將該螢光體之微粒子的混合量控制為少量。例如，當使用球狀矽粒子(平均徑110 nm)作為絕緣體之微粒子5、且使用ZnS：Mg(平均徑500 nm)作為螢光體微粒子時，其重量混合比為3：1左右較妥。

上述自發光裝置31、31'、31"係使電子放出元件1所放 出之電子與螢光體32、32產生碰撞而發光。再者，自發光裝置31、31'、31"中，電子放出元件1可於大氣中放出電子，故而能夠於大氣中動作，但若經真空密封，則電子放出電流會上升，從而可更高效地發光。

進而，圖14中顯示有具備本發明自發光裝置的本發明之圖像顯示裝置之一例。圖14中所示之圖像顯示裝置140包括圖13所示之自發光裝置31"、及液晶面板330。圖像顯示裝置140中，將自發光裝置31"設置於液晶面板330之後方，並將其用作背光源。在將其用於圖像顯示裝置140中時，對自發光裝置31"之施加電壓較好的是20~35 V，於該電壓下，例如，只要每單位時間放出10 μA/cm² 之電子即可。而且，自發光裝置31"與液晶面板330間的距離較好的是0.1 mm左右。

又，作為本發明之圖像顯示裝置，當其使用有圖11所示之自發光裝置31時，亦可形成為以下形狀，即，將自發光裝置31配置成矩陣狀，並將自發光裝置31自身作為FED而形成圖像且進行顯示。此時，對自發光裝置31之施加電壓較好的是20~35 V，於該電壓下，例如，只要每單位時間放出10 μA/cm² 之電子即可。

(實施形態5)

圖15及圖16中分別顯示有使用有實施形態1中說明之本發明之電子放出元件1的本發明之送風裝置的示例。以下，對於將本申請發明之送風裝置用作冷卻裝置時之情形加以說明。然而，送風裝置之利用並不限定於冷卻裝置。

圖15所示之送風裝置150包括電子放出元件1以及對其施加電壓之電源7。於送風裝置150中，電子放出元件1朝向電性接地的被冷卻體41放出電子，藉此產生離子風而使被冷卻體41冷卻。在冷卻時，施加於電子放出元件1上的電壓較好的是18V左右，於該電壓時，於環境氣體下較好的是，例如每單位時間放出1μA/cm² 之電子。

圖16所示之送風裝置160中，除了圖15所示之送風裝置150以外，還組合有送風風扇42。圖16所示之送風裝置160中，電子放出元件1朝向電性接地的被冷卻體41放出電子，進而，送風風扇42朝向被冷卻體41送風，藉此，將電子放出元件所放出的電子朝向被冷卻體41發送，由此產生離子風而使被冷卻體41冷卻。此時，送風風扇42之風量較好的是0.9~2L/分/cm² 。

此處，當藉由送風而欲使被冷卻體41冷卻時，若如先前之送風裝置或者冷卻裝置般僅利用風扇等進行送風，則被冷卻體41表面之流速變為0，最需要散熱之部分的空氣並未被置換，從而冷卻效率低。然而，若吹送之空氣中含有電子或離子等帶電粒子，則當其靠近被冷卻體41附近時，會在電力的作用下被吸引至被冷卻體41之表面，故而能夠替換表面附近之環境氣體。此處，本發明之送風裝置150、160中，因吹送之空氣中含有電子或離子等帶電粒子，故而冷卻效率有極大提高。

圖17係將對被冷卻體41僅吹送空氣時的被冷卻體41之表面溫度、與對被冷卻體41吹送含有電子及離子之空氣時的被冷卻體41之表面溫度進行比較之圖表。根據圖17可知，若吹送之空氣中含有電子及離子，則冷卻效率會提高。

