專利名稱：電子發(fā)射元件及其制造方法、使用電子發(fā)射元件的各裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以通過施加電壓而發(fā)射電子的電子發(fā)射元件。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的電子發(fā)射元件，公知有圓錐發(fā)射體(Spindt)型電極、碳納米管(CNT) 型電極等。這種電子發(fā)射元件例如應用于FED(FieldEmiSSi0n Display)的領(lǐng)域。這種電 子發(fā)射元件對尖銳形狀部施加電壓而形成約lGV/m的強電場，通過隧道效應而發(fā)射電子。但是，這兩種類型的電子發(fā)射元件，電子發(fā)射部表面附近為強電場，因此發(fā)射出的 電子容易通過電場獲得較大的能量而對氣體分子進行電離。通過氣體分子的電離而產(chǎn)生的 陽離子會在強電場的作用下向元件的表面方向加速沖撞，存在因濺射而導致元件破壞的問 題。此外，大氣中的氧氣的解離能量比電離能量低，因此在產(chǎn)生離子之前先產(chǎn)生臭氧。臭氧 對人體有害，且會通過其強氧化能力氧化各種物體，因此存在對元件周圍的部件造成損傷 的問題，為了避免該問題而產(chǎn)生了必須對其周邊部件使用耐臭氧性高的材料的限制。因此，作為與上述不同種類的電子發(fā)射元件公知有MIM(Metallnsulator Metal) 型、MIS (Metal Insulator Semiconductor)型的電子發(fā)射元件。這些是面發(fā)射型的電子發(fā) 射元件，利用元件內(nèi)部的量子尺寸效應及強電場而使電子加速，從平面狀的元件表面發(fā)射 電子。這些元件發(fā)射在元件內(nèi)部加速的電子，因此元件外部不需要強電場。因此，在MIM型 電子發(fā)射元件及MIS型電子發(fā)射元件中，可以克服上述Spindt型、CNT型、BN型電子發(fā)射 元件中的因氣體分子的電離產(chǎn)生的濺射而破壞的問題以及產(chǎn)生臭氧的問題。在一般的MIM型的電子發(fā)射元件中，為了產(chǎn)生隧道效應而需要使元件內(nèi)部的電子 加速層薄至數(shù)nm左右，容易產(chǎn)生針眼及絕緣破壞等，非常難以制作高品質(zhì)的電子加速層。 與之相對，在專利文獻1中公開了作為電子加速層而具備含有金屬或半導體的微粒的絕緣 體膜、難以產(chǎn)生絕緣破壞且合格率及再現(xiàn)性得到改善的電子發(fā)射元件。在該專利文獻1中， 作為分散有金屬等微粒的絕緣體膜的制作方法，列舉了以下3例(1)通過旋轉(zhuǎn)涂敷法來涂 敷在絕緣體的液體涂敷劑中混合有金屬微粒的分散液的方法；(2)在涂敷了在絕緣體的液 體涂敷劑中混合了有機金屬化合物的溶液的分散液之后進行熱分解的方法；(3)通過等離 子或熱CVD法等進行的絕緣體的真空堆積法。專利文獻1 日本國公開專利公報“特開平1-298623號公報(1989年12月1日公 開)”

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題)但是，通過專利文獻1公開的制作方法的3例中的(1)和(2)的方法來制作分散有 金屬等微粒的絕緣體膜時，難以控制絕緣體膜中的金屬等微粒的分散，容易產(chǎn)生微粒的凝 聚。若產(chǎn)生微粒的凝聚，則容易產(chǎn)生絕緣體膜內(nèi)的絕緣破壞。另一方面，在(3)的方法中， 雖然可以控制微粒的分散，但因利用等離子CVD裝置、熱CVD裝置，因此大面積化時的制造成本與其他方法相比極高。本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種難以產(chǎn)生絕緣破壞、可以容易且廉價 地制造、可以進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射的電子發(fā)射元件。(用于解決問題的手段)本申請發(fā)明人為了實現(xiàn)上述目的進行了銳意研究，發(fā)現(xiàn)通過使設(shè)在電極間的電子 加速層含有絕緣體微粒且不含導電微粒，即使在絕緣體膜中沒有分散金屬等導電微粒也可 以進行電子發(fā)射，從而進行了本發(fā)明。為了解決上述問題，本發(fā)明的電子發(fā)射元件，具有電極基板和薄膜電極，通過在該 電極基板和薄膜電極之間施加電壓而在該電極基板和薄膜電極之間使電子加速，從該薄膜 電極發(fā)射該電子，其特征在于，在上述電極基板和上述薄膜電極之間設(shè)置有電子加速層，該 電子加速層含有絕緣體微粒且不含導電微粒。(發(fā)明效果)在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，如上所述，在電極基板和薄膜電極之間設(shè)置有含有 絕緣體微粒且不含導電微粒的電子加速層。在現(xiàn)有的MIM型或MIS型的電子發(fā)射元件中，難以薄且均勻地制作絕緣體膜，且在 存在不均勻的部分時容易產(chǎn)生絕緣破壞。但是在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，電子加速層含 有絕緣體微粒且不含導電微粒，因此無需控制導電微粒的分散，可以形成不含導電微粒的 分散不均的部分(凝聚體等)的電子加速層。因此難以產(chǎn)生絕緣破壞。此外，通過控制絕 緣體微粒的平均粒徑、絕緣體微粒的層疊粒數(shù)(電子加速層的膜厚)的簡單的方法，與現(xiàn)有 的MIM或MIS元件相比可以較厚地形成電子加速層，因此易于獲得可進行穩(wěn)定且良好的量 的電子發(fā)射的元件。此外，在電極基板和薄膜電極之間含有絕緣體微粒，因此易于形成電子 加速層。此外不含導電微粒，因此能以低成本制造。在此，本發(fā)明的電子發(fā)射元件可以通過絕緣體微粒的平均粒徑、絕緣體微粒的層 疊粒數(shù)(電子加速層的膜厚)來控制電子發(fā)射特性。另外，在現(xiàn)有的MIS元件中為了獲得 充分的電子發(fā)射量而需要施加100V左右的電壓。與之相對，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中在 20V左右就可以獲得相同程度的電子發(fā)射量。上述構(gòu)成的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射機構(gòu)，被認為與將絕緣體層插入到兩個導體 膜之間的所謂MIM型電子發(fā)射元件中的動作機構(gòu)類似。在MIM型的電子發(fā)射元件中，向絕緣 體層施加電場時，形成電流路徑的機理一般來說認為有以下各方面的內(nèi)容，但并不明確a) 電極材料在絕緣體層中的擴散；b)絕緣體物質(zhì)的結(jié)晶化；c)稱為絲極的導電路徑的形成； d)絕緣體物質(zhì)的化學計算的偏差；e)因絕緣體物質(zhì)的缺陷引起的電子的捕獲、和該捕獲電 子形成的局部強電場區(qū)域等。無論哪個理由，根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)成，向相當于絕緣體層的 由包含絕緣體微粒的微粒層構(gòu)成的電子加速層施加電場時，這種電流路徑的形成和其電流 的一部分由電場加速的結(jié)果，成為彈道電子，并通過相當于兩個導電體膜的電極基板和薄 膜電極中的一方的薄膜電極，將電子發(fā)射到元件外。這樣一來，本發(fā)明的電子發(fā)射元件難以產(chǎn)生絕緣破壞，可以容易且廉價地制造，可 以進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射。


