(57)【要約】【課題】簡易かつ低コストで、導電微粒子を少量かつ所望の領域に均一に存在させることができ、安定かつ良好な電子放出できる電子放出素子を製造する方法を提供する。【解決手段】電子放出素子１の電子加速層４の形成工程は、絶縁体微粒子５が分散された分散液を塗布して絶縁体微粒子５を含む微粒子層を形成する微粒子層形成工程と、この微粒子層に、導電微粒子６の分散液をインクジェット法にて塗布する導電微粒子塗布工程とを含む。【選択図】図１
2010267493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極基板と、薄膜電極と、該電極基板と該薄膜電極とに挟持され導電微粒子と絶縁体微粒子とを含む電子加速層と、を有し、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧が印加されると、上記電子加速層で電子を加速させて、上記薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子の製造方法であって、
上記電子加速層の形成工程は、
上記電極基板上に、上記絶縁体微粒子が分散溶媒に分散された絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成する微粒子層形成工程と、
上記微粒子層に、上記導電微粒子が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液を、インクジェット法を用いて塗布する導電微粒子塗布工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
上記絶縁体微粒子分散液と上記導電微粒子分散液とは、それぞれ異なる分散溶媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
上記絶縁体微粒子分散液は、バインダー成分が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
上記導電微粒子分散液は、上記導電微粒子のナノコロイド液であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法によって製造されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
電極基板と薄膜電極と該電極基板および該薄膜電極に挟持された電子加速層とを有し、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧が印加されると、上記電子加速層で電子を加速させて、上記薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子であって、
上記電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層で構成され、かつ、少なくとも該微粒子層の表面には導電微粒子が離散配置されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項７】
上記微粒子層は、バインダー成分を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の電子放出素子。
【請求項８】
上記導電微粒子の平均径は、３〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項９】
上記絶縁体微粒子の平均径は、上記導電微粒子の平均粒径よりも大きく、１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１０】
上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
上記導電微粒子は、貴金属であることを特徴とする請求項５から１０のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
上記導電微粒子を成す導電体は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１３】
上記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいることを特徴とする、請求項５から１２のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１４】
上記電子加速層における上記導電微粒子の割合が、重量比で０．５〜３０％であることを特徴とする、請求項５から１３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１５】
上記電子加速層における上記導電微粒子の割合が、重量比で１〜１０％であることを特徴とする、請求項１４に記載の電子放出素子。
【請求項１６】
上記電子加速層の層厚は、１２〜６０００ｎｍであることを特徴とする、請求項５から１５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１７】
上記電子加速層の層厚は、３００〜６０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１６に記載の電子放出素子。
【請求項１８】
上記薄膜電極は、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項５から１７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１９】
上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在することを特徴とする、請求項５から１８のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項２０】
上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいること特徴とする、請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２１】
請求項５から２０のいずれか１項に記載の電子放出素子と、該電子放出素子が有する上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部と、を備えたことを特徴とする電子放出装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して感光体を帯電することを特徴とする帯電装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２４】
請求項２１に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被硬化物を硬化させることを特徴とする電子線硬化装置。
【請求項２５】
請求項２１に記載の電子放出装置と発光体とを備え、該電子放出装置から電子を放出して該発光体を発光させることを特徴とする自発光デバイス。
【請求項２６】
請求項２５に記載の自発光デバイスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２７】
請求項２１に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して送風する
ことを特徴とする送風装置。
【請求項２８】
請求項２１に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子の製造方法および電子放出素子等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子放出素子として、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電極、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型電極などが知られている。このような電子放出素子は、例えば、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の分野に応用検討されている。このような電子放出素子は、尖鋭形状部に電圧を印加して約１ＧＶ／ｍの強電界を形成し、トンネル効果により電子放出させる。
【０００３】
しかしながら、これら２つのタイプの電子放出素子は、電子放出部表面近傍が強電界であるため、放出された電子は電界により大きなエネルギーを得て気体分子を電離しやすくなる。気体分子の電離により生じた陽イオンは強電界により素子の表面方向に加速衝突し、スパッタリングによる素子破壊が生じるという問題がある。また、大気中の酸素は電離エネルギーより解離エネルギーが低いため、イオンの発生より先にオゾンを発生する。オゾンは人体に有害である上、その強い酸化力により様々なものを酸化することから、素子の周囲の部材にダメージを与えるという問題が存在し、これを避けるために周辺部材には耐オゾン性の高い材料を用いなければならないという制限が生じている。
【０００４】
他方、上記とは別のタイプの電子放出素子として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型やＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電子放出素子が知られている。これらは素子内部の量子サイズ効果及び強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。これらは素子内部の電子加速層で加速した電子を放出するため、素子外部に強電界を必要としない。従って、ＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子においては、上記スピント型やＣＮＴ型、ＢＮ型の電子放出素子のように気体分子の電離によるスパッタリングで破壊されるという問題やオゾンが発生するという問題を克服できる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、対向する２枚の電極間に、電子加速層として微粒子が分散した絶縁体膜を有するＭＩＭ型の電子放出素子が開示されている。特許文献１では、微粒子が絶縁体膜中に分散されていることにより電子放出素子に１０Ｖ以上の電圧を印加することができ、絶縁体膜の絶縁破壊が生じにくく、歩留まりや再現性が向上すると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２９８６２３号公報（平成１年１２月１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の電子放出素子では、微粒子を絶縁体コーティング液中に分散させ、電極基板上に塗布した後に焼成することで絶縁体膜を形成するため、焼成のための設備や時間コスト等が必要となる。また、絶縁体膜に分散される微粒子は平均粒径１０００×１０−１０ｍ以下のものを用いている。微粒子は、これを形成する材料によって融点は異なるが、粒子径が小さくなるほど溶融が早い。そのため、特許文献１の電子放出素子では、上記焼成工程において絶縁体膜が形成されるよりも早く微粒子が溶融し、凝集や偏析を起こして、想定されているような効果が望めない場合がある。
