JP2016062745A - イオン性素子および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発光機能を向上させることが可能なイオン性素子等を提供する。【解決手段】イオン性素子１は、多孔質材１２１と、この多孔質材１２１内に分散された電解質１２２および発光性微粒子１２３とを含むイオン層１２と、このイオン層１２に対して電圧を印加するための複数の電極（２つの電極１１１，１１２）とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、イオン層に形成されるｐｎ接合を利用して機能性を発揮するイオン性素子、およびそのようなイオン性素子を備えた電子機器に関する。

イオン液体等の電解質を用いたデバイス（イオン性素子）として、各種機能を有するものが提案されている。例えば、電解質を一対の電極で挟み込むようにした構造の電気二重層キャパシタが挙げられる。また、電解質と導電性ポリマー（発光性ポリマー）との混合物に対して複数の電極から電圧を印加できるようにした構造の電気化学発光セル（ＬＥＣ：Light-emitting Electrochemical Cells）も挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。

Q.Pai, A.J.Heeger et al., Science（１９９６）

ところで、上記したイオン性素子では一般に、その機能性（例えば発光機能）を高めてユーザの利便性を向上させることが求められている。したがって、発光機能を向上させることを可能とするイオン性素子の提案が望まれる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、発光機能を向上させることが可能なイオン性素子、およびそのようなイオン性素子を備えた電子機器を提供することにある。

本発明のイオン性素子は、多孔質材と、この多孔質材内に分散された電解質および発光性微粒子とを含むイオン層と、この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ものである。

本発明の電子機器は、１または複数の上記本発明のイオン性素子を備えたものである。なお、このような電子機器としては、例えば、照明装置または表示装置等が挙げられる。

本発明のイオン性素子および電子機器では、イオン層に、多孔質材と、この多孔質材内に分散された電解質および発光性微粒子とが含まれている。したがって、例えば、上記複数の電極からイオン層に対して電圧が印加されることによってイオン層内に形成されたｐｎ接合において、このｐｎ接合を利用した発光機能が発光性微粒子によって促進され、イオン層における発光領域が拡大する。

本発明のイオン性素子では、例えば上記したように、イオン層が少なくとも発光機能を有すると共に、上記発光性微粒子がこのイオン層における発光機能を促進させるようにすることが好ましい。また、上記複数の電極によってイオン層に対して電圧が印加されたときに、イオン層内にｐｎ接合が形成されると共に、このｐｎ接合において発光機能が発揮されるようにするのが好ましい。

この場合において、イオン層に対して電圧が印加されたときに、形成されたｐｎ接合の接合面近傍において、発光性微粒子がＥＬ（Electro-Luminescence）発光を行うと共に、この発光性微粒子からの発光光を利用して多孔質材が光励起されることによって、多孔質材がＰＬ（Photo-Luminescence）発光を行うようにするのが好ましい。また、このような発光性微粒子からの発光光を利用してイオン層内の他の発光性微粒子もが光励起されることによって、この他の発光性微粒子がＰＬ発光を行うようするのが更に好ましい。

ここで、このような発光性微粒子からの発光光を利用したＰＬ発光（多孔質材や上記他の発光性微粒子のＰＬ発光）によって、例えば上記したように、イオン層における発光領域が拡大するのが好ましい。

本発明のイオン性素子では、電圧の印加状態から無印加状態へ移行した後も、ｐｎ接合が所定時間維持されるようにすることが可能である。このようにした場合、電圧無印加状態への移行後もｐｎ接合がある程度維持されるため、電圧無印加状態においても、ｐｎ接合を利用した各機能（蓄電機能および発光機能や、発電機能等）が実現可能となる。また、発光性微粒子におけるバンドギャップが、多孔質材におけるバンドギャップよりも大きいか、もしくは、互いに等しいのが好ましい。このようにした場合、発光性微粒子からの発光光を利用した多孔質材の光励起およびＰＬ発光が起こり易くなる。

本発明のイオン性素子では、面発光するように構成するのが好ましい。このようにした場合、点発光するイオン性素子（例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等）と比べ、例えば照明装置等の電子機器に適用し易くなる。また、本発明のイオン性素子では、イオン層および複数の電極がそれぞれ可撓性を有する、すなわち、イオン性素子全体として可撓性を示すようにするのが好ましい。このようにした場合、各種の電子機器に適用した際の利便性や設計の自由度等が向上する。

本発明のイオン性素子では、複数の電極の間にイオン層が挿設されているように構成することが可能である。あるいは、基板上に複数の電極が並設されると共に、これらの基板および複数の電極の上をイオン層が覆っているように構成することも可能である。ここで、後者の構成の場合、前者の構成と比べ、素子の応答速度が低下するものの、電圧無印加状態への移行後におけるｐｎ接合の維持時間がより長くなる。逆に言うと、前者の構成では後者の構成と比べ、素子の応答速度が向上する。また、前者の構成では後者の構成と比べ、界面（例えば、基板とイオン層との間の界面）の影響を受けにくくなり、イオン性素子における機能性（発光特性）が向上する。

本発明のイオン性素子では、上記電解質を、イオンの移動度の抑制構造を有する分子を用いて構成するのが好ましい。このようにした場合、例えば、上記複数の電極からイオン層に対して電圧が印加されることによってイオン層内に形成されたｐｎ接合が、電圧の無印加状態への移行後も消滅しにくくなる（ある程度の時間、ｐｎ接合が維持されるようになる）。したがって、このような特性を有するｐｎ接合を利用して、イオン性素子における機能性（発光特性）を向上させることが可能となる。なお、この場合において、例えば、上記分子が直鎖構造を有するように構成することが可能である。

本発明のイオン性素子では、上記発光性微粒子として、例えば量子ドットを用いることが可能である。また、上記電解質としては、例えばイオン液体を用いることが可能であり、上記多孔質材としては、例えば導電性ポリマー（発光性ポリマー）を用いることが可能である。

