JP6489404B2 - Ionic elements and electronic equipment - Google Patents

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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。   The present invention relates to an ionic element that exhibits functionality by using a pn junction formed in an ionic layer, and an electronic device including such an ionic element.

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).

Q.Pai, A.J.Heeger et al., Science(1996)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。   By the way, in general, the above-described ionic elements are required to improve the convenience of the user by enhancing the functionality (for example, the light emitting function). Therefore, it is desired to propose an ionic element that can improve the light emitting function.

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。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an ionic element capable of improving a light emitting function and an electronic device including such an ionic element.

本発明のイオン性素子は、導電性ポリマーまたはカーボンナノチューブからなる多孔質材と、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。上記発光性微粒子におけるバンドギャップは、上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、互いに等しくなっている。
The ionic device of the present invention includes a porous material made of a conductive polymer or carbon nanotubes , an ionic layer containing electrolyte and luminescent fine particles dispersed in the porous material, and a voltage applied to the ionic layer. And a plurality of electrodes for applying. The band gap in the luminescent fine particles is larger than or equal to the band gap in the porous material.

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。   The electronic apparatus of the present invention includes one or a plurality of the ionic elements of the present invention. Note that examples of such an electronic device include a lighting device and a display device.

本発明のイオン性素子および電子機器では、導電性ポリマー(発光性ポリマー)またはカーボンナノチューブからなるイオン層に、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。また、上記発光性微粒子におけるバンドギャップが、上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、互いに等しくなっていることから、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。
In the ionic element and the electronic device of the present invention, the ionic layer made of a conductive polymer (luminescent polymer) or carbon nanotube contains a porous material, and an electrolyte and luminescent fine particles dispersed in the porous material. It is. Therefore, for example, in the pn junction formed in the ionic layer by applying a voltage to the ionic layer from the plurality of electrodes, the light emitting function using the pn junction is promoted by the luminescent fine particles, and the ionic layer The light emitting area at is enlarged. In addition, since the band gap in the luminescent fine particles is larger than or equal to the band gap in the porous material, photoexcitation of the porous material using the luminescent light from the luminescent fine particles and PL Luminescence is likely to occur.

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領域を拡大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。
In the ionic device of the present invention, for example, as described above, it is preferable that the ionic layer has at least a light emitting function, and the luminescent fine particles expand the light emitting region in the ionic layer. In addition, when a voltage is applied to the ionic layer by the plurality of electrodes, it is preferable that a pn junction is formed in the ionic layer and that a light emitting function is exhibited in the pn junction.

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。   In this case, when a voltage is applied to the ion layer, the light-emitting fine particles emit EL (Electro-Luminescence) light in the vicinity of the junction surface of the formed pn junction, and light is emitted from the light-emitting fine particles. It is preferable that the porous material emits PL (Photo-Luminescence) light when the porous material is photoexcited using light. It is further preferable that other luminescent fine particles in the ionic layer are photoexcited by using light emitted from such luminescent fine particles so that the other luminescent fine particles emit PL. .

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。   Here, for example, as described above, the light emission region in the ion layer is expanded by PL light emission using the light emitted from such light emitting fine particles (PL light emission of the porous material and the other light emitting fine particles). Is preferred.

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
In the ionic element of the present invention, the pn junction can be maintained for a predetermined time even after the voltage application state is shifted to the non-application state. In this case, since the pn junction is maintained to some extent even after the transition to the no-voltage application state, each function using the pn junction even in the no-voltage application state (storage function, light emitting function, power generation function, etc.) Is feasible .

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。   The ionic element of the present invention is preferably configured to emit surface light. In this case, it becomes easier to apply to an electronic device such as a lighting device, for example, compared to an ionic element that emits point light (for example, an LED (Light Emitting Diode)). In the ionic element of the present invention, it is preferable that the ionic layer and the plurality of electrodes have flexibility, that is, the ionic element as a whole exhibits flexibility. In such a case, convenience when applied to various electronic devices, flexibility in design, and the like are improved.

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。   The ionic element of the present invention can be configured such that an ionic layer is inserted between a plurality of electrodes. Alternatively, a plurality of electrodes may be arranged side by side on the substrate, and the ion layer may be covered on the substrate and the plurality of electrodes. Here, in the latter configuration, the response speed of the element is lower than that in the former configuration, but the maintenance time of the pn junction after the transition to the no-voltage application state becomes longer. In other words, the response speed of the element is improved in the former configuration compared to the latter configuration. Further, compared to the latter configuration, the former configuration is less affected by the interface (for example, the interface between the substrate and the ionic layer), and the functionality (light emission characteristics) of the ionic element is improved.

