(57)【要約】【課題】絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価に製造可能な電子放出素子を提供する。【解決手段】電子放出素子１は、電極基板２と薄膜電極３との間に設けられた電子加速層４が、絶縁体微粒子５を含む微粒子層からなり、かつ、該微粒子層には、塩基性分散剤６が含まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する電極基板と薄膜電極との間に電子加速層を有し、前記電極基板と前記薄膜電極との間に電圧が印加されることで、前記電子加速層にて電子を加速させて前記薄膜電極から前記電子を放出する電子放出素子であって、
前記電子加速層が、絶縁体微粒子を含む微粒子層からなり、かつ、該微粒子層には、塩基性分散剤が含まれていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記塩基性分散剤は、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記絶縁体微粒子の平均粒径は、１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記絶縁体微粒子の平均粒径は、１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前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１から４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記電子加速層の層厚は、３００〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、又は有機ポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記薄膜電極は、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１から７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電子放出素子と、該電子放出素子にける前記電極基板と前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１０】
請求項９に記載の電子放出装置と発光体とを備え、前記電子放出装置から電子を放出して前記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１１】
請求項１０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１２】
請求項９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風を送ることを特徴とする送風装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の電子放出装置を備え、該電子放出装置から電子を放出して被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。
【請求項１４】
請求項９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させることを特徴とする帯電装置。
【請求項１５】
請求項１４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１６】
請求項９に記載の電子放出装置を備えることを特徴とする電子線硬化装置。
【請求項１７】
対向する電極基板と薄膜電極との間に電子加速層を有し、前記電極基板と前記薄膜電極との間に電圧が印加されることで、前記電子加速層にて電子を加速させて前記薄膜電極から前記電子を放出する電子放出素子の製造方法であって、
絶縁体微粒子を溶媒に塩基性分散剤を用いて分散させてなる絶縁体微粒子分散溶液を用いて、前記電極基板上に前記電子加速層となる微粒子層を形成する工程と、
前記微粒子層の上に、薄膜電極を形成する工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記塩基性分散剤は、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなることを特徴とする請求項１７に記載の電子放出素子の製造方法。
【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、及びその製造方法、並びに電子放出素子を用いた、電子放出装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置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、電子放出部の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、強電界により電子放出素子の表面方向に加速衝突し、スパッタリングによる電子放出素子の破壊が生じるという問題がある。
【０００４】
また、大気中にある酸素は、電離エネルギーよりも解離エネルギーの方が低いため、イオンの発生よりも先にオゾンを発生する。オゾンは人体に有害である上に、強い酸化力にて様々なものを酸化することから、電子放出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する。このような問題に対処するためには、周辺部材に耐オゾン性の高価な材料を用いなければならない。
【０００５】
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。これらは電子放出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。
【０００６】
例えば、特許文献１には、２枚の電極の間に金属などの微粒子を分散させた絶縁体膜を設け、一方の電極（基板電極）から絶縁体膜中に電子を注入し、注入した電子を絶縁体膜中で加速させ、厚み数十Å〜１０００Åの他方の電極（電子放出側の電極）を通して電子を放出するＭＩＭ形電子放出素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２９８６２３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】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電子放出素子のように、金属などの微粒子を分散させた絶縁体膜を用いる構成では、絶縁体膜内において金属などの微粒子の分散状態が悪い場合に、絶縁体膜内の絶縁破壊が生じやすくなるといった問題がある。
【０００９】
