JP2002279885A - Electron emission apparatus, charging device and image forming apparatus - Google Patents
Electron emission apparatus, charging device and image forming apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子を用
いた発光素子および電子放出素子を２次元にアレイ化し
たフィールドエミッション型のディスプレイなどの電子
を放出する電子放出装置と、この電子放出装置を用いた
帯電装置および帯電装置を用いた複写機、プリンタ、フ
ァクシミリなどの画像形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron emission device for emitting electrons, such as a field emission type display in which a light emitting device using an electron emission device and an electron emission device are two-dimensionally arrayed, and the electron emission device. The present invention relates to a charging device using the charging device, and an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile using the charging device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般的にカーボンナノチューブ（以下、
ＣＮＴとする）は、グラファイト状の炭素原子面を丸め
た円筒が１個、または数〜数１０個入れ子状に配列した
繊維状構造を有し、その直径はナノメートルオーダーと
極めて小さく、軸方向の大きさ（カーボンナノチューブ
の長さ）は、μｍオーダーにも達し、非常にアスペクト
比（長さ／直径比）の大きい材料である。また、ＣＮＴ
の側面は、炭素原子のＳＰ２混成軌道のみからなるた
め、ダングリングボンドがなく化学的に安定である。ま
た、ＣＮＴは、シームレス構造であるため非常に大きな
ヤング率を持ち（Ｙ＞１Ｔｐａ）、さらにバックリング
によって応力を緩和できる特徴を有する。さらにＣＮＴ
は、カイラリティーや直径によって金属から半導体と幅
広い電気特性を有している。このようにＣＮＴは、種々
のユニークな特性を持つことから新しい炭素材料として
産業上への適用が期待されている。2. Description of the Related Art Generally, carbon nanotubes (hereinafter, referred to as carbon nanotubes)
CNT) has a fibrous structure in which one or several to several tens of graphite-like cylinders each having a rounded carbon atom surface are arranged in a nested manner. Is a material having a very large aspect ratio (length / diameter ratio), reaching the order of μm. Also, CNT
Is composed of only SP2 hybrid orbitals of carbon atoms, and is chemically stable without dangling bonds. Also, CNT has a very large Young's modulus for a seamless structure (Y> 1Tpa), further has a feature that can relieve stress by buckling. Further CNT
Includes a semiconductor and a wide range of electrical properties of a metal by chirality and diameter. Thus, since CNT has various unique characteristics, it is expected to be applied to industry as a new carbon material.
【０００３】特に、ＣＮＴの先端はナノメートルオーダ
ーの径を持つ半球状であることから、電圧印加によって
電界の集中が容易に得られ、低電圧で電界放出を実現す
ることができる。Ａ．Ｇ．Ｒｉｎｚｌｅｒ，Ｒ．Ｅ．Ｓ
ｍａｌｌｅｙらは、実験的に１本の多層カーボンナノチ
ューブ（ＭＷＮＴ）からの電界放出を報告している（Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ ２６９，１５５０（１９９５）参照）。
以上のようにＣＮＴは、低電圧での電子放出、化学的安
定性、物理的強靱性を併せ持つことから、電子放出素子
として大いに期待されており、多くの研究がなされてい
る。近年では、ＣＮＴの高密度化や配向制御が実現され
つつあり、より大きな電流が得られる電子放出素子が作
製されている。In particular, since the tip of the CNT is a hemisphere having a diameter on the order of nanometers, the concentration of an electric field can be easily obtained by applying a voltage, and the field emission can be realized at a low voltage. A. G. FIG. Rinzler, R .; E. FIG. S
Malley et al. have experimentally reported field emission from a single multi-walled carbon nanotube (MWNT) (S
science 269, 1550 (1995)).
As described above, since CNT has both electron emission at low voltage, chemical stability, and physical toughness, CNT is greatly expected as an electron-emitting device, and much research has been conducted. In recent years, densification and orientation control of CNTs have been realized, and electron-emitting devices capable of obtaining a larger current have been manufactured.
【０００４】例えば、特開平１０−１２１２４号公報に
は、陽極酸化膜中の細孔中にＣＮＴを形成することによ
り（図５参照）、ＣＮＴの高密度化を実現する、また、
細孔の開口部に引き出し電極を設けることによって、Ｃ
ＮＴから引き出された電子を効率的に細孔の外へ導くこ
とによって電子放出素子の高効率化を計る技術が開示さ
れている。また、特開平１１−１９４１３４号公報に
は、導電性表面とＣＮＴの結合部を障壁で囲むことによ
って（図６参照）、ＣＮＴの配向性を向上させ、電子放
出素子の高効率化を計る技術が開示されている。一方、
ＣＮＴの画像形成デバイスとしての応用は、山口、中山
らによって報告されている（Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏ
ｐｙ’９７要旨集ｐ２２１参照）。彼らは、ライン状電
子線源を用いて真空中での電界放出を確認し、ＣＮＴを
用いたライン状電子線源がコロナ帯電器を代換できる可
能性を示しており、さらに微小電子線源を用いて大気中
での電界放出も確認しており、直接描画の可能性を開示
している。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-12124 discloses that CNTs are formed in pores in an anodic oxide film (see FIG. 5) to realize high density of CNTs.
By providing an extraction electrode at the opening of the pore, C
There is disclosed a technique for efficiently increasing the efficiency of an electron-emitting device by efficiently guiding electrons extracted from an NT out of a pore. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-194134 discloses a technique for improving the orientation of CNTs and increasing the efficiency of the electron-emitting device by surrounding the junction between the conductive surface and the CNTs with a barrier (see FIG. 6). Is disclosed. on the other hand,
The application of CNT as an image forming device has been reported by Yamaguchi, Nakayama et al. (Japan Hardco
py'97 abstract collection p221). They confirmed the field emission in a vacuum using a linear electron beam source, and showed that the linear electron beam source using CNT could replace the corona charger. The field emission in the atmosphere was also confirmed by using, and the possibility of direct writing was disclosed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平１１−１９４１３４号公報の技術では、全て高真
空中で電界放出が行われており、低真空や大気圧中で動
作させた場合に関しては記載されていない。一般的に、
ＣＮＴからの電界放出では雰囲気中の酸素や水によって
ＣＮＴの先端が劣化することがあり、低真空や大気圧中
で動作させると電子放出素子で得られる電流が低下する
ことがある。また、真空中では低電圧で電子放出が確認
されているが、大気圧中ではＣＮＴ１本に流れる電流が
１０〜１２Ａを越えると電圧に対して一旦電流値が減少
し、その後初期の立ち上がりが再現せず、ＣＮＴが劣化
する場合がある。However, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-194134, the field emission is all performed in a high vacuum. Not listed. Typically,
In the field emission from the CNT may tip of the CNT is deteriorated by oxygen and water in the atmosphere, there is a current obtained when operating in low vacuum and atmospheric pressure in the electron-emitting device is reduced. Electron emission was confirmed at low voltage in vacuum, but in atmospheric pressure, when the current flowing through one CNT exceeded 10-12 A, the current value once decreased with respect to the voltage, and the initial rise was reproduced thereafter. Otherwise, the CNT may deteriorate.
【０００６】このように大気中では１本のＣＮＴに流せ
る電流が小さくなり、ＣＮＴを用いた画像形成デバイス
を実現するためには上述のような問題を解決する必要が
あった。ＣＮＴの密度を大きくし、ＣＮＴ１本当たりの
電流を下げることによる問題解決も考えられるが、ＣＮ
Ｔの高密度化に適した化学的気相成長法（ＣＶＤ法）に
よって作製した場合においても、全てのＣＮＴの放出開
始電圧を揃えることは不可能であり、放出開始電圧が小
さいＣＮＴに大きな電流が流れてしまい、ＣＮＴの劣化
を完全に抑制することは困難であった。As described above, the current that can flow through one CNT in the atmosphere becomes small, and it is necessary to solve the above-mentioned problems in order to realize an image forming device using the CNT. It is possible to solve the problem by increasing the density of CNT and reducing the current per CNT.
T chemical vapor deposition suitable for densification of even when produced by chemical vapor deposition (CVD), it is impossible to align the emission starting voltage of all the CNT, large current CNT discharge start voltage is small Flow, making it difficult to completely suppress the deterioration of the CNT.
【０００７】そこで、本発明の第１の目的は、カーボン
ナノチューブを用いた電子放出素子において、大気圧中
でも素子の劣化がなく、低電圧でかつ安定した電子放出
能を有する電子放出装置、帯電装置および画像形成装置
を提供することである。本発明の第２の目的は、カーボ
ンナノチューブを用いた電子放出素子を帯電器として利
用することによって、大気圧中でも安定で、低電圧動
作、オゾンやＮＯｘの発生の少ない電子放出装置、帯電
装置および画像形成装置を提供することである。本発明
の第３の目的は、オゾンやＮＯｘを発生させないで、良
好な画像を安定して得ることができる電子放出装置、帯
電装置および画像形成装置を提供することである。Accordingly, a first object of the present invention is to provide an electron-emitting device using carbon nanotubes, which does not deteriorate even at atmospheric pressure, has a low voltage and has stable electron-emitting capability, and a charging device. and to provide an image forming apparatus. A second object of the present invention is to use an electron-emitting device using carbon nanotubes as a charger, so that the electron-emitting device is stable even at atmospheric pressure, operates at a low voltage, generates less ozone and NOx, a charging device, and it is to provide an image forming apparatus. A third object of the present invention is to provide an electron emission device, a charging device, and an image forming device capable of stably obtaining a good image without generating ozone or NOx.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、石英、ガラス、セラミックス、金属、シリコン基板
などによって構成される支持体と、前記支持体の片面上
に金属または合金を成膜することにより形成されたエミ
ッタ電極と、前記エミッタ電極上に所定の間隔で設置さ
れた複数のアルミニウム膜を硫酸、過塩素酸などの酸中
で陽極化することにより形成された複数の陽極化膜と、
前記複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成され、前記エ
ミッタ電極と反対側に開口部を有する細孔と、前記複数
の陽極化膜の各陽極化膜間に形成された細孔内に底面が
前記エミッタ電極に接するように設置され、電子を電界
放出するカーボンナノチューブと、前記細孔の開口部を
被覆する引き出し電極と、を備え、前記カーボンナノチ
ューブは、前記エミッタ電極と前記陽極酸化膜と前記引
き出し電極とに囲まれていることにより、前記第１の目
的を達成する。According to the first aspect of the present invention, a support made of quartz, glass, ceramics, metal, silicon substrate, or the like, and a metal or alloy film is formed on one surface of the support. And a plurality of anodized films formed by anodizing a plurality of aluminum films provided at predetermined intervals on the emitter electrode in an acid such as sulfuric acid or perchloric acid. ,
A pore formed between the anodized films of the plurality of anodized films and having an opening on a side opposite to the emitter electrode; and a pore formed between the anodized films of the plurality of anodized films. A carbon nanotube that is disposed so that a bottom surface thereof is in contact with the emitter electrode, and that emits electrons in a field, and a lead electrode that covers an opening of the pore, wherein the carbon nanotube comprises the emitter electrode and the anodic oxide. The first object is achieved by being surrounded by the film and the extraction electrode.
【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記カーボンナノチューブから電界放出
される電子は、前記引き出し電極を貫通して外部へ放出
されることにより、前記第１の目的を達成する。請求項
３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明
において、前記引き出し電極が、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白
金）、Ｐｄ（パラジウム）などの貴金属またはその合金
によって形成されることにより、前記第１の目的を達成
する。According to the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrons emitted from the carbon nanotubes in the field are emitted to the outside through the extraction electrode, thereby achieving the first object. to achieve. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the extraction electrode is formed of a noble metal such as Au (gold), Pt (platinum), Pd (palladium), or an alloy thereof. Thereby, the first object is achieved.
