JP6266909B2 - Method for manufacturing ionic element - Google Patents
Method for manufacturing ionic element Download PDFInfo
- Publication number
- JP6266909B2 JP6266909B2 JP2013145690A JP2013145690A JP6266909B2 JP 6266909 B2 JP6266909 B2 JP 6266909B2 JP 2013145690 A JP2013145690 A JP 2013145690A JP 2013145690 A JP2013145690 A JP 2013145690A JP 6266909 B2 JP6266909 B2 JP 6266909B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ionic
- electrolyte
- ionic element
- voltage
- mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ionic element that exhibits functionality by using a pn junction formed in an ionic layer.
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)。 Devices having various functions have been proposed as devices (ionic elements) using an electrolyte such as an ionic liquid. An example is an electric double layer capacitor having a structure in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes. In addition, an electrochemiluminescence cell (LEC: Light-emitting Electrochemical Cells) having a structure in which a voltage can be applied from a plurality of electrodes to a mixture of an electrolyte and a conductive polymer (light-emitting polymer) (for example, Non-patent document 1).
ところで、上記したイオン性素子では一般に、面内でのばらつき(例えば、膜厚のばらつきや、特性のばらつき、組成ばらつき等)を低減することが求められている。したがって、そのような面内でのばらつきを抑えることを可能とする手法の提案が望まれる。 By the way, in the ionic element described above, it is generally required to reduce in-plane variation (for example, variation in film thickness, variation in characteristics, variation in composition, etc.). Therefore, it is desired to propose a technique that can suppress such in-plane variation.
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、素子における面内ばらつきを抑えることが可能なイオン性素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ionic element capable of suppressing in-plane variation in the element.
本発明の第1のイオン性素子の製造方法は、多孔質材、電解質および両親媒性物質を溶媒中で混合することにより混合体を作製する工程と、この混合体を薄膜状にする工程と、薄膜状の混合体を乾燥させてこの混合体から溶媒を蒸発させることにより、多孔質材内に電解質が分散されてなるイオン層を形成する工程と、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を取り付ける工程とを含むと共に、上記電圧が印加されているときにイオン層内において温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設けるようにしたものである。
The first method for producing an ionic element of the present invention includes a step of producing a mixture by mixing a porous material, an electrolyte and an amphiphilic substance in a solvent, and a step of forming the mixture into a thin film. A step of forming an ionic layer in which the electrolyte is dispersed in the porous material by drying the thin film-like mixture and evaporating the solvent from the mixture, and applying a voltage to the ionic layer to together and a step of mounting a plurality of electrodes for, providing a starting mechanism for starting the formation of the pn junction partly by forming a temperature distribution in the ion layer when said voltage is applied It is a thing.
本発明の第1のイオン性素子の製造方法では、混合体を作製する際に、多孔質材および電解質とともに両親媒性物質が溶媒中で混合される。これにより、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て混合体が均一に拡がり易くなる。 In the manufacturing method of the 1st ionic element of this invention, when producing a mixture, an amphiphilic substance is mixed in a solvent with a porous material and electrolyte. Thereby, when making this mixture into a thin film form, the surface tension of a mixture falls and it becomes easy to spread a mixture uniformly.
本発明の第1のイオン性素子の製造方法では、上記溶媒として高沸点溶媒を用いるのが好ましい。このようにした場合、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。このため、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、イオン層内の膜厚ばらつきが更に抑えられる。また、上記混合体における両親媒性物質の含有量は、1000ppm以下とするのが好ましい。このようにした場合、混合体への両親媒性物質の過剰な含有が防止され、両親媒性物質がより効果的に機能する。 In the manufacturing method of the 1st ionic element of this invention, it is preferable to use a high boiling-point solvent as said solvent. When it does in this way, when drying a thin film-like mixture, a solvent will become difficult to evaporate and a mixture will dry slowly. For this reason, the effect of reducing the surface tension by the amphiphilic substance functions more effectively, and the mixture is easily dried evenly in the film. As a result, the film thickness variation in the ion layer is further suppressed. Moreover, it is preferable that content of the amphiphile in the said mixture shall be 1000 ppm or less. In such a case, excessive inclusion of the amphiphilic substance in the mixture is prevented, and the amphiphilic substance functions more effectively.
本発明の第1のイオン性素子の製造方法では、多孔質材、電解質および両親媒性物質を混合する際に、超音波を用いた撹拌を行うのが好ましい。このようにした場合、多孔質材と電解質とが均一に混ざり易くなり、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結果、イオン性素子における面内での特性ばらつきが抑えられる。この場合において、超音波を用いた撹拌を、下限時間以上かつ上限時間以下の所定の期間行うのがより好ましい。このようにした場合、撹拌効率を高めつつ、動作時のイオン性素子の耐久性を確保できる(イオン性素子が壊れてしまうのを回避できる)ようになる。 In the first method for producing an ionic element of the present invention, it is preferable to perform stirring using ultrasonic waves when mixing the porous material, the electrolyte, and the amphiphilic substance. In this case, the porous material and the electrolyte are easily mixed uniformly, and when the mixture is made into a thin film, variation in composition within the film can be suppressed. It can be suppressed. In this case, it is more preferable to perform the stirring using the ultrasonic wave for a predetermined period of time that is not less than the lower limit time and not more than the upper limit time. In this case, the durability of the ionic element during operation can be ensured while improving the stirring efficiency (the ionic element can be prevented from being broken).
本発明の第2のイオン性素子の製造方法は、多孔質材および電解質を溶媒中で混合することにより混合体を作製する工程と、この混合体を薄膜状にする工程と、薄膜状の混合体を乾燥させてこの混合体から溶媒を蒸発させることにより、多孔質材内に電解質が分散されてなるイオン層を形成する工程と、イオン層に対して電圧を印加するための複数の電極を取り付ける工程とを含むと共に、上記電圧が印加されているときにイオン層内において温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設け、多孔質材および電解質を混合する際に、超音波を用いた撹拌を行うようにしたものである。
The second method for producing an ionic element of the present invention comprises a step of producing a mixture by mixing a porous material and an electrolyte in a solvent, a step of making the mixture into a thin film, and mixing of the thin film By drying the body and evaporating the solvent from the mixture to form an ion layer in which the electrolyte is dispersed in the porous material, and a plurality of electrodes for applying a voltage to the ion layer attaching step and the containing Mutotomoni, provided the starter mechanism for initiating the formation of the pn junction partly by forming a temperature distribution in the ion layer when said voltage is applied, the porous material and electrolyte When mixing these, stirring using ultrasonic waves is performed.
本発明の第2のイオン性素子の製造方法では、多孔質材および電解質を混合する際に、超音波を用いた撹拌が行われる。これにより、多孔質材と電解質とが均一に混ざり易くなり、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。 In the second method for producing an ionic element of the present invention, stirring using ultrasonic waves is performed when the porous material and the electrolyte are mixed. Thereby, the porous material and the electrolyte are easily mixed uniformly, and the composition variation in the film can be suppressed when the mixture is made into a thin film.
なお、本発明の第2のイオン性素子の製造方法においても、上記した理由により、超音波を用いた撹拌を、下限時間以上かつ上限時間以下の所定の期間行うのが好ましい。 In the second method for producing an ionic element of the present invention, it is preferable to carry out stirring using ultrasonic waves for a predetermined period of time not less than the lower limit time and not more than the upper limit time for the reasons described above.
本発明の第1および第2のイオン性素子の製造方法では、上記混合体を薄膜状に形成する工程において、例えば印刷技術を用いることが可能である。 In the first and second ionic element manufacturing methods of the present invention, for example, a printing technique can be used in the step of forming the mixture into a thin film.
本発明の第1および第2のイオン性素子の製造方法では、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。 In the first and second ionic element manufacturing methods of the present invention, it is preferable that the electrolyte is configured using molecules having a structure for suppressing ion mobility. In this case, for example, a pn junction formed in the ion layer by applying a voltage to the ion layer from the plurality of electrodes is less likely to disappear even after the transition to the voltage non-application state. (The pn junction will be maintained for some time). Therefore, it is possible to improve the functionality of the ionic element by using a pn junction having such characteristics. In this case, for example, the molecule can be configured to have a linear structure.
本発明の第1および第2のイオン性素子の製造方法では、上記電解質として、例えばイオン液体を用いることが可能である。また、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。 In the first and second ionic element manufacturing methods of the present invention, for example, an ionic liquid can be used as the electrolyte. Moreover, as said porous material, it is possible to use a conductive polymer (light emitting polymer), for example.
本発明の第1のイオン性素子の製造方法によれば、混合体を作製する際に、多孔質材および電解質とともに両親媒性物質を溶媒中で混合するようにしたので、この混合体を薄膜状にする際に、混合体の表面張力を低下させて混合体を均一に拡がり易くすることができる。よって、イオン性素子における面内ばらつき(イオン層内の膜厚ばらつき)を抑えることが可能となる。 According to the first method for producing an ionic element of the present invention, the amphiphile is mixed in the solvent together with the porous material and the electrolyte when the mixture is produced. When making it into a shape, it is possible to reduce the surface tension of the mixture to facilitate the uniform spreading of the mixture. Therefore, it is possible to suppress in-plane variation (film thickness variation in the ion layer) in the ionic element.