特許文献１には、金属などの微粒子を分散させた絶縁体膜の製造方法として、（１）〜（３）の３例が挙げられている。
（１）絶縁体の液体コーティング剤に金属微粒子を混合した分散液をスピンコート法で塗布する方法
（２）絶縁体の液体コーティング剤に有機金属化合物の溶液を混合した分散液を塗布した後、熱分解する方法
（３）プラズマや熱ＣＶＤ法等による絶縁体の真空堆積法
上記３例のうち、分散液を用いる（１）、（２）の方法では、絶縁体膜中における金属などの微粒子の分散を制御することが難しく、微粒子の凝集が起こりやすい。その理由は、微粒子の再凝集にある。すなわち、溶媒中での固体微粒子の分散において、超音波振動などの外力の付与は固体微粒子の分散を促進させる。しかしながら、過度の外力を加えた場合、いわゆる過分散により微粒子表面がダメージを受けてしまい、再凝集が発生し易くなる。この傾向は粒子径が小さい程顕著となる。溶媒中で金属などの微粒子の一次粒子の分散状態を維持可能な条件は、極めてピンポイントなものとなる。
【００１０】
一方、（３）の方法では、微粒子の分散を制御することは可能であるが、プラズマＣＶＤ装置や熱ＣＶＤ装置を利用することから、大面積化する際の製造コストが他の方法に比べて極端に上がってしまうといった問題がある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価に製造可能な電子放出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を行った結果、電極間に設けられる絶縁体膜の層を、絶縁体微粒子よりなる微粒子層とし、かつ、この絶縁体微粒子の層を形成する際に用いられる、絶縁体微粒子を溶媒に分散してなる分散溶液において、絶縁体微粒子を分散させる分散剤として塩基性分散剤を使用することで、絶縁体膜に金属などの微粒子が分散されていなくても、電子放出が可能となることを見出し、本願発明を行うに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の電子放出素子は、対向する電極基板と薄膜電極との間に電子加速層を有し、前記電極基板と前記薄膜電極との間に電圧が印加されることで、前記電子加速層にて電子を加速させて前記薄膜電極から前記電子を放出する電子放出素子であって、前記電子加速層が、絶縁体微粒子を含む微粒子層からなり、かつ、該微粒子層には、塩基性分散剤が含まれていることを特徴としている。
【００１４】
上述したように、上記の構成によれば、電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することで、電子加速層内に電流が流れ、その一部が印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって、薄膜電極側より放出される。
【００１５】
ここで、電子放出素子より電子が放出されるのは、塩基性分散剤が有する電子対を供与する電子対供与体が作用しているのではないかと推察している。すなわち、塩基性分散剤は、電子対を供与する電子対供与体を有しており、電子対供与体は電子対を供与後、イオン化する。このイオン化した電子対供与体が、付着している絶縁体微粒子の表面において電荷の受け渡しを行い、絶縁体微粒子の表面における電気伝導が可能になっていると考えられる。
【００１６】
電子加速層を、金属などの微粒子を分散させる必要のない構成としたことで、本発明の電子放出素子においては、金属などの微粒子が凝集して、電子加速層の絶縁破壊を生じさせるといった問題なく、プラズマＣＶＤ装置や熱ＣＶＤ装置を用いずとも、絶縁破壊が生じ難い電子加速層を構成することが可能となる。
【００１７】
しかも、絶縁体微粒子を溶媒に分散させるにおいて、必須の要素とも言える分散剤に、金属などの微粒子の機能を担わせているので、製造工程の削減、及び材料費も削減できる。
【００１８】
その結果、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価にて製造可能な電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【００１９】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加えて、前記塩基性分散剤が、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなる構成であってもよい。
【００２０】
立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体を有することで、絶縁体微粒子の分散性を良好にすることができ、電子加速層として均一な微粒子層を形成することが可能となる。これにより、電子放出素子における作成バラツキを少なく抑えることができる。
【００２１】
また、このような塩基性分散剤の添加量には最適値があり、添加量が多すぎる場合には、塩基性分散剤の有する高分子体の部分の抵抗成分が素子内電流を流れ難くしてしまい、電子放出素子からの電子放出を低下させる虞がある。一方、添加量が少なすぎると、電子加速層を流れる電流量が十分得られず、電子放出素子からの電子放出がまったく得られなくなる。塩基性分散剤の最適な添加量は絶縁体微粒子との関連から設計事項となり、この添加量を適切に制御することで、電子放出素子からの十分な電子放出を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の電子放出素子では、上記構成に加えて、上記絶縁体微粒子の平均粒径が１０〜１０００ｎｍであるのが好ましく、１０〜２００ｎｍであるのがより好ましい。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良く、例えば平均径５０ｎｍの微粒子は、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。絶縁体微粒子の粒子径が小さすぎると、粒子間に働く力が強いために粒子が凝集しやすく、分散が困難になる。また、絶縁体微粒子の粒子径が大きすぎると分散性は良いけれども、抵抗調整のために電子加速層の層厚や、表面電導物質の配合比を調整することが困難になる。
【００２３】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加えて、上記電子加速層の層厚は、１２〜６０００ｎｍであるのが好ましく、３００〜２０００ｎｍであるのがより好ましい。また、電子加速層の層厚を、上記範囲とすることにより、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。その結果、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。
