JP2016058172A - 発光素子および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1.実施の形態(一対の電極の間にイオン層が挿設された素子構造の例)
2.変形例(基板上に複数の電極が並設され、その上をイオン層が覆う素子構造の例)
3.適用例1〜5(発光素子の電子機器への適用例)
4.その他の変形例
[構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る発光素子(発光素子1)の断面構成例(Z−X断面構成例)を模式的に表したものである。この発光素子1は、一対の電極111,112とイオン層12(機能層)とからなる積層構造を有している。
電極111,112はそれぞれ、イオン層12に対して電圧を印加するための電極である。本実施の形態では、これらの電極111,112は、イオン層12を挟み込むように配置されている。
イオン層12は、上記したように一対の電極111,112の間に挿設されており、後述する機能(この例では発光機能)が発揮される層である。このイオン層12は、例えば図1中の符号P1で示した拡大模式図のように、多数の細孔121hを有する多孔質材121と、この多孔質材121内に分散された電解質(電解質の分子)122および量子ドット123とを含んでいる。具体的には、この例では、多孔質121における多数の細孔121h内に、電解質122および量子ドット123がそれぞれ分散されていると共に、多孔質121の中に、量子ドット123が分散されている。換言すると、イオン層12は、電解質122と量子ドット123と多孔質材121とが、所定の混合比(例えば、混合重量比または混合体積比など)にて混合されたものとなっている。なお、このようなイオン層12の厚みは、例えば200nmである。
・イミダゾリウム系陽イオン:
1-methyl-3-methylimidazolium(MMI),
1-ethyl-3-methylimidazolium(EMI),
1-propyl-3-methylimidazolium(PMI),
1-butyl-3-methylimidazolium(BMI),
1-pentyl-3-methylimidazolium(PeMI),
1-hexyll-3-methylimidazolium(HMI),
1-Octyl-3-methylimidazolium,
1-oxyl-3-methylimidazolium(OMI),
1-hexadecyl-3-methylimidazolium,
1-Butyl-2,3-dimethulimidazolium,
1,2-dimethyl-3-propylimidazolium(DMPI);
・ピリジニウム系陽イオン:
1-methl-1-propylpiprodonium(PP13),
1-methyl-1-propylpyrrolidinium(P13),
1-methyl-1-butylpyrrolidinium(P14),
1-butyl-1-methylpyrrolidinium(BMP);
・アンモニウム系陽イオン:
trimethylpropylammonium(TMPA),
trimethyloctylammonium(TMOA),
trimethylhexylammonium(TMHA),
trimethylpentylammonium(TMPeA),
trimethylbutylammonium(TMBA);
・ピラゾリウム系陽イオン:
1-ethyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(ETMP),
1-butyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(BTMP),
1-propyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(PTMP),
1-hexyl-2,3,5-trimethylpyrazolium(HTMP),
1-Buthylpyridium,
1-Hexylpyridium;
(B)陰イオン
bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(TFSI),
bis(fluorosulfonyl)imide(FSI),
bis(perfluoroethylsulfonyl)imide(BETI),
tetrafluoroborate(BF4),
hexafluorophosphate(PF6);
この発光素子1は、例えば、図4に示したようにして製造することができる。この図4は、発光素子1の製造方法の一例を、工程順に流れ図で表わしたものである。
まず、前述した材料からなる多孔質材121、電解質122および量子ドット123と、両親媒性物質(両親媒性分子を有する物質;レベリング剤)とを、所定の溶媒(例えば、クロロベンゼン,ジクロロベンゼン等の高沸点溶剤など)中で混合することにより、混合体を作製する(工程S11)。なお、両親媒性物質としては、例えば界面活性剤が挙げられる。また、この界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤等が挙げられる。フッ素系界面活性剤の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。この際、多孔質材121と電解質122と量子ドット123とは、例えば、前述した所定の混合比にて混合するようにする。また、この混合体における両親媒性物質の含有量は、例えば1000ppm以下程度とするのが望ましく、例えば10ppm程度とするのがより望ましい。混合体への両親媒性物質の過剰な含有が防止され、後述する両親媒性物質の機能がより効果的に発揮されるからである。