本発明の第2のイオン性素子の製造方法によれば、多孔質材および電解質を混合する際に超音波を用いた撹拌を行うようにしたので、混合体を薄膜状にする際に膜内での組成ばらつきを抑えることができる。よって、イオン性素子における面内ばらつき(面内での特性ばらつき)を抑えることが可能となる。 According to the second method for producing an ionic element of the present invention, since stirring is performed using ultrasonic waves when the porous material and the electrolyte are mixed, when the mixture is made into a thin film, Variation in composition can be suppressed. Therefore, in-plane variation (in-plane characteristic variation) in the ionic element can be suppressed.
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.第1の実施の形態(イオン性素子の製造時に両親媒性物質や超音波撹拌等を用いた例)
2.第2の実施の形態(微粒子からなるpn接合のスタータ機構を設けた例)
3.第2の実施の形態の変形例
変形例1(凹凸構造からなるスタータ機構の例)
変形例2(熱電素子により温度分布を形成するスタータ機構の例)
変形例3(光源からの局所的光照射により温度分布を形成するスタータ機構の例)
4.第3の実施の形態(間欠的に電圧を低下させるイオン性素子の駆動方法の例)
5.第1〜第3の実施の形態に共通の変形例
変形例4(複数の電極の他の配置構成例)
6.適用例(イオン性素子およびイオン性素子モジュールの電子機器への適用例)
7.その他の変形例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (an example in which an amphiphile or ultrasonic agitation is used when manufacturing an ionic element)
2. Second embodiment (example in which a pn junction starter mechanism made of fine particles is provided)
3. Modification Example of Second Embodiment Modification Example 1 (Example of Starter Mechanism Consisting of Irregular Structure)
Modified example 2 (example of a starter mechanism for forming a temperature distribution by a thermoelectric element)
Modified example 3 (example of a starter mechanism that forms a temperature distribution by local light irradiation from a light source)
4). Third Embodiment (Example of Driving Method of Ionic Element That Reduces Voltage Intermittently)
5. Modification common to the first to third embodiments Modification 4 (another arrangement configuration example of a plurality of electrodes)
6). Application examples (application examples of ionic elements and ionic element modules to electronic devices)
7). Other variations
<1.第1の実施の形態>
[構成]
図1は、本発明の第1の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、後述する各種の機能(多機能性)を発揮することが可能な素子である。
<1. First Embodiment>
[Constitution]
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of the ionic element (ionic element 1) according to the first embodiment of the present invention. This
(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。
(
Each of the
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(Electro-Luminescence)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。
Each of the
(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(具体的には、細孔121h内)に分散された電解質(電解質の分子)122とを含んでいる。換言すると、イオン層12は、電解質122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。
(Ion layer 12)
The
ここで、イオン層12における電解質122と多孔質材121との混合比は、例えば、電解質122:多孔質材121=1:n(例えば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。
Here, the mixing ratio of the electrolyte 122 and the
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。
The
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)。
As described above, the electrolyte 122 is in a state where its molecules are dispersed in the
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。
For example, as schematically shown in FIG. 2, the electrolyte 122 is actually dispersed mainly in an ionic state in the
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:CnH2n+2)、アリール基等が挙げられる。 Here, the electrolyte 122 is configured by using molecules (ions) having a structure that suppresses its own mobility (a structure for suppressing ion mobility), for example, as will be described in detail later. Examples of such a molecule having an ion mobility suppressing structure include a molecule having polarity. As a specific example of a molecule having this polarity, a molecule having an anisotropic shape (elongated shape), for example, a straight chain structure, like the electrolyte 122 in the enlarged schematic diagram indicated by reference numeral P1 in FIG. The molecule | numerator which has is mentioned. As the straight chain structure, for example, an alkyl group (general formula: C n H 2n + 2) , and an aryl group.
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。
Here, the length of the ion mobility suppressing structure (for example, the length of the linear structure) is desirably 2 nm or more (a structure having a large molecular weight), for example. From another point of view, it is desirable that the ion mobility suppressing structure has a length that is at least twice as long as the diameter of the
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。
As such an electrolyte 122, it is desirable to use an ionic liquid. This is because an electric double layer to be described later is easily formed in the
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。 Such an ionic liquid is not limited to that represented by the formula (1), and any other ion may be used as long as it is a molecule having a structure for suppressing ion mobility (for example, a molecule having polarity). A liquid may be used. Specifically, for example, an ionic liquid formed by combining the following cations and anions may be used.
(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);
(A) Cations and imidazolium cations:
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);
・ Pyridinium cations:
1-methl-1-propylpiprodonium (PP13),
1-methyl-1-propylpyrrolidinium (P13),
1-methyl-1-butylpyrrolidinium (P14),
1-butyl-1-methylpyrrolidinium (BMP);
・ Ammonium cation:
trimethylpropylammonium (TMPA),
trimethyloctylammonium (TMOA),
trimethylhexylammonium (TMHA),
trimethylpentylammonium (TMPeA),
trimethylbutylammonium (TMBA);
・ Pyrazolium cations:
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) Anion
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。
Such an electrolyte 122 is desirably hydrophobic because of its compatibility with the
[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。
[Production method]
The
(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および電解質122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)
(Mixture production process)
First, a
・ Perfluoroalkylsulfonic acid (CF 3 (CF 2 ) n SO 3 H)
・ Perfluorooctanesulfonate (PFOS)
・ Perfluoroalkylcarboxylic acid (CF 3 (CF 2 ) n COOH)
・ Perfluorooctanoate (PFOA)
・ Fluorotelomer alcohol (F (CF 2 ) n CH 2 CH 2 OH)
ここで、このようにして多孔質材121、電解質122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および電解質122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。
Here, when the
(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。
(Mixture thinning process)
Next, the above-described mixture is formed into a thin film using, for example, spin coating or inkjet (step S12). In other words, the mixture obtained in step S11 is thinned. At this time, when spin coating is used, for example, in air, spin coating is performed for about 1 minute at a rotation rate of about 500 rpm (rotation / minute). In addition, the method for making the mixture into a thin film in this way is not limited to the above-described spin coating and inkjet, and other printing techniques can also be used. Specifically, for example, printing techniques such as nanoimprinting, induction plasma etching, and dry etching, and printing techniques such as etching techniques can be used.
(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、この細孔121h内に分散された電解質122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。
(Drying process)
Subsequently, the above-described solvent is evaporated from the mixture by drying the thin film mixture thus obtained (step S13). As a result, an
(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製造することが可能である。
(Electrode mounting process)
After that, a plurality of
[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。
[Action / Effect]
(A-1. Formation of pn junction)
In this
すなわち、まず図4に示したように、電極111を電圧供給源PSの正(+)側、電極112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内に電荷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112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111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。
That is, first, as shown in FIG. 4, the
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。
At this time, for example, as shown in an enlarged view in FIG. 5, the electric double layer on the
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との間で電荷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との間で電荷二重層が形成されるようになる。
When a large electric field is generated in the electric double layer in this way, for example, as shown in FIG. 6, electrons e are injected from the
そして、このようにして電荷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。
Then, the charge double layer and the electric conduction region are repeatedly formed in this way, and finally a pn junction is formed in the
(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-2. Power storage function)
Here, in this pn junction (p-
(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-3. Light emission function)
Moreover, in the
(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。
(A-4. Power generation function)
Furthermore, in the
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。
Thus, in the
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。
That is, for example, as shown in FIG. 10, when a voltage is first applied to the
(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。
(B. Action in production method)
Next, the effect | action in the manufacturing method of the
まず、例えば図3中の工程S11では、多孔質材121および電解質122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)。
First, for example, in step S <b> 11 in FIG. 3, an amphiphile is mixed in a solvent together with the
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。
Moreover, since the high boiling point solvent (For example, solvent whose boiling point is about 80 degreeC or more) which consists of the material etc. which were mentioned above is used as a solvent at this time, when drying a thin film-like mixture in subsequent process S13, for example. In addition, the solvent is less likely to evaporate and the mixture dries slowly. Therefore, the effect of reducing the surface tension by the above-described amphiphile functions more effectively, and the mixture is easily dried evenly in the film. As a result, the film thickness variation in the
更に、工程S11において多孔質材121、電解質122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。
Furthermore, when mixing the
(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。
(C. Action by molecules having a structure for suppressing ion mobility)
Subsequently, an operation in the case where the electrolyte 122 of the present embodiment is configured using molecules having an ion mobility suppressing structure will be described.