圖1是表示具有本發(fā)明的一個實施方式的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射裝置的構(gòu)成 的示意圖。圖2是本發(fā)明的一個實施方式的電子發(fā)射元件的電子加速層附近的放大圖。圖3是表示用于測定電子發(fā)射電流的實驗系統(tǒng)的圖。圖4是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的帶電裝置的一例的圖。圖5是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的電子線硬化裝置的一例的圖。圖6是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的自發(fā)光設(shè)備的一例的圖。圖7是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的自發(fā)光設(shè)備的另一例的圖。圖8是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的自發(fā)光設(shè)備的又一例的圖。圖9是表示具備使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的自發(fā)光設(shè)備的圖像顯示裝置的 一例的圖。圖10是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的送風裝置及具有其的冷卻裝置的一 例的圖。圖11是表示使用了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的送風裝置及具有其的冷卻裝置的另 一例的圖。圖12是表示比較例的電子發(fā)射元件的表面照相的圖。圖13是表示比較例的電子發(fā)射元件的元件內(nèi)電流的測定結(jié)果的圖。圖14a是表示燒結(jié)前的電子加速層的SEM觀察圖像的圖。圖14b是表示燒結(jié)后的電子加速層的SEM觀察圖像的圖。
具體實施例方式以下參照圖1 11具體說明本發(fā)明的電子發(fā)射元件的實施方式及實施例。另外， 以下記載的實施方式及實施例只不過是本發(fā)明的具體的一例，本發(fā)明并不受其限定。(實施方式1)圖1是表示具有本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射裝置的一個實施方式的構(gòu)成 的示意圖。如圖1所示，本實施方式的電子發(fā)射元件1包括成為下部電極的電極基板2、成 為上部電極的薄膜電極3和夾在它們之間的電子加速層4。此外，電極基板2和薄膜電極3 與電源7相連，可以在彼此相對配置的電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓。電子發(fā)射 元件1通過在電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓，而在電極基板2和薄膜電極3之間、 即電子加速層4中產(chǎn)生電流，使其一部分通過施加電壓所形成的強電場而作為彈道電子， 透過薄膜電極3及/或從薄膜電極3的間隙發(fā)射。另外，由電子發(fā)射元件1和電源(電源 部)7構(gòu)成電子發(fā)射裝置10。成為下部電極的電極基板2起到電子發(fā)射元件的支撐體的作用。因此，只要具有 一定的強度且與直接接觸的物質(zhì)的粘合性良好并且具有適度的導電性即可使用，并無特別 限制。例如可以選自SUS、Ti、Cu等金屬基板，Si、Ge、GaAs等半導體基板，玻璃基板之類的 絕緣體基板，塑料基板等。例如使用玻璃基板之類的絕緣體基板時，在其與電子加速層4的 界面上作為電極而附著金屬等導電性物質(zhì)，從而可以用作成為下部電極的電極基板2。作 為上述導電性物質(zhì)，只要利用磁控濺射等可以薄膜形成導電性優(yōu)異的材料，則其構(gòu)成材料并無特別問題。然而，若希望在大氣中可以穩(wěn)定動作，則優(yōu)選使用抗氧化能力高的導電體， 更優(yōu)選使用貴金屬。此外，作為氧化物導電材料，廣泛應用于透明電極的ITO薄膜也較為有 用。此外在可以形成強韌的薄膜這一方面，例如可以使用在玻璃基板表面形成200nm的Ti 膜進而重疊形成IOOOnm的Cu膜而成的金屬薄膜，但這些材料及數(shù)值并不限于此。薄膜電極3用于在電子加速層4內(nèi)施加電壓。因此，只要是可以施加電壓的材料 即可使用，并無特別限制。然而，從使在電子加速層4內(nèi)加速而成為高能量的電子盡量無能 量損耗地透過而發(fā)射的觀點出發(fā)，若為功函數(shù)低且可以形成薄膜的材料，則可以期待更高 的效果。作為這種材料，例如可以選自功函數(shù)對應于4 5eV的金、銀、碳、鎢、鈦、鋁、鈀等。 其中在假定了大氣壓中的動作的情況下，沒有氧化物及硫化物形成反應的金為最佳材料。 此外，氧化物形成反應較小的銀、鈀、鎢等也沒有問題，是可以耐實際使用的材料。此外，薄膜電極3的膜厚作為從電子發(fā)射元件1向外部高效地發(fā)射電子的條件非 常重要，優(yōu)選10 55nm的范圍。用于使薄膜電極3作為平面電極發(fā)揮作用的最低膜厚為 lOnm，若是低于此的膜厚，則無法確保電氣導通。另一方面，用于從電子發(fā)射元件1向外部 發(fā)射電子的最大膜厚為55nm，若為超過其的膜厚則無法產(chǎn)生彈道電子的透過，在薄膜電極 3會因彈道電子的吸收或反射而產(chǎn)生向電子加速層4的再捕獲。圖2是放大了電子發(fā)射元件1的電子加速層4附近的示意圖。電子加速層4如圖 2所示，包含絕緣體微粒5，且不含導電微粒。作為絕緣體微粒5的材料只要具有絕緣性即可使用，并無特別限制。例如Si02、 Al2O3^TiO2等材料較為實用。然而，使用進行了表面處理的小粒徑的二氧化硅粒子時，與使 用粒徑比其大的球狀二氧化硅粒子時相比，分散液(溶液)中含有的二氧化硅粒子的表面 積增加，分散液的粘度(溶液粘度)上升，因此電子加速層4的膜厚存在稍微增加的傾向。 此外，絕緣體微粒5的材料可以使用由有機聚合物構(gòu)成的微粒，例如可以使用JSR株式會社 制造銷售的由苯乙烯/ 二乙烯基苯構(gòu)成的高架橋微粒(SX8743)、或日本 4 >卜株式會社 制造銷售的苯乙烯_丙烯酸微粒的Fine Sphere Series ( 7 T ^ > 7 7工7 *丨」一文)。在此，絕緣體微粒5可以使用2種以上的不同粒子，也可以使用粒徑的峰值不同的 粒子，或者使用單一粒子且粒徑為廣泛分布的粒子。此外絕緣體微粒5的平均粒徑優(yōu)選為7 400nm。雖然如下文所述，電子加速層4 的層厚優(yōu)選為IOOOnm以下，但在絕緣體微粒5的平均粒徑大于400nm時，難以將電子加速 層4的層厚控制為適當?shù)暮穸取Ｒ虼私^緣體微粒的平均粒徑優(yōu)選為上述范圍。此時，粒徑的 分散狀態(tài)相對于平均粒徑可以較為寬廣，例如平均粒徑為50nm的微粒，即使在20 IOOnm 的區(qū)域中具有其粒徑分布也沒有問題。絕緣體微粒5可以進行表面處理。該表面處理可以是由硅醇或甲硅烷基進行的處理。制作電子加速層4時，在使絕緣體微粒5分散到有機溶劑中并涂敷到電極基板上 的情況下，利用硅醇或甲硅烷基對粒子表面進行表面處理，從而可以提高向有機溶劑的分 散性，容易獲得均勻分散了絕緣體微粒5的電子加速層4。此外，通過絕緣體微粒5均勻分 散，可以形成層厚較薄且表面平滑性高的電子加速層，可以較薄地形成其上的薄膜電極。薄 膜電極3如上所述只要是可以確保電導通的厚度，則越薄越可以高效地發(fā)射電子。作為絕緣體微粒的硅醇或甲硅烷基下的表面處理方法，包括干式法及濕式法。