【００１０】請求項４記載の発明では、請求項１、請求
項２、請求項３のうちいずれか１に記載の電子放出装置
を複数並べたことにより構成されることにより、前記第
１の目的を達成する。請求項５記載の発明では、前記複
数並べられている電子放出装置を所定数ずつのブロック
に分割し、この分割された各ブロック内の各電子放出装
置の前記エミッタ電極と導通する駆動素子をさらに備え
たことにより、前記第１の目的を達成する。According to a fourth aspect of the present invention, the first object is achieved by arranging a plurality of the electron-emitting devices according to any one of the first, second, and third aspects. To achieve. In the invention described in claim 5, the plurality of arranged electron-emitting devices are divided into a predetermined number of blocks, and a driving element that is electrically connected to the emitter electrode of each electron-emitting device in each of the divided blocks is further provided. With the provision, the first object is achieved.
【００１１】請求項６記載の発明では、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４のうちいずれか１に記載の電
子放出装置を用いた帯電装置により、前記第２の目的を
達成する。請求項７記載の発明では、請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４のうちいずれか１に記載の電子
放出装置を用いた直接描画方式の帯電装置により、前記
第２の目的を達成する。According to a sixth aspect of the present invention, the second object is achieved by a charging device using the electron emission device according to any one of the first, second, third, and fourth aspects. To achieve. According to a seventh aspect of the present invention, the second object is achieved by a direct drawing type charging device using the electron emission device according to any one of the first, second, third, and fourth aspects. To achieve.
【００１２】請求項８記載の発明では、請求項６に記載
の帯電装置を搭載した画像形成装置により、前記第３の
目的を達成する。請求項９記載の発明では、請求項７に
記載の直接描画方式の帯電装置を搭載した画像形成装置
により、前記第３の目的を達成する。According to an eighth aspect of the present invention, the third object is achieved by an image forming apparatus equipped with the charging device according to the sixth aspect. According to a ninth aspect of the present invention, the third object is achieved by an image forming apparatus equipped with the direct drawing type charging device according to the seventh aspect.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図
１は、第１の実施形態に係る電子放出装置を示した図で
ある。電子放出素子である電子放出装置は、カーボンナ
ノチューブ（以下、ＣＮＴと略する場合もある）１０が
陽極酸化膜１１の細孔の中に保持されており、カーボン
ナノチューブ１０の一端は、支持体１３上のエミッタ電
極１２に接続され、負電圧が印加できる構造となってい
る。また、陽極酸化膜１１の細孔の開口は、引き出し電
極１４で被覆された構造となっている。電子放出装置の
エミッタ電極１２と引き出し電極１４の間に電界をかけ
ると、カーボンナノチューブ１０の先端に負の高電界が
印加され、カーボンナノチューブ１０の先端から電界放
出によって電子が放出される。さらに放出した電子は、
開口を被覆した引き出し電極１４によって引き出され、
引き出し電極１４を貫通して電子放出装置の外へ導かれ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an electron emission device according to the first embodiment. An electron emission device, which is an electron emission element, has a carbon nanotube (hereinafter, sometimes abbreviated as CNT) 10 held in pores of an anodized film 11. One end of the carbon nanotube 10 is supported by a support 13. It is connected to the upper emitter electrode 12 so that a negative voltage can be applied. The opening of the pores of the anodic oxide film 11 has a coated structure extraction electrode 14. When an electric field is applied between the emitter electrode 12 and the extraction electrode 14 of the electron emission device, a high negative electric field is applied to the tip of the carbon nanotube 10, and electrons are emitted from the tip of the carbon nanotube 10 by field emission. Further emitted electrons are
It is pulled out by the lead electrode 14 covering the opening,
The light is guided out of the electron emission device through the extraction electrode 14.
【００１４】本実施の形態のような構造によって、カー
ボンナノチューブ１０は陽極酸化膜１１と引き出し電極
１４、エミッタ電極１２で完全に囲まれた構造となり、
カーボンナノチューブ１０は外気と完全に遮断される。
ここで、陽極酸化膜１１と引き出し電極１４、エミッタ
電極１２で囲まれた領域、すなわち細孔の内部から酸素
や水などのカーボンナノチューブ１０を劣化させやすい
ガスを取り除くことによって、カーボンナノチューブ１
０が電界放出時に劣化することを防止することができ
る。本実施の形態の電子放出装置によると、高真空状
態、低真空や大気中でもカーボンナノチューブ１０が外
気と完全に遮断されているため、電界放出時のカーボン
ナノチューブ１０の先端の劣化が著しく小さくなり、長
期に渡って安定した電流が得られ、電子放出装置の長寿
命化を実現することができる。According to the structure of the present embodiment, the carbon nanotube 10 has a structure completely surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12,
The carbon nanotubes 10 are completely shut off from the outside air.
Here, carbon nanotubes 1 such as oxygen and water that easily deteriorate the carbon nanotubes 10 are removed from the region surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12, that is, from inside the pores.
0 can be prevented from deteriorating at the time of field emission. According to the electron-emitting device of the present embodiment, the carbon nanotubes 10 are completely shut off from the outside air even in a high vacuum state, a low vacuum, and the atmosphere. stable current is obtained for a long time, it is possible to realize a long life of the electron emission device.
【００１５】次に、本実施の形態の電子放出装置の作製
方法および各構成部材について説明する。支持体１３と
しては絶縁性、導電性、半導体性のいずれでも良く、例
えば石英、ガラス、セラミックス、金属、シリコン基板
などが使用できる。その支持体１３上に真空蒸着、スパ
ッタ法などによって金属ないし合金を成膜してエミッタ
電極１２とする。エミッタ電極１２としては、種々の金
属ないし合金が使用できるが、特にＴｉ（チタン）、Ｎ
ｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデ
ン）、Ｚｒ（ジルコニウム）などを用いると以後の陽極
酸化プロセスによっても表面の導電性が変化しないた
め、プロセスの簡便化を考えると好ましい。Next, a method of manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment and each component will be described. The support 13 may be any of insulating, conductive, and semiconductive materials. For example, quartz, glass, ceramics, metal, a silicon substrate, or the like can be used. The emitter electrode 12 is formed by depositing a metal or an alloy on the support 13 by vacuum evaporation, sputtering, or the like. As the emitter electrode 12, various metals or alloys can be used. In particular, Ti (titanium), N
When b (niobium), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Zr (zirconium), or the like is used, the conductivity of the surface does not change even in the subsequent anodic oxidation process, and thus it is preferable in terms of simplifying the process.
【００１６】なお、前述以外の金属、合金を用い、極酸
化プロセス後でエミッタ電極１２の表面が不導化した場
合においても、エミッタ電極１２をライトエッチングす
ることによって導通化できるので、本実施の形態では特
に前述の金属に限られるものではない。なお、支持体１
３として金属を用いた場合、支持体１３自体をエミッタ
電極１２とすることもでき、この場合には新たにエミッ
タ電極１２を成膜しなくてもよい。その後、エミッタ電
極１２上に真空蒸着ないしスパッタ法によってアルミニ
ウム膜を形成し、硫酸、過塩素酸、リン酸などの酸中で
アルミニウム膜を陽極酸化することによって、陽極酸化
膜１１および陽極酸化膜中の細孔が作製できる。Even if a metal or alloy other than those described above is used and the surface of the emitter electrode 12 becomes nonconductive after the extreme oxidation process, the emitter electrode 12 can be made conductive by light etching. It not particularly limited to the foregoing metals in the form. The support 1
When a metal is used as 3, the support 13 itself can be used as the emitter electrode 12. In this case, it is not necessary to newly form the emitter electrode 12. Thereafter, an aluminum film is formed on the emitter electrode 12 by vacuum evaporation or sputtering, and the aluminum film is anodized in an acid such as sulfuric acid, perchloric acid, phosphoric acid, etc., so that the anodized film 11 and the Can be produced.
【００１７】細孔の深さは、アルミニウム膜の膜厚で制
御することができ、１〜数μｍ程度にするのが実用的で
ある。また、細孔の直径は細孔中にカーボンナノチュー
ブ１０を形成することを考えると、１００ｎｍ以下にす
るのが望ましく、細孔の直径が大きすぎる場合は良好な
カーボンナノチューブ１０が形成されにくい。なお、エ
ミッタ電極１２としてアルミニウムを用いた場合、アル
ミニウムの表面側を陽極酸化して細孔を形成し、陽極酸
化されなかった部分をエミッタ電極１２として使用する
ようにしてもよい。さらに支持体１３としてアルミニウ
ム金属を用いた場合、新たにエミッタ電極１２を成膜せ
ず、直接支持体１３であるアルミニウム金属の一部を陽
極酸化して細孔を形成し、陽極酸化されなかった支持体
１３の部分をエミッタ電極１２として使用するようにし
てもよい。なお、陽極酸化膜１１中の細孔がエミッタ電
極１２に達していない場合、陽極酸化後にリアクティブ
イオンエッチングやサイクロトロン共鳴イオンエッチン
グ、イオンビームエッチングなどの指向性の良いエッチ
ング法によって陽極酸化膜１１全体をエッチングして細
孔をエミッタ電極１２に到達させるようにする。The depth of the pores can be controlled by the thickness of the aluminum film, and it is practical to set it to about 1 to several μm. Also, considering that the carbon nanotubes 10 are formed in the pores, the diameter of the pores is desirably 100 nm or less. If the diameter of the pores is too large, it is difficult to form good carbon nanotubes 10. When aluminum is used as the emitter electrode 12, pores may be formed by anodizing the surface side of aluminum, and a portion that has not been anodized may be used as the emitter electrode 12. If further using aluminum metal as the support 13, without newly forming the emitter electrode 12, to form pores a part of aluminum metal which is a direct support 13 by anodizing was not anodized the part of the support 13 may be used as the emitter electrode 12. Incidentally, if the pores in the anodic oxide film 11 has not reached the emitter electrode 12, Li after anodization reactive ion etching or cyclotron resonance ion etching, the whole anodized film 11 by the directional good etching method such as ion beam etching It is etched so as to reach the pores emitter electrode 12.
【００１８】陽極酸化膜１１および陽極酸化膜１１中の
細孔を形成した後、細孔の中にカーボンナノチューブ１
０を形成する。カーボンナノチューブ１０には、単層カ
ーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブがあ
り、単層カーボンナノチューブは直径が０．７〜５ｎｍ
程度であり、長さは１０ｎｍ〜１μｍである。一方、多
層カーボンナノチューブは、直径が１〜５００ｎｍで、
長さは５ｎｍ〜１ｍｍであり、より合成しやすい大きさ
としては直径が２〜５０ｎｍで、長さは１μｍ以上であ
り、単層、多層カーボンナノチューブともアスペクト比
が非常に大きい極細の繊維形状をしている。なお、本実
施の形態のカーボンナノチューブ１０は、前述の大きさ
の範囲に限定されるものではなく、直径が１μｍ未満の
カーボンナノチューブであればよいとする。After forming the anodic oxide film 11 and the pores in the anodic oxide film 11, the carbon nanotubes 1
0 is formed. The carbon nanotubes 10 include a single-walled carbon nanotube and a multi-walled carbon nanotube, and the single-walled carbon nanotube has a diameter of 0.7 to 5 nm.
A degree, length is 10nm~1μm. On the other hand, multi-walled carbon nanotubes have a diameter of 1 to 500 nm,
The length is from 5 nm to 1 mm, and as a size that is easier to synthesize, the diameter is 2 to 50 nm, the length is 1 μm or more, and both single-walled and multi-walled carbon nanotubes have a very fine fiber shape with an extremely large aspect ratio. are doing. Note that the carbon nanotube 10 of the present embodiment is not limited to the above-described size range, and may be any carbon nanotube having a diameter of less than 1 μm.