本発明のイオン性素子および電子機器によれば、イオン層に、多孔質材とこの多孔質材内に分散された電解質および発光性微粒子とが含まれているようにしたので、イオン層における発光機能が促進され、発光領域を拡大させることができる。よって、発光機能を向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るイオン性素子の構成例を表す模式断面図である。 図１に示したイオン層の状態を模式的に表す断面図である。 図１に示したイオン性素子の製造方法の一例を工程順に表す流れ図である。 電圧印加時に形成される電気二重層の状態を表す模式図である。 図４に示した電気二重層の態様を拡大して表す模式図である。 電圧印加時におけるｐｎ接合の形成原理を説明するための模式図である。 ｐｎ接合およびそれを利用した蓄電機能について説明するための模式図である。 ｐｎ接合を利用した発光機能について説明するための模式図である。 ｐｎ接合を利用した発電機能について説明するための模式図である。 蓄電機能、発光機能および発電機能同士の関係の一例について説明するための模式図である。 比較例に係るイオン性素子の構成を表す模式断面図である。 図１１に示したイオン性素子の発光領域について説明するための模式図である。 図１に示したイオン層内における発光性微粒子の作用について説明するための模式図である。 図１３に示した発光性微粒子の作用の詳細について説明するための模式図である。 図１に示したイオン性素子の発光領域について説明するための模式図である。 イオン性素子の他の構成例を表す模式断面図である。 図１６に示したイオン性素子における電圧無印加状態への移行後のイオン層の状態を表す模式図である。 図１に示したイオン性素子における電圧無印加状態への移行後のイオン層の状態を表す模式図である。 図１に示したイオン性素子における電圧無印加状態への移行後のイオン層での各機能について説明するための模式図である。 実施例１に係る発光特性の一例を表す写真図である。 実施例１に係る発光特性の一例を表す特性図である。 実施例２に係る発光特性の一例を表す写真図である。 実施例２に係る発光特性の一例を表す特性図である。 実施例１〜３に係る波長と発光強度との関係の一例を表す特性図である。 変形例に係るイオン性素子の構成例を表す模式断面図である。 図２５に示したイオン層の状態を模式的に表す断面図である。 図２５に示したイオン性素子における電圧印加時のイオン層での各機能について説明するための模式図である。 図２５に示したイオン性素子における電圧無印加状態への移行後のイオン層での各機能について説明するための模式図である。 イオン性素子の適用例１に係る電子機器の構成例を表す模式図である。 イオン性素子の適用例２に係る電子機器の構成例を表す模式図である。 イオン性素子の適用例３に係る電子機器の構成例を表す模式図である。 イオン性素子の適用例４，５に係る電子機器の構成例を表す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
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（イオン性素子の電子機器への適用例）
４．その他の変形例

＜１．実施の形態＞
［構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るイオン性素子（イオン性素子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。このイオン性素子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）
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。

電極１１１，１１２の厚みはそれぞれ、例えば３０ｎｍである。また、電極１１１，１１２はそれぞれ、例えば、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）などの各種金属の他、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）などの導電性酸化物、導電性高分子、カーボンナノチューブ、グラファイト等の導電性材料からなる。なお、このイオン性素子１では、一般的な有機ＥＬ素子等とは異なり、電極１１１，１１２とイオン層１２との間の仕事関数の値の差を考慮せずに、電極１１１，１１２の材料を選定することができる。このため、電極１１１，１１２としては種々の導電性材料を使用することが可能となっている。

（イオン層１２）
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、後述する各種の機能（この例では、蓄電機能、発光機能および発電機能）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および発光性微粒子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および発光性微粒子１２３がそれぞれ分散されていると共に、多孔質１２１の中に、発光性微粒子１２３が分散されている。換言すると、イオン層１２は、電解質１２２と発光性微粒子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。

ここで、イオン層１２における、電解質１２２と発光性微粒子１２３と多孔質材１２１との混合比は、例えば、電解質１２２：発光性微粒子１２３：多孔質材１２１＝１：ｍ：ｎ（例えば、ｍ＞０．０１程度、ｎ＞３程度）であることが望ましい。これは、電解質１２２の混合率（例えば、混合重量比率または混合体積比率）が相対的に小さ過ぎると（電解質１２２の含有量が少な過ぎると）、後述するｐｎ接合が形成されにくくなり、発光動作等が困難になってしまうと予想されるためである。換言すると、電解質１２２と多孔質材１２１との混合比には、後述する電圧無印加状態への移行後においてもｐｎ接合の形成状態（発光動作および発電動作）が維持されるための好適な範囲が存在すると予想される。

多孔質材１２１は、イオン層１２の母材（基材）として機能するものである。この多孔質材１２１における細孔１２１ｈの大きさ（径）は、電解質１２２の分子よりも大きければよく、例えば１ｎｍである。多孔質材１２１は、例えば、導電性ポリマー（発光性ポリマー）等の有機材料や、カーボンナノチューブ等の無機材料からなる。具体的には、導電性ポリマーとしては、例えば、F8T2（poly（9,9-dioctylfluorene-co-bithio-phene））等の材料が挙げられる。このように、多孔質材１２１としては有機材料および無機材料のいずれも使用可能であるが、導電性ポリマー等の有機材料を用いるのが望ましい。分子量が大きくなるため、イオン層１２を形成し易くなるからである。また、この多孔質材１２１は、以下説明する電解質１２２との兼ね合い（相性）から、疎水性を示すものであることが望ましい。

電解質１２２は、上記したように、その分子が多孔質材１２１の細孔１２１ｈ内に分散された状態となっている。換言すると、電解質１２２は、多孔質材１２１中に含浸されている（浸み込むようにして配置されている）。

また、例えば図２中に模式的に示したように、この電解質１２２は、実際にはイオン層１２内において、主にイオン状態となって分散している。すなわち、電解質１２２の分子には、陽イオン１２２ｃと陰イオン１２２ａとに電離した状態となっているものが存在する。これは、多孔質材１２１が電解質１２２の溶媒として機能するからである。

ここで、このような電解質１２２は、詳細は後述するが、例えば、自身の移動度を抑制する構造（イオンの移動度の抑制構造）を有する分子（イオン）を用いて構成されている。このようなイオンの移動度の抑制構造を有する分子としては、例えば、極性を有する分子などが挙げられる。また、この極性を有する分子の一具体例としては、図１中の符号Ｐ１で示した拡大模式図中の電解質１２２のように、異方性形状（細長い形状）を有する分子、例えば直鎖構造を有する分子が挙げられる。この直鎖構造としては、例えば、アルキル基（一般式：Ｃ_nＨ_2n+2）、アリール基等が挙げられる。

ここで、上記したイオンの移動度の抑制構造の長さ（例えば、直鎖構造の長さ）は、例えば２ｎｍ以上である（分子量が大きい構造である）ことが望ましい。また、別の観点からみると、このイオンの移動度の抑制構造は、多孔質材１２１における細孔１２１ｈの径に対して、２倍以上の長さであることが望ましい。これらの長さの範囲内であれば、後述するイオン移動度の抑制作用が効果的になされるからである。

このような電解質１２２としては、イオン液体を用いるのが望ましい。イオン層１２内に後述する電気二重層が形成され易くなるからである。このようなイオン液体としては、例えば以下の（１）式で表わされる化合物（tetradecyltrihexylphosphonium(tri- fluoromethylsulfonyl)amide ［P66614］［TFSA］）のように、直鎖構造（この例では、アルキル基）を有する分子構造のものが挙げられる。この（１）式で表わされるイオン液体は、上記したようにイオンの移動度の抑制構造を有する分子であると共に、陽イオンと陰イオンとの間での強い分極が生じる（極性を有する）分子構造となっている。