如上所述，本發明之電子放出元件之特徵在於，具有電極基板與薄膜電極，藉由向該電極基板與薄膜電極之間施加電壓而使該電極基板與薄膜電極之間的電子得以加速，從而使該電子自該薄膜電極放出，在上述電極基板與上述薄膜電極之間設有電子加速層，該電子加速層包含：由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子、及相較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，上述導電微粒子亦可為貴金屬。如此，若上述導電微粒子為貴金屬，則可防止導電微粒子之以在大氣中之氧之作用下的氧化等為首的元件劣化。由此能夠實現電子放出元件之長壽命化。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，形成上述導電微粒子之導電體亦可含有金、銀、鉑、鈀及鎳中的至少一者。如上所述，因形成上述導電微粒子之導電體含有金、銀、鉑、鈀及鎳中的至少一者，故可更有效地防止導電微粒子之以在大氣中之氧之作用下的氧化等為首的元件劣化。由此，可更有效地謀求電子放出元件之長壽命化。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，關於上述導電微粒子之平均徑，因必須控制導電性，故其尺寸必須小於上述絕緣體物質，較好的是3~10nm。如此，將上述導電微粒子之平均徑設為小於上述絕緣體物質之微粒徑，較好的是設為3~10nm，藉此，於電子加速層內，不會形成導電微粒子之導電通路，從而難以引起電子加速層內之絕緣破壞。又，原理上有較多不明確之處，但藉由使用粒徑為上述範圍內之導電微粒子而高效地生成彈道電子。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，上述絕緣體物質亦可含有SiO₂ 、Al₂ O₃ 及TiO₂ 中的至少一者，或者亦可含有有機聚合物。若上述絕緣體物質中含有SiO₂ 、Al₂ O₃ 及TiO₂ 中的至少一者、或者含有有機聚合物，則因該等物質之絕緣性高而可對上述電子加速層之電阻值於任意之範圍內進行調整。特別是當使用氧化物(SiO₂ 、Al₂ O₃ 及TiO₂ 中的至少一者)作為絕緣體物質、且使用抗氧化力高的導電體作為導電微粒子時，更難以隨著在大氣中之氧之作用下的氧化而產生元件劣化，因此可更明顯地呈現出於大氣壓中亦能穩定動作之效果。

此處，上述絕緣體物質亦可為微粒子，其平均徑較好的是10~1000nm，更好的是12~110nm。此時，粒徑之分散狀態相對於平均粒徑亦可更廣，例如對於平均粒徑為50nm之微粒子而言，於20~100nm之區域內含有該粒徑分布亦沒有問題。作為上述微粒子之絕緣體物質之平均徑較好的是10~1000nm，更好的是12~110nm，藉此，能夠自相較上述絕緣體物質之尺寸更小的上述導電微粒子之內部向外部高效地進行熱傳導，以使元件內有電流流動時所產生之焦耳熱高效地釋放，從而可防止電子放出元件受到熱破壞。進而，可容易進行上述電子加速層中的電阻值之調整。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，上述電子加速層中的上述絕緣體物質之比例在以重量比計時較好的是80~95%。若上述電子加速層中的上述絕緣體物質之比例以重量比計為80~95%，則能夠適當地提高上述電子加速層內之電阻值，從而可防止在大量電子一次性流過時導致電子放出元件被破壞。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，上述電子加速層之層厚較好的是12~6000nm，更好的是300~6000nm。藉由使上述電子加速層之層厚較好的是12~6000nm、更好的是300~6000nm，從而能夠使電子加速層之層厚均勻化，且能夠調整層厚方向上的電子加速層之電阻。該結果可自電子放出元件表面之整個面同樣地放出電子，且可向元件外部高效地放出電子。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，上述薄膜電極亦可含有金、銀、碳、鎢、鈦、鋁及鈀中的至少一者。藉由使上述薄膜電極中含有金、銀、碳、鎢、鈦、鋁及鈀中的至少一者，從而根據該等物質之功函數的高低而可使電子加速層中產生之電子高效地穿隧，以向電子放出元件外部放出更多的高能量之電子。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，於上述導電微粒子之周圍，亦可存在相較該導電微粒子之尺寸更小的絕緣體物質。如此，於上述導電微粒子之周圍存在尺寸小於該導電微粒子之絕緣體物質時，有助於提高元件製作時的導電微粒子於分散液中之分散性，除此之外，亦可更有效地防止導電微粒子之以在大氣中之氧之作用下的氧化等為首的元件劣化。藉此，可更加有效地謀求電子放出元件之長壽命化。

本發明之電子放出元件中，除上述構成以外，存在於上述導電微粒子之周圍且相較上述導電微粒子之尺寸更小的絕緣體物質中，亦可含有醇化物、脂肪酸及烷類硫醇中的至少一者。如此，藉由讓存在於上述導電微粒子之周圍且尺寸小於上述導電微粒子之絕緣體物質中含有醇化物、脂肪酸及烷類硫醇中的至少一者，從而有助於提高元件製作時的導電微粒子於分散液中之分散性，故較難以導電微粒子之凝集體為起源而形成電流之異常路徑，除此以外，由於不會隨著存在於絕緣體物質周圍的導電微粒子自身之氧化而產生粒子組成之變化，故不會對電子放出特性造成影響。藉此，可更有效地謀求電子放出元件之長壽命化。

