專利名稱：電子放射元件及其制造方法、具有該電子放射元件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過施加電壓放射電子的電子放射元件及其制造方法、以及使用 了電子放射元件的電子放射裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子束固化裝置、自發(fā)光設(shè)備、 圖像顯示裝置、送風(fēng)裝置、冷卻裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的電子放射元件，圓錐(Spindt)型電極、碳納米管(CNT)型電極等為世 人所知。這種電子放射元件例如在FED (Field Emision Display 場(chǎng)發(fā)射顯示器)領(lǐng)域中 被研究應(yīng)用。該電子放射元件向尖銳形狀部施加電壓，形成約lGV/m的強(qiáng)電場(chǎng)，通過隧道效 應(yīng)放射電子。但這兩種類型的電子放射元件中，因電子放射部的表面附近為強(qiáng)電場(chǎng)，所以放射 的電子通過電場(chǎng)獲得較大能量，易于電離氣體分子。因氣體分子電離而產(chǎn)生的陽離子通過 強(qiáng)電場(chǎng)在元件的表面方向上加速碰撞，出現(xiàn)因?yàn)R射導(dǎo)致元件破壞的問題。并且，大氣中的氧和電離能量相比，其離解能量較低，因此產(chǎn)生離子前先產(chǎn)生臭 氧。臭氧對(duì)人體有害，而且因其較強(qiáng)的氧化力而氧化各種部件，因此存在對(duì)元件周圍的部件 造成損害的問題。為了應(yīng)對(duì)這一問題，出現(xiàn)了必須使用耐臭氧性強(qiáng)的材料的限制。另一方面，作為和以上不同的其他類型的電子放射元件，MIM(Metal Insulator Metal 金屬絕緣體金屬)型、MIS (Metal Insulator Semiconductor 金屬絕緣體半導(dǎo)體) 型的電子放射元件為人所知。它們是利用元件內(nèi)部的量子尺寸效應(yīng)及強(qiáng)電場(chǎng)來加速電子， 是從平面狀的元件表面放射電子的面放射型電子放射元件。它們放射出通過元件內(nèi)部的電 子加速層加速的電子，因此元件外部不需要強(qiáng)電場(chǎng)。因此，在MIM型及MIS型的電子放射元 件中，可克服上述圓錐型、CNT型、BN型的電子放射元件中的被氣體分子的電離引起的濺射 破壞的問題、及發(fā)生臭氧的問題。并且，在本申請(qǐng)發(fā)明人申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)1中，公開了下述電子放射元件在由薄膜 電極和電極基板構(gòu)成的兩塊電極之間設(shè)置含有導(dǎo)電微粒和由絕緣體物質(zhì)構(gòu)成的微粒的電 子加速層，通過向兩個(gè)電極之間提供電位差，從薄膜電極放射電子。如該專利文獻(xiàn)1的電子放射元件所示，在作為電子加速層使用分散有金屬等導(dǎo)電 微粒的絕緣體膜的結(jié)構(gòu)中，電子放射元件的電壓電流特性可通過絕緣體膜內(nèi)的導(dǎo)電微粒的 量或分散狀態(tài)來控制。本發(fā)明人如專利文獻(xiàn)1所示通過適度調(diào)整導(dǎo)電微粒的添加量或分散 狀態(tài)的程度，增加了電子放射量。專利文獻(xiàn)1 日本國(guó)專利公開公報(bào)特開2009-146891公報(bào)(平成21年7月2日 公開)但是，上述專利文獻(xiàn)1公開的電子放射元件因驅(qū)動(dòng)電壓較高，所以存在使其低壓 化的改善余地。通過驅(qū)動(dòng)電壓的低壓化，第一，可降低電子放射元件的耗電。第二，因驅(qū)動(dòng)電子放 射元件的電源的負(fù)擔(dān)減輕，所以元件的高頻脈沖波形驅(qū)動(dòng)變得容易。其結(jié)果是，可延長(zhǎng)電子放射元件的驅(qū)動(dòng)壽命，降低耗電，降低高頻脈沖驅(qū)動(dòng)電路的制造成本等，具有很多優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題而出現(xiàn)，其目的在于提供一種電子放射元件，和現(xiàn)有技術(shù)相 比，能夠以低施加電壓放射同等或其以上量的電子，并且使用壽命長(zhǎng)且可廉價(jià)地制造。本發(fā)明人為實(shí)現(xiàn)上述目的進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用將結(jié)晶性電子輸送劑 添加到分散有導(dǎo)電微粒及絕緣體微粒的分散溶液中而得到的材料來形成電子加速層，使該 結(jié)晶性電子輸送劑在電子加速層中結(jié)晶化，能夠以較低的施加電壓進(jìn)行電子放射，從而實(shí) 現(xiàn)了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明的一種電子放射元件， 在相對(duì)的電極基板和薄膜電極之間具有電子加 速層，向上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓時(shí)，在上述電子加速層中使電子加速， 從上述薄膜電極放射上述電子，上述電子放射元件的特征在于，上述電子加速層含有導(dǎo)電 微粒，由導(dǎo)電體構(gòu)成，抗氧化力強(qiáng)；絕緣體微粒，平均徑大于上述導(dǎo)電微粒的平均徑；以及 結(jié)晶性電子輸送劑，上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過向電極基板和薄膜電極之間施加電壓，在電子加速層中的結(jié) 晶化的結(jié)晶性電子輸送劑和各微粒的界面中形成電流路徑，其一部分電荷通過施加電壓形 成的強(qiáng)電場(chǎng)變?yōu)閺椀离娮?，從薄膜電極放射。晶界的電氣特性取決于晶界/界面的匹配性，其匹配性越高，靜電勢(shì)壘高度越低。 因此，在上述結(jié)構(gòu)中，電荷的傳導(dǎo)可通過由結(jié)晶性電子輸送劑的結(jié)晶化形成的較低的勢(shì)壘 部分來實(shí)現(xiàn)，和現(xiàn)有的元件相比，能夠以較低的施加電壓形成電流路徑。因此，通過電子加速層中含有的結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化的上述結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)有技 術(shù)相比，能夠以較低的施加電壓放射同等或其以上量的電子。通過低壓化，可延長(zhǎng)電子放射 元件的驅(qū)動(dòng)壽命，降低耗電。并且，可低價(jià)地提供一種電子加速層不使用高價(jià)的材料且可 高效進(jìn)行電子放射的電子放射元件。其中，對(duì)于電子加速層內(nèi)部的彈道電子的發(fā)生機(jī)構(gòu)有諸多不明之處，但我們認(rèn)為 如下從電子放射元件表面放射電子。在電子加速層內(nèi)部形成的電流路徑內(nèi)傳導(dǎo)的電荷的一 部分，通過局部形成的高電場(chǎng)部加速，變?yōu)闊犭娮?彈道電子)，該熱電子沿著電子加速層 內(nèi)形成的電場(chǎng)反復(fù)進(jìn)行彈性碰撞并前進(jìn)，其一部分透過表面的薄膜電極，或從電極的間隙 擠出，從電子放射元件表面放射。并且，形成電子加速層時(shí)的結(jié)晶性電子輸送劑的添加量有最佳值，添加量過多時(shí)， 電流過度易于流動(dòng)，無法施加正好可放射電子的電壓。并且當(dāng)添加量過少時(shí)，無法獲得足夠 的電流量，不能進(jìn)行電子放射。結(jié)晶性電子輸送劑的最佳添加量與元件電阻值所相關(guān)的參 數(shù)(例如導(dǎo)電微粒的添加量、電子加速層的層厚、下述電阻層的膜厚等)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，通過適 當(dāng)控制該添加量，從電子放射元件可獲得足夠的電子放射。


圖1是表示使用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電子放射元件的電子放射裝置的結(jié) 構(gòu)的示意圖。圖2是圖1的電子放射裝置具有的電子放射元件的電子加速層附近的示意圖。
圖3是放大了圖1的電子放射元件的表面狀態(tài)的照片。圖4是表示對(duì)電子放射元件實(shí)施的電子放射實(shí)驗(yàn)的測(cè)定系統(tǒng)的說明圖。圖5是表示對(duì)電子加速層的制作中使用的微粒分散溶液中含有的結(jié)晶性電子輸 送劑的添加量按0g、0. 0082g、0. 04g變化而制作的電子放射元件的元件內(nèi)電流進(jìn)行測(cè)定的 結(jié)果的圖。圖6是表示對(duì)電子加速層的制作中使用的微粒分散溶液中含有的結(jié)晶性電子輸 送劑的添加量按0g、0. 0082g、0. 04g變化而制作的電子放射元件的電子放射電流進(jìn)行測(cè) 定的結(jié)果的圖。圖7是表示圖1的電子放射元件的表面狀態(tài)的SEM照片。圖8是表示對(duì)電子加速層的制作中使用的微粒分散溶液中含有的結(jié)晶性電子輸 送劑的添加量為0. 0082g且在電子加速層內(nèi)再結(jié)晶化前和再結(jié)晶化后的電子放射元件測(cè) 定元件內(nèi)電流的結(jié)果的圖。圖9是表示對(duì)電子加速層的制作中使用的微粒分散溶液中的結(jié)晶性電子輸送劑 的添加量為0. 0082g且在電子加速層內(nèi)再結(jié)晶化前和再結(jié)晶化后的電子放射元件測(cè)定電 子放射電流的結(jié)果的圖。圖10是表示在真空中使電子加速層內(nèi)的結(jié)晶性電子輸送劑再結(jié)晶化的電子放射 元件以脈沖電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的電子放射電流的經(jīng)時(shí)變化的圖。圖11是表示在真空中使電子加速層內(nèi)的結(jié)晶性電子輸送劑再結(jié)晶化的電子放射 元件以脈沖電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的電子放射電流的經(jīng)時(shí)變化的圖。圖12是表示對(duì)薄膜電極僅是由金及鈀構(gòu)成的金屬膜的電子放射元件、及薄膜電 極是由非晶碳和由金及鈀構(gòu)成的金屬膜的電子放射元件測(cè)定元件內(nèi)的電流的結(jié)果的圖。圖13是表示對(duì)薄膜電極僅是由金及鈀構(gòu)成的金屬膜的電子放射元件、及薄膜電 極是由非晶碳和由金及鈀構(gòu)成的金屬膜的電子放射元件測(cè)定電子放射電流的結(jié)果的圖。圖14是表示使用了圖1的電子放射裝置的帶電裝置的一例的圖。圖15是表示使用了圖1的電子放射裝置的電子束固化裝置的一例的圖。圖16是表示使用了圖1的電子放射裝置的自發(fā)光設(shè)備的一例的圖。圖17是表示使用了圖1的電子放射裝置的自發(fā)光設(shè)備的另一例的圖。圖18是表示使用了圖1的電子放射裝置的自發(fā)光設(shè)備的另一例的圖。圖19是表示具有使用了圖1的電子放射裝置的自發(fā)光設(shè)備的圖像顯示裝置的一 例的圖。圖20是表示使用了圖1的電子放射裝置的送風(fēng)裝置及具有該送風(fēng)裝置的冷卻裝 置的一例的圖。圖21是表示使用了圖1的電子放射裝置的送風(fēng)裝置及具有該送風(fēng)裝置的冷卻裝 置的另一例的圖。
具體實(shí)施例方式以下參照?qǐng)D1 21說明本發(fā)明涉及的電子放射元件、電子放射裝置的實(shí)施方式及 實(shí)施例。此外，下述實(shí)施方式及實(shí)施例只是本發(fā)明的具體一例，本發(fā)明不受其限定。(實(shí)施方式1)
(電子放射元件及電子放射裝置的結(jié)構(gòu))圖1是表示使用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電子放射元件1的電子放射裝置11 的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，電子放射裝置11具有本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施方式的電子 放射元件1和電源10。電子放射元件1由作為下部電極的電極基板2、作為上部電極的薄 膜電極3、夾在它們中間的電子加速層4構(gòu)成。并且，電極基板2和薄膜電極3連接到電源 (電源部)10，可向相對(duì)配置的電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓。電子放射元件1通 過向電極基板2和薄膜電極3之間施加電壓，在電極基板2和薄膜電極3之間、即電子加速 層4中流過電流，其一部分通過施加電壓形成的強(qiáng)電場(chǎng)變?yōu)閺椀离娮?。并且，該彈道電子?過(透過)薄膜電極3，或者從因絕緣體微粒間的間隙的影響而產(chǎn)生的薄膜電極3的孔(間 隙)或絕緣體微粒的階梯差等擠出，放射到外部。作為下部電極的電極基板2除了電極的功能外，還起到電子放射元件的支撐體的 作用。因此，如果是具有一定程度的強(qiáng)度、與直接接觸的物質(zhì)之間的粘合性良好、并具有適 當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性的基板，均可使用。例如包括SUS、Al、Ti、Cu等金屬基板、Si、Ge、GaAs等半導(dǎo)體 基板等。并且，也可以是在玻璃基板、塑料基板等絕緣體基板表面(與電子加速層4的界 面)上將金屬等導(dǎo)電性物質(zhì)作為電極附著的材料。作為絕緣體基板表面上附著的上述導(dǎo)電 性物質(zhì)，只要是具有良好導(dǎo)電性的材料、且可使用磁控濺射等形成薄膜的材料即可。但如果 希望在大氣中進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作，則優(yōu)選使用抗氧化力強(qiáng)的導(dǎo)電體，進(jìn)一步優(yōu)選使用貴金屬。 并且，作為氧化物導(dǎo)電材料，也可使用透明電極中廣泛使用的ITO薄膜。并且，從形成堅(jiān)固 薄膜的角度出發(fā)，例如可在玻璃基板表面成膜200nm的Ti，進(jìn)一步重疊成膜IOOOnm的Cu， 使用由此成膜的金屬薄膜。但不限于上述材料及數(shù)值。從限制電子加速層4的電流量的角度出發(fā)，薄膜電極3具有電阻層5和金屬層6
的層疊結(jié)構(gòu)。電阻層5可使用非晶碳膜或氮化膜。使用非晶碳時(shí)，電阻層5由具有所謂SP2雜 化軌道的石墨結(jié)構(gòu)的簇(數(shù)百個(gè)左右的原子的塊)無序堆疊而成。石墨本身是具有良好導(dǎo) 電性的材質(zhì)，但因簇之間的導(dǎo)電處于不佳的堆疊狀態(tài)，因此其結(jié)果是作為電阻層發(fā)揮作用。使用氮化膜作為電阻層5時(shí)，例如可使用通過濺射法形成的SiN2、TaN2等。此夕卜， 從易處理性、處理時(shí)間長(zhǎng)度和基板溫度上升的影響等角度出發(fā)，作為電阻層5，和氮化膜相 比，更適于使用非晶碳膜。金屬層6由金屬材料形成。作為金屬材料，只要是可施加電壓的材料即可，無特別 限定。但從盡量使電子加速層4內(nèi)被加速并變?yōu)楦吣艿碾娮硬唤档湍芰康赝高^而射出的角 度出發(fā)，如果是功函數(shù)低且可形成薄膜的材料，則具有較好的效果。這種材料例如包括功函 數(shù)相當(dāng)于4 kV的金、銀、鎢、鈦、鋁、鈀等。其中，考慮到在大氣壓中的動(dòng)作，無氧化物及 硫化物形成反應(yīng)的金是最佳材料。并且，氧化物形成反應(yīng)較小的銀、鈀、鎢等在實(shí)際應(yīng)用中 也沒有問題。并且，薄膜電極3的膜厚作為將電子從電子放射元件1高效放射到外部的條件非 常重要，優(yōu)選15 IOOnm的范圍。使薄膜電極3的金屬層6作為平面電極發(fā)揮作用的最低 膜厚為lOnm，小于該膜厚時(shí)，無法確保電導(dǎo)通。并且，為了使由非晶碳膜構(gòu)成的電阻層5作 為電阻體發(fā)揮作用，電阻層5需要為5nm以上。另一方面，使電子從電子放射元件1放射到外部的薄膜電極的最大膜厚為lOOnm，膜厚超過該值時(shí)，彈道電子的放射極少。彈道電子的放射量減少是因?yàn)椋∧る姌O3中，彈 道電子的吸收或反射造成電子加速層4的再捕獲。電子加速層4如圖2所示包括導(dǎo)電微粒8，由導(dǎo)電體構(gòu)成，抗氧化力強(qiáng)；絕緣體微 粒7，大于導(dǎo)電微粒8的平均粒徑；結(jié)晶性電子輸送劑9。圖2是放大了圖1的電子放射元 件1的電子加速層4附近的示意圖。作為絕緣體微粒7的材料，只要具有絕緣性即可，無特別限定。例如實(shí)用中可使用 Si02、Al203、Ti02。并且，作為絕緣體微粒7，可使用由有機(jī)聚合物構(gòu)成的微粒。作為由有機(jī) 聚合物構(gòu)成的微粒，例如可使用JSR株式會(huì)社制造銷售的由不銹鋼/ 二乙烯基苯構(gòu)成的高 交聯(lián)微粒(SX8743)、日本《4 >卜株式會(huì)社制造銷售的不銹鋼/丙烯微粒的” 7 W7工 r (FINE SPHERE)系列。并且，作為絕緣體微粒7，可使用不同材料的兩種以上的粒子。并且，也可使用粒 徑峰值不同的粒子，或使用單一粒子但粒徑分布廣的粒子。絕緣體微粒7的平均粒徑優(yōu)選 10 lOOOnm，進(jìn)一步優(yōu)選10 200nm。作為導(dǎo)電微粒8的材料，從生成彈道電子的動(dòng)作原理出發(fā)，可使用任意的導(dǎo)電體。 但出于避免大氣壓下動(dòng)作時(shí)的氧化劣化的目的，需要抗氧化力強(qiáng)的導(dǎo)電體，優(yōu)選貴金屬， 例如包括金、銀、白金、鈀、鎳等材料。該導(dǎo)電微粒8可通過公知的微粒制造技術(shù)的濺射法、 噴霧加熱法來做成，也可使用応用t )研究所制造銷售的銀納米粒子等市售的金屬微粒粉 體。后面記載生成彈道電子的原理。其中，由于需要控制導(dǎo)電性，所以導(dǎo)電微粒8的平均粒徑必須小于絕緣體微粒7的 平均粒徑，優(yōu)選3 lOnm。這樣一來，使導(dǎo)電微粒8的平均粒徑小于絕緣體微粒7的平均 粒徑，優(yōu)選為3 lOnm，從而在微粒層(電子加速層4)內(nèi)不形成導(dǎo)電微粒8產(chǎn)生的導(dǎo)電路 徑，難以發(fā)生微粒層內(nèi)的絕緣破壞。并且，雖然原理上有諸多不明之處，但通過使用平均粒 徑為上述范圍內(nèi)的導(dǎo)電微粒8，可高效生成彈道電子。此外，導(dǎo)電微粒8的周圍也可存在作為小于導(dǎo)電微粒8的大小的絕緣體物質(zhì)的小 絕緣體物質(zhì)。該小絕緣體物質(zhì)可以是附著到導(dǎo)電微粒8的表面的附著物質(zhì)，附著物質(zhì)作為 比導(dǎo)電微粒8的平均粒徑小的形狀的集合體，可以是對(duì)導(dǎo)電微粒8的表面覆膜的絕緣覆膜。 作為小絕緣體物質(zhì)，在生成彈道電子的動(dòng)作原理上，可使用任意的絕緣體物質(zhì)。但比導(dǎo)電微 粒8的大小小的絕緣體物質(zhì)是對(duì)導(dǎo)電微粒8進(jìn)行覆膜的絕緣覆膜，通過導(dǎo)電微粒8的氧化 覆膜提供絕緣覆膜時(shí)，因在大氣中的氧化劣化，氧化薄膜的厚度可能會(huì)大于所需的膜厚，因 此從避免大氣壓下動(dòng)作時(shí)的氧化劣化的目的出發(fā)，優(yōu)選由有機(jī)材料形成的絕緣覆膜，例如 包括醇化物、脂肪酸、烷烴硫醇這樣的材料。該絕緣覆膜的厚度較薄時(shí)比較有利。結(jié)晶性電子輸送劑9是可溶于分散絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8而得到的分散溶液 的物質(zhì)，在制造了電子加速層4后，不作為圖1及圖2所示的針狀結(jié)晶存在。但在室溫下靜 置數(shù)十小時(shí)后，出現(xiàn)結(jié)晶化，成為圖1及圖2所示的結(jié)晶化的結(jié)構(gòu)。結(jié)晶性電子輸送劑9的 結(jié)晶化的位置、結(jié)晶的生長(zhǎng)方向是隨機(jī)的，可在電子加速層4內(nèi)向平面方向生長(zhǎng)，或在與電 子加速層4的面垂直的方向穿越電子加速層4而生長(zhǎng)。圖3是表示再結(jié)晶化后的電子放 射元件1的表面的照片的圖。圖3的中央的四邊形部分是薄膜電極3，可知其中再結(jié)晶化的 結(jié)晶性電子輸送劑9以線狀散布存在。在圖3中，對(duì)結(jié)晶化的結(jié)晶性電子輸送劑9標(biāo)注了
在本發(fā)明中，結(jié)晶性電子輸送劑9在電子加速層4內(nèi)再結(jié)晶化，從而發(fā)揮其能力。 晶界的電氣特性取決于晶界或界面的匹配性，其匹配性越高，靜電勢(shì)壘高度越低。在本實(shí)施 方式的電子放射元件1的結(jié)構(gòu)中，電荷的傳導(dǎo)可通過由結(jié)晶性電子輸送劑9的結(jié)晶、尤其是 針狀結(jié)晶的生長(zhǎng)偶然形成的較低的勢(shì)壘部分來進(jìn)行。因此，結(jié)晶性電子輸送劑9和結(jié)晶化 前相比，結(jié)晶化后即使是較低的施加電壓也可形成電流路徑。作為這種結(jié)晶性電子輸送劑 9，例如可使用聯(lián)苯醌，但不限于此。對(duì)電子加速層4添加結(jié)晶性電子輸送劑9時(shí)，如下所述，可將構(gòu)成電子加速層4的 絕緣體微粒7和導(dǎo)電微粒8分散到分散溶劑而得到的分散溶液中進(jìn)行添加。其中，結(jié)晶性 電子輸送劑9只要可溶解于分散溶液即可，但在絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8分散前先將結(jié) 晶性電子輸送劑9溶解到分散溶劑時(shí)，溶液的粘度上升，絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8的分散 所需的時(shí)間有變長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，優(yōu)選在將絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8分散到分散溶劑后， 添加結(jié)晶性電子輸送劑9。結(jié)晶性電子輸送劑9的電子輸送能力需要是使該分子間發(fā)揮電子跳躍點(diǎn) (Electron hopping site)的作用的能力，與添加濃度及電子輸送能力成比例關(guān)系。并且， 結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量取決于作為基礎(chǔ)的電子加速層4的結(jié)構(gòu)。如上述專利文獻(xiàn)1 所示，電子加速層4由絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8構(gòu)成，從而在元件內(nèi)流動(dòng)電流。電子加速 層中的全部微粒(絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8)的質(zhì)量中的各微粒的質(zhì)量比例為絕緣體微 粒7 導(dǎo)電微粒8 = 8 2時(shí)，極少量地添加結(jié)晶性電子輸送劑9時(shí)，電子輸送劑的電子輸 送能力發(fā)揮作用，并且添加高分子而引起電阻的增加。其結(jié)果是，在電子加速層4中流動(dòng) 的元件內(nèi)電流具有減少的趨勢(shì)。并且，增加結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量時(shí)，在電子加速層 4中流動(dòng)的元件內(nèi)電流只有增加趨勢(shì)。并且，結(jié)晶性電子輸送劑9通過在電子加速層4內(nèi)再結(jié)晶化，實(shí)現(xiàn)元件內(nèi)電流量的 增加。僅增加結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量時(shí)，如上所述，在電子輸送劑的分子之間選 擇性地集中并流動(dòng)電流，在電流路徑中途形成的強(qiáng)電場(chǎng)部(即微觀上來看，作為電子的加 速部位發(fā)揮作用的電阻部)中，電子不加速，不產(chǎn)生彈道電子。另一方面，通過使結(jié)晶性電 子輸送劑9再結(jié)晶化，元件內(nèi)電流增加，且通過晶界在絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8的界面流 動(dòng)的電流可極高效地生成彈道電子。結(jié)晶性電子輸送劑9的結(jié)晶化可在如下過程中產(chǎn)生滲透到具有多個(gè)空孔(Void) 的絕緣體微粒7中的結(jié)晶性電子輸送劑9的溶解液在大氣壓中的室溫環(huán)境下緩慢地蒸發(fā)其 溶劑。結(jié)晶化后的結(jié)晶的量和電子加速層4的電流特性成比例關(guān)系。當(dāng)然，結(jié)晶越多，電 子加速層4內(nèi)的元件內(nèi)電流越多，但對(duì)反復(fù)通電的耐壓性也有變差的趨勢(shì)，易發(fā)生元件內(nèi) 的短路。因此，結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量有最佳值，優(yōu)選根據(jù)在電子放射元件1內(nèi)流動(dòng) 的電流量設(shè)定最佳值，但另一方面，因較強(qiáng)地依賴于和元件相關(guān)的材料參數(shù)，所以不能一概 而論。但如下所述，在滴下分散有絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8的分散溶液、通過旋涂法(spin coat method)成膜電子加速層4的條件下，結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量?jī)?yōu)選是以下量。 結(jié)晶性電子輸送劑9的質(zhì)量相對(duì)于構(gòu)成電子加速層4的絕緣體微粒7的質(zhì)量?jī)?yōu)選5%左右。并且相對(duì)于溶劑的比優(yōu)選是0.82%。電子加速層4的層厚需要能夠使層厚均勻化，并調(diào)整層厚方向上的加速層的電 阻。鑒于此，電子加速層4的層厚優(yōu)選12 6000nm，進(jìn)一步優(yōu)選300 lOOOnm。此外，從電源10提供的電壓也可以是直流電壓，但通過使用脈沖波形的電壓，連 續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的電子放射特性進(jìn)一步穩(wěn)定。其原因如下。電子放射元件1通過再結(jié)晶的結(jié)晶性電子輸送劑9，電流變得極易流動(dòng)。薄膜電極 3如上所述，即使層疊電阻層5和金屬層6而形成，也就是說即使在電子加速層4和金屬層 6之間具有電阻層5，也無法避免長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)驅(qū)動(dòng)造成的元件內(nèi)電流增加。施加直流電壓時(shí) 的元件內(nèi)電流的增加是由于在電流路徑中作為電阻成分作用的部分逐漸破壞造成的，最終 引起元件短路，電子放射中斷。為了抑制這種元件內(nèi)電流的增加，通過使來自電源10的施 加電壓為脈沖波形的電壓，可抑制作為電流路徑中的電阻成分發(fā)揮作用的部分破壞。因此，通過電子放射元件1的結(jié)構(gòu)及使施加電壓為脈沖波形，可提供一種可通過 低壓進(jìn)行穩(wěn)定的電子放射的電子放射裝置11。(電子放射元件的制造方法)接著說明電子放射元件1的制造方法的一個(gè)實(shí)施方式。首先，向分散溶劑中依次投入絕緣體微粒7及導(dǎo)電微粒8，加入到超聲波分散器中 分散后，投入結(jié)晶性電子輸送劑9，再次加入到超聲波分散器中分散，獲得微粒分散溶液A。 此外，分散方法沒有特別限定，也可通過超聲波分散器以外的方法分散。其中，作為分散溶劑，只要是可溶解結(jié)晶性電子輸送劑9、且涂布后蒸發(fā)的溶劑即 可，無特別限定。作為分散溶劑，例如可使用甲苯、苯、二甲苯、己烷等。并且，將如上制作的微粒分散溶液A涂布到電極基板2上，形成電子加速層4 (電 子加速層形成步驟)。作為涂布方法，例如可使用旋涂法。這種情況下，將微粒分散溶液A 滴到電極基板2上，使用旋涂法形成作為電子加速層4的薄膜。通過反復(fù)多次微粒分散溶 液A的滴下、旋涂法下的成膜、干燥，可使電子加速層4成為預(yù)定的膜厚。此外，電子加速層4的成膜除了旋涂法外，例如也可使用滴下法、噴涂法等方法。電子加速層4形成后，在電子加速層4上成膜薄膜電極3 (薄膜電極形成步驟)。 如上所述，薄膜電極3具有電阻層5和金屬層6的層疊結(jié)構(gòu)。作為電阻層5使用非晶碳膜 時(shí)，例如可通過蒸鍍法成膜。并且，作為電阻層5使用氮化膜時(shí)，例如可通過濺射法成膜。金屬層6的成膜可使用磁控濺射法。并且，金屬層6的成膜除了磁控濺射法外，例 如可使用蒸鍍法、噴墨法、旋涂法等。電子加速層4中含有的結(jié)晶性電子輸送劑9在制造完電子加速層4后，不作為結(jié) 晶存在。但通過自然放置會(huì)結(jié)晶化(再結(jié)晶)(結(jié)晶化步驟)。此時(shí)，結(jié)晶性電子輸送劑9 是針狀結(jié)晶化的物質(zhì)時(shí)，如圖1及圖2所示，存在層厚方向上貫通電子加速層4而針狀結(jié)晶 化的情況，此時(shí)，結(jié)晶化的結(jié)晶性電子輸送劑9存在于電子加速層4內(nèi)外。(實(shí)施例)在以下實(shí)施例中，首先說明結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量、結(jié)晶性電子輸送劑9在 電子加速層4內(nèi)處于非晶狀態(tài)(結(jié)晶化前)的電子放射元件的元件內(nèi)電流量、以及電子放 射量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。之后說明結(jié)晶性電子輸送劑9處于非晶狀態(tài)的電子放射元件及結(jié) 晶性電子輸送劑9結(jié)晶化的電子放射元件1的元件內(nèi)電流量及電子放射量的測(cè)定結(jié)果。并且，對(duì)薄膜電極的作用也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先說明電子放射元件1的詳細(xì)的制作條件。向IOmL的試劑瓶中加入1. Og的 η-己烷溶劑，作為絕緣體微粒7，投入0. 16g的二氧化硅粒子，將試劑瓶放入到超聲波分散 器中進(jìn)行分散。其中二氧化碳微粒是平均粒徑50nm的氣相二氧化硅C413(失^ # ,卜公 司)，使用表面進(jìn)行了六甲基二硅氮烷處理的微粒。加入到超聲波分散器中約10分鐘，二 氧化硅微粒在η-己烷溶劑中分散為乳白色。接著向上述試劑瓶?jī)?nèi)，作為導(dǎo)電微粒8投入 0. 04g的銀納米粒子，進(jìn)行5分鐘的超聲波分散處理，制造出微粒分散溶液。銀納米粒子使 用具有醇化物的絕緣被覆的平均粒徑IOnm的材料(応用t 7研究所)。上述微粒分散液分別制造出3個(gè)試劑瓶，在各試劑瓶中，作為結(jié)晶性電子輸送劑 9，分別不添加、添加0. 0082g、添加0. 04g的聯(lián)苯醌粉末(東京化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社制造， T1503 (3，3，，5，5，-Tetra-tert-butyl-4,4' -diphenoquinone)，再次加入到超聲波分散器 中5分鐘，使之溶解。作為電極基板2，準(zhǔn)備在24mm方形的玻璃基板上成膜200nm的Ti、并重疊IOOOnm 的Cu而成膜的材料。對(duì)該帶電極的玻璃基板表面，分別滴下以上制造的微粒分散液(添加 或未添加聯(lián)苯醌粉末)，利用旋涂法形成作為電子加速層4的微粒層。旋涂法下的成膜條件 是，以500RPM旋轉(zhuǎn)5秒的期間內(nèi)，將上述微粒分散液滴到基板表面，接著以3000RPM進(jìn)行10 秒鐘的旋轉(zhuǎn)。該成膜條件是一次性的，在玻璃基板上層疊一層微粒層后，在室溫氣氛中自然 干燥1小時(shí)。構(gòu)成電子加速層4的微粒層的膜厚約為700nm。在這樣獲得的電子加速層4中，使用使結(jié)晶性電子輸送劑9以0. 0082g、0. 04g溶 解的溶液而形成時(shí)，結(jié)晶性電子輸送劑9均未再結(jié)晶。在電子放射元件1中，在電子加速層4上，作為薄膜電極3形成電阻層5及金屬層 6，但在此為了調(diào)查再結(jié)晶化前的結(jié)晶性電子輸送劑9的添加和電子加速層4的電流特性 的關(guān)系，僅成膜金屬層6。金屬層6利用磁控濺射裝置，使用金、鈀靶(Au-Pd)，成膜為膜厚 50nm、面積 0. Olcm20對(duì)如上制作的三種(聯(lián)苯醌粉末無添加、添加0. 0082g、0. 04g)電子放射元件，使 用圖4所示的測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行電子放射實(shí)驗(yàn)。圖4表示電子放射實(shí)驗(yàn)中使用的測(cè)定系統(tǒng)。在圖4的測(cè)定系統(tǒng)中，在電子放射元 件1的薄膜電極3 —側(cè)，夾持絕緣體墊片13(直徑為Imm)配置相對(duì)電極12。并且，在電子 放射元件1的電極基板2和薄膜電極3之間，通過電源IOA施加Vl的電壓，通過電源IOB 對(duì)相對(duì)電極12施加V2的電壓。將在薄膜電極3和電源IOA之間流動(dòng)的電流Il作為元件 內(nèi)電流、將在相對(duì)電極12和電源IOB之間流動(dòng)的電流12作為電子放射電流進(jìn)行測(cè)定。將 該測(cè)定系統(tǒng)配置到1X10_8ATM的真空中，進(jìn)行電子放射實(shí)驗(yàn)。圖5表示測(cè)定各電子放射元件1的元件內(nèi)電流Il的結(jié)果。其中，施加電壓Vl在 0 18V內(nèi)階段性上升，施加電壓V2為100V。并且圖6表示測(cè)定從各電子放射元件1放射 的電子放射電流12的結(jié)果。從圖5可知，元件內(nèi)電流Il (單位A/cm2)根據(jù)結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量而變 化。如上所述，電子放射元件即使沒有結(jié)晶性電子輸送劑9，也存在元件內(nèi)電流并放射電子。 以該沒有添加結(jié)晶性電子輸送劑9的電子放射元件為基準(zhǔn)時(shí)，結(jié)晶性電子輸送劑9的添加 量很少的0.0082g的電子放射元件的元件內(nèi)電流Il降低。這是因?yàn)椋@是結(jié)晶性電子輸送劑9的電子輸送能力不能充分作用的添加濃度，并作為電阻體發(fā)揮作用。另一方面，在結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0.04g的電子放射元件中，元件內(nèi)電 流Il增加，超過測(cè)定系統(tǒng)的電流供給量，變?yōu)槎搪窢顟B(tài)。這是結(jié)晶性電子輸送劑9的電子 輸送能力充分作用的結(jié)果。同樣，從圖6可知，元件放射電流12(單位A/cm2)根據(jù)結(jié)晶性電子輸送劑9的添 加量而變化。以該沒有添加結(jié)晶性電子輸送劑9的電子放射元件為基準(zhǔn)時(shí)，在結(jié)晶性電子 輸送劑9的添加量為0. 0082g的元件中，施加電壓Vl為12V以上時(shí)電子放射電流12略降 低。在添加量為0. 04g的電子放射元件中，元件內(nèi)電流Il變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，結(jié)果無法測(cè)定電 子放射電流。接著如上所述制作結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0. 0082g的微粒分散溶液，同 樣形成電子加速層4。形成電子加速層4后，在室溫氣氛中進(jìn)行3天的自然干燥，使結(jié)晶性 電子輸送劑9再結(jié)晶。再結(jié)晶化時(shí)通過目視及SEM觀測(cè)以確認(rèn)其為針狀結(jié)晶。圖7表示該 SEM照片。從圖7可知，作為結(jié)晶性電子輸送劑9的聯(lián)苯醌的結(jié)晶貫穿電子加速層(微粒 層)4表面而生長(zhǎng)。該結(jié)晶性電子輸送劑9再結(jié)晶的電子加速層4上形成作為薄膜電極3的電阻層5 及金屬層6。作為電阻層5，使用蒸鍍法使非晶碳膜成膜為膜厚15nm、面積0.01cm2。接著 利用磁控濺射裝置，使用金、鈀靶(Au-Pd)使金屬層6成膜為膜厚50nm、面積0.01cm2。這 樣一來，在電子加速層4上依次層疊電阻層5、金屬層6。圖8表示使用結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0. 0082g的微粒分散溶液制造的電 子放射元件在結(jié)晶性電子輸送劑9再結(jié)晶化前和再結(jié)晶化后測(cè)定元件內(nèi)電流Il (單位A/ cm2)的結(jié)果。其中，在再結(jié)晶化前的電子放射元件中，在電子加速層4上僅成膜金及鈀的金 屬層6。另一方面，在再結(jié)晶化后的電子放射元件中，在電子加速層4上層疊成膜非晶碳膜 的電阻層5和金及鈀的金屬層6。從圖8可知，施加電壓Vl在3V之后再結(jié)晶化后的電子放 射元件(再結(jié)晶元件)和再結(jié)晶化前的電子放射元件(無再結(jié)晶)相比，元件內(nèi)電流Il增 加了 1個(gè)量級(jí)。圖9表示使用和圖8 一樣的結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0. 0082g的微粒分散 溶液制造的電子放射元件在結(jié)晶性電子輸送劑9再結(jié)晶化前和再結(jié)晶化后測(cè)定電子放射 電流12(單位A/cm2)的結(jié)果。再結(jié)晶化后的電子放射元件從施加電壓3V開始電子放射， 其量也是高一個(gè)量級(jí) 兩個(gè)量級(jí)左右的值。并且，從圖8及圖9可知，在再結(jié)晶化后的電子 放射元件中，施加電壓Vl為IOV附近時(shí)元件內(nèi)電流11達(dá)到電源的供給能力界限，變?yōu)槎搪?狀態(tài)，電子放射電流12也開始減少。這一趨勢(shì)不論是否施加低壓，在直流電壓連續(xù)施加時(shí) 也容易發(fā)生，需要施加電壓波形的改善。圖10表示，使用結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0. 0082g的微粒分散溶液制造的 電子放射元件在再結(jié)晶化后的真空中的電子放射電流12的經(jīng)時(shí)特性。施加電壓不是直流 電壓，而是正極的脈沖電壓。是脈沖頻率為10kHz，峰值為14V。_P，施加電壓的電壓接通(ON) 時(shí)間的比率(占空比)為10%的波形。在接近18小時(shí)的連續(xù)驅(qū)動(dòng)中，電流略有減少趨勢(shì)，
但非常穩(wěn)定。圖11表示使用和圖10說明的電子放射元件一樣的電子放射元件，以和圖10說明 的條件相同的施加電壓波形的條件，在大氣中驅(qū)動(dòng)時(shí)的電子放射電流12的經(jīng)時(shí)特性。在該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)相對(duì)電極12的施加電壓V2為200V。和真空中相比，電子放射電流12減少兩個(gè) 量級(jí)左右，可知獲得了穩(wěn)定的電子放射特性。接著對(duì)使用結(jié)晶性電子輸送劑9的添加量為0. 0082g的微粒分散溶液制造的電子 放射元件再結(jié)晶化后，通過設(shè)置非晶碳膜的電阻層5及金屬層6的元件、及僅設(shè)置金屬層6 的元件比較元件內(nèi)電流及電子放射電流。其結(jié)果如圖12及圖13所示。從圖12可知，在 沒有電阻層5的電子放射元件中，可確認(rèn)到低施加電壓下的元件內(nèi)電流上升。并且從圖13 可知，電子放射與電阻層5的有無無關(guān)，Vl從3V開始，在僅有金屬層6的元件中，立刻達(dá)到 元件內(nèi)電流的裝置極限，無法獲得足夠的放射。由此可知，通過設(shè)置電阻層5，可限制在電子 放射元件內(nèi)流動(dòng)的電流，抑制異常的電流上升。(實(shí)施方式2)圖14表示利用了實(shí)施方式1說明的本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施方式的電子放射元件 1的電子放射裝置11所構(gòu)成的本發(fā)明涉及的帶電裝置90的一例。帶電裝置90由電子放射裝置11構(gòu)成，使感光鼓14的表面帶電，上述電子放射裝 置11由電子放射元件1和向其施加電壓的電源10構(gòu)成。本發(fā)明涉及的圖像形成裝置具有 該帶電裝置90。在本發(fā)明涉及的圖像形成裝置中，帶電裝置90中的電子放射元件1和作為被帶電 體的感光鼓14相對(duì)設(shè)置，通過施加電壓，放射電子，使感光鼓14的表面帶電。此外，在本發(fā) 明涉及的圖像形成裝置中，帶電裝置90以外的構(gòu)成部件使用現(xiàn)有的公知的部件即可。其 中，作為帶電裝置90使用的電子放射元件1優(yōu)選距感光鼓14表面隔3 5mm配置。并且， 對(duì)電子放射元件1施加的電壓優(yōu)選是正極的脈沖電壓。優(yōu)選脈沖頻率10kHz、峰值14V。_P、 施加電壓的電壓接通時(shí)間的比率(占空比)為10%的波形。并且，電子放射元件1的電子 加速層4的結(jié)構(gòu)例如是，施加上述條件的電壓，每單位時(shí)間放射1 0. 3 μ A/cm2的電子。進(jìn)一步，作為帶電裝置90使用的電子放射裝置11構(gòu)成為面電子源，因此在感光鼓 14的旋轉(zhuǎn)方向上具有寬度而進(jìn)行帶電，可提高感光鼓14的某部位的帶電機(jī)會(huì)。因此，帶電 裝置90和線狀帶電的線束帶電器等相比，可均勻地帶電。并且，帶電裝置90和需要施加數(shù) kV電壓的電暈放電器相比，施加十幾V左右電壓即可，具有施加電壓顯著降低的優(yōu)點(diǎn)。(實(shí)施方式3)圖15表示利用了實(shí)施方式1說明的本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施方式的電子放射元件 1的電子放射裝置11所構(gòu)成的本發(fā)明涉及的電子束固化裝置100的一例。電子束固化裝置100具有電子放射裝置11，其具有電子放射元件1及向其施加 電壓的電源10 ；使電子加速的加速電極21。電子束固化裝置100中，以電子放射元件1為 電子源，使放射的電子通過加速電極21加速，與抗蝕劑(被固化物)22碰撞。使普通的抗 蝕劑22固化所需的能量為IOeV以下，因此如僅關(guān)注能量則無需加速電極21。但是，電子束 的滲透深度是電子的能量的函數(shù)，因此例如使厚度1 μ m的抗蝕劑22全部固化需要約5kV 的加速電壓?，F(xiàn)有技術(shù)的一般的電子束固化裝置中，真空密封電子源，通過高電壓施加(50 IOOkV)放射電子，通過電子窗取出電子并照射。這種電子放射方法下，透過電子窗時(shí)，產(chǎn)生 較大的能量損失。并且，到達(dá)抗蝕劑的電子也是高能量的，因此會(huì)透過抗蝕劑的厚度，能量 利用效率變低。進(jìn)一步，一次可照射的范圍較小，變?yōu)辄c(diǎn)狀描繪，因此生產(chǎn)率也較低。
與之相對(duì)，在利用了電子放射裝置11的結(jié)構(gòu)下，因不通過電子透過窗，所以不會(huì) 有能量損失，可降低施加電壓。進(jìn)一步，因是面電子源，生產(chǎn)率也格外高。并且，根據(jù)圖案放 射電子時(shí)，也可進(jìn)行無掩模曝光。(實(shí)施方式4)圖16 18分別表示利用了實(shí)施方式1說明的本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施方式的電 子放射元件1的電子放射裝置11所構(gòu)成的本發(fā)明涉及的自發(fā)光設(shè)備的例子。圖16所示的自發(fā)光設(shè)備31具有電子放射裝置11，并進(jìn)一步具有發(fā)光部36，上述 電子放射裝置11具有電子放射元件1及向其施加電壓的電源10。發(fā)光部36具有在作為基 材的玻璃基板34上層疊ITO膜33、熒光體32的結(jié)構(gòu)。發(fā)光部36在和電子放射元件1相對(duì) 的位置上，隔開距離配置。作為熒光體32，適用和紅、綠、藍(lán)色的發(fā)光對(duì)應(yīng)的電子激勵(lì)型的材料。例如， 紅色可使用Y2O3:Eu、(Y，Gd)BO3:Eu,綠色可使用Zn2SiO4:Mn、BaAl12O9:Mn,藍(lán)色可使用 BaMgAl10O17 Eu2+等。熒光體32在ITO膜32成膜的玻璃基板34表面上成膜，優(yōu)選厚度為1 μ m 左右。并且，ITO膜33的膜厚只要是可確保導(dǎo)電性的膜厚即可，在本實(shí)施方式中為150nm。在成膜熒光體32時(shí)，準(zhǔn)備作為粘合劑的環(huán)氧類樹脂和微粒化的熒光體粒子的混 煉物，通過棒式涂布法或滴下法等公知的方法成膜即可。其中，為了提高熒光體32的發(fā)光亮度，需要使從電子放射元件1放射的電子向熒 光體32加速。為實(shí)現(xiàn)該加速，如圖16所示，優(yōu)選如下結(jié)構(gòu)，在電子放射元件1的電極基板2 和發(fā)光部36的ITO膜33之間設(shè)置電源35，可施加用于形成使電子加速的電場(chǎng)的電壓。此 時(shí)，熒光體32和電子放射元件1的距離為0. 3 1mm，來自電源10的施加電壓優(yōu)選為正極 的脈沖電壓。優(yōu)選脈沖頻率10kHz、峰值14V。_P、施加電壓接通時(shí)間的比率(占空比)為10% 的波形。并且，來自電源35的施加電壓優(yōu)選500 2000V。圖17所示的自發(fā)光設(shè)備31’具有電子放射裝置11，進(jìn)一步具有熒光體(發(fā)光 體)32，上述電子放射裝置11具有電子放射元件1及向其施加電壓的電源10。在自發(fā)光設(shè) 備31’中，熒光體32是平面狀，配置在電子放射元件1的表面。其中，電子放射元件1表面 上成膜的熒光體32的層如上所述，準(zhǔn)備與微?；臒晒怏w粒子的混煉物所構(gòu)成的涂布液， 在電子放射元件1表面成膜。但電子放射元件1本身是對(duì)外力較弱的結(jié)構(gòu)，因此如果使用 棒式涂布法的成膜裝置，則元件可能破壞。因此使用滴下法或旋涂法等方法即可。圖18所示的自發(fā)光設(shè)備31”具有電子放射裝置11，上述電子放射裝置11具有電 子放射元件1及向其施加電壓的電源10，進(jìn)一步在電子放射元件1的電子加速層4中，作為 熒光體(發(fā)光體)32’混入熒光的微粒。這種情況下，也可將熒光體32’的微粒兼用作絕緣 體微粒7。但上述熒光體的微粒一般電阻較低，和絕緣體微粒7相比電阻明顯低。因此將熒 光體的微粒變?yōu)榻^緣體微粒7混合時(shí)，該熒光體的微粒的混合量必須抑制得較少。例如，作 為絕緣體微粒7使用球狀二氧化硅粒子(平均徑IlOnm)、作為熒光體微粒使用ZnS:Mg(平 均徑500nm)時(shí)，其重量混合比在3 1左右較適當(dāng)。在上述自發(fā)光設(shè)備31、31’、31”中，使電子放射元件1放射的電子與熒光體32、32’ 碰撞并發(fā)光。電子放射元件1的電子放射量提高，因此自發(fā)光設(shè)備31、31’、31”可有效地進(jìn) 行發(fā)光。此外，自發(fā)光設(shè)備31、31’、31”通過真空密封提高電子放射電流，可有效地發(fā)光。進(jìn)一步，圖19表示具有本發(fā)明涉及的自發(fā)光設(shè)備的本發(fā)明涉及的圖像顯示裝置的一例。圖19所示的圖像顯示裝置140具有圖18所示的自發(fā)光設(shè)備31”;液晶面板330。 在圖像顯示裝置140中，將自發(fā)光設(shè)備31”設(shè)置在液晶面板330的后方，作為背面光使用。 用于圖像顯示裝置140時(shí)，對(duì)自發(fā)光設(shè)備31”施加的電壓優(yōu)選是正極的脈沖電壓波形。優(yōu)選 脈沖頻率10kHz、峰值14V。_P、施加電壓的電壓接通時(shí)間比率(占空比)為10%的波形。通 過該電壓，例如放射出每單位時(shí)間1 0. 3μ A/cm2的電子即可。并且，自發(fā)光設(shè)備31”和 液晶面板330的距離優(yōu)選0. Imm左右。(實(shí)施方式5)圖20及圖21分別表示使用具有實(shí)施方式1中說明的本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施方式 的電子放射元件1的電子放射裝置11的本發(fā)明涉及的送風(fēng)裝置的例子。以下說明將本發(fā) 明涉及的送風(fēng)裝置作為冷卻裝置使用的情況。但送風(fēng)裝置的利用不限于冷卻裝置。圖20所示的送風(fēng)裝置150由電子放射裝置11構(gòu)成，該電子放射裝置11具有電子 放射元件1和向其施加電壓的電源10。在送風(fēng)裝置150中，電子放射元件1向電接地的被 冷卻體41放射電子，從而產(chǎn)生離子風(fēng)，以冷卻被冷卻體41。冷卻時(shí)，施加到電子放射元件1 的電壓優(yōu)選為正極的脈沖電壓波形。優(yōu)選脈沖頻率10kHz、峰值14V。_P、施加電壓的電壓接 通時(shí)間比率(占空比)為10%的波形。并且，優(yōu)選通過該電壓在氣氛下例如放射出每單位 時(shí)間1 0. 3 μ A/cm2的電子。圖21所示的送風(fēng)裝置160在圖20所示的送風(fēng)裝置150上進(jìn)一步組合了送風(fēng)扇 42。圖21所示的送風(fēng)裝置160中，電子放射元件1向電接地的被冷卻體41放射電子，進(jìn)一 步通過送風(fēng)扇42向被冷卻體41送風(fēng)，使從電子放射元件1放射的電子送向被冷卻體41，產(chǎn) 生離子風(fēng)，冷卻被冷卻體41。此時(shí)，送風(fēng)扇42的風(fēng)量?jī)?yōu)選0. 9 2L/分/cm2。其中，通過送風(fēng)冷卻被冷卻體41時(shí)，像現(xiàn)有的送風(fēng)裝置或冷卻裝置一樣僅通過風(fēng) 扇等送風(fēng)時(shí)，被冷卻體41的表面流速為0，最希望去除熱量的部分的空氣未被置換，冷卻效 率較差。但當(dāng)作為風(fēng)(空氣流)輸送的空氣中含有電子、離子這樣的電荷粒子時(shí)，在接近被 冷卻體41時(shí)，通過電力被吸引到被冷卻體41表面，因此可替換表面附近的氣氛。在本發(fā)明 涉及的送風(fēng)裝置150、160中，在送風(fēng)的空氣中含有電子、離子這樣的電荷粒子，因此冷卻效 率大幅提高。(關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu))本發(fā)明的一種電子放射元件，在相對(duì)的電極基板和薄膜電極之間具有電子加速 層，向上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓時(shí)，在上述電子加速層中使電子加速，從 上述薄膜電極放射上述電子，上述電子放射元件的特征在于，上述電子加速層含有導(dǎo)電微 粒，由導(dǎo)電體構(gòu)成，抗氧化力強(qiáng)；絕緣體微粒，平均徑大于上述導(dǎo)電微粒的平均徑；以及結(jié) 晶性電子輸送劑，上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。通過電子加速層中含有的結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化的上述結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)有技術(shù)相 比，以低施加電壓可放射出同等或其以上量的電子。通過低壓化，可延長(zhǎng)電子放射元件的驅(qū) 動(dòng)壽命，降低耗電。并且，可低價(jià)地提供一種電子加速層中不使用高價(jià)材料、且可高效進(jìn)行 電子放射的電子放射元件。在本發(fā)明的電子放射元件中，除了上述結(jié)構(gòu)外，也可以是，上述結(jié)晶性電子輸送劑 在上述電子加速層的厚度方向上貫穿上述電子加速層并結(jié)晶化。結(jié)晶性電子輸送劑在層厚方向上貫穿電子加速層而結(jié)晶化，從而在貫穿電子加速層的結(jié)晶性電子輸送劑的結(jié)晶、和各微粒的界面上形成電流路徑。因此，可獲得較多的量的 電子放射。其中，上述結(jié)晶性電子輸送劑可結(jié)晶化為針狀。當(dāng)是針狀結(jié)晶時(shí)，可易于在層的厚 度方向上穿越電子加速層而生長(zhǎng)，易于形成電流路徑。并且，上述結(jié)晶性電子輸送劑可溶于分散有上述絕緣體微粒和導(dǎo)電微粒的分散溶 液，并且使用含有上述結(jié)晶性電子的上述分散溶液形成上述電子加速層后上述結(jié)晶性電子 輸送劑再結(jié)晶化，這樣一來，易于形成上述結(jié)構(gòu)的電子放射元件。在本發(fā)明的電子放射元件中，除上述結(jié)構(gòu)外，形成上述導(dǎo)電微粒的導(dǎo)電體含有金、 銀、白金、鈀及鎳中的至少一種。這樣一來，構(gòu)成上述導(dǎo)電微粒的導(dǎo)電體含有金、銀、白金、鈀 及鎳中的至少一種，可有效防止導(dǎo)電微粒因大氣中的氧而氧化等元件劣化。因此，可有效延 長(zhǎng)電子放射元件的使用壽命。并且，在本發(fā)明的電子放射元件中，除上述結(jié)構(gòu)外，優(yōu)選上述絕緣體微粒的平均粒 徑為10 lOOOnm，進(jìn)一步優(yōu)選10 200nm。此時(shí)，粒徑的分散狀態(tài)相對(duì)平均粒徑可以較寬， 例如平均徑50nm的微粒在20 IOOnm的區(qū)域內(nèi)具有該粒徑分布也可。當(dāng)絕緣體微粒的粒 徑過小時(shí)，作用于粒子間的力較強(qiáng)，因此粒子易于凝聚，難以分散。并且當(dāng)絕緣體微粒的粒 徑過大時(shí)，分散雖良好，但當(dāng)調(diào)整電阻時(shí)難以調(diào)整電子加速層的層厚、表面導(dǎo)電物質(zhì)的配合 比。其中，在本發(fā)明的電子放射元件中，上述結(jié)晶性電子輸送劑例如可使用聯(lián)苯醌。但 不限于此。在本發(fā)明的電子放射元件中，除上述結(jié)構(gòu)外，優(yōu)選，上述電子加速層的層厚是 12 6000nm，進(jìn)一步優(yōu)選300 lOOOnm。通過使電子加速層的層厚為上述范圍，可使電子 加速層的層厚均勻，并可進(jìn)行層厚方向上的電子加速層的電阻調(diào)整。其結(jié)果是，可從電子放 射元件整個(gè)表面均勻地放射電子，且可有效地將電子放射到元件外。在本發(fā)明的電子放射元件中，除上述結(jié)構(gòu)外，上述絕緣體微粒含有Si02、Al2O3及 TiO2中的至少一種?；蚝杏袡C(jī)聚合物。上述絕緣體微粒含有SiO2、Al2O3及TiA中的至 少一種，或含有有機(jī)聚合物時(shí)，因這些物質(zhì)的絕緣性強(qiáng)，所以可將上述電子加速層的電阻值 調(diào)整為任意的范圍。尤其是作為絕緣體微粒使用氧化物(Si02、Al2O3及TiO2),作為導(dǎo)電微 粒使用抗氧化力強(qiáng)的導(dǎo)電體時(shí)，大氣中的氧造成的氧化所引起的元件劣化更難以發(fā)生，因 此明顯具有可在大氣中也能夠穩(wěn)定動(dòng)作的效果。并且在上述結(jié)構(gòu)的電子放射元件中，可進(jìn)行低壓下的電子放射，并且元件內(nèi)電阻 明顯下降。因此，反復(fù)施加電壓的電子放射元件的耐壓難以維持。因此從限制電子放射元件 的元件內(nèi)流動(dòng)的電流、抑制異常的電流上升的目的出發(fā)，優(yōu)選在電子加速層上附加電阻層。 通過附加電阻層，可獲得可低壓且穩(wěn)定地進(jìn)行電子放射的電子放射元件。在本發(fā)明的電子放射元件中，除上述結(jié)構(gòu)外，上述薄膜電極從與電子加速層接觸 的一側(cè)開始依次層疊電阻層和金屬層而成，上述電阻層由非晶碳膜或氮化膜構(gòu)成，上述金 屬層含有金、銀、鎢、鈦、鋁及鈀中的至少一種。通過薄膜電極具有電阻層，可限制在元件內(nèi)流動(dòng)的電流，抑制異常的電流上升。并 且，上述電阻層存在于電子加速層和表面的金屬層之間。作為電阻層使用的非晶碳膜由具有所謂SP2雜化軌道的石墨結(jié)構(gòu)的簇(數(shù)百個(gè)左右的原子的塊)無序堆疊而成。石墨本身是具有良好導(dǎo)電性的材質(zhì)，但因簇之間的電傳導(dǎo) 處于不佳的堆疊狀態(tài)，因此其結(jié)果是作為電阻層發(fā)揮作用。并且，氮化膜也作為電阻層發(fā)揮 作用。并且，作為電子放射元件的表面的金屬層上含有金、銀、鎢、鈦、鋁、鈀中的至少一 種，因這些物質(zhì)的功函數(shù)較低，因此可使通過電子加速層產(chǎn)生的電子高效通過，使高能量的 電子更多地放射到電子放射元件外。本發(fā)明的一種電子放射裝置，其特征在于，具有上述任一個(gè)電子放射元件；向上 述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓的電源部。其中，從電源部提供的電壓可以是直流電壓，但通過使用脈沖波形的電壓，連續(xù)驅(qū) 動(dòng)時(shí)的電子放射特性進(jìn)一步穩(wěn)定。其原因如下所述。具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電子放射元件通過再結(jié)晶的電子輸送劑，電流變得極易 流動(dòng)。薄膜電極如上所述，即使層疊非晶碳膜或氮化膜和金屬膜而形成，也就是說即使在電 子加速層和金屬膜之間具有作為電阻層發(fā)揮作用的非晶碳膜或氮化膜，也無法避免長(zhǎng)時(shí)間 連續(xù)驅(qū)動(dòng)造成的元件內(nèi)電流的增力口。施加直流電壓時(shí)的元件內(nèi)電流的增加是由于在電流路 徑中作為電阻成分作用的部分逐漸破壞造成的，最終引起元件短路，電子放射的中斷。為了 抑制這種元件內(nèi)電流的增加，通過使施加電壓為脈沖波形的電壓，可抑制作為電流路徑中 的電阻成分發(fā)揮作用的部分破壞。如上所述，通過電子放射元件的結(jié)構(gòu)的改善及施加電壓波形的變更，可提供一種 可通過低壓進(jìn)行穩(wěn)定的電子放射的電子放射裝置。進(jìn)一步，使用本發(fā)明的電子放射裝置構(gòu)成的自發(fā)光設(shè)備、圖像顯示裝置、送風(fēng)裝 置、冷卻裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子束固化裝置也在本發(fā)明的范疇內(nèi)。本發(fā)明的一種電子放射元件的制造方法，該電子放射元件在相對(duì)的電極基板和薄 膜電極之間具有電子加速層，通過向上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓，在上述 電子加速層中使電子加速，從上述薄膜電極放射上述電子，上述電子放射元件的制造方法 的特征在于，包括電子加速層形成步驟，將微粒分散溶液涂布到上述電極基板上，形成上 述電子加速層，上述微粒分散溶液通過將絕緣體微粒、導(dǎo)電微粒及結(jié)晶性電子輸送劑分散 到溶劑中而形成；薄膜電極形成步驟，在上述電子加速層上形成上述薄膜電極；以及結(jié)晶 化步驟，使上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。通過上述制造方法，可低價(jià)地制造出使用壽命長(zhǎng)且以低施加電壓可進(jìn)行足夠量的 電子放射的電子放射元件。并且在上述結(jié)晶化步驟中，使上述結(jié)晶性電子輸送劑在上述電子加速層內(nèi)外結(jié)晶 為針狀。上述發(fā)明的具體說明中的各具體實(shí)施方式
及實(shí)施例僅用于明確本發(fā)明的技術(shù)內(nèi) 容，不應(yīng)限于該具體例作狹義的解釋，在本發(fā)明的精神及權(quán)利要求范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種變更 來實(shí)施。并且，即使在本說明書所示的數(shù)值范圍以外，如是不脫離本發(fā)明主旨的合理范圍， 當(dāng)然也包括在本發(fā)明中。本發(fā)明涉及的電子放射元件可確保電導(dǎo)通而流動(dòng)充足的元件內(nèi)電流，并從薄膜電 極放射彈道電子。因此，例如適用于電子照相方式的復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)等圖像形成裝 置的帶電裝置，電子束固化裝置、或與發(fā)光體組合的圖像顯示裝置，或通過利用由放射的電子產(chǎn)生的離子風(fēng)而用于冷卻裝置等。
權(quán)利要求
1.一種電子放射元件，在相對(duì)的電極基板和薄膜電極之間具有電子加速層，向上述電 極基板和上述薄膜電極之間施加電壓時(shí)，在上述電子加速層中使電子加速，從上述薄膜電 極放射上述電子，上述電子放射元件的特征在于，上述電子加速層含有導(dǎo)電微粒，由導(dǎo)電體構(gòu)成，抗氧化力強(qiáng)；絕緣體微粒，平均徑大 于上述導(dǎo)電微粒的平均徑；以及結(jié)晶性電子輸送劑， 上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子放射元件，其特征在于，上述結(jié)晶性電子輸送劑在上述電子加速層的厚度方向上貫穿上述電子加速層并結(jié)晶化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于， 上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化為針狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于，上述結(jié)晶性電子輸送劑可溶于分散有上述絕緣體微粒和導(dǎo)電微粒的分散溶液，并且使 用含有上述結(jié)晶性電子輸送劑的上述分散溶液形成上述電子加速層后，上述結(jié)晶性電子輸 送劑再結(jié)晶化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于，形成上述導(dǎo)電微粒的導(dǎo)電體含有金、銀、白金、鈀及鎳中的至少一種，其平均徑為3 IOnm0
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于， 上述絕緣體微粒的平均粒徑為10 200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于， 上述結(jié)晶性電子輸送劑是聯(lián)苯醌。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于， 上述電子加速層的層厚是300 lOOOnm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于，上述絕緣體微粒含有Si02、Al2O3及TiO2中的至少一種或有機(jī)聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件，其特征在于，上述薄膜電極從與上述電子加速層接觸的一側(cè)開始依次層疊電阻層和金屬層而成，上 述電阻層限制在元件內(nèi)流動(dòng)的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子放射元件，其特征在于， 上述電阻層由非晶碳膜或氮化膜構(gòu)成，上述金屬層含有金、銀、鎢、鈦、鋁及鈀中的至少一種。
12.一種電子放射裝置，其特征在于，具有 權(quán)利要求1或2所述的電子放射元件；和電源部，向該電子放射元件中的上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子放射裝置，其特征在于， 由上述電源部施加的電壓是脈沖波形的電壓。
14.一種自發(fā)光設(shè)備，其特征在于，具有權(quán)利要求12所述的電子放射裝置和發(fā)光體，從該電子放射裝置放射電子并使該發(fā)光體發(fā)光。
15.一種圖像顯示裝置，其特征在于， 具有權(quán)利要求14所述的自發(fā)光設(shè)備。
16.一種送風(fēng)裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求12所述的電子放射裝置，從該電子放射裝置放射電子并送風(fēng)。
17.—種冷卻裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求12所述的電子放射裝置，從該電子放射裝置放射電子并冷卻被冷卻體。
18.—種帶電裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求12所述的電子放射裝置，從該電子放射裝置放射電子并使感光體帶電。
19.一種圖像形成裝置，其特征在于， 具有權(quán)利要求18所述的帶電裝置。
20.一種電子束固化裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求12所述的電子放射裝置，從該電子放射裝置放射電子并使被固化物固化。
21.一種電子放射元件的制造方法，該電子放射元件在相對(duì)的電極基板和薄膜電極之 間具有電子加速層，通過向上述電極基板和上述薄膜電極之間施加電壓，在上述電子加速 層中使電子加速，從上述薄膜電極放射上述電子，上述電子放射元件的制造方法的特征在 于，包括電子加速層形成步驟，將微粒分散溶液涂布到上述電極基板上形成上述電子加速層， 上述微粒分散溶液通過將絕緣體微粒、導(dǎo)電微粒及結(jié)晶性電子輸送劑分散到溶劑中而形 成；薄膜電極形成步驟，在上述電子加速層上形成上述薄膜電極；以及 結(jié)晶化步驟，使上述結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子放射元件的制造方法，其特征在于，在上述結(jié)晶化步驟中，使上述結(jié)晶性電子輸送劑在上述電子加速層內(nèi)外結(jié)晶化為針狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的電子放射元件的制造方法，其特征在于，在上述薄膜電極形成步驟中，從與上述電子加速層接觸的一側(cè)開始依次層疊電阻層和 金屬層而形成上述薄膜電極，上述電阻層限制在元件內(nèi)流動(dòng)的電流。
全文摘要
一種電子放射元件及其制造方法、電子放射裝置、帶電裝置、圖像形成裝置、電子束固化裝置、自發(fā)光設(shè)備、圖像顯示裝置、送風(fēng)裝置、冷卻裝置。在本發(fā)明的電子放射元件中，設(shè)置在電極基板和薄膜電極之間的電子加速層含有導(dǎo)電微粒、平均徑比導(dǎo)電微粒的平均徑大的絕緣體微粒、結(jié)晶性電子輸送劑。該結(jié)晶性電子輸送劑結(jié)晶化。
文檔編號(hào)H01J29/00GK102136404SQ201010572959
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者井村康朗, 平川弘幸 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社