なお、このようなイオン液体としては、（１）式で表わされるものには限られず、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）のものであれば、他のイオン液体を用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、以下の陽イオンと陰イオンとを組み合わせてなるイオン液体を用いるようにしてもよい。

（Ａ）陽イオン
・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）；

このような電解質１２２は、前述した多孔質材１２１との相性から、疎水性を示すものであることが望ましい。つまり、多孔質材１２１および電解質１２２がいずれも疎水性を示すものとなっているのが望ましい。これにより、イオン層１２を形成する際に、多孔質材１２１と電解質１２２とが均一に混ざり易くなるからである。

発光性微粒子１２３は、ナノスケール等の微粒子（発光性ナノ粒子）であり、上記したように、多孔質１２１における多数の細孔１２１ｈ内および多孔質１２１の中に分散された状態となっている。換言すると、発光性微粒子１２３もまた、多孔質材１２１中に含浸されている（浸み込むようにして配置されている）。このような発光性微粒子１２３からは、詳細な原理は後述するが、発光光（ＥＬ発光光）が出射されるようになっており、この発光性微粒子１２３からの発光光を利用して、イオン層１２（多孔質材１２１）における発光機能が促進されるようになっている。また、各発光性微粒子１２３におけるサイズ（粒径）や材料の組成等を変化させることで、発光波長（光子エネルギーに対応）も変化するようになっている。これにより発光性微粒子１２３では、異なる波長（色）の発光光（赤色発光光，緑色発光光，青色発光光）を得ることが可能となっている。

このような発光性微粒子１２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、蛍光性ナノ材料、量子ドット等からなる。これらのうちの量子ドットとしては、例えば、ＣｄＳｅ，ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＩｎＮ，ＩｎＰ，ＣｕＣｌ，ＣｕＢｒ，Ｓｉなどが挙げられ、その粒径（一辺方向のサイズ）は、例えば１ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。また、このような量子ドットの材料のうち、赤色発光材料としては例えばＩｎＰ等が挙げられ、緑色発光材料としては例えばＣｄＳｅ等が挙げられ、青色発光材料としては例えばＣｄＳ等が挙げられる。

［製造方法］
このイオン性素子１は、例えば、図３に示したようにして製造することができる。この図３は、イオン性素子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。

（混合体の作製工程）
まず、前述した材料からなる多孔質材１２１、電解質１２２および発光性微粒子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と発光性微粒子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）

ここで、このようにして多孔質材１２１、電解質１２２、発光性微粒子１２３および両親媒性物質を混合する際には、これらの材料について、事前に超音波（例えば、５０ｋＨｚ，１００Ｗ程度の超音波）を用いた撹拌を行っておくのが望ましい。これらの材料同士（例えば、多孔質材１２１、電解質１２２および発光性微粒子１２３同士）が、均一に混ざり易くなるからである。なお、このような超音波を用いた撹拌は、例えば、下限時間以上かつ上限時間以下の所定の期間（撹拌時間）で行うのが望ましい。詳細は後述するが、撹拌効率を高めつつ、動作時のイオン性素子１の耐久性を確保できる（イオン性素子１が壊れてしまうのを回避できる）ようになるからである。ここで、上記した上限時間および下限時間としてはそれぞれ、例えば、３分，１０分が挙げられる。つまり、例えば、超音波を用いた撹拌を３分以上かつ１０分以下の期間で行うようにする。ただし、これらの上限値および下限値（適切な撹拌時間）はそれぞれ、多孔質材１２１や電解質１２２、発光性微粒子１２３の種類、超音波の出力値等に応じて変化する。そのため、超音波を用いた撹拌を行う場合は、上記したように、撹拌効率が高く、かつイオン性素子１が壊れない程度の出力および撹拌時間で行うのが好ましい。

（混合体の薄膜化工程）
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。

（乾燥工程）
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および発光性微粒子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。

（電極の取付工程）
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に示したイオン性素子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、イオン性素子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。

なお、このイオン性素子１の製造方法では、上記したように、両親媒性物質の混合および超音波を用いた撹拌の双方を行っているが、これには限られず、例えば、これらのうちのいずれか一方を行わないようにしてもよい。

［作用・効果］
（Ａ−１．ｐｎ接合の形成）
このイオン性素子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。

すなわち、まず図４に示したように、電極１１２を電圧供給源ＰＳの正（＋）側、電極１１１を電圧供給源ＰＳの負（−）側とそれぞれ電気的に接続し、この電圧供給源ＰＳから電極１１１，１１２を介してイオン層１２に、所定の電圧（この例では直流電圧）が印加されるようにする。すると、例えば図２に示したように陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれイオン層１２内で分散した状態から、陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれ選択的に移動し、イオン層１２内に電気二重層が形成される。具体的には、図４に示したように、イオン層１２内の陽イオン１２２ｃが、電極１１１の表面（イオン層１２側の表面）と所定の間隔をおいて整列するようになる。一方、イオン層１２内の陰イオン１２２ａは、電極１１２の表面と所定の間隔をおいて整列するようになる。なお、図４中において、「ｈ」は正孔（ホール）を表すと共に「ｅ」は電子を表し、以降の図においても同様である。

このとき、例えば図５に拡大して示したように、電極１１１側の電気二重層および電極１１２側の電気二重層はそれぞれ、間隔ｇ＝１ｎｍ程度の微小な距離を用いて形成される。このため、これらの電気二重層ではそれぞれ、例えば１０（μＦ／ｃｍ²）程度の非常に大きな静電容量が形成されると共に、例えば３（ＭＶ／ｃｍ）程度の非常に大きな電界が生じることになる。

このようにして電気二重層に大電界が発生すると、例えば図６に示したように、電極１１１から電子ｅがイオン層１２内に注入されるようになり、イオン層１２内の電極１１１側に電気伝導領域Ａ１が形成される。また、電極１１２から正孔ｈがイオン層１２内に注入されるようになり、イオン層１２内の電極１１２側に電気伝導領域Ａ２が形成される。すると、今度は、電気伝導領域Ａ１内と陽イオン１２２ｃとの間で電気二重層が形成されると共に、電気伝導領域Ａ２内と陰イオン１２２ａとの間で電気二重層が形成されるようになる。

そして、このようにして電気二重層および電気伝導領域が繰り返し形成されていくことで、最終的には例えば図７に示したように、イオン層１２内にｐｎ接合が形成される。具体的には、イオン層１２内では、ｐｎ接合の接合面Ｓｊよりも電極１１１側に、電子ｅと陽イオン１２２ｃとが混在して分散されたｎ型領域１２ｎが形成される。また、接合面Ｓｊよりも電極１１２側に、正孔ｈと陰イオン１２２ａとが混在して分散されたｐ型領域１２ｐが形成される。これらのｐ型領域１２ｐとｎ型領域１２ｎとによって、ｐｎ接合が構成される。以上のような原理にて、イオン層１２内では電圧が印加されると自己組織的にｐｎ接合が形成される。