【０００８】
また、特許文献１の電子放出素子では、導電微粒子を分散させた絶縁体コーティング液を塗布するが、この塗布を、回転塗布やディッピング法にて行うと、電子放出部の場所や量を制御することや、薄膜を形成することは難しい。
【０００９】
そのため、焼成工程を無くし、電子放出素子中において微粒子を少量かつ均一に存在させる必要がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡易かつ低コストで、導電微粒子を少量かつ所望の領域に均一に存在させることができ、安定かつ良好な電子放出できる電子放出素子を製造する方法、および電子放出素子等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電子放出素子の製造方法は、上記課題を解決するために、電極基板と、薄膜電極と、該電極基板および該薄膜電極に挟持され導電微粒子と絶縁体微粒子とを含む電子加速層と、を有し、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧が印加されると、上記電子加速層で電子を加速させて、上記薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子の製造方法であって、上記電子加速層の形成工程は、上記電極基板上に、上記絶縁体微粒子が分散溶媒に分散された絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成する微粒子層形成工程と、上記微粒子層に、上記導電微粒子が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液を、インクジェット法を用いて塗布する導電微粒子塗布工程とを含むことを特徴としている。
【００１２】
ここで、電子放出素子の電子放出量は、電子加速層中の導電微粒子の量に比例して電子放出量が増加するのではなく、電子加速層内が弾道電子となって電子が放出されるだけの半導電性になればよいのである。そのため、電子加速層中に必要な導電微粒子の量は少量である。一方、均一な性能の素子を得るためには、導電微粒子が導入される領域である電子放出部が偏在してはならない。そのため、素子製造には、微粒子ごとに分散性のよい分散媒を選択し、絶縁体微粒子を含む微粒子層上に少量の導電微粒子分散液を均一に塗布して、微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域において、導電微粒子を均一に存在させることが要求される。また、電子加速部のパターニングを行うには、微粒子層上における導電微粒子の有無を制御する必要がある。
【００１３】
上記方法によると、電子加速層の形成工程は、絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成し、この微粒子層上に導電微粒子分散液をインクジェット法を用いて塗布する。この方法により、微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域において、導電微粒子を少量かつ所望の領域に均一に存在させることができる。そのため、電子放出部が均一に存在し、安定かつ良好な電子放出ができる電子放出素子を製造することができる。
【００１４】
さらに、上記方法によると、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液とをそれぞれ用意し、別々に電極基板上に塗布するため、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液の混合時に凝集体が発生するといった不具合を防ぐことができる。
【００１５】
よって、電極基板上に絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成した後に、導電微粒子分散液を塗布することで、微粒子の凝集体が少なく、導電性が制御された電子加速層を形成できる。かつ、微粒子の分散液を塗布するという簡易な製造プロセスにより、簡易かつ低コストで電子放出素子を得ることができる。
【００１６】
このように、本発明の方法によると、微粒子の凝集体が発生することを回避でき、均一に分散した絶縁体微粒子を含む微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域に、電子放出部が均一に存在した電子加速層を、簡易かつ低コストで形成でき、安定かつ良好な電子放出量を得ることができる電子放出素子を製造できる。また、微粒子層に導電微粒子を塗布する際、上記方法によると、インクジェット法を用いるので、導電微粒子の吐出量および吐出箇所を制御することができる。導電微粒子の吐出箇所を制御すると、少量の材料で、安定かつ良好な電子放出量をもつ電子放出部を電子加速層中に自在にパターニングすることができる。
【００１７】
また、本発明の電子放出素子の製造方法では、上記方法に加え、上記絶縁体微粒子分散液と上記導電微粒子分散液とは、それぞれ異なる分散溶媒を含んでもよい。
【００１８】
ここで、絶縁体微粒子と導電微粒子とにおいて、それぞれ分散させやすい分散溶媒が異なる場合、次のような問題が発生する。絶縁体微粒子分散液と導電微粒子分散液とが異なる分散溶媒を含む場合には、両微粒子混合時に凝集体の発生が起こり易くなる。そこで、この両微粒子混合時の凝集体の発生を防ぐために、絶縁体微粒子と導電微粒子とでどちらか一方の分散性のよい分散溶媒に揃えると、他方の微粒子では分散性が低下し凝集体が発生する。よって、結局凝集体の発生の解決にはならない。
【００１９】
しかし、本発明に係る上記方法によると、絶縁体微粒子と導電微粒子とで分散させやすい分散溶媒とが異なっても、両者を混合せずに、絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成した後に、導電微粒子分散液を塗布することにより、両微粒子の分散性を保ったまま電子加速層を形成できる。つまり、絶縁体微粒子と導電微粒子とで分散性の高い分散溶媒が異なっても、絶縁体微粒子の凝集体、導電微粒子の凝集体、および絶縁体微粒子と導電微粒子の凝集体を含まない均一な電子加速層を形成することができる。
【００２０】
また、本発明の電子放出素子の製造方法では、上記方法に加え、上記絶縁体微粒子分散液は、バインダー成分が含有されていてもよい。
【００２１】
バインダー成分および絶縁体微粒子が含まれる微粒子層では絶縁体微粒子の分散状態が保持されているため、インクジェット法を用いて導電微粒子分散液を塗布しても、微粒子層中の絶縁体微粒子の分散状態が変化することはない。したがって、より一層、電子放出部を均一に制御した電子加速層を形成でき、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子を製造することができる。さらに、バインダー成分は電極基板との接着性が高く、素子の機械的強度を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の電子放出素子の製造方法では、上記方法に加え、上記導電微粒子分散液は、上記導電微粒子のナノコロイド液であってもよい。
【００２３】
上記方法によると、絶縁体微粒子を含む微粒子層に導電微粒子のナノコロイド液を塗布する。ここで、ナノコロイド液を液体の状態で使用しているため、導電微粒子が凝集することなく均一に分散した分散液を塗布することができる。よって、微粒子層上に、導電微粒子をより一層均一に存在させた電子加速層を形成して、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子を製造することができる。
【００２４】
本発明に係る電子放出素子は、上記課題を解決するために、上記いずれか１つの電子放出素子の製造方法によって製造されることを特徴としている。
【００２５】
本発明に係る方法で製造された電子放出素子では、電極基板と薄膜電極との間の電子加速層は、絶縁体微粒子と導電微粒子とを含む層であり、半導電性を有する。この半導電性の電子加速層に電圧を印加すると、電子加速層内に電流が流れ、その一部は印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって放出される。この電子放出素子は、簡易かつ低コストで、導電微粒子を少量かつ均一に存在させて製造することができ、安定かつ良好な電子放出をすることができる。また、導電微粒子分散液をインクジェット法にて塗布することで、導電微粒子の配置（吐出箇所）を制御することができ、よって、電子放出部をパターニングすることができる。そのため、フラットパネルディスプレイ等の画像表示装置の応用に適している。
【００２６】
本発明に係る電子放出素子は、電極基板と薄膜電極と該電極基板および該薄膜電極に挟持された電子加速層とを有し、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧が印加されると、上記電子加速層で電子を加速させて、上記薄膜電極から該電子を放出させる電子放出素子であって、上記電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層で構成され、かつ、少なくとも該微粒子層の表面には導電微粒子が離散配置されていることを特徴としている。
【００２７】
上記電子放出素子は、電子加速層が、絶縁体微粒子を含む微粒子層で構成され、かつ、少なくとも該微粒子層の表面には導電微粒子が離散配置されているいため、電子放出部の位置制御が可能となり、電子加速層の上に形成される薄膜電極の構成材料が放出される電子により消失する現象を防ぐことができる。また、単位面積当たりの電子放出量なども制御できるようになる。
【００２８】
また、本発明の電子放出素子では、上記微粒子層は、バインダー成分を含んでいることが好ましい。
【００２９】
ここで、少なくとも微粒子層の表面に導電微粒子が離散的に配置されている素子は、微粒子層を形成した後に、インクジェット法などを用いて導電微粒子分散液を塗布して作製する。しかしながら、バインダー成分が含まれる微粒子層では絶縁体微粒子の分散状態が保持されているため、後から導電微粒子分散液を塗布しても、微粒子層中の絶縁体微粒子の分散状態が変化することはない。したがって、電子放出位置の制御性が向上したされた電子加速層を形成でき、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子とすることができる。
【００３０】
また、本発明の電子放出素子では、上記導電微粒子の平均粒径は、３〜１０ｎｍであるのが好ましい。
【００３１】