(他の構成例)
図11は、他の構成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。この他の構成例のイオン性素子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。
(Other configuration examples)
FIG. 11 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of an ionic element (ionic element 101) according to another configuration example. The
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、多孔質材121の細孔121h内に分散された電解質103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102内の電解質103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。
In this
このため、イオン性素子101では、例えば図12に示したように、イオン層102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12に電圧が印加されなくなると、例えば図12中の矢印で示したように、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。
Therefore, in the
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12(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12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103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103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。
Then, as the
このようにしてイオン性素子101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101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)。
In this way, in the
(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。
(This embodiment)
On the other hand, in the
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、前述したように電荷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。
Thereby, in the
このような理由から、例えば図13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101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101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、後述するように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。
For this reason, for example, as shown in FIG. 13, in the
その結果、例えば図14に示したように、イオン性素子1ではイオン性素子101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)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。
As a result, for example, as shown in FIG. 14, unlike the
以上のように本実施の形態では、混合体を作製する際に、多孔質材121および電解質122とともに両親媒性物質を溶媒中で混合するようにしたので、その後に例えばスピンコート等を用いてこの混合体を薄膜状にする際に、混合体の表面張力を低下させて混合体を均一に拡がり易くすることができる。よって、例えばスピンコートのみを用いて混合体を薄膜状にする場合と比べて、イオン性素子1における面内ばらつき(イオン層12内の膜厚ばらつき)を抑えることが可能となる。これは、スピンコートを用いただけでは、溶媒の対流による膜厚むらが生じ易いためである。
As described above, in the present embodiment, when the mixture is prepared, the amphiphile is mixed with the
また、このようにして多孔質材121および電解質122等を混合する際に、超音波を用いた撹拌を行うようにしたので、その後に混合体を薄膜状にする際に、膜内での組成ばらつきを抑えることができる。よって、イオン性素子1における面内ばらつき(面内での特性ばらつき)を抑えることが可能となる。
In addition, when the
このようにして本実施の形態の製造方法では、イオン性素子1における面内ばらつき(膜厚や特性等の面内ばらつき)を低減することが可能となる結果、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)
As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, in-plane variations (in-plane variations in film thickness, characteristics, etc.) in the
・ Low voltage drive (for example, it is possible to reduce the voltage from about 2-3V to 1.5V)
・ Longer device life (for example, from about 1 hour to 3 hours or more)
・ Large element area (for example, an area of about 1 cm × 1 cm can be realized)
- emission operation at a high luminance (e.g., from a conventional 1000 cd / m 2 or less, enables high brightness to 2500 cd / m 2 or more)
なお、本実施の形態のイオン性素子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。
In the method of manufacturing the
加えて、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。
In addition, in the present embodiment, when the electrolyte 122 is configured using molecules having a structure for suppressing ion mobility (for example, molecules having polarity), the electrolyte 122 is formed in the
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。
Specifically, using a pn junction formed in the
また、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)を実現することが可能となる。 In addition, since the pn junction is maintained to some extent even after the transition to the no-voltage applied state, each function (storage function, light emitting function, power generation function, etc.) using the pn junction is realized even when no voltage is applied. Is possible.
更に、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4に係るイオン性素子(イオン性素子1E)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4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4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、各機能の機能性を更に向上させることも可能となる。
Furthermore, in particular, the element structure of the
[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1〜4)について詳細に説明する。
[Example]
Next, specific examples (Examples 1 to 4) in this embodiment will be described in detail.
(実施例1)
図15A,図15Bはそれぞれ、比較例1および実施例1に係るイオン層の膜厚ばらつきを表したものである。なお、これらの膜厚のばらつきは、段差計で測定した。図15Aに示した比較例1では、前述した混合体を作製する際に、両親媒性物質を混合させていない。このため、この比較例1では、600nm程度の大きな膜厚ばらつきが生じていることが分かる。一方、図15Bに示した実施例1では、前述した混合体を作製する際に、両親媒性物質(この例では界面活性剤)を混合させている。したがって、この実施例1では、膜厚ばらつきが35nm程度と非常に小さなものとなり、上記比較例1と比べて膜厚ばらつきが1桁以上も低減していることが分かる。
Example 1
FIG. 15A and FIG. 15B represent film thickness variations of the ion layers according to Comparative Example 1 and Example 1, respectively. These film thickness variations were measured with a step gauge. In Comparative Example 1 shown in FIG. 15A, an amphiphile is not mixed when the above-described mixture is manufactured. For this reason, in this comparative example 1, it turns out that the big film thickness dispersion | variation about 600 nm has arisen. On the other hand, in Example 1 shown in FIG. 15B, an amphiphile (a surfactant in this example) is mixed when the above-described mixture is produced. Therefore, in Example 1, the film thickness variation is as small as about 35 nm, and it can be seen that the film thickness variation is reduced by one digit or more as compared with Comparative Example 1 described above.
(実施例2)
次いで、図16は、実施例2−1,2−2に係る溶媒と膜厚等との関係を表したものである。具体的には、溶媒の材料、イオン層12の膜厚、乾燥工程(工程S13)に要する乾燥時間、およびイオン層12の表面粗さ(膜厚ばらつき)の各々について、実施例2−1,2−2ごとにまとめて示している。
(Example 2)
Next, FIG. 16 shows the relationship between the solvent and the film thickness according to Examples 2-1 and 2-2. Specifically, for each of the solvent material, the film thickness of the
実施例2−1では、溶媒としてクロロベンゼン(沸点=約130℃)を用いている。したがって、混合体を薄膜状にする際に、溶媒としてのクロロベンゼンが比較的揮発(蒸発)し易いことから、乾燥時間が比較的短くなる(18分)。よって、この混合体の表面張力が比較的高くなって混合体が均一に拡がりにくくなり、イオン層12の膜厚ばらつきが比較的大きくなっている(130〜300nm程度)ことが分かる。
In Example 2-1, chlorobenzene (boiling point = about 130 ° C.) is used as a solvent. Therefore, when the mixture is made into a thin film, chlorobenzene as a solvent is relatively easily volatilized (evaporated), and thus the drying time is relatively short (18 minutes). Therefore, it can be seen that the surface tension of the mixture is relatively high, the mixture is difficult to spread uniformly, and the film thickness variation of the
一方、実施例2−2では、溶媒としてジクロロベンゼン(沸点=約180℃)を用いている。したがって、薄膜状の混合体を乾燥させる際に、溶媒としてのジクロロベンゼンがクロロベンゼンと比べて揮発しにくいことから、乾燥時間が実施例2−1と比べて遥かに長くなり(85分)、混合体がゆっくりと乾燥する。このため、両親媒性物質による表面張力の低減作用が、より効果的に機能する。よって、この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、実施例2−1と比べて非常に小さくなっている(20〜28nm程度)ことが分かる。
On the other hand, in Example 2-2, dichlorobenzene (boiling point = about 180 ° C.) is used as a solvent. Therefore, when the thin film-like mixture is dried, dichlorobenzene as a solvent is less likely to evaporate than chlorobenzene, so that the drying time is much longer than that of Example 2-1 (85 minutes), and mixing is performed. Your body dries slowly. For this reason, the effect of reducing the surface tension by the amphiphile functions more effectively. Therefore, as a result of the mixture being easily dried uniformly in the film, the film thickness variation in the
これらの実施例2−1,2−2により、混合体の作製工程(工程S11)において使用する溶媒としては、できるだけ沸点が高いもの(高沸点溶媒)を用いるのが望ましいこと、また、この高沸点溶媒の中でもより沸点が高いものを用いるのが更に望ましいことが分かる。 According to these Examples 2-1 and 2-2, it is desirable to use a solvent having a boiling point as high as possible (high boiling solvent) as the solvent used in the production step of the mixture (step S11). It can be seen that it is more desirable to use a solvent having a higher boiling point among the boiling point solvents.
(実施例3)
続いて、図17は、実施例3に係る超音波撹拌と、イオン性素子における発光特性との関係を表したものである。この実施例3の条件は、以下の通りである。
・電解質…前述した(1)式で表わされるイオン液体
・多孔質材…発光性ポリマー
・両親媒性物質…界面活性剤(含有量=10ppm)
・電解質と多孔質材との混合比…電解質:多孔質材=1:5
・発光動作時の駆動電圧(動作電圧)…2.5V,3.0Vの各々で実施
・超音波撹拌…50kHz,100Wの超音波を、0分間(超音波撹拌:無し)、3分間,10分間,20分間,30分間の各々で実施
(Example 3)
Next, FIG. 17 shows the relationship between the ultrasonic agitation according to Example 3 and the light emission characteristics of the ionic element. The conditions of Example 3 are as follows.