作為干式法，例如在攪拌機中劇烈攪拌絕緣體微粒的同時，利用滴下或噴灑等噴 霧了硅烷化合物或其稀釋水溶液后，進行加熱干燥，從而可以獲得作為目的的表面處理后 的絕緣體微粒。作為濕式法，例如向絕緣體微粒添加溶劑而成為溶膠狀態(tài)，并添加硅烷化合物或 其稀釋水溶液，進行表面處理。接著從該表面處理后的微粒的溶膠除去溶劑并干燥、過濾， 從而獲得作為目的的表面處理后的絕緣體微粒。也可以對這樣得到的表面處理后的絕緣體 微粒再次進行表面處理。作為上述硅烷化合物，可以使用由化學結(jié)構(gòu)式RaSiX4_a (式中，a表示0 3的整數(shù)， R表示氫原子、或者烷基、烯基等有機基團，X表示氯原子、甲氧基和乙氧基等水解性基團)表 示的化合物，也可以使用氯硅烷、烷氧基硅烷、硅氮烷、特殊甲硅烷化劑中的任意一種類型。作為具體的硅烷化合物，作為具體的硅烷化合物，可以例示如下代表性化合物甲 基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、四甲氧基硅 烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、 四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙 氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、N，0-雙(三甲基甲 硅烷基)乙酰胺、N，N-雙(三甲基甲硅烷基)脲、叔丁基二甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙 烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β_(3， 4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、Y -縮水甘油醚 氧丙基甲基二乙氧基硅烷、Υ-巰基丙基三甲氧基硅烷、Υ-氯丙基三甲氧基硅烷。其中，特 別優(yōu)選二甲基二甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷等。此外在上述硅烷化合物以外，也可以使用二甲基硅油、甲基含氫硅油等硅油。電子加速層4的層厚為絕緣體微粒5的平均粒徑以上，并優(yōu)選為IOOOnm以下。電 子加速層4的層厚越薄則電流越容易流動，而在電子加速層4的絕緣體微粒5不重疊而以 一層均勻地涂在電極基板2上時層厚最小，因此電子加速層4的最小層厚為構(gòu)成的絕緣體 微粒5的平均粒徑。電子加速層4的層厚小于絕緣體微粒5的平均粒徑時，成為電子加速層 4中存在不具備絕緣體微粒5的部分的狀態(tài)，無法起到作為電子加速層的作用。從而作為電 子加速層的層厚的下限值優(yōu)選為上述范圍。作為電子加速層的下限層厚的更優(yōu)選的值，認 為是絕緣體微粒層疊了 2 3個以上的狀態(tài)。其理由如下電子加速層4為1個構(gòu)成粒子 的厚度時，雖然在電子加速層4中流動的電流量較多，但泄漏電流變多，電子加速層所施加 的電場變?nèi)?，從而無法有效地發(fā)射電子。此外，若比IOOOnm厚，則電子加速層的電阻變大， 無法產(chǎn)生充分的電流，因此無法獲得充分的電子發(fā)射量。另外，電子加速層4的層厚由絕緣體微粒5的粒徑、絕緣體微粒5分散到溶劑中得 到的分散液的濃度(粘度)控制，特別是受到后者的較大影響。進而，電子加速層4的表面粗糙度優(yōu)選在中心線平均粗糙度(Ra)下為0. 2 μ m以 下，薄膜電極的膜厚優(yōu)選為IOOnm以下。如下文所述，在電子加速層4上通過濺射而形成薄膜電極3時，在凹部較薄且在凸 部較厚，在膜厚薄的薄膜電極中，在表面上凹凸顯著而成為島狀，無法取得表面的導通。為 了吸收這種電子加速層4的表面的凹凸而獲得薄膜電極3的表面的導通，需要增厚薄膜電 極3的膜厚。即，與在平坦的面上制作電極時相比，需要將電極制作得較厚。由此，電子加速層的表面粗糙度越粗則越需要增厚薄膜電極的膜厚，但在薄膜電極的膜厚變厚后，通過 薄膜電極而發(fā)射的電子的量減少，從而電子發(fā)射量減少。但是，在此電子加速層4的表面粗糙度被最優(yōu)化而在中心線平均粗糙度(Ra)下為 0. 2μπι以下時，可以使得薄膜電極3為適當?shù)暮穸榷≈罥OOnm以下。薄膜電極3的膜厚 過厚時，雖然可以取得元件表面的導通，但通過薄膜電極3而發(fā)射的電子的量減少，因此優(yōu) 選為IOOnm以下。在電子發(fā)射元件1中，電子加速層4如上所述包含絕緣體微粒5且不含導電微粒。在現(xiàn)有的MIM型或MIS型的電子發(fā)射元件中，難以制作薄且均勻的絕緣體膜，此外 若存在不均勻的部分則容易產(chǎn)生絕緣破壞。但是在電子發(fā)射元件1中，如上所述，電子加速 層4含有絕緣體微粒且不含導電微粒，因此無需控制導電微粒的分散，可以形成不含導電 微粒的分散不均的部分(凝聚體等)的電子加速層。因此難以產(chǎn)生絕緣破壞。此外，電子 發(fā)射元件1通過控制絕緣體微粒的平均粒徑、絕緣體微粒的層疊粒數(shù)(電子加速層的膜厚) 的簡單方法，與現(xiàn)有的MIM或MIS元件相比可以較厚地形成電子加速層，因此易于獲得可 進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射的元件。此外，在電極基板2和薄膜電極3之間含有絕緣 體微粒5，因此易于形成電子加速層。此外不含導電微粒，因此能以低成本制造。在此，電子發(fā)射元件1可以通過絕緣體微粒的平均粒徑、絕緣體微粒5的層疊粒數(shù) (電子加速層4的膜厚)來控制電子發(fā)射特性。另外，在現(xiàn)有的MIS元件中為了獲得充分的 電子發(fā)射量而需要施加100V左右的電壓。與之相對，在電子發(fā)射元件1中在20V左右就可 以獲得相同程度的電子發(fā)射量。接下來對本實施方式的電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射機構(gòu)進行說明。電子發(fā)射元件 的電子發(fā)射機理雖然并不明確，但根據(jù)上述a) e)的5種導電路徑形成的機理，例如使用 e)的解釋時，可以如下說明。在電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓時，電子從電極基 板2向絕緣體微粒5的表面移動。絕緣體微粒5的內(nèi)部為高電阻，因此電子在絕緣體微粒 5的表面?zhèn)鲗?。此時，在絕緣體微粒5的表面的雜質(zhì)、絕緣體微粒5為氧化物時產(chǎn)生的氧缺 陷、或絕緣體微粒5間的接點中，電子被捕獲。該捕獲的電子起到固定化的電荷的作用。其 結(jié)果，在電子加速層4的薄膜電極3附近，施加電壓和捕獲的電子所產(chǎn)生的電場組合而在局 部形成高電場區(qū)域，通過該高電場使電子加速，從薄膜電極3發(fā)射該電子。另外，電源7可以在電極基板2和薄膜電極3之間施加直流電壓。如上所述，電子發(fā)射元件1難以產(chǎn)生絕緣破壞，并且可以容易地制造，可以進行穩(wěn) 定且良好的量的電子發(fā)射。另外，電子發(fā)射元件1可以構(gòu)成為在包含絕緣體微粒5且不含導電微粒的電子加 速層4上離散配置有堿性分散劑。在含有絕緣體微粒5且不含導電微粒的電子加速層4上 離散配置有堿性分散劑時，其配置部位成為電子發(fā)射部。從而這樣離散配置有堿性分散劑 的電子發(fā)射元件1成為電子發(fā)射部被成圖的元件。因此可以進行電子發(fā)射部的位置控制， 可以防止電子加速層4上形成的薄膜電極的構(gòu)成材料因發(fā)射的電子而消失的現(xiàn)象。此外可 以獨立地控制來自各電子發(fā)射部的電子發(fā)射量。接下來說明電子發(fā)射元件1的制造方法的一個實施方式。首先，獲得在溶劑中分 散有絕緣體微粒5的分散液(分散工序)。作為在此使用的溶劑，只要可以分散絕緣體微 粒5且在涂敷后可以干燥即可使用，并無特別限制，例如可以使用甲苯、苯、二甲苯、己烷、甲醇、乙醇、丙醇等。利用旋轉(zhuǎn)涂敷法將如上形成的絕緣體微粒的分散液涂敷到電極基板2上(涂敷工 序)，形成電子加速層4(電子加速層形成工序)。通過反復進行多次旋轉(zhuǎn)涂敷法下的成膜、 干燥(干燥工序)，可以成為預定的膜厚。電子加速層4除了通過旋轉(zhuǎn)涂敷法以外，也可以 通過例如滴下法、噴霧涂敷法等方法形成。在形成電子加速層4后，在電子加速層4上成膜薄膜電極3 (薄膜電極形成工序)。 薄膜電極3的成膜例如可以使用磁控濺射法。此外，薄膜電極3例如也可以使用噴墨法、旋 轉(zhuǎn)涂敷法、蒸鍍法等來成膜。在此，可以在電子加速層形成工序后或薄膜電極形成工序后進行電子發(fā)射元件的 燒結(jié)(燒結(jié)工序)。通過進行燒結(jié)，可以在電子加速層4形成裂紋，而獲得電子發(fā)射量多的 電子發(fā)射元件1。作為燒結(jié)條件，取決于絕緣體微粒5的粒徑，優(yōu)選絕緣體微粒5沒有完全熔融的溫 度、時間。例如，絕緣體微粒5由SiO2構(gòu)成時優(yōu)選100 1000°C。