WO2018016433A1 - 電子放出素子、帯電装置、および画像形成装置 - Google Patents

電子放出素子、帯電装置、および画像形成装置 Download PDF

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WO2018016433A1
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electron
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足立　克己
平川　弘幸
岩松　正
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electron-emitting device that applies a voltage between electrodes arranged to face each other and emits electrons from one electrode, and a charging device and an image forming apparatus including the electron-emitting device.
  • FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of a conventional electron-emitting device.
  • a semiconductive layer 104 to be an electron acceleration layer is laminated on a substrate 102 having a first electrode, and a second electrode 105 to be an electron emission surface is further formed on the semiconductive layer 104.
  • a region (insulating region RZ) where an insulating layer 103 having an arbitrary pattern is formed is provided on the substrate 102 for use in the wiring 106 and the like.
  • the electron-emitting device 101 is provided with the semiconductive layer 104 in direct contact with the substrate 102, the region showing conductivity as the electron-emitting region RD, and the insulating region RZ.
  • the electron-emitting device 101 includes a power source 111 connected between the first electrode and the wiring 106 and a ground power source 112 connected between the first electrode and the power source 111 and grounded.
  • a power source 111 connected between the first electrode and the wiring 106 and a ground power source 112 connected between the first electrode and the power source 111 and grounded.
  • the electric field is locally concentrated and the dielectric breakdown may occur due to the unevenness, or the electron emission amount may vary. Therefore, the management of the surface state is important. ing.
  • the electron-emitting device 101 emits electrons by applying a voltage between the first electrode (the surface of the substrate 102) and the second electrode 105. At this time, the electron-emitting device 101 flows through the device without emitting electrons. Current may be generated. Therefore, in a portion where the wiring 106 and the like are formed and not involved in electron emission (insulating region RZ), an insulating layer 103 that prevents inflow of electrons from the substrate 102 side may be formed in order to suppress generation of unnecessary current in the element. desirable.
  • Examples of a method for forming the insulating layer 103 include a method of forming a conductive thin film on an insulating region material such as glass, ceramic, and resin, and a method of attaching an insulating sheet or the like on a conductive substrate.
  • an aluminum substrate is anodized, and an anodized film (hereinafter sometimes referred to as an alumite film) in a region to be an electron emission region RD is peeled off by etching or the like to form a conductor portion (for example, see Patent Document 3).
  • the electron emission region RD and the insulating region RZ can be formed from the same material, and can be formed at a relatively low cost.
  • the alumite film has good insulation resistance and excellent leak resistance. .
  • JP-A-1-298623 JP 2014-7128 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-118853
  • the above-described method for peeling the alumite film has the following problems. After the conductor portion is formed by etching or the like, a thin region of the semiconductive layer 104 is formed inside the step between the insulating layer 103 and the substrate 102 when a resin (coating liquid) that becomes the semiconductive layer 104 is applied onto the substrate 102. Occurred.
  • an alumite film when grown to a thickness of about 4 to 5 ⁇ m, it becomes a dense film with few defective portions, and is effective in preventing leakage.
  • a step of about 5 to 6 ⁇ m is generated between the insulating region RZ and the electron emission region RD with respect to the alumite film having a thickness of about 4 to 5 ⁇ m.
  • the semiconductive layer 104 preferably has a thickness of about 1 to 2 ⁇ m in consideration of reduction of driving voltage and stability of electron emission.
  • the coating liquid of the semiconductive layer 104 When the coating liquid of the semiconductive layer 104 is applied on the substrate 102 including the insulating region RZ under such conditions, a coating film having a desired thickness is formed in the center of the electron emission region RD, and the electron emission region RD At the end, a thick coating is formed so as to cover the step with the insulating layer 103.
  • the coating film is locally thinned due to the effect of the surface tension of the coating liquid. This becomes more conspicuous when the level difference is larger than the thickness of the coating film.
  • the progress of the surface electrode breakdown advances, which damages the power supply path of the element and causes a decrease in emission current.
  • the thickness of the coating film When the thickness of the coating film is increased in order to avoid the above, problems such as an increase in driving voltage and a decrease in discharge stability occur. Further, when the thickness of the alumite film is reduced, the denseness of the alumite film becomes insufficient and the insulating property is lowered. Furthermore, since the growth state of the alumite has in-plane variation, when the alumite film is peeled to expose the conductor part, the exposed surface is likely to be uneven, and the surface property of the conductor part varies. In some cases, the discharge uniformity may be inferior.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an electron-emitting device, a charging device, and an image forming apparatus that can prevent a decrease in a power feeding path due to progress of electrode destruction and extend the life. For the purpose.
  • An electron-emitting device is an electron-emitting device that emits electrons from the second electrode by applying a voltage between a first electrode and a second electrode that are arranged to face each other.
  • the step d2 with respect to one electrode is smaller than the thickness d1 of the insulating layer.
  • the insulating layer may be provided in a region of the substrate that is lower than the upper surface of the first electrode.
  • the thickness d3 of the intermediate layer may be d2 ⁇ 3 ⁇ d3.
  • the intermediate layer may have a thickness d3 of 0.3 ⁇ m ⁇ d3 ⁇ 5 ⁇ m.
  • the substrate may be formed of a metal material, and the insulating layer may be an anodized film.
  • the substrate may be made of aluminum.
  • the insulating layer may be formed after a surface treatment is performed on the substrate.
  • the surface roughness Ra of the first electrode may be 0.05 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 0.8 ⁇ m.
  • the charging device according to the present invention is characterized in that the electron-emitting device according to the present invention is used as an electron emission source.
  • the image forming apparatus according to the present invention includes the charging device according to the present invention.
  • the present invention while reducing the step between the conductor portion functioning as an electrode and the insulating layer while ensuring the necessary thickness as the insulating layer, the reduction of the feeding path due to the progress of electrode breakdown is prevented and the life is extended. be able to.
  • 1 is a schematic side view of a charging device according to a first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the surface-treated board
  • 1 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device according to a first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the board
  • FIG. 1 is a schematic side view of a charging device according to a first embodiment of the present invention.
  • the charging device 10 includes a first electrode 30a and a second electrode 40 disposed to face each other, and an intermediate layer provided between the first electrode 30a and the second electrode 40. 50 and an electron-emitting device 20 having an insulating layer 60 formed on the substrate 30 provided with the first electrode 30a, a voltage is applied between the first electrode 30a and the second electrode 40, Electrons are emitted from the second electrode 40.
  • the charging device 10 includes a first power supply 8a (a part of the power supply unit 8) that applies a voltage between the first electrode 30a and the second electrode 40. Further, the charging device 10 includes a third electrode 80 disposed to face the electron-emitting device 20 (particularly, the second electrode 40), and a second power source 8b that applies a voltage to the third electrode 80 (of the power supply unit 8). Some). The electrons emitted from the electron-emitting device 20 are attracted and collected by the electric field of the third electrode 80, or acceleration energy is given in a vacuum. When the charging device 10 is applied to an image forming apparatus, the photosensitive drum corresponds to the third electrode 80.
  • the insulating layer 60, the intermediate layer 50, the second electrode 40, and the wiring electrode 70 are sequentially stacked on the first electrode 30a provided on the surface of the substrate 30.
  • the substrate 30 is an electrode substrate whose surface also functions as the first electrode 30a, and is composed of a conductive plate-like body.
  • the substrate 30 is made of an aluminum material (t0.5 mm, A1000 series, BF finish, Sumitomo Light Metal).
  • the substrate 30 is only required to have conductivity, and a substrate in which a conductive thin film (first electrode 30a) is formed on an insulating substrate such as ceramic or glass may be used.
  • the insulating layer 60 is made of an insulating material, and is provided in a partial region of the electron-emitting device 20, and blocks current flowing from the first electrode 30 a to the second electrode 40.
  • the insulating layer 60 is provided along the periphery of the electron-emitting device 20. That is, a rectangular opening is formed on the substrate 30 by the insulating layer 60, and the region inside the opening is an electron emission region RD where the first electrode 30 a is exposed, and the outside of the opening In this region, the substrate 30 is an insulating region RZ covered with the insulating layer 60.
  • the insulating layer 60 is provided in a region of the substrate 30 that is lower than the upper surface of the first electrode 30a.
  • the step between the insulating layer 60 and the first electrode 30a can be easily reduced.
  • the structures of the substrate 30 and the insulating layer 60 will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D described later.
  • the intermediate layer 50 is laminated on the entire electron-emitting device 20. Therefore, the intermediate layer 50 is stacked on the insulating layer 60 in the region where the insulating layer 60 is provided, and is stacked on the first electrode 30a in the other regions. In the present embodiment, the intermediate layer 50 is laminated on the entire electron-emitting device 20, but the present invention is not limited to this, and a part of the insulating layer 60 at the end of the substrate 30 may be exposed.
  • the intermediate layer 50 is composed of a resin and conductive fine particles dispersed in the resin.
  • the resin is, for example, a silicone resin obtained by condensation polymerization of silanol (R 3 Si—OH).
  • the conductive fine particles metal particles having conductivity such as gold, silver, platinum, and palladium may be used.
  • the conductive material other than the metal particles carbon, a conductive polymer, a semiconductive material, or the like may be used. What is necessary is just to set suitably content of the electroconductive fine particles in the intermediate
  • the intermediate layer 50 is formed by a coating method such as a spin coating method, a doctor blade method, a spray method, and a dipping method.
  • the method for creating the intermediate layer 50 in the present embodiment first, 3 g of a silicone resin (room temperature curable resin, manufactured by Shin-Etsu Silicone) and 0.03 g of Ag nanoparticles (average diameter: 10 nm, conductive fine particles) An insulating coating alcoholate 1 nm film (manufactured by Applied Nanoparticles Laboratory Co., Ltd.) is placed in a reagent bottle and mixed to produce a mixed solution. And a coating liquid is produced by further stirring the liquid mixture put into the reagent bottle using an ultrasonic vibrator. When the viscosity of the coating solution is 0.8 to 15 mPa ⁇ s, it is suitable for spray coating and spin coating.
  • a silicone resin room temperature curable resin, manufactured by Shin-Etsu Silicone
  • Ag nanoparticles average diameter: 10 nm, conductive fine particles
  • the resin component ratio in the coating solution is about 10 to 70 wt%, and may be appropriately adjusted to optimum conditions using a diluting solvent or the like.
  • the second electrode 40 may be formed using an existing method.
  • the second electrode 40 is formed using a magnetron sputtering apparatus.
  • the second electrode 40 is made of Au—Pd, has a thickness of 50 nm, and has an electrode area of 49 mm 2 .
  • the electron emission efficiency is improved.
  • the film resistance is increased, a voltage drop is generated, or the second electrode 40 is easily broken by heat or mechanical wear.
  • the amount of electrons trapped by the second electrode 40 and emitted to the outside decreases, and the electron emission efficiency decreases. Therefore, the film thickness may be adjusted as appropriate according to the material or the like. A thinner film thickness is preferable.
  • the wiring electrode 70 is made of a conductive material. Note that the power supply may be performed by bringing the power supply terminal into contact with the second electrode 40 without providing the wiring electrode 70.
  • the electron emission element 20 when used as an electron emission source of the charging device 10, the electron emission element 20 is preferably arranged at a distance of, for example, about 0.5 to 1.5 mm from the photoreceptor (third electrode 80).
  • the voltage applied to the electron-emitting device 20 is preferably 20 to 25 V, and a pulse wave having a frequency of 1 to 2 kHz is preferable.
  • the power supply unit 8 is adjusted such that 5 ⁇ A / cm 2 of electrons are emitted per unit area when the duty ratio and the voltage value are adjusted to face the metal flat plate. Under this condition, the photosensitive member is rotated at a rotational peripheral speed of 225 mm / s and controlled so that the surface becomes ⁇ 400 to 600V.
  • the charging device 10 described above can be charged efficiently without causing discharge and generating ozone harmful to the human body.
  • FIG. 2A is an explanatory view showing a surface-treated substrate.
  • the substrate 30 is adjusted to a desired surface roughness by using the above-described commercially available aluminum material and etching the surface. That is, the surface of various commercially available aluminum materials has irregularities due to the exposure and separation of rolling streaks and contained impurities generated during production, and the large irregularities may cause problems in the subsequent formation of the intermediate layer 50 and device characteristics. . That is, if the surface of the substrate is too rough, the substantial film thickness of the intermediate layer varies, and problems such as non-uniformity of the electron emission state and occurrence of current leakage occur due to fluctuations in the electric field strength inside the electron-emitting device. .
  • the surface roughness of the substrate 30 is an arithmetic average roughness Ra (JIS B 0601 (1994)) of about 0.05 to 0.8 ⁇ m.
  • Ra arithmetic average roughness
  • FIG. 2B is an explanatory diagram showing a process of forming a protective film on the substrate.
  • FIG. 2B shows a state in which the protective film HM is formed on the substrate 30 shown in FIG. 2A.
  • the protective film HM has a predetermined pattern formed by photolithography, screen printing, or the like, and is provided on a portion of the substrate 30 corresponding to the electron emission region RD. That is, the portion corresponding to the insulating region RZ is not covered with the protective film HM, and the substrate 30 is exposed.
  • FIG. 2C is an explanatory diagram showing a process of forming an insulating layer on the substrate.
  • FIG. 2C shows a state in which the insulating layer 60 is formed on the substrate 30 shown in FIG. 2B.
  • the insulating layer 60 is formed only in the insulating region RZ by performing anodizing treatment in a state where the electron emission region RD is covered with the protective film HM.
  • the anodic oxide film grows isotropically toward the outer side and the inner side of the original metal surface, the lower end of the insulating layer 60 is lower than the upper surface of the substrate 30 and the upper end is the upper surface of the substrate 30. Will be above.
  • an oxide film may be formed on the back surface (the surface opposite to the first electrode 30a) of the substrate 30, or a protective film HM may be applied to the back surface to remain a conductor. This may be selected as appropriate in consideration of countermeasures for warping during temperature changes caused by the difference in area between the front and back alumite films, restrictions on the power feeding structure, and the like.
  • FIG. 2D is an explanatory diagram showing a process of removing the protective film from the substrate.
  • FIG. 2D shows a state where the protective film HM is removed from the substrate shown in FIG. 2C.
  • a predetermined pattern of the insulating layer 60 is formed, and the first electrode 30a (substrate 30) is exposed.
  • the step between the insulating layer 60 and the first electrode 30a is smaller than the thickness of the insulating layer 60 and is substantially halved.
  • the step between the insulating layer 60 and the first electrode 30a may be referred to as a boundary step d2
  • the thickness of the insulating layer 60 may be referred to as an insulating layer thickness d1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, hatching is omitted for easy viewing of the drawing.
  • the intermediate layer 50 and the second electrode 40 are formed on the substrate 30 having the insulating layer 60 formed by the steps shown in FIGS. 2A to 2D.
  • the intermediate layer 50 has a small thickness but does not affect the electron emission.
  • the thickness of the intermediate layer 50 may be referred to as an intermediate layer thickness d3.
  • the intermediate layer thickness d3 is set to an appropriate thickness of 0.3 to 5 ⁇ m, and more preferably 0.5 to 3 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is reduced, there is a concern that the thickness of the insulating layer 60 may decrease in the vicinity of the step. Therefore, it is necessary to reduce the boundary step d2.
  • the intermediate layer thickness d3 is reduced, there is a problem in stability as the insulating layer 60.
  • the intermediate layer thickness d3 is increased, the element driving voltage for emitting electrons is increased, and it is necessary to increase the thickness of the insulating layer 60 to ensure insulation.
  • the above-described configuration is effective in ensuring insulation, stabilizing the level difference, and further reducing the element driving voltage and the substrate manufacturing cost.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing a conventional substrate.
  • the conventional electron-emitting device 101 uses the same substrate 102 as in the first embodiment. In addition, what is necessary is just to select suitably about the presence or absence of surface treatment.
  • FIG. 4B is an explanatory diagram showing a process of forming an insulating layer in a conventional example.
  • FIG. 4B shows a state in which the insulating layer 103 is formed on the substrate 102 shown in FIG. 4A.
  • the insulating layer 103 is uniformly formed on the entire surface of the substrate 102.
  • FIG. 4C is an explanatory diagram showing a process of forming a protective film in a conventional example.
  • FIG. 4C shows a state in which the protective film HM is formed on the insulating layer 103 shown in FIG. 4B.
  • the protective film HM is provided in a portion corresponding to the insulating region RZ, and the insulating layer 103 is exposed in the electron emission region RD.
  • FIG. 4D is an explanatory diagram showing a process of etching an insulating layer in a conventional example.
  • the protective film HM is removed after the insulating layer 103 in the electron emission region RD is removed by etching the substrate 102 shown in FIG. 4C.
  • the boundary step d2 is larger than the insulating layer thickness d1.
  • the boundary step d2 is about 3 to 6 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional electron-emitting device. In FIG. 5, hatching is omitted for easy viewing of the drawing.
  • a semiconductive layer 104 (intermediate layer) and a second electrode 105 are formed on the substrate 102 having the insulating layer 103 formed by the steps shown in FIGS. 4A to 4D.
  • the semiconductive layer 104 is extremely thin in a region slightly inside the step between the insulating layer 103 and the first electrode. That is, when the step is larger than the film thickness of the semiconductive layer 104, the coating film concentrates on the edge of the step and the film thickness increases. In the center of the electron emission region RD, the coating film is flattened by the action of surface tension so as to maintain a constant film thickness. At this time, a portion between the edge and the center is pulled from both directions to form a thin coating film. As a result, a thin portion is locally generated in the semiconductive layer 104.
  • FIG. 6 is a surface view showing the vicinity of the symbol A of the electron-emitting device shown in FIG. 3
  • FIG. 7 is a surface view showing the vicinity of the symbol B of the electron-emitting device shown in FIG.
  • FIG. 6 and 7 are enlarged photographs obtained by photographing a part of the surface of the element, respectively, and the broken lines in the drawings indicate the insulating regions RZ (upper side and right side in the drawings), respectively.
  • the damaged portion of the second electrode 40 (second electrode 105) due to electron emission is darkened.
  • FIG. 6 in the electron-emitting device 20 according to the first embodiment, no intensive destruction of the second electrode 40 was observed, and uniform electron emission continued throughout the electron emission region RD.
  • significant surface electrode destruction is progressing in a portion about 100 to 200 ⁇ m from the boundary of the insulating region RZ.
  • the electron emission characteristics at this time not only the decrease of the emission current but also the in-device current flowing between the first electrode on the substrate 102 side and the second electrode 105 on the surface side was also decreased.
  • the electron-emitting device 101 power is supplied from the second electrode 105 provided in the insulating region RZ.
  • the current in the device flows through the second electrode 105, and the power supply path is significantly lost due to destruction of the surface electrode. Therefore, it is considered that the current in the device and the emission current have decreased.
  • the surface electrode is not broken so much that it can be used continuously, but the device life is reached due to the electrode breakage near the step of the insulating layer 103.
  • the boundary step d2 is made smaller than the insulating layer thickness d1, thereby ensuring a necessary thickness as the insulating layer 60 and locally reducing the film thickness in the vicinity of the step. This can suppress the decrease of the power feeding path due to the progress of electrode breakage, and can extend the service life.
  • the insulating layer 60 is formed by anodizing the insulating region RZ that is a part of the substrate 30.
  • the anodized film grows toward both sides in the height direction with respect to the material surface. That is, since the insulating layer 60 grows below the surface of the substrate 30, a small step can be formed while ensuring the necessary thickness of the insulating layer 60.
  • the portion of the substrate 30 other than the insulating layer 60 is an electron emission region RD corresponding to the first electrode 30a, the electron emission region RD and the insulating region RZ can be formed of a single material, which is simple. In addition, the cost can be reduced.
  • the insulating layer 60 can be formed without forming an anodic oxide film in the electron emission region RD, the surface property of the electrode surface can be stabilized and the emission characteristics can be stabilized.
  • Aluminum which is the material of the substrate 30, is relatively inexpensive and has a strong anodized anodized film, so that leakage due to mechanical damage of the insulating layer 60 can be avoided.
  • the substrate 30 is not limited to aluminum but may be made of a material capable of forming an anodized film such as titanium, magnesium, nickel, and a stainless steel plate.
  • the insulating layer 60 is formed after surface treatment is performed on the substrate 30.
  • a defect may occur in the processing of the insulating layer 60 and the action of the electron emission region RD depending on the surface property of the substrate 30. Therefore, the insulating layer 60 can be stably formed by performing the surface treatment of the substrate 30 before the anodizing treatment. Further, if the surface property of the electron emission region RD covered with the protective film HM is adjusted again after the formation of the anodic oxide coating, there is a concern that the level difference will increase. And step formation.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the process of forming the insulating layer 60. Specifically, only the insulating region RZ is dug in the substrate 30 by a chemical action or a mechanical method, and an insulating layer 60 formed of a resin film, ceramics, glass, or the like is provided in that portion. Yes.
  • FIG. 8 is a characteristic chart showing evaluation conditions and evaluation results.
  • the insulating layer thickness d1, the boundary step d2, and the intermediate layer thickness d3 were changed to produce a plurality of samples.
  • the electron emission performance is abbreviated as “emission performance”
  • life the degree of destruction at the peripheral edge of the electron emission region RD
  • Examples 1-1 to 1-5, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2 were produced by the same method as in the first embodiment. That is, the insulating layer 60 is an alumite film, and has a structure with reduced steps as shown in FIG.
  • the insulating layer thickness d1 is 4 ⁇ m
  • the boundary step d2 is 2 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is 1.5 ⁇ m in Example 1-1, 0.7 ⁇ m in Example 1-2, and 2.8 ⁇ m in Example 1-3.
  • the insulating layer thickness d1 is 2 ⁇ m
  • the boundary step d2 is 1 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is 0.5 ⁇ m in Example 1-4 and 1.3 ⁇ m in Example 1-5.
  • the insulating layer thickness d1 is 4 ⁇ m, and the boundary step d2 is 2 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is 0.3 ⁇ m in Comparative Example 1-1 and 5.2 ⁇ m in Comparative Example 1-2.
  • the evaluation results of Example 1-1 to Example 1-5 were good results in both release performance and life. In contrast, the evaluation results of Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 were poor in either the release performance or the life, or both.
  • Comparative Examples 2-1 to 2-4 were produced by the same method as the conventional example. That is, the insulating layer 60 is an alumite film and has a conventional structure as shown in FIG. In Comparative Examples 2-1 to 2-4, only in Comparative Example 2-2, the insulating layer thickness d1 is 2 ⁇ m, the boundary step d2 is 3 ⁇ m, and the rest is the insulating layer thickness d1. The boundary level difference d2 is 5 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is 1.5 ⁇ m in Comparative Example 2-1, 1.0 ⁇ m in Comparative Examples 2-2 and 2-3, and 5.4 ⁇ m in Comparative Example 2-4.
  • the evaluation results of Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-4 were poor in either release performance or life, or both.
  • Examples 2-1 to 2-3 and Comparative example 3-1 were produced by the same method as in the second embodiment. That is, the insulating layer 60 is a resin film, and has a structure with reduced steps as shown in FIG.
  • the insulating layer thickness d1 is 4 ⁇ m
  • the boundary step d2 is 2 ⁇ m.
  • the insulating layer thickness d1 is 6 ⁇ m
  • the boundary step d2 is 4 ⁇ m.
  • Comparative Example 3-1 the insulating layer thickness d1 is 4 ⁇ m, and the boundary step d2 is 2 ⁇ m.
  • the intermediate layer thickness d3 is 1.3 ⁇ m in Example 2-1, 1.5 ⁇ m in Examples 2-2 and 2-3, and 0.6 ⁇ m in Comparative Example 3-1.