-Electrolyte: ionic liquid represented by the above-mentioned formula (1)-Porous material-Luminescent polymer-Amphiphile-Surfactant (content = 10 ppm)
-Mixing ratio of electrolyte and porous material ... electrolyte: porous material = 1: 5
-Driving voltage (operating voltage) at the time of light emission operation: Implemented at 2.5 V and 3.0 V, respectively-Ultrasonic stirring: 50 kHz, 100 W ultrasonic wave, 0 minutes (no ultrasonic stirring: none), 3 minutes, 10 For 20 minutes, 20 minutes, 30 minutes
この図17により、超音波撹拌が無しの場合と比べ、超音波撹拌が有りの場合では混合体において材料が均一に混ざり易くなる結果、発光特性の面内ばらつきが抑えられていることが分かる。また、超音波撹拌の時間が10分間以上の場合に、十分な撹拌効果が得られていることが分かる。ただし、動作電圧=3.0Vの場合には、超音波撹拌の時間が長くなり過ぎるとイオン性素子の耐久性が悪化(イオン性素子が劣化)し、30分間の場合には発光しなくなってしまうことが分かる。これらのことから、前述したように、超音波を用いた撹拌は、例えば、3分以上かつ10分以下程度の期間で行うのが望ましいと言える。撹拌効果を高めつつ(発光特性等の面内ばらつきを抑えつつ)、動作時のイオン性素子の耐久性を確保できる(イオン性素子の劣化を抑えることができる)ためである。 From FIG. 17, it can be seen that in the presence of ultrasonic agitation, in the presence of ultrasonic agitation, the material is easily mixed uniformly in the mixture, and as a result, in-plane variation in light emission characteristics is suppressed. It can also be seen that a sufficient stirring effect is obtained when the ultrasonic stirring time is 10 minutes or longer. However, when the operating voltage is 3.0 V, the durability of the ionic element deteriorates (the ionic element deteriorates) if the ultrasonic stirring time becomes too long, and no light is emitted after 30 minutes. I understand that. From these facts, as described above, it can be said that the stirring using the ultrasonic wave is desirably performed in a period of, for example, about 3 minutes to 10 minutes. This is because the durability of the ionic element during operation can be ensured (deterioration of the ionic element can be suppressed) while enhancing the stirring effect (while suppressing in-plane variation of the light emission characteristics and the like).
(実施例4)
続いて、実施例4の条件は、以下の通りである。
・電解質…前述した(1)式で表わされるイオン液体
・多孔質材…発光性ポリマー
・電解質と多孔質材との混合比…電解質:多孔質材=1:5
Example 4
Subsequently, the conditions of Example 4 are as follows.
Electrolyte: ionic liquid represented by the above-mentioned formula (1) Porous material ... Luminescent polymer- Mixing ratio of electrolyte and porous material ... Electrolyte: Porous material = 1: 5
この実施例4のイオン性素子は、電解質としてのイオン液体が、前述した(1)式で表わされるものであるため、イオンの移動度の抑制構造を有する分子(この例では、極性を有する分子であると共に異方性形状を有する分子)となっている。また、それとともに、この実施例4のイオン性素子では、電解質としてのイオン液体の混合率が相対的に小さいため、イオンの移動度が小さくなっている。 In the ionic element of Example 4, since the ionic liquid as the electrolyte is represented by the above-described formula (1), the molecule having a structure for suppressing ion mobility (in this example, a molecule having polarity) And an anisotropic molecule). At the same time, in the ionic element of Example 4, the ion mobility is small because the mixing ratio of the ionic liquid as the electrolyte is relatively small.
このため、例えば図18中の破線の矢印で示したように、イオン層への印加電圧を増加させていくと2V程度以上にてpn接合が形成されて発光動作が行われると共に、上記比較例1とは異なり、その後印加電圧を減少させていっても、発光動作が継続している。具体的には、印加電圧が0V(電圧無印加状態)まで低下しても、pn接合の形成状態が維持され、発光動作も維持されている。なお、図18中の一方の縦軸に示した「発光光による受光電流」とは、イオン性素子の近傍に配置したフォトダイオードにおける受光電流のことであり、発光光の強度(発光強度)に相当する値である。この点は、以下も同様である。 For this reason, for example, as shown by the broken line arrow in FIG. 18, when the voltage applied to the ion layer is increased, a pn junction is formed at about 2 V or more, and the light emitting operation is performed. Unlike 1, the light emission operation continues even if the applied voltage is decreased thereafter. Specifically, even when the applied voltage is reduced to 0 V (no voltage applied state), the pn junction formation state is maintained and the light emitting operation is also maintained. Note that “light-receiving current due to emitted light” shown on one vertical axis in FIG. 18 is a light-receiving current in a photodiode arranged in the vicinity of the ionic element, and represents the intensity of the emitted light (emission intensity). Corresponding value. This also applies to the following.
また、例えば図19に示したように、この実施例4では、印加電圧が遮断しても(電圧無印加状態へ移行しても)、素子に流れる電流および発光光による受光電流がそれぞれ、約1000秒(約17分)程度はある程度大きい値で流れ続けている。つまり、印加電圧が遮断しても、ある程度の時間はpn接合の形成状態が維持されていることが分かる。 Further, for example, as shown in FIG. 19, in this Example 4, even when the applied voltage is cut off (even when the voltage is not applied), the current flowing through the element and the light receiving current due to the emitted light are about It continues to flow at a somewhat large value for about 1000 seconds (about 17 minutes). That is, it can be seen that even when the applied voltage is cut off, the pn junction formation state is maintained for some time.
ちなみに、例えば図20に示したように、実施例4において、環境温度を250K,300K,350Kと変化させたところ、以下のような温度特性を示すことが分かった。すなわち、素子に流れる電流は、環境温度が低下するのに従って、印加電圧の遮断後により長時間流れることが分かった。これは、低温になるのに従ってイオンの移動度が小さくなり、放電動作により多くの時間を要するためである。つまり、この素子に流れる電流については、一般的な電気二重層キャパシタと同様の振る舞いを示すと言える。一方、発光光による受光電流(発光強度)については、環境温度にはほとんど依存せず、いずれの環境温度の場合においても上記のように約1000秒程度は流れ続けることが分かった。 Incidentally, for example, as shown in FIG. 20, when the environmental temperature was changed to 250K, 300K, and 350K in Example 4, it was found that the following temperature characteristics were exhibited. That is, it has been found that the current flowing through the element flows for a longer time after the applied voltage is cut off as the environmental temperature decreases. This is because the ion mobility decreases as the temperature decreases, and more time is required for the discharge operation. That is, it can be said that the current flowing through this element exhibits the same behavior as a general electric double layer capacitor. On the other hand, it was found that the received current (emission intensity) by the emitted light hardly depends on the environmental temperature, and continues to flow for about 1000 seconds as described above at any environmental temperature.
以下、本発明の他の実施の形態(第2,第3の実施の形態)等について説明する。これらの実施の形態等のイオン性素子においても、基本的には、第1の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。なお、以下では、第1の実施の形態等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。
Hereinafter, other embodiments (second and third embodiments) of the present invention will be described. The ionic elements of these embodiments and the like can be basically manufactured in the same manner as the
<2.第2の実施の形態>
[構成]
図21は、第2の実施の形態に係るイオン性素子(イオン性素子1A)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。また、図22は、このイオン性素子1Aにおけるイオン層12の平面構成例(X−Y平面構成例)を模式的に表したものである。
<2. Second Embodiment>
[Constitution]
FIG. 21 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of the ionic element (
本実施の形態のイオン性素子1Aは、第1の実施の形態のイオン性素子1において、微細構造(微粒子14A)からなるpn接合のスタータ機構を設けたものに対応しており、他の構成は基本的には同様となっている。このスタータ機構とは、電極111,112を介してイオン層12へ駆動電圧が印加されているときに、このイオン層12内において前述したpn接合の形成を部分的(局所的)に開始させるためのものである。
The
図21および図22に示したように、このようなスタータ機構として機能する微細構造(微粒子14A)は、イオン層12内で分散配置されている。また、このイオン層12内(X−Y平面内)においてpn接合が略等方的(望ましくは等方的)に複数個所で形成されるように、これらの微粒子14Aもまた、イオン層12内で略等方的(望ましくは等方的)に配置されている。この微粒子14Aは、以下詳述するように、イオン層12内で局所的な電界集中を生じさせることによって、pn接合の形成を部分的に開始させるようになっている。このような微粒子14Aは、例えばナノスケールの微粒子、具体的には、酸化シリコン(SiO2),酸化アルミニウム(Al2O3)等からなるナノパーティクル等からなる。
As shown in FIGS. 21 and 22, the fine structure (fine particles 14 </ b> A) functioning as such a starter mechanism is dispersedly arranged in the
[作用・効果]
本実施の形態のイオン性素子1Aでは、微細構造(微粒子14A)からなるスタータ機構が設けられていることにより、電極111,112からイオン層12へ駆動電圧が印加されているときに、このイオン層12内において、pn接合の形成が部分的に開始される。
[Action / Effect]
In the
具体的には、まず例えば図23中の破線で示したように、イオン層12内では微粒子14Aの近傍(周辺領域)に、pn接合(p型領域12pおよびn型領域12n)が部分的(局所的)に形成される。次いで、例えば図24中の矢印で示したように、この最初に部分的に形成されるpn接合領域(微粒子14Aの周辺領域)を核として、その周囲にpn接合領域が徐々に拡がっていく形成態様となる。
Specifically, first, as indicated by a broken line in FIG. 23, for example, a pn junction (p-
このように、イオン層12内で部分的に形成されてから徐々に拡がっていくというpn接合の形成態様となるため、本実施の形態のイオン性素子1Aでは、イオン層12全体で一様にpn接合が形成される場合と比べ、駆動電圧の印加時にpn接合が形成され易くなる。
As described above, since the pn junction is formed such that it is partially formed in the
以上のように本実施の形態では、電圧印加の際にイオン層12内でpn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設けるようにしたので、駆動電圧の印加時にpn接合を形成し易くすることができる。よって、イオン性素子の動作電圧(駆動電圧)を低く抑える(例えば、1.0V〜1.5V程度)ことが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the starter mechanism for partially starting the formation of the pn junction in the
また、このスタータ機構が、イオン層12内においてpn接合を略等方的に複数個所で形成させるようにしたので、pn接合領域をイオン層12全体に拡がり易くすることができる。よって、イオン性素子1Aの動作電圧をより低く抑えることが可能となる。
In addition, since this starter mechanism forms pn junctions at a plurality of locations in the
特に本実施形態では、上記スタータ機構を微細構造(微粒子14A)を用いて構成したので、素子構造によってスタータ機構が実現され、その機能を発揮する際に動的な制御が不要となる。よって、簡易な手法で低動作電圧化を実現することができる。
In particular, in the present embodiment, the starter mechanism is configured by using a fine structure (
また、この微粒子14Aはイオン層12内で分散配置されていることから、pn接合の形成開始領域が等方的に配置され易くなる。よって、イオン性素子1Aの動作電圧が更に低く抑えられ易くなると言える。
Further, since the
<3.第2の実施の形態の変形例>
続いて、上記第2の実施の形態の変形例(変形例1〜3)について説明する。なお、第2の実施の形態等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。
<3. Modification of Second Embodiment>
Subsequently, modified examples (modified examples 1 to 3) of the second embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 2nd Embodiment etc., and description is abbreviate | omitted suitably.