導電微粒子の平均粒径を３〜１０ｎｍとすることにより、電子加速層内で、導電微粒子による導電パスが形成されず、電子加速層内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電微粒子を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【００３２】
また、本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記絶縁体微粒子の平均粒径は、上記導電微粒子の平均粒径よりも大きく、１０〜５００ｎｍであるのが好ましい。この場合、粒子径の分散状態は平均粒径に対してブロードであってもよく、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子が、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。絶縁体微粒子の平均粒径が導電微粒子の平均粒径よりも大きいことで、絶縁体微粒子の平均粒径よりも小さい導電微粒子の内部から外部へと効率よく熱を伝導させて、素子内を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく逃がすことができ、電子放出素子が熱で破壊されることを防ぐことができる。さらに、電子加速層における抵抗値の調整を行いやすくすることができる。
【００３３】
ここで、導電微粒子の絶縁体微粒子を含む微粒子層中への浸透度合いは、絶縁体微粒子の種類および／または平均粒径、導電微粒子の種類および／または平均粒径、絶縁体微粒子および導電微粒子の組合せなどに依存する。すなわち、絶縁体微粒子の平均粒径が小さいと、塗布した導電微粒子の大部分が、絶縁体微粒子の層内部に浸透せず、上部に堆積する。他方、絶縁体微粒子の平均粒径が大きいと、微粒子層の粒子間の隙間が大きくなりすぎ、微粒子層内に留まる導電微粒子が少なくなる。よって、平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子を用いる場合に導電微粒子の微粒子層中への浸透度合いを制御するためには、絶縁体微粒子の平均粒径は、１０〜５００ｎｍであるのが好ましい。
【００３４】
なお、電子加速層にバインダー成分が含まれる場合には、絶縁体微粒子の平均粒径が２００ｎｍよりも大きいと、塗布した平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子の大部分が、絶縁体微粒子を含むバインダー成分の層の上部に留まらない。よって、電子加速層にバインダー成分が含まれる場合、平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子を用いる場合、絶縁体微粒子の平均粒径は、１０〜２００ｎｍであるのが好ましい。
【００３５】
また、本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であってもよい。ここで言う抗酸化力が高いとは、酸化物形成反応の低いことを指す。一般的に熱力学計算より求めた、酸化物生成自由エネルギーの変化量ΔＧ［ｋＪ／ｍｏｌ］値が負で大きい程、酸化物の生成反応が起こり易いことを表す。本発明ではΔＧ＞−４５０［ｋＪ／ｍｏｌ］以上に該当する金属元素が、抗酸化力の高い導電微粒子として該当する。また、該当する導電微粒子の周囲に、その導電微粒子の平均粒径よりも小さい絶縁体物質を付着、または被覆することで、酸化物の生成反応をより起こし難くした状態の導電微粒子も、抗酸化力が高い導電微粒子に含まれる。
【００３６】
上記構成によると、導電微粒子として抗酸化力が高い導電体を用いることから、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難いため、電子放出素子を大気圧中でもより安定して動作させることができる。よって、寿命を長くでき、大気中でも長時間連続動作をさせることができる。
【００３７】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、貴金属であってもよい。このように、上記導電微粒子が、貴金属であることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記導電微粒子を成す導電体は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいてもよい。このように、上記導電微粒子を成す導電体が、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を、より効果的に防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００３９】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいてもよい。または有機ポリマーを含んでいてもよい。上記絶縁体微粒子が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、あるいは、有機ポリマーを含んでいると、これら物質の絶縁性が高いことにより、上記電子加速層の抵抗値を任意の範囲に調整することが可能となる。特に、絶縁体微粒子として酸化物（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の）を用い、導電微粒子として抗酸化力が高い導電体を用いる場合には、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化をより一層発生し難くなるため、大気圧中でも安定して動作させる効果をより顕著に発現させることができる。
【００４０】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記電子加速層における上記導電微粒子の割合が、重量比で０．５〜３０％が好ましい。０．５％より少ない場合は導電微粒子として素子内電流を増加させる効果を発揮せず、３０％より多い場合は導電微粒子の凝集が発生する。中でも、１〜１０％であるのがより好ましい。
【００４１】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記電子加速層の層厚は、１２〜６０００ｎｍであるのが好ましく、３００〜６０００ｎｍであるのがより好ましい。上記電子加速層の層厚を、好ましくは１２〜６０００ｎｍ、より好ましくは３００〜６０００ｎｍとすることにより、電子加速層の層厚を均一化すること、また層厚方向における電子加速層の抵抗調整が可能となる。この結果、電子放出素子表面の全面から一様に電子を放出させることが可能となり、かつ素子外へ効率よく電子を放出させることができる。
【００４２】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記薄膜電極は、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。上記薄膜電極に、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つが含まれることによって、これら物質の仕事関数の低さから、電子加速層で発生させた電子を効率よくトンネルさせ、電子放出素子外に高エネルギーの電子をより多く放出させることができる。
【００４３】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさよりも小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在してもよい。このように、上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさよりも小さい小絶縁体物質が存在することは、素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献する他、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を、より効果的に防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００４４】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加え、上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいてもよい。このように、上記小絶縁体物質が、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいることで、素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体微粒子の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。よって、電子放出素子の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００４５】
ここで、本発明の電子放出素子では、上記小絶縁体物質は、上記導電微粒子表面に付着して付着物質として存在するものであり、該付着物質は、上記導電微粒子の平均粒径よりも小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していてもよい。このように、上記小絶縁体物質が、上記導電微粒子表面に付着あるいは、上記導電微粒子の平均粒径よりも小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していることで、素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体微粒子の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。よって、電子放出素子の長寿命化をさらに効果的に図ることができる。
【００４６】
本発明の電子放出装置は、上記いずれか１つの電子放出素子と、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する電源部と、を備えたことを特徴としている。
【００４７】
上記構成によると、簡易かつ低コストで製造でき、安定かつ良好な電子放出することができる。
【００４８】
また、本発明の電子放出装置を、帯電装置、及びこの帯電装置を備えた画像形成装置に用いることにより、高効率で電子放出できるので、高効率で帯電することができる。さらに、放電を伴わず、オゾンやＮＯｘを始めとする有害な物質を発生させることなく、長期間安定して、被帯電体を帯電させることができる。
【００４９】
また、本発明の電子放出装置を、電子線硬化装置に用いることにより、安定かつ良好に電子放出できるので、高安定かつ良好に電子線を照射することができる。また、面積的に電子線硬化でき、マスクレス化が図れ、低価格化・高スループット化を実現することができる。
【００５０】
さらに、本発明の電子放出装置を自発光デバイス、及びこの自発光デバイスを備えた画像表示装置に用いることにより、安定かつ良好に電子放出できるので、高効率で発光させることができる。また、安定で良好な面発光を実現する自発光デバイスを提供することができる。