【００１９】一般的に、カーボンナノチューブ１０の合
成法にはアーク放電法やレーザーアブレーション法、化
学的気相成長法（以下ＣＶＤ法と略す）があるが、本実
施の形態で使用されるカーボンナノチューブ１０は、陽
極酸化膜１１の細孔の中に配向を揃えて作製するため、
ＣＶＤ法によることが望ましい。ここでＣＶＤ法とは、
陽極酸化膜１１の細孔の底部にＦｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッ
ケル）、Ｃｏ（コバルト）などの金属、ないしそれらの
合金、または前述の金属の酸化物などの触媒層を設け、
加熱などによって１ｎｍ〜数１０ｎｍのオーダーに触媒
金属を微粒子化した後、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4などの
炭化水素ガスを導入し、６００〜１２００℃前後で炭化
水素ガスの熱分解を行うことによって、触媒金属からカ
ーボンナノチューブ１０を成長させる方法である。ま
た、熱分解の他にホットフィラメントやマイクロ波プラ
ズマやＲＦプラズマなどを使用して炭化水素ガスを分解
してもよい。また、炭化水素ガスの代わりにＣＯ2、Ｃ
Ｏガスも使用でき、さらＨｅやＡｒ、Ｎ2などのガスで
炭化水素ガスを希釈して用いるようにしてもよい。[0019] Generally, an arc discharge method or laser ablation method for the synthesis of carbon nanotubes 10, the chemical vapor deposition there is a (hereinafter referred to as CVD method), the carbon nanotubes used in this embodiment Reference numeral 10 is for preparing the anodic oxide film 11 with the orientation aligned in the pores.
It is desirable to use the CVD method. Here, the CVD method means
A catalyst layer of a metal such as Fe (iron), Ni (nickel), Co (cobalt), or an alloy thereof, or an oxide of the above-described metal is provided at the bottom of the pores of the anodic oxide film 11,
After finely dividing the catalytic metal into particles of the order of 1 nm to several tens of nm by heating or the like, a hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 is introduced, and the heat of the hydrocarbon gas is heated at about 600 to 1200 ° C. This is a method of growing carbon nanotubes 10 from a catalytic metal by performing decomposition. In addition, the hydrocarbon gas may be decomposed using a hot filament, microwave plasma, RF plasma, or the like, in addition to thermal decomposition. Also, instead of hydrocarbon gas, CO 2 , C
O gas may be used, and the hydrocarbon gas may be further diluted with a gas such as He, Ar, or N 2 .
【００２０】作製されるカーボンナノチューブ１０は、
陽極酸化膜１１の細孔に沿って成長するため、配向の揃
ったものができ、電子放出装置としては大きな電流が得
られる。なお、カーボンナノチューブ１０の直径は触媒
の微粒子径によってある程度制御できるため、陽極酸化
膜１１の細孔径や触媒金属の微粒子化条件を最適化する
ことにより、カーボンナノチューブ１０の直径を制御す
るようになっている。また、カーボンナノチューブ１０
の長さはＣＶＤ法の成長時間によって制御できる。な
お、本実施の形態に用いられるカーボンナノチューブ１
０は、陽極酸化膜１１の細孔の深さよりも短くなければ
ならない。ＣＶＤ法によってカーボンナノチューブ１０
を作製した場合、触媒金属のない領域にはアモルファス
カーボン（ａ−Ｃ）が析出する。このアモルファスカー
ボンは、カーボンナノチューブ１０と比較して酸化温度
が低いので、ＣＶＤ法後に酸化雰囲気ないし大気中で６
００℃の熱処理を加えることによって、除去することが
できる。The produced carbon nanotube 10
Since it grows along the pores of the anodic oxide film 11, the one having a uniform orientation can be obtained, and a large current can be obtained as an electron-emitting device. Incidentally, the diameter of the carbon nanotubes 10 for some control by the fine diameter of the catalyst, by optimizing the atomization conditions of the pore diameter and the catalyst metal of the anodized film 11, so as to control the diameter of the carbon nanotubes 10 ing. In addition, the carbon nanotube 10
The length of can be controlled by the growth time of the CVD method. The carbon nanotube 1 used in the present embodiment
0 must be shorter than the depth of the pores of the anodic oxide film 11. Carbon nanotube 10 by CVD method
If were prepared, in no catalytic metal regions amorphous carbon (a-C) is precipitated. Since this amorphous carbon has a lower oxidation temperature as compared with the carbon nanotubes 10, the amorphous carbon is not oxidized in an oxidizing atmosphere or air after CVD.
It can be removed by applying a heat treatment at 00 ° C.
【００２１】カーボンナノチューブ１０を陽極酸化膜１
１の細孔中に形成した後、細孔の開口を引き出し電極１
４で被覆して、電子放出装置を完成させる。ここで引き
出し電極１４は、カーボンナノチューブ１０から引き出
された電子がトンネル効果によって貫通する必要がある
ので、極力薄くすることが望ましい。引き出し電極１４
の作製法を考慮すると、１０ｎｍ以下の膜厚とするのが
実用的である。引き出し電極１４は直接外気と接触する
ため、酸化されにくい金属が望ましい。例えば、Ａｕ、
Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属ないしその合金によって構成す
ると、長期の使用においても引き出し電極は外気によっ
ても酸化されず、電子放出装置として長期の信頼性が改
善される。The carbon nanotube 10 is anodically oxidized film 1
After being formed in the fine pores, the openings of the fine pores are drawn out.
4 to complete the electron emission device. Here, it is desirable that the extraction electrode 14 be as thin as possible because electrons extracted from the carbon nanotubes 10 need to penetrate through the tunnel effect. Lead electrode 14
Considering the manufacturing method, it is practical to set the film thickness to 10 nm or less. Extraction electrode 14 for direct contact with the outside air, hard metal oxidized is desirable. For example, Au,
When made of a precious metal such as Pt or Pd or an alloy thereof, the extraction electrode is not oxidized by the outside air even in long-term use, and the long-term reliability of the electron-emitting device is improved.
【００２２】なお、本実施の形態の電子放出装置では、
外気の圧力と陽極酸化膜１１と引き出し電極１４、エミ
ッタ電極１２で囲まれた領域の圧力の差が大きいと、引
き出し電極１４にかかる応力が大きくなり、引き出し電
極１４を劣化させる原因となる。これを回避するため
に、本実施の形態の電子放出装置を高真空状態で使用す
る場合、陽極酸化膜１１と引き出し電極１４、エミッタ
電極１２で囲まれた領域も高真空状態に保持しなけらば
ならない。これにより、陽極酸化膜１１と引き出し電極
１４、エミッタ電極１２で囲まれた領域（つまり細孔の
内部）から酸素や水などのカーボンナノチューブ１０を
劣化させやすいガスを取り除くことができる。このよう
な構造を作製する場合、陽極酸化膜１１中の細孔の斜め
方向からの真空蒸着によって引き出し電極は形成し、細
孔の開口を被覆するのがよい。例えば、細孔の直径が１
００ｎｍ以下であれば、Ａｕの斜め蒸着によって開口を
被覆することができる。In the electron emission device according to the present embodiment,
If the difference between the pressure of the outside air and the pressure in the region surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12 is large, the stress applied to the extraction electrode 14 increases, which causes the extraction electrode 14 to deteriorate. In order to avoid this, when the electron-emitting device of the present embodiment is used in a high vacuum state, the region surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12 must be maintained in the high vacuum state. Must. This makes it possible to remove a gas that easily deteriorates the carbon nanotubes 10 such as oxygen and water from a region surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12 (that is, inside the pores). When fabricating such a structure, the extraction electrode by vacuum deposition from an oblique direction of the pores in the anodic oxide film 11 is formed, it is preferable to cover the opening of the pores. For example, if the pore diameter is 1
If the thickness is not more than 00 nm, the opening can be covered by oblique evaporation of Au.
【００２３】なお、引き出し電極１４の膜厚が厚くなっ
た場合、真空蒸着後にライトエッチングやケミカルメカ
ニカルポリッシングを行い、引き出し電極１４を薄膜化
すればよい。また、本実施の形態の電子放出装置を低圧
ないし大気圧で使用する場合、陽極酸化膜１１と引き出
し電極１４、エミッタ電極１２で囲まれた領域（つまり
細孔の内部）にカーボンナノチューブ１０を劣化させな
い、または劣化させにくいガス、例えばＨｅ、Ａｒなど
のガスを外気の圧力と同程度まで充填するのがよい。こ
の場合、カーボンナノチューブ１０を陽極酸化膜１１の
細孔の中に形成した後、上述のガス雰囲気を保持しなが
ら、あらかじめ作製しておいたＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの
貴金属ないし合金の薄膜を陽極酸化膜１１に接着し、ケ
ミカルメカニカルポリッシングなどによって貴金属ない
し合金の薄膜を薄くして引き出し電極１４とするのが好
ましい。When the thickness of the extraction electrode 14 is increased, the extraction electrode 14 may be thinned by performing light etching or chemical mechanical polishing after vacuum deposition. When the electron-emitting device of the present embodiment is used at a low pressure or an atmospheric pressure, the carbon nanotube 10 is deteriorated in a region surrounded by the anodic oxide film 11, the extraction electrode 14, and the emitter electrode 12 (that is, inside the pore). It is preferable to fill a gas that is not caused or hardly deteriorated, for example, a gas such as He or Ar to a level substantially equal to the pressure of outside air. In this case, after the carbon nanotubes 10 are formed in the pores of the anodic oxide film 11, a thin film of a precious metal or alloy such as Au, Pt, or Pd, which has been prepared in advance, is maintained while maintaining the above gas atmosphere. Preferably, the thin film of a noble metal or alloy is thinned by chemical mechanical polishing or the like to adhere to the oxide film 11 to form the extraction electrode 14.
【００２４】図１において、カーボンナノチューブ１０
および陽極酸化膜１１中の細孔が各々３個示されている
が、これに限られるものではなく、本実施の形態の電子
放出装置においては、カーボンナノチューブ１０および
陽極酸化膜１１中の細孔は１個でも複数でもよい。ま
た、細孔の数よりもカーボンナノチューブ１０の数が少
なくても電子放出装置としては機能するため、カーボン
ナノチューブ１０および陽極酸化膜１１中の細孔の数は
自由とすることができる。以上のような方法で、例え
ば、支持体１３が石英基板（大きさ３×１０ｍｍ）、エ
ミッタ電極１２がＴａ膜厚０．２μｍ、陽極酸化膜１１
が膜厚１μｍ（Ａｌをシュウ酸中で陽極酸化）、細孔が
平均直径４５ｎｍ（細孔間の距離１０５ｎｍで２次元に
配列）、ＣＮＴ１０が多層カーボンナノチューブ（Ｆｅ
触媒とＣ２Ｈ２ガスで作製）、平均直径３７ｎｍ、長さ
平均０．４μｍ（細孔の９５％以上に形成されていた）
引き出し電極１４がＡｕ膜厚７ｎｍである電子放出装置
を作成することができる。In FIG. 1, a carbon nanotube 10
And although the pores in the anodic oxide film 11 is shown respectively three, not limited thereto, the electron-emitting device of the present embodiment, the pores in the carbon nanotube 10 and the anodized film 11 May be one or more. Further, even if the number of the carbon nanotubes 10 is smaller than the number of the pores, the carbon nanotube 10 functions as an electron emission device, and thus the number of the pores in the carbon nanotubes 10 and the anodic oxide film 11 can be set freely. According to the above method, for example, the support 13 is a quartz substrate (size 3 × 10 mm), the emitter electrode 12 is a Ta film having a thickness of 0.2 μm, and the anodic oxide film 11 is formed.