[変形例1]
図25は、変形例1に係るイオン性素子(イオン性素子1B)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。また、図26は、このイオン性素子1Bにおけるイオン層12の平面構成例(X−Y平面構成例)を模式的に表したものである。
[Modification 1]
FIG. 25 schematically illustrates a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of an ionic element (ionic element 1B) according to
本変形例のイオン性素子1Bは、第2の実施の形態のイオン性素子1Aにおいて、微細構造(微粒子14A)からなるスタータ機構の代わりに、微細構造(凹凸構造141)からなるスタータ機構を設けたものに対応しており、他の構成は基本的には同様となっている。
The ionic element 1B of this modification is provided with a starter mechanism having a fine structure (concave / convex structure 141) instead of the starter mechanism having a fine structure (
図25および図26に示したように、このようなスタータ機構として機能する微細構造(凹凸構造141)は、電極111上(電極111とイオン層12との界面付近)に複数の突起部14Bが分散配置されることにより形成されている。また、本変形例においても、イオン層12内(X−Y平面内)においてpn接合が略等方的(望ましくは等方的)に複数個所で形成されるように、これらの突起部14Bもイオン層12内で略等方的(望ましくは等方的)に配置されている。この凹凸構造141(突起部14B)も微粒子14Aと同様に、イオン層12内で局所的な電界集中を生じさせることによって、pn接合の形成を部分的に開始させるようになっている。このような突起部14Bは、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、ナノスケールの微粒子、具体的には、酸化シリコン(SiO2),酸化アルミニウム(Al2O3)等からなるナノパーティクル等の材料からなる。なお、図25においては、便宜上、凹凸構造141の断面形状を三角形状としているが、これには限られず、凹凸構造141が他の立体的形状(例えば、断面形状が矩形状からなる立体的形状等)を有するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 25 and 26, the fine structure (uneven structure 141) functioning as such a starter mechanism has a plurality of
本変形例においても、このような微細構造(凹凸構造141)からなるスタータ機構が設けられていることにより、基本的には第2の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。 Also in this modified example, by providing the starter mechanism having such a fine structure (uneven structure 141), basically the same effect can be obtained by the same operation as in the second embodiment. Is possible.
特に本変形例では、上記スタータ機構として、電極111とイオン層12との界面付近に形成された凹凸構造141を用いるようにしたので、この凹凸構造141の形状設計に応じて、pn接合の形成開始領域を自在に制御可能となる。よって、イオン性素子1Bの動作電圧も調整し易くすることができる。
In particular, in the present modification, the concavo-
[変形例2,3]
図27は、変形例2に係るイオン性素子(イオン性素子1C)におけるイオン層12の平面構成例(X−Y平面構成例)を模式的に表したものである。また、図28は、変形例3に係るイオン性素子(イオン性素子1D)におけるイオン層12の平面構成例(X−Y平面構成例)を模式的に表したものである。
[
FIG. 27 schematically illustrates a planar configuration example (XY planar configuration example) of the
これら変形例2,3のイオン性素子1C,1Dではそれぞれ、第2の実施の形態のイオン性素子1Aにおいて、微細構造(微粒子14A)からなるスタータ機構の代わりに、以下のスタータ機構を設けたものに対応している。すなわち、イオン層12内で温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるスタータ機構を設けたものに対応しており、他の構成は基本的にはイオン性素子1Aと同様となっている。
In the
具体的には、図27に示した変形例2のイオン性素子1Cでは、温度分布を直接的に形成する熱電素子14Cを用いて、スタータ機構が構成されている。この熱電素子14Cは、図示しない電源から電圧が供給されることで発熱し、イオン層12における熱電素子14Cの周辺領域を相対的に高温に設定することが可能となっている。また、本変形例においても、イオン層12内(X−Y平面内)においてpn接合が略等方的(望ましくは等方的)に複数個所で形成されるように、複数の熱電素子14Cがイオン層12上に略等方的(望ましくは等方的)に2次元配置されている。
Specifically, in the ionic element 1C of
一方、図28に示した変形例3のイオン性素子1Dでは、イオン層12に対して局所的な光照射を行うことによって温度分布を間接的に形成する光源15を用いて、スタータ機構が構成されている。この光源15は、図示しない電源によって駆動されることで、照射光L1をイオン層12に対して局所的に照射し、その照射領域を相対的に高温に設定する(高温領域Ahtを形成する)ことが可能となっている。また、本変形例においても、イオン層12内(X−Y平面内)においてpn接合が略等方的(望ましくは等方的)に複数個所で形成されるように、このような高温領域Ahtがイオン層12上に略等方的(望ましくは等方的)に形成されるようになっている。
On the other hand, in the
このようして変形例2,3では、イオン層12内で温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるスタータ機構が設けられている。これにより、相対的に高温の領域(高温領域Aht等)で最初にpn接合領域が形成され、この領域を核としてその周囲にpn接合領域が拡がっていく形成態様となる。したがって、基本的には第2の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。
Thus, in the second and third modifications, a starter mechanism is provided that partially starts the formation of a pn junction by forming a temperature distribution in the
また、これら変形例2,3では、pn接合領域の形成態様が温度分布に応じて自在に制御可能となるため、イオン性素子1C,1Dの動作電圧も調整し易くすることができる。
Moreover, in these modified examples 2 and 3, since the formation mode of the pn junction region can be freely controlled according to the temperature distribution, the operating voltage of the
更に、特に変形例2のイオン性素子1Cでは、熱電素子14Cによって温度分布を直接的に形成することから、温度分布の調整がし易くなり、イオン性素子1Cの動作電圧も更に調整し易くすることができる。一方、変形例3のイオン性素子1Dでは、光源15からの局所的な光照射でスタータ機構が実現されることから、素子構造自体の変更は不要となり、簡易な構成で実現可能となる。
Furthermore, in particular, in the ionic element 1C of the
なお、例えば図29に示したように、これらの変形例2,3ではそれぞれ、スタータ機構(熱電素子14Cまたは光源15)が、イオン性素子1C,1Dの始動期間T1およびその後の定常動作期間T2のうちの始動期間T1においてのみ、上記した温度分布の形成を行うのが望ましい。このようにした場合、pn接合の形成が主に行われる期間(始動期間T1)において、温度分布の形成によるスタータ機能が選択的に発揮されることから、より効果的なスタータ機能を実現することが可能となる。
For example, as shown in FIG. 29, in these
<4.第3の実施の形態>
[構成]
図30は、第3の実施の形態に係るイオン性素子モジュール(イオン性素子モジュール2)の断面構成例(Z−X断面構成例)を、以下説明する駆動部21のブロック構成とともに模式的に表したものである。本実施の形態のイオン性素子モジュール2は、これまでに説明したイオン性素子1,1A〜1Dのいずれかと、そのイオン性素子を駆動する駆動部21とを備えている。なお、本実施の形態に係るイオン性素子の駆動方法は、本実施の形態のイオン性素子モジュール2において具現化されるため、以下併せて説明する。
<4. Third Embodiment>
[Constitution]
FIG. 30 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of the ionic element module (ionic element module 2) according to the third embodiment, together with a block configuration of the
(駆動部21)
駆動部21は、電極111,112を介してイオン層12へ駆動電圧Vdを印加することにより、イオン性素子1(1A〜1D)を駆動するものである。この駆動部21は、本実施の形態では、このイオン性素子1(1A〜1D)を駆動する際に、駆動電圧Vdを間欠的(例えば周期的)に低下させる間欠駆動を行うようになっている。
(Driver 21)
The
具体的には、駆動部21は、例えば図31に示した駆動電圧Vdのタイミング波形のように、パルス波形を用いて駆動電圧Vdを間欠的に低下させる。詳細には、この場合、駆動電圧Vd=高電圧VHである高電圧期間TH(通常の駆動期間)と、駆動電圧Vd=低電圧VLである低電圧期間TL(後述するリフレッシュ動作期間)とが、時間軸に沿って交互に繰り返されるパルス波形となっている。つまりこの場合、駆動部21は、駆動電圧Vd=VHからVd=VLに間欠的に低下させることで、間欠駆動を行っている。
Specifically, the
あるいは、駆動部21は、例えば図32に示した駆動電圧Vdのタイミング波形のように、所定の直流電圧Vdcに対して交流電圧(この例では、正弦波からなる交流電圧)を重畳させてなる交流波形を用いて、駆動電圧Vdを間欠的に低下させるようにしてもよい。詳細には、この場合、駆動電圧Vd≧直流電圧Vdcである高電圧期間VHと、駆動電圧Vd<直流電圧Vdcである低電圧期間VLとが、時間軸に沿って交互に繰り返される交流波形となっている。つまりこの場合、駆動部21は、駆動電圧Vd≧VdcからVd<Vdcに間欠的に低下させることで、間欠駆動を行っている。
Alternatively, the
ここで、駆動部21は、このような駆動電圧Vdの低下およびその後の復帰を瞬間的(瞬時)に行うのが望ましい。換言すると、駆動電圧Vdの低下期間(低電圧期間TL)が、それ以外の期間(駆動電圧Vdの非低下期間,高電圧期間VH)と比べて相対的に短期間(微小期間)であるのが好ましい(例えば、10ms程度)。