（Ａ−２．蓄電機能）
ここで、このｐｎ接合（ｐ型領域１２ｐおよびｎ型領域１２ｎ）では、前述したように電気二重層を利用して非常に大きな静電容量が形成されることから、換言すると、大容量の電荷を蓄えている状態（蓄電状態）であると言える。つまり、イオン性素子１では、イオン層１２内に形成される電気二重層を利用して、イオン層１２において蓄電機能が発揮される。

（Ａ−３．発光機能）
また、イオン性素子１では、例えば図８に示したように、このイオン層１２内に形成されたｐｎ接合を利用して、発光機能も発揮される。具体的には、このｐｎ接合の接合面Ｓｊ付近において、ｐ型領域１２ｐ内の正孔ｈとｎ型領域１２ｎ内の電子ｅとが再結合し（キャリアの再結合が生じ）、その結果、この接合面Ｓｊ付近から外部へ発光光Ｌout（出射光）が出射する。このような原理にて、イオン性素子１において発光動作がなされる。なお、図８では、便宜上、発光光Ｌoutが電極１１１，１１２の方向へそれぞれ出射される態様で図示されているが、実際には発光光Ｌoutは全ての方向に出射可能となっている。

（Ａ−４．発電機能）
更に、イオン性素子１では、例えば図９に示したように、このイオン層１２内に形成されたｐｎ接合を利用して、発電機能（光電変換機能）も発揮される。具体的には、このｐｎ接合の接合面Ｓｊ付近に外部から入射光Ｌinが入射すると、この接合面Ｓｊ付近で光電変換がなされ、正孔ｈと電子ｅとのキャリア対が生成される。このようにして生成されたキャリア対を利用して（ｐｎ接合における光電変換を利用して）、イオン層１２内に電荷が蓄積されることにより、イオン性素子１において発電動作がなされる。なお、図９においても、便宜上、入射光Ｌinが電極１１１，１１２の方向からそれぞれ入射する態様で図示されているが、実際には入射光Ｌinも全ての方向から入射可能となっている。

このように、本実施の形態のイオン性素子１では、イオン層１２内に形成されるｐｎ接合を利用して、このイオン層１２において多機能性（蓄電機能、発光機能および発電機能）が発揮される。

すなわち、例えば図１０に示したように、まず、電極１１１，１１２を利用してイオン層１２に対して電圧が印加されると、イオン層１２内にｐｎ接合が形成されると共に、このｐｎ接合では前述した電気二重層を利用して蓄電状態となる（図１０中の状態Ｓ１）。すると、次に図１０中の破線の矢印で示したように、このようにして形成されたｐｎ接合を利用して、上記した原理にて、発光動作（状態Ｓ２）および発電動作（状態Ｓ３）がそれぞれなされるようになる。なお、このような発光動作および発電動作はそれぞれ、図１０中の破線の矢印で示したように、相補的に実現することも可能である。つまり、例えば、蓄電によって得られたキャリア（正孔ｈおよび電子ｅ）に加え、発電動作によって得られたキャリアをも利用して、発光動作を行うことも可能である。また、蓄電動作および発電動作もそれぞれ、図１０中の破線の矢印で示したように、相補的に実現することが可能である。つまり、例えば、発電動作によって得られたキャリアを蓄電することも可能である。

（Ａ−５．発光性微粒子の作用）
ここで、本実施の形態のイオン性素子１では、前述したように、イオン層１２内に発光性微粒子１２３が含まれるようにしている。以下、この発光性微粒子１２３の作用（イオン層１２における発光機能の促進作用）について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。

（比較例）
図１１は、比較例に係るイオン性素子（イオン性素子１０１）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。この比較例のイオン性素子１０１は、本実施の形態のイオン性素子１においてイオン層１２の代わりにイオン層１０２を設けたものに対応し、他の構成は同様となっている。

このイオン層１０２では、例えば図１１中の符号Ｐ１０１で示した拡大模式図のように、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とが含まれている。すなわち、このイオン層１０２は、図１中の符号Ｐ１で示した本実施の形態のイオン層１２とは異なり、発光性微粒子１２３を含んでいないものとなっている。

このため、例えば図１２に模式的に示したように、この比較例のイオン性素子１０１では、後述するイオン性素子１とは異なり、以下のようになる。すなわち、電極１１１，１１２からイオン層１０２に電圧が印加されると、前述した原理にてイオン層１０２内に形成されたｐｎ接合において、そのｐｎ接合の接合面Ｓｊ付近に位置する多孔質材１２のみが発光する。したがって図１２に示したように、このイオン性素子１０１では、後述するイオン性素子１と比べ、イオン層１０２内での発光領域Ａｅが狭いものとなり、発光輝度が低くなってしまう。また、発光輝度を高める（高輝度化）ためには、イオン性素子１０１の駆動電圧を高くする必要が生じ、素子寿命が短くなってしまうことから、このイオン性素子１０１では発光輝度を向上させるのが困難であると言える。

（本実施の形態）
これに対して本実施の形態のイオン性素子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および発光性微粒子１２３とが含まれている。

したがって、例えば図１３に模式的に示したように、前述した原理にてイオン層１２内にｐｎ接合が形成されると、このｐｎ接合における接合面Ｓｊの近傍において、前述した原理にて多孔質材１２１が発光を開始するとともに、発光性微粒子１２３も発光（ＥＬ発光）を開始する。

すると、例えば図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に模式的に示したように、この発光性微粒子１２３からの発光光（ＥＬ発光光）を励起光として利用して、ｐｎ接合の接合面Ｓｊ近傍における多孔質材１２１が、光励起される。これは、発光性微粒子１２３からのＥＬ発光光の発光強度が相対的に大きいためである。その結果、この接合面Ｓｊ近傍における多孔質材１２１もまた、発光（ＰＬ発光）を開始する。そして、イオン性素子１では、最終的に、この多孔質材１２１からのＰＬ発光による発光光Ｌout（出射光）が、外部へ出射される（面発光する）ことになる。

このようにして、例えば図１５に模式的に示したように、このイオン性素子１では、イオン層１２内における多孔質材１２１の発光領域Ａｅが、ｐｎ接合の接合面Ｓｊ近傍からその周囲へと徐々に拡がっていき、発光領域Ａｅが広範なものとなる。つまり、本実施の形態のイオン性素子１では、発光性微粒子１２３からの発光光（ＥＬ発光光）を利用した多孔質材１２１のＰＬ発光によって、上記比較例のイオン性素子１０１と比べ、イオン層１２内での発光領域Ａｅが拡大する。換言すると、発光性微粒子１２３は、イオン層１２における発光機能を促進させる作用（発光機能の促進作用）を有していると言える。このようにしてイオン性素子１では、イオン層１２内での発光領域Ａｅが拡大する結果、発光輝度が向上する（高輝度化が図られる）ことになる。これにより、イオン性素子１における駆動電圧（動作電圧）が低く抑えられると共に、長寿命化も図られることになる。