【００５１】
また、本発明の電子放出装置を、送風装置あるいは冷却装置に用いることにより、安定かつ良好に電子放出できるので、安定かつ良好に冷却することができる。また、放電を伴わず、オゾンやＮＯｘを始めとする有害な物質の発生がなく、被冷却体表面でのスリップ効果を利用することにより効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の電子放出素子の製造方法では、上記のように、上記電子加速層の形成工程は、上記電極基板上に、上記絶縁体微粒子が分散溶媒に分散された絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成する微粒子層形成工程と、上記微粒子層に、上記導電微粒子が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液を、インクジェット法を用いて塗布する導電微粒子塗布工程とを含む。
【００５３】
上記方法によると、電子加速層の形成工程は、絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成し、この微粒子層上に導電微粒子分散液をインクジェット法を用いて塗布する。この方法により、微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域において、導電微粒子を少量かつ所望の領域に均一に存在させることができる。そのため、電子放出部が均一に存在し、安定かつ良好な電子放出ができる電子放出素子を製造することができる。
【００５４】
さらに、上記方法によると、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液とをそれぞれ用意し、別々に電極基板上に塗布するため、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液の混合時に凝集体が発生するといった不具合を防ぐことができる。
【００５５】
よって、電極基板上に絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成した後に、導電微粒子分散液を塗布することで、微粒子の凝集体が少なく、導電性が制御された電子加速層を形成できる。かつ、微粒子の分散液を塗布するという簡易な製造プロセスにより、簡易かつ低コストで電子放出素子を得ることができる。
【００５６】
このように、本発明の方法によると、微粒子の凝集体が発生することを回避でき、均一に分散した絶縁体微粒子を含む微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域に、電子放出部が均一に存在した電子加速層を、簡易かつ低コストで形成でき、安定かつ良好な電子放出量を得ることができる電子放出素子を製造できる。また、微粒子層に導電微粒子を塗布する際、上記方法によると、インクジェット法を用いるので、導電微粒子の吐出量および吐出箇所を制御することができる。導電微粒子の吐出箇所を制御すると、少量の材料で、安定かつ良好な電子放出量をもつ電子放出部を電子加速層中に自在にパターニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の電子放出素子を有する電子放出装置の構成を示す模式図である。
【図２】電子放出実験の測定系を示す図である。
【図３】本発明の電子放出素子を用いた帯電装置の一例を示す図である。
【図４】本発明の電子放出素子を用いた電子線硬化装置の一例を示す図である。
【図５】本発明の電子放出素子を用いた自発光デバイスの一例を示す図である。
【図６】本発明の電子放出素子を用いた自発光デバイスの他の一例を示す図である。
【図７】本発明の電子放出素子を用いた自発光デバイスの更に別の一例を示す図である。
【図８】本発明の電子放出素子を用いた自発光デバイスを具備する画像表示装置の他の一例を示す図である。
【図９】本発明の電子放出素子を用いた送風装置及びそれを具備した冷却装置の一例を示す図である。
【図１０】本発明の電子放出素子を用いた送風装置及びそれを具備した冷却装置の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明の電子放出素子およびその製造方法の実施形態および実施例について、図１〜１０を参照しながら具体的に説明する。なお、以下に記述する実施の形態および実施例は本発明の具体的な一例に過ぎず、本発明はこれらよって限定されるものではない。
【００５９】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の製造方法によって製造される本発明の電子放出素子の一実施形態の構成を示す模式図である。図示すように、本実施形態の電子放出素子１は、下部電極となる電極基板２と、上部電極となる薄膜電極３と、その間に挟まれて存在する電子加速層４とからなる。また、電極基板２と薄膜電極３とは電源７に繋がっており、互いに対向して配置された電極基板２と薄膜電極３との間に電圧を印加できるようになっている。電子放出素子１は、電極基板２と薄膜電極３との間に電圧を印加することで、電極基板２と薄膜電極３との間、つまり、電子加速層４に電流を流し、その一部を印加電圧の形成する強電界により弾道電子として、薄膜電極３を透過および／あるいは薄膜電極３の隙間から放出させる。なお、電子放出素子１と電源７とから電子放出装置１０が成る。
【００６０】
下部電極となる電極基板２は、電子放出素子の支持体の役割を担う。そのため、ある程度の強度を有し、直に接する物質との接着性が良好で、適度な導電性を有するものであれば、特に制限なく用いることができる。例えばＳＵＳやＴｉ、Ｃｕ等の金属基板、ＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体基板、ガラス基板のような絶縁体基板、プラスティック基板等が挙げられる。例えばガラス基板のような絶縁体基板を用いるのであれば、その電子加速層４との界面に金属などの導電性物質を電極として付着させることによって、下部電極となる電極基板２として用いることができる。上記導電性物質としては、導電性に優れた材料を、マグネトロンスパッタ等を用いて薄膜形成できれば、その構成材料は特に問わない。ただし、大気中での安定動作を所望するのであれば、抗酸化力の高い導電体を用いることが好ましく、貴金属を用いることがより好ましい。また、酸化物導電材料として、透明電極に広く利用されているＩＴＯ薄膜も有用である。また、強靭な薄膜を形成できるという点で、例えば、ガラス基板表面にＴｉを２００ｎｍ成膜し、さらに重ねてＣｕを１０００ｎｍ成膜した金属薄膜を用いてもよいが、これら材料および数値に限定されることはない。
【００６１】
薄膜電極３は、電子加速層４内に電圧を印加させるものである。そのため、電圧の印加が可能となるような材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層４内で加速され高エネルギーとなった電子をなるべくエネルギーロス無く透過させて放出させるという観点から、仕事関数が低くかつ薄膜を形成することが可能な材料であれば、より高い効果が期待できる。このような材料として、例えば、仕事関数が４〜５ｅＶに該当する金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、パラジウムなどが挙げられる。中でも大気圧中での動作を想定した場合、酸化物および硫化物形成反応のない金が、最良な材料となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える材料である。また薄膜電極３の膜厚は、電子放出素子１から外部へ電子を効率良く放出させる条件として重要であり、１０〜１００ｎｍの範囲とすることが好ましい。薄膜電極３を平面電極として機能させるための最低膜厚は１０ｎｍであり、これ未満の膜厚では、電気的導通を確保できない。一方、電子放出素子１から外部へ電子を放出させるための最大膜厚は１００ｎｍであり、これを超える膜厚では弾道電子の透過が起こらず、薄膜電極３で弾道電子の吸収あるいは反射による電子加速層４への再捕獲が生じてしまう。
【００６２】
電子加速層４は、図１に示すように、導電微粒子６と絶縁体微粒子５とが分散されている。さらに、電子加速層４にバインダー成分１５が含まれていてもよい。
【００６３】
また、電子加速層４は、絶縁体微粒子５を含む微粒子層で構成され、かつ、少なくとも該微粒子層の表面には導電微粒子６が離散配置されていてもよい。ここで、微粒子層は、絶縁体微粒子５の他に導電微粒子６を含んでいてもよい。微粒子層に導電微粒子６が含まれると、導電微粒子６によって絶縁体微粒子５の表面の電気伝導を変えることができるため、素子の導電性制御が容易になる。
【００６４】
絶縁体微粒子５は、その材料は絶縁性を持つものであれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層４を構成する微粒子全体における絶縁体微粒子５の重量割合は８０〜９５％であるのが好ましい。絶縁体微粒子５の材料はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２といったものが実用的となる。ただし、表面処理が施された小粒径シリカ粒子を用いると、それよりも粒子径の大きな球状シリカ粒子を用いるときと比べて、溶媒中に占めるシリカ粒子の表面積が増加し、溶液粘度が上昇するため、電子加速層４の膜厚が若干増加する傾向にある。また、絶縁体微粒子５の材料には、有機ポリマーから成る微粒子を用いてもよく、例えば、ＪＳＲ株式会社の製造販売するスチレン／ジビニルベンゼンから成る高架橋微粒子（ＳＸ８７４３）、または日本ペイント株式会社の製造販売するスチレン・アクリル微粒子のファインスフェアシリーズが利用可能である。ここで、絶縁体微粒子５は、２種類以上の異なる粒子を用いてもよく、また、粒径のピークが異なる粒子を用いてもよく、あるいは、単一粒子で粒径がブロードな分布のものを用いてもよい。
【００６５】
また絶縁体微粒子５の平均粒径は、導電微粒子６に対して優位な放熱効果を得るため、導電微粒子６の平均粒径よりも大きいことが好ましい。この場合、粒子径の分散状態は平均粒径に対してブロードであってもよく、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子が、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。絶縁体微粒子５が導電微粒子６の平均粒径よりも大きいと、絶縁体微粒子５の平均粒径よりも小さい導電微粒子６の内部から外部へと効率よく熱を伝導させて、素子内を電流が流れる際に発生するジュール熱を効率よく逃がすことができ、電子放出素子が熱で破壊されることを防ぐことができる。さらに、電子加速層４における抵抗値の調整を行いやすくすることができる。
【００６６】
さらに、電子加速層４を、後述のように絶縁体微粒子５を含む微粒子層上に導電微粒子６をインクジェット法を用いて塗布して作成する場合、導電微粒子６の微粒子層への浸透度合いは、絶縁体微粒子５の種類および／または平均粒径、導電微粒子６の種類および／または平均粒径、絶縁体微粒子５および導電微粒子６の組合せなどに依存する。すなわち、絶縁体微粒子５の平均粒径が小さいと、塗布した導電微粒子６の大部分が、微粒子層内部に浸透せず、上部に堆積する。他方、絶縁体微粒子５の平均粒径が大きいと、微粒子層の粒子間の隙間が大きくなりすぎ、微粒子層内に留まる導電微粒子６が少なくなる。よって、平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子６を用いる場合に導電微粒子の微粒子層中への浸透度合いを制御するためには、絶縁体微粒子５の平均粒径は、１０〜５００ｎｍであるのが好ましい。
【００６７】
また、後述のように、電子加速層４にバインダー成分が含まれる場合、絶縁体微粒子５の平均粒径が２００ｎｍよりも大きいと、塗布した平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子の大部分が、絶縁体微粒子５を含むバインダー成分の層の上部に留まらない。よって、電子加速層４にバインダー成分が含まれ、平均粒径３〜１０ｎｍの導電微粒子６を用いる場合、絶縁体微粒子５の平均粒径は、１０〜２００ｎｍであるのが好ましい。
【００６８】
導電微粒子６の材料としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような導電体でも用いることができる。ただし、抗酸化力が高い導電体であると、大気圧動作させた時の酸化劣化を避けることができる。ここで言う抗酸化力が高いとは、酸化物形成反応の低いことを指す。一般的に熱力学計算より求めた、酸化物生成自由エネルギーの変化量ΔＧ［ｋＪ／ｍｏｌ］値が負で大きい程、酸化物の生成反応が起こり易いことを表す。本発明ではΔＧ＞−４５０［ｋＪ／ｍｏｌ］以上に該当する金属元素が、抗酸化力の高い導電微粒子として該当する。また、該当する導電微粒子の周囲に、その導電微粒子の大きさよりも小さい絶縁体物質を付着、または被覆することで、酸化物の生成反応をより起こし難くした状態の導電微粒子も、抗酸化力が高い導電微粒子に含まれる。抗酸化力が高い導電微粒子であることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化を図ることができる。
【００６９】
抗酸化力が高い導電微粒子としては、貴金属、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケルといった材料が挙げられる。このような導電微粒子６は、公知の微粒子製造技術であるスパッタ法や噴霧加熱法を用いて作成可能であり、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子等の市販の金属微粒子粉体も利用可能である。弾道電子の生成の原理については後段で記載する。
【００７０】
ここで、導電微粒子６の平均粒径は、３〜１０ｎｍであるのがより好ましい。このように、導電微粒子６の平均粒径を、好ましくは３〜１０ｎｍとすることにより、電子加速層４内で、導電微粒子６による導電パスが形成されず、電子加速層４内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電微粒子６を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【００７１】
また、電子加速層４全体における導電微粒子６の割合は、０．５〜３０重量％が好ましい。０．５重量％より少ない場合は導電微粒子として素子内電流を増加させる効果を発揮せず、３０重量％より多い場合は導電微粒子の凝集が発生する。中でも、１〜１０重量％であることがより好ましい。
【００７２】
なお、導電微粒子６の周囲には、導電微粒子６の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在していてもよく、この小絶縁体物質は、導電微粒子６の表面に付着する付着物質であってもよく、付着物質は、導電微粒子６の平均粒径より小さい形状の集合体として、導電微粒子６の表面を被膜する絶縁被膜であってもよい。小絶縁体物質としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような絶縁体物質でも用いることができる。ただし、導電微粒子６の大きさより小さい絶縁体物質が導電微粒子６を被膜する絶縁被膜であり、絶縁被膜を導電微粒子６の酸化被膜によって賄った場合、大気中での酸化劣化により酸化皮膜の厚さが所望の膜厚以上に厚くなってしまう恐れがあるため、大気圧動作させた時の酸化劣化を避ける目的から、有機材料による絶縁被膜が好ましく、例えば、アルコラート、脂肪酸、アルカンチオールといった材料が挙げられる。この絶縁被膜の厚さは薄い方が有利であることが言える。
【００７３】
また、導電微粒子６は、後述の製造方法において導電微粒子の分散液を作成する際の分散性の向上のために、表面処理を施されているのが好ましく、その表面処理が上記の絶縁被膜物質を被膜することであってもよい。
【００７４】
また、電子加速層４は薄いほど強電界がかかるため低電圧印加で電子を加速させることができるが、層厚を均一化できること、また層厚方向における電子加速層の抵抗調整が可能となることなどから、電子加速層４の層厚は、１２〜６０００ｎｍが好ましく、３００〜６０００ｎｍがより好ましい。
【００７５】
また、電子加速層４がバインダー成を含んでいてもよい。この場合、絶縁体微粒子５および導電微粒子６は、バインダー成分に分散される。このようなバインダー成分として、例えば、電極基板２との接着性がよく、絶縁体微粒子５や導電微粒子６を分散でき、絶縁性を有するバインダー樹脂を用いればよい。このようなバインダー樹脂として、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、加水分解性基含有シロキサン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１、３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、などが挙げられる。これらのバインダー樹脂は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００７６】
バインダー成分が含まれる微粒子層では絶縁体微粒子５の分散状態が保持されているため、後述のようにインクジェット法を用いて導電微粒子分散液を塗布しても、微粒子層中の絶縁体微粒子５の分散状態が変化することはない。したがって、より一層、電子放出部を均一に制御した電子加速層４を形成でき、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子１を製造することができる。さらに、バインダー成分は電極基板との接着性が高く、素子の機械的強度を高めることができる。
【００７７】
ここで、電子加速層４が、絶縁体微粒子を含む微粒子層で構成され、かつ、少なくとも該微粒子層の表面には導電微粒子が離散配置されていると、その配置箇所が電子放出部となる。よって、電子放出素子１は、電子放出部がパターニングされた構造となる。そのため、電子放出部の位置制御が可能となり、電子加速層４の上に形成される薄膜電極３の構成材料が放出される電子により消失する現象を防ぐことができる。また、単位面積当たりの電子放出量なども制御できるようになる。
【００７８】
微粒子層の表面に導電微粒子が離散的に配置されている素子は、微粒子層を形成した後に、例えば、後述のように、インクジェット法を用いて導電微粒子分散液を塗布して作製する。その際、バインダー成分が含まれる微粒子層では絶縁体微粒子の分散状態が保持されているため、後から導電微粒子分散液を塗布しても、微粒子層中の絶縁体微粒子の分散状態が変化することはない。したがって、電子放出位置の制御性が向上したされた電子加速層を形成でき、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子とすることができる。
【００７９】
さらに、電子加速層４の内部にも導電微粒子が存在する場合、導電微粒子６は、微粒子層表面における導電微粒子の着地箇所の下方にのみ存在する、すなわち、電子加速層４の内部においても導電微粒子の離散状態が保持されることになる。
【００８０】
なお、導電微粒子を微粒子層の表面に離散配置させる際、微粒子層にバインダー成分が含まれると、導電微粒子の微粒子層中への浸透度合いを制御する一因子となるが、別の方法によって離散配置させてもよい。導電微粒子を微粒子層の表面に離散配置させるには、例えば、（１）径の小さい絶縁体微粒子を最密充填させた微粒子層の上から、絶縁体微粒子とあまり径の変わらない導電微粒子を塗布する、（２）比較的高粘度の絶縁体微粒子分散液を用いて微粒子層を形成し、その上から導電微粒子を塗布する、（３）導電微粒子分散液の乾燥速度を制御する、などの方法も考えられる。
【００８１】
次に、電子放出の原理について説明する。電子加速層４は、その大部分を絶縁体微粒子５を含む微粒子層で構成され、微粒子層の上部のみ、もしくは上部および内部に導電微粒子６が存在している。電子加速層４における絶縁体微粒子５および導電微粒子６の比率は、絶縁体微粒子５および導電微粒子６の総重量に対する絶縁体微粒子５の重量比率が８０％に相当する状態であり、絶縁体微粒子５一粒子当たりに付着する導電微粒子６は六粒子程度となる。電子加速層４は絶縁体微粒子５と少数の導電微粒子６とを含む層であり、半導電性を有する。
【００８２】
また、電子加速層４にバインダー成分が含まれる場合には、その大部分を絶縁体微粒子５およびバインダー成分を含む微粒子層で構成され、微粒子層の上部のみ、もしくは上部および内部に導電微粒子６が存在している。電子加速層４は絶縁体微粒子５およびバインダー成分を含む微粒子層と少数の導電微粒子６とを含み、半導電性を有する。
【００８３】
よって電子加速層４へ電圧を印加すると、極弱い電流が流れる。電子加速層４の電圧電流特性は所謂バリスタ特性を示し、印加電圧の上昇に伴い急激に電流値を増加させる。この電流の一部は、印加電圧が形成する電子加速層４内の強電界により弾道電子となり、薄膜電極３を透過および／あるいはその隙間を通過して電子放出素子１の外部へ放出される。弾道電子の形成過程は、電子が電界方向に加速されつつトンネルすることによるものと考えられるが、断定できていない。
【００８４】
また、電子加速層４において、導電微粒子６の全部が絶縁体微粒子で構成される微粒子層の表面に離散的に配置している場合、電子放出素子の電子放出メカニズムは、明確になっていなが、次のようなメカニズムでないかと考える。電極基板２と薄膜電極３との間に電圧が印加されると、電極基板２から絶縁体微粒子５の表面に電子が移る。絶縁体微粒子５の内部は高抵抗であることから電子は絶縁体微粒子５の表面を伝導していく。このとき、絶縁体微粒子５の表面の不純物や表面処理剤、あるいは絶縁体微粒子５間の接点において、電子がトラップされる。このトラップされた電子は固定化された電荷として働く。その結果、電子加速層４の表面では印加電圧とトラップされた電子の作る電界が合わさって高電界となり、その高電界によって電子が加速され、離散的に配置された導電微粒子（電子放出部）を通って、薄膜電極３から該電子が放出される。