Here, it is preferable that the
また、駆動部21は、この駆動電圧Vdを間欠的に0Vまで低下させるのが望ましい。これにより、駆動電圧Vdの印加が間欠的に停止されることから、後述するリフレッシュ動作がより効果的に行われ、イオン性素子1(1A〜1D)の更なる長寿命化が図られるからである。
Further, it is desirable that the
更に、例えば図33に示したように、駆動部21は、イオン性素子1(1A〜1D)の始動期間T1では、駆動電圧Vdを一定とした定電圧駆動を行うと共に、この始動期間T1の後の定常動作期間T2において、上記した間欠駆動(駆動電圧Vdを間欠的に低下させる駆動)を行うのが望ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 33, the driving
[作用・効果]
本実施の形態のイオン性素子モジュール2では、イオン性素子1(1A〜1D)を駆動する際に、電極111,112を介してイオン層12へ印加する駆動電圧Vdが、間欠的に低下するようになされる(上記した間欠駆動が行われる)。これによりこのイオン性素子1(1A〜1D)では、以下の原理にて、イオン層12内の電解質122(イオン液体等)の定期的(例えば周期的)なリフレッシュ動作が実現される。
[Action / Effect]
In the
具体的には、まず、例えば図34に示したように、低電圧期間VL(リフレッシュ動作期間)では、駆動電圧Vdが低下(この例ではVd=VLへ低下)するため、イオン層12内のpn接合(p型領域12pおよびn型領域12n)において、以下のような作用が生じる。すなわち、陽イオン122cおよび陰イオン122aの一部が移動し、それに伴ってイオン層12(pn接合)内の正孔hおよび電子eの一部もそれぞれ移動して分散する結果、正孔hおよび電子eの一部同士が再結合し、イオン層12内から消滅してしまう。
Specifically, first, as shown in FIG. 34, for example, in the low voltage period VL (refresh operation period), the drive voltage Vd decreases (in this example, Vd = VL). The following actions occur at the pn junction (p-
次いで、例えば図35に示したように、その後の高電圧期間VH(通常の駆動期間)では、駆動電圧Vdが復帰(この例では、Vd=VLからVd=VHへ復帰)するため、イオン層12内のpn接合において、以下のような作用が生じる。すなわち、電極111,112からn型領域12nおよびp型領域12pへそれぞれ、新たな陽イオン122cおよび陰イオン122がそれぞれ供給(注入)される結果、イオン層12内の電解質122のリフレッシュ動作が行われ、イオン性素子1(1A〜1D)の長寿命化が図られる。
Next, for example, as shown in FIG. 35, in the subsequent high voltage period VH (normal drive period), the drive voltage Vd recovers (in this example, Vd = VL returns to Vd = VH). The following effects occur in the pn junction within 12. That is, as a result of supplying (implanting)
(実施例4)
ここで、図36Aは、実施例4に係る駆動期間と発光特性との関係を表したものである。また、図36Bは、この図36Aの一部(符号P2で示した部分)を拡大して、駆動電圧Vdとともに示したものである。
Example 4
Here, FIG. 36A shows the relationship between the drive period and the light emission characteristics according to Example 4. FIG. FIG. 36B is an enlarged view of a part of FIG. 36A (part indicated by reference numeral P2) together with the drive voltage Vd.
この実施例4では、前述した図31の例のように、パルス波形を用いて駆動電圧Vdを間欠的に低下させている。具体的には、50秒間の高電圧期間VH(高電圧VH=3.0V)ごとに、0.001秒間の低電圧期間VL(低電圧VL=0V)を設けている。図36A,図36Bにより、この実施例4では、駆動時間が5000秒間にも達しても、発光光による受光電流がほとんど低下せず(ほぼ一定の値に収束しており)、イオン性素子の長寿命化が実現されていることが分かる。 In the fourth embodiment, as in the example of FIG. 31 described above, the drive voltage Vd is intermittently reduced using a pulse waveform. Specifically, a low voltage period VL (low voltage VL = 0 V) of 0.001 seconds is provided every high voltage period VH (high voltage VH = 3.0 V) of 50 seconds. 36A and 36B, in Example 4, even when the driving time reaches 5000 seconds, the light receiving current due to the emitted light hardly decreases (converges to a substantially constant value), and the ionic element It can be seen that a long service life has been realized.
(実施例5)
一方、図37Aは、実施例5に係る駆動期間と発光特性との関係を表したものである。また、図37Bは、この図37Aの一部(符号P3で示した部分)を拡大して、駆動電圧Vdとともに示したものである。
(Example 5)
On the other hand, FIG. 37A shows the relationship between the drive period and the light emission characteristics according to Example 5. FIG. 37B is an enlarged view of a part of FIG. 37A (part indicated by reference numeral P3) together with the drive voltage Vd.
この実施例5では、前述した図32の例のように、所定の直流電圧Vdcに対して交流電圧を重畳させてなる交流波形を用いて、駆動電圧Vdを間欠的に低下させている。具体的には、直流電圧Vdc=2.9Vに対して、Peak-to-Peakで0.2Vの交流波形を重畳することにより、2.8V〜3.0Vの間で時間軸に沿って周期的に変化する交流波形を生成および使用している。図37A,図37Bにより、この実施例5においても、駆動時間が5000秒間にも達しても、発光光による受光電流がほとんど低下せず(ほぼ一定の値に収束しており)、イオン性素子の長寿命化が実現されていることが分かる。 In the fifth embodiment, as in the example of FIG. 32 described above, the drive voltage Vd is intermittently decreased using an AC waveform in which an AC voltage is superimposed on a predetermined DC voltage Vdc. Specifically, a cycle along the time axis between 2.8 V and 3.0 V is obtained by superimposing a 0.2 V AC waveform with Peak-to-Peak on DC voltage Vdc = 2.9 V. Generating and using a changing alternating waveform. 37A and 37B, even in this Example 5, even when the driving time reaches 5000 seconds, the light receiving current due to the emitted light hardly decreases (converges to a substantially constant value), and the ionic element It can be seen that a longer life is realized.
以上のように本実施の形態では、イオン性素子1(1A〜1D)を駆動する際に駆動電圧Vdを間欠的に低下させる(間欠駆動を行う)ようにしたので、イオン層12内の電解質122の定期的なリフレッシュ動作を実現することができる。よって、イオン性素子1(1A〜1D)の長寿命化を図ることが可能となる。具体的には、このような間欠駆動を行わない場合(定電圧駆動の場合)には、約1000〜2000秒程度の素子寿命であるのに対し、本実施の形態(間欠駆動を行う場合)では、約10000秒以上もの素子寿命を達成することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, when the ionic element 1 (1A to 1D) is driven, the drive voltage Vd is intermittently decreased (intermittent drive is performed), so the electrolyte in the
また、このような駆動電圧Vdの低下およびその後の復帰を瞬間的に行うようにしたので、以下の効果も得ることが可能となる。すなわち、駆動電圧Vdの低下期間が非常に短くなるため、そのような駆動電圧Vdの低下によるイオン性素子1(1A〜1D)の動作変化(例えば、発光機能の停止等)が、ユーザによって認識(判別)しにくくなる(望ましくは、認識されないようになる)。つまり、ユーザの利便性の低下を、低減もしくは回避する(望ましくは回避する)ことが可能となる。 In addition, since the drive voltage Vd is lowered and then returned instantaneously, the following effects can be obtained. That is, since the decrease period of the drive voltage Vd becomes very short, the change in the operation of the ionic element 1 (1A to 1D) due to such a decrease in the drive voltage Vd (for example, stop of the light emitting function) is recognized by the user. (Distinguishing) is difficult (desirably, it is not recognized). That is, it is possible to reduce or avoid (preferably avoid) a decrease in user convenience.