ここで、例えば図１４（Ａ）中に示したように、発光性微粒子１２３におけるバンドギャップＢＧ３が、多孔質材１２１におけるバンドギャップＢＧ１よりも大きくなっているか、もしくは、互いに等しくなっている（ＢＧ３≧ＢＧ１）のが好ましい。上記した発光性微粒子１２３からの発光光を利用した多孔質材１２１の光励起およびＰＬ発光が起こり易くなるためである。

また、このとき例えば図１３中の符号Ｐ２で示したように、発光性微粒子１２３からの発光光を利用して、イオン層１２内の他の発光性微粒子１２３もが光励起されてＰＬ発光を行うようにするのが好ましい。つまり、光励起される対象として、上記したような多孔質材１２１だけでなく、他の発光性微粒子１２３もが含まれるようにするのが好ましい。これにより、この他の発光性微粒子からのＰＬ発光光をも利用して、イオン層１２（多孔質材１２１）における発光領域Ａｅが相乗的に拡大していき、発光輝度の更なる向上が図られるからである。

（Ｂ．製造方法における作用）
次に、本実施の形態のイオン性素子１の製造方法における作用について説明する。

まず、例えば図３中の工程Ｓ１１では、多孔質材１２１、電解質１２２および発光性微粒子１２３とともに、両親媒性物質が溶媒中で混合されることにより、混合体が作製される。このように両親媒性物質もが混合されることで、この両親媒性物質がレベリング剤（表面張力調整剤）として機能する。その結果、その後の工程１２においてこの混合体を薄膜状にする際に、混合体の表面張力が低下し、混合体が薄く均一に拡がり易くなる（イオン層１２内での膜厚ばらつきが抑えられる）。

また、このときの溶媒として、例えば前述した材料等からなる高沸点溶媒（例えば、沸点が８０℃程度以上の溶媒）を用いているため、その後の工程Ｓ１３において薄膜状の混合体を乾燥させる際に、溶媒が蒸発しにくくなり、混合体がゆっくりと乾燥するようになる。したがって、上記した両親媒性物質による表面張力の低減作用がより効果的に機能し、混合体が膜内で均等に乾燥し易くなる結果、イオン層１２内での膜厚ばらつきが更に抑えられる。なお、混合体を乾燥させる際に、例えばホットプレート（５０℃程度の温度）を用いた場合には、混合体が急激に乾燥するため、両親媒性物質の機能発揮が不十分になってしまうおそれがある。加えて、この場合には高温での乾燥となることから、多孔質材１２１（導電性ポリマー等）が壊れてしまうおそれもある。

更に、工程Ｓ１１において多孔質材１２１、電解質１２２、発光性微粒子１２３および両親媒性物質を混合する際には、これらの材料について、事前に超音波を用いた撹拌が行われる。これにより、多孔質材１２１と電解質１２２と発光性微粒子１２３とが、均一に混ざり易くなり、工程Ｓ１２において混合体を薄膜状にする際に、膜内での組成ばらつきが抑えられる。その結果、イオン性素子１における面内での特性ばらつき（前述した発光機能等の特性のばらつき）が抑えられる。

（Ｃ．イオンの移動度の抑制構造を有する分子による作用）
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。

（他の構成例）
図１６は、他の構成例に係るイオン性素子（イオン性素子２０１）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。この他の構成例のイオン性素子２０１は、本実施の形態のイオン性素子１においてイオン層１２の代わりにイオン層２０２を設けたものに対応し、他の構成は同様となっている。

このイオン層２０２では、例えば図１６中の符号Ｐ２０１で示した拡大模式図のように、多孔質材１２１の細孔１２１ｈ内に分散された電解質２０３が、等方的形状を有する分子（イオン）を用いて構成されている。すなわち、イオン層２０２内の電解質２０３は、図１中の符号Ｐ１で示した本実施の形態の電解質１２２とは異なり、異方性形状を有する分子（イオンの移動度の抑制構造を有する分子）とはなっていない。

このため、イオン性素子２０１では、例えば図１７に示したように、イオン層２０２内にイオン層１２と同様の原理にてｐｎ接合が形成された後に、電圧供給源ＰＳからの電圧供給が遮断されると（電圧印加状態から電圧無印加状態へ移行すると）、以下のようになる。すなわち、電圧無印加状態へ移行してイオン層２０２に電圧（この例では直流電圧）が印加されなくなると、例えば図１７中の矢印で示したように、イオン層２０２内の陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれ移動して分散し、すぐに再び図２に示した状態に戻ってしまう。

すると、このような陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａの移動に伴って、イオン層２０２（ｐｎ接合）内の正孔ｈおよび電子ｅもそれぞれ移動して分散する結果、イオン層２０２内からｐｎ接合が消滅してしまう。このようにして電圧無印加状態へ移行した後にすぐにｐｎ接合が消滅してしまうのは、以下の理由による。すなわち、以下説明する本実施の形態とは異なり、電解質２０３の分子が等方的形状となっていることから、陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれ動き易い（イオン移動度が大きい）ためである。換言すると、電解質２０３の分子は、本実施の形態の電解質１２２の分子とは異なり、イオンの移動度の抑制構造を有していないためである。

このようにしてイオン性素子２０１では、電圧無印加状態への移行後にすぐにｐｎ接合が消滅してしまうため、電圧無印加状態への移行後には発光機能および発電機能がそれぞれ発揮できなくなる。よって、このイオン性素子２０１では、その機能性が不十分となってしまう（多機能性が実現できないことになる）。

（本実施の形態）
これに対して本実施の形態のイオン性素子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。

これによりイオン性素子１では、イオン層１２におけるイオン（陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａ）の移動度が抑制される。具体的には、この例では異方性形状を有することから、そのような形状のイオンおよび多孔質材１２１の細孔１２１ｈ同士、あるいは、イオン同士が互いに絡み合い易くなり、その結果、イオンが動きにくくなるものと予想される。このように、イオン層１２内の陽イオン１２２ｃおよび陰イオン１２２ａがそれぞれ動きにくくなると、それに伴って、イオン層１２内のｐｎ接合が保持され易くなる。なお、ｐｎ接合の形成時には、前述したように電気二重層において大電界が生じるため、この大電界を利用して強制的にイオンおよびキャリアを移動させ、ｐｎ接合を形成している。

このような理由から、例えば図１８に示したように、イオン性素子１では上記他の構成例に係るイオン性素子２０１と比べ、イオン層１２内に形成されたｐｎ接合が、電圧無印加状態への移行後も消滅しにくくなる。換言すると、イオン性素子１ではイオン性素子２０１とは異なり、電圧無印加状態への移行後も、ある程度の時間（例えば、１０００秒（約１７分）程度）、ｐｎ接合の形成状態が維持されるようになる。