此處，本發明之電子放出元件中，存在於上述導電微粒子周圍且尺寸小於上述導電微粒子之絕緣體物質係附著於上述導電微粒子表面且作為附著物質而存在者，該附著物質亦可作為相較上述導電微粒子之平均徑更小之形狀的集合體而包覆上述導電微粒子之表面。如此，存在於上述導電微粒子周圍且相較上述導電微粒子之尺寸更小的絕緣體物質附著於上述導電微粒子表面、或者作為相較上述導電微粒子之平均徑更小之形狀的集合體而包覆上述導電微粒子表面，藉此，有助於提高元件製作時的導電微粒子於分散液中之分散性，故較難以導電微粒子之凝集體為起源而形成電流之異常路徑，除此以外，由於不會隨著存在於絕緣體物質周圍的導電微粒子自身之氧化而產生粒子組成之變化，故不會對電子放出特性造成影響。藉此，可更有效地謀求電子放出元件之長壽命化。

又，本發明之電子放出元件中亦可為，相較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質係於上述電極基板上形成層，且具有貫通於層之厚度方向的複數個開口部，上述開口部內可收容上述導電微粒子。因構成為片狀之絕緣體物質並非微粒子之集合體，而是作為固體塊而存在，故而作為未流通有電流之絕緣體而發揮功能。另一方面，在上述開口部內收容有上述導電微粒子之部分，表面電阻下降，且僅該部分容易流通電流。該結果為，僅上述開口部內收容有上述導電微粒子之部分產生電子放出。該方法中，無需均勻地塗佈分散有微粒子之分散液的生產步驟，所以可容易形成更大面積的電子放出元件。

本發明之電子放出裝置之特徵在於，包括：上述任一種電子放出元件、以及向上述電極基板與上述薄膜電極之間施加電壓之電源部。

根據上述構成，不僅於真空中、而且於大氣壓中亦能穩定地放出電子。進而，能夠不產生臭氧或NOx等有害物質而放出電子。

進而，將本發明之電子放出元件用於自發光裝置、以及具有該自發光裝置之圖像顯示裝置中，藉此可提供一種無 需進行真空密封、於大氣中亦能實現長壽命之面發光的自發光裝置。

又，將本發明之電子放出元件用於送風裝置或者冷卻裝置，從而不會伴有放電，且不會產生以臭氧或NOx為首的有害物質，利用被冷卻體表面之滑溜效應而可高效率地進行冷卻。

另外，將本發明之電子放出元件用於帶電裝置、以及具備該帶電裝置之圖像形成裝置，從而不會伴有放電，且不會產生以臭氧或NOx為首之有害物質，而可使被帶電體帶電。

而且，將本發明之電子放出元件用於電子束硬化裝置，從而可大面積化地進行電子束硬化，謀求無光罩化，且可實現低價格化、高量產化。

為解決上述問題，本發明之電子放出元件之製造方法中，該電子放出元件具有電極基板與薄膜電極，藉由向該電極基板與薄膜電極之間施加電壓而使該電極基板與薄膜電極之間的電子得以加速，從而使該電子自該薄膜電極放出，其特徵在於包括：電子加速層形成步驟，其係於上述電極基板上形成電子加速層，該電子加速層包含：由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子、及相較上述導電微粒子之尺寸更大的絕緣體物質；以及薄膜電極形成步驟，其係於上述電子加速層上形成上述薄膜電極。

根據上述方法，可製造出不僅於真空中而且於大氣壓中亦能穩定地放出電子、且幾乎不會生成臭氧或NOx等有害物質的電子放出元件。

再者，上述電子加速層形成步驟中亦可包括：混合步驟，其係將上述導電微粒子與上述絕緣體物質混合於溶劑中而生成混合物質；塗佈步驟，其係於上述電極基板上塗佈上述混合物質；以及乾燥步驟，其係使上述所塗佈之混合物質乾燥。

或者，上述電子加速層形成步驟亦可包括積層步驟，其係將片狀、且具有貫通於積層方向之複數個開口部的上述絕緣體物質積層於上述電極基板上；以及填充步驟，其係向上述開口部填充上述導電微粒子。或者，上述電子加速層形成步驟亦可包括：層形成步驟，其係於上述電極基板上使上述絕緣體物質形成層；開口步驟，其係於上述絕緣體物質上形成貫通於層之厚度方向的複數個開口部；以及填充步驟，其係向上述開口部填充上述導電微粒子。