・ペルフルオロアルキルスルホン酸(CF3(CF2)nSO3H)
・ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS;perfluorooctanesulfonate)
・ペルフルオロアルキルカルボン酸(CF3(CF2)nCOOH)
・ペルフルオロオクタン酸(PFOA;perfluorooctanoate)
・フッ素テロマーアルコール(F(CF2)nCH2CH2OH)
次いで、例えばスピンコートやインクジェット等を用いて、上記した混合体を薄膜状に成形する(工程S12)。換言すると、工程S11において得られた混合体を、薄膜化させる。この際、スピンコートを用いる場合には、例えば、空気中において、500rpm(回転/分)程度の回転率にて1分間程度のスピンコートを行うようにする。なお、このようにして混合体を薄膜状にする手法としては、上記したスピンコートおよびインクジェットには限られず、他の印刷技術を用いることも可能である。具体的には、例えば、ナノインプリント法、誘導プラズマエッチング法、ドライエッチング法といったプリント技術、エッチング技術などの印刷技術を用いることが可能である。
続いて、このようにして得られた薄膜状の混合体を乾燥させることにより、この混合体から上記した溶媒を蒸発させる(工程S13)。これにより、図1中の符号P1で示した拡大模式図のような、多数の細孔121hを有する多孔質材121と、この多孔質材121内に分散された電解質122および量子ドット123とからなるイオン層12が形成される。なお、乾燥させる際には、例えば、窒素(N2)雰囲気中において乾燥を行うようにする。
そののち、このようして得られたイオン層12に対して、複数の電極111,112を取り付ける(工程S14)。具体的には、工程S13において得られたイオン層12を、例えば真空蒸着法や塗布法等を用いて別途形成した一対の電極111,112の間に挟み込むようにする。以上により、図1に示した発光素子1が完成する。このように、真空プロセス等の複雑な工程が不要であると共に、室温環境下にて作製可能であることから、発光素子1は、比較的簡易なプロセスにて安価に製造することが可能である。
(A−1.pn接合の形成)
この発光素子1では、電極111,112を用いてイオン層12に対して電圧が印加されると、以下の原理にてイオン層12内にpn接合が形成される。
ここで、本実施の形態の発光素子1では、このようにして形成されたpn接合を利用して、発光機能が発揮される(発光動作が行われる)。以下、このような発光素子1における発光動作について、比較例(比較例1,2)と比較しつつ詳細に説明する。
図9は、比較例1に係る発光素子(発光素子101)の断面構成例を模式的に表したものである。この比較例1の発光素子101では、電極111,112の間に、量子ドット123が敷き詰められた層(量子ドット層102)が挿設されている。また、電極111,112には交流電圧供給源PS(ac)が接続されるようになっており、これらの電極111,112を介して量子ドット層102に所定の電圧(交流電圧)が印加されるようになっている。
そこで比較例2では、例えば図11(A)および図11(B)に模式的に示したように、LED等からなる励起光源からの励起光(EL発光)を利用して、量子ドット123をPL(Photo-Luminescence)発光させるようにしている。
これに対して本実施の形態の発光素子1では、前述した図1に示したように、イオン層12に、多孔質材121と、この多孔質材121内に分散された電解質122および量子ドット123とが含まれている。これにより、前述した原理にてイオン層12内に形成されたpn接合におけるキャリア(正孔hおよび電子e)を利用して、このイオン層12内の量子ドット123が、EL発光するようになる。つまり、この発光素子1では、このようなpn接合におけるキャリアを利用することで、量子ドット123がEL発光し易くなる。なお、このようなpn接合におけるキャリアを利用することは、個々の量子ドット123に対して、発光駆動のための電極(電圧を印加させるための電極)を取り付けることに相当すると言える。
次に、本実施の形態の発光素子1の製造方法における作用について説明する。
続いて、本実施の形態の電解質122が、イオンの移動度の抑制構造を有する分子を用いて構成されている場合における作用について説明する。
図14は、他の構成例に係る発光素子(発光素子301)の断面構成例(Z−X断面構成例)を、模式的に表したものである。この他の構成例の発光素子301は、本実施の形態の発光素子1においてイオン層12の代わりにイオン層302を設けたものに対応し、他の構成は同様となっている。
これに対して本実施の形態の発光素子1では、イオン層12内の電解質122が、例えば、イオンの移動度の抑制構造を有する分子(例えば、極性を有する分子)を用いて構成されている。具体的には、例えば図1中に示した電解質122のように、異方性形状(例えば直鎖構造)を有する分子を用いて構成されている。
続いて、上記実施の形態の変形例について説明する。なお、この実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図19は、変形例に係る発光素子(発光素子1A)の断面構成例を模式的に表したものである。この発光素子1Aは、基板10上に、一対の電極111,112、イオン層12および保護層13からなる積層構造を有している。