此外，絕緣體微粒5的 粒徑越小，則完全熔融的溫度越低，因此優(yōu)選降低燒結(jié)溫度。若絕緣體微粒5完全熔融則成為絕緣膜，因此無法作為電子加速層發(fā)揮作用。燒結(jié)工序在電子加速層4上形成薄膜電極3的前后進行均可。但是，在薄膜電極 3形成后進行燒結(jié)時，若燒結(jié)溫度高則可能導致薄膜電極3從電子加速層4剝落，而無法發(fā) 揮元件的功能。另外，薄膜電極3從電子加速層4剝落的溫度取決于構(gòu)成絕緣體微粒5和薄膜電 極3的材料各自的熱膨脹率。熱膨脹率的差越大則加熱時越容易產(chǎn)生剝離，因此優(yōu)選在燒 結(jié)后制作薄膜電極。通過燒結(jié)而使電子發(fā)射量增加的機理并不完全確定，但可以認為是以下機理。通過燒結(jié)，絕緣體微粒5熱膨脹，且通過因粒子間結(jié)合而引起的應變，在電子加速 層4產(chǎn)生裂紋。通過該裂紋而容易發(fā)射電子，電子發(fā)射量增加。在此，圖14a表示電子加速 層4的燒結(jié)前的SEM觀察圖像。此外，圖14b表示燒結(jié)后的SEM觀察圖像。這些SEM觀察 圖像為后述實施例7的電子發(fā)射元件的電子加速層4的圖像。由此可知，通過燒結(jié)在電子 加速層4中產(chǎn)生裂紋。如上制造電子發(fā)射元件1。(實施例)在以下實施例中，對利用本發(fā)明的電子發(fā)射元件進行電流測定的實驗進行說明。 另外，該實驗是實施的一例，并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。首先如下制作實施例1 5的電子發(fā)射元件和比較例1的電子發(fā)射元件。并且， 對制作出的實施例1 4和比較例1的電子發(fā)射元件，利用圖3所示的實驗系統(tǒng)進行單位 面積上的電子發(fā)射電流的測定實驗。在圖3的實驗系統(tǒng)中，在電子發(fā)射元件1的薄膜電極 3側(cè)夾著絕緣體隔離物9配置相對電極8。并且，電子發(fā)射元件1及相對電極8分別與電源 7連接，在電子發(fā)射元件1施加Vl的電壓，在相對電極8施加V2的電壓。將這種實驗系統(tǒng) 配置在真空中，階段性地提高VI，進行電子發(fā)射實驗。此外在實驗中，隔著絕緣體隔離物9， 電子發(fā)射元件和相對電極的距離為5mm。此外，對相對電極的施加電壓V2 = 100V。(實施例1)
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準備4個作為溶劑放入了 3mL乙醇的試劑瓶，作為絕緣體微粒5分別投入0. 15g、 0. 25g、0. 35g、0. 50g由六甲基二硅氮烷(HMDS)進行了表面處理的二氧化硅粒子(平均粒徑 IlOnm,比表面積30m2/g)，將各試劑瓶放在超聲波分散器中，制作出濃度不同的二氧化硅分 散液 A、B、C、D。然后作為電極基板2準備4個25mm見方的SUS基板，在各個SUS基板上分別滴下 二氧化硅分散液A、B、C、D，并利用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成電子加速層A、B、C、D。旋轉(zhuǎn)涂敷法的成 膜條件如下在以500rpm旋轉(zhuǎn)了 5秒鐘的期間，向基板表面滴下上述二氧化硅粒子分散液 A、B、C、D，然后以3000rpm進行10秒鐘的旋轉(zhuǎn)。反復2次在該條件下的成膜，在SUS基板 上堆積2層微粒層后，在室溫下使之自然干燥。在電子加速層A、B、C、D的表面上利用磁控濺射裝置成膜薄膜電極3，而獲得實施 例1的電子發(fā)射元件A、B、C、D0作為成膜材料使用金，薄膜電極3的層厚為40nm，面積為 0. 014cm2。該電子發(fā)射元件A、B、C、D的電子加速層的層厚利用激光顯微鏡(VK-9500，* 一二 公司制造)進行測定。此外，測定該電子發(fā)射元件A、B、C、D的電子發(fā)射電流。電子發(fā)射元件A中，電子加速層4的層厚為0. 2 μ m，在1 X 10_8ATM的真空中測定 電子發(fā)射電流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 12V時電子發(fā)射電流為3.5X10-4mA/cm2。該 元件在Vl = 13V以上時電子發(fā)射中斷。其原因并不確定，但可以認為是由于電子加速層的 層厚較薄而導致產(chǎn)生過多泄漏電流。電子發(fā)射元件B中，電子加速層4的層厚為0. 3 μ m，在1 X 10_8ATM的真空中測定 電子發(fā)射電流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 25V時電子發(fā)射電流為0. ImA/cm2。電子發(fā)射元件C中，電子加速層4的層厚為0. 4 μ m，在1 X 10_8ATM的真空中測定 電子發(fā)射電流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 20V時電子發(fā)射電流為1.0X10_2mA/cm2。電子發(fā)射元件D中，電子加速層4的層厚為0. 8 μ m，在1 X 10_8ATM的真空中測定 電子發(fā)射電流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 15V時電子發(fā)射電流為4.3X10-3mA/cm2。另外，在25mm見方的SUS基板上制作30個ImmX 1. 4mm的薄膜電極3，即制作30 個電子發(fā)射元件，測定了電子發(fā)射電流。(實施例2)準備4個試劑瓶并向各試劑瓶中分別投入0. 15g平均粒徑12nm的二氧化硅粒子 (比表面積200m2/g)、對上述平均粒徑12nm的二氧化硅粒子的表面進行了二甲基二氯硅烷 (DDS)處理而成的DDS處理粒子、對上述平均粒徑12nm的二氧化硅粒子的表面進行了六甲 基二硅氮烷(HMDS)處理而成的HMDS處理粒子、對上述平均粒徑12nm的二氧化硅粒子的表 面進行了硅油處理而成的硅油處理粒子，并作為溶劑向各個試劑瓶添加6mL乙醇，并放在 超聲波分散器中，制作出二氧化硅粒子分散液E、F、G、H。利用二氧化硅粒子分散液E、F、G、H，與實施例1同樣地制作出實施例2的電子發(fā) 射元件E、F、G、H。該電子發(fā)射元件E、F、G、H的電子加速層的層厚利用激光顯微鏡(VK-9500，* 一二 > ^公司制造)進行測定，電子發(fā)射元件E為0. 6-1. 2 μ m,電子發(fā)射元件F為0. 8 μ m，電子 發(fā)射元件G為0. 7 μ m，電子發(fā)射元件H為1. 4 μ m。在此，電子發(fā)射元件E存在電子加速層 的層厚厚的部分和薄的部分。
這些電子發(fā)射元件E、F、G、H的電子發(fā)射電流在1 X 10_8ATM的真空中測定的結(jié)果 如表1所示。表 1 (實施例3)在試劑瓶中作為溶劑放入3mL乙醇，并投入0. 06g由二甲基二氯硅烷(DDS)進行 了表面處理的二氧化硅粒子(平均粒徑7nm、比表面積300m2/g)，將試劑瓶放在超聲波分散 器中，制作出二氧化硅粒子分散液I。利用該二氧化硅粒子分散液I，與實施例1同樣地制作出實施例3的電子發(fā)射元件 I。該電子發(fā)射元件I的電子加速層的層厚利用激光顯微鏡(VK-9500，* 一 工> 7公司制 造)進行測定，為0. 5 μ m。此外，電子發(fā)射元件I在1 X IO-8ATM的真空中測定電子發(fā)射電 流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 15V時電子發(fā)射電流為3. 2X 10_3mA/cm2。(實施例4)在試劑瓶中作為溶劑放入3mL乙醇，并投入0. 25g由六甲基二硅氮烷(HMDS)進行 了表面處理的二氧化硅粒子(平均粒徑200nm、比表面積30m2/g)，將試劑瓶放在超聲波分 散器中，制作出二氧化硅粒子分散液J。利用該二氧化硅粒子分散液J，與實施例1同樣地制作出實施例4的電子發(fā)射元 件J。該電子發(fā)射元件J的電子加速層的層厚利用激光顯微鏡(VK-9500，* 一工> 7公司 制造)進行測定，為0. 4 μ m。