  • Examples 2-1 to 2-3 both the release performance and the life were good, whereas in Comparative Example 3-1, the life was poor.
  • the film thickness in the vicinity of the step of the insulating layer 60 is likely to decrease. Therefore, the degree of film thickness reduction can be suppressed by setting the intermediate layer film thickness d3 within an appropriate range.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device according to the third embodiment of the present invention. Since the third embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment, components having substantially the same functions as those of the first embodiment and the second embodiment have the same reference numerals. The description is omitted.
  • the shape of the insulating layer 60 is different from that of the first embodiment.
  • the heights of the upper end of the insulating layer 60 and the upper surface of the substrate 30 are substantially the same. That is, the third embodiment has a structure in which there is no step between the insulating layer 60 and the first electrode 30a, and the boundary step d2 is 0 ⁇ m.
  • the insulating layer 60 is formed by anodic oxidation as in the first embodiment, the height may be adjusted by digging only the insulating layer 60, and the insulating layer 60 is bonded and insulated as in the second embodiment.
  • the layer 60 is provided, the depth of digging the substrate 30 and the thickness of the resin film or the like may be adjusted in advance. By adopting a structure having no steps, fluctuations in the film thickness of the intermediate layer 50 can be suppressed.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device according to the fourth embodiment of the present invention. Since the fourth embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, components having substantially the same functions as those of the first to third embodiments have the same reference numerals. The description is omitted.
  • the configuration of the intermediate layer 50 is different from the first embodiment.
  • the intermediate layer 50 is a fine particle layer 51 composed of insulating fine particles 53 and conductive fine particles 54 and is provided in the opening of the insulating layer 60.
  • the first electrode 30a is covered.
  • the fine particle layer 51 is preferably composed of supported particles 55 in which the conductive fine particles 54 are supported on the insulating fine particles 53, and the secondary particle size of the insulating fine particles 53 is larger than the particle size of the conductive fine particles 54. It is preferable.
  • the size in the dispersed state is the primary particle size
  • the size in the aggregated state is the secondary particle size.
  • the insulating fine particles 53 preferably have an average secondary particle diameter of 0.05 ⁇ m to 5.0 ⁇ m. That is, when the conductive fine particles 54 are carried, the average secondary particle diameter of the insulating fine particles 53 is less than 0.05 ⁇ m and is difficult to carry, and if it is greater than 5.0 ⁇ m, the thickness of the intermediate layer 50 becomes too thick. It is not preferable.
  • the insulating fine particles 53 preferably have an average primary particle diameter of 1 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 400 nm, and further preferably 20 nm to 200 nm.
  • Examples of the material of the insulating fine particles 53 include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, sodium tantalate (NaTaO 3 ), tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, and manganese oxide.
  • Tantalum (niobium) containing transition metal such as LaTiO 2 N, CaTaO 2 N, SrTaO 2 N, BaTaO 2 N, LaTaON 2 , CaNbO 2 N, SrNbO 2 N, BaNbO 2 N, and LaNbON 2 Oxynitrides, oxynitrides such as tantalum oxynitride, nitrides such as aluminum nitride, gallium nitride, and tantalum nitride, sulfides such as cadmium sulfide, and the like can be used.
  • the material of the insulating fine particles 53 having a photocatalytic function may be a semiconductor material, and metal oxides, oxynitrides, nitrides and sulfides having a photocatalytic function are preferable.
  • the material of the insulating fine particles 53 include titanium oxide (TiO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), tungsten oxide (WO 3 ), sodium tantalate (NaTaO 3 ), and zinc oxide.
  • Cadmium sulfide can be used, and these may be used in combination.
  • the insulating fine particles 53 are required to be a metal oxide, oxynitride, nitride, and sulfide that function as a photocatalyst, and titanium oxide (TiO 2). 2 ) is preferred.
  • the crystal structure of titanium oxide may be any of anatase type, rutile type, and brookite type. Titanium oxide preferably has an average secondary particle diameter of 0.1 ⁇ m to 5.0 ⁇ m and an average primary particle diameter of 1 nm to 1000 nm.
  • any conductive material can be used as long as the conductive fine particles 54 can be carried on the insulating fine particles 53.
  • a conductive material having high anti-oxidation power for the purpose of avoiding oxidative deterioration when operated at atmospheric pressure, a conductive material having high anti-oxidation power.
  • a metal is preferable, and a noble metal is more preferable.
  • the conductive fine particles 54 include materials such as gold, silver, copper, rhodium, platinum, palladium, nickel, ruthenium, and cobalt.
  • fine powders other than metals such as fullerenes and carbon nanotubes can be used.
  • the particle diameter of the conductive fine particles 54 is smaller than that of the insulating fine particles 53, and the range thereof is 3 nm to 80 nm, preferably 5 nm to 10 nm.
  • the insulating layer 60 is formed on the upper surface of the substrate 30 as in the first embodiment described above.
  • the insulating layer forming step for example, when an aluminum plate is used as the substrate 30, as shown in FIGS. 2A to 2C, the insulating layer 60 patterned to have an opening is formed on the substrate 30 by a screen printing method. Form.
  • the insulating layer 60 may be formed by an anodic oxidation process.
  • the substrate 30 was an aluminum substrate having a thickness of 0.5 mm.
  • An aluminum substrate was masked with an electron emission region of 5 mm ⁇ 5 mm and anodized.
  • the conditions of the anodizing treatment were 20 ⁇ 1 ° C. 15 wt% sulfuric acid bath, current density 1 A / dm 2 , and 250 seconds.
  • the aluminum substrate was subjected to sealing treatment with distilled water (pH: 6.0, 90 ° C.) for about 30 minutes to form an insulating layer 60 having a thickness of 2 ⁇ m.
  • the sealing treatment may be performed with distilled water at 90 to 100 ° C. at a pH of 5.5 to 7.5.
  • the insulating fine particles 53 are applied in the openings of the insulating layer 60 using a coating method such as a spin coating method, a dropping method, and a spray coating method.
  • a coating method such as a spin coating method, a dropping method, and a spray coating method.
  • TiO 2 particles X-ray particle size: 200 nm
  • the film thickness was 1.3 ⁇ m.
  • the conductive fine particles 54 are supported on the insulating fine particles 53 to form the supported particles 55.
  • the conductive fine particles 54 there are an impregnation method, a citric acid reduction method, an air reduction method, and a photoprecipitation method as a method of supporting an metal by electroless plating or reducing an aqueous solution containing metal ions.
  • the solvent used in the reaction solution is not particularly limited as long as it can dissolve metal ions related to the metal to be supported.
  • the solvent of the reaction solution is preferably a solvent that does not interfere with the reduction of the metal ion.
  • suitable solvents include water and a mixed solvent of alcohol and water such as an aqueous methanol solution.
  • the photocatalytic reaction may be performed while stirring.
  • the light source used for the photocatalytic reaction is preferably irradiated with light having a wavelength capable of exhibiting a photocatalytic function.
  • the insulating material is titanium oxide (TiO 2 )
  • an ultraviolet lamp is applied.
  • silver which is conductive fine particles 54 is supported on titanium oxide (TiO 2 ) which is insulating fine particles 53.
  • the substrate 30 coated with the insulating fine particles 53 was put into a container in which 100 ml of a 5 ⁇ mol / L silver nitrate aqueous solution as a reaction solution was placed.
  • ultraviolet rays were irradiated from an ultraviolet lamp as a light source.
  • silver ions were reduced on the titanium oxide by the photocatalytic function of titanium oxide, and supported particles 55 on which silver fine particles were supported were formed. Then, it was naturally dried overnight in a room temperature atmosphere to form the intermediate layer 50 composed of the support particles 55 on the substrate 30.
  • the second electrode 40 is formed on the intermediate layer 50 and the insulating layer 60.
  • a method for forming the second electrode 40 for example, a vacuum deposition method or a sputtering method may be used.
  • the second electrode 40 has two or more layers, various metals may be sequentially stacked in accordance with the respective patterns.
  • the second electrode 40 is made of Au, has a film thickness of 40 nm, and is formed by a magnetron sputtering apparatus.
  • the second electrode 40 is provided in a range of 7 mm ⁇ 7 mm that is slightly larger than the element area (electron emission region RD).
  • the insulating layer thickness d1 was 4 ⁇ m
  • the boundary step d2 was 2 ⁇ m
  • the intermediate layer thickness d3 was 1.3 ⁇ m.
  • both the emission performance and the life can be obtained with good results, and d1> d2 and d2 ⁇ 3.
  • the relationship with xd3 is established.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the electron-emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a binder layer 52 is laminated between the fine particle layer 51 and the second electrode 40.
  • the fine particle layer 51 corresponds to the intermediate layer 50.
  • the binder layer 52 is formed of a binder resin and is not particularly limited as long as it is an insulating material. Most resins can be used. For example, a silicone resin can be used, and its curing type is also particularly limited. Not.
  • the binder layer 52 is preferably thinner than the fine particle layer 51, and the total thickness of the fine particle layer 51 and the binder layer 52 is preferably 0.3 to 5 ⁇ m.
  • the fine particle layer 51 may contain a binder resin.
  • the structure is not limited to the structure illustrated in FIG. 12, and may be an extremely mixed layer (single layer) of the fine particle layer 51 and the binder layer 52. That is, in the structure shown in FIG. 11, the intermediate layer 50 may include the support particles 55 and the binder resin.
  • a binder-containing process is performed between the conductive fine particle supporting process and the second electrode forming process.
  • ⁇ Binder-containing step> an insulating resin serving as a binder is supplied onto the fine particle layer 51.
  • the distance between the first electrode 30a and the second electrode 40 can be adjusted by adjusting the thickness of the fine particle layer 51 and the binder layer 52 according to the supply amount and method of the insulating resin.
  • the binder layer 52 may be formed by a known method.
  • the binder layer 52 is formed by applying and curing a silicone resin or the like using a spin coating method or a spray coating method.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention. Since the fifth embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment, the same reference numerals are used for components having substantially the same functions as those of the first to fourth embodiments. The description is omitted.
  • the configuration of the intermediate layer 50 is different from that of the first embodiment.
  • the intermediate layer 50 is a porous alumina layer 57 having a plurality of pores 56, and conductive fine particles 54 are carried in the pores 56.
  • the substrate 30 is an aluminum substrate (for example, thickness 0.5 mm), and the porous alumina layer 57 is an anodized layer formed on the surface of the aluminum substrate. .
  • an aluminum layer may be formed on a substrate (for example, a glass substrate).
  • the porous alumina layer 57 is an anodized layer formed on the surface of the aluminum layer supported by the substrate. May be.
  • a conductive layer may be formed between the aluminum layer and the substrate 30, and the aluminum layer and the conductive layer may be used as the first electrode 30a.
  • the thickness of the aluminum layer functioning as the first electrode 30a is preferably 10 ⁇ m or more, for example.
  • the pores 56 are opened on the upper surface of the porous alumina layer 57 (substrate 30), and have a shape dug down toward the boundary between the porous alumina layer 57 and the first electrode 30a.
  • a plurality of the pores 56 are provided and are dispersedly arranged in the electron emission region.
  • the depth of the pore 56 is set so as not to reach the first electrode 30a.
  • the layer constituting the bottom of the porous alumina layer 57 between the pores 56 and the first electrode 30a in the porous alumina layer 57 may be referred to as a barrier layer 57a.
  • the pore 56 has an opening diameter (area circle equivalent diameter) of about 50 nm or more and about 3 ⁇ m or less when viewed from above (the second electrode 40 side). Note that the pores 56 may have different diameters in the depth direction, and may have a smaller diameter on the bottom side.
  • the sizes of the porous alumina layer 57, the barrier layer 57a, and the pores 56 will be described in detail together with the manufacturing method described later.
  • the conductive fine particles 54 any conductor can be used as long as it can be supported on alumina, and the same material as the conductive fine particles 54 in the fourth embodiment described above can be applied.