更に、イオン性素子1(1A〜1D)の始動期間T1では前述した定電圧駆動を行うと共に、その後の定常動作期間T2においてそのような間欠駆動を行うようにしたので、以下の効果も得ることが可能となる。すなわち、pn接合が形成される始動期間T1では、定電圧駆動によってpn接合の形成を促進させる一方で、その後の定常動作期間T2では、間欠的な電圧低下駆動によって上記したリフレッシュ動作を行うといった、動作状況に適合したより効果的な駆動動作を実現することが可能となる。 Furthermore, since the constant voltage driving described above is performed in the starting period T1 of the ionic element 1 (1A to 1D) and such intermittent driving is performed in the subsequent steady operation period T2, the following effects can also be obtained. Is possible. That is, in the starting period T1 in which the pn junction is formed, the formation of the pn junction is promoted by constant voltage driving, while in the subsequent steady operation period T2, the refresh operation described above is performed by intermittent voltage drop driving. It becomes possible to realize a more effective driving operation adapted to the operating situation.
加えて、例えば図31および実施例4のように、そのような間欠駆動の際にパルス波形を用いた場合には、特に効果的にリフレッシュ動作を行うことが可能となる。一方、例えば図32および実施例5のように、そのような間欠駆動の際に、所定の直流電圧Vdcに対して交流電圧を重畳させてなる交流波形を用いた場合には、発光動作の際の光のちらつきを抑えることも可能となる。 In addition, for example, as shown in FIG. 31 and the fourth embodiment, when a pulse waveform is used in such intermittent driving, a refresh operation can be performed particularly effectively. On the other hand, for example, as shown in FIG. 32 and Example 5, when an AC waveform in which an AC voltage is superimposed on a predetermined DC voltage Vdc is used during such intermittent driving, a light emitting operation is performed. It is also possible to suppress flickering of light.
なお、本実施の形態においても、第2の実施の形態およびその変形例1〜3において説明した、pn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設けるようにしてもよい。
Also in this embodiment, a starter mechanism for partially starting the formation of the pn junction described in the second embodiment and its
<5.第1〜第3の実施の形態に共通の変形例>
続いて、上記第1〜第3の実施の形態に共通の変形例(変形例4)について説明する。なお、これらの実施の形態等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。
<5. Modification Common to First to Third Embodiments>
Subsequently, a modification (modification 4) common to the first to third embodiments will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in these embodiment etc., and description is abbreviate | omitted suitably.
[構成]
図38は、変形例4に係るイオン性素子(イオン性素子1E)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1E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。
[Constitution]
FIG. 38 schematically illustrates a cross-sectional configuration example of an ionic element (
基板10は、イオン素子1E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。
The
ここで、このイオン性素子1Eでは、これまでに説明したイオン性素子1,1A〜1D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。
Here, in this
ただし、本変形例においてもイオン層12は、例えば、前述した第1の実施の形態(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とを含んでいる。また、例えば図39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。
However, also in this modification, the
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。
The
なお、本変形例のイオン性素子1Eも、基本的には、前述した第1の実施の形態のイオン性素子1等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。
Note that the
[作用・効果]
本変形例のイオン性素子1Eにおいても、基本的には、第1の実施の形態等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1Eでは以下のように作用する。
[Action / Effect]
Also in the
すなわち、まず例えば図40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40および以下の図41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。
That is, as shown in FIG. 40, for example, when a voltage is applied to the
また、イオン性素子1E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、第1の実施の形態等と同様の原理にて、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。
Also in the
したがって、例えば図41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。 Therefore, for example, as shown in FIG. 41, even after the transition to the no-voltage application state, the multi-function is continuously realized by using this pn junction. That is, using the pn junction, the light emission function (the emission operation of the emitted light Lout) and the power generation operation (the photoelectric conversion operation of the incident light Lin) are exhibited.
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。
Thus, also in this modification, functionality can be improved using the pn junction formed in the
<6.適用例>
続いて、上記第1〜第3の実施の形態および変形例1〜4に係るイオン性素子(イオン性素子1,1A〜1E)およびイオン性素子モジュール2の電子機器への適用例について説明する。
<6. Application example>
Subsequently, application examples of the ionic elements (
[適用例1]
図42は、適用例1に係る電子機器(携帯型照明器具3)の構成例を、模式的に斜視図で表したものである。この携帯型照明器具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〜1E)、あるいは、1または複数のイオン性素子モジュール2を内蔵したものであり、光出射口30から発光光Loutを出射する機能を有している。
[Application Example 1]
FIG. 42 is a perspective view schematically illustrating a configuration example of the electronic apparatus (portable lighting device 3) according to Application Example 1. The
具体的には、前述した蓄電機能および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型照明器具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。
Specifically, using the power storage function and the formation of the pn junction described above, it is possible to perform the emission operation of the emission light Lout for a certain period of time after the transition to the no-voltage application state. In this way, in the
なお、図42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。
FIG. 42 shows an example in which the
[適用例2]
図43は、適用例2に係る電子機器(携帯型充電器4)の構成例を、模式的に表したものである。この携帯型充電器4もまた、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〜1E)、あるいは、1または複数のイオン性素子モジュール2を内蔵したものである。そして、携帯型充電器4は、光入射口40から入射光Linを入射すると共にこの入射光Linの光電変換により得られた電力Poutを外部へ出力する機能を有している。
[Application Example 2]
FIG. 43 schematically illustrates a configuration example of an electronic apparatus (portable charger 4) according to Application Example 2. The
具体的には、前述した蓄電機能および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、入射光Linの光電変換を利用した発電動作を行うことが可能となっている。したがって、例えば図43に示したように、この光電変換により得られた電力Poutをコネクタ41を介して各種のモバイル機器5に充電するといった用途が実現可能となる。なお、ここでは、コネクタ41を介した電力供給(有線による電力供給)の場合を例に挙げて説明したが、例えば、磁界等を用いた非接触給電(ワイヤレス給電)を行うようにしてもよい。このようにして携帯型充電器4では、例えば非常用の充電器のような機能が、非常に小型かつ簡易な構成で実現可能となっている。
Specifically, it is possible to perform a power generation operation using photoelectric conversion of incident light Lin for a certain period of time after the transition to the no-voltage application state using the above-described power storage function and formation of a pn junction. It has become. Therefore, for example, as shown in FIG. 43, it is possible to realize a use in which various
<7.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。
<7. Other variations>
Although the present invention has been described above with reference to some embodiments, modifications, and application examples, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications can be made.
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。 For example, the materials and the like of each layer and each member described in the above embodiments are not limited, and other materials may be used. Specifically, for example, the molecules constituting the electrolyte are not limited to the molecules described in the above embodiments and the like as long as they have an ion mobility suppressing structure. In some cases, the molecules constituting the electrolyte may not have an ion mobility suppressing structure. Furthermore, for example, the mixing ratio of the electrolyte and the porous material in the ionic layer is not limited to the mixing ratio described in the above embodiment.
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、第2の実施の形態およびその変形例において説明したスタータ機構の構成についても、これらで説明したものには限られず、他の構成でスタータ機構を実現するようにしてもよい。更に、このようなスタータ機構の配置位置についても、第2の実施の形態およびその変形例において説明した配置位置には限られず、他の配置位置(例えば、略等方的または等方的ではない局所的な配置位置)であってもよい。加えて、場合によっては、図11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。 In the above-described embodiment and the like, the element structure of the ionic element has been specifically described. However, the structure is not limited to these structures, and other element structures may be used. Specifically, for example, the number of electrodes is not limited to two, and any number of electrodes (two or more) may be provided. In addition, the configuration of the starter mechanism described in the second embodiment and the modifications thereof is not limited to that described above, and the starter mechanism may be realized by another configuration. Further, the arrangement position of such a starter mechanism is not limited to the arrangement position described in the second embodiment and the modifications thereof, and other arrangement positions (for example, not substantially isotropic or isotropic). It may be a local arrangement position). In addition, in some cases, an ionic element according to another configuration example shown in FIG. 11 may be applied to the present invention.
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。 Furthermore, in the above-described embodiments and the like, the manufacturing method and driving method of the ionic element have been specifically described, but the manufacturing method and driving method are not limited to these, and other methods may be used. .
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。 In addition, in the above-described embodiment and the like, the case where the ionic element (ion layer) has each of the power storage function, the light emission function, and the power generation function has been described, but the present invention is not limited thereto. That is, what is necessary is just to have an electrical storage function and a light emission function, for example, you may make it not have a power generation function depending on the case.
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、携帯型照明器具および携帯型充電器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(蓄電機能および発光機能を少なくとも利用した電子機器)にも適用することが可能である。 In the above-described embodiments and the like, the portable lighting fixture and the portable charger have been described as examples of the electronic device according to the application example of the ionic element of the present invention. Is not limited. That is, the ionic element of the present invention can also be applied to various other electronic devices (electronic devices using at least the power storage function and the light emitting function).