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。   In the ionic device of the present invention, it is preferable that the electrolyte is composed of 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 (light emission characteristics) 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る
In the ionic device of the present invention, for example, quantum dots can be used as the light-emitting fine particles. Further, as the electrolyte, it is possible to use, for example, ionic liquids.

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、導電性ポリマーまたはカーボンナノチューブからなる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。
According to the ionic device and the electronic device of the present invention, the ionic layer includes a porous material made of a conductive polymer or a carbon nanotube , and an electrolyte and luminescent fine particles dispersed in the porous material. Since it did in this way, the light emission function in an ion layer is accelerated | stimulated and a light emission area | region can be expanded. Therefore, the light emitting function can be improved.

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。It is a schematic cross section showing the example of a structure of the ionic element which concerns on one embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which represents typically the state of the ion layer shown in FIG. 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。It is a flowchart showing an example of the manufacturing method of the ionic element shown in FIG. 1 in process order. 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。It is a schematic diagram showing the state of the electric double layer formed at the time of voltage application. 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。It is the schematic diagram which expands and represents the aspect of the electric double layer shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the formation principle of a pn junction at the time of a voltage application. 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。It is a schematic diagram for demonstrating a pn junction and the electrical storage function using it. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the light emission function using a pn junction. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the electric power generation function using a pn junction. 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。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the relationship between an electrical storage function, a light emission function, and an electric power generation function. 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。It is a schematic cross section showing the structure of the ionic element which concerns on a comparative example. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the light emission area | region of the ionic element shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the luminescent fine particle in the ion layer shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the detail of an effect | action of the luminescent fine particle shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the light emission area | region of the ionic element shown in FIG. イオン性素子の他の構成例を表す模式断面図である。It is a schematic cross section showing the other structural example of an ionic element. 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。It is a schematic diagram showing the state of the ion layer after transfer to the voltage non-application state in the ionic element shown in FIG. 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。It is a schematic diagram showing the state of the ion layer after transfer to the voltage non-application state in the ionic element shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating each function in the ion layer after transfer to the voltage non-application state in the ionic element shown in FIG. 実施例1に係る発光特性の一例を表す写真図である。6 is a photographic diagram illustrating an example of light emission characteristics according to Example 1. FIG. 実施例1に係る発光特性の一例を表す特性図である。6 is a characteristic diagram illustrating an example of light emission characteristics according to Example 1. FIG. 実施例2に係る発光特性の一例を表す写真図である。6 is a photographic diagram illustrating an example of light emission characteristics according to Example 2. FIG. 実施例2に係る発光特性の一例を表す特性図である。6 is a characteristic diagram illustrating an example of light emission characteristics according to Example 2. FIG. 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。It is a characteristic view showing an example of the relationship between the wavelength which concerns on Examples 1-3, and emitted light intensity. 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。It is a schematic cross section showing the example of composition of the ionic element concerning a modification. 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。FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing the state of the ion layer shown in FIG. 25. 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。It is a schematic diagram for demonstrating each function in the ion layer at the time of the voltage application in the ionic element shown in FIG. 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。It is a schematic diagram for demonstrating each function in the ion layer after transfer to the voltage non-application state in the ionic element shown in FIG. 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。It is a schematic diagram showing the structural example of the electronic device which concerns on the application example 1 of an ionic element. 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。It is a schematic diagram showing the structural example of the electronic device which concerns on the application example 2 of an ionic element. 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。It is a schematic diagram showing the structural example of the electronic device which concerns on the application example 3 of an ionic element. 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。It is a schematic diagram showing the structural example of the electronic device which concerns on the application examples 4 and 5 of an ionic element.

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
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. Embodiment (an example of an element structure in which an ion layer is inserted between a pair of electrodes)
2. Modified example (an example of an element structure in which a plurality of electrodes are arranged in parallel on a substrate and covered with an ion layer)
3. Application examples 1 to 5 (application examples of ionic elements to electronic devices)
4). Other variations

<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。
<1. Embodiment>
[Constitution]
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of an ionic element (ionic element 1) according to an embodiment of the present invention. The ionic element 1 has a laminated structure including a pair of electrodes 111 and 112 and an ion layer 12 (functional layer).

(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。
(Electrodes 111, 112)
Each of the electrodes 111 and 112 is an electrode for applying a voltage to the ion layer 12. In the present embodiment, these electrodes 111 and 112 are arranged so as to sandwich the ion layer 12.

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。   Each of the electrodes 111 and 112 has a thickness of, for example, 30 nm. The electrodes 111 and 112 are made of various metals such as gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), and indium tin oxide (ITO). Oxide) and other conductive materials such as conductive oxides, conductive polymers, carbon nanotubes, and graphite. In the ionic element 1, unlike a general organic EL element or the like, the material of the electrodes 111 and 112 is considered without considering the difference in the work function values between the electrodes 111 and 112 and the ion layer 12. Can be selected. For this reason, various conductive materials can be used as the electrodes 111 and 112.

(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。
(Ion layer 12)
The ionic layer 12 is inserted between the pair of electrodes 111 and 112 as described above, and is a layer that exhibits various functions to be described later (in this example, a power storage function, a light emitting function, and a power generation function). . The ionic layer 12 includes, for example, a porous material 121 having a large number of pores 121h and an electrolyte (electrolyte of the electrolyte) dispersed in the porous material 121, as shown in the enlarged schematic diagram indicated by reference numeral P1 in FIG. Molecule) 122 and luminescent fine particles 123. Specifically, in this example, the electrolyte 122 and the luminescent fine particles 123 are respectively dispersed in the large number of pores 121 h in the porous 121, and the luminescent fine particles 123 are dispersed in the porous 121. ing. In other words, in the ionic layer 12, the electrolyte 122, the luminescent fine particles 123, and the porous material 121 are mixed at a predetermined mixing ratio (for example, a mixing weight ratio or a mixing volume ratio). In addition, the thickness of such an ion layer 12 is 200 nm, for example.

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。   Here, the mixing ratio of the electrolyte 122, the luminescent fine particles 123, and the porous material 121 in the ion layer 12 is, for example, the electrolyte 122: the luminescent fine particles 123: the porous material 121 = 1: m: n (for example, m > 0.01 and n> 3) are desirable. This is because, when the mixing ratio (for example, the mixing weight ratio or the mixing volume ratio) of the electrolyte 122 is relatively small (when the content of the electrolyte 122 is too small), a pn junction described later is hardly formed, and the light emitting operation is performed. This is because it is expected to become difficult. In other words, the mixing ratio of the electrolyte 122 and the porous material 121 is a suitable range for maintaining the pn junction formation state (light emission operation and power generation operation) even after the transition to the voltage non-application state described later. Is expected to exist.

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 porous material 121 functions as a base material (base material) of the ion layer 12. The size (diameter) of the pore 121h in the porous material 121 may be larger than the molecule of the electrolyte 122, and is, for example, 1 nm. The porous material 121 is made of, for example, an organic material such as a conductive polymer (light-emitting polymer) or an inorganic material such as a carbon nanotube. Specifically, examples of the conductive polymer include materials such as F8T2 (poly (9,9-dioctylfluorene-co-bithio-phene)). As described above, both an organic material and an inorganic material can be used as the porous material 121, but it is desirable to use an organic material such as a conductive polymer. This is because the molecular weight is increased, so that the ion layer 12 is easily formed. In addition, the porous material 121 desirably exhibits hydrophobicity in view of the balance (compatibility) with the electrolyte 122 described below.

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 pores 121 h of the porous material 121. In other words, the electrolyte 122 is impregnated in the porous material 121 (arranged so as to penetrate).

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 ion layer 12. That is, some molecules of the electrolyte 122 are ionized into the cation 122c and the anion 122a. This is because the porous material 121 functions as a solvent for the electrolyte 122.

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:Cn2n+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 pore 121 h in the porous material 121. This is because, within these length ranges, the ion mobility suppressing action described later is effectively performed.

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 ion layer 12. As such an ionic liquid, for example, a linear structure (in this example, an alkyl group) such as a compound represented by the following formula (1) (tetradecyltrihexylphosphonium (tri-fluoromethylsulfonyl) amide [P66614] [TFSA]) is used. The thing of the molecular structure which has is mentioned. The ionic liquid represented by the formula (1) is a molecule having a structure for suppressing ion mobility as described above, and a molecule in which strong polarization occurs between the cation and the anion (has polarity). It has a structure.

Figure 0006489404
Figure 0006489404

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 porous material 121 described above. That is, it is desirable that the porous material 121 and the electrolyte 122 are both hydrophobic. This is because when the ion layer 12 is formed, the porous material 121 and the electrolyte 122 are easily mixed uniformly.

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。   The light-emitting fine particles 123 are fine particles (light-emitting nanoparticles) such as nanoscale, and are dispersed in the large number of pores 121h and in the porous 121 in the porous 121 as described above. . In other words, the luminescent fine particles 123 are also impregnated in the porous material 121 (arranged so as to penetrate). Although the detailed principle will be described later, emission light (EL emission light) is emitted from such light emitting fine particles 123. By using the light emitted from the light emitting fine particles 123, ions are emitted. The light emitting function in the layer 12 (porous material 121) is promoted. In addition, the emission wavelength (corresponding to the photon energy) is also changed by changing the size (particle diameter), the composition of the material, and the like in each luminescent fine particle 123. As a result, the luminescent fine particles 123 can obtain emitted light (red emitted light, green emitted light, blue emitted light) having different wavelengths (colors).

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(Al23)、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。 Such luminescent fine particles 123 are made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), fluorescent nanomaterials, quantum dots, or the like. Among these, examples of the quantum dots include CdSe, CdS, ZnS, InN, InP, CuCl, CuBr, and Si, and the particle diameter (size in one side direction) is, for example, about 1 nm to 50 nm. Among such quantum dot materials, examples of the red light emitting material include InP, examples of the green light emitting material include CdSe, and examples of the blue light emitting material include CdS.

[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 ionic element 1 can be manufactured, for example, as shown in FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the manufacturing method of the ionic element 1 in the order of steps.

(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(CF2nSO3H)
・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(CF2nCOOH)
・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(CF2nCH2CH2OH)
(Mixture production process)
First, the porous material 121, the electrolyte 122 and the luminescent fine particles 123 made of the above-described materials, and an amphiphilic substance (a substance having an amphiphilic molecule; a leveling agent) are mixed with a predetermined solvent (for example, chlorobenzene, dichlorobenzene) Etc.) to produce a mixture (step S11). In addition, as an amphiphilic substance, surfactant is mentioned, for example. Moreover, as this surfactant, a fluorine-type surfactant etc. are mentioned, for example. Specific examples of the fluorosurfactant include the following. At this time, the porous material 121, the electrolyte 122, and the luminescent fine particles 123 are mixed, for example, at the predetermined mixing ratio described above. In addition, the content of the amphiphilic substance in the mixture is preferably about 1000 ppm or less, and more preferably about 10 ppm, for example. This is because excessive inclusion of the amphiphilic substance in the mixture is prevented, and the function of the amphiphilic substance described later is more effectively exhibited.
・ 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、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。   Here, when the porous material 121, the electrolyte 122, the luminescent fine particles 123, and the amphiphile are mixed in this manner, ultrasonic waves (for example, ultrasonic waves of about 50 kHz and 100 W, for example) are previously applied to these materials. It is desirable to perform stirring using This is because these materials (for example, the porous material 121, the electrolyte 122, and the luminescent fine particles 123) are easily mixed uniformly. In addition, it is desirable to perform stirring using such an ultrasonic wave for a predetermined period (stirring time) that is, for example, not less than the lower limit time and not more than the upper limit time. Although details will be described later, the durability of the ionic element 1 during operation can be ensured while improving the stirring efficiency (the ionic element 1 can be prevented from being broken). Here, examples of the above upper limit time and lower limit time include 3 minutes and 10 minutes, respectively. That is, for example, stirring using ultrasonic waves is performed in a period of 3 minutes to 10 minutes. However, the upper limit value and the lower limit value (appropriate stirring time) vary depending on the type of the porous material 121, the electrolyte 122, the luminescent fine particles 123, the output value of the ultrasonic wave, and the like. Therefore, when performing stirring using ultrasonic waves, as described above, it is preferable that the stirring efficiency is high and the output and stirring time are such that the ionic element 1 is not broken.

(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。
(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, as shown in the enlarged schematic diagram indicated by reference numeral P1 in FIG. 1, the porous material 121 having a large number of pores 121h, the electrolyte 122 and the luminescent fine particles 123 dispersed in the porous material 121, An ion layer 12 made of is formed. Incidentally, when drying is performed, for example, in a dry in a nitrogen (N 2) atmosphere.

(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。
(Electrode mounting process)
After that, a plurality of electrodes 111 and 112 are attached to the ion layer 12 thus obtained (step S14). Specifically, the ion layer 12 obtained in step S13 is sandwiched between a pair of electrodes 111 and 112 separately formed using, for example, a vacuum deposition method or a coating method. Thus, the ionic element 1 shown in FIG. 1 is completed. Thus, since complicated steps such as a vacuum process are not necessary and can be manufactured in a room temperature environment, the ionic element 1 can be manufactured at a low cost by a relatively simple process. is there.