本変形例の発光素子1Aにおいても、基本的には実施の形態と同様の作用により、同様の効果を得ることが可能である。具体的には、発光素子1Aでは以下のように作用する。
続いて、上記した実施の形態および変形例に係る発光素子(発光素子1,1A)の電子機器への適用例(適用例1〜5)について説明する。
図24は、適用例1に係る電子機器(携帯用の照明装置3)の構成例を、模式的に斜視図で表したものである。この照明装置3は、筺体内に、1または複数の発光素子1(または発光素子1A)を内蔵したものであり、光出射口30から発光光Lout(照明光)を出射する機能を有している。
図25は、適用例2に係る電子機器(室内用の照明装置4)の構成例を、模式的に表したものである。この照明装置4もまた、1または複数の発光素子1(または発光素子1A)を内蔵したものであり、照明光としての発光光Loutを出射する機能を有している。このような照明装置4は、例えば図25に示したように、建造物の天井401に配置されている。ただし、用途等に応じて、天井401に限らず、例えば図25中に示した壁402A,402Bなど、任意の場所に照明装置4を設置することが可能である。
図26は、適用例3に係る電子機器(卓上用の照明装置5)の構成例を、模式的に表したものである。この照明装置5もまた、1または複数の発光素子1(または発光素子1A)を内蔵したものであり、照明光としての発光光Loutを出射する機能を有している。この照明装置5は、例えば図26に示したように、基台501に設けられた支柱502A,502Bによって支持されている。
図27(A)および図27(B)はそれぞれ、適用例4,5に係る電子機器(自発光型の表示装置6A,6B)の構成例を、模式的に表したものである。これらの表示装置6A,6Bはそれぞれ、マトリクス状に2次元配置された各画素60に、発光素子1(または発光素子1A)を内蔵したものであり、表示光として発光光Loutを利用した自発光型の表示装置となっている。表示装置6A,6Bではまた、材料等に応じてR(赤),G(緑),B(青)の各色の発光を行う量子ドット123を利用して、例えば図27(A)および図27(B)に示したように、R,G,Bの各色に対応する画素60が設けられている。これにより、表示装置6A,6Bではそれぞれ、任意のカラー表示を行うことが可能となっている。
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例等を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (16)
- 多孔質材と、前記多孔質材内に分散された電解質および量子ドットとを含むイオン層と、
前記イオン層に対して電圧を印加するための複数の電極と
を備えた発光素子。 - 前記イオン層内に形成されるpn接合における正孔および電子によって、前記量子ドットがEL(Electro-Luminescence)発光する
請求項1に記載の発光素子。 - 前記複数の電極によって前記イオン層に対して電圧が印加されることにより、前記イオン層内に前記pn接合が形成される
請求項2に記載の発光素子。 - 前記電圧が、直流電圧または交流電圧である
請求項3に記載の発光素子。 - 前記電圧の極性に応じて、前記pn接合におけるp型領域およびn型領域の配置順序が決定する
請求項3または請求項4に記載の発光素子。 - 前記電圧の印加状態から無印加状態へ移行した後も、前記pn接合が所定時間維持される
請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記イオン層において面発光する
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記イオン層および前記複数の電極がそれぞれ、可撓性を有する
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記複数の電極の間に前記イオン層が挿設されている
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の発光素子。 - 基板上に前記複数の電極が並設されると共に、前記基板および前記複数の電極の上を前記イオン層が覆っている
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記電解質が、イオンの移動度の抑制構造を有する分子を用いて構成されている
請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記分子が直鎖構造を有する
請求項11に記載の発光素子。 - 前記電解質がイオン液体である
請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の発光素子。 - 前記多孔質材が導電性ポリマーである
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の発光素子。 - 1または複数の発光素子を備え、
前記発光素子は、
多孔質材と、前記多孔質材内に分散された電解質および量子ドットとを含むイオン層と、
前記イオン層に対して電圧を印加するための複数の電極と
を有する電子機器。 - 前記発光素子における発光を利用した照明装置または表示装置として構成されている
請求項15に記載の電子機器。
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