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。 Furthermore, in the present invention, the contents described so far can be applied in any combination.
1,1A〜1E…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、13…保護層、14A…微粒子、14B…突起部、14C…熱電素子、141…凹凸構造、15…光源、2…イオン性素子モジュール、21…駆動部、3…携帯型照明器具、30…光出射口、4…携帯型充電器、40…光入射口、41…コネクタ、5…モバイル機器、PS…電圧供給源、h…ホール、e…電子、g…間隔、A1,A2…電気伝導領域、Aht…高温領域、Sj…接合面、Lin…入射光、Lout…発光光(出射光)、L1…照射光、T1…始動期間、T2…定常動作期間、TH…高電圧期間(駆動期間)、TL…低電圧期間(リフレッシュ動作期間)、Vd…駆動電圧、VH…高電圧、VL…低電圧、Vdc…直流電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記混合体を薄膜状にする工程と、
薄膜状の前記混合体を乾燥させてこの混合体から前記溶媒を蒸発させることにより、前記多孔質材内に前記電解質が分散されてなるイオン層を形成する工程と、
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を取り付ける工程と
を含むと共に、
前記電圧が印加されているときに前記イオン層内において温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設ける
イオン性素子の製造方法。 Producing a mixture by mixing a porous material, an electrolyte and an amphiphile in a solvent;
Forming the mixture into a thin film; and
Drying the thin film-like mixture and evaporating the solvent from the mixture to form an ion layer in which the electrolyte is dispersed in the porous material;
Attaching a plurality of electrodes for applying a voltage to the ion layer , and
A method for manufacturing an ionic element, wherein a starter mechanism is provided for partially starting the formation of a pn junction by forming a temperature distribution in the ion layer when the voltage is applied .
請求項1に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic device according to claim 1, wherein a high boiling point solvent is used as the solvent.
請求項1または請求項2に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic element according to claim 1 or 2, wherein a content of the amphiphile in the mixture is 1000 ppm or less.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic element according to any one of claims 1 to 3, wherein stirring is performed using ultrasonic waves when mixing the porous material, the electrolyte, and the amphiphilic substance.
請求項4に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic element according to claim 4, wherein the stirring using the ultrasonic wave is performed for a predetermined period not less than a lower limit time and not more than an upper limit time.
前記混合体を薄膜状にする工程と、
薄膜状の前記混合体を乾燥させてこの混合体から前記溶媒を蒸発させることにより、前記多孔質材内に前記電解質が分散されてなるイオン層を形成する工程と、
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を取り付ける工程と
を含むと共に、
前記電圧が印加されているときに前記イオン層内において温度分布を形成することによってpn接合の形成を部分的に開始させるためのスタータ機構を設け、
前記多孔質材および前記電解質を混合する際に、超音波を用いた撹拌を行う
イオン性素子の製造方法。 A step of producing a mixture by mixing a porous material and an electrolyte in a solvent;
Forming the mixture into a thin film; and
Drying the thin film-like mixture and evaporating the solvent from the mixture to form an ion layer in which the electrolyte is dispersed in the porous material;
The ionic layer attached a plurality of electrodes for applying a voltage to the process and the containing Mutotomoni,
Providing a starter mechanism for partially starting the formation of a pn junction by forming a temperature distribution in the ion layer when the voltage is applied;
A method for producing an ionic element, in which stirring is performed using ultrasonic waves when mixing the porous material and the electrolyte.
請求項6に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic element according to claim 6, wherein the stirring using the ultrasonic wave is performed for a predetermined period of time not less than a lower limit time and not more than an upper limit time.
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の製造方法。 The method for manufacturing an ionic element according to any one of claims 1 to 7, wherein a printing technique is used in the step of forming the mixture into a thin film.
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の製造方法。The manufacturing method of the ionic element of any one of Claim 1 thru | or 8.
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の製造方法。The manufacturing method of the ionic element of any one of Claim 1 thru | or 8.
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の製造方法。The manufacturing method of the ionic element of any one of Claim 1 thru | or 10.
請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for manufacturing an ionic device according to any one of claims 1 to 11 , wherein the electrolyte is configured using a molecule having a structure for suppressing ion mobility.
請求項12に記載のイオン性素子の製造方法。 The method for producing an ionic device according to claim 12 , wherein the molecule has a linear structure.
請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載のイオン性素子の製造方法。 Production method of the ionic element according to any one of the electrolyte claims 1 to 1 3 is an ionic liquid.
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の製造方法。 Production method of the ionic element according to any one of the porous material according to claim 1 or claims 1 to 4 which is a conductive polymer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013145690A JP6266909B2 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method for manufacturing ionic element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013145690A JP6266909B2 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method for manufacturing ionic element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015018962A JP2015018962A (en) | 2015-01-29 |
JP6266909B2 true JP6266909B2 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=52439707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013145690A Expired - Fee Related JP6266909B2 (en) | 2013-07-11 | 2013-07-11 | Method for manufacturing ionic element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6266909B2 (en) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5682043A (en) * | 1994-06-28 | 1997-10-28 | Uniax Corporation | Electrochemical light-emitting devices |
WO2005116161A1 (en) * | 2004-04-19 | 2005-12-08 | Lg Chem, Ltd. | Gel polymer electrolyte comprising ionic liquid and electrochromic device using the same |
US20090032394A1 (en) * | 2006-01-23 | 2009-02-05 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Ionic polymer devices and methods of fabricating the same |
JP2009021449A (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-29 | Kaneka Corp | Novel energy storage device utilizing electrolytic solution for electric storage |
JP5995396B2 (en) * | 2008-08-08 | 2016-09-21 | キヤノン株式会社 | Ink set, ink jet recording method, and ink jet recording apparatus |
KR20100028356A (en) * | 2008-09-04 | 2010-03-12 | 한국과학기술연구원 | Transition metal oxides/multi-walled carbon nanotube nanocomposite and method for manufacturing the same |
JP2012516033A (en) * | 2009-01-21 | 2012-07-12 | ルナベイション・エービー | Luminescent electrochemical cells and systems, their use and methods for their operation |
JP5109054B2 (en) * | 2009-04-17 | 2012-12-26 | 株式会社デンソー | Organic electroluminescence device |
-
2013
- 2013-07-11 JP JP2013145690A patent/JP6266909B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015018962A (en) | 2015-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6489404B2 (en) | Ionic elements and electronic equipment | |
JP2016058172A (en) | Light emitting element and electronic apparatus | |
Xu et al. | A CsPbBr3 perovskite quantum dot/graphene oxide composite for photocatalytic CO2 reduction | |
Liu et al. | Monolithically integrated self-charging power pack consisting of a silicon nanowire array/conductive polymer hybrid solar cell and a laser-scribed graphene supercapacitor | |
Park et al. | Unravelling additive-based nanocrystal pinning for high efficiency organic-inorganic halide perovskite light-emitting diodes | |
Shi et al. | High-efficiency and air-stable perovskite quantum dots light-emitting diodes with an all-inorganic heterostructure | |
Ding et al. | Design growth of MAPbI3 single crystal with (220) facets exposed and its superior optoelectronic properties | |
Snaith et al. | Efficiency enhancements in solid-state hybrid solar cells via reduced charge recombination and increased light capture | |
Zhumekenov et al. | Formamidinium lead halide perovskite crystals with unprecedented long carrier dynamics and diffusion length | |
Hu et al. | Superior optical properties of perovskite nanocrystals as single photon emitters | |
Sarmah et al. | Double charged surface layers in lead halide perovskite crystals | |
Yang et al. | Light-emitting coaxial nanofibers | |
Dong et al. | Understanding the role of ion migration in the operation of perovskite light-emitting diodes by transient measurements | |
Albadri et al. | Unraveling the impact of rubidium incorporation on the transport-recombination mechanisms in highly efficient perovskite solar cells by small-perturbation techniques | |
Weng et al. | Picosecond random lasing based on three-photon absorption in organometallic halide CH3NH3PbBr3 perovskite thin films | |
US20140212705A1 (en) | Solid dye sensitization type solar cell and solid dye sensitization type solar cell module | |
KR20160148675A (en) | Electroluminescent device | |
JP2008084664A (en) | Electrochemical light-emitting element and electrochemical light-emitting device | |
Hu et al. | Visualizing the bipolar electrochemistry of electrochemically doped luminescent conjugated polymers | |
Yadav et al. | Electrogenerated chemiluminescence and spectroelectrochemistry characteristics of blue photoluminescence perovskite quantum dots | |
JP6266909B2 (en) | Method for manufacturing ionic element | |
JP6266910B2 (en) | Ionic elements and electronic equipment | |
JP6362306B2 (en) | Ionic element module, electronic device, and driving method of ionic element | |
Xiu et al. | Solvent-Vapor Atmosphere Controls the in Situ Crystallization of Perovskites | |
JP2005302332A (en) | Electrochemical light-emitting element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160614 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170516 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170712 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171212 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6266909 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |