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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-21
(45)【発行日】2023-08-29
(54)【発明の名称】電子放出素子及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 1/312 20060101AFI20230822BHJP
H01J 9/02 20060101ALI20230822BHJP
【ＦＩ】
H01J1/312
H01J9/02 M
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019222302
(22)【出願日】2019-12-09
(65)【公開番号】P2021093265
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-09-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100065248
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100159385
【弁理士】
【氏名又は名称】甲斐 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100163407
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 裕輔
(74)【代理人】
【識別番号】100166936
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100174883
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 雅己
(72)【発明者】
【氏名】新川 幸治
(72)【発明者】
【氏名】岩松 正
(72)【発明者】
【氏名】辻埜 和也
(72)【発明者】
【氏名】アベシンゲ レシヤン
(72)【発明者】
【氏名】小坂 知裕
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１３６４８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２５７５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３１２７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２９８６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１２２９３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６１６６４８７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ １／３０－１／３１６
Ｈ０１Ｊ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部電極と、表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置されたシリコーン樹脂層とを備え、前記シリコーン樹脂層は、導電性微粒子を実質的に含まないように設けられ、
前記表面電極は、銀層を含み、
前記銀層は、前記シリコーン樹脂層と接触することを特徴とする電子放出素子。
【請求項2】
前記銀層は、銀スパッタ層又は銀蒸着膜である請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項3】
前記シリコーン樹脂層の厚さは、０．５μｍ以上１．２５μｍ以下であり、前記銀層の厚さは、５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の電子放出素子。
【請求項4】
前記表面電極は、前記銀層と、金層又は白金層とが積層された積層電極である請求項１～３のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項5】
前記金層の厚さ又は前記白金層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である請求項４に記載の電子放出素子。
【請求項6】
基板をさらに備え、前記下部電極は、前記基板上に配置され、
前記シリコーン樹脂層は、前記下部電極上に配置され、
前記表面電極は、前記シリコーン樹脂層上に配置された請求項１～５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項7】
下部電極上にシリコーン樹脂層を形成する工程と、前記シリコーン樹脂層上に前記シリコーン樹脂層と接触するように銀層を形成する工程とを備え、
前記シリコーン樹脂層を形成する工程は、実質的に銀粒子を含まないシリコーン樹脂コーティング剤を前記下部電極上にコーティングする工程を含む電子放出素子の製造方法。
【請求項8】
前記銀層を形成する工程は、スパッタリング法又は蒸着法を用いて前記銀層を形成する工程である請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子放出素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電極基板と表面電極との間に中間層を設けた電子放出素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。中間層には、銀ナノ粒子を含むシリコーン樹脂層が用いられている。
この電子放出素子では、２つの電極間に電圧を印加することにより発生させた電界により中間層に電流を流す。この際に電子の一部が表面電極を通過し大気中などに放出される。このような電子放出素子は、感光体を帯電する帯電装置、発光デバイスなどとして利用することができる。
この電子放出素子では、２つの電極間に電圧を印加することにより発生させた電界により中間層に電流を流す。この際に電子の一部が表面電極を通過し大気中などに放出される。このような電子放出素子は、感光体を帯電する帯電装置、発光デバイスなどとして利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１３６４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の電子放出素子では、中間層内において銀ナノ粒子が凝集し凝集体となる場合がある。この凝集体は、素子内電流のリークパスとなり、電子放出素子の突発的な機能停止や電子放出素子の低寿命化の原因となる場合がある。また、従来の電子放出素子では、銀ナノ粒子が中間層に均一に分散されないため、表面電極の電子放出領域において、電子放出量の多い領域と少ない領域とが生じていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有する電子放出素子を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有する電子放出素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、下部電極と、表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置されたシリコーン樹脂層とを備え、前記表面電極は銀層を含み、前記銀層は前記シリコーン樹脂層と接触することを特徴とする電子放出素子を提供する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、銀層がシリコーン樹脂層に接触するため、シリコーン樹脂層が導電性微粒子を含まない場合でも電子放出素子から電子を放出させることができる。このことは、本願発明者等が行った実験により明らかになった。
本発明の電子放出素子ではシリコーン樹脂層に導電性微粒子を分散させる必要がないため、シリコーン樹脂層において導電性微粒子が凝集したり偏析したりしない。このため、素子が突発的に機能停止することを抑制することができる、さらに電子放出面を均一に有効利用することができ、電子放出素子をロングライフ化することが可能である。
本発明の電子放出素子ではシリコーン樹脂層に導電性微粒子を分散させる必要がないため、シリコーン樹脂層において導電性微粒子が凝集したり偏析したりしない。このため、素子が突発的に機能停止することを抑制することができる、さらに電子放出面を均一に有効利用することができ、電子放出素子をロングライフ化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態の電子放出素子の概略上面図である。
【図3】本発明の一実施形態の電子放出装置の概略断面図である。
【図4】素子１のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図5】素子４のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図6】素子５のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図7】素子６のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図8】素子７のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図9】素子８のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図10】素子９のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図11】素子１０のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフである。
【図12】素子４についてのエージング実験の測定結果を示すグラフである。
【図13】素子１０についてのエージング実験の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の電子放出素子は、下部電極と、表面電極と、前記下部電極と前記表面電極との間に配置されたシリコーン樹脂層とを備え、前記表面電極は銀層を含み、前記銀層は前記シリコーン樹脂層と接触する。
【0009】
前記銀層は銀スパッタ層又は銀蒸着膜であることが好ましい。このことにより、銀層の厚さをナノレベルで制御することが可能になる。
前記シリコーン樹脂層の厚さは０．５μｍ以上１．２５μｍ以下であることが好ましく、前記銀層の厚さは、５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子が優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有することができる。
前記表面電極は、銀層と、金層又は白金層とが積層された積層電極であることが好ましい。このことにより、電子放出素子の電子放出特性及び寿命特性を向上させることができる。
前記シリコーン樹脂層の厚さは０．５μｍ以上１．２５μｍ以下であることが好ましく、前記銀層の厚さは、５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子が優れた電子放出特性及び優れた寿命特性を有することができる。
前記表面電極は、銀層と、金層又は白金層とが積層された積層電極であることが好ましい。このことにより、電子放出素子の電子放出特性及び寿命特性を向上させることができる。
【0010】
前記金層の厚さ又は前記白金層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子の電子放出特性及び寿命特性を向上させることができる。
前記下部電極は基板上に配置され、前記シリコーン樹脂層は下部電極上に配置され、前記表面電極はシリコーン樹脂層上に配置されることが好ましい。このことにより、電子放出素子の電子放出面の表面粗さを小さくすることができ、電子放出素子の寿命特性を向上させることができる。
前記下部電極は基板上に配置され、前記シリコーン樹脂層は下部電極上に配置され、前記表面電極はシリコーン樹脂層上に配置されることが好ましい。このことにより、電子放出素子の電子放出面の表面粗さを小さくすることができ、電子放出素子の寿命特性を向上させることができる。
【0011】
本発明は、下部電極上にシリコーン樹脂層を形成する工程と、前記シリコーン樹脂層上にシリコーン樹脂層と接触するように銀層を形成する工程とを備える電子放出素子の製造方法も提供する。前記シリコーン樹脂層を形成する工程は、実質的に銀粒子を含まないシリコーン樹脂コーティング剤を下部電極上にコーティングする工程を含む。
前記銀層を形成する工程は、スパッタリング法又は蒸着法を用いて前記銀層を形成する工程であることが好ましい。
前記銀層を形成する工程は、スパッタリング法又は蒸着法を用いて前記銀層を形成する工程であることが好ましい。
【0012】
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【0013】
第１実施形態
図１は本実施形態の電子放出素子の概略上面図であり、図２は図１の破線Ａ－Ａにおける電子放出素子の概略断面図である。
本実施形態の電子放出素子２０は、下部電極３と、表面電極５と、下部電極３と表面電極５との間に配置されたシリコーン樹脂層４とを備え、表面電極５は銀層６を含み、銀層６はシリコーン樹脂層４と接触する。
本実施形態の電子放出素子２０は、電子放出素子２０の電子放出領域を定める開口を有する絶縁層８を有することができる。
図１は本実施形態の電子放出素子の概略上面図であり、図２は図１の破線Ａ－Ａにおける電子放出素子の概略断面図である。
本実施形態の電子放出素子２０は、下部電極３と、表面電極５と、下部電極３と表面電極５との間に配置されたシリコーン樹脂層４とを備え、表面電極５は銀層６を含み、銀層６はシリコーン樹脂層４と接触する。
本実施形態の電子放出素子２０は、電子放出素子２０の電子放出領域を定める開口を有する絶縁層８を有することができる。
【0014】
電子放出素子２０は、表面電極５の電子放出領域から空気中、気体中、減圧雰囲気中などに電子を放出する素子である。電子放出領域から放出された電子は空気中、気体中、減圧雰囲気中などにおいて気体を帯電させ陰イオンを発生させる。電子放出素子２０は、イオン生成装置、イオン移動度分析装置、細胞刺激装置、被対象物をマイナスに帯電させる帯電装置、被硬化物を硬化させる電子線硬化装置、送風装置、冷却装置、発光体を発光させる自発光デバイスなどに用いることができる。
【0015】
下部電極３は、シリコーン樹脂層４の下側に位置する電極である。下部電極３は、金属板であってもよく、基板２上に設けられた金属層又は導電体層であってもよい。
下部電極３が金属板からなる場合、この金属板は電子放出素子２０の基板であってもよい。下部電極３は、例えば、アルミニウム板、ステンレス鋼板、ニッケル板などである。下部電極の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３が金属板からなる場合、この金属板は電子放出素子２０の基板であってもよい。下部電極３は、例えば、アルミニウム板、ステンレス鋼板、ニッケル板などである。下部電極の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
【0016】
下部電極３が基板２上に設けられる場合、基板２は、例えば、ガラス基板、セラミックス基板などである。基板２の厚さは、例えば２００μｍ以上２ｍｍ以下である。
下部電極３は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき、ＣＶＤ法などにより基板２上に形成することができる。下部電極３は、単層電極であってもよく、積層電極であってもよい。下部電極３は、例えば、アルミニウム層、金層、銅層などを含むことができる。また、下部電極３は、ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ積層電極であってもよい。下部電極３の厚さは、例えば２００ｎｍ以上１μｍ以下である。
下部電極３は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき、ＣＶＤ法などにより基板２上に形成することができる。下部電極３は、単層電極であってもよく、積層電極であってもよい。下部電極３は、例えば、アルミニウム層、金層、銅層などを含むことができる。また、下部電極３は、ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ積層電極であってもよい。下部電極３の厚さは、例えば２００ｎｍ以上１μｍ以下である。
【0017】
絶縁層８は、下部電極３上又は基板２上に設けられる絶縁体からなる層である。また、絶縁層８は省略することも可能である。
絶縁層８は、電子放出素子２０の電子放出領域を定める開口を有する。開口は、円形であってもよく、方形であってもよい。例えば、下部電極３がアルミニウム基板である場合、絶縁層８は、アルミニウム基板の酸化皮膜であってもよい。
絶縁層８は、電子放出素子２０の電子放出領域を定める開口を有する。開口は、円形であってもよく、方形であってもよい。例えば、下部電極３がアルミニウム基板である場合、絶縁層８は、アルミニウム基板の酸化皮膜であってもよい。
【0018】
例えば、基板２上に下部電極３を設けている場合、絶縁層８は、例えば、窒化シリコン層、酸化シリコン層、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム層などである。絶縁層８の厚さは、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下である。電子放出領域を定める開口が円形である場合、開口の直径は例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。開口が方形である場合、開口の一辺の長さは、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。絶縁層８は、例えば、ＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。このことにより、絶縁層８の厚さのばらつきを抑制することができ（算術平均粗さＲａ：０．０１未満）、電子放出素子２０の電子放出特性及び寿命特性を向上させることができる。
【0019】
シリコーン樹脂層４は、下部電極３上に設けられる。また、シリコーン樹脂層４は、下部電極３と接触するように設けることができる。シリコーン樹脂層４は、表面電極５と下部電極３との電位差により形成される電界により電流が流れる層である。
シリコーン樹脂層４は、絶縁層８の開口中に設けることができる。このことにより、絶縁層８の開口と重なるシリコーン樹脂層４の領域にだけ電流が流れることができ、絶縁層８の開口と重なる表面電極５の領域から電子を放出させることができる。従って、絶縁層８の開口により表面電極５の電子放出領域を定めることができる。
シリコーン樹脂層４は、絶縁層８の開口中に設けることができる。このことにより、絶縁層８の開口と重なるシリコーン樹脂層４の領域にだけ電流が流れることができ、絶縁層８の開口と重なる表面電極５の領域から電子を放出させることができる。従って、絶縁層８の開口により表面電極５の電子放出領域を定めることができる。
【0020】
シリコーン樹脂層４は、導電性微粒子を実質的に含まないように設けることができる。このことにより、シリコーン樹脂層４において導電性微粒子が凝集したり偏析したりしない。このため、電子放出素子２０が突発的に機能停止することを抑制することができる、さらに表面電極５の電子放出面を均一に有効利用することができ、電子放出素子２０をロングライフ化することが可能である。
シリコーン樹脂層４の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１．２５μｍ以下とすることができる。このことにより、下部電極３と表面電極５との間に比較的低い電圧を印加して電子放出素子２０から電子を放出させることができ、かつ、電子放出素子２０の寿命特性を向上させることができる。
シリコーン樹脂層４の厚さは、例えば、０．５μｍ以上１．２５μｍ以下とすることができる。このことにより、下部電極３と表面電極５との間に比較的低い電圧を印加して電子放出素子２０から電子を放出させることができ、かつ、電子放出素子２０の寿命特性を向上させることができる。
【0021】
シリコーン樹脂層４は、例えば、導電性微粒子を実質的に含まないシリコーン樹脂コーティング剤を下部電極３上に塗布し（例えば、スピンコーティング）、コーティング剤を硬化させることにより形成することができる。例えばメチル系シリコーン樹脂を含むコーティング剤をシリコーン樹脂層の形成に用いることができる。
【0022】
表面電極５は、電子放出素子２０の表面に位置する電極であり、シリコーン樹脂層４上に配置される。表面電極５は銀層６を含む。表面電極５は、銀層６からなる単層電極であってもよく、銀層６と金属層７とを含む積層電極であってもよい。
表面電極５は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。表面電極５は、複数の開口、すき間などを有してもよい。シリコーン樹脂層４を流れた電子がこの開口、すき間などを通過することができ、表面電極５の電子放出領域から電子を放出することができる。このような開口、すき間などは、下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すること（フォーミング処理、初期電圧印加）により形成することができる。
表面電極５は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。表面電極５は、複数の開口、すき間などを有してもよい。シリコーン樹脂層４を流れた電子がこの開口、すき間などを通過することができ、表面電極５の電子放出領域から電子を放出することができる。このような開口、すき間などは、下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すること（フォーミング処理、初期電圧印加）により形成することができる。
【0023】
表面電極５に含まれる銀層６は、シリコーン樹脂層４と接触する。このため、電子放出素子２０から電子を放出させることが可能になる。このことは、本発明者等が行った実験により明らかになった。
シリコーン樹脂層４が導電性微粒子を含まない場合であっても、銀層６をシリコーン樹脂層４と接触するように設けることにより、電子放出素子２０から電子が放出される電子放出メカニズムは明らかになっていない。
シリコーン樹脂層４が導電性微粒子を含まない場合であっても、銀層６をシリコーン樹脂層４と接触するように設けることにより、電子放出素子２０から電子が放出される電子放出メカニズムは明らかになっていない。
【0024】
銀層６は、銀スパッタ層又は銀蒸着膜であることが好ましい。このことにより、銀層６の厚さをナノレベルで制御することができる。銀スパッタ層はスパッタリングにより成膜された銀層であり、銀蒸着膜は蒸着により成膜された銀層である。スパッタリング又は蒸着により銀層６を形成する際、銀層６がシリコーン樹脂層４に接触するように銀層６が形成される。
銀層６の厚さは、５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子２０の電子放出量を多くすることができる。
銀層６の厚さは、５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子２０の電子放出量を多くすることができる。
【0025】
表面電極５は、銀層６と、金属層７とが積層された積層電極であることが好ましい。金属層７は金層又は白金層とすることができる。また、金層の厚さ又は白金層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。このことにより、電子放出素子２０の電子放出量を多くすることができ、かつ、電子放出素子２０の寿命特性を向上させることができる。
【0026】
第２実施形態
図３は、本実施形態の電子放出装置の概略断面図である。図３には電子放出装置の電気的構成を示す回路図も示している。
本実施形態の電子放出装置２５は、電子放出素子２０と、電界形成用電極１３と、電源部１４ａ、１４ｂとを備える。電源部１４ａは下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加するように設けられ、電源部１４ｂは電子放出素子２０と電界形成用電極１３との間に電圧を印加するように設けられる。
また、電子放出装置２５は、下部電極３と表面電極５との間に流れる電流を計測するように設けられた電流計１５ａ、又は電子放出素子２０から放出された電子又はこの電子から生成されたイオンが電界形成用電極１３へ到達することにより流れる電流を計測するように設けられた電流計１５ｂを備えることができる。
図３は、本実施形態の電子放出装置の概略断面図である。図３には電子放出装置の電気的構成を示す回路図も示している。
本実施形態の電子放出装置２５は、電子放出素子２０と、電界形成用電極１３と、電源部１４ａ、１４ｂとを備える。電源部１４ａは下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加するように設けられ、電源部１４ｂは電子放出素子２０と電界形成用電極１３との間に電圧を印加するように設けられる。
また、電子放出装置２５は、下部電極３と表面電極５との間に流れる電流を計測するように設けられた電流計１５ａ、又は電子放出素子２０から放出された電子又はこの電子から生成されたイオンが電界形成用電極１３へ到達することにより流れる電流を計測するように設けられた電流計１５ｂを備えることができる。
【0027】
電子放出素子２０については第１実施形態で説明したため、ここでは省略する。
電界形成用電極１３は、電子放出素子２０の表面電極５と電界形成用電極１３との間に電界を形成するための電極である。電界形成用電極１３及び電源部１４ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３の方向へ移動するような電界を形成するように設けられる。また、電流計１５ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３に到達することにより生じる電流を計測するように設けられる。
電界形成用電極１３は、電子放出素子２０の表面電極５と電界形成用電極１３との間に電界を形成するための電極である。電界形成用電極１３及び電源部１４ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３の方向へ移動するような電界を形成するように設けられる。また、電流計１５ｂは、表面電極５から放出された電子又はこの電子により生成されたイオンが電界形成用電極１３に到達することにより生じる電流を計測するように設けられる。
【0028】
電子放出装置２５の動作の一例について説明する。
電源部１４ａにより下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すると、下部電極３と表面電極５との間のシリコーン樹脂層４に電界が形成され、この電界により下部電極３の電子が表面電極５へ向かってシリコーン樹脂層４を流れる（電流Ｉｄ）。そして、表面電極５に到達した電子の一部が表面電極５の開口などを通過し、電子放出素子２０の外部へと放出される。表面電極５から放出された電子は、電界形成用電極１３により形成される電界により電界形成用電極１３に向かって移動する。また、放出された電子は、大気中の酸素分子などをイオン化し、酸素イオンを生成する。この酸素イオンは電界により電界形成用電極１３にまで到達し、電荷を電界形成用電極１３へ受け渡す。このためで電界形成用電極１３の電位が変化し、電流Ｉｅが流れる。電流Ｉｅは、電子放出素子２０から放出された電子の量を表す。
電源部１４ａにより下部電極３と表面電極５との間に電圧を印加すると、下部電極３と表面電極５との間のシリコーン樹脂層４に電界が形成され、この電界により下部電極３の電子が表面電極５へ向かってシリコーン樹脂層４を流れる（電流Ｉｄ）。そして、表面電極５に到達した電子の一部が表面電極５の開口などを通過し、電子放出素子２０の外部へと放出される。表面電極５から放出された電子は、電界形成用電極１３により形成される電界により電界形成用電極１３に向かって移動する。また、放出された電子は、大気中の酸素分子などをイオン化し、酸素イオンを生成する。この酸素イオンは電界により電界形成用電極１３にまで到達し、電荷を電界形成用電極１３へ受け渡す。このためで電界形成用電極１３の電位が変化し、電流Ｉｅが流れる。電流Ｉｅは、電子放出素子２０から放出された電子の量を表す。
【0029】
下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧は、２５Ｖ以下であることが好ましい。このことにより、オゾンやＮＯｘが生成することを抑制することができる。また、下部電極３と表面電極５との間に流す電流はＰＷＭ回路を用いて調節することができる。
【0030】
第１電子放出実験
表面電極５が銀層単層である素子１、表面電極５が金層単層である素子２及び表面電極５がＰｔ層単層である素子３を作製した。素子構造は、表面電極５を単層としたこと以外は図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。
基板２には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（２０ｍｍ×２４ｍｍ）を用いた。下部電極３は、ＭｏＮ層（１００ｎｍ）／Ａｌ層（２００ｎｍ）／ＭｏＮ層（５０ｎｍ）で表される積層電極とした。下部電極３はスパッタリング法又はＣＶＤ法により形成した。絶縁層８はＳｉＮ層とした。また、絶縁層８の開口の直径は１６ｍｍとした。ＳｉＮ層はＣＶＤ法により形成した。また、下部電極３及び絶縁層８のパターン形成にはフォトリソグラフィ法を用いた。
シリコーン樹脂層４は、メチル系シリコーン樹脂を含むコーティング剤（導電性微粒子を含まない）を絶縁層８の開口中（下部電極３の上）にスピンコーティング法により塗布し、塗布層を硬化させることにより形成した。表面電極５はスパッタリングにより形成した。
表面電極５が銀層単層である素子１、表面電極５が金層単層である素子２及び表面電極５がＰｔ層単層である素子３を作製した。素子構造は、表面電極５を単層としたこと以外は図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。
基板２には、厚さ０．７ｍｍのガラス基板（２０ｍｍ×２４ｍｍ）を用いた。下部電極３は、ＭｏＮ層（１００ｎｍ）／Ａｌ層（２００ｎｍ）／ＭｏＮ層（５０ｎｍ）で表される積層電極とした。下部電極３はスパッタリング法又はＣＶＤ法により形成した。絶縁層８はＳｉＮ層とした。また、絶縁層８の開口の直径は１６ｍｍとした。ＳｉＮ層はＣＶＤ法により形成した。また、下部電極３及び絶縁層８のパターン形成にはフォトリソグラフィ法を用いた。
シリコーン樹脂層４は、メチル系シリコーン樹脂を含むコーティング剤（導電性微粒子を含まない）を絶縁層８の開口中（下部電極３の上）にスピンコーティング法により塗布し、塗布層を硬化させることにより形成した。表面電極５はスパッタリングにより形成した。
【0031】
作製した素子１、２又は３を用いて図３に示したような電子放出装置２５を形成し、素子１～３にフォーミング処理を施した。また、フォーミング処理中に電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅを計測した。フォーミング処理は室温環境（Ｒ／Ｒ環境、気温２０℃～２５℃、相対湿度２５％～４５％）下で行った。
フォーミング処理では、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを０Ｖから２５Ｖまで昇圧速度０．１Ｖ／secで変化させ、２５Ｖに達すると、電圧Ｖｄを０Ｖにした。このような印加電圧Ｖｄの変化を３回繰り返した。
フォーミング処理では、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを０Ｖから２５Ｖまで昇圧速度０．１Ｖ／secで変化させ、２５Ｖに達すると、電圧Ｖｄを０Ｖにした。このような印加電圧Ｖｄの変化を３回繰り返した。
【0032】
作製した素子１～３のシリコーン樹脂の厚さ、表面電極の種類、表面電極の厚さ、電子放出の有無を表１に示す。また、素子１のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフを図４に示す。
素子１では、電流Ｉｅの増加が計測され、電子放出が確認された。しかし、素子２、３では、電流Ｉｅの増加が計測されず、電子放出は確認されなかった。
素子１では、電流Ｉｅの増加が計測され、電子放出が確認された。しかし、素子２、３では、電流Ｉｅの増加が計測されず、電子放出は確認されなかった。
【0033】
【表1】
【0034】
これらの結果から、シリコーン樹脂層４が導電性微粒子を含まない場合であっても、銀層をシリコーン樹脂層に接触するように設けることにより、電子放出素子から電子を放出させることができることがわかった。
素子１では表面電極から電子が放出され、素子２、３では表面電極から電子が放出されない理由は明らかになっていない。
素子１では表面電極から電子が放出され、素子２、３では表面電極から電子が放出されない理由は明らかになっていない。
【0035】
第２電子放出実験
第２電子放出実験では、表面電極５を銀層６と金属層７の積層電極とした素子４～１０を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、金属層７を銀層６上に配置した。
素子４の金属層は金層であり、素子５の金属層はチタン層であり、素子６の金属層はタングステン層であり、素子７の金属層はアルミニウム層であり、素子８の金属層は銅層であり、素子９の金属層はクロム層であり、素子１０の金属層は白金層である。
素子４～１０において、シリコーン樹脂層４の厚さは０．５μｍであり、銀層の厚さは１０ｎｍであり、金属層の厚さは１０ｎｍである。銀層及び金属層はスパッタリング法により形成した。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１電子放出実験と同様である。
第２電子放出実験では、表面電極５を銀層６と金属層７の積層電極とした素子４～１０を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、金属層７を銀層６上に配置した。
素子４の金属層は金層であり、素子５の金属層はチタン層であり、素子６の金属層はタングステン層であり、素子７の金属層はアルミニウム層であり、素子８の金属層は銅層であり、素子９の金属層はクロム層であり、素子１０の金属層は白金層である。
素子４～１０において、シリコーン樹脂層４の厚さは０．５μｍであり、銀層の厚さは１０ｎｍであり、金属層の厚さは１０ｎｍである。銀層及び金属層はスパッタリング法により形成した。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１電子放出実験と同様である。
【0036】
作製した素子４～１０を用いて図３に示したような電子放出装置２５を作製し、素子４～１０にフォーミング処理を施した。また、フォーミング処理中に電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅを計測した。フォーミング処理の方法は第１電子放出実験と同様である。
また、素子４、１０を長時間駆動させるエージング実験を行った。エージング実験では、電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅが目標値１．２×１０-6Ａとなるように、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを変化させた。また、下部電極３と表面電極５との間に流す電流はＰＷＭ制御により調節した（デューティ比：５０％一定）。エージング実験は室温環境（Ｒ／Ｒ環境、気温２０℃～２５℃、相対湿度２５％～４５％）下で行った。
また、素子４、１０を長時間駆動させるエージング実験を行った。エージング実験では、電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流Ｉｅが目標値１．２×１０-6Ａとなるように、下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧Ｖｄを変化させた。また、下部電極３と表面電極５との間に流す電流はＰＷＭ制御により調節した（デューティ比：５０％一定）。エージング実験は室温環境（Ｒ／Ｒ環境、気温２０℃～２５℃、相対湿度２５％～４５％）下で行った。
【0037】
素子４～１０のフォーミング処理中の電流Ｉｅの変化を示したグラフを図５～図１１に示す。図５～図１１において、forming01～forming03で示した曲線は、フォーミング処理の各昇圧における電流Ｉｅの変化を示している。また、素子４、１０のエージング実験の結果を図１２、図１３に示す。図１２、１３において、Ｉｄで示した曲線は下部電極３と表面電極５との間に流れた電流の変化を示す曲線であり、Ｉｅで示した曲線は電子放出素子から電子が放出されることにより生じる電流の変化を示す曲線であり、ηで示した曲線は電子放出効率の変化を示す曲線であり、Ｖｄで示した曲線は下部電極３と表面電極５との間に印加する電圧の変化を示す曲線である。
【0038】
図５～図１１に示した計測結果から素子４～１０のすべての素子で電流Ｉｅの上昇が計測されることがわかった。このことから、シリコーン樹脂層４が導電性微粒子を含まず表面電極５を積層電極とした場合であっても、銀層をシリコーン樹脂層に接触するように設けることにより、電子放出素子から電子を放出させることができることがわかった。さらに、素子４（銀層＋金層）の電子放出量及び素子１０（銀層＋白金層）の電子放出量が多くなることがわかった。また、素子１（銀層単層）に比べて、素子４、１０は優れた電子放出特性を有することがわかった。
また、図１２、図１３に示したエージング実験の測定結果から、素子４の目標放出量維持時間は約１６時間であり、素子１０の目標放出量維持時間は約１８０時間であることがわかった。このことから、素子４及び素子１０は、すぐれた寿命特性を有することがわかった。
また、図１２、図１３に示したエージング実験の測定結果から、素子４の目標放出量維持時間は約１６時間であり、素子１０の目標放出量維持時間は約１８０時間であることがわかった。このことから、素子４及び素子１０は、すぐれた寿命特性を有することがわかった。
【0039】
第３電子放出実験
第３電子放出実験では、表面電極５に銀層６と金層の積層電極とした素子１１～１９を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、金層を銀層６上に配置した。
素子１１～１９についてのシリコーン樹脂層４の厚さ、銀層の厚さおよび金層の厚さを表２に示す。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１又は第２電子放出実験と同様である。
第３電子放出実験では、表面電極５に銀層６と金層の積層電極とした素子１１～１９を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、金層を銀層６上に配置した。
素子１１～１９についてのシリコーン樹脂層４の厚さ、銀層の厚さおよび金層の厚さを表２に示す。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１又は第２電子放出実験と同様である。
【0040】
作製した素子１１～１９を用いて図３に示したような電子放出装置２５を作製し、素子１１～１９を長時間駆動させるエージング実験を行った。エージング実験の方法は第２電子放出実験と同様である。実験結果を表２に示す。表２には素子４のエージング実験の結果も合わせて示している。
【0041】
【表2】
【0042】
これらの結果から素子４、１１～１４、１６～１８では、目標放出量維持時間が１０時間以上となることがわかった。特に、素子１１、１２では目標放出量維持時間が４００時間を超えた。従って、表面電極５を銀層と金層の積層電極とすることにより電子放出素子が優れた電子放出特性を有することがわかった。
また、これらの結果からシリコーン樹脂層４の厚さは０．５μｍ以上１．２５μｍ以下であることが好ましく、銀層６の厚さは５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましく、金層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましいことがわかった。また、シリコーン樹脂層４の厚さを０．５μｍ以下としたとき銀層６の厚さを３０ｎｍより小さくすることが好ましいことがわかった。
また、これらの結果からシリコーン樹脂層４の厚さは０．５μｍ以上１．２５μｍ以下であることが好ましく、銀層６の厚さは５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下であることが好ましく、金層の厚さは、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましいことがわかった。また、シリコーン樹脂層４の厚さを０．５μｍ以下としたとき銀層６の厚さを３０ｎｍより小さくすることが好ましいことがわかった。
【0043】
第４電子放出実験
第４電子放出実験では、表面電極５に銀層６と白金層の積層電極とした素子２０～２２を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、白金層を銀層６上に配置した。
素子２０～２２についてのシリコーン樹脂層４の厚さ、銀層の厚さおよび白金層の厚さを表３に示す。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１、第２又は第３電子放出実験と同様である。
第４電子放出実験では、表面電極５に銀層６と白金層の積層電極とした素子２０～２２を作製した。銀層６はシリコーン樹脂層４上に配置し、白金層を銀層６上に配置した。
素子２０～２２についてのシリコーン樹脂層４の厚さ、銀層の厚さおよび白金層の厚さを表３に示す。また、素子構造は、図１、図２に示した電子放出素子２０と同様である。その他の素子構成及び製造方法は第１、第２又は第３電子放出実験と同様である。
【0044】
作製した素子２０～２２を用いて図３に示したような電子放出装置２５を作製し、素子２０～２２を長時間駆動させるエージング実験を行った。エージング実験の方法は第２又は第３電子放出実験と同様である。実験結果を表３に示す。表３には素子１０のエージング実験の結果も合わせて示している。
これらの結果から素子１０、２０～２２では、目標放出量維持時間が９０時間以上となることがわかった。特に、素子２１、２２では目標放出量維持時間が２００時間を超えた。従って、表面電極５を銀層と白金層の積層電極とすることにより電子放出素子が優れた電子放出特性を有することがわかった。
これらの結果から素子１０、２０～２２では、目標放出量維持時間が９０時間以上となることがわかった。特に、素子２１、２２では目標放出量維持時間が２００時間を超えた。従って、表面電極５を銀層と白金層の積層電極とすることにより電子放出素子が優れた電子放出特性を有することがわかった。
【0045】
【表3】
【符号の説明】
【0046】
２：基板 ３：下部電極 ４：シリコーン樹脂層 ５：表面電極 ６：銀層 ７：金属層 ８：絶縁層 ９：表面電極端子 １０：下部電極端子 １３：電界形成用電極 １４ａ、１４ｂ：電源部 １５ａ、１５ｂ：電流計 ２０：電子放出素子 ２５：電子放出装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