Is 1 μm in thickness (Al is anodized in oxalic acid), pores have an average diameter of 45 nm (two-dimensionally arranged at a distance of 105 nm between pores), and CNT10 is a multi-walled carbon nanotube (Fe
Made with catalyst and C2H2 gas), average diameter 37 nm, average length 0.4 μm (formed over 95% of the pores)
An electron emission device in which the extraction electrode 14 has an Au film thickness of 7 nm can be manufactured.
【００２５】なお、陽極酸化膜１１、エミッタ電極１
２、引き出し電極１４で囲まれた領域、すなわち細孔の
内部はＨｅガスを１気圧で充填している。この電子放出
装置を大気中において、エミッタ電極１２から引き出し
電極１４間に１．５ｋＶ、引出し電極１４からアース間
に１５０Ｖを印加し、電子放出装置から１００μｍの距
離に対抗電極として蛍光体を塗布した透明電極を置き、
対抗電極を接地すると、蛍光体の発光が確認され、１０
〜３Ａの電流が得られた。以上の結果から本実施の形態
の電子放出装置が大気中で良好に動作することを確認す
ることができる。また、４０時間連続動作させた後にお
いても、電流値は１０％程度しか低下せず、長期安定性
に優れていることも確認できる。なお、この電流値の低
下は作製したカーボンナノチューブ自体に起因するもの
であり、カーボンナノチューブの高品質化を実現するこ
とによって、長期安定性を改善することができる。It should be noted, the anodic oxide film 11, emitter electrode 1
2, a region surrounded by the extraction electrode 14, i.e. the internal pores are filled with 1 atm He gas. In the atmosphere, 1.5 kV was applied between the emitter electrode 12 and the extraction electrode 14 and 150 V was applied between the extraction electrode 14 and the ground in the atmosphere, and a phosphor was applied as a counter electrode at a distance of 100 μm from the electron emission device. Place the transparent electrode,
When the counter electrode is grounded, the emission of the phosphor is confirmed and 10
A current of ~ 3A was obtained. From the above results, it can be confirmed that the electron emission device of the present embodiment operates well in the atmosphere. In addition, even after the continuous operation for 40 hours, the current value is reduced only by about 10%, and it can be confirmed that the long-term stability is excellent. Note that this decrease in current value is caused by the carbon nanotubes themselves, and by realizing high quality carbon nanotubes, long-term stability can be improved.
【００２６】次に、第２の実施形態について説明する。
図２は、第１の実施形態の電荷放出装置による帯電を示
した図である。第２の実施形態では、第１の実施形態で
作製した電子放出装置を紙面から垂直の方向に２３個並
べて、個々のエミッタ電極および引き出し電極を外部回
路で一体化し、Ａ４判の短尺方向に相当する電子放出装
置および、この電子放出装置からなる帯電装置を作製し
た。この帯電装置を感光体に近接させ、感光体の帯電を
行う。なお、本実施の形態に用いた感光体は、有機感光
体（以下、ＯＰＣという）であり、以下のような構造を
有する。まず、ドラム形状のＡｌ基体上に酸化チタン微
粒子をバインダー樹脂に分散させたホール注入阻止層を
ディップコーティング法により厚さ１〜５μｍで形成
し、その後電荷発生層（以下、ＣＧＬという）と電荷輸
送層（以下、ＣＴＬという）からなる積層の有機感光層
を形成する。Next, a second embodiment will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating charging by the charge emitting device according to the first embodiment. In the second embodiment, 23 electron-emitting devices manufactured in the first embodiment are arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper, and individual emitter electrodes and extraction electrodes are integrated by an external circuit, which corresponds to the short direction of A4 size. an electron emission device and to produce a charging device comprising the electron emission device. This charging device is brought close to the photoconductor to charge the photoconductor. The photoreceptor used in the present embodiment is an organic photoreceptor (hereinafter, referred to as OPC) and has the following structure. First, a hole injection blocking layer in which titanium oxide fine particles are dispersed in a binder resin is formed to a thickness of 1 to 5 μm on a drum-shaped Al substrate by a dip coating method, and then a charge generation layer (hereinafter, referred to as CGL) and a charge transport. A laminated organic photosensitive layer composed of layers (hereinafter, referred to as CTL) is formed.
【００２７】ＣＧＬは、電荷発生材料（以下、ＣＧＭと
いう）をプチラール樹脂、熱硬化型の変性アクリル樹
脂、フェノール樹脂などのバインダー樹脂に分散させた
ものからなり、ディッピングコーティング法により厚さ
０．１〜１μｍで形成される。ＣＧＭとしては波長７４
０〜７８０ｎｍ付近に感度を持つスクエアリリウム色
素、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、アズ
レニウム塩色素、およびアゾ顔料などが、６３５〜６５
０ｎｍ付近に感度のあるチアピリリウム塩や多環キノン
系、ペリレン系又はアゾ顔料系などが使用できる。ＣＴ
Ｌは、ホールのキャリア輸送材料（以下、ＣＴＭとい
う）をビスフェノール系ポリカーボネイト樹脂などのバ
インダー樹脂に分散させたものからなり、膜厚は１０〜
４０μｍ程度でディッピングコーティング法によって形
成される。ＣＴＭとしてはオキサジアゾール誘導体、ピ
ラリゾン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、オキサゾ
ール誘導体、トリアリールアミン誘導体、ブタジエン誘
導体などが用いられる。The CGL is made of a charge generation material (hereinafter referred to as CGM) dispersed in a binder resin such as a petital resin, a thermosetting modified acrylic resin, or a phenol resin, and has a thickness of 0.1 by a dipping coating method. １1 μm. Wavelength 74 for CGM
Squarylium dyes having sensitivity around 0 to 780 nm, metal-free phthalocyanine, metal phthalocyanine, azulenium salt dyes, azo pigments and the like are 635-65.
Thiapyrylium salts, polycyclic quinones, perylenes, azo pigments, and the like having a sensitivity around 0 nm can be used. CT
L is a carrier transporting material of holes (hereinafter, referred to as CTM) made from those dispersed in a binder resin such as bisphenol-based polycarbonate resin, the film thickness is 10 to
It is formed by dipping coating at a thickness of about 40 μm. As the CTM, oxadiazole derivatives, pyrarizone derivatives, triphenylmethane derivatives, oxazole derivatives, triarylamine derivatives, butadiene derivatives and the like are used.
【００２８】また、本実施の形態では、機能分離型のＯ
ＰＣを一例として説明を行ったが、機能分離型に限定さ
れるわけではなく、単層型のＯＰＣであってもよい。さ
らに、本実施の形態では、ドラム形状のＯＰＣである
が、これに限られるものではなく、Ａｌ基体の代わりに
表面に導電層を形成したベルトを採用し、ベルト状のＯ
ＰＣとしてもよく、シート状のＯＰＣでもよい。また、
本実施の形態で用いられる感光体は、ＯＰＣに限定され
る必要はなく、負帯電であればよいとする。例えば、ａ
−ＳｅやＳｅ−Ｔｅ系の無機感光体も使用してもよい。
なお、ＯＰＣのＡｌ支持体は接地されており、ＯＰＣは
１５０ｍｍ／ｓの速度で回転させているものとする。Ｏ
ＰＣから６０μｍの距離に帯電装置を固定し、帯電装置
のエミッタ電極から引き出し電極間に１．５ｋＶを印加
し、引出し電極からアース間に５００Ｖ印加して、帯電
装置から電子を放出させ、ＯＰＣの帯電を行う。In this embodiment, a function-separated type O
The PC has been described as an example, but the present invention is not limited to the function-separated type, and may be a single-layer type OPC. Furthermore, in this embodiment, the drum-shaped OPC is used. However, the present invention is not limited to this, and a belt having a conductive layer formed on the surface instead of the Al substrate is used.
It may be a PC or a sheet-like OPC. Also,
The photoreceptor used in the present embodiment does not need to be limited to the OPC, but may be negatively charged. For example, a
-Se or Se-Te-based inorganic photoconductors may also be used.
The Al support of the OPC is grounded, and the OPC is rotated at a speed of 150 mm / s. O
The charging device was fixed at a distance of 60 μm from the PC, 1.5 kV was applied between the extraction electrode and the extraction electrode from the emitter electrode of the charging device, and 500 V was applied between the extraction electrode and the ground. Perform charging.
【００２９】ＯＰＣの表面電位（帯電電位）は、帯電装
置から２０ｍｍの位置に表面電位計おいて測定し、帯電
装置と反対の位置にＬＥＤを設置してＯＰＣの除電を行
う。ＯＰＣの表面電位を測定した結果、帯電電位は４５
０Ｖであり、現像に対し十分なマージンがあることを確
認することができる。また、引き出し電極からアース間
の電位によってＯＰＣの表面電位を制御できることも確
認できる。なお、ＯＰＣをＡ４用紙６０ｃｐｍに相当す
る速度で回転させた場合においても、ＯＰＣには十分な
帯電がなされ、本実施の形態の電子放出装置をアレイ化
した電子放出装置が電子写真方式の帯電装置として十分
機能することが確認できる。また、帯電時に発生するオ
ゾンやＮＯｘをガス検知器で定量した結果、エミッタ電
極、引き出し電極の電位を最適化することによってオゾ
ンやＮＯｘを激減させることができることがわかる。こ
れは各々の電極の電位を制御することによって、帯電装
置から引き出される電子のエネルギーをオゾンやＮＯｘ
が発生しないレベルまで下げることができるからであ
る。The surface potential (charging potential) of the OPC is measured with a surface voltmeter at a position 20 mm from the charging device, and an LED is installed at a position opposite to the charging device to remove the OPC. As a result of measuring the surface potential of the OPC, the charging potential was 45
0 V, which indicates that there is a sufficient margin for development. It can also be confirmed that the surface potential of the OPC can be controlled by the potential between the extraction electrode and the ground. Even when the OPC is rotated at a speed corresponding to 60 cpm of A4 paper, the OPC is sufficiently charged, and the electron emission device in which the electron emission devices of this embodiment are arrayed is an electrophotographic charging device. It can be confirmed that it works well. Further, as a result of quantifying ozone and NOx generated at the time of charging with a gas detector, it is found that ozone and NOx can be drastically reduced by optimizing the potentials of the emitter electrode and the extraction electrode. By this controlling the potential of each of the electrodes, ozone and NOx electron energy drawn from the charging device
This is because it can be reduced to a level at which no problem occurs.
【００３０】なお、本実施の形態のアレイ化とは、第１
の実施形態の電子放出装置を複数個作製し、実装工程で
複数並べたものとして説明したが、Ａ４判の短尺方向の
長さを持つ１個の支持体上にＡ４判の短尺方向に相当す
る電子放出装置を並べたものも本実施の形態に含まれる
ものとする。以上のように、本実施の形態のアレイ化し
た電子放出装置とは、実装工程で複数個の電子放出装置
を並べたデバイスも、１個の支持体上に複数の細孔と複
数のカーボンナノチューブを持つデバイスも合わせて第
２の実施形態の帯電装置ということになる。It should be noted that the arraying of the present embodiment means the first
The plurality prepared electron-emitting device of the embodiment, it is described that a plurality arranged in a mounting process, corresponds to the short direction of the A4 size on one support having a short length of the A4 size It is also included in the present embodiment obtained by arranging an electron-emitting device. As described above, the arrayed electron-emitting devices according to the present embodiment include a device in which a plurality of electron-emitting devices are arranged in a mounting process, a plurality of pores and a plurality of carbon nanotubes on a single support. The device having the above is also the charging device of the second embodiment.