此外，電子發(fā)射元件J在1 X IO-8ATM的真空中測定電子發(fā)射 電流，向薄膜電極3的施加電壓Vl = 15V時電子發(fā)射電流為0. 3mA/cm2。(實施例5)在試劑瓶中作為溶劑放入3mL甲苯，并作為絕緣體微粒5投入0. 15g由 > >〒 4 7、· · “ 7才一7 > 7 · 7歹丨J 7卟文 夕\ “ >合同會社制造的硅樹脂微粒(卜卞”一 ^，平均粒徑0. 7 μ m)。將試劑瓶放在超聲波分散器中，進行硅微粒的分散，獲得硅微粒分散 液K。利用該硅微粒分散液K，在作為電極基板2的25mm見方的SUS基板上，通過旋轉(zhuǎn)涂 敷法與實施例1同樣地形成電子加速層K。在電子加速層K的表面上利用磁控濺射裝置成 膜薄膜電極，而獲得實施例5的電子發(fā)射元件K。作為成膜材料使用金，薄膜電極3的層厚 為 70nm，面積為 0. 014cm2。該電子發(fā)射元件K的電子加速層的層厚利用激光顯微鏡(VK-9500，* 一-、八,k 司制造)進行測定，為Ι.Ομπι。該電子發(fā)射元件K在IX 10_8ΑΤΜ的真空中測定電子發(fā)射電流，向薄膜電極的施加 電壓Vl = 20V時電子發(fā)射電流為4. 6Χ l(T6mA/cm2。(實施例6)在試劑瓶中作為溶劑放入3mL乙醇，并作為絕緣體微粒5投入0. 25g由六甲基二硅氮烷(HMDS)進行了表面處理的二氧化硅粒子(平均粒徑llOnm、比表面積30m2/g)，將試 劑瓶放在超聲波分散器中，制作出二氧化硅粒子分散液L。然后，作為電極基板2準備25mm見方的SUS基板，在該SUS基板上滴下二氧化硅粒 子分散液L，并利用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成電子加速層。旋轉(zhuǎn)涂敷法的成膜條件如下在以500rpm 旋轉(zhuǎn)5秒鐘的期間向基板表面滴下上述二氧化硅粒子分散液，然后以3000rpm進行10秒鐘 的旋轉(zhuǎn)。反復2次該成膜條件，在SUS基板上堆積2層電子加速層后，在室溫下使之自然干 燥。之后，利用電爐在300°C下對形成有電子加速層的電極基板燒結(jié)1小時。上述燒結(jié)后，在電子加速層的表面利用磁控濺射裝置成膜薄膜電極3，從而獲得實 施例6的電子發(fā)射元件。作為成膜材料使用金，薄膜電極3的層厚為40nm，面積為0. 01cm2。該實施例6的電子發(fā)射元件在1X10_8ATM的真空中測定電子發(fā)射電流，向薄膜電 極3的施加電壓Vl = 20V時電子發(fā)射電流為2. 3X li^mA/cm2。(實施例7)除了將使用了電爐的燒結(jié)條件設(shè)定為在100°C進行1小時，在燒結(jié)前形成薄膜電 極3以外，與實施例6同樣地制作出實施例7的電子發(fā)射元件。該實施例7的電子發(fā)射元件在1X10_8ATM的真空中測定電子發(fā)射電流，向薄膜電 極3的施加電壓Vl = 20V時電子發(fā)射電流為3. 6X 10_2mA/cm2。(實施例8)除了將使用了電爐的燒結(jié)條件設(shè)定為在600°C進行1小時以外，與實施例6同樣地 制作出實施例8的電子發(fā)射元件。該實施例8的電子發(fā)射元件在1X10_8ATM的真空中測定電子發(fā)射電流，向薄膜電 極3的施加電壓Vl = 20V時電子發(fā)射電流為6. 5X 10_2mA/cm2。進而對于該實施例8的電子發(fā)射元件，使向薄膜電極3的施加電壓Vl = 25V，向相 對電極的施加電壓V2 = 200V，電子發(fā)射元件和相對電極的距離為1mm，在大氣中測定電子 發(fā)射電流，則電子發(fā)射電流為4. 9 X 10_5mA/cm2。另外，以與實施例8相同的條件在薄膜電極3制作后進行燒結(jié)的電子發(fā)射元件中， 確認了薄膜電極3的剝離，即使在電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓也無電流流動，沒 有發(fā)現(xiàn)電子發(fā)射。(比較例1)在IOmL的試劑瓶中作為溶劑加入3. Og甲苯，并作為絕緣體微粒5向其中投入 0. 25g 二氧化硅粒子(為直徑50nm的7 -— Λ F ν 'J力C413 ( ^c ^ 卜公司)，表面進 行了六甲基二硅氮烷處理)，將試劑瓶放在超聲波分散器中進行分散。約10分鐘后，作為導 電微粒追加投入0. 065g的銀納米粒子(平均粒徑lOnm，其中絕緣被膜醇化物Inm厚(應用 納米研究所))，進行約20分鐘的超聲波分散處理，制作出絕緣體微粒/導電微粒分散液。 在此，銀納米粒子相對于二氧化硅微粒的全部質(zhì)量所占的比例約為20%。接下來，作為電極基板2準備30mm見方的SUS基板，在該SUS基板表面滴下制作 的絕緣體微粒/導電微粒分散液，利用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成電子加速層。旋轉(zhuǎn)涂敷法的成膜條 件如下在以500rpm旋轉(zhuǎn)了 5秒鐘的期間滴下上述絕緣體微粒/導電微粒分散液，然后以 3000rpm進行10秒鐘的旋轉(zhuǎn)。在該條件下的成膜反復2次，在SUS基板上堆積2層微粒層 后，在室溫下使之自然干燥。
在SUS基板的表面形成電子加速層后，利用磁控濺射裝置成膜薄膜電極3。作為成 膜材料使用金，成為膜厚45nm、面積0. 071cm2的圓形。由此獲得在電子加速層4中含有導 電微粒的比較例1的電子發(fā)射元件。圖12表示比較例1的電子發(fā)射元件的表面照相。圖12中的圓形物是薄膜電極3， 環(huán)狀物是沒有設(shè)置薄膜電極3的電子加速層4的表面。此外，參照標號111所示的部件是與 薄膜電極3接觸而施加電壓的探頭。由圖12可知比較例1的電子發(fā)射元件的表面粗糙。對如上制作的比較例1的電子發(fā)射元件，利用圖3所示的測定系統(tǒng)進行電子發(fā)射實驗。圖13表示比較例1的電子發(fā)射元件的元件內(nèi)電流Il的測定結(jié)果、和從電子發(fā)射 元件發(fā)射的電子發(fā)射電流12的測定結(jié)果。施加電壓Vl在0 40V的范圍內(nèi)階段性升高， 施加電壓V2為100V。根據(jù)圖13可知，在比較例1的電子發(fā)射元件中，無法產(chǎn)生充分的元件內(nèi)電流11。這 是由于元件表面因微粒的再凝聚而變得粗糙，因此電子加速層無法維持充分的導電狀態(tài)， 主要因銀納米粒子凝聚而導致構(gòu)成電子加速層的微粒層內(nèi)的電傳導特性下降。此外，在施加電壓Vl = 35V前后測定了尖峰狀的電子發(fā)射電流12。這是由于在構(gòu) 成電子加速層的絕緣體微粒上積蓄的電荷一下子引起絕緣破壞。產(chǎn)生這種波形時，電子加 速層在物理上產(chǎn)生破壞。由此可知，在構(gòu)成電子加速層的微粒層中導電微粒的分散狀態(tài)差 的元件中，容易產(chǎn)生絕緣破壞。根據(jù)這些實施例及比較例，電子加速層含有絕緣體微粒且不含導電微粒時，可以 進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射。另外，對實施例2的結(jié)果進行考察，具有以下的⑴ (3)的可能性。(1)使用沒有進行表面處理的絕緣體微粒時，電子加速層中的絕緣體微粒的分散 狀態(tài)差。即，絕緣體微粒沒有均勻分散，存在絕緣體微粒的凝聚體。存在絕緣體微粒的凝聚 體時，與均勻微分散的物質(zhì)相比，絕緣體微粒間的間隙變多，電子加速層的電阻變高。(2)使用沒有進行表面處理的絕緣體微粒時，電子加速層中的絕緣體微粒的分散 狀態(tài)差。即，絕緣體微粒沒有均勻分散，存在絕緣體微粒的凝聚體。存在絕緣體微粒的凝聚 體時，與均勻微分散的物質(zhì)相比，電子加速層的層厚變厚，且在電子加速層的層厚中產(chǎn)生薄 的部分和厚的部分。層厚薄的部分電阻低，厚的部分電阻高，因此電子加速層的電阻變高。(3)使用進行了表面處理的絕緣體微粒時，表面處理劑如導電微粒或堿性分散劑 那樣發(fā)揮作用，對電子傳遞的加速有貢獻的可能性高。但是，使用沒有進行表面處理的絕緣 體微粒時，不會產(chǎn)生因表面處理劑引起的電子傳遞加速現(xiàn)象，因此電子加速層的電阻變高。(實施方式2)圖4表示使用實施方式1中說明的具有電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射裝置10的本 發(fā)明的帶電裝置90的一例。帶電裝置90由具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的電子發(fā)射裝置10 構(gòu)成，用于使感光體11帶電。本發(fā)明的圖像形成裝置具有該帶電裝置90。在本發(fā)明的圖 像形成裝置中，構(gòu)成帶電裝置90的電子發(fā)射元件1與作為被帶電體的感光體11相對設(shè)置， 通過施加電壓而發(fā)射電子，使感光體11帶電。另外，在本發(fā)明的圖像形成裝置中，帶電裝置 90以外的構(gòu)成部件可以使用現(xiàn)有公知的部件。在此，在帶電裝置90中，電子發(fā)射元件1優(yōu)選從感光體11間隔例如3 5mm來配置。此外，向電子發(fā)射元件1的施加電壓優(yōu)選為25V 左右，電子發(fā)射元件1的電子加速層的構(gòu)成，只要在25V的電壓施加下單位時間發(fā)射1 μ A/ cm2的電子即可。作為帶電裝置90使用的電子發(fā)射裝置10不會產(chǎn)生放電，因此不會產(chǎn)生來自帶電 裝置90的臭氧。臭氧除了對人體有害以及因?qū)Νh(huán)境的各種規(guī)格而受到限制以外，即使不放 出到設(shè)備外，也會使設(shè)備內(nèi)的有機材料、例如感光體11、帶等氧化劣化。這種問題通過將本 發(fā)明的電子發(fā)射元件1用于帶電裝置90以及將這種帶電裝置90用于圖像形成裝置就可以 得到解決。此外，電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射效率高，因此帶電裝置90可以高效地帶電。進而，作為帶電裝置90使用的電子發(fā)射裝置10構(gòu)成為面電子源，因此可在感光體 11的旋轉(zhuǎn)方向具有寬度地進行帶電，可以增多向感光體11的某個部位的帶電機會。從而， 帶電裝置90與以線狀帶電的線帶電器等相比，可以均勻地帶電。此外，帶電裝置90與需要 數(shù)kV的電壓施加的電暈放電器相比，具有將施加電壓降低到低至IOV左右的優(yōu)點。(實施方式3)圖5表示使用了實施方式1所說明的具有電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射裝置10的 本發(fā)明的電子線硬化裝置100的一例。電子線硬化裝置100包括具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的電子發(fā) 射裝置10、以及使電子加速的加速電極21。在電子線硬化裝置100中，以電子發(fā)射元件1為 電子源，通過加速電極21使發(fā)射的電子加速并與保護膜(被硬化物)22沖撞。使一般的保 護膜22硬化而需要的能量為IOeV以下，因此若只是關(guān)注能量，則不需要加速電極。但是， 電子線的浸透深度成為電子的能量的函數(shù)，因此為了全部硬化例如厚度1 μ m的保護膜22， 需要約5kV的加速電壓。現(xiàn)有一般的電子線硬化裝置，將電子源真空密封，通過高電壓施加(50 IOOkV) 而發(fā)射電子，并經(jīng)過電子窗將電子取出、照射。在該電子發(fā)射的方法中，在透過電子窗時會 產(chǎn)生較大的能量損耗。此外，到達保護膜的電子也是高能量，因此會透過保護膜的厚度，而 使能量的利用效率變低。進而一次可以照射的范圍較窄，點狀地進行描繪，因此產(chǎn)能較低。與之相對，使用了電子發(fā)射裝置10的電子線硬化裝置可以期待在大氣中動作，無 需真空密封。此外，電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射效率高，因此電子線硬化裝置100可以高效地照 射電子線。此外，電子線硬化裝置100不會透過電子透過窗，因此無能量損耗，可以降低施加 電壓。進而由于是面電子源，因此產(chǎn)能非常高。此外，若按照圖案發(fā)射電子，還可以進行無 掩模曝光。(實施方式4)圖6 8分別表示使用了實施方式1中說明的具有電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射裝 置10的本發(fā)明的自發(fā)光設(shè)備31、31，、31 ”的例子。圖6所示的自發(fā)光設(shè)備31包括具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的 電子發(fā)射裝置10，還包括具有層疊作為基材的玻璃基板34、ITO膜33及熒光體32的層疊 結(jié)構(gòu)的發(fā)光部36。另外，發(fā)光部36配置在與電子發(fā)射元件1分離的位置上，并使熒光體32
15與電子發(fā)射元件1相對。作為熒光體32適用與紅色、綠色、藍色發(fā)光對應的電子激勵類型的材料，例如紅 色中可以使用Y2O3: Eu、(Y，Gd) BO3: Eu，綠色中可以使用Zn2SiO4:Mn、BaAl12O19 = Mn,藍色中可 以使用BaMgAliciO17 = Eu2+等。在成膜了 ITO膜33的玻璃基板34表面上成膜熒光體32。熒 光體32的厚度優(yōu)選為1 μ m左右。此外，ITO膜33的膜厚只要是可以確保導電性的膜厚就 沒有問題，在本實施方式中為150nm。在成膜熒光體32時，準備作為粘合劑的環(huán)氧類樹脂和微?；臒晒怏w粒子的混 煉物，并通過刮棒涂布法或滴下法等公知方法成膜即可。在此，為了提高熒光體32的發(fā)光亮度，需要使從電子發(fā)射元件1發(fā)射的電子向熒 光體加速，此時為了進行用于在電子發(fā)射元件1的電極基板2和發(fā)光部36的ITO膜33之間 形成使電子加速的電場的電壓施加，可以設(shè)置電源35。此時優(yōu)選，熒光體32和電子發(fā)射元 件1的距離為0. 3 1mm，來自電源7的施加電壓為18V，來自電源35的施加電壓為500 2000V。圖7所示的自發(fā)光設(shè)備31’包括具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的 電子發(fā)射裝置10，還包括熒光體32。在自發(fā)光設(shè)備31’中，熒光體32為平面狀，在電子發(fā) 射元件1的表面配置有熒光體32。在此，在電子發(fā)射元件1表面成膜的熒光體32的層，如 上所述準備由與微粒化的熒光體的混煉物構(gòu)成的涂液，在電子發(fā)射元件1表面成膜。電子 發(fā)射元件1本身為相對于外力較弱的結(jié)構(gòu)，因此若利用刮棒涂布法的成膜手段可能會導致 元件破壞。因此優(yōu)選使用滴下法或旋轉(zhuǎn)涂敷法等方法。圖8所示的自發(fā)光設(shè)備31”包括具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的 電子發(fā)射裝置10，進而在電子發(fā)射元件1的電子加速層4中作為熒光體32’混入有熒光的 微粒。此時，可以使熒光體32’的微粒兼用作絕緣體微粒5。然而，上述熒光體的微粒一般 來說電阻較低，與絕緣體微粒5相比電阻明顯低。因此代替絕緣體微粒5而混合熒光體的 微粒時，該熒光體的微粒的混合量必須抑制成少量。例如，作為絕緣體微粒5使用球狀二氧 化硅粒子(平均直徑IlOnm)、作為熒光體微粒使用ZnS:Mg(平均直徑500nm)時，其重量混 合比為3 1左右較為合適。在上述自發(fā)光設(shè)備31、31，、31”中，從電子發(fā)射元件1發(fā)射的電子與熒光體32、32， 沖撞而發(fā)光。電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射效率高，因此自發(fā)光設(shè)備31、31’、31”可以高效地進行 發(fā)光。另外，使用了電子發(fā)射裝置10的自發(fā)光設(shè)備31、31’、31”可以期待在大氣中動作。但 若進行真空密封，則電子發(fā)射電流提高，可以更有效地發(fā)光。進而，圖9表示具有本發(fā)明的自發(fā)光設(shè)備的本發(fā)明的圖像顯示裝置的一例。圖9 所示的圖像顯示裝置140具有圖8所示的自發(fā)光設(shè)備31”和液晶面板330。在圖像顯示裝 置140中，自發(fā)光設(shè)備31”設(shè)置在液晶面板330的后方，作為背光使用。用于圖像顯示裝置 140時，向自發(fā)光設(shè)備31”的施加電壓優(yōu)選為20 35V，只要在該電壓下例如單位時間可 以發(fā)射10 μ A/cm2的電子即可。此外，自發(fā)光設(shè)備31”和液晶面板330的距離優(yōu)選為0. Imm 左右ο此外，作為本發(fā)明的圖像顯示裝置使用圖6所示的自發(fā)光設(shè)備31時，可以為以下 形狀將自發(fā)光設(shè)備31配置為矩陣狀，作為自發(fā)光設(shè)備31自身產(chǎn)生的FED形成圖像并進行顯示。此時，向自發(fā)光設(shè)備31的施加電壓優(yōu)選為20 35V，只要在該電壓下例如單位時間 可以發(fā)射10 μ A/cm2的電子即可。(實施方式5)圖10及圖11分別表示使用了實施方式1中說明的具有電子發(fā)射元件1的電子發(fā) 射裝置10的本發(fā)明的送風裝置150、160的例子。以下對將本發(fā)明的送風裝置用作冷卻裝 置的情況進行說明。但是送風裝置的利用不限于冷卻裝置。圖10所示的送風裝置150包括具有電子發(fā)射元件1和向其施加電壓的電源7的 電子發(fā)射裝置10。在送風裝置150中，電子發(fā)射元件1向電接地的被冷卻體41發(fā)射電子， 從而產(chǎn)生離子風來冷卻被冷卻體41。冷卻時，向電子發(fā)射元件1施加的電壓優(yōu)選為18V左 右，優(yōu)選在該電壓下在氣體氛圍下例如單位時間發(fā)射ι μ A/cm2的電子。圖11所示的送風裝置160在圖10所示的送風裝置150中進一步組合了送風機 42。圖11所示的送風裝置160中，電子發(fā)射元件1向電接地的被冷卻體41發(fā)射電子，進而 送風機42向被冷卻體41送風，從而將從電子發(fā)射元件發(fā)射的電子向被冷卻體41傳送，產(chǎn) 生離子風來冷卻被冷卻體41。此時，送風機42的風量優(yōu)選為0. 9 2L/分/cm2。在此，想要通過送風來冷卻被冷卻體41時，如果僅僅如現(xiàn)有的送風裝置或冷卻裝 置那樣通過風扇等進行送風，則被冷卻體41表面的流速為0，最想散放熱的部分的空氣無 法置換，冷卻效率很差。但是，若送風的空氣中含有電子、離子等電荷粒子，則靠近到被冷 卻體41附近時通過電氣作用力拉引到被冷卻體41表面，因此可以替換表面附近的氣體氛 圍。在此，在本發(fā)明的送風裝置150、160中，在送風的空氣中含有電子、離子等電荷粒子，因 此冷卻效率格外提高。進而，電子發(fā)射元件1的電子發(fā)射效率高，因此送風裝置150、160可以更高效地進 行冷卻。送風裝置150及送風裝置160可以期待在大氣中動作。[關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)]如上所述，本發(fā)明的電子發(fā)射元件，具有電極基板和薄膜電極，通過在該電極基板 和薄膜電極之間施加電壓而在該電極基板和薄膜電極之間使電子加速，從該薄膜電極發(fā)射 該電子，其中，在上述電極基板和上述薄膜電極之間設(shè)置有電子加速層，該電子加速層含有 絕緣體微粒且不含導電微粒。在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中優(yōu)選，上述絕緣體微粒包含Si02、Al203及TiO2的至少 一種，或包含有機聚合物。上述絕緣體微粒包含SiO2、Al2O3及TiO2的至少一種，或包含有機 聚合物時，這些物質(zhì)的絕緣性高，從而可以將上述電子加速層的電阻值調(diào)整在任意范圍內(nèi)。在此，上述電子加速層的層厚優(yōu)選為絕緣體微粒的平均粒徑以上且為IOOOnm以 下。電子加速層的層厚越薄則電流越容易流動，而在電子加速層的絕緣體微粒不重疊 而以一層均勻地涂在電極基板上時層厚最小，因此電子加速層的最小層厚為構(gòu)成的絕緣體 微粒的平均粒徑。電子加速層的層厚小于絕緣體微粒的平均粒徑時，成為電子加速層中存 在不具備絕緣體微粒的部分，無法起到作為電子加速層的作用。從而作為電子加速層的層 厚的下限值優(yōu)選為上述范圍。作為電子加速層的下限層厚的更優(yōu)選的值，認為是絕緣體微 粒層疊了 2 3個以上的狀態(tài)。其理由如下電子加速層為1個構(gòu)成粒子的厚度時，雖然 在電子加速層中流動的電流量較多，但泄漏電流變多，電子加速層所施加的電場變?nèi)?，從而無法有效地發(fā)射電子。此外，若比IOOOnm厚，則電子加速層的電阻變大，無法產(chǎn)生充分的電 流，因此無法獲得充分的電子發(fā)射量。在此，上述絕緣體微粒的平均粒徑優(yōu)選為7 400nm。雖然如上所述電子加速層的 層厚優(yōu)選為IOOOnm以下，但在絕緣體微粒的平均粒徑大于400nm時，難以將電子加速層的 層厚控制為適當?shù)暮穸取Ｒ虼私^緣體微粒的平均粒徑優(yōu)選為上述范圍。此時，粒徑的分散 狀態(tài)相對于平均粒徑可以較為寬廣，例如平均粒徑為50nm的微粒，即使在20 IOOnm的區(qū) 域中具有其粒徑分布也沒有問題。在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，上述絕緣體微?？梢赃M行表面處理。該表面處理可 以是由硅醇或甲硅烷基進行的處理。制作電子加速層時，在使絕緣體微粒分散到有機溶劑中并涂敷到電極基板上的情 況下，利用硅醇或甲硅烷基對粒子表面進行表面處理，從而可以提高向有機溶劑的分散性， 容易獲得均勻分散了絕緣體微粒的電子加速層。此外，通過絕緣體微粒均勻分散，可以形成 層厚較薄且表面平滑性高的電子加速層，可以較薄地形成其上的薄膜電極。薄膜電極只要 是可以確保電導通的厚度，則越薄越可以高效地發(fā)射電子。在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中優(yōu)選，上述薄膜電極包含金、銀、碳、鎢、鈦、鋁及鈀的 至少一種。通過使上述薄膜電極包含金、銀、碳、鎢、鈦、鋁及鈀的至少一種，可以根據(jù)這些物 質(zhì)的功函數(shù)的高低而使在電子加速層產(chǎn)生的電子高效地產(chǎn)生隧道效應，將高能量的電子更 多地發(fā)射到電子發(fā)射元件外。本發(fā)明的電子發(fā)射裝置包括上述任一個電子發(fā)射元件；和在上述電極基板和 上述薄膜電極之間施加電壓的電源部。根據(jù)上述構(gòu)成，可以確保電導通且產(chǎn)生充分的元件內(nèi)電流，高效且穩(wěn)定地從薄膜 電極發(fā)射彈道電子。在此，上述電源部可以在上述電極基板和上述薄膜電極之間施加直流電壓。進而，通過將本發(fā)明的電子發(fā)射裝置用于自發(fā)光設(shè)備、以及具有該自發(fā)光設(shè)備的 圖像顯示裝置，可以提供不需要真空密封且在大氣中也可以實現(xiàn)長壽命的面發(fā)光的自發(fā)光 設(shè)備。此外，通過將本發(fā)明的電子發(fā)射裝置用于送風裝置或冷卻裝置，不會產(chǎn)生放電，不 會產(chǎn)生臭氧、NOx等有害物質(zhì)，通過利用在被冷卻體表面的滑移效果，而可以高效地進行冷 卻。此外通過將本發(fā)明的電子發(fā)射裝置用于帶電裝置、及具有該帶電裝置的圖像形成 裝置，不會產(chǎn)生放電，不會產(chǎn)生臭氧、NOx等有害物質(zhì)，便可使被帶電體帶電。此外通過將本發(fā)明的電子發(fā)射裝置用于電子線硬化裝置，可以面積性地進行電子 線硬化，實現(xiàn)無掩?；?，實現(xiàn)低價格化以及高產(chǎn)能化。