【００８５】
次に、本発明に係る電子放出素子１の製造方法について説明する。
【００８６】
まず、絶縁体微粒子５を分散溶媒に分散させた絶縁体微粒子分散液を得る。例えば、絶縁体微粒子５を分散溶媒に分散させることで得ることができる。分散方法は特に限定されるものではなく、例えば、常温で超音波分散器にかけて分散すればよい。ここで用いられる分散溶媒としては、絶縁体微粒子５を分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができる。例えば、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール等が挙げられる。ここで、絶縁体微粒子５の種類によっても分散に適している分散溶媒が異なり、例えば、絶縁体微粒子５がＳｉＯ２である場合、メタノールやエタノールが好ましい。また、分散溶媒は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００８７】
また、電子加速層４にバインダー成分を含む場合には、絶縁体微粒子５とバインダー成分と分散溶媒中に分散させた絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液を得る。ここで用いられる分散溶媒としては、絶縁体微粒子５とバインダー成分とを分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができ、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、２−ブタノールなどが挙げられる。これらの分散溶媒は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。分散方法は特に限定されるものではなく、例えば、常温で超音波分散器にかけることで分散させることができる。絶縁体微粒子の含有率は、１〜５０重量％が好ましい。１重量％より少ない場合は絶縁体として電子加速層４の抵抗を調整するという効果を発揮せず、５０重量％より多い場合は絶縁体微粒子５の凝集が発生する。中でも、１〜２０重量％であることがより好ましい。
【００８８】
次に、導電微粒子６を分散溶媒に分散させた導電微粒子分散液を得る。例えば、導電微粒子６を分散溶媒に分散させてもよいし、市販品を使用してもよい。分散方法は特に限定されるものではなく、例えば、常温で超音波分散器を用いて分散すればよい。この分散溶媒としては、導電微粒子６を分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができる。ここで、分散性の向上のために、導電微粒子６が表面処理を施されている場合、その表面処理方法によって、分散に適した分散溶媒を用いるのがよい。例えば、表面をアルコラート処理された導電微粒子６には、トルエンもしくヘキサンが好ましい。
【００８９】
また、導電微粒子分散液は、導電微粒子６のナノコロイド液を液体の状態で用いてもよい。導電微粒子６のナノコロイド液を液体の状態で使用すると、導電微粒子６が凝集することなく均一に分散した分散液を塗布することができる。よって、微粒子層上に、導電微粒子６をより一層均一に存在させた電子加速層４を形成して、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子１を製造することができる。なお、導電微粒子６はコロイド状態での平均粒径が０．３５μｍ以下となっているのが好ましい。コロイド状態での平均粒径が０．３５μｍ以下の導電微粒子を用いることで、後述の実施例に記載のように電子加速層４での分散性を高めることができる。導電微粒子６のナノコロイド液の例としては、ハリマ化成株式会社が製造販売する金ナノ粒子コロイド液、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子、株式会社徳力化学研究所が製造販売する白金ナノ粒子コロイド液及びパラジウムナノ粒子コロイド液、株式会社イオックスの製造販売するニッケルナノ粒子ペーストなどが挙げられる。また、導電微粒子６のナノコロイド液の溶媒には、絶縁体微粒子５をコロイド分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができ、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、テトラデカン等を用いることができる。
【００９０】
そして、上記のように作成した絶縁体微粒子分散液または絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液を電極基板２上に塗布し、絶縁体微粒子５の層（微粒子層）を得る（微粒子層形成工程）。この塗布は例えば、スピンコート法を用いて行えばよい。微粒子層の形成にスピンコート法を用いる際の条件は特に限定されるものではないが、回転数は１０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ未満が好ましく、３０００ｒｐｍ以上８５００ｒｐｍ未満が特に好ましい。この条件で形成した、微粒子層の膜厚は適正で、電子加速層の層厚を均一化すること、また層厚方向における電子加速層の抵抗調整が可能となる。この結果、電子放出素子表面の全面から一様に電子を放出させることが可能となり、かつ素子外へ効率よく電子を放出させることができる。
【００９１】
続けて、微粒子層上に上記のように作成した導電微粒子分散液を塗布する（導電微粒子塗布工程）。ここで、微粒子層が常温で乾燥し、経時変化を起こさなければ、続けて導電微粒子分散液の塗布を行って構わない。
【００９２】
導電微粒子分散液の塗布は、インクジェット法を用いて行う。導電微粒子分散液の塗布にインクジェット法を用いる際の条件は特に限定されるものではないが、吐出体積０．１ｆＬ以上１００ｐＬ未満が好ましく、１．０ｐＬ以上１０ｐＬ未満が特に好ましい。ここで、導電微粒子の微粒子層中への浸透度合いは、絶縁体微粒子の種類および／または平均粒径、導電微粒子の種類および／または平均粒径、絶縁体微粒子および導電微粒子の組合せなどに加えて、導電微粒子分散液の吐出体積にも依存する。すなわち、吐出体積が少なすぎると、液滴が小さく、微粒子層に導電微粒子の染み込む量が少ないために、塗布した導電微粒子の大部分が、絶縁体微粒子５を含む微粒子層内部に浸透せず、上部に堆積する。反対に、微粒子層上に残存する導電微粒子が過度に多くなり、電子加速層と薄膜電極の間に金属層が形成され、加速した電子の散乱が起こり、電子放出量が減少する。また、絶縁体微粒子含有バインダー成分層に導電微粒子の染み込む量が多いために、導電パスが形成され易くなり、素子内に低電圧で大電流が流れ、電子放出量が減少する。
【００９３】
以上のように、絶縁体微粒子分散液と導電微粒子分散液とをそれぞれ作製し、絶縁体微粒子５を含む微粒子層上に、導電微粒子６の分散液をインクジェット法を用いて塗布することで電子加速層４を形成する。
【００９４】
以上により、電子加速層４が形成される。電子加速層４の形成後、電子加速層４上に薄膜電極３を成膜する。薄膜電極３の成膜には、例えば、マグネトロンスパッタ法を用いればよい。また、薄膜電極３は、例えば、インクジェット法、スピンコート法、蒸着法等を用いて成膜してもよい。
【００９５】
ここで、電子放出素子１の電子放出量は、電子加速層４中の導電微粒子６の量に比例して電子放出量が増加するのではなく、電子加速層４内が弾道電子となって電子が放出されるだけの半導電性になればよいのである。そのため、電子加速層４中に必要な導電微粒子の量は少量である。一方、均一な性能の素子を得るためには、導電微粒子が導入される領域である電子放出部が偏在してはならない。そのため、素子製造には、微粒子ごとに分散性のよい分散媒を選択し、絶縁体微粒子を含む微粒子層上に少量の導電微粒子分散液を均一に塗布して、微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域において、導電微粒子を均一に存在させることが要求される。また、電子加速部のパターニングを行うには、微粒子層上における導電微粒子の有無を制御する必要がある。
【００９６】
上記製造方法では、電子加速層４の形成工程は、絶縁体微粒子５を含む微粒子層を形成し、この微粒子層上に導電微粒子分散液をインクジェット法を用いて塗布する。この方法により、微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子が導入された領域において、導電微粒子６を少量かつ所望の領域に均一に存在させることができる。そのため、電子放出部が均一に存在し、安定かつ良好な電子放出ができる電子放出素子１を製造することができる。
【００９７】
さらに、上記製造方法によると、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液とをそれぞれ用意し、別々に電極基板上に塗布するため、絶縁体微粒子分散溶液と導電微粒子分散溶液の混合時の凝集体の発生や、絶縁体微粒子分散液に導電微粒子を加えた際に凝集体が発生するといった不具合を防ぐことができる。
【００９８】
よって、電極基板２上に絶縁体微粒子分散液を塗布して微粒子層を形成した後に、導電微粒子分散液を塗布することで、微粒子の凝集体が少なく、導電性が制御された電子加速層を形成できる。かつ、微粒子の分散液を塗布するという簡易な製造プロセスにより、簡易かつ低コストで電子放出素子１を得ることができる。
【００９９】
このように、本発明の方法によると、微粒子の凝集体が発生することを回避でき、均一に分散した絶縁体微粒子５を含む微粒子層の上部または内部、もしくは上部および内部の、導電微粒子６が導入された領域に、電子放出部が均一に存在した電子加速層を、簡易かつ低コストで形成でき、安定かつ良好な電子放出量を得ることができる電子放出素子１を製造できる。また、微粒子層に導電微粒子を塗布する際、上記方法によると、インクジェット法を用いるので、導電微粒子６の吐出量および吐出箇所を制御することができる。導電微粒子６の吐出箇所を制御すると、少量の材料で、安定かつ良好な電子放出量をもつ電子放出部を電子加速層４中に自在にパターニングすることができる。そのため、本発明の電子放出素子１は、フラットパネルディスプレイ等の画像表示装置の応用に適している。
【０１００】
また、絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液を用いてバインダー成分が含まれる微粒子層を形成後に、導電微粒子を塗布すると、バインダー成分が含まれる微粒子層では絶縁体微粒子の分散状態が保持されているため、インクジェット法を用いて導電微粒子分散液を塗布しても、微粒子層中の絶縁体微粒子の分散状態が変化することはない。したがって、より一層、電子放出部を均一に制御した電子加速層を形成でき、安定かつ良好な電子放出が可能な電子放出素子を製造することができる。
【０１０１】
さらに、上記製造方法によると、絶縁体微粒子５と導電微粒子６とで分散させやすい分散溶媒とが異なっても、両者を混合せずに、絶縁体微粒子分散液を塗布して絶縁体微粒子を含む微粒子層を形成した後に、導電微粒子分散液を塗布することにより、両微粒子の分散性を保ったまま電子加速層を形成できる。つまり、絶縁体微粒子５と導電微粒子６とで分散性の高い分散溶媒が異なっても、絶縁体微粒子の凝集体、導電微粒子の凝集体、および絶縁体微粒子５と導電微粒子６の凝集体を含まない均一な電子加速層を形成することができる。
【０１０２】
なお、インクジェット法では、導電微粒子６として、微細配線描画用導電性インクを用いることができ、それらに含有されている溶媒はテトラデカン、デカン、デカノール、トルエン、ヘキサン、キシレンなどである。
【０１０３】
（実施例）
以下の実施例では、本発明に係る製造方法を用いて作製した電子放出素子を用いて電流測定した実験について説明する。なお、この実験は実施の一例であって、本発明の内容を制限するものではない。
【０１０４】
まず実施例１、２の電子放出素子と比較例１、２の電子放出素子とを以下のように作製した。そして、作製した電子放出素子について、図２に示す実験系を用いて単位面積あたりの電子放出電流の測定実験を行った。図２の実験系では、電子放出素子１の薄膜電極３側に、絶縁体スペーサ９を挟んで対向電極８を配置させる。そして、電子放出素子１および対向電極８は、それぞれ、電源７に接続されており、電子放出素子１にはＶ１の電圧、対向電極８にはＶ２の電圧が印加されるようになっている。このような実験系を１×１０−８ＡＴＭの真空中に配置して各電子放出実験を行った。また、各実験では、絶縁体スペーサ９を挟んで、電子放出素子と対向電極との距離は５ｍｍとした。また、対抗電極への印加電圧Ｖ２＝１００Ｖにて測定した。
【０１０５】
（実施例１）
１０ｍＬの試薬瓶に分散溶媒としてヘキサン２．４ｇと、絶縁体微粒子５として平均粒子径１１０ｎｍを０．５ｇと投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけ、絶縁体微粒子分散液Ａを調製した。絶縁体微粒子分散液Ａに占める絶縁体微粒子の含有率は重量比で１７％であった。
【０１０６】
次に、電極基板２上に、スピンコート法を用いて、上記絶縁体微粒子分散液Ａを、３０００ｒｐｍ、１０ｓで回転させ微粒子層Ｉを形成した。その後、常温で１時間乾燥させ、得られた微粒子層Ｉ上に、導電微粒子６が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液として、金ナノ粒子含有ナフテン分散溶液（ハリマ化成株式会社製、金微粒子の平均粒径５．０ｎｍ、銀微粒子固形分濃度５２％）を塗布した。この塗布にはインクジェット法を用い、つまり、インクジェットヘッドを使用して金ナノ粒子含有ナフテン分散溶液を吐出させて行った。吐出条件を、吐出体積４ｐＬ、吐出ピッチは１４０μｍ×２４０μｍとしたところ、着弾径は３０μｍとなった。
【０１０７】
微粒子層Ｉ上にインクジェット法で金ナノ粒子含有ナフテン分散溶液を塗布した後、２４時間放置し自然乾燥させて金ナノ粒子を微粒子層Ｉに浸透させ、電子加速層４を形成した。
【０１０８】
その後、電子加速層４の表面に、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極を成膜することにより、実施例１の電子放出素子を得た。成膜材料として金を使用し、薄膜電極の層厚は４０ｎｍ、同面積は０．０７０７ｃｍ２とした。同面積中の導電微粒子着弾個数は２１０個、着弾面積の合計は１．５×１０−３ｃｍ２であった。
【０１０９】
この実施例１の電子放出素子は、１×１０−８ＡＴＭの真空中において、薄膜電極への印加電圧Ｖ１＝３９．９Ｖにて、単位面積当たりの電子放出電流０．８６９ｍＡ／ｃｍ２、素子内電流４２８ｍＡ／ｃｍ２、電子放出効率０．２％が確認された。
【０１１０】
（実施例２）
１０ｍＬの試薬瓶に分散溶媒としてエタノール２．０ｇと、バインダー成分としてメチルトリメトキシシランＫＢＭ−１３（信越化学工業株式会社製）０．５ｇを入れ、絶縁体微粒子として平均径４０ｎｍの球状シリカ粒子ＡＥＲＯＳＩＬ  ＲＸ５０（エボニックエグサジャパン株式会社製）を０．５ｇ投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけ、絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液Ｂを調製した。絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液Ｂに占める絶縁体微粒子の含有率は重量比で１７％であった。
【０１１１】
次に、電極基板２上に、スピンコート法を用いて、上記絶縁体微粒子含有バインダー成分分散液Ｂを、３０００ｒｐｍ、１０ｓで回転させ微粒子層ＩＩを形成した。その後、常温で２４時間乾燥させ、得られた微粒子層ＩＩ上に、導電微粒子６が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液として、銀ナノ粒子含有テトラデカン分散溶液（株式会社アルバック製、銀微粒子の平均粒径５．０ｎｍ、銀微粒子固形分濃度５４％）を塗布した。この塗布にはインクジェット法を用い、つまり、インクジェットヘッドを使用して銀ナノ粒子含有テトラデカン分散溶液を吐出させて行った。吐出条件を、吐出体積４ｐＬ、吐出ピッチは１４０μｍ×２４０μｍとしたところ、着弾径３０μｍとなった。
【０１１２】
微粒子層ＩＩ上にインクジェット法で銀ナノ粒子含有ヘキサン分散溶液を塗布した後、１時間放置し自然乾燥させて銀ナノ粒子を微粒子層ＩＩに浸透させ、電子加速層４を形成した。
【０１１３】
その後、電子加速層４の表面に、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極を成膜することにより、実施例２の電子放出素子を得た。成膜材料として金を使用し、薄膜電極の層厚は４０ｎｍ、同面積は０．０７０７ｃｍ２とした。同面積中の導電微粒子着弾個数は２１０個、着弾面積の合計は１．５×１０−３ｃｍ２であった。
【０１１４】
この実施例２の電子放出素子は、１×１０−８ＡＴＭの真空中において、薄膜電極への印加電圧Ｖ１＝１９．７Ｖにて、単位面積当たりの電子放出電流１．１４ｍＡ／ｃｍ２、素子内電流７３４ｍＡ／ｃｍ２、電子放出効率０．２％が確認された。
【０１１５】
（比較例１）
実施例２と同様にして得られたバインダー成分を含む微粒子層ＩＩ上に、導電微粒子５が分散溶媒に分散された導電微粒子分散液として、銀ナノ粒子含有ヘキサン分散溶液（応用ナノ粒子研究所製、銀微粒子の平均粒径４．５ｎｍ、銀微粒子固形分濃度７％）を滴下後、スピンコート法を用いて３０００ｒｐｍ、１０ｓで電子加速層を形成した。このスピンコート法で銀ナノ粒子含有ヘキサン分散溶液を塗布させた後、１時間放置し自然乾燥させて銀ナノ粒子を浸透させた。
【０１１６】
その後、電子加速層の表面に、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極を成膜することにより、比較例１の電子放出素子を得た。成膜材料として金を使用し、薄膜電極の層厚は４０ｎｍ、同面積は０．０１４ｃｍ２とした。
【０１１７】
この比較例１の電子放出素子は１×１０−８ＡＴＭの真空中において、薄膜電極への印加電圧２８．９Ｖにて、単位面積当たりの電子放出電流０．４０ｍＡ／ｃｍ２、素子内電流３８ｍＡ／ｃｍ２、電子放出効率１．１％が確認された。
【０１１８】
上記実施例および比較例に記載している印加電圧の数値は、電子放出電流が最も多いときの値である。つまり、導電微粒子分散液の塗布にインクジェット法を用いた素子の方が、低電圧で電子放出が可能であることがわかる。
【０１１９】
なお、導電微粒子分散液の塗布にインクジェット法を用いると、導電微粒子の拡散が少ない状態で、微粒子層内に染み込み、導電微粒子間距離が短く、素子内電流が流れ易いと考えられる。また、スピンコート法を用いると、導電微粒子が拡散がしながら、微粒子層内に染み込み、導電微粒子間距離が長く、絶縁体微粒子による抵抗が大きく、素子内電流が流れにくいと考えられる。
【０１２０】
〔実施の形態２〕
図３に、実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を利用した本発明に係る帯電装置９０の一例を示す。帯電装置９０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを有する電子放出装置１０から成り、感光体１１を帯電させるものである。本発明に係る画像形成装置は、この帯電装置９０を具備している。本発明に係る画像形成装置において、帯電装置９０を成す電子放出素子１は、被帯電体である感光体１１に対向して設置され、電圧を印加することにより、電子を放出させ、感光体１１を帯電させる。なお、本発明に係る画像形成装置では、帯電装置９０以外の構成部材は、従来公知のものを用いればよい。ここで、帯電装置９０として用いる電子放出素子１は、感光体１１から、例えば３〜５ｍｍ隔てて配置するのが好ましい。また、電子放出素子１への印加電圧は２５Ｖ程度が好ましく、電子放出素子１の電子加速層の構成は、例えば、２５Ｖの電圧印加で、単位時間当たり１μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるようになっていればよい。
【０１２１】
帯電装置９０として用いられる電子放出装置１０は、放電を伴わず、従って帯電装置９０からのオゾンの発生は無い。オゾンは人体に有害であり環境に対する各種規格で規制されているほか、機外に放出されなくとも機内の有機材料、例えば感光体１１やベルトなどを酸化し劣化させてしまう。このような問題を、本発明に係る電子放出装置１０を帯電装置９０に用い、また、このような帯電装置９０を画像形成装置が有することで、解決することができる。また、電子放出素子１は電子放出効率が高いため、帯電装置９０は、効率よく帯電できる。
【０１２２】
さらに帯電装置９０として用いられる電子放出装置１０は、面電子源として構成されるので、感光体１１の回転方向へも幅を持って帯電を行え、感光体１１のある箇所への帯電機会を多く稼ぐことができる。よって、帯電装置９０は、線状で帯電するワイヤ帯電器などと比べ、均一な帯電が可能である。また、帯電装置９０は、数ｋＶの電圧印加が必要なコロナ放電器と比べて、１０Ｖ程度と印加電圧が格段に低くてすむというメリットもある。
【０１２３】
〔実施の形態３〕
図４に、実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を用いた本発明に係る電子線硬化装置１００の一例を示す。電子線硬化装置１００は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを有する電子放出装置１０と、電子を加速させる加速電極２１とを備えている。電子線硬化装置１００では、電子放出素子１を電子源とし、放出された電子を加速電極２１で加速してレジスト（被硬化物）２２へと衝突させる。一般的なレジスト２２を硬化させるために必要なエネルギーは１０ｅＶ以下であるため、エネルギーだけに注目すれば加速電極は必要ない。しかし、電子線の浸透深さは電子のエネルギーの関数となるため、例えば厚さ１μｍのレジスト２２を全て硬化させるには約５ｋＶの加速電圧が必要となる。
【０１２４】
従来からある一般的な電子線硬化装置は、電子源を真空封止し、高電圧印加（５０〜１００ｋＶ）により電子を放出させ、電子窓を通して電子を取り出し、照射する。この電子放出の方法であれば、電子窓を透過させる際に大きなエネルギーロスが生じる。また、レジストに到達した電子も高エネルギーであるため、レジストの厚さを透過してしまい、エネルギー利用効率が低くなる。さらに、一度に照射できる範囲が狭く、点状で描画することになるため、スループットも低い。
【０１２５】
これに対し、電子放出装置１０を用いた本発明に係る電子線硬化装置は、電子放出素子１の電子放出効率が高いため、効率よく電子線を照射できる。また、電子透過窓を通さないのでエネルギーのロスも無く、印加電圧を下げることができる。さらに面電子源であるためスループットが格段に高くなる。また、パターンに従って電子を放出させれば、マスクレス露光も可能となる。
【０１２６】
〔実施の形態４〕
図５〜７に、実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を用いた本発明に係る自発光デバイスの例をそれぞれ示す。
【０１２７】
図５に示す自発光デバイス３１は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを有する電子放出装置と、さらに、電子放出素子１と離れ、対向した位置に、基材となるガラス基板３４、ＩＴＯ膜３３、および蛍光体３２が積層構造を有する発光部３６と、から成る。
【０１２８】
蛍光体３２としては赤、緑、青色発光に対応した電子励起タイプの材料が適しており、例えば、赤色ではＹ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ、緑色ではＺｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、青色ではＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋等が使用可能である。ＩＴＯ膜３３が成膜されたガラス基板３４表面に、蛍光体３２を成膜する。蛍光体３２の厚さ１μｍ程度が好ましい。また、ＩＴＯ膜３３の膜厚は、導電性を確保できる膜厚であれば問題なく、本実施形態では１５０ｎｍとした。
【０１２９】
蛍光体３２を成膜するに当たっては、バインダーとなるエポキシ系樹脂と微粒子化した蛍光体粒子との混練物として準備し、バーコーター法或いは滴下法等の公知な方法で成膜するとよい。
【０１３０】
ここで、蛍光体３２の発光輝度を上げるには、電子放出素子１から放出された電子を蛍光体へ向けて加速する必要があり、その場合は電子放出素子１の電極基板２と発光部３６のＩＴＯ膜３３の間に、電子を加速する電界を形成するための電圧印加するために、電源３５を設けるとよい。このとき、蛍光体３２と電子放出素子１との距離は、０．３〜１ｍｍで、電源７からの印加電圧は１８Ｖ、電源３５からの印加電圧は５００〜２０００Ｖにするのが好ましい。
【０１３１】
図６に示す自発光デバイス３１’は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７、さらに、蛍光体３２を備えている。自発光デバイス３１’では、蛍光体３２は平面状であり、電子放出素子１の表面に蛍光体３２が配置されている。ここで、電子放出素子１表面に成膜された蛍光体３２の層は、前述のように微粒子化した蛍光体粒子との混練物から成成る塗布液として準備し、電子放出素子１表面に成膜する。但し、電子放出素子１そのものは外力に対して弱い構造であるため、バーコーター法による成膜手段は利用すると素子が壊れる恐れがある。このため滴下法或いはスピンコート法等の方法を用いるとよい。
【０１３２】
図７に示す自発光デバイス３１”は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７を有する電子放出装置１０を備え、さらに、電子放出素子１の電子加速層４に蛍光体３２’として蛍光の微粒子が混入されている。この場合、蛍光体３２’の微粒子を絶縁体微粒子５と兼用させてもよい。但し前述した蛍光体の微粒子は一般的に電気抵抗が低く、絶縁体微粒子５に比べると明らかに電気抵抗は低い。よって蛍光体の微粒子を絶縁体微粒子５に変えて混合する場合、その蛍光体の微粒子の混合量は少量に抑えなければ成らない。例えば、絶縁体微粒子５として球状シリカ粒子（平均粒径１１０ｎｍ）、蛍光体微粒子としてＺｎＳ：Ｍｇ（平均粒径５００ｎｍ）を用いた場合、その重量混合比は３：１程度が適切となる。
【０１３３】
上記自発光デバイス３１，３１’，３１”では、電子放出素子１より放出させた電子を蛍光体３２，３２に衝突させて発光させる。電子放出素子１は電子放出効率が高いため、自発光デバイス３１，３１’，３１”は、効率よく発光を行える。なお、自発光デバイス３１，３１’，３１”は、真空封止すれば電子放出電流が上がり、より効率よく発光することができる。
【０１３４】
さらに、図８に、本発明に係る自発光デバイスを備えた本発明に係る画像表示装置の一例を示す。図８に示す画像表示装置１４０は、図７で示した自発光デバイス３１”と、液晶パネル３３０とを供えている。画像表示装置１４０では、自発光デバイス３１”を液晶パネル３３０の後方に設置し、バックライトとして用いている。画像表示装置１４０に用いる場合、自発光デバイス３１”への印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましく、この電圧にて、例えば、単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるようになっていればよい。また、自発光デバイス３１”と液晶パネル３３０との距離は、０．１ｍｍ程度が好ましい。
【０１３５】
また、本発明に係る画像表示装置として、図５に示す自発光デバイス３１を用いる場合、自発光デバイス３１をマトリックス状に配置して、自発光デバイス３１そのものによるＦＥＤとして画像を形成させて表示する形状とすることもできる。この場合、自発光デバイス３１への印加電圧は、２０〜３５Ｖが好ましく、この電圧にて、例えば、単位時間当たり１０μＡ／ｃｍ２の電子が放出されるようになっていればよい。
【０１３６】
〔実施の形態５〕
図９及び図１０に、実施の形態１で説明した本発明に係る電子放出装置１０を用いた本発明に係る送風装置の例をそれぞれ示す。以下では、本願発明に係る送風装置を、冷却装置として用いた場合について説明する。しかし、送風装置の利用は冷却装置に限定されることはない。
【０１３７】
図９に示す送風装置１５０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とを有する電子放出装置１０からなる。送風装置１５０において、電子放出素子１は、電気的に接地された被冷却体４１に向かって電子を放出することにより、イオン風を発生させて被冷却体４１を冷却する。冷却させる場合、電子放出素子１に印加する電圧は、１８Ｖ程度が好ましく、この電圧で、雰囲気下に、例えば、単位時間当たり１μＡ／ｃｍ２の電子を放出することが好ましい。
【０１３８】
図１０に示す送風装置１６０は、図９に示す送風装置１５０に、さらに、送風ファン４２が組み合わされている。図１０に示す送風装置１６０は、電子放出素子１が電気的に接地された被冷却体４１に向かって電子を放出し、さらに、送風ファン４２が被冷却体４１に向かって送風することで電子放出素子から放出された電子を被冷却体４１に向かって送り、イオン風を発生させて被冷却体４１を冷却する。この場合、送風ファン４２による風量は、０．９〜２Ｌ／分／ｃｍ２とするのが好ましい。
【０１３９】
ここで、送風によって被冷却体４１を冷却させようとするとき、従来の送風装置あるいは冷却装置のようにファン等による送風だけでは、被冷却体４１の表面の流速が０となり、最も熱を逃がしたい部分の空気は置換されず、冷却効率が悪い。しかし、送風される空気の中に電子やイオンといった荷電粒子を含まれていると、被冷却体４１近傍に近づいたときに電気的な力によって被冷却体４１表面に引き寄せられるため、表面近傍の雰囲気を入れ替えることができる。ここで、本発明に係る送風装置１５０，１６０では、送風する空気の中に電子やイオンといった荷電粒子を含んでいるので、冷却効率が格段に上がる。さらに、電子放出素子１は電子放出効率が高いため、送風装置１５０，１６０は、より効率よく冷却することができる。
【０１４０】
本発明は上述した各実施形態および各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明に係る電子放出素子は、簡易かつ低コストで、導電微粒子を少量かつ所望の領域に均一に存在させて製造することができ、安定かつ良好な電子放出が可能である。よって、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の帯電装置、電子線硬化装置、或いは発光体と組み合わせることにより自発光デバイスや画像表示装置、または放出された電子が発生させるイオン風を利用することにより冷却装置等に、好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１        電子放出素子
２        電極基板
３        薄膜電極
４        電子加速層
５        絶縁体微粒子
６        導電微粒子
７        電源（電源部）
８        対向電極
９        絶縁体スペーサ
１０      電子放出装置
１１      感光体
１５      バインダー成分
２１      加速電極
２２      レジスト（被硬化物）
３１，３１’，３１”  自発光デバイス
３２，３２’  蛍光体（発光体）
３３      ＩＴＯ膜
３４    ガラス基板
３５      電源
３６      発光部
４１      被冷却体
４２      送風ファン
９０      帯電装置
１００    電子線硬化装置
１４０    画像表示装置
１５０    送風装置
１６０    送風装置
３３０    液晶パネル
【図１】
2010267493.tif 000003
【図２】
2010267493.tif 000004
【図３】
2010267493.tif 000005
【図４】
2010267493.tif 000006
【図５】
2010267493.tif 000007
【図６】
2010267493.tif 000008
【図７】
2010267493.tif 000009
【図８】
2010267493.tif 000010
【図９】
2010267493.tif 000011
【図１０】
2010267493.tif 000012