【００３１】次に、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態では、第２の実施形態で作製された帯電
装置を電子写真方式の複写機の帯電システムとして搭載
し、テストチャートの複写を行う。帯電電位は９００Ｖ
とし、磁気ブラシを用いジャンピング現像により潜像を
顕在化し、転写装置によってコピー用紙に転写焼付けを
行う。リファレンスは、コロトロンを搭載した複写機を
用いた。第２の実施形態の帯電装置を搭載した複写機で
複写を行った結果、コロトロンを搭載した従来の複写機
と同様の画像を得ることができた。また、感光体の帯電
プロセス中に発生するオゾンやＮＯｘを測定した結果、
第２の実施形態で作製された帯電装置を搭載した複写機
ではコロトロンの１／１００〜１／１０００となってお
り、環境への影響が小さいことが判明した。Next, a third embodiment will be described.
In the third embodiment, the charging device manufactured in the second embodiment is mounted as a charging system of an electrophotographic copying machine, and a test chart is copied. Charge potential is 900V
Then, the latent image is visualized by jumping development using a magnetic brush, and is transferred and printed on copy paper by a transfer device. Reference, using a copying machine equipped with a corotron. As a result of copying by a copying machine equipped with the charging device of the second embodiment, an image similar to that of a conventional copying machine equipped with a corotron could be obtained. Also, as a result of measuring ozone and NOx generated during the charging process of the photoconductor,
In the copier equipped with the charging device manufactured in the second embodiment, it is 1/100 to 1/1000 that of the corotron, and it was found that the influence on the environment was small.
【００３２】以上のように、本実施の形態の帯電装置を
搭載した複写機は、オゾンやＮＯｘを低減でき、かつ良
好な画像記録を行うことができる。また、本実施の形態
の複写機で連続試験を行う場合、１００時間までは複写
された画像に顕著な変化は現われず、長期に渡って良好
な画像が得られる。なお、第１の実施形態と同様に帯電
装置に用いたカーボンナノチューブを高品質化すること
によって、画像の劣化をさらに抑制することができる。
なお、第２の実施形態で作製された帯電装置を電子写真
方式の複写機の帯電システムとして搭載するのみでな
く、プリンタ、ファクシミリなどの画像記録装置、電子
写真装置の帯電システムとして搭載してもよく、このよ
うな場合にも同様の効果が得られる。As described above, the copying machine equipped with the charging device of the present embodiment can reduce ozone and NOx and can perform good image recording. When a continuous test is performed with the copying machine of the present embodiment, no noticeable change appears in the copied image up to 100 hours, and a good image can be obtained over a long period of time. It is to be noted that, by improving the quality of the carbon nanotubes used in the charging device as in the first embodiment, it is possible to further suppress the deterioration of the image.
The charging device manufactured in the second embodiment may be mounted not only as a charging system for an electrophotographic copying machine but also as a charging system for an image recording device such as a printer or a facsimile, or an electrophotographic device. well, the same effect can be obtained in this case.
【００３３】次に、第４の実施形態について説明する。
図３は、第４の実施形態に係る電子写真装置を示した図
である。第４の実施形態の電子放出装置は、カーボンナ
ノチューブ４０がアレイ化した陽極酸化膜４１の細孔の
中に保持されており、個々のカーボンナノチューブ４０
の一端は支持体４３上の個別化したエミッタ電極４２に
接続され、負電圧が印加できる構造となっている。ま
た、陽極酸化膜４１の細孔の開口は共通化した引き出し
電極４４で被覆された構造となっている。任意のエミッ
タ電極４２と引き出し電極４４の間に電界をかけること
により、任意のエミッタ電極４２に接続されたカーボン
ナノチューブ４０の先端のみに負の高電界が印加され、
該当するカーボンナノチューブ４０の先端から電界放出
によって電子が放出される。放出した電子は、細孔の開
口を被覆した共通化した引き出し電極４４によって引き
出され、引き出し電極４４を貫通して電子放出装置の一
部の場所、すなわち電子放出しているカーボンナノチュ
ーブ４０が保持された細孔上に相当する場所から外へ導
かれる。Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating an electrophotographic apparatus according to a fourth embodiment. Electron emission device of the fourth embodiment has the carbon nanotubes 40 is retained within the pores of the anodic oxide film 41 arrayed, the individual carbon nanotubes 40
One end is connected to the emitter electrode 42 individualized on a support 43, it has a structure in which a negative voltage can be applied. The opening of the pores of the anodic oxide film 41 has a coated structure extraction electrode 44 which is common. By applying an electric field between the arbitrary emitter electrode 42 and the extraction electrode 44, a negative high electric field is applied only to the tip of the carbon nanotube 40 connected to the arbitrary emitter electrode 42,
Electrons are emitted from the tip of the corresponding carbon nanotube 40 by field emission. The emitted electrons are extracted by the common extraction electrode 44 covering the opening of the pore, and a part of the electron emission device, that is, the carbon nanotube 40 that emits electrons is held through the extraction electrode 44. Is guided out of a location corresponding to the pore.
【００３４】本実施の形態の電子放出装置の構造におい
ても、第１の実施形態と同様にカーボンナノチューブ４
０は、陽極酸化膜４１と引き出し電極４４、エミッタ電
極４２で完全に囲まれた構造となり、カーボンナノチュ
ーブ４０は外気と完全に遮断される。ここで、陽極酸化
膜４１と引き出し電極４４、エミッタ電極４２で囲まれ
た領域、すなわち細孔の内部から酸素や水などのカーボ
ンナノチューブ４０を劣化させやすいガスを取り除くこ
とによって、カーボンナノチューブ４０が電界放出時に
劣化することを防止することができる。さらに本実施の
形態では、電子放出装置の任意の部分からのみ電子を取
り出すことができるため、本実施の形態の電子放出装置
を２次元にアレイ化することによりフィールドエミッシ
ョン型のディスプレイ（以下、ＦＥＤという）の電子放
出源などへ応用することができる。In the structure of the electron-emitting device according to the present embodiment, the carbon nanotubes 4 are formed similarly to the first embodiment.
0, electrodes 44 drawn out anodized film 41, it is completely surrounded by structures emitter electrode 42, the carbon nanotubes 40 is completely cut off the outside air. Here, by removing a gas such as oxygen or water that easily deteriorates the carbon nanotubes 40 from a region surrounded by the anodic oxide film 41, the extraction electrode 44, and the emitter electrode 42, that is, the inside of the pores, the carbon nanotubes 40 have an electric field. Deterioration at the time of release can be prevented. Further, in the present embodiment, electrons can be extracted only from an arbitrary portion of the electron emission device. Therefore, the field emission display (hereinafter, referred to as FED) can be obtained by arraying the electron emission device of this embodiment two-dimensionally. ) Can be applied.
【００３５】次に、第４の実施形態の電子放出装置の作
製方法および構成部材について説明する。支持体４３と
しては絶縁性基板がよく、例えば石英、ガラス、セラミ
ックスなどが使用できる。また、表面に絶縁層を設けた
金属、シリコン基板なども使用できる。なお、第５の実
施形態において後述するが、本実施の形態の電子放出装
置を直接描画方式の帯電装置やＦＥＤに応用する場合、
支持体４３としてシリコン基板を用いると個々のエミッ
タ電極に電圧を印加する駆動素子および駆動素子を選択
する制御回路を支持体４３に作ることができ、より望ま
しい実施形態となる。本実施の形態では、Ｎ型シリコン
基板に酸化膜を被覆して支持体４３とし、その支持体４
３上に真空蒸着ないしスパッタ法によって金属ないし合
金を成膜してエミッタ電極４２とする。Next, a method of manufacturing the electron-emitting device according to the fourth embodiment and constituent members will be described. The support 43 is preferably an insulating substrate, for example, quartz, glass, ceramics, or the like. Further, a metal or a silicon substrate provided with an insulating layer on the surface can also be used. As will be described later in a fifth embodiment, when the electron-emitting device of the present embodiment is applied to a direct drawing type charging device or FED,
When a silicon substrate is used as the support 43, a drive element for applying a voltage to each emitter electrode and a control circuit for selecting the drive element can be formed on the support 43, which is a more desirable embodiment. In this embodiment, to cover the oxide film on the N-type silicon substrate as a support 43, the support 4
3 by forming a metal or alloy by a vacuum deposition or sputtering on the emitter electrode 42.
【００３６】エミッタ電極４２としては種々の金属ない
し合金が使用できる。本実施の形態では、陽極酸化プロ
セスでエミッタ電極４２の表面導電性が低下することを
防ぐため、Ｔｉ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｔｉの３層をスパッタ
法で成膜する。その後、Ｔｉ／ＡｉＳｉＣｕ／Ｔｉを通
常のフォトリソグラフィー法およびリアクティブイオン
エッチング法によって個別化したエミッタ電極４２とす
る。レジストを剥離後、エミッタ電極４２上に真空蒸着
ないしスパッタ法によってアルミニウム膜を形成し、硫
酸、過塩素酸、リン酸などの酸中でアルミニウム膜を陽
極酸化することによって、陽極酸化膜４１および陽極酸
化膜中の細孔を得ることができる。細孔の深さは、アル
ミニウム膜の膜厚で制御することができ、１〜数μｍ程
度にするのが実用的である。また、細孔の直径は細孔中
にカーボンナノチューブ４０を形成することを考える
と、１００ｎｍ以下にするのが望ましく、細孔の直径が
大きすぎる場合は良好なカーボンナノチューブが形成さ
れにくい。As the emitter electrode 42, various metals or alloys can be used. In the present embodiment, three layers of Ti / AlSiCu / Ti are formed by a sputtering method in order to prevent the surface conductivity of the emitter electrode 42 from being lowered by the anodic oxidation process. After that, the emitter electrode 42 is formed by individualizing Ti / AiSiCu / Ti by ordinary photolithography and reactive ion etching. After removing the resist, an aluminum film is formed by vacuum deposition or sputtering on the emitter electrode 42, sulphate, by an aluminum film is anodized with perchloric acid, in an acid such as phosphoric acid, anodized film 41 and the anode Pores in the oxide film can be obtained. The depth of the pores can be controlled by the thickness of the aluminum film, and it is practical to set it to about 1 to several μm. Further, considering that the carbon nanotubes 40 are formed in the pores, the diameter of the pores is desirably 100 nm or less. If the diameter of the pores is too large, it is difficult to form good carbon nanotubes.
【００３７】なお、図３では１個のエミッタ電極４２上
には１個の細孔が形成されているが、これに限られるも
のではなく、１個のエミッタ電極４２上に複数の細孔を
設けるようにしてもよい。直接描画方式の帯電装置を作
製する場合、エミッタ電極４２はトナー粒子程度まで小
さくすればよく、電極幅としては約４０μｍであれば非
常に高制細な画像形成装置用の帯電装置として使用する
ことができる。なお、１個のエミッタ電極４２を大きさ
４０×４０μｍと仮定すると、エミッタ電極４２上に２
００×２００個以上の細孔が形成されることになる。Ｆ
ＥＤとして応用する場合も、画素面積に対応するだけの
細孔を設ければよい。陽極酸化膜４１および陽極酸化膜
４１中の細孔を形成した後、細孔の中にカーボンナノチ
ューブ４０を形成する。カーボンナノチューブ４０は、
第１の実施形態と同様のものを使用することができ、本
実施の形態では１Ｐａの雰囲気で真空蒸着したＮｉ微粒
子を金属触媒として、Ｃ２Ｈ４をＨｅガスで希釈し、６
５０℃のＣＶＤ法によって多層カーボンナノチューブを
作製する。In FIG. 3, one pore is formed on one emitter electrode 42, but the present invention is not limited to this, and a plurality of pores are formed on one emitter electrode 42. It may be provided. In the case of manufacturing a direct drawing type charging device, the emitter electrode 42 may be as small as toner particles, and if the electrode width is approximately 40 μm, it may be used as a charging device for a very fine image forming device. Can be. Assuming that one emitter electrode 42 has a size of 40 × 40 μm, two emitter electrodes 42
00 × 200 or more pores will be formed. F
In the case of application as an ED, it is sufficient to provide pores only corresponding to the pixel area. After forming the anodized film 41 and the pores in the anodized film 41, the carbon nanotubes 40 are formed in the pores. The carbon nanotube 40
It can be used the same as in the first embodiment, a Ni particles was vacuum deposited in an atmosphere of 1Pa in this embodiment as a metal catalyst, a C2H4 diluted with He gas, 6
Multi-walled carbon nanotubes are produced by a 50 ° C. CVD method.
【００３８】また、Ｎｉ触媒金属のない領域に発生した
アモルファスカーボン（ａ−Ｃ）はＣＶＤ後に大気中で
６００℃の熱処理を加えることによって除去する。本実
施の形態において作製されるカーボンナノチューブ４０
は、陽極酸化膜４１の細孔に沿って成長するため、配向
の揃ったものができ、電子放出装置としては大きな電流
を確保することができる。また、カーボンナノチューブ
４０の長さはＣＶＤ法の成長時間によって制御でき、本
実施の形態に用いられるカーボンナノチューブ４０は、
陽極酸化膜４１中の細孔の深さよりも短くなければなら
ない。カーボンナノチューブ４０を陽極酸化膜４１の細
孔中に形成した後、細孔の開口を引き出し電極で被覆す
ると、本実施の形態の電子放出装置が完成する。Amorphous carbon (aC) generated in a region where there is no Ni catalyst metal is removed by performing a heat treatment at 600 ° C. in the air after CVD. Carbon nanotube 40 produced in the present embodiment
In order to grow along the pores of the anodic oxide film 41, it is those with uniform orientation, it is possible to ensure a large current as the electron emission device. Further, the length of the carbon nanotube 40 can be controlled by the growth time of the CVD method, and the carbon nanotube 40 used in the present embodiment is:
It must be less than the depth of the pores in the anodic oxide film 41. After the carbon nanotubes 40 are formed in the pores of the anodic oxide film 41, the openings of the pores are covered with extraction electrodes, whereby the electron emission device of the present embodiment is completed.
【００３９】また、引き出し電極４４はカーボンナノチ
ューブ４０から引き出された電子がトンネル効果によっ
て貫通する必要があるので、極力薄くすることが望まし
い。引き出し電極４４の作製法を考慮すると、１０ｎｍ
以下の膜厚とするのが実用的である。また、引き出し電
極４４は、直接外気と接触するために酸化されにくい金
属が望ましく、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属な
いしその合金によって構成すると、長期の使用において
も引き出し電極は外気によっても酸化されず、電子放出
装置としての長期の信頼性が得られる。本実施の形態で
は、カーボンナノチューブ４０を陽極酸化膜４１の細孔
の中に形成した後、Ｈｅ１気圧の雰囲気において、あら
かじめ作製しておいたＡｕ−Ｐｔ合金の薄膜を陽極酸化
膜４１に接着し、ケミカルメカニカルポリッシングによ
ってＡｕ−Ｐｔ薄膜を薄くして共通の引き出し電極とす
る。Since it is necessary for the electrons extracted from the carbon nanotubes 40 to penetrate the extraction electrode 44 by a tunnel effect, it is desirable to make the extraction electrode 44 as thin as possible. Considering the manufacturing method of the lead-out electrodes 44, 10 nm
It is practical to have the following film thickness. Further, the extraction electrode 44 is preferably made of a metal which is hardly oxidized because it comes into direct contact with the outside air. For example, if the extraction electrode 44 is made of a noble metal such as Au, Pt, Pd or an alloy thereof, the extraction electrode is oxidized by the outside air even in long-term use. Therefore, long-term reliability as an electron-emitting device can be obtained. In the present embodiment, after the carbon nanotubes 40 are formed in the pores of the anodic oxide film 41, the Au—Pt alloy thin film prepared in advance is bonded to the anodic oxide film 41 in an atmosphere of He1 atm. The Au—Pt thin film is thinned by chemical mechanical polishing to form a common lead electrode.
【００４０】以上のような方法で、例えば、支持体４３
がＮ型シリコン基板（大きさ１×１５ｍｍ）、個別のエ
ミッタ電極４２がＴｉ／ＡｉＳｉＣｕ／Ｔｉ膜厚０．１
／１／０．０５μｍ、電極面積４０×４０μｍ、陽極酸
化膜４１の膜厚１μｍ（Ａｌを硫酸中で陽極酸化）、細
孔の平均直径４０ｎｍ（細孔間の距離１２０ｎｍで１個
のエミッタ電極上に２４０×２４０個配列）、ＣＮＴ４
０の多層カーボンナノチューブ（Ｎｉ触媒とＣ２Ｈ４ガ
スで作製）、平均直径３３ｎｍ、長さ平均０．８μｍ
（細孔の９８％以上に形成されていた）、共通の引き出
し電極４４がＡｕ−Ｐｔ膜厚５ｎｍである電子放出装置
を作製することができる。なお、陽極酸化膜４１、エミ
ッタ電極４２、引き出し電極４４で囲まれた領域、すな
わち細孔の内部はＨｅガスを１気圧で充填しているもの
とする。In the above method, for example, the support 43
Is an N-type silicon substrate (size 1 × 15 mm), individual emitter electrodes 42 are Ti / AiSiCu / Ti film thickness 0.1
/1/0.05 μm, electrode area 40 × 40 μm, thickness of anodic oxide film 41 1 μm (anodic oxidation of Al in sulfuric acid), average pore diameter 40 nm (one emitter electrode with a distance between pores of 120 nm) 240x240 array on top), CNT4
0 multi-walled carbon nanotubes (made with Ni catalyst and C2H4 gas), average diameter 33 nm, average length 0.8 μm
An electron emission device in which the common extraction electrode 44 has an Au-Pt film thickness of 5 nm (formed in 98% or more of the pores) can be manufactured. It is assumed that the region surrounded by the anodic oxide film 41, the emitter electrode 42, and the extraction electrode 44, that is, the inside of the pores is filled with He gas at 1 atm.
【００４１】この電子放出装置を大気中において任意の
エミッタ電極４２〜引き出し電極４４間に１．５ｋＶ、
引出し電極４４からアース間に３００Ｖ印加し、電子放
出装置から２０μｍの距離に対抗電極として蛍光体を塗
布した透明電極を置き、対抗電極を接地すると、任意の
エミッタ電極上の蛍光体にスポット状の発光が現われ、
電子放出装置の任意の場所からのみ電子を放出させるこ
とができる。また、電子放出装置の個別のエミッタ電極
４２をシフトレジスターに接続し、時系列で個々のエミ
ッタ電極４２に負電圧を印加すると、蛍光体上の発光点
が順次移動することが確認できる。なお、本実施の形態
では、エミッタ電極４２を個別化し、引き出し電極４４
を共通化したが、これに限られるものではなく、エミッ
タ電極４２を共通化し、引き出し電極４４を個別化する
ようにしてもよい。[0041] 1.5kV this electron emission device between any of the emitter electrode 42 to the extraction electrode 44 in the atmosphere,
When a voltage of 300 V is applied between the extraction electrode 44 and the ground, a transparent electrode coated with a phosphor is placed as a counter electrode at a distance of 20 μm from the electron-emitting device, and the counter electrode is grounded. Light emission appears,
Electrons can be emitted only from any place of the electron emission device. Further, when the individual emitter electrodes 42 of the electron-emitting device are connected to the shift register and a negative voltage is applied to the individual emitter electrodes 42 in a time series, it can be confirmed that the light emitting points on the phosphor sequentially move. In the present embodiment, the emitter electrode 42 is individualized and the extraction electrode 44
However, the present invention is not limited to this, and the emitter electrode 42 may be shared and the extraction electrode 44 may be individualized.
【００４２】次に、第５の実施形態について説明する。
図４は、第５の実施形態の電子放出装置による帯電を示
した図である。本実施の形態では、電子放出装置に接続
される駆動素子５０、制御回路５１を設け、さらに第４
の実施形態によって作製した電子放出装置を紙面から垂
直の方向に１６個並べたＡ４判の短尺方向に相当する電
子放出装置（直接描画用の帯電装置となる）と誘電体を
利用する。まず、駆動素子５０、電子放出装置の作製法
および制御回路との実装法について説明する。Ｎ型シリ
コン基板にツインウエルを作製し、その後Ｃ−ＭＯＳか
らなる高耐圧のトランジスターからなる複数の駆動素子
を作り込んだ後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜に
よって駆動素子を被覆し、さらにフォトリソグラフィー
およびエッチングによってＳｉＯ2膜に複数のコンタク
トホールを形成する。Next, a fifth embodiment is described.
FIG. 4 is a diagram illustrating charging by the electron-emitting device according to the fifth embodiment. In the present embodiment, a driving element 50 and a control circuit 51 connected to the electron-emitting device are provided.
An electron emission device (to be a charging device for direct drawing) corresponding to a short direction of A4 size, in which 16 electron emission devices manufactured according to the embodiment are arranged in a direction perpendicular to the paper surface, and a dielectric are used. First, the driving device 50, the mounting method of the make and control circuit of the electron-emitting device will be described. A twin well is formed on an N-type silicon substrate, and then a plurality of driving elements including high voltage transistors formed of C-MOS are formed. Then, the driving elements are covered with an SiO 2 film formed by a plasma CVD method. Then, a plurality of contact holes are formed in the SiO 2 film by etching.
【００４３】その後、第４の実施形態のようにＳｉＯ2
膜上にエミッタ電極４２、陽極酸化膜４１、細孔、カー
ボンナノチューブ４０、引き出し電極４４を作製し、複
数のコンタクトホールを介してエミッタ電極４２と駆動
素子５０を導通させる。制御回路５１を組み込んだＬＳ
Ｉを表面実装し、駆動素子５０と制御回路５１を接続す
る。これにより、複数のブロックに分割され、個々のブ
ロックに対応して駆動素子５０を設けた電子放出装置が
完成する。なお、本実施の形態では、エミッタ電極４２
の大きさが４０×４０μｍになっているので、ひとつの
ブロックには細孔、すなわちカーボンナノチューブ４０
による電子放出の点が２４０×２４０個入り、全体とし
てＡ４判短尺の長さがあることから、１個の帯電器は４
０００個以上のブロックに分割されていることになる。
この電子放出装置を紙面から垂直の方向に１６個並べ、
Ａ４判の短尺方向に相当する電子放出素子（直接描画方
式の帯電装置となる）とする。なお、外部回路により１
６個の引き出し電極を共通化し、さらに１６個分の制御
回路５１を統合する回路を別途に設け、Ａ４判の帯電装
置として動作するようになっている。Thereafter, as in the fourth embodiment, SiO 2
The emitter electrode 42, the anodic oxide film 41, the pores, the carbon nanotubes 40, and the extraction electrode 44 are formed on the film, and the emitter electrode 42 and the driving element 50 are conducted through a plurality of contact holes. LS incorporating control circuit 51
I is surface-mounted, and the drive element 50 and the control circuit 51 are connected. As a result, the electron-emitting device is divided into a plurality of blocks and provided with the driving elements 50 corresponding to the individual blocks. In this embodiment, the emitter electrode 42
Is 40 × 40 μm, so that one block has pores, ie, carbon nanotubes 40.
The number of electron emission points is 240 × 240 and the overall length is A4 size.
It will have been divided into 000 or more blocks.
Sixteen electron emission devices are arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper,
An electron-emitting device corresponding to the short direction of the A4 size (a charging device of a direct drawing system) is used. In addition, 1
A common circuit is used for the six lead electrodes, and a circuit for integrating the 16 control circuits 51 is separately provided to operate as an A4 size charging device.
【００４４】また、図４において駆動素子５０はブロッ
ク図で示されており、Ｎ型シリコン基板上に作り込まれ
ていないように見えるが、この図は概念を示したもので
あり、実際はＮ型シリコン基板上に電子放出装置を構成
するエミッタ電極４２、陽極酸化膜４１、細孔、カーボ
ンナノチューブ４０、引き出し電極４４および駆動素子
５０が作り込まれ、制御回路５１が表面実装されてお
り、帯電装置として一体化しているものとする。この帯
電装置を被帯電体５２に近接させ、被帯電体５２に帯電
を行う。なお、本実施の形態に用いた被帯電体５２は、
ドラム形状のＡｌ基体上に誘電体層であるポリイミドを
２５μｍ厚さでディップコーティング法により成膜した
ものである。その他に使用できる誘電体層としては、Ｓ
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4などの無機絶縁膜や一般的な有機絶縁
性樹脂などがある。また、本実施の形態ではドラム形状
の被帯電体５２としたが、Ａｌ基体の代わりに表面に導
電層を形成したベルトを採用し、ベルト状の被帯電体５
２としてもよく、シート状の被帯電体５２でもよい。な
お、本実施の形態の誘電体のＡｌ支持体は接地されてお
り、被帯電体５２は１５０ｍｍ／ｓの速度で回転させる
ものとする。[0044] The driving element 50 in FIG. 4 is shown in block diagram, it appears that not built in N-type silicon substrate, the figure is shows a concept, in fact the N-type The emitter electrode 42, the anodic oxide film 41, the pores, the carbon nanotubes 40, the extraction electrode 44 and the driving element 50 which constitute the electron emission device are formed on the silicon substrate, and the control circuit 51 is surface-mounted. Shall be integrated. The charging device is brought close to the member to be charged 52 performs charging member to be charged 52. The member to be charged 52 used in the present embodiment includes:
A dielectric layer, polyimide, was formed to a thickness of 25 μm on a drum-shaped Al substrate by dip coating. The dielectric layer can be used for other, S
There are inorganic insulating films such as iO 2 and Si 3 N 4 and general organic insulating resins. In the present embodiment, the drum-shaped charged object 52 is used. However, instead of the Al base, a belt having a conductive layer formed on the surface is employed.
2, or the sheet-like charged body 52 may be used. The dielectric Al support of the present embodiment is grounded, and the charged body 52 is rotated at a speed of 150 mm / s.
【００４５】被帯電体５２から２０μｍの距離に帯電装
置を固定し、制御回路５１により複数の駆動素子５０の
うち任意の駆動素子５０のみを連続的に動作させ、任意
の駆動素子５０に接続したエミッタ電極４２にのみ連続
的に１．２ｋＶの負電圧を印加し、共通化した引出し電
極４４からアース間に１５０Ｖ印加し、被帯電体５２を
帯電させる。その後、２次元のマトリックス状に被帯電
体５２の表面電位を測定すると、選択した駆動素子５０
に接続されたブロック上の被帯電体５２の表面のみが被
帯電体５２の回転方向によって直線状に帯電する。ま
た、同様に任意の駆動素子５０を時系列で動作させ、任
意の駆動素子５０に接続したエミッタ電極４２に時系列
の負電圧を印加し、共通化した引出し電極４４からアー
ス間に１５０Ｖ印加し、誘電体を帯電させると、動作さ
せた駆動素子５０に接続されたブロック上の被帯電体５
２の表面にスポット状の帯電を確認することができる。
これにより、本実施の形態の帯電装置が直接描画方式の
帯電装置として十分使用できることが確認できる。The charging device was fixed at a distance of 20 μm from the member to be charged 52, and only one of the plurality of driving elements 50 was continuously operated by the control circuit 51 to be connected to an arbitrary driving element 50. A negative voltage of 1.2 kV is continuously applied only to the emitter electrode 42, 150 V is applied between the common extraction electrode 44 and the ground, and the charged body 52 is charged. Thereafter, when the surface potential of the member to be charged 52 is measured in a two-dimensional matrix, the selected driving element 50
Only the surface of the member to be charged 52 on the block connected to is charged linearly depending on the rotation direction of the member to be charged 52. Similarly, an arbitrary drive element 50 is operated in time series, a time-series negative voltage is applied to the emitter electrode 42 connected to the arbitrary drive element 50, and 150 V is applied from the common extraction electrode 44 to the ground. When charging the dielectric member to be charged on the block that is connected to a drive element 50 which is operated 5
Spot-like charging can be confirmed on the surface of No. 2.
Thus, it can be confirmed that the charging device of the present embodiment can be sufficiently used as a direct drawing type charging device.
【００４６】なお、本実施の形態でのアレイ化とは、第
５の実施形態の電子放出装置を複数個作製し、実装工程
で複数並べたものとして説明したが、Ａ４判の短尺方向
の長さを持つ１個の支持体４３上にＡ４判の短尺方向に
相当する電子放出装置を並べたものも本実施の形態に含
まれるものとする。以上のように、本実施の形態のアレ
イ化した電子放出装置とは、実装工程で複数個の電子放
出装置を並べたデバイスも、１個の支持体上に複数の細
孔と複数のカーボンナノチューブを持つデバイスも合わ
せて第５の実施形態の帯電装置ということになる。The array in this embodiment is described as a case where a plurality of electron-emitting devices according to the fifth embodiment are manufactured and arranged in the mounting process. The present embodiment also includes an arrangement in which the electron-emitting devices corresponding to the short direction of the A4 size are arranged on one support member 43 having a length. As described above, the electron-emitting devices arrayed in the present embodiment, implementation is also a device arranged a plurality of electron-emitting devices in the process, a plurality of pores and a plurality of carbon nanotubes on one of the support it comes to the charging device of the fifth embodiment with the device also combined with.
【００４７】次に、第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態では、電子写真方式のプリンタに第５の
実施形態で作製した帯電装置を搭載し、感光体の変わり
にポリイミド（厚さ２５μｍ）／Ａｌ基体の被帯電体を
載せて画像出力を行う。本実施の形態で用いたプリンタ
では、露光装置を停止し、制御回路に直接画像信号を入
力し、磁気ブラシ現像により被帯電体の潜像を顕在化
し、転写装置によってコピー用紙に転写焼付けを行う。
なお、除電には除電ブラシを用いることとする。その結
果、従来のプリンタの画像と比較すると、高精細な画像
を得ることができ、これは従来のプリンタの露光器のス
ポット径よりも、本実施の形態の電子放出装置の１ブロ
ックの大きさが小さいためである。また、第６の実施形
態で作製された帯電装置は、複写機、ファクシミリ、プ
リンターなどのあらゆる直接描画方式の画像記録装置に
おいても使用することができる。なお、本実施の形態で
は一例として電子放出装置や駆動回路、制御回路を一体
で作り込む場合について説明したが、これに限られるも
のではなく、本実施の形態では電子放出装置や駆動回
路、制御回路を一体で作り込まずに別の基板に駆動回
路、制御回路を作り、電子放出装置と接続するようにし
てもよい。Next, a sixth embodiment will be described.
In the sixth embodiment, the charging device manufactured in the fifth embodiment is mounted on an electrophotographic printer, and a polyimide (25 μm thick) / Al base member to be charged is placed in place of the photoconductor to output an image. I do. In the printer used in the present embodiment, the exposure device is stopped, an image signal is directly input to the control circuit, the latent image of the member to be charged is revealed by magnetic brush development, and the transfer device performs transfer printing on copy paper. .
It should be noted that a static elimination brush is used for static elimination. As a result, when compared with the image of the conventional printer, it is possible to obtain a high-definition image, which is the size of one block than the spot diameter of the exposure device of the conventional printer, the electron-emitting device of the present embodiment Is small. Further, the charging device manufactured in the sixth embodiment can be used in any image recording apparatus of a direct drawing system such as a copying machine, a facsimile, a printer, and the like. In this embodiment, an example in which the electron-emitting device, the driving circuit, and the control circuit are integrally formed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. In the present embodiment, the electron-emitting device, the driving circuit, and the control circuit are integrated. A drive circuit and a control circuit may be formed on another substrate without integrally forming the circuit, and may be connected to the electron emission device.
【００４８】次に、第７の実施形態について説明する。
第６の実施形態では電子放出装置を１次元方向に長尺化
し、帯電装置へ応用する場合について説明したが、第７
の実施形態のように２次元に大面積化することによっ
て、電子放出装置をＦＥＤの電子放出源として使用する
こともできる。ＦＥＤとして使用する場合、蛍光体を塗
布した透明電極からなる対抗電極を電子放出素子から一
定の位置に固定すればよい。本実施の形態の電子放出装
置をＦＥＤの電子放出源としても使用した場合、カーボ
ンナノチューブは陽極酸化膜、エミッタ電極、引き出し
電極で囲まれた構造となるため、ＦＥＤのシールが不十
分で合った場合でもＦＥＤ内へ流入する大気によっても
カーボンナノチューブが劣化することがなく、長期信頼
性を高めることができる。また、ＦＥＤのシール工程を
簡便化できることから、低コスト化を図ることもでき
る。Next, a seventh embodiment will be described.
In the sixth embodiment is elongated in one dimension the electron emission device has been described when applied to the charging device, the seventh
By increasing the area two-dimensionally as in the embodiment, the electron emission device can be used as an electron emission source of the FED. When used as an FED, a counter electrode composed of a transparent electrode coated with a phosphor may be fixed at a fixed position from the electron-emitting device. When the electron emission device of the present embodiment is also used as an electron emission source of an FED, the carbon nanotube has a structure surrounded by an anodic oxide film, an emitter electrode, and an extraction electrode, so that the FED seal is insufficiently fitted. Even in this case, the carbon nanotubes are not degraded by the air flowing into the FED, and the long-term reliability can be improved. Moreover, because it can simplify the FED sealing step, it is also possible to achieve cost reduction.
【００４９】以上のように、各実施形態の電子放出装置
は、陽極酸化膜中の細孔にカーボンナノチューブが保持
されている電子放出装置では、細孔の開口が引き出し電
極で被覆されている。また、電子放出装置において、カ
ーボンナノチューブから電界放出により引き出された電
子が引き出し電極を貫通して電子放出素子の外部へ放出
されるようになっている。また、電子放出装置において
引き出し電極がＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属ないしそ
の合金によって構成されるようになっている。さらに、
電子放出装置をアレイ化した帯電装置を構成することが
できる。アレイ化した電子放出装置において、電子放出
装置が複数のブロックに分割されており、個々のブロッ
クに対応して駆動素子を設けることができる。また、帯
電装置を電子写真方式の画像形成装置に搭載して利用す
ることもできる。さらに、電子放出装置をアレイ化する
ことにより直接描画方式の帯電装置を構成することもで
き、この直接描画用の帯電装置を直接描画方式の画像形
成装置に搭載して利用することもできる。As described above, in the electron emission device of each embodiment, in the electron emission device in which the carbon nanotubes are held in the pores in the anodic oxide film, the openings of the pores are covered with the extraction electrodes. In the electron emission device, electrons extracted from the carbon nanotubes by field emission are emitted to the outside of the electron emission element through the extraction electrode. Further, in the electron emission device, the extraction electrode is made of a noble metal such as Au, Pt, Pd or an alloy thereof. further,
It is possible to construct a charging apparatus arraying electron-emitting device. In the arrayed electron-emitting devices, the electron-emitting devices are divided into a plurality of blocks, and a driving element can be provided for each block. Further, the charging device can be used by being mounted on an electrophotographic image forming apparatus. Furthermore, a direct-drawing type charging device can be configured by arraying the electron-emitting devices, and the charging device for direct drawing can be mounted on a direct-drawing type image forming apparatus and used.