その結果、例えば図１９に示したように、イオン性素子１ではイオン性素子２０１とは異なり、電圧無印加状態への移行後においても、このｐｎ接合を利用して引き続き多機能性が実現される。すなわち、ｐｎ接合を利用して、発光機能（発光光Ｌoutの出射動作：発光性微粒子１２３を利用したＰＬ発光）および発電動作（入射光Ｌinの光電変換動作）がそれぞれ発揮されることになる。

以上のように本実施の形態では、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および発光性微粒子１２３とが含まれているようにしたので、イオン層１２における発光機能が促進され、発光領域Ａｅを拡大させることができる。よって、イオン性素子１（イオン層１２）における発光機能を向上させることが可能となる。

具体的には、このイオン性素子１では、イオン層１２内での発光領域Ａｅが拡大することから、発光輝度を向上させる（高輝度化を図る）ことができ、駆動電圧（動作電圧）を低く抑える（例えば、１．０Ｖ〜１．５Ｖ程度）ことが可能となる。また、その結果、イオン性素子１における長寿命化を図ることも可能となる。より具体的には、イオン性素子１では、例えば以下の効果が得られる。
・低電圧駆動化（例えば、従来の２〜３Ｖ程度から、１．５Ｖ程度への低電圧化が可能）
・素子の長寿命化（例えば、従来の１時間程度から、３時間以上への長寿命化が可能）
・素子の大面積化（例えば、１ｃｍ×１ｃｍ程度の面積が実現可能）
・発光動作時の高輝度化（例えば、従来の１０００ｃｄ／ｍ²以下から、２５００ｃｄ／ｍ²以上への高輝度化が可能）

また、発光性微粒子１２３はイオン層１２内で分散配置されていることから、形成されたｐｎ接合を利用して、発光動作が等方的になされ易くなる。よって、イオン性素子１において前述した面発光がなされる際の、発光輝度の面内ばらつきが抑えられ易くなると言える。

更に、本実施の形態では、電解質１２２が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ようにした場合には、イオン層１２内に形成されるｐｎ接合を、電圧無印加状態への移行後においてもある程度維持することができるようになる。よって、このような特性を有するｐｎ接合を利用して、機能性を向上させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることも可能となる。

具体的には、イオン層１２内に形成されるｐｎ接合を利用して、多機能性（蓄電機能および発光機能や、発電機能等）を実現することが可能となる。

加えて、電圧無印加状態への移行後もｐｎ接合がある程度維持されるため、電圧無印加状態においても、ｐｎ接合を利用した発光機能を実現することが可能となる。

また、特に本実施の形態に係るイオン性素子１の素子構造では、後述する変形例に係るイオン性素子（イオン性素子１Ａ）の素子構造と比べ、以下の利点も得られる。すなわち、まず、本実施の形態では変形例と比べ、イオン性素子の応答速度を向上させることが可能となる。また、本実施の形態では変形例と比べ、界面（例えば、後述する基板１０とイオン層１２との間の界面）の影響を受けにくくなり、機能性（発光機能）を更に向上させることも可能となる。

［実施例］
次いで、本実施の形態における具体的な実施例（実施例１〜３）について、詳細に説明する。

（実施例１）
まず、実施例１の条件は、以下の通りである。
・多孔質材１２１ …… 発光性ポリマー
・電解質１２２ …… 前述した（１）式で表わされるイオン液体
・発光性微粒子１２３ …… 量子ドット（ＣｄＳｅＳ）
（ＺｎＳからなる保護層を周囲に被覆）
・多孔質材１２１と発光性微粒子１２３との混合比
…… 多孔質材１２１：発光性微粒子１２３＝１０：１

ここで、図２０（Ａ）〜（Ｇ）は、実施例１に係るイオン性素子１において、イオン層１２に対する印加電圧（駆動電圧）を変化させた場合における、イオン性素子１の発光特性（発光態様）の一例を写真図で表したものである。具体的には、図２０（Ａ）〜（Ｇ）はそれぞれ、印加電圧＝３．０Ｖ，３．２Ｖ，３．４Ｖ，３．６Ｖ，３．８Ｖ，４．０Ｖ，４．２Ｖの場合における写真図を示している。なお、印加電圧＝３．０〜３．８Ｖの各場合では、撮影の際のシャッター速度＝２．０（ｓｅｃ）とした。一方、印加電圧＝４．０Ｖ，４．２Ｖの各場合では、発光輝度が非常に大きかった（非常に明るかった）ため、撮影の際のシャッター速度＝０．５（ｓｅｃ）とした。図２０（Ａ）〜（Ｇ）により、この実施例１では、印加電圧＝４．０Ｖ付近において、イオン性素子１における発光輝度が最大値を示していることが分かる。なお、この実施例１のイオン性素子１では、印加電圧を０Ｖから上げていったときに、印加電圧＝２．０Ｖ付近から発光動作が開始された。

一方、図２１は、実施例１に係るイオン性素子１において、イオン層１２に対する印加電圧（駆動電圧）を変化させた場合における、イオン性素子１の発光輝度および電流密度の変化の一例をそれぞれ、特性図として表したものである。この図２１により、上記したように、実施例１のイオン性素子１では、印加電圧＝２．０Ｖ付近から発光動作が開始されることが分かる。また、上記したように、印加電圧＝４．０Ｖ付近において、イオン性素子１における発光輝度が最大値（約３０００（ｃｄ／ｍ²））を示していることが分かる。

（実施例２）
次いで、実施例２の条件は、以下の通りである。
・多孔質材１２１ …… 発光性ポリマー
・電解質１２２ …… 前述した（１）式で表わされるイオン液体
・発光性微粒子１２３ …… 量子ドット（ＣｄＳｅＳ）
（ＺｎＳからなる保護層を周囲に被覆）
・多孔質材１２１と発光性微粒子１２３との混合比
…… 多孔質材１２１：発光性微粒子１２３＝１００：１

ここで、図２２（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例２に係るイオン性素子１において、イオン層１２に対する印加電圧（駆動電圧）を変化させた場合における、イオン性素子１の発光特性（発光態様）の一例を写真図で表したものである。具体的には、図２２（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ、印加電圧＝２．５Ｖ，２．８Ｖ，３．０Ｖ，３．４Ｖ，４．０Ｖの場合における写真図を示している。なお、印加電圧＝２．５〜３．４Ｖの各場合では、撮影の際のシャッター速度＝２．０（ｓｅｃ）とした。一方、印加電圧＝４．０Ｖの場合では、発光輝度が非常に大きかった（非常に明るかった）ため、撮影の際のシャッター速度＝０．５（ｓｅｃ）とした。なお、図２２（Ａ）〜（Ｅ）には示されていないが、この実施例２では、印加電圧＝４．５Ｖ付近において、イオン性素子１における発光輝度が最大値を示した。また、この実施例２のイオン性素子１においても実施例１と同様に、印加電圧を０Ｖから上げていったときに、印加電圧＝２．０Ｖ付近から発光動作が開始された。

一方、図２３は、実施例２に係るイオン性素子１において、イオン層１２に対する印加電圧（駆動電圧）を変化させた場合における、イオン性素子１の発光輝度および電流密度の変化の一例をそれぞれ、特性図として表したものである。この図２３により、上記したように、実施例２のイオン性素子１においても、印加電圧＝２．０Ｖ付近から発光動作が開始されることが分かる。また、上記したように、印加電圧＝４．５Ｖ付近において、イオン性素子１における発光輝度が最大値（約３０００（ｃｄ／ｍ²））を示していることが分かる。

（実施例１〜３の発光スペクトル）
ここで、図２４は、実施例１〜３に係るイオン性素子１において、最終的な発光光Ｌoutにおける発光強度（任意単位）の波長依存性（発光スペクトル）の一例を、特性図として表したものである。

なお、このときの実施例３の条件は、以下の通りである。
・多孔質材１２１ …… 発光性ポリマー
・電解質１２２ …… 前述した（１）式で表わされるイオン液体
・発光性微粒子１２３ …… 量子ドット（ＣｄＳｅＳ）
（ＺｎＳ（硫化亜鉛）からなる保護層を周囲に被覆）
・多孔質材１２１と発光性微粒子１２３との混合比
…… 多孔質材１２１：発光性微粒子１２３＝１：１

この図２４により、実施例１〜３のいずれにおいても、イオン性素子１から出射される発光光Ｌoutの波長は、主に、約５５０ｎｍ付近（黄緑色の光）であることが分かる。また、この図２４には示されていないが、前述した励起光として機能する発光性微粒子１２３からの発光光のピーク（約４４０ｎｍ付近の波長を有する）については、検出されなかった。このため、発光性微粒子１２３からの発光光自体は発光光Ｌoutとして外部には出射されず、前述したように多孔質材１２１の励起光として機能することが確認された。なお、図２４において、実施例２の場合における、約６４０ｎｍ付近の波長での発光光Ｌoutのピークは、イオン性素子１が発光状態から燃え尽きてしまうときに射出される、赤色光によるものである。

＜２．変形例＞
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。

［構成］
図２５は、変形例に係るイオン性素子（イオン性素子１Ａ）の断面構成例を模式的に表したものである。このイオン性素子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。

基板１０は、イオン素子１Ａの素子構造を保持するための基板である。この基板１０は、例えば、ガラス基板やプラスチック基板、シリコン基板等からなる。

ここで、このイオン性素子１Ａでは、実施の形態のイオン性素子１とは異なり、この基板１０上に、一対の電極１１１，１１２が所定の間隔をおいて並設されている。そして、これらの基板１０および電極１１１，１１２の上を、イオン層１２が一様に覆う素子構造となっている。

ただし、本変形例においてもイオン層１２は、例えば、実施の形態（図１）等と同様の構成となっている。すなわち、イオン層１２は、多数の細孔１２１ｈを有する多孔質材１２１と、この多孔質材１２１の細孔１２１ｈ内に分散された電解質１２２および発光性微粒子１２３とを含んでいる。また、例えば図２６中に模式的に示したように、電解質１２２の分子には、実際には陽イオン１２２ｃと陰イオン１２２ａとに電離した状態（イオン状態）となっているものが存在する。そして電解質１２２は、前述したように、イオンの移動度の抑制構造を有する分子（例えば分極を有する分子）を用いて構成されている。

保護層１３は、イオン層１２を外部から保護するための層（パッシベーション層）である。保護層１３は、例えばポリマーや酸化物等の材料からなり、その厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。なお、この保護層１３は、場合によっては設けられていなくてもよい。

なお、本変形例のイオン性素子１Ａも、基本的には実施の形態のイオン性素子１と同様にして製造することが可能である。ただし、前述した両親媒性物質の混合や高沸点溶媒の使用、超音波を用いた撹拌等を行わないようにしてもよい。

［作用・効果］
本変形例のイオン性素子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、イオン性素子１Ａでは以下のように作用する。

すなわち、まず例えば図２７に示したように、電極１１１，１１２を利用してイオン層１２に対して電圧が印加されると、イオン層１２内にｐｎ接合が形成されると共に、このｐｎ接合では前述した電気二重層を利用して蓄電状態となる。すると、次にこのようにして形成されたｐｎ接合を利用して、前述した原理にて、発光動作（発光光Ｌoutの出射動作）および発電動作（入射光Ｌinの光電変換動作）がそれぞれなされるようになる。つまり、イオン層１２内に形成されるｐｎ接合を利用して、多機能性（蓄電機能、発光機能および発電機能）を実現される。なお、この図２７および以下の図２８では、便宜上、発光光Ｌoutおよび入射光Ｌinがそれぞれ、イオン層１２の延在方向に沿って出射または入射する態様で図示されている。ただし、実際には、発光光Ｌoutは全ての方向に出射可能となっていると共に、入射光Ｌinは全ての方向から入射可能となっている。

また、イオン性素子１Ａにおいても、電解質１２２が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ため、実施の形態と同様の原理にて、電圧無印加状態への移行後もｐｎ接合の形成状態がある程度維持される。

したがって、例えば図２８に示したように、電圧無印加状態への移行後においても、このｐｎ接合を利用して引き続き多機能性が実現される。すなわち、ｐｎ接合を利用して、発光機能（発光光Ｌoutの出射動作）および発電動作（入射光Ｌinの光電変換動作）がそれぞれ発揮されることになる。

このようにして本変形例においても、イオン層１２内に形成されるｐｎ接合を利用して機能性を向上させることができ、ユーザの利便性を向上させることも可能となる。また、特に本変形例では上記実施の形態と比べ、イオン性素子の応答速度が低下するものの、電圧無印加状態への移行後におけるｐｎ接合の維持時間（ｐｎ接合状態の寿命時間）をより長くすることが可能となる。

＜３．適用例＞
続いて、上記した実施の形態および変形例に係るイオン性素子（イオン性素子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。

［適用例１］
図２９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または複数のイオン性素子１（またはイオン性素子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。

具体的には、前述したｐｎ接合の形成を利用して、電圧無印加状態への移行後もある程度の時間は、発光光Ｌoutの発光動作を行うことが可能となっている。このようにして携帯用の照明装置３では、例えば非常用の懐中電灯のような機能が、非常に小型かつ簡易な構成で実現可能となっている。

なお、図２９は、筐体の側面に光出射口３０が設けられている場合の例であるが、これには限られず、例えば筐体の上面または下面に光出射口３０が設けられているようにしてもよい。この場合、電極１１１や電極１１２をＩＴＯ等からなる透明電極とすればよい。

［適用例２］
図３０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または複数のイオン性素子１（またはイオン性素子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３０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。

また、このような室内用の照明装置４では、イオン性素子１等において面発光するようにした場合、点発光する発光素子（例えばＬＥＤ等）と比べて発光輝度のむらを抑え易くなるため、照明装置として適用し易くなると言える。

［適用例３］
図３１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または複数のイオン性素子１（またはイオン性素子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３１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。

また、この照明装置５では、内蔵するイオン性素子１等において、イオン層１２および電極１１１，１１２がそれぞれ、可撓性を有するようになっている。すなわち、この例では、イオン性素子１等が全体として可撓性を示すようになっている。これにより照明装置５では、例えば図３１に示した筒状や曲面状など、任意の形状（湾曲形状等）とすることが可能となっている。このようにして照明装置５では、利便性や設計の自由度等を向上させることが可能となる。

［適用例４，５］
図３２（Ａ）および図３２（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、イオン性素子１（またはイオン性素子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イオン性素子１を利用して、例えば図３２（Ａ）および図３２（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。

また、特に表示装置６Ｂでは、内蔵するイオン性素子１等において、イオン層１２および電極１１１，１１２がそれぞれ、可撓性を有するようになっている。すなわち、この例では、イオン性素子１等が全体として可撓性を示すようになっている。これにより表示装置６Ｂでは、例えば図３２（Ｂ）に示したように、任意の形状（湾曲形状等）とすることが可能となっている（フレキシブルタイプの表示装置として構成されている）。このようにして表示装置６Ｂでは、利便性や設計の自由度等を向上させることも可能となる。

＜４．その他の変形例＞
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。

例えば、上記実施の形態等において説明した各層および各部材の材料等は限定されるものではなく、他の材料としてもよい。具体的には、例えば電解質を構成する分子については、イオンの移動度の抑制構造を有するものであればよく、上記実施の形態等で説明した分子には限られない。また、場合によっては、電解質を構成する分子が、イオンの移動度の抑制構造を有さないようにしてもよい。更に、例えばイオン層における電解質と発光性微粒子（量子ドット）と多孔質材との混合比についても、上記実施の形態等で説明した混合比には限られない。

また、上記実施の形態等では、イオン性素子の素子構造を具体的に挙げて説明したが、これらの構造には限られず、他の素子構造としてもよい。具体的には、例えば、電極の数は２つには限られず、複数（２以上）であれば任意の数の電極を設けるようにしてもよい。また、場合によっては、図１６に示した他の構成例に係るイオン性素子を、本発明に適用するようにしてもよい。

更に、上記実施の形態等では、イオン性素子の製造方法および駆動方法について具体的に挙げて説明したが、これらの製造方法や駆動方法には限られず、他の手法を用いるようにしてもよい。

加えて、上記実施の形態等では、イオン性素子（イオン層）が、蓄電機能、発光機能および発電機能の各機能を有する場合について説明したが、この場合には限られない。すなわち、（蓄電機能および）発光機能を少なくとも有するようにすればよく、例えば、発電機能については、場合によっては有さないようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、本発明のイオン性素子の適用例に係る電子機器として、照明装置および表示装置を例に挙げて説明したが、電子機器の例としてはこれらには限られない。すなわち、本発明のイオン性素子は、他の様々な電子機器（発光機能を少なくとも利用した各種の電子機器）にも適用することが可能である。

更に、本発明では、これまでに説明した内容を、任意の組み合わせで適用することも可能である。

１，１Ａ，２０１…イオン性素子、１０…基板、１１１，１１２…電極、１２…イオン層、１２ｐ…ｐ型領域、１２ｎ…ｎ型領域、１２１…多孔質体、１２１ｈ…細孔、１２２…電解質（分子）、１２２ｃ…陽イオン、１２２ａ…陰イオン、１２３…発光性微粒子、１３…保護層、３，４，５…照明装置、４０１…天井、４０２Ａ，４０２Ｂ…壁、５０１…基台、５０２Ａ，５０２Ｂ…支柱、６Ａ，６Ｂ…表示装置、６０…画素、６０１…表示パネル、６０２…筺体、ＰＳ…電圧供給源、ｈ…正孔（ホール）、ｅ…電子、ｇ…間隔、Ａ１，Ａ２…電気伝導領域、Ａｅ…発光領域、Ｓｊ…接合面、Ｌout…発光光（出射光）、ＢＧ１，ＢＧ３…バンドギャップ。

Claims (19)

1. 多孔質材と、前記多孔質材内に分散された電解質および発光性微粒子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
   を備えたイオン性素子。
2. 前記イオン層が少なくとも発光機能を有し、
   前記発光性微粒子は、前記イオン層における前記発光機能を促進させる
   請求項１に記載のイオン性素子。
3. 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と、前記イオン層内にｐｎ接合が形成されると共に、
   前記ｐｎ接合において前記発光機能が発揮される
   請求項２に記載のイオン性素子。
4. 前記イオン層に対して前記電圧が印加されると、形成された前記ｐｎ接合の接合面近傍において、前記発光性微粒子がＥＬ（Electro-Luminescence）発光を行うと共に、
   前記発光性微粒子からの発光光を利用して前記多孔質材が光励起されることにより、前記多孔質材がＰＬ（Photo-Luminescence）発光を行う
   請求項３に記載のイオン性素子。
5. 前記発光性微粒子からの発光光を利用して前記イオン層内の他の発光性微粒子もが光励起されることにより、前記他の発光性微粒子がＰＬ発光を行う
   請求項４に記載のイオン性素子。
6. 前記発光性微粒子からの発光光を利用した前記ＰＬ発光により、前記イオン層における発光領域が拡大する
   請求項４または請求項５に記載のイオン性素子。
7. 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６のいずれか１項に記載のイオン性素子。
8. 前記発光性微粒子におけるバンドギャップが、前記多孔質材におけるバンドギャップよりも大きいか、もしくは、互いに等しい
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のイオン性素子。
9. 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８のいずれか１項に記載のイオン性素子。
10. 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９のいずれか１項に記載のイオン性素子。
11. 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１０のいずれか１項に記載のイオン性素子。
12. 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１０のいずれか１項に記載のイオン性素子。
13. 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１２のいずれか１項に記載のイオン性素子。
14. 前記分子が直鎖構造を有する
    請求項１３に記載のイオン性素子。
15. 前記発光性微粒子が量子ドットである
    請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載のイオン性素子。
16. 前記電解質がイオン液体である
    請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載のイオン性素子。
17. 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１６のいずれか１項に記載のイオン性素子。
18. １または複数のイオン性素子を備え、
    前記イオン性素子は、
    多孔質材と、前記多孔質材内に分散された電解質および発光性微粒子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。
19. 前記イオン層が少なくとも発光機能を有し、
    前記イオン性素子における前記発光機能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１８に記載の電子機器。

Images