  • the conductive fine particles 54 have a particle size smaller than the opening diameter of the pores 56, and the range thereof is 1 nm to 80 nm, preferably 3 nm to 10 nm.
  • the average particle size is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and more preferably the average particle size
  • the diameter is preferably 3 nm or more and 10 nm or less.
  • Ag nanoparticles may be coated with an organic compound (for example, an alcohol derivative and / or a surfactant).
  • the insulating layer 60 is formed on the upper surface of the substrate 30 as in the first embodiment described above.
  • the porous alumina layer 57 is formed by anodizing the inside of the opening of the insulating layer 60.
  • the insulating layer 60 may be protected by masking.
  • etching may be performed after anodization, or anodization and etching may be alternately repeated a plurality of times.
  • pores 56 having various cross-sectional shapes and sizes are formed. In FIG. 13, cylindrical pores 56 are formed in the porous alumina layer 57.
  • an aqueous solution containing an acid selected from the group consisting of oxalic acid, tartaric acid, phosphoric acid, chromic acid, citric acid, and malic acid is used as the electrolytic solution.
  • the opening diameter, the distance between adjacent portions (interval between the pores 56), the depth of the pores 56, the thickness of the porous alumina layer 57, and the thickness of the barrier layer 57b are determined according to anodizing conditions (for example, the type of the electrolyte, It is controlled by adjusting the applied voltage).
  • the pores 56 can be enlarged in diameter by etching, and the porous alumina layer 57 may be brought into contact with an alumina etchant.
  • an alumina etchant e.g., alumina etchant for wet etching.
  • wet etching the pore walls and the barrier layer 57b can be etched almost isotropically.
  • the etching amount (that is, the opening diameter, the distance between adjacent areas, the depth of the pore 56, the thickness of the barrier layer 57b, etc.) is adjusted by adjusting the type, concentration, and etching time of the etching solution. Can be controlled.
  • etching solution for example, an aqueous solution of phosphoric acid, an aqueous solution of organic acids such as formic acid, acetic acid, and citric acid, or a mixed aqueous solution of chromium phosphoric acid can be used.
  • the porous alumina layer 57 preferably has a thickness of about 10 nm or more and about 5 ⁇ m or less regardless of the shape. If the porous alumina layer 57 is thinner than 10 nm, sufficient conductive fine particles (for example, Ag nanoparticles) cannot be supported, and desired electron emission efficiency may not be obtained. Moreover, although there is no upper limit to the thickness of the porous alumina layer 57, since the electron emission efficiency tends to be saturated when the thickness is increased, it is not necessary to make it thicker than 5 ⁇ m from the viewpoint of manufacturing efficiency.
  • the pores 56 have a depth of 10 nm to 5 ⁇ m, but the depth may be 50 nm to 500 nm.
  • the depth of the pores 56 may be set as appropriate according to the thickness of the porous alumina layer 57.
  • the barrier layer 57b preferably has a thickness of 1 nm to 1 ⁇ m, and more preferably 100 nm or less. When the barrier layer 57b is thinner than 1 nm, a short circuit may occur when a voltage is applied. When the barrier layer 57b is thicker than 1 ⁇ m, a sufficient voltage may not be applied to the intermediate layer 50.
  • the thickness of the barrier layer 57b generally depends on the anodizing conditions together with the distance between adjacent pores 56 and the opening diameter (two-dimensional size).
  • the conditions for the anodizing treatment were oxalic acid (0.05 M, 5 ° C.), and a conversion voltage of 80 V for about 25 minutes. Thereafter, etching was performed with phosphoric acid (0.1 M, 25 ° C.) for 20 minutes.
  • the pore 56 had a depth of about 2000 nm, an opening diameter of 100 nm, and an adjacent distance of 200 nm.
  • the barrier layer 57b has a thickness of about 30 nm.
  • the conductive fine particles 54 are supported in the pores 56 of the porous alumina layer 57.
  • a dispersion liquid in which the conductive fine particles 54 are dispersed in a dispersion medium such as an organic solvent is applied to the substrate 30 that has undergone the porous alumina layer forming step.
  • Ag nanoparticles are used as the conductive fine particles 54, and a dispersion liquid in which Ag nanoparticles are dispersed in an organic solvent is applied onto the porous alumina layer 57.
  • the content of Ag nanoparticles in the dispersion is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, for example, 2% by mass.
  • the dispersion solvent was toluene, and the Ag concentration was 1.3% by mass.
  • the dispersion used in this embodiment may be simply abbreviated as a dispersion.
  • the Ag nanoparticles in the dispersion may be coated with an organic compound, thereby improving dispersibility.
  • the organic compound that coats the Ag nanoparticles is an alcohol derivative and / or a surfactant, and the alcohol derivative is, for example, an alkoxide, and the surfactant has, for example, a carboxylic acid and a derivative thereof at the terminal.
  • Ag nanoparticles used in the dispersion had an average particle size of 6 nm when coated with an alcohol derivative.
  • the method of applying the dispersion is not particularly limited, and for example, the conductive fine particles 54 are supported by being applied using a spin coating method, a spray coating method, or the like, and entering the pores.
  • a spin coating method 200 ⁇ L (microliter) of the above-described dispersion was dropped onto the porous alumina layer 57 and spin coating was performed.
  • the spin coating was performed at 500 rpm for 5 seconds and then at 1500 rpm for 10 seconds.
  • the substrate 30 coated with the dispersion was baked at 150 ° C. for 1 hour.
  • covers Ag nanoparticle can be removed or reduced by performing a baking process.
  • the firing temperature is preferably 100 ° C. to 250 ° C.
  • the electron-emitting device 20 according to the fifth embodiment is obtained by forming the second electrode 40 in the same manner as the second electrode forming step of the fourth embodiment described above.
  • the insulating layer thickness d1 was 4 ⁇ m
  • the boundary step d2 was 3 ⁇ m
  • the intermediate layer thickness d3 was 2.03 ⁇ m.
  • both the emission performance and the life can be obtained with good results, and d1> d2 and d2 ⁇ 3.
  • the relationship with xd3 is established.
  • the electron-emitting device includes, for example, a charging device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a facsimile, an electron beam curing device, or an image display device combined with a light emitter, or an emission device.
  • a charging device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a facsimile
  • an electron beam curing device or an image display device combined with a light emitter, or an emission device.
  • the present invention can be suitably applied to an ion flow generator using an ion flow generated by the generated electrons.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

電子放出素子（２０）は、互いに対向して配置された第１電極（３０ａ）および第２電極（４０）と、第１電極（３０ａ）と第２電極（４０）との間に設けられた中間層（５０）と、基板（３０）の上に、厚さｄ１として形成された絶縁層（６０）とを備えている。絶縁層（６０）と第１電極（３０ａ）との段差は、絶縁層（６０）の厚さｄ１より小さい。

Description

電子放出素子、帯電装置、および画像形成装置
　本発明は、対向して配置された電極の間に電圧を印加し、一方の電極から電子を放出させる電子放出素子、並びに電子放出素子を備える帯電装置および画像形成装置に関する。
　近年、冷陰極電子放出源は、電界放出ディスプレイなどに応用されており、ＭＩＭ型、ＭＩＳ型、ＣＮＴ型、ＢＳＤ型、ｓｐｉｎｄｔ型、およびＳＥＤ型など様々な形態が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような電子源を構成する半導電層については、様々な作成方法が提案されているが、簡易な作製プロセスとして、導電粒子が分散された樹脂溶液を塗布する方法がある（例えば、特許文献２参照）。このような方法は、大気中プロセスとして製造装置のコストを低減できることや、樹脂を選定して比較的低温で素子を作製できるといったメリットがある。
　図１０に、従来の電子放出素子の概略構成図を示す。従来の電子放出素子１０１では、第１電極を有する基板１０２の上に、電子加速層となる半導電層１０４を積層し、さらに、電子放出面となる第２電極１０５を半導電層１０４の上に形成する。また、基板１０２の上には、配線１０６等に使用するために、任意のパターンの絶縁層１０３を形成された領域（絶縁領域ＲＺ）が設けられている。つまり、電子放出素子１０１には、半導電層１０４が基板１０２に直に接し、電子放出領域ＲＤとして導電性を示す領域と、絶縁領域ＲＺとが設けられている。また、電子放出素子１０１は、第１電極と配線１０６との間に接続された電源１１１と、第１電極と電源１１１との間に接続され接地された接地電源１１２とを備えている。電子放出素子１０１の電子放出領域ＲＤでは、凹凸によって、局所的に電界が集中し絶縁破壊が発生する場合や、電子放出量のバラつきを生じさせる場合があるので、表面状態の管理が重要とされている。
　また、電子放出素子１０１は、第１電極（基板１０２の表面）と第２電極１０５との間に電圧を印加して電子放出を行うが、この際、電子放出を伴わずに素子内を流れる電流が発生することがある。そこで、配線１０６等が形成され、電子放出に関与しない部分（絶縁領域ＲＺ）では、不要な素子内電流発生を抑えるため、基板１０２側からの電子の流入を防ぐ絶縁層１０３を形成することが望ましい。また、配線１０６に給電するために接点端子等を圧接する場合、絶縁層１０３には、配線１０６、第２電極１０５、および半導電層１０４を貫通して基板１０２まで流れるリーク電流が発生しないように、機械的にも強固な性能とされていることが好ましい。
　絶縁層１０３を形成する方法としては、ガラス、セラミック、および樹脂等の絶縁領域材の上に導電性薄膜を形成する方法や、導電性基板の上に絶縁シート等を貼り付ける方法などがある。また、アルミニウム基板を陽極酸化させ、電子放出領域ＲＤとなる領域の陽極酸化被膜（以下では、アルマイト膜と呼ぶことがある）をエッチング等で剥離して、導体部分を形成する方法などもある（例えば、特許文献３参照）。この方法では、電子放出領域ＲＤと絶縁領域ＲＺとを同一材料から形成でき、比較的安価に作成できるだけでなく、アルマイト膜の絶縁耐性が良好であり、耐リーク性に優れているという長所がある。
特開平１－２９８６２３号公報 特開２０１４－７１２８号公報 特開２０１５－１１８８５３号公報
　しかしながら、上述したアルマイト膜を剥離する方法では、以下の課題があることが判明した。エッチング等で導体部分を形成した後、基板１０２上に半導電層１０４となる樹脂（塗液）を塗布すると、絶縁層１０３と基板１０２との段差の内側で、半導電層１０４の薄い領域が発生した。
　一般的に、アルマイト膜は、約４～５μｍの厚さまで成長させると、欠陥部分が少ない緻密な膜となり、リーク発生防止に効果的となる。上述したように、アルマイト膜を剥離し、且つ導体部分を完全に露出させるには、アルマイト膜の厚さ以上に掘り下げることが望ましい。そのため、約４～５μｍの厚さのアルマイト膜に対して、絶縁領域ＲＺと電子放出領域ＲＤとでは、約５～６μｍの段差が生じる。また、半導電層１０４は、駆動電圧の低減化や電子放出の安定性などを考慮すると、約１～２μｍの膜厚とするのが好ましい。このような条件で絶縁領域ＲＺを含めた基板１０２上に半導電層１０４の塗液を塗布すると、電子放出領域ＲＤの中央では、所望の厚さの塗膜が形成され、電子放出領域ＲＤの端部では、絶縁層１０３との段差を覆うように厚い塗膜が形成される。ここで、段差よりもやや内側の領域において、塗液の表面張力の作用などで、局所的に塗膜が薄くなる。このことは、塗膜の厚さに比べて段差が大きい場合により顕著となる。このようにして生じた半導電層１０４の薄い領域では、表面電極破壊の進展が先に進み、素子の給電路を損傷させ、放出電流の低下の要因となる。
　上述したことを回避するため、塗膜の厚さを増やした場合には、駆動電圧の増加や放出安定性の低下といった不具合が生じる。また、アルマイト膜の厚さを薄くした場合には、アルマイト膜の緻密性が不充分となり、絶縁性が低下する。さらに、アルマイトの成長状態が面内でバラつきを有するため、アルマイト膜を剥離して導体部分を露出させる際には、露出させた表面に凹凸が生じやすく、導体部分の表面性にバラつきが発生し、放出均一性に不具合を与える場合がある。
　一方、陽極酸化被膜を利用しない場合、例えば、フィルム状の絶縁シートを貼り付ける方法では、一般に、アルマイトに比べて樹脂フィルム等の機械強度が弱く、ピンホールが発生するなど、絶縁層１０３としてのリーク耐性に難点がある。また、段差の解消のために薄いフィルムを用いると、絶縁性の問題がより顕著となる。さらに、貼り付け時には、基板１０２との隙間が生じて段差が不安定になったり、製造工程が複雑になったりして、コストを増加させるという課題がある。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電極破壊進展による給電路減少を防ぎ、長寿命化を図ることができる電子放出素子、帯電装置、および画像形成装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る電子放出素子は、互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、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電極と前記第２電極との間に設けられた中間層と、前記第１電極が設けられた基板の上に、厚さｄ１として形成された絶縁層とを備え、前記絶縁層と前記第１電極との段差ｄ２は、前記絶縁層の厚さｄ１より小さいことを特徴とする。
　本発明に係る電子放出素子では、前記絶縁層は、前記基板のうち、前記第１電極の上面よりも低くされた領域に設けられている構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記中間層の膜厚ｄ３は、ｄ２＜３×ｄ３とされている構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記中間層の膜厚ｄ３は、０．３μｍ＜ｄ３＜５μｍとされている構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記基板は、金属材料で形成され、前記絶縁層は、陽極酸化被膜である構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記基板は、アルミニウムで形成されている構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記絶縁層は、前記基板に表面処理を施した後に形成される構成としてもよい。
　本発明に係る電子放出素子では、前記第１電極の表面粗さＲａは、０．０５μｍ＜Ｒａ＜０．８μｍである構成としてもよい。
　本発明に係る帯電装置は、本発明に係る電子放出素子を電子放出源として用いることを特徴とする。
　本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る帯電装置を備えることを特徴とする。
　本発明によると、絶縁層として必要な厚さを確保しつつ、電極として機能する導体部分と絶縁層との段差を低減することで、電極破壊進展による給電路減少を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
本発明の第１実施形態に係る帯電装置の概略側面図である。 表面処理された基板を示す説明図である。 基板に保護膜を形成する工程を示す説明図である。 基板に絶縁層を形成する工程を示す説明図である。 基板から保護膜を除去する工程を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。 従来例の基板を示す説明図である。 従来例で絶縁層を形成する工程を示す説明図である。 従来例で保護膜を形成する工程を示す説明図である。 従来例で絶縁層をエッチングする工程を示す説明図である。 従来例の電子放出素子の概略断面図である。 図３に示す電子放出素子の符号Ａ近傍を示す表面図である。 図５に示す電子放出素子の符号Ｂ近傍を示す表面図である。 評価条件と評価結果とを示す特性図表である。 本発明の第３実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。 従来の電子放出素子の概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子放出素子の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。
　（第１実施形態）
　以下、本発明の第１実施形態に係る帯電装置について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る帯電装置の概略側面図である。
　本発明の第１実施形態に係る帯電装置１０は、互いに対向して配置された第１電極３０ａおよび第２電極４０と、第１電極３０ａと第２電極４０との間に設けられた中間層５０と、第１電極３０ａが設けられた基板３０の上に形成された絶縁層６０とを有する電子放出素子２０を備え、第１電極３０ａと第２電極４０との間に電圧を印加し、第２電極４０から電子を放出させる。
　また、帯電装置１０は、第１電極３０ａと第２電極４０との間に電圧を印加する第１電源８ａ（電源部８の一部）を備えている。さらに、帯電装置１０は、電子放出素子２０（特に、第２電極４０）と対向して配置された第３電極８０と、第３電極８０に電圧を印加する第２電源８ｂ（電源部８の一部）を備えている。電子放出素子２０から放出された電子は、第３電極８０の電界によって引き寄せられて回収されたり、真空中においては加速エネルギーを与えられたりする。なお、帯電装置１０を画像形成装置に適用した場合は、感光体ドラムが第３電極８０に相当する。
　具体的に、電子放出素子２０は、基板３０の表面に設けられた第１電極３０ａの上に、絶縁層６０、中間層５０、第２電極４０、および配線電極７０が順に積層されている。
　基板３０は、特に、表面が第１電極３０ａとしての機能を兼ねる電極基板であって、導電性を有する板状体で構成されている。本実施の形態において、基板３０は、アルミニウム材（ｔ０．５ｍｍ、Ａ１０００系、ＢＦ仕上げ、住友軽金属製）で形成されている。なお、基板３０は、導電性が確保されていればよく、セラミックやガラスなどの絶縁性基板上に導電性薄膜（第１電極３０ａ）を形成したものを用いてもよい。
　絶縁層６０は、絶縁性を有する材料で形成され、電子放出素子２０の一部の領域に設けられており、第１電極３０ａから第２電極４０へ流れる電流を遮断する。本実施の形態では、絶縁層６０は、電子放出素子２０の周縁に沿って設けられている。つまり、基板３０の上には、絶縁層６０によって矩形状の開口部が形成されており、開口部の内側の領域では、第１電極３０ａが露出した電子放出領域ＲＤとされ、開口部の外側の領域では、基板３０が絶縁層６０に覆われた絶縁領域ＲＺとされている。また、絶縁層６０は、基板３０のうち、第１電極３０ａの上面よりも低くされた領域に設けられている。したがって、絶縁層６０の下端が第１電極３０ａの上面よりも下に設けられた構造とされるので、絶縁層６０と第１電極３０ａとの段差を容易に小さくすることができる。なお、基板３０および絶縁層６０の構造については、後述する図２Ａないし図２Ｄを参照して詳細に説明する。
　中間層５０は、電子放出素子２０全体に積層されている。従って、中間層５０は、絶縁層６０が設けられた領域では、絶縁層６０の上に積層され、それ以外の領域では、第１電極３０ａの上に積層されている。なお、本実施の形態では、中間層５０を電子放出素子２０全体に積層したが、これに限定されず、基板３０端部の絶縁層６０の一部が露出していてもよい。
　本実施の形態において、中間層５０は、樹脂と、樹脂中に分散された導電性微粒子とで構成されている。樹脂は、例えば、シラノール（Ｒ3Ｓｉ－ＯＨ）を縮合重合したシリコーン樹脂である。導電性微粒子は、例えば、金、銀、白金、およびパラジウム等の導電性を有する金属粒子を用いてもよい。また、金属粒子以外の導電性材料としては、カーボン、導電性高分子、および半導電性材料などを用いてもよい。中間層５０における導電性微粒子の含有量は、適宜設定すればよく、それによって、中間層５０の抵抗値を調整することができる。中間層５０は、スピンコート法、ドクターブレード法、スプレー法、およびディッピング法などの塗布方法によって形成される。
　本実施の形態での中間層５０の作成方法では、先ず、樹脂であるシリコーン樹脂３ｇ（室温硬化性樹脂、信越シリコーン製）と、導電性微粒子であるＡｇナノ粒子０．０３ｇ（平均径１０ｎｍ、絶縁被覆アルコラート１ｎｍ膜、株式会社応用ナノ粒子研究所製）とを試薬瓶に入れて混合することで、混合液が作製される。そして、超音波振動器を用いて、試薬瓶に入れた混合液をさらに撹拌することで、塗布液が作製される。塗布液の粘度は、０．８～１５ｍＰａ・ｓとされているとスプレー塗布やスピンコートに好適である。また、塗布液中の樹脂成分比率は、１０～７０ｗｔ％程度とされており、希釈溶媒等を用いて、適宜最適な条件に調整すればよい。塗布液は、基板３０に塗布された後、大気中の湿気によって縮合重合してシリコーン樹脂となり、中間層５０を形成する。
　第２電極４０は、既存の方法を用いて形成すればよく、本実施の形態では、マグネトロンスパッタ装置を用いて形成されている。本実施の形態において、第２電極４０は、Ａｕ－Ｐｄで形成され、膜厚が５０ｎｍとされ、電極面積が４９ｍｍ2とされている。なお、第２電極４０は、薄くすると、電子放出効率が向上するのに対し、膜抵抗が大きくなって電圧降下が発生したり、熱や機械的磨耗によって破壊し易くなったりし、厚くすると、第２電極４０にトラップされて、外部へ放出される電子の量が減少し、電子の放出効率が減少するため、材料等に応じて適宜膜厚を調整すればよいが、第２電極４０の膜厚は、より薄い方が好ましい。
　配線電極７０は、導電性材料で形成されている。なお、配線電極７０を設けず、第２電極４０に給電端子を当接させて給電を行ってもよい。
　上述したように、帯電装置１０の電子放出源として用いる際に電子放出素子２０は、感光体（第３電極８０）から、例えば、０．５～１．５ｍｍ程度隔てて配置するのが好ましい。また、電子放出素子２０に印加する電圧は、２０～２５Ｖとし、周波数は１～２ｋＨｚのパルス波が好ましい。電源部８は、デューティ比と電圧値とを調整して、金属平板に対向したときに単位面積当たり５μＡ／ｃｍ2の電子が放出されるように調整される。この条件で感光体は、回転周速度が２２５ｍｍ／ｓで回動し、表面が－４００～６００Ｖになるように制御される。上述した帯電装置１０は、放電を伴わず、人体に有害なオゾンを発生させずに、効率よく帯電できる。
　次に、基板３０に絶縁層６０を形成する工程を、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明する。
　図２Ａは、表面処理された基板を示す説明図である。
　基板３０は、上述した市販のアルミニウム材を用い、表面をエッチング処理して、所望の表面粗さに調整される。すなわち、市販の各種アルミニウム材の表面には、製造時に発生する圧延スジや含有不純物の露出や離脱による凹凸があり、大きな凹凸は、その後の中間層５０形成や素子特性に不具合をもたらすことがある。つまり、基板の表面が粗すぎると、中間層の実質的な膜厚がばらつき、電子放出素子内部の電界強度の変動によって、電子放出状態の不均一化や、電流のリークの発生といった課題が生じる。また、表面が過剰に平坦にされていると、後述する保護膜ＨＭとの密着性が下がり、絶縁層６０のパターニングに不具合をもたらすことがある。このようなことを考慮すると、基板３０の表面の粗さは、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１（１９９４））が０．０５～０．８μｍ程度とされていることが望ましい。このように、基板３０を最適な表面粗さに設定することで、放出性能の安定化を図ることができる。
　図２Ｂは、基板に保護膜を形成する工程を示す説明図である。
　図２Ｂでは、図２Ａに示す基板３０の上に、保護膜ＨＭが形成された状態を示している。保護膜ＨＭは、フォトリソグラフィーやスクリーン印刷等で所定のパターンが形成されており、基板３０のうち、電子放出領域ＲＤに対応する部分に設けられている。つまり、絶縁領域ＲＺに対応する部分は、保護膜ＨＭに覆われておらず、基板３０が露出している。
　図２Ｃは、基板に絶縁層を形成する工程を示す説明図である。
　図２Ｃでは、図２Ｂに示す基板３０の上に、絶縁層６０が形成された状態を示している。絶縁層６０は、電子放出領域ＲＤを保護膜ＨＭによって覆った状態で、陽極酸化処理を施すことで、絶縁領域ＲＺだけに形成される。ここで、陽極酸化被膜は、元の金属表面の外側と内側とに向かって等方的に成長するため、絶縁層６０は、下端が基板３０の上面よりも下方となり、上端が基板３０の上面よりも上方となる。この際、基板３０の裏面（第１電極３０ａと反対の面）は、酸化被膜を形成してもよいし、裏面にも保護膜ＨＭを塗布して、導体のままとしてもよい。これは、表裏のアルマイト膜の面積差に起因する温度変化時の反り対策や、給電構造の制約などを考慮して、適宜選択すればよい。
　図２Ｄは、基板から保護膜を除去する工程を示す説明図である。
　図２Ｄでは、図２Ｃに示す基板から保護膜ＨＭを除去した状態を示している。保護膜ＨＭを除去することで、所定の絶縁層６０のパターンが形成され、第１電極３０ａ（基板３０）が露出される。上述したように、陽極酸化被膜が等方的に成長した結果、絶縁層６０と第１電極３０ａとの段差は、絶縁層６０の厚さより小さく、略半分となる。なお、以下では説明の簡略化のため、絶縁層６０と第１電極３０ａとの段差を境界段差ｄ２と呼び、絶縁層６０の厚さを絶縁層厚さｄ１と呼ぶことがある。
　図３は、本発明の第１実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。なお、図３では、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。
　図３では、図２Ａないし図２Ｄに示す工程によって作成された絶縁層６０を有する基板３０に対して、中間層５０および第２電極４０が形成されている。上述したように、絶縁層６０と第１電極３０ａとの段差よりもやや内側の領域において、中間層５０は、膜厚がわずかに薄くなるが、電子放出に影響がない程度とされている。以下では説明のため、中間層５０の膜厚を中間層膜厚ｄ３と呼ぶことがある。
　中間層膜厚ｄ３は、０．３～５μｍが適切な厚みとされており、より望ましくは０．５～３μｍとされている。中間層膜厚ｄ３が薄くなると、絶縁層６０の段差近傍での膜厚低下が懸念されるので、境界段差ｄ２を小さくする必要があるが、薄くなると絶縁層６０としての安定性に不具合が生じる。一方、中間層膜厚ｄ３が厚くなると、電子放出を行うための素子駆動電圧が高くなり、絶縁層６０を厚くして、絶縁性を確保する必要がある。その結果、素子駆動時の発熱などによって、基板３０に熱応力が付与されて、絶縁層６０と導体部分とでの物性差によるひび割れや剥離が懸念される。そのため、上述した構成とすることで、絶縁性の確保や段差の安定化、さらには、素子駆動電圧低減や基板製造コスト低減に有効となる。
　次に、比較のため、従来の方法で絶縁層を形成した従来例について、図面を参照して説明する。
　図４Ａは、従来例の基板を示す説明図である。
　従来例の電子放出素子１０１では、第１実施形態と同様の基板１０２を用いている。なお、表面処理の有無については、適宜選択すればよい。
　図４Ｂは、従来例で絶縁層を形成する工程を示す説明図である。
　図４Ｂでは、図４Ａに示す基板１０２の上に、絶縁層１０３が形成された状態を示している。従来例では、第１実施形態とは異なり、基板１０２の全面に対して、一様に絶縁層１０３を形成している。
　図４Ｃは、従来例で保護膜を形成する工程を示す説明図である。
　図４Ｃでは、図４Ｂに示す絶縁層１０３の上に、保護膜ＨＭが形成された状態を示している。従来例において、保護膜ＨＭは、絶縁領域ＲＺに対応する部分に設けられており、電子放出領域ＲＤでは、絶縁層１０３が露出している。
　図４Ｄは、従来例で絶縁層をエッチングする工程を示す説明図である。
　図４Ｄでは、図４Ｃに示す基板１０２に対して、エッチングを施すことで、電子放出領域ＲＤの絶縁層１０３を剥ぎ取った後、保護膜ＨＭを除去している。絶縁層１０３を剥ぎ取る際には、基板１０２の凹凸や含有不純物に起因するアルマイト膜の成長バラつきを考慮して、絶縁層１０３の厚さよりも、１～２μｍ程度深くエッチングする必要がある。そのため、従来例では、境界段差ｄ２が絶縁層厚さｄ１よりも大きくなる。絶縁層厚さｄ１が２～４μｍである場合、境界段差ｄ２は、３～６μｍ程度となる。
　図５は、従来例の電子放出素子の概略断面図である。なお、図５では、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。
　図５では、図４Ａないし図４Ｄに示す工程によって作成された絶縁層１０３を有する基板１０２に対して、半導電層１０４（中間層）および第２電極１０５が形成されている。従来例では、図３に示す第１実施形態と異なり、絶縁層１０３と第１電極との段差よりもやや内側の領域において、半導電層１０４が極端に薄くなっている。すなわち、半導電層１０４の膜厚に比べて段差が大きい場合、段差の縁部に塗膜が集中して膜厚が増大する。電子放出領域ＲＤの中央では、一定の膜厚を保つように、塗膜が表面張力の作用で平坦化する。このとき、縁部と中央との狭間にある部分では、両方向から引っ張られて薄い塗膜となる。その結果、半導電層１０４には、局所的に薄い部分が生じる。
　次に、第１実施形態に係る電子放出素子２０と、従来例の電子放出素子１０１とでの評価結果を説明する。それぞれの評価では、作製した電子放出素子２０の電子放出性能のエージングテストを行った後、表面状態を観察した。
　図６は、図３に示す電子放出素子の符号Ａ近傍を示す表面図であって、図７は、図５に示す電子放出素子の符号Ｂ近傍を示す表面図である。
　図６および図７は、それぞれ素子の表面の一部を撮影した拡大写真とされ、図面における破線は、それぞれ絶縁領域ＲＺ（図面では、上辺および右辺）を示している。それぞれの素子では、電子放出によって第２電極４０（第２電極１０５）の損傷している部分が黒ずんでいる。図６に示すように、第１実施形態に係る電子放出素子２０では、第２電極４０の集中的な破壊は見られず、電子放出領域ＲＤ全域にわたって、均一な電子放出が継続した。これに対し、図７に示す従来例では、絶縁領域ＲＺの境界から１００～２００μｍ程度内側の部分で、著しい表面電極破壊が進行している。このときの電子放出特性としては、放出電流の低下だけでなく、基板１０２側の第１電極と、表面側の第２電極１０５との間を流れる素子内電流も低下していた。電子放出素子１０１では、絶縁領域ＲＺに設けられた第２電極１０５から給電されているが、素子内電流は、第２電極１０５を伝って流れており、表面電極の破壊によって給電路が著しく消失したため、素子内電流と放出電流とが低下したと考えられる。電子放出領域ＲＤの中央側は、表面電極の破壊がさほど進んでおらず、継続使用可能な状態ではあるが、絶縁層１０３の段差付近の電極破壊により素子寿命を迎えている。
　上述したように、本実施の形態では、境界段差ｄ２を絶縁層厚さｄ１より小さくすることで、絶縁層６０として必要な厚さを確保しつつ、段差近傍での膜厚の局所的な低下を抑え、電極破壊進展による給電路減少を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
　また、本実施の形態では、基板３０の一部である絶縁領域ＲＺに陽極酸化処理を施して、絶縁層６０が形成される。陽極酸化被膜は、材料表面に対して、高さ方向の両側に向けて成長する。つまり、基板３０の表面よりも下に絶縁層６０が成長する構成とされるので、必要な絶縁層６０の厚さを確保しつつ、小さな段差を形成することができる。また、基板３０のうち、絶縁層６０以外の部分は、第１電極３０ａに相当する電子放出領域ＲＤとされるので、電子放出領域ＲＤと絶縁領域ＲＺとを単一の材料で形成でき、簡便に低コスト化を図ることができる。ところで、電子放出領域ＲＤに陽極酸化処理を施した場合、陽極酸化被膜を剥離して、表面を露出させる際に生じる剥離面の凹凸発生が懸念される。しかしながら、本実施の形態では、電子放出領域ＲＤに陽極酸化被膜を形成することなく、絶縁層６０を形成できるので、電極面の表面性を安定させ、放出特性の安定化に寄与できる。
　基板３０の材料となるアルミニウムは、比較的安価であって、酸化被膜とされたアルマイト膜が強固であるため、絶縁層６０の機械的な損傷によるリーク発生を回避できる。なお、基板３０は、アルミニウムだけに限らず、チタン、マグネシウム、ニッケル、およびステンレス板などの陽極酸化被膜が形成可能な材料を用いてもよい。
　本実施の形態において、絶縁層６０は、基板３０に表面処理を施した後に形成される。従来の方法では、基板３０の表面性によって、絶縁層６０の加工や電子放出領域ＲＤの作用に不具合が生じる場合がある。そこで、陽極酸化処理の前に基板３０の表面処理を施すことで、絶縁層６０を安定的に形成することができる。また、陽極酸化被膜を形成した後に、保護膜ＨＭで覆われた電子放出領域ＲＤの表面性を改めて調整すると、段差が増大する懸念があるが、上述した構成とすることで、所望の表面性と段差形成とが両立できる。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る電子放出素子について説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態に対して、略同様の構成とされているので、図面を省略し、第１実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第２実施形態は、第１実施形態に対して、絶縁層６０を形成する工程が異なる。具体的に、基板３０は、化学的な作用あるいは機械的な方法で、絶縁領域ＲＺだけが掘り下げられ、その部分に、樹脂フィルム、セラミックス、またはガラスなどで形成された絶縁層６０が設けられている。
　（評価結果）
　次に、第１実施形態、従来例、および第２実施形態について、電子放出性能と電子放出領域ＲＤ周縁部の破壊度合とを評価した結果を示す。
　図８は、評価条件と評価結果とを示す特性図表である。
　評価においては、第１実施形態、従来例、および第２実施形態のそれぞれについて、絶縁層厚さｄ１、境界段差ｄ２、および中間層膜厚ｄ３を変更して、複数のサンプルを作製した。なお、以下では説明の簡略化のため、電子放出性能を「放出性能」と略し、電子放出領域ＲＤ周縁部の破壊度合を「ライフ」と略す。
　実施例１－１ないし実施例１－５、比較例１－１、および比較例１－２は、第１実施形態と同様の方法で作製した。つまり、絶縁層６０は、アルマイト膜とされており、図３のように段差を低減した構造とされている。実施例１－１ないし実施例１－３は、絶縁層厚さｄ１が４μｍとされ、境界段差ｄ２が２μｍとされている。中間層膜厚ｄ３は、実施例１－１が１．５μｍで、実施例１－２が０．７μｍで、実施例１－３が２．８μｍである。実施例１－４および実施例１－５は、絶縁層厚さｄ１が２μｍとされ、境界段差ｄ２が１μｍとされている。中間層膜厚ｄ３は、実施例１－４が０．５μｍで、実施例１－５が１．３μｍである。比較例１－１および比較例１－２は、絶縁層厚さｄ１が４μｍとされ、境界段差ｄ２が２μｍとされている。中間層膜厚ｄ３は、比較例１－１が０．３μｍで、比較例１－２が５．２μｍである。実施例１－１ないし実施例１－５の評価結果は、放出性能とライフとのいずれも良好な結果であった。これに対し、比較例１－１および比較例１－２の評価結果は、放出性能とライフとのいずれか、または両方で不良となった。
　比較例２－１ないし比較例２－４は、従来例と同様の方法で作製した。つまり、絶縁層６０は、アルマイト膜とされており、図５のように従来の構造とされている。比較例２－１ないし比較例２－４において、比較例２－２だけが、絶縁層厚さｄ１が２μｍとされ、境界段差ｄ２が３μｍとされており、残りは、絶縁層厚さｄ１が４μｍとされ、境界段差ｄ２が５μｍとされている。中間層膜厚ｄ３は、比較例２－１が１．５μｍで、比較例２－２および比較例２－３が１．０μｍで、比較例２－４が５．４μｍである。比較例２－１および比較例２－４の評価結果は、放出性能とライフとのいずれか、または両方で不良となった。
　実施例２－１ないし実施例２－３、および比較例３－１は、第２実施形態と同様の方法で作製した。つまり、絶縁層６０は、樹脂フィルムとされており、図３のように段差を低減した構造とされている。実施例２－１および実施例２－２は、絶縁層厚さｄ１が４μｍとされ、境界段差ｄ２が２μｍとされている。実施例２－３は、絶縁層厚さｄ１が６μｍとされ、境界段差ｄ２が４μｍとされている。比較例３－１は、絶縁層厚さｄ１が４μｍとされ、境界段差ｄ２が２μｍとされている。中間層膜厚ｄ３は、実施例２－１が１．３μｍで、実施例２－２および実施例２－３が１．５μｍで、比較例３－１が０．６μｍである。実施例２－１ないし実施例２－３は、放出性能とライフとのいずれも良好な結果であったのに対し、比較例３－１は、ライフが不良となった。
　上述した放出性能の結果と中間層膜厚ｄ３との関連を見ると、０．３μｍ未満ではリーク発生が生じ、５．０μｍ以上では放出量不足が生じた。また、境界段差ｄ２と中間層膜厚ｄ３との関係を評価するため、「ｄ２／ｄ３」の値を算出した。そして、ライフ（周縁部の破壊）の結果と「ｄ２／ｄ３」との関連を見ると、「ｄ２／ｄ３」が３未満のときに良好な結果となった。すなわち、中間層膜厚ｄ３は、ｄ２＜３×ｄ３とされていることが望ましい。中間層膜厚ｄ３に対して境界段差ｄ２が大きすぎると、絶縁層６０の段差近傍の膜厚低下が生じやすい。そのため、中間層膜厚ｄ３を適切な範囲に設定することで、膜厚の低減度合いを抑えることができる。
　（第３実施形態）
　図９は、本発明の第３実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。なお、第３実施形態は、第１実施形態に対して、略同様の構成とされているので、第１実施形態および第２実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第３実施形態では、第１実施形態に対して、絶縁層６０の形状が異なる。具体的に、第３実施形態では、絶縁層６０の上端と基板３０の上面とで高さが略一致している。つまり、第３実施形態は、絶縁層６０と第１電極３０ａとの段差がない構造とされており、境界段差ｄ２が０μｍである。第１実施形態のように、陽極酸化処理によって絶縁層６０を形成した際には、絶縁層６０だけを掘り下げて高さを調整すればよいし、第２実施形態のように、貼り合わせて絶縁層６０を設けた際には、予め基板３０を掘り下げる深さと樹脂フィルム等の厚さとを調整すればよい。段差がない構造とすることで、中間層５０の膜厚の変動を抑制することができる。
（第４実施形態）
　図１１は、本発明の第４実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。なお、第４実施形態は、第１実施形態に対して、略同様の構成とされているので、第１実施形態ないし第３実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第４実施形態では、第１実施形態に対して、中間層５０の構成が異なっている。具体的に、本実施の形態において、中間層５０は、絶縁性微粒子５３と導電性微粒子５４とで構成された微粒子層５１とされ、絶縁層６０の開口部内に設けられており、中間層５０によって第１電極３０ａが覆われている。
　微粒子層５１は、絶縁性微粒子５３に導電性微粒子５４を担持させた担持粒子５５で構成されていることが好ましく、絶縁性微粒子５３の二次粒子径は、導電性微粒子５４の粒子径より大きいことが好ましい。絶縁性微粒子５３および導電性微粒子５４などの微粒子については、分散した状態での大きさが一次粒子径とされ、凝集した状態での大きさが二次粒子径とされている。
　絶縁性微粒子５３は、平均二次粒子径が０．０５μｍ～５．０μｍであることが好ましい。つまり、絶縁性微粒子５３の平均二次粒子径は、導電性微粒子５４を担持させる場合、０．０５μｍより小さいと担持しにくく、５．０μｍより大きいと中間層５０の膜厚が厚くなりすぎるため好ましくない。また、絶縁性微粒子５３は、平均一次粒子径が、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。
　絶縁性微粒子５３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（ＮａＴａＯ3）、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、および酸化マンガン等の金属酸化物や、ＬａＴｉＯ2Ｎ、ＣａＴａＯ2Ｎ、ＳｒＴａＯ2Ｎ、ＢａＴａＯ2Ｎ、ＬａＴａＯＮ2、ＣａＮｂＯ2Ｎ、ＳｒＮｂＯ2Ｎ、ＢａＮｂＯ2Ｎ、およびＬａＮｂＯＮ2といった遷移金属を含むタンタル（ニオブ）系酸窒化物や、酸窒化タンタル等の酸窒化物や、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、および窒化タンタル等の窒化物や、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、光触媒機能を有する絶縁性微粒子５３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、硫化物が好ましい。絶縁性微粒子５３の材料は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、タンタル酸ナトリウム（ＮａＴａＯ3）、酸化亜鉛、硫化カドミウムなどを用いることができ、これらを組み合わせて使ってもよい。なお、後述する光析出法を用いて製造する際、絶縁性微粒子５３においては、光触媒として機能する金属酸化物、酸窒化物、窒化物、および硫化物であることが必須となり、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を用いることが好適とされている。酸化チタンの結晶構造は、アナターゼ型、ルチル型、および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であって、平均一次粒子径が１ｎｍ～１０００ｎｍであることが好ましい。
　導電性微粒子５４は、絶縁性微粒子５３に担持可能であれば、どのような導電体でも用いることができるが、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。導電性微粒子５４については、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、およびコバルトといった材料が挙げられる。また、導電性微粒子５４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５４の粒径は、絶縁性微粒子５３よりも小さく、その範囲は３ｎｍ～８０ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ～１０ｎｍである。
　次に、第４実施形態での製造工程の一例を以下に示す。なお、本発明はこれに限定されず、異なる周知の製造方法を用いてもよい。
　＜絶縁層形成工程＞
　第４実施形態では、上述した第１実施形態と同様にして、基板３０の上面に絶縁層６０を形成する。絶縁層形成工程において、例えば、基板３０としてアルミニウム板を使用した場合は、図２Ａないし図２Ｃに示すように、スクリーン印刷法によって、開口部を有するようにパターニング形成した絶縁層６０を基板３０に形成する。絶縁層６０は、陽極酸化処理によって形成すればよい。
　具体的に、基板３０は、厚さ０．５ｍｍのアルミ基板を用いた。アルミ基板に対し、５ｍｍ×５ｍｍの電子放出領域をマスキングして、陽極酸化処理を行った。陽極酸化処理の条件は、２０±１℃の１５ｗｔ％硫酸浴、電流密度１Ａ／ｄｍ2、２５０秒間とした。その後、アルミ基板に対し、蒸留水（ｐＨ：６．０、９０℃）で封孔処理を約３０分間行うことで、厚さ２μｍの絶縁層６０を形成した。なお、封孔処理は、ｐＨ：５．５～７．５で９０～１００℃の蒸留水で行えばよい。
　＜絶縁性微粒子塗布工程＞
　絶縁性微粒子塗布工程では、絶縁層６０の開口部内に、スピンコート法、滴下法、およびスプレーコート法等の塗布法を用いて、絶縁性微粒子５３を塗布する。具体的に、絶縁性微粒子１５ａであるＴｉＯ2粒子（Ｘ線粒径：２００ｎｍ）をスピンコート法で塗布し、膜厚は１．３μｍであった。
　＜導電性微粒子担持工程＞
　導電性微粒子担持工程では、絶縁性微粒子５３に導電性微粒子５４を担持させて、担持粒子５５を形成する。導電性微粒子５４については、無電解メッキや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、および光析出法がある。
　本実施の形態では光析出法を用いたので、これについて詳細に説明する。光析出法では、光触媒機能を持つ絶縁性材料に、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）を接触させた状態で、光触媒機能を発揮する光を当てる。これによって、絶縁性材料（半導体材料も含む）で電子を励起させ、金属イオン等を還元し、絶縁性材料に金属を担持させる。
　反応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しうる溶媒であれば特に制限がない。ただし、金属イオンが金属に還元されるのに併せて、絶縁性材料では、還元と対をなす酸化反応が生じるので、反応溶液の溶媒は、金属イオンの還元を邪魔しない溶媒であることが好ましい。反応溶液において、好適な溶媒は、水や、メタノール水溶液等のアルコールと水との混合溶媒が挙げられる。光触媒反応においてアルコール溶媒を含む場合には、励起された電子（励起電子）の価電子帯の穴（正孔）と反応してアルコールを酸化させる。正孔が消費されることで、励起電子と正孔との再結合が抑制され、還元反応を促進させることができる。
　光析出法は、撹拌することで反応がさらに進行するため、撹拌しながら光触媒反応をさせてもよい。また、光触媒反応に用いる光源は、光触媒機能を発揮することのできる波長を有する光を照射することが望ましく、例えば、絶縁性材料を酸化チタン（ＴｉＯ2）とした場合では、紫外線ランプが適用される。
　本実施の形態では、絶縁性微粒子５３である酸化チタン（ＴｉＯ2）に導電性微粒子５４である銀を担持させた。反応溶液である５μｍｏｌ／Ｌの硝酸銀水溶液１００ｍｌが入れられた容器に、絶縁性微粒子５３を塗布した基板３０を投入した。この状態で、光源である紫外線ランプから紫外線を照射した。その結果、酸化チタンの光触媒機能により、銀イオンが酸化チタン上で還元されて、銀の微粒子が担持された担持粒子５５が形成された。その後、室温雰囲気中で一晩自然乾燥させて、基板３０上に、担持粒子５５で構成された中間層５０を形成した。
　＜第２電極形成工程＞
　第２電極形成工程では、中間層５０および絶縁層６０の上に、第２電極４０を形成する。第２電極４０の形成方法は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法を用いればよい。第２電極４０が２層以上とされている場合は、各種金属をそれぞれのパターンに合わせて順次積層すればよい。本実施の形態において、第２電極４０は、Ａｕを材料とし、膜厚は４０ｎｍであって、マグネトロンスパッタ装置によって形成された。第２電極４０は、素子面積（電子放出領域ＲＤ）よりも一回り大きい７ｍｍ×７ｍｍの範囲に設けられている。
　上述した方法で作製した電子放出素子２０において、断面を観察した結果、絶縁層厚さｄ１が４μｍであり、境界段差ｄ２が２μｍであり、中間層膜厚ｄ３が１．３μｍであった。また、本実施の形態に係る電子放出素子２０は、第１実施形態と同様にして評価した結果、放出性能とライフとのいずれも良好な結果を得ることができ、ｄ１＞ｄ２、ｄ２＜３×ｄ３との関係が成り立っている。
　次に、第４実施形態の変形例について説明する。
　図１２は、本発明の第４実施形態に係る電子放出素子の変形例を示す概略断面図である。
　変形例では、微粒子層５１と第２電極４０との間にバインダー層５２が積層されている。なお、変形例においても、微粒子層５１が中間層５０に相当する。バインダー層５２は、バインダー樹脂で形成されており、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って、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。バインダー層５２は、微粒子層５１より薄いことが好ましく、微粒子層５１とバインダー層５２とを合わせた厚さは、０．３～５μｍであることが好ましい。バインダー層５２を設けた場合では、微粒子層５１中にバインダー樹脂が含まれていてもよい。また、図１２に示す構造に限らず、極端には、微粒子層５１とバインダー層５２とが混合した層（単層）となっていても構わない。つまり、図１１に示す構造であって、中間層５０は、担持粒子５５とバインダー樹脂とを含む構成とされていてもよい。
　変形例における製造工程では、導電性微粒子担持工程と第２電極形成工程との間に、バインダー含有工程が行われる。
　＜バインダー含有工程＞
　バインダー含有工程では、バインダーとなる絶縁性樹脂を微粒子層５１の上に供給する。ここでは、絶縁性樹脂の供給量や方法等によって、微粒子層５１とバインダー層５２との厚さを調整することで、第１電極３０ａと第２電極４０との距離を調整することができる。バインダー層５２は、周知の方法で形成すればよく、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、硬化させて形成される。
（第５実施形態）
　図１３は、本発明の第５実施形態に係る電子放出素子の概略断面図である。なお、第５実施形態は、第１実施形態に対して、略同様の構成とされているので、第１実施形態ないし第４実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　第５実施形態では、第１実施形態に対して、中間層５０の構成が異なる。本実施の形態において、中間層５０は、複数の細孔５６を有するポーラスアルミナ層５７とされており、細孔５６内には、導電性微粒子５４が担持されている。
　本実施の形態において、基板３０（第１電極３０ａ）は、アルミ基板（例えば厚さ０．５ｍｍ）とされており、ポーラスアルミナ層５７は、アルミ基板の表面に形成された陽極酸化層である。なお、アルミ基板に代えて、基板（例えばガラス基板）上にアルミニウム層を形成した構造としてもよく、ポーラスアルミナ層５７は、基板に支持されたアルミニウム層の表面に形成された陽極酸化層であってもよい。このように、基板３０がガラス基板のような絶縁基板である場合では、アルミニウム層と基板３０との間に、導電層を形成し、アルミニウム層と導電層とを第１電極３０ａとして用いればよい。第１電極３０ａとして機能するアルミニウム層（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。
　細孔５６は、ポーラスアルミナ層５７（基板３０）の上面で開口しており、ポーラスアルミナ層５７と第１電極３０ａとの境界に向かって、掘り下げられた形状とされている。細孔５６は、複数設けられており、電子放出領域内に分散して配置されている。細孔５６の深さは、第１電極３０ａに到達しない程度とされている。以下では説明のため、ポーラスアルミナ層５７のうち、細孔５６と第１電極３０ａとの間であって、ポーラスアルミナ層５７の底部を構成する層をバリア層５７ａと呼ぶことがある。
　細孔５６は、上方（第２電極４０の側）から見た状態での開口径（面積円相当径）が、約５０ｎｍ以上約３μｍ以下となっている。なお、細孔５６は、深さ方向において径が異なっていてもよく、底部側で径が小さくなっていてもよい。なお、ポーラスアルミナ層５７、バリア層５７ａ、および細孔５６のサイズについては、後述する製造方法と併せて、詳細に説明する。
　導電性微粒子５４は、アルミナに担持可能であれば、どのような導電体でも用いることができ、上述した第４実施形態における導電性微粒子５４と同様の材料を適用できる。本実施の形態において、導電性微粒子５４は、細孔５６の開口径よりも粒径が小さく、その範囲は１ｎｍ～８０ｎｍであり、好ましくは３ｎｍ～１０ｎｍの範囲である。例えば、導電性微粒子５４として銀ナノ粒子（以下、「Ａｇナノ粒子」と表記する。）を用いた場合では、平均粒径が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、より好適には、平均粒径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。Ａｇナノ粒子は、有機化合物（例えばアルコール誘導体および／または界面活性剤）で被覆されていてもよい。
　次に、第５実施形態での製造工程の一例を以下に示す。なお、本発明はこれに限定されず、異なる周知の製造方法を用いてもよい。
　第５実施形態では、上述した第１実施形態と同様にして、基板３０の上面に絶縁層６０を形成する。
　＜ポーラスアルミナ層形成工程＞
　ポーラスアルミナ層形成工程では、絶縁層６０の開口部内を、陽極酸化することによってポーラスアルミナ層５７を形成する。ここで、絶縁層６０は、マスキングによって保護しておけばよい。また、必要に応じて、陽極酸化後にエッチングを行ってもよく、陽極酸化とエッチングとを交互に複数回繰り返してもよい。陽極酸化およびエッチングの条件を調整することによって、種々の断面形状およびサイズを有する細孔５６が形成される。図１３では、ポーラスアルミナ層５７に円柱状の細孔５６が形成されている。
　ポーラスアルミナ層５７を形成する際の陽極酸化では、電解液として、例えば、蓚酸、酒石酸、燐酸、クロム酸、クエン酸、およびリンゴ酸からなる群から選択される酸を含む水溶液が用いられる。開口径、隣接間距離（細孔５６同士の間隔）、細孔５６の深さ、ポーラスアルミナ層５７の厚さ、およびバリア層５７ｂの厚さは、陽極酸化条件（例えば、電解液の種類、印加電圧）の調整によって制御される。
　陽極酸化の後、細孔５６は、エッチングによって径を拡大することができ、ポーラスアルミナ層５７をアルミナのエッチャントに接触させればよい。ここで、ウェットエッチングを採用した場合では、細孔壁およびバリア層５７ｂをほぼ等方的にエッチングすることができる。ウェットエッチングにおいては、エッチング液の種類、濃度、およびエッチング時間を調整することによって、エッチング量（すなわち、開口径、隣接間距離、細孔５６の深さ、およびバリア層５７ｂの厚さ等）を制御することができる。エッチング液は、例えば、燐酸の水溶液や、蟻酸、酢酸、およびクエン酸などの有機酸の水溶液や、クロム燐酸混合水溶液を用いることができる。
　ポーラスアルミナ層５７は、形状に拘わらず、約１０ｎｍ以上約５μｍ以下の厚さであることが好ましい。ポーラスアルミナ層５７は、厚さが１０ｎｍよりも薄いと、充分な導電性微粒子（たとえばＡｇナノ粒子）を担持することができず、所望の電子放出効率を得られないことがある。また、ポーラスアルミナ層５７は、厚さに特に上限はないものの、厚くすると電子放出効率が飽和する傾向があるので、製造効率の観点から、５μｍよりも厚くする必要がない。
　本実施の形態において、細孔５６は、深さが１０ｎｍ以上５μｍ以下とされているが、深さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。なお、細孔５６の深さは、ポーラスアルミナ層５７の厚さに応じて適宜設定すればよい。
　バリア層５７ｂは、厚さが１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、厚さが１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。バリア層５７ｂは、１ｎｍよりも薄い場合、電圧印加時に短絡が起こることがあり、１μｍよりも厚い場合、中間層５０に充分な電圧を印加できないことがある。バリア層５７ｂの厚さは、一般に、細孔５６の隣接間距離および開口径（二次元的な大きさ）と伴に、陽極酸化条件に依存する。
　本実施の形態において、陽極酸化処理の条件は、蓚酸（０．０５Ｍ、５℃）を用い、化成電圧８０Ｖで約２５分間とした。その後、燐酸（０．１Ｍ、２５℃）で２０分間、エッチングを行った。これにより、細孔５６は、深さが約２０００ｎｍで、開口径が１００ｎｍで、隣接間距離が２００ｎｍとなった。そして、バリア層５７ｂは、厚さが約３０ｎｍとなった。
　＜導電性微粒子担持工程＞
　導電性微粒子担持工程では、ポーラスアルミナ層５７の細孔５６内に導電性微粒子５４を担持させる。具体的には、有機溶媒などの分散媒中に導電性微粒子５４が分散された分散液を、ポーラスアルミナ層形成工程を経た基板３０へ付与する。
　本実施の形態では、導電性微粒子５４としてＡｇナノ粒子を用いており、Ａｇナノ粒子を有機溶媒に分散させた分散液を、ポーラスアルミナ層５７上に付与した。分散液におけるＡｇナノ粒子の含有率は、０．１質量％以上１０質量％以下が好ましく、例えば、２質量％である。本実施の形態で用いた分散液において、分散溶媒はトルエンであって、Ａｇ濃度は１．３質量％であった。なお、以下では説明のため、本実施の形態で用いた分散液を、単に、分散液と省略することがある。
　分散液中のＡｇナノ粒子は、有機化合物で被覆されていてもよく、それによって分散性が向上する。Ａｇナノ粒子を被覆する有機化合物は、アルコール誘導体および／または界面活性剤であって、アルコール誘導体は、例えば、アルコキシドであり、界面活性剤は、例えば、カルボン酸、ならびにこれらの誘導体を末端に有する有機物である。分散液に用いたＡｇナノ粒子は、アルコール誘導体に被覆された状態での平均粒径が６ｎｍであった。
　分散液を付与する方法は、特に限定されず、例えば、スピンコート法や、スプレーコート法などを用いて塗布し、細孔中に浸入させることで導電性微粒子５４を担持させる。本実施の形態では、上述した分散液２００μＬ（マイクロリットル）を、ポーラスアルミナ層５７上に滴下し、スピンコートを行った。スピンコートの条件は、５００ｒｐｍで５秒間の回転をさせた後、１５００ｒｐｍで１０秒間の回転とした。分散液が塗布された基板３０は、１５０℃で１時間焼成された。このように、焼成工程を行うことで、Ａｇナノ粒子を被覆する有機物を、除去または減少させることができる。焼成の温度は、１００℃～２５０℃であることが好ましい。
　以上の工程の後は、上述した第４実施形態の第２電極形成工程と同様にして、第２電極４０を形成することで、第５実施形態に係る電子放出素子２０が得られる。
　上述した方法で作製した電子放出素子２０において、断面を観察した結果、絶縁層厚さｄ１が４μｍであり、境界段差ｄ２が３μｍであり、中間層膜厚ｄ３が２．０３μｍであった。また、本実施の形態に係る電子放出素子２０は、第１実施形態と同様にして評価した結果、放出性能とライフとのいずれも良好な結果を得ることができ、ｄ１＞ｄ２、ｄ２＜３×ｄ３との関係が成り立っている。
　なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
　なお、この出願は、日本で２０１６年７月２１日に出願された特願２０１６－１４３０６０号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及することにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。
　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に用いられる帯電装置や、電子線硬化装置、あるいは発光体と組み合わせた画像表示装置、または放出された電子が発生させるイオン流を利用したイオン流発生装置等に好適に適用することができる。
　１　画像形成装置
　１０　帯電装置
　２０　電子放出素子
　３０　基板
　３０ａ　第１電極
　４０　第２電極
　５０　中間層
　５１　微粒子層
　５２　バインダー層
　５３　絶縁性微粒子
　５４　導電性微粒子
　５５　担持粒子
　５６　細孔
　５７　ポーラスアルミナ層
　５７ａ　バリア層
　６０　絶縁層
　７０　配線電極
　８０　第３電極
　ｄ１　絶縁層厚さ
　ｄ２　境界段差
　ｄ３　中間層膜厚

Claims (10)

  1. 　互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、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電極と前記第２電極との間に設けられた中間層と、
    　前記第１電極が設けられた基板の上に、厚さｄ１として形成された絶縁層とを備え、
    　前記絶縁層と前記第１電極との段差ｄ２は、前記絶縁層の厚さｄ１より小さいこと
    　を特徴とする電子放出素子。
  2. 　請求項１に記載の電子放出素子であって、
    　前記絶縁層は、前記基板のうち、前記第１電極の上面よりも低くされた領域に設けられていること
    　を特徴とする電子放出素子。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の電子放出素子であって、
    　前記中間層の膜厚ｄ３は、ｄ２＜３×ｄ３とされていること
    　を特徴とする電子放出素子。
  4. 　請求項１または請求項２に記載の電子放出素子であって、
    　前記中間層の膜厚ｄ３は、０．３μｍ＜ｄ３＜５μｍとされていること
    　を特徴とする電子放出素子。
  5. 　請求項１または請求項２に記載の電子放出素子であって、
    　前記基板は、金属材料で形成され、
    　前記絶縁層は、陽極酸化被膜であること
    　を特徴とする電子放出素子。
  6. 　請求項５に記載の電子放出素子であって、
    　前記基板は、アルミニウムで形成されていること
    　を特徴とする電子放出素子。
  7. 　請求項５に記載の電子放出素子であって、
    　前記絶縁層は、前記基板に表面処理を施した後に形成されること
    　を特徴とする電子放出素子。
  8. 　請求項１または請求項２に記載の電子放出素子であって、
    　前記第１電極の表面粗さＲａは、０．０５μｍ＜Ｒａ＜０．８μｍであること
    　を特徴とする電子放出素子。
  9. 　請求項１または請求項２に記載の電子放出素子を電子放出源として用いること
    　を特徴とする帯電装置。
  10. 　請求項９に記載の帯電装置を備えた画像形成装置。
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