【００５０】[0050]
【発明の効果】請求項１記載の発明では、カーボンナノ
チューブは、エミッタ電極と陽極酸化膜と引き出し電極
とに囲まれているので、カーボンナノチューブは外気と
完全に遮断され、陽極酸化膜と引き出し電極、エミッタ
電極で囲まれた領域である細孔の内部から酸素や水など
のカーボンナノチューブを劣化させやすいガスを取り除
くことができ、カーボンナノチューブが電界放出時に劣
化することを防止することができる。According to the first aspect of the present invention, since the carbon nanotube is surrounded by the emitter electrode, the anodic oxide film and the extraction electrode, the carbon nanotube is completely shut off from the outside air, and the anodic oxide film and the extraction electrode are separated. Further, a gas such as oxygen and water that easily deteriorates the carbon nanotubes can be removed from the inside of the pores, which is a region surrounded by the emitter electrode, and the carbon nanotubes can be prevented from being deteriorated during field emission.
【００５１】請求項２記載の発明では、カーボンナノチ
ューブから電界放出される電子は、引き出し電極を貫通
して外部へ放出されるので、トンネル効果によって貫通
して電子放出装置の外部へ放出されることになり、電流
の損失が小さく、大きな電流を得ることができる。請求
項３記載の発明では、引き出し電極が、Ａｕ（金）、Ｐ
ｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）などの貴金属またはそ
の合金によって形成されるので、引き出し電極が直接接
外気と接触しても酸化されにくく、長期に渡り良好な電
子放出特性を維持することができる。[0051] In the second aspect of the present invention, electrons are field-emitted from the carbon nanotubes, because they are discharged to the outside through the lead-out electrodes, it is discharged to the outside of the electron-emitting devices through the tunnel effect , The current loss is small and a large current can be obtained. In the invention according to claim 3, the extraction electrode is made of Au (gold), P
Since it is formed of a noble metal such as t (platinum) or Pd (palladium) or an alloy thereof, even if the extraction electrode is in direct contact with the outside air, it is hardly oxidized, and good electron emission characteristics can be maintained for a long period of time. .
【００５２】請求項４記載の発明では、請求項１、請求
項２、請求項３のうちいずれか１に記載の電子放出装置
を複数並べたので、アレイ化した構造を持ち、比較的大
きな電子放出面を持つことができ、その結果電子放出装
置を帯電装置やＦＥＤなどへ応用することができる。請
求項５記載の発明では、複数並べられている電子放出装
置を所定数ずつのブロックに分割し、この分割された各
ブロック内の各電子放出装置のエミッタ電極と導通する
駆動素子をさらに備えたので、駆動素子のうち任意の駆
動素子を動作させることによって、駆動素子に接続され
たブロックのみに電圧を印加でき、電子放出素子の任意
の一部からのみ電子を取り出すことができる。[0052] In the invention of claim 4, claim 1, claim 2, since the arranging a plurality of electron-emitting device according to any one of claims 3, has an array of structures, relatively large electron can have a release surface, it is possible to apply the result electron-emitting device to such a charging device and FED. According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of the electron-emitting devices are divided into a predetermined number of blocks, and each of the divided blocks further includes a driving element that is electrically connected to the emitter electrode of each of the electron-emitting devices. Therefore, by operating any one of the driving elements, a voltage can be applied only to the block connected to the driving element, and electrons can be extracted only from any part of the electron-emitting device.
【００５３】請求項６記載の発明では、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４のうちいずれか１に記載の電
子放出装置を用いて帯電装置としたので、感光体に対し
十分な現像マージンを持って帯電することができ、引き
出し電極の電位によって感光体の表面電位が制御でき
る。また、エミッタ電極、引き出し電極の電位を最適化
することにより、帯電器から引き出される電子のエネル
ギーをオゾンやＮＯｘが発生しないレベルまで下げるこ
とができ、その結果従来のコロトロンやスコロトロンと
比較しオゾンやＮＯｘは激減させることができ、帯電ロ
ーラ以下のオゾン、ＮＯｘ発生量を実現することができ
る。請求項７記載の発明では、請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４のうちいずれか１に記載の電子放出装
置を用いて直接描画方式の帯電装置としたので、複数の
ブロックに分割され個々のブロックに対応して駆動素子
を設けられた電子放出素子から構成されることにより、
駆動素子のうち任意の駆動素子を動作させることがで
き、この駆動素子に接続されたブロックのみに電圧を印
加し、電子放出素子の任意の一部からのみ電子を取り出
すことができるので、被帯電体表面を小さなスポット状
で帯電することができる。[0053] In the invention of claim 6, claim 1, claim 2, claim 3, since the charging device using the electron emission device according to any one of claims 4, the photosensitive member It can be charged with a sufficient development margin, and the surface potential of the photoconductor can be controlled by the potential of the extraction electrode. In addition, by optimizing the potentials of the emitter electrode and the extraction electrode, the energy of the electrons extracted from the charger can be reduced to a level at which ozone and NOx are not generated. As a result, compared with conventional corotrons and scorotrons, ozone and NOx can be greatly reduced, the charging roller following ozone, it is possible to realize the NOx generation amount. According to the seventh aspect of the present invention, a direct drawing type charging device is provided by using the electron emission device according to any one of the first, second, third, and fourth aspects. Is composed of electron-emitting devices provided with driving elements corresponding to the individual blocks.
Since any of the driving elements can be operated, a voltage can be applied only to the block connected to the driving element, and electrons can be taken out from only any part of the electron-emitting elements, so that the charged elements can be charged. The body surface can be charged in the form of small spots.
【００５４】請求項８記載の発明では、請求項６に記載
の帯電装置を搭載した画像形成装置であるので、感光体
を良好に帯電でき、従来のコロトロンやスコロトロンを
用いた画像形成装置と同等の画像出力が可能であり、画
像出力時においては、従来のローラ帯電方式以下のオゾ
ン、ＮＯｘ発生量とすることができる。請求項９記載の
発明では、請求項７に記載の直接描画方式の帯電装置を
搭載した画像形成装置であるので、帯電される最小のス
ポット径を小さくでき、その結果、１ピクセルのサイズ
を小さくできるため高精細の画像を出力することができ
る。According to the eighth aspect of the present invention, since the image forming apparatus is equipped with the charging device according to the sixth aspect, the photosensitive member can be favorably charged, and is equivalent to an image forming apparatus using a conventional corotron or scorotron. Image output is possible, and at the time of image output, the amount of ozone and NOx generated can be lower than that of the conventional roller charging system. According to the ninth aspect of the present invention, since the image forming apparatus is equipped with the direct drawing type charging device according to the seventh aspect, the minimum spot diameter to be charged can be reduced, and as a result, the size of one pixel is reduced. Therefore, a high-definition image can be output.
【図１】第１の実施形態に係る電子放出装置を示した図
である。FIG. 1 is a diagram showing an electron emission device according to a first embodiment.
【図２】第１の実施形態の電子放出装置による帯電を示
した図である。2 is a diagram showing the charging by the electron-emitting device of the first embodiment.
【図３】第４の実施形態に係る電子放出装置を示した図
である。FIG. 3 is a diagram illustrating an electron emission device according to a fourth embodiment.
【図４】第４の実施形態の電子放出装置による帯電を示
した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating charging by an electron emission device according to a fourth embodiment.
【図５】従来の電子放出素子を示した図（１）である。FIG. 5 is a diagram (1) showing a conventional electron-emitting device.
【図６】従来の電子放出素子を示した図（２）である。FIG. 6 is a diagram (2) showing a conventional electron-emitting device.
１０ カーボンナノチューブ（ＣＮＴ） １１ 陽極酸化膜 １２ エミッタ電極 １３ 支持体 １４ 引き出し電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Carbon nanotube (CNT) 11 Anodized film 12 Emitter electrode 13 Support 14 Leader electrode
Claims (9)
リコン基板などによって構成される支持体と、 前記支持体の片面上に金属または合金を成膜することに
より形成されたエミッタ電極と、 前記エミッタ電極上に所定の間隔で設置された複数のア
ルミニウム膜を硫酸、過塩素酸などの酸中で陽極化する
ことにより形成された複数の陽極化膜と、 前記複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成され、前記エ
ミッタ電極と反対側に開口部を有する細孔と、 前記複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成された細孔内
に底面が前記エミッタ電極に接するように設置され、電
子を電界放出するカーボンナノチューブと、 前記細孔の開口部を被覆する引き出し電極と、を備え、 前記カーボンナノチューブは、前記エミッタ電極と前記
陽極酸化膜と前記引き出し電極とに囲まれていることを
特徴とする電子放出装置。1. A quartz, glass, ceramics, metals, and a support member constituted by such as a silicon substrate, an emitter electrode formed by depositing a metal or alloy on one side of said support, said emitter electrode A plurality of anodized films formed by anodizing a plurality of aluminum films provided at predetermined intervals in an acid such as sulfuric acid or perchloric acid; and each anodized film of the plurality of anodized films. A pore formed between the pores and having an opening on the side opposite to the emitter electrode; and a bottom disposed in the pore formed between the anodized films of the plurality of anodized films so that the bottom surface is in contact with the emitter electrode. A carbon nanotube that emits electrons in a field, and an extraction electrode that covers the opening of the pore, wherein the carbon nanotube is connected to the emitter electrode, the anodic oxide film, and the extraction electrode. An electron emission device, wherein the electron emission device is surrounded by an electrode.
される電子は、前記引き出し電極を貫通して外部へ放出
されることを特徴とする請求項１記載の電子放出装置。2. The electron emission device according to claim 1, wherein electrons emitted from the carbon nanotube in a field are emitted to the outside through the extraction electrode.
（白金）、Ｐｄ（パラジウム）などの貴金属またはその
合金によって形成されることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の電子放出装置。3. The method according to claim 1, wherein the lead electrode is made of Au (gold), Pt.
(Platinum), Pd (palladium) electron-emitting device according to claim 1 or claim 2 wherein, characterized in that it is formed by a noble metal or its alloy such as.
ずれか１に記載の電子放出装置を複数並べたことにより
構成されることを特徴とする電子放出装置。4. An electron-emitting device comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1, 2, or 3.
所定数ずつのブロックに分割し、この分割された各ブロ
ック内の各電子放出装置の前記エミッタ電極と導通する
駆動素子をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載
の電子放出装置。Wherein said divided plural aligned with and electron emitting device to block the predetermined number, it further comprising a driving element which conducts with the emitter electrode of each electron emitting device of this divided in each block The electron emission device according to claim 4, wherein:
４のうちいずれか１に記載の電子放出装置を用いたこと
を特徴とする帯電装置。6. A charging device using the electron-emitting device according to any one of claims 1, 2, 3, and 4.
４のうちいずれか１に記載の電子放出装置を用いたこと
を特徴とする直接描画方式の帯電装置。7. A direct-charging type charging device using the electron-emitting device according to any one of claims 1, 2, 3, and 4.
とを特徴とする画像形成装置。8. An image forming apparatus comprising the charging device according to claim 6.
置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。9. An image forming apparatus comprising the direct drawing type charging device according to claim 7.
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