以上發明之詳細說明項中之具體的各實施形態以及各實施例僅係使本發明之技術內容清晰明瞭者，不應僅限定於如此之具體例而狹義地理解，其係於本發明之精神及以下所記載之申請專利範圍內可進行各種變更而實施者。而且，即便在本說明書中所示之數值範圍以外，只要為不違背本發明之宗旨之合理範圍，當然亦屬於本發明之範疇。

[產業上之可利用性]

本發明之電子放出元件不會伴有放電，故不會產生臭氧，而且可於大氣壓中穩定地動作。因此，可較好地應用於例如電子寫真方式之影印機、列印機、傳真機等圖像形成裝置之帶電裝置，或電子束硬化裝置，或與發光體組合而成之圖像顯示裝置，或者利用所放出的電子而產生之離子風之送風裝置等。

1、1'‧‧‧電子放出元件

2‧‧‧基板(電極基板)

3‧‧‧上部電極(薄膜電極)

4‧‧‧微粒子層(電子加速層)

4'‧‧‧電子加速層

5‧‧‧絕緣體之微粒子(絕緣體物質)

5'‧‧‧絕緣體物質

6‧‧‧金屬微粒子(導電微粒子)

7‧‧‧電源(電源部)

8‧‧‧對向電極

9‧‧‧絕緣體間隔件

11‧‧‧感光體

21‧‧‧加速電極

22‧‧‧光阻劑

31、31'、31"‧‧‧自發光裝置

32、32'‧‧‧螢光體

33‧‧‧lTO膜

34‧‧‧玻璃基板

35‧‧‧電源

36‧‧‧發光部

41‧‧‧被冷卻體

42‧‧‧送風風扇

51‧‧‧開口部

90‧‧‧帶電裝置

100‧‧‧電子束硬化裝置

140‧‧‧圖像顯示裝置

150‧‧‧送風裝置

160‧‧‧送風裝置

330‧‧‧液晶面板

圖1係表示本發明之一實施形態之電子放出元件之構成的示意圖。

圖2係圖1之電子放出元件中之微粒子層附近之剖面的放大圖。

圖3係表示電子放出實驗之測定系統之示圖。

圖4係表示真空中之電子放出電流之圖表的示圖。

圖5係表示真空中之電子放出時之元件內電流之圖表的示圖。

圖6係表示大氣中之電子放出電流以及元件內電流之圖表的示圖。

圖7係表示大氣中之電子放出電流以及元件內電流之經時變化的示圖。

圖8係表示本發明之電子放出元件之其他構成的電子加速層附近之剖面之放大圖。

圖9係表示使用有本發明之電子放出元件之帶電裝置之一例的示圖。

圖10係表示使用有本發明之電子放出元件之電子束硬化裝置之一例的示圖。

圖11係表示使用有本發明之電子放出元件之自發光裝置之一例的示圖。

圖12係表示使用有本發明之電子放出元件之自發光裝置之另一例的示圖。

圖13係表示使用有本發明之電子放出元件之自發光裝置之又一例的示圖。

圖14係表示具備使用有本發明之電子放出元件之自發光裝置的圖像形成裝置之另一例的示圖。

圖15係表示使用有本發明之電子放出元件之送風裝置以及具備該送風裝置之冷卻裝置之一例的示圖。

圖16係表示使用有本發明之電子放出元件之送風裝置以及具備該送風裝置之冷卻裝置之另一例的示圖。

圖17係表示向被冷卻體吹送空氣之情形、與吹送含有電子及離子之空氣之情形加以比較有圖表的示圖。

1．．．電子放出元件

2．．．基板(電極基板)

3．．．上部電極(薄膜電極)

4．．．微粒子層(電子加速層)

5．．．絕緣體之微粒子(絕緣體物質)

6．．．金屬微粒子(導電微粒子)

7．．．電源(電源部)

Claims (26)

1. 一種電子放出元件，其特徵在於：其係具有電極基板與薄膜電極，藉由向該電極基板與薄膜電極之間施加電壓，以使電子在該電極基板與薄膜電極之間加速，而使該電子自該薄膜電極放出，且在上述電極基板與上述薄膜電極之間設有電子加速層，其包含：由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子；及尺寸較上述導電微粒子之尺寸大的絕緣體物質。
2. 如請求項1之電子放出元件，其中上述導電微粒子為貴金屬。
3. 如請求項1或2之電子放出元件，其中形成上述導電微粒子之導電體含有金、銀、鉑、鈀及鎳中的至少一者。
4. 如請求項1或2之電子放出元件，其中上述導電微粒子之平均直徑為3至10 nm。
5. 如請求項1或2之電子放出元件，其中上述絕緣體物質含有SiO₂ 、Al₂ O₃ 及TiO₂ 中的至少一者、或者含有有機聚合物。
6. 如請求項1或2之電子放出元件，其中上述絕緣體物質為微粒子，其平均直徑為10至1000 nm。
7. 如請求項6之電子放出元件，其中上述絕緣體物質的平均直徑為12至110 nm。
8. 如請求項1或2之電子放出元件，其中 上述電子加速層中的上述絕緣體物質之比例按重量比為80至95%。
9. 如請求項1或2之電子放出元件，其中上述電子加速層之層厚為12至6000 nm。
10. 如請求項9之電子放出元件，其中上述電子加速層之層厚為300至6000 nm。
11. 如請求項1或2之電子放出元件，其中上述薄膜電極含有金、銀、碳、鎢、鈦、鋁及鈀中的至少一者。
12. 如請求項1或2之電子放出元件，其中於上述導電微粒子之周圍存在有尺寸較該導電微粒子之尺寸小的絕緣體物質。
13. 如請求項12之電子放出元件，其中存在於上述導電微粒子之周圍且尺寸較上述導電微粒子之尺寸小的絕緣體物質含有醇化物、脂肪酸及烷類硫醇中的至少一者。
14. 如請求項1或2之電子放出元件，其中尺寸較上述導電微粒子之尺寸大的絕緣體物質係於上述電極基板上形成層，且具有貫通於層之厚度方向的複數個開口部；上述開口部內收容有上述導電微粒子。
15. 一種電子放出裝置，其特徵在於：包括如請求項1至14中任一項之電子放出元件、以及向上述電極基板與上述薄膜電極之間施加電壓之電源 部。
16. 一種自發光裝置，其特徵在於：包括如請求項15之電子放出裝置及發光體。
17. 一種圖像顯示裝置，其特徵在於：包括如請求項16之自發光裝置。
18. 一種送風裝置，其特徵在於：包括如請求項15之電子放出裝置，且於環境氣體下吹送電子。
19. 一種冷卻裝置，其特徵在於：包括如請求項15之電子放出裝置，且於環境氣體下吹送電子而使被冷卻體冷卻。
20. 一種帶電裝置，其特徵在於：包括如請求項15之電子放出裝置，使感光體帶電。
21. 一種圖像形成裝置，其特徵在於：包括如請求項20之帶電裝置。
22. 一種電子束硬化裝置’其特徵在於：包括如請求項15之電子放出裝置。
23. 一種電子放出元件之製造方法，其特徵在於：該電子放出元件係具有電極基板與薄膜電極，藉由向該電極基板與薄膜電極之間施加電壓，以使電子在該電極基板與薄膜電極之間加速，而自該薄膜電極放出，其製造方法係包括：準備上述電極基板之步驟；電子加速層形成步驟，其係於上述電極基板上形成電 子加速層，該電子加速層包含：由導電體所形成且抗氧化力高的導電微粒子、及尺寸較上述導電微粒子之尺寸大的絕緣體物質；及薄膜電極形成步驟，其係於上述電子加速層上形成上述薄膜電極。
24. 如請求項23之電子放出元件之製造方法，其中上述電子加速層形成步驟包括：混合步驟，其係以溶劑混合上述導電微粒子與上述絕緣體物質而生成混合物質；塗佈步驟，其係於上述電極基板上塗佈上述混合物質；及乾燥步驟，其係使上述所塗佈之混合物質乾燥。
25. 如請求項23之電子放出元件之製造方法，其中上述電子加速層形成步驟包括：積層步驟，其係將片狀且具有貫通於積層方向之複數個開口部的上述絕緣體物質積層於上述電極基板上；及填充步驟，其係向上述開口部填充上述導電微粒子。
26. 如請求項23之電子放出元件之製造方法，其中上述電子加速層形成步驟包括：層形成步驟，其係於上述電極基板上使上述絕緣體物質形成層；開口步驟，其係於上述絕緣體物質上形成貫通於層之厚度方向的複數個開口部；及填充步驟，其係向上述開口部填充上述導電微粒子。