【００２４】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加えて、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。又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、或いは、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、上記表面電導物質として抗酸化力が高い導電体微粒子を用いる場合には、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。
【００２５】
本発明の電子放出素子では、上記構成に加えて、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。
【００２６】
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。
【００２７】
既に電子放出素子において記載したとおり、本発明の電子放出素子は、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価な装置にて製造可能な電子放出素子であるので、このような電子放出素子を用いて構成された電子放出装置は、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価な装置にて製造可能な電子放出装置となる。
【００２８】
そして、さらに、このような本発明の電子放出装置を用いて構成された、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置も、本発明の範疇としている。
【００２９】
本発明の電子放出素子の製造方法は、対向する電極基板と薄膜電極との間に電子加速層を有し、前記電極基板と前記薄膜電極との間に電圧が印加されることで、前記電子加速層にて電子を加速させて前記薄膜電極から前記電子を放出する電子放出素子の製造方法であって、絶縁体微粒子を溶媒に塩基性分散剤を用いて分散させてなる絶縁体微粒子分散溶液を用いて、前記電極基板上に前記電子加速層となる微粒子層を形成する工程と、前記微粒子層の上に、薄膜電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００３０】
これにより、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価にて製造可能な本発明の電子放出素子を得ることができる。
【００３１】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、さらに、前記塩基性分散剤は、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなる構成とすることが好ましい。
【００３２】
上述したように、立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体を有することで、絶縁体微粒子の分散性を良好にすることができ、電子加速層として均一な微粒子層を形成することが可能となる。これにより、電子放出素子における作成バラツキを少なく抑えることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の電子放出素子は、以上のように、対向する電極基板と薄膜電極との間の電子加速層が、絶縁体微粒子を含む微粒子層からなり、かつ、該微粒子層には、塩基性分散剤が含まれている構成である。
【００３４】
このように、電子加速層を、金属などの微粒子を分散させる必要のない構成としたことで、本発明の電子放出素子においては、金属などの微粒子が凝集して、電子加速層の絶縁破壊を生じさせるといった問題なく、プラズマＣＶＤ装置や熱ＣＶＤ装置を用いずとも、絶縁破壊が生じ難い電子加速層を構成することが可能となる。
【００３５】
その結果、絶縁体層内での絶縁破壊の問題がなく、かつ安価にて製造可能な電子放出素子を提供することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態の電子放出素子を用いた電子放出装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の電子放出装置に備えられた電子放出素子の電子加速層付近の模式図である。
【図３】電子放出素子に対して実施する電子放出実験の測定系を示す説明図である。
【図４】電子加速層の作成に用いる絶縁体微粒子分散溶液における、溶媒に対する塩基性分散剤の添加量を０ｗｔ％〜１．０ｗｔ％変化の間で変化させて作成した電子放出素子の素子内電流を測定した結果を示す図である。
【図５】電子加速層の作成に用いる絶縁体微粒子分散溶液における、溶媒に対する塩基性分散剤の添加量を０ｗｔ％〜１．０ｗｔ％変化の間で変化させて作成した電子放出素子の電子放出電流を測定した結果を示す図である。
【図６】電子加速層の作成に用いる絶縁体微粒子分散溶液における、溶媒に対する塩基性分散剤の添加量を１．０ｗｔ％〜２０．０ｗｔ％変化の間で変化させて作成した電子放出素子の素子内電流を測定した結果を示す図である。
【図７】電子加速層の作成に用いる絶縁体微粒子分散溶液における、溶媒に対する塩基性分散剤の添加量を１．０ｗｔ％〜２０．０ｗｔ％変化の間で変化させて作成した電子放出素子の電子放出電流を測定した結果を示す図である。
【図８】比較例の電子放出素子の表面状態を拡大して示す写真である。
【図９】比較例の電子放出素子の素子内電流及び電子放出電流を測定した結果を示す図である。
【図１０】図１の電子放出装置を用いた帯電装置の一例を示す図である。
【図１１】図１の電子放出装置を用いた電子線硬化装置の一例を示す図である。
【図１２】図１の電子放出装置を用いた自発光デバイスの一例を示す図である。
【図１３】図１の電子放出装置を用いた自発光デバイスの他の一例を示す図である。
【図１４】図１の電子放出装置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１５】図１の電子放出装置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１６】図１の電子放出装置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１７】図１の電子放出装置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】
【００３７】
以下、本発明に係る電子放出素子、電子放出装置の実施形態及び実施例について、図１〜１５を参照して説明する。なお、以下に記述する実施の形態及び実施例は、本発明の具体的な一例に過ぎず、本発明はこれらよって何ら限定されるものではない。
【００３８】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を用いた電子放出装置１０の構成を示す模式図である。図１に示すように、電子放出装置１０は、本発明に係る一実施形態の電子放出素子１と電源７とを有する。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、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を通過（透過）して、或いは絶縁体微粒子間の隙間の影響から生じる薄膜電極３の孔（隙間）もしくは、絶縁体微粒子の段差等からすり抜けて外部へと放出される。
【００３９】
下部電極となる電極基板２は、電極としての機能に付加して、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基板であれば、特に制限なく、用いることができる。具体的には、例えばＳＵＳやＴｉ、Ｃｕ等の金属基板、ＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体基板を挙げることができる。また、ガラス基板やプラスティック基板等の絶縁体基板の表面（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たものであってもよい。絶縁体基板の表面に付着させる上記導電性物質としては、導電性に優れ、マグネトロンスパッタ等を用いて薄膜形成できれば、特に問わないが、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。但し、これら材料及び数値に限定されることはない。
【００４０】
薄膜電極３は、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な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、パラジウムなどを挙げることができる。中でも大気圧中での動作を想定した場合、酸化物及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放出が極端に減少してしまう。弾道電子の放出量減少は、薄膜電極３で弾道電子の吸収或いは反射による電子加速層４への再捕獲が生じたためと考えられる。
【００４１】
電子加速層４は、図２に示すように、絶縁体微粒子５を含む微粒子層からなり、かつ、該微粒子層には、溶媒中における絶縁体微粒子５の凝集を防ぎ、絶縁体微粒子を分散させるための塩基性分散剤６が含まれている。図２は、電子放出素子１の電子加速層４付近を拡大した模式図である。
【００４２】
絶縁体微粒子５の材料としては、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として、有機ポリマーから成る微粒子を用いてもよい。有機ポリマーから成る微粒子としては、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）や、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。そして、絶縁体微粒子５としては、材質の異なる２種類以上の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、さらには、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。絶縁体微粒子５の平均粒径は１０〜１０００ｎｍであることが好ましく、１０〜２００ｎｍがより好ましい。
【００４３】
本発明において、塩基性分散剤６は、凝集し易い絶縁体微粒子５の溶媒への分散を良好にして、電極基板２表面に極めて平滑な微粒子層の形成を実現する分散剤としての本来の機能と、絶縁体微粒子５の表面の電気伝導を可能にするといったさらなる機能とを有するものである。
【００４４】
塩基性分散剤６は、高分子と、該高分子の一部に導入された電子対供与体とを有する。高分子が、立体反発効果によって分散性を付与する。図２においては、参照符号１５にて、絶縁体微粒子５相互間に形成される立体障害となる領域を示す。電子対供与体は、絶縁体微粒子５に吸着するアンカーとしての役割を果たす。また、電子対供与体は、電子対を供与したことで、プラスイオンとなり、イオン電導を可能にする。絶縁体微粒子５の表面の電気伝導を可能にする機能は、塩基性分散剤６における上記イオン電導を可能にする部分が、電荷の受け渡しをしているためと考えられる。また、塩基性分散剤６のイオン電導部分は、電気的に互いに反発し合うため、絶縁体微粒子の分散性にも寄与する。
【００４５】
電子対供与体部分は、電子供与基から成る特定の置換基であり、上記置換基としては、例えば、π電子系であるフェニル基やビニル基、そしてアルキル基、アミノ基等である。
【００４６】
本発明に適用できる塩基性分散剤６の市販品を例示すると、アビシア社製の商品名：ソルスパース９０００、１３２４０、１３９４０、２００００、２４０００、２４０００ＧＲ、２４０００ＳＣ、２６０００、２８０００、３２５５０、３４７５０、３１８４５等の各種ソルスパース分散剤、ビックケミー社製の商品名：ディスパービック１０６、１１２、１１６、１４２、１６１、１６２，１６３、１６４、１６５、１６６、１８１、１８２、１８３、１８４、１８５、１９１、２０００、２００１、味の素ファインテクノ社製の商品名：アジスパーＰＢ７１１、ＰＢ４１１、ＰＢ１１１、ＰＢ８２１、ＰＢ８２２、エフカケミカルズ社製の商品名：ＥＦＫＡ−４７、４０５０等を挙げることができる。
【００４７】
電子加速層４における塩基性分散剤６の含有量は、電子放出量と相関のある電子放出素子の素子内電流の流れ易さに関係するため、電子放出量を制御する上で、重要な制御因子の一つである。
【００４８】
電子加速層４への塩基性分散剤６の添加は、電子加速層４を構成する絶縁体微粒子５を溶媒中に分散する過程で行う。つまり使用する溶媒に必要量の塩基性分散剤６を投入して分散した分散剤含有溶媒に絶縁体微粒子５を加え、絶縁体微粒子５の十分な分散を行うことで、絶縁体微粒子５の表面に塩基性分散剤６を付着させる。絶縁体微粒子５の表面における分散剤の付着量は、溶媒に対する分散剤の投入量を操作することで制御可能である。しかしながら、分散剤の投入量と、分散剤の添加後に得られる電子加速層４の電流の流れ易さは一対一の関係ではなく、ある添加量に電流の流れ易さのピークを持つ特性を有する。添加量が少ない場合には、電子の担い手が少ないため、当然ながら電子加速層４を流れる電流量は小さくなる。一方、添加量が多すぎる場合には、塩基性分散剤の有する高分子の成分が、素子内を流れる電流に対して抵抗成分として強く作用してしまい、電流値を小さくしてしまう。
【００４９】
このように、塩基性分散剤６の添加量には最適値があり、素子内に流れる電流量を鑑みて、最適に設定するものであるため、一概にはいえないが、絶縁体微粒子５が分散された分散溶液を滴下してスピンコート法で電子加速層４を成膜する条件において、溶媒に対する塩基性分散剤６の添加量にて規定すると、添加量０．４〜１０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１〜５ｗｔ％以下である。
【００５０】
溶媒に対する添加量が０．４ｗｔ％未満となると、電子加速層を流れる電流量が十分に得られず、電子放出素子１からの電子放出をまったく得ることができない虞がある。より好ましい１ｗｔ％以上とすることで、電子放出素子１からの電子放出を安定して得ることができる。一方、添加量の上限であるが、１０％を超えると、塩基性分散剤６の有する高分子の部分の抵抗成分が素子内電流を流れ難くしてしまい、電子放出素子１からの電子放出を低下させる虞がある。添加量の下限をより好ましい５ｗｔ％以下とすることで、電子放出素子１からの電子放出を低下させることなく得ることができるといった効果がある。
【００５１】
電子加速層４は、電極基板２と薄膜電極３との間に印加する電圧が同じである場合、層厚が薄いほど強電界がかかる。つまり、層厚を薄くすることで、電極基板２と薄膜電極３との間に印加する電圧を低く抑えながら、強電界をかけて電子を加速させることができる。一方で、電子加速層４の層厚は、層厚を均一化できることや、層厚方向における加速層の抵抗調整を可能にする必要もある。これらのことを鑑みて、電子加速層４の層厚としては、１２〜６０００ｎｍが好ましく、３００〜２０００ｎｍがより好ましい。
【００５２】
以上のように、本実施形態の電子放出素子１では、電子加速層４において、分散状態が悪い場合に、絶縁体膜内の絶縁破壊を生じさせる虞のある金属などの微粒子を用いることなく、塩基性分散剤６にて、絶縁体微粒子５の表面の電気伝導を可能にしている。
【００５３】
したがって、スピンコート法などの安価な製法で電子加速層４を形成しても、電子加速層４において絶縁破壊が生じる虞のない電子放出素子を提供することができる。しかも、絶縁体微粒子を溶媒に分散させるにおいて、必須の部材とも言える分散剤に、金属などの微粒子の機能を担わせているので、製造工程の削減、及び材料費も削減できる。
【００５４】
次に、電子放出の原理について、前述の図２を用いて説明する。図２に示すように、電子加速層４は、その大部分を絶縁体微粒子５で構成され、絶縁体微粒子５の表面に塩基性分散剤６が付着している。これにより、絶縁体微粒子５の表面に塩基性分散剤６からなる立体障害となる領域１５が形成され、絶縁体微粒子５の溶媒への分散を良好にする。また、絶縁体微粒子５は絶縁性であるが、その表面に付着した塩基性分散剤６のイオン電導部分が、電荷の受け渡しを行うことで、電子加速層４は半導電性を有する。したがって、電極基板２と薄膜電極３との間に電圧を印加すると、電子加速層４に極めて弱い電流が流れる。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を通過（透過）して、または薄膜電極３に孔（隙間）がある場合は、その孔から、外部へと放出される。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。
【００５５】
次に、電子放出素子１の製造方法の一実施形態について説明する。
【００５６】
分散溶媒に、塩基性分散剤６を投入し、超音波分散器にかけて塩基性分散剤６を分散させた後、絶縁体微粒子５を投入して、再び超音波分散器にかけて絶縁体微粒子５を分散させ、絶縁体微粒子分散溶液Ａを得る。なお、分散法は、特に限定されず、超音波分散器以外の方法で分散させてもよい。
【００５７】
ここで、分散溶媒としては、塩基性分散剤６との愛称がよく、絶縁体微粒子５を効果的に分散でき、かつ塗布後に蒸発するものであれば、特に制限なく、用いることができる。分散溶媒としては、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。
【００５８】
そして、上記のように作成した絶縁体微粒子分散溶液Ａを、電極基板２上に塗布して、電子加速層４を形成する。塗布方法として、例えば、スピンコート法を用いることができる。絶縁体微粒子分散溶液Ａを電極基板２上に滴下し、スピンコート法を用いて、電子加速層４となる薄膜を形成する。電極基板２上への絶縁体微粒子分散溶液Ａの滴下、スピンコート法による成膜、乾燥、を複数回繰り返すことで所定の膜厚にすることができる。
【００５９】
電子加速層４の成膜には、スピンコート法以外に、例えば、滴下法、スプレーコート法等の方法も用いることができる。
【００６０】
そして、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ることができる。また、薄膜電極３の成膜には、マグネトロンスパッタ法以外に、例えば、インクジェット法や、スピンコート法、蒸着法等を用いることもできる。
【００６１】
また、図２に示す、微粒子層（絶縁体微粒子とその表面に存在する塩基性分散剤を含む）よりなる電子放出素子１においては、さらに、微粒子層の表面側に塩基性分散剤が離散的に配置されている構成としてもよい。電子加速層４がこのような構成を有すると、電子放出位置の制御が可能となり、放出される電子により薄膜電極３を構成する金属材料が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。
【００６２】
このような塩基性分散剤の離散的な配置は、図２に示す微粒子層を形成した後に、インクジェット法や静電噴霧法などを用いて塩基性分散剤を別途、塗布して作成することができる。そのため、微粒子層中に含まれる塩基性分散剤と、インクジェット法や静電噴霧法などを用いて微粒子層表面に別途塗布される塩基性分散剤とは、同じであってもよいし、異なっていても構わない。
【００６３】
ところで、インクジェット法や静電噴霧法などを用いて、離散的に塩基性分散剤を塗布する方法では、塗布時に微粒子層に及ぼされる物理的衝撃作用等にて、微粒子層における絶縁体微粒子の分散状態を維持できない恐れがある。
【００６４】
そこで、微粒子層の表面側に塩基性分散剤が離散的に配置されている構成とする場合は、図２に示す微粒子層を、絶縁体微粒子５相互を結着させるバインダー樹脂を含む構成として、バインダー樹脂で固められた微粒子層の表面に、塩基性分散剤６が離散的に配置される構成としてもよい。
【００６５】
バインダー樹脂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、後から塩基性分散剤６をインクジェット法や静電噴霧法などを用いて塗布しても、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。
【００６６】
バインダー樹脂としては、電極基板２との接着性がよく、絶縁体微粒子５を分散でき、絶縁性を有するものであればよい。このようなバインダー樹脂１５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。これらの樹脂バインダーは、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。
（実施例１）
ここで、絶縁体微粒子分散溶媒における塩基性分散剤６の添加量を振って、添加量と電子放出量との関係を調べた実験の結果について説明する。
【００６７】
溶媒にトルエンを用い、溶媒量に対する塩基性分散剤６の添加量を、ゼロｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．４ｗｔ％、１．０ｗｔ％として電子放出素子１をそれぞれ作成し、１×１０−８ＡＴＭの真空中において電子放出実験を行って評価した。塩基性分散剤６としては、アミン価が１０〜１７ｍｇＫＯＨ／ｇであり、線状ポリマーの一部に直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、或いはフェニル基を有する分散剤である、味の素ファインテクノ株式会社の製造販売する「顔料分散剤アジスパーＰＢ８２１」を使用した。
【００６８】
まず、電子放出素子１の詳細な作成条件について説明する。
【００６９】
１０ｍＬの試薬瓶にトルエン溶媒を３ｇ入れ、アジスパーＰＢ８２１（味の素ファインテクノ株式会社製）を０．０３ｇ投入し、超音波分散器にかけて分散させた。さらにその中に、絶縁体微粒子５として０．２５ｇのシリカ粒子を投入し、同様に試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させた。ここでシリカ微粒子は、直径５０ｎｍのフュームドシリカＣ４１３（キャボット社）であり、表面はヘキサメチルシジラザン処理されている。約１０分間分散器にかけることで、シリカ微粒子はトルエン溶媒に乳白色に分散し、溶媒に対する塩基性分散剤６の添加量が１．０ｗｔ％の絶縁体微粒子分散溶液と成った。
【００７０】
電極基板２として、２５ｍｍ角のＩＴＯ薄膜が蒸着されたガラス基板を用意し、該ガラス基板表面に、作成した絶縁体微粒子分散溶液を滴下し、スピンコート法を用いて微粒子層を形成した。スピンコート法による成膜条件は、５００ＲＰＭにて５秒間回転している間に、上記分散溶液を基板表面へ滴下し、続いて３０００ＲＰＭにて１０秒間の回転を行う、条件とした。この成膜条件を３度繰り返し、ガラス基板上に微粒子層を３層堆積させた後、室温で自然乾燥させた。電子加速層４をなす微粒子層の膜厚は約１０００ｎｍであった。
【００７１】
ガラス基板の表面に微粒子層を形成後、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極３を成膜した。成膜材料として材料には金（Ａｕ）を使用し、膜厚は５０ｎｍ、同面積は０．０１４ｃｍ２とした。このようにすることで、分散剤添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子１を得た。
【００７２】
絶縁体微粒子分散溶液における、トルエン溶媒に対するアジスパーＰＢ８２１の添加量を、ゼロｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．４ｗｔ％と変化させた以外は、上述した条件と全く同じ条件で、分散剤添加量ゼロｗｔ％、０．０８ｗｔ％、０．４ｗｔ％の電子放出素子１を得た。
【００７３】
上記のように作製した４つの電子放出素子１について、図３に示す測定系を用いて電子放出実験を行った。
【００７４】
図３に、電子放出実験に用いた測定系を示す。図３の測定系では、電子放出素子１の薄膜電極３側に、絶縁体スペーサ９（径：１ｍｍ）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の電極基板２と薄膜電極３との間には、電源７ＡによりＶ１の電圧が印加され、対向電極８には電源７ＢによりＶ２の電圧がかかるようになっている。薄膜電極３と電源７Ａとの間を流れる電流Ｉ１を素子内電流、対向電極８と電源７Ｂとの間に流れる電流Ｉ２を電子放出電流として測定する。このような測定系を１×１０−８ＡＴＭの真空中に配置して電子放出実験を行った。
【００７５】
図４に、電子放出実験にて、各電子放出素子１の素子内電流Ｉ１を測定した結果を示す。ここで、印加電圧Ｖ１は、０〜２０Ｖまで段階的に上げ、印加電圧Ｖ２は１００Ｖとした。また、図５に、電子放出実験にて、各電子放出素子１から放出された電子放出電流Ｉ２を測定した結果を示す。
【００７６】
図４より分かるように、素子内電流Ｉ１〔単位：Ａ/ｃｍ２〕は、印加電圧Ｖ１が、１０Ｖを超えた領域で、分散剤の添加量に比例して増加する傾向を示した。分散剤の添加量がゼロの電子放出素子１では、印加電圧Ｖ１が０〜１０Ｖの範囲で、電流が流れない状態（測定下限）であるが、１０Ｖを超えると、突発的に電流上昇が生じている。これは、分散剤の添加量がゼロの電子放出素子では、絶縁体微粒子の分散状態が悪いことから、電子加速層４の極薄い部分での集中的な電流リーク、或いは電圧印加の電極端子直下での電流リーク等、局所的な絶縁破壊が発生したものと考えられる。
【００７７】
また、図５より分かるように、素子内電流Ｉ１は流れても、分散剤の添加量ゼロ、及び０．０８ｗｔ％の電子放出素子１では、電子放出が全く測定されなかった。分散剤の添加量０．４ｗｔ％の電子放出素子１では、印加電圧Ｖ１が１２Ｖを超えてからは、１×１０−８[Ａ／ｃｍ２]の電子放出が測定された。また、分散剤の添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子１では、印加電圧Ｖ１が１６．３Ｖにて０．７１[ｍＡ／ｃｍ２]の電子放出が得られた。
【００７８】
次に、同じく溶媒にトルエンを用い、絶縁体微粒子分散溶液における、トルエン溶媒に対するアジスパーＰＢ８２１の添加量を、１．２ｗｔ％、５．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％と変化させた以外は、上述した条件と全く同じ条件で、分散剤添加量１．２ｗｔ％、５．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％の電子放出素子１を得た。
【００７９】
このような電子放出素子１に対し、同じく１×１０−８ＡＴＭの真空中において電子放出実験を行って評価した。なお、測定系、及び電子放出素子１の詳細な作成条件は、先の実験と同様である。
【００８０】
図６に、分散剤添加量１．２ｗｔ％、５．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％、２０．０ｗｔ％の各電子放出素子１の素子内電流Ｉ１を測定した結果を示す。ここでも、印加電圧Ｖ１は、０〜２０Ｖまで段階的に上げ、印加電圧Ｖ２は１００Ｖとした。また、図７に、電子放出実験にて、各電子放出素子１から放出された電子放出電流Ｉ２を測定した結果を示す。なお、図６、図７では、先の電子放出実験で得た、分散剤添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子１の結果も併せて示す。
【００８１】
図６より分かるように、素子内電流Ｉ１〔単位：Ａ/ｃｍ２〕は、分散剤の添加量１．２ｗｔ％をピークに、これ以降は、添加量が増すほど、素子内電流Ｉ１は低下する傾向にあった。これは、塩基性分散剤６の添加量が多過ぎると、分散剤の持つ高分子材料の抵抗成分が素子内電流を減じる働きを示してしまうためである。また、図７より分かるように、電子放出量Ｉ２は、素子内電流Ｉ１の序列にしたがった傾向にあるが、分散剤の添加量１．２ｗｔ％では、印加電圧Ｖ１が１２Ｖを超えてからは、電子放出に伴う電子放出素子１の破壊（微粒子よりなる電子加速層４の飛散）が生じ、電子放出特性が、添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子をデータを下回っている。
【００８２】
（実施例２）
塩基性分散剤として、型番とアミン価の異なるアジスパーＰＢ８２２（味の素ファインテクノ株式会社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、分散剤添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子１を作成し、同様に電圧電流特性を調べたところ、実施例１で記載した分散剤添加量１．０ｗｔ％の電子放出素子１と同様な結果が得られた。
【００８３】
（比較例）
１０ｍＬの試薬瓶にトルエン溶媒を３．０ｇ入れ、その中に絶縁体微粒子５として０．２５ｇのシリカ微粒子（直径５０ｎｍのフュームドシリカＣ４１３（キャボット社）であり、表面はヘキサメチルシジラザン処理されている）を投入し、試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させた。約１０分後、導電微粒子として０．０６５ｇの銀ナノ粒子（平均径１０ｎｍ、うち絶縁被膜アルコラート１ｎｍ厚（応用ナノ研究所））を追加投入し、超音波分散処理を約２０分行い、絶縁体微粒子／導電微粒子分散液を作製した。ここでシリカ微粒子の全質量に対する銀ナノ粒子の占める割合は、約２０％である。
【００８４】
次に電極基板２として、３０ｍｍ角のステンレス基板を用意し、該ステンレス基板表面に、作成した絶縁体微粒子／導電微粒子分散液を滴下し、スピンコート法を用いて微粒子層を形成した。スピンコート法による成膜条件は、５００ＲＰＭにて５秒間回転している間に、上記分散液Ａを基板表面へ滴下し、続いて３０００ＲＰＭにて１０秒間の回転を行う、条件とした。この成膜条件を２度繰り返し、ステンレス製基板上に微粒子層を２層堆積させた後、室温で自然乾燥させた。
【００８５】
ステンレス製基板の表面に微粒子層を形成後、マグネトロンスパッタ装置を用いて薄膜電極３を成膜した。成膜材料として材料には金（Ａｕ）を使用し、膜厚は４５ｎｍ、同面積は０．０７１ｃｍ２の円形とした。このようにすることで、電子加速層４に導電微粒子を含む比較例の電子放出素子を得た。
【００８６】
図８に、比較例の電子放出素子の表面写真を示す。図８中の丸いものが、薄膜電極３であり、リング状のものは、薄膜電極３が設けられていない電子加速層４の表面である。また、参照符号１１１にて示す部材は、薄膜電極３に接触して電圧を印加するコンタクトプローブである。図８より、比較例の電子放出素子の表面が荒れていることが分かる。
【００８７】
上記のように作製した比較例の電子放出素子について、図３に示す測定系を用いて電子放出実験を行った。
【００８８】
図９に、比較例の電子放出素子の素子内電流Ｉ１を測定した結果と、電子放出素子から放出された電子放出電流Ｉ２を測定した結果を示す。印加電圧Ｖ１は、０〜４０Ｖまで段階的に上げ、印加電圧Ｖ２は１００Ｖとした。
【００８９】
図９よりわかるように、比較例の電子放出素子では、十分な素子内電流Ｉ１を流すことができなくなっている。これは、素子表面が微粒子の再凝集により荒れてしまったため、電子加速層が十分な導電状態を維持できないことと、主に銀ナノ粒子が凝集したことで電子加速層をなす微粒子層内の電気伝導特性が低下してしまったことによるものと考えられる。
【００９０】
また、印加電圧３５Ｖ前後にスパイク状の電子放出電流Ｉ２が測定されている。これは、微粒子層を構成する絶縁体微粒子に蓄積した電荷が、一気に絶縁破壊を起こしたことによるものである。このような波形が生じた場合、微粒子層は物理的に破壊を生じている。このように、電子加速層をなす微粒子層において、導電微粒子の分散状態の悪い素子では、絶縁破壊が生じ易いことが分かる。
【００９１】
〔実施の形態２〕
図１０に、実施の形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を用いた電子放出装置１０にて帯電装置９０を構成した、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とからなる電子放出装置１０より構成されており、感光体ドラム１１の表面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。
【００９２】
本発明に係る画像形成装置において、帯電装置９０における電子放出素子１は、被帯電体である感光体ドラム１１に対向して設置され、電圧を印加することにより、電子を放出させ、感光体ドラム１１の表面を帯電させる。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、感光体ドラム１１の表面から、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。
【００９３】
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、感光体ドラム１１の回転方向へも幅を持って帯電を行え、感光体ドラム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。
【００９４】
〔実施の形態３〕
図１１に、実施の形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を用いた電子放出装置１０にて電子線硬化装置１００を構成した、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とからなる電子放出装置１０に加えて、電子を加速させる加速電極２１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２１は必要ない。しかしながら、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。
【００９５】
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。
【００９６】
電子放出装置１０を用いた構成では、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。
【００９７】
〔実施の形態４〕
図１２〜１４に、実施の形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を用いた電子放出装置１０にて自発光デバイスを構成した、本発明に係る自発光デバイスの例をそれぞれ示す。
【００９８】
図１２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とからなる電子放出装置１０に加えて、発光部３６を備えている。発光部３６は、基材となるガラス基板３４に、ＩＴＯ膜３３、蛍光体３２が積層された構造を有する。発光部３６は、電子放出素子１に対向した位置に、距離を隔てて配されている。
【００９９】
蛍光体３２としては、赤、緑、青色発光に対応した電子励起タイプの材料が適している。例えば、赤色では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。蛍光体３２は、ＩＴＯ膜３３が成膜されたガラス基板３４表面に成膜されており、厚さ１μｍ程度が好ましい。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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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３２へ向けて加速する必要がある。このような加速を実現するには、図１２に示すように、電子放出素子１の電極基板２と発光部３６のＩＴＯ膜３３との間に、電源３５を設け、電子を加速する電界を形成させるための電圧印加を可能にする構成が好ましい。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。
【０１０２】
図１３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とからなる電子放出装置１０に加えて、蛍光体（発光体）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。
【０１０３】
図１４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とからなる電子放出装置１０に加えて、電子放出素子１の電子加速層４に蛍光体（発光体）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（平均径１１０ｎｍ）、蛍光体微粒子としてＺｎＳ：Ｍｇ（平均径５００ｎｍ）を用いた場合、その重量混合比は３：１程度が適切となる。
【０１０４】
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は電子放出量が向上しているため、自発光デバイス３１，３１’，３１”は、効果的に発光を行える。なお、自発光デバイス３１，３１’，３１”は、真空封止することで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。
【０１０５】
さらに、図１５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１５に示す画像表示装置１４０は、図１４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。
【０１０６】
また、本発明に係る画像表示装置として、図１２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。
【０１０７】
〔実施の形態５〕
図１６及び図１７に実施の形態１で説明した本発明に係る一実施形態の電子放出素子１を用いた電子放出装置１０にて送風装置を構成した、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。
【０１０８】
図１６に示す送風装置１５０は、電子放出素子１とこれに電圧を印加する電源７とからなる電子放出装置１０より構成されている。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。
【０１０９】
図１７に示す送風装置１６０は、図１６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１７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に向かって風を送ることで電子放出素子１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。
【０１１０】
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、従来の送風装置或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。しかしながら、風（空気流）として送ら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。
【０１１１】
本発明は上述した各実施形態及び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】
【０１１２】
本発明に係る電子放出素子は、電気的導通を確保して十分な素子内電流を流し、薄膜電極から弾道電子を放出させることが可能である。よって、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の帯電装置や、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画像表示装置、又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】
【０１１３】
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        塩基性分散剤
７        電源（電源部）
７Ａ      電源（電源部）
７Ｂ      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
１５      立体障害となる領域
１１      感光体ドラム
２１      加速電極
２２      レジスト
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図８】
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