為了解決上述問題，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法，該電子發(fā)射元件具有電 極基板和薄膜電極，通過在該電極基板和薄膜電極之間施加電壓而在該電極基板和薄膜電 極之間使電子加速，從該薄膜電極發(fā)射該電子，該電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于，包 括電子加速層形成工序，在上述電極基板上形成含有絕緣體微粒且不含導電微粒的電子 加速層；和薄膜電極形成工序，在上述電子加速層上形成上述薄膜電極。根據(jù)上述方法，易于制造難以產(chǎn)生絕緣破壞、不僅在真空中而且在大氣壓中也可以進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射的電子發(fā)射元件。此外在本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法中優(yōu)選，上述電子加速層形成工序包 括分散工序，獲得在溶劑中分散有上述絕緣體微粒的分散液；涂敷工序，在上述電極基板 上涂敷上述分散液；和干燥工序，使上述涂敷的分散液干燥。此外在本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法中優(yōu)選，在上述電子加速層形成工序后 或在上述薄膜電極形成工序后，包括燒結(jié)上述電子發(fā)射元件的燒結(jié)工序。根據(jù)上述方法，在加速層形成工序后或薄膜電極形成工序后燒結(jié)電子發(fā)射元件， 從而在電子加速層形成裂紋，可以獲得電子發(fā)射量多的電子發(fā)射元件。在此，在上述燒結(jié)工序中優(yōu)選在上述絕緣體微粒不熔融的條件下進行燒結(jié)。以上的各實施方式及各實施例只不過是為了明確本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，不應僅限定 為這種具體例而進行狹義地解釋，在本發(fā)明的精神以及權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以進行各種 變更并實施。此外，即使在本說明書中所示的數(shù)值范圍以外，只要是不違反本發(fā)明的宗旨的 合理的范圍，則也包含在本發(fā)明內(nèi)。工業(yè)利用性本發(fā)明例如可以適用于電子照相方式的復印機、打印機、傳真機等圖像形成裝置 的帶電裝置、電子線硬化裝置，或通過與發(fā)光體組合而適用于圖像顯示裝置，或通過利用發(fā) 射的電子產(chǎn)生的離子風而適用于冷卻裝置等。
權(quán)利要求
一種電子發(fā)射元件，具有電極基板和薄膜電極，通過在該電極基板和薄膜電極之間施加電壓而在該電極基板和薄膜電極之間使電子加速，從該薄膜電極發(fā)射該電子，其特征在于，在上述電極基板和上述薄膜電極之間設(shè)置有電子加速層，該電子加速層含有絕緣體微粒且不含導電微粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述絕緣體微粒包含Si02、Al203 及TiO2的至少一種、或包含有機聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述電子加速層的層厚為絕 緣體微粒的平均粒徑以上且為IOOOnm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述絕緣體微粒的平均粒徑 為 7 400nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述絕緣體微粒進行了表面處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述表面處理是由硅醇或甲硅 烷基進行的處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，上述薄膜電極包含金、銀、 碳、鎢、鈦、鋁及鈀的至少一種。
8.一種電子發(fā)射裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的電子發(fā)射元件；和在 上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓的電源部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，上述電源部在上述電極基板和 上述薄膜電極之間施加直流電壓。
10.一種自發(fā)光設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置和發(fā)光體，從 該電子發(fā)射裝置發(fā)射電子而使該發(fā)光體發(fā)光。
11.一種圖像顯示裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求10所述的自發(fā)光設(shè)備。
12.一種送風裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，從該電子發(fā)射 裝置發(fā)射電子而進行送風。
13.—種冷卻裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，從該電子發(fā)射 裝置發(fā)射電子而冷卻被冷卻體。
14.一種帶電裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，從該電子發(fā)射 裝置發(fā)射電子而使感光體帶電。
15.一種圖像形成裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求14所述的帶電裝置。
16.一種電子線硬化裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，從該電 子發(fā)射裝置發(fā)射電子而硬化被硬化物。
17.一種電子發(fā)射元件的制造方法，該電子發(fā)射元件具有電極基板和薄膜電極，通過在 該電極基板和薄膜電極之間施加電壓而在該電極基板和薄膜電極之間使電子加速，從該薄 膜電極發(fā)射該電子，該電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于，包括電子加速層形成工序，在上述電極基板上形成含有絕緣體微粒且不含導電微粒的電子 加速層；和薄膜電極形成工序，在上述電子加速層上形成上述薄膜電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于， 上述電子加速層形成工序包括分散工序，獲得在溶劑中分散有上述絕緣體微粒的分散液； 涂敷工序，在上述電極基板上涂敷上述分散液；和 干燥工序，使上述涂敷的分散液干燥。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于，在上述電子加速 層形成工序后或在上述薄膜電極形成工序后，包括燒結(jié)上述電子發(fā)射元件的燒結(jié)工序。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于，在上述燒結(jié)工序 中在上述絕緣體微粒不熔融的條件下進行燒結(jié)。
全文摘要
提供一種電子發(fā)射元件、電子發(fā)射裝置、自發(fā)光設(shè)備、圖像顯示裝置、送風裝置、冷卻裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子線硬化裝置及電子發(fā)射元件的制造方法。本發(fā)明的電子發(fā)射元件在電極基板和薄膜電極之間具有電子加速層，該電子加速層含有絕緣體微粒且不含導電微粒。該電子發(fā)射元件，在電極基板和薄膜電極之間施加電壓時，通過電子加速層使電子加速，從薄膜電極發(fā)射電子。從而，本發(fā)明的電子發(fā)射元件難以產(chǎn)生絕緣破壞，可以容易且廉價地制造，可以進行穩(wěn)定且良好的量的電子發(fā)射。
文檔編號H01J63/06GK101894718SQ200910204468
公開日2010年11月24日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者井村康朗, 巖松正, 平川弘幸, 平田佳奈子, 長岡彩繪 申請人:夏普株式會社