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。   In the method of manufacturing the ionic element 1, as described above, both the mixing of the amphiphile and the stirring using the ultrasonic wave are performed, but the present invention is not limited to this. Either one may not be performed.

[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 ionic element 1, when a voltage is applied to the ion layer 12 using the electrodes 111 and 112, a pn junction is formed in the ion layer 12 according to the following principle.

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。   That is, first, as shown in FIG. 4, the electrode 112 is electrically connected to the positive (+) side of the voltage supply source PS, and the electrode 111 is electrically connected to the negative (−) side of the voltage supply source PS. A predetermined voltage (DC voltage in this example) is applied from the PS to the ion layer 12 via the electrodes 111 and 112. Then, for example, as shown in FIG. 2, the positive ions 122 c and the negative ions 122 a are selectively moved from the state where the positive ions 122 c and the negative ions 122 a are dispersed in the ion layer 12, respectively. A double layer is formed. Specifically, as shown in FIG. 4, the cations 122c in the ion layer 12 are aligned with the surface of the electrode 111 (the surface on the ion layer 12 side) at a predetermined interval. On the other hand, the anions 122a in the ion layer 12 are aligned with the surface of the electrode 112 at a predetermined interval. In FIG. 4, “h” represents a hole and “e” represents an electron, and the same applies to the following drawings.

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 electrode 111 side and the electric double layer on the electrode 112 side are each formed using a minute distance of about g = 1 nm. Therefore, in each of these electric double layers, a very large capacitance of, for example, about 10 (μF / cm 2 ) is formed, and a very large electric field of, for example, about 3 (MV / cm) is generated. Become.

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。   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 electrode 111 into the ion layer 12, and on the electrode 111 side in the ion layer 12. An electrically conductive region A1 is formed. In addition, holes h are injected from the electrode 112 into the ion layer 12, and the electrically conductive region A <b> 2 is formed on the electrode 112 side in the ion layer 12. Then, this time, an electric double layer is formed between the electric conduction region A1 and the cation 122c, and an electric double layer is formed between the electric conduction region A2 and the anion 122a. .

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。   Then, by repeatedly forming the electric double layer and the electric conduction region in this manner, a pn junction is finally formed in the ion layer 12, for example, as shown in FIG. Specifically, in the ion layer 12, an n-type region 12n in which electrons e and cations 122c are mixed and dispersed is formed closer to the electrode 111 side than the pn junction surface Sj. In addition, a p-type region 12p in which holes h and anions 122a are mixed and formed is formed closer to the electrode 112 than the bonding surface Sj. These p-type region 12p and n-type region 12n form a pn junction. Based on the above principle, a pn junction is formed in a self-organized manner when a voltage is applied in the ion layer 12.

(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-type region 12p and n-type region 12n), a very large capacitance is formed using the electric double layer as described above. It can be said that it is the state (electric storage state) which is storing. That is, in the ionic element 1, the power storage function is exhibited in the ionic layer 12 using the electric double layer formed in the ionic layer 12.

(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 ionic element 1, for example, as shown in FIG. 8, the light emitting function is exhibited by using a pn junction formed in the ion layer 12. Specifically, in the vicinity of the junction surface Sj of the pn junction, the holes h in the p-type region 12p and the electrons e in the n-type region 12n are recombined (carrier recombination occurs), and as a result, The emitted light Lout (emitted light) is emitted from the vicinity of the joint surface Sj to the outside. Based on this principle, the ionic element 1 performs a light emission operation. In FIG. 8, for the sake of convenience, the emitted light Lout is shown as being emitted in the directions of the electrodes 111 and 112, but in actuality, the emitted light Lout can be emitted in all directions.

(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 ionic element 1, for example, as shown in FIG. 9, a power generation function (photoelectric conversion function) is exhibited by using a pn junction formed in the ion layer 12. Specifically, when incident light Lin is incident from the outside near the junction surface Sj of the pn junction, photoelectric conversion is performed near the junction surface Sj, and a carrier pair of holes h and electrons e is generated. Using the carrier pair generated in this manner (using photoelectric conversion at the pn junction), charges are accumulated in the ionic layer 12, whereby the ionic element 1 performs a power generation operation. In FIG. 9, for convenience, the incident light Lin is illustrated as being incident from the directions of the electrodes 111 and 112, but the incident light Lin can actually be incident from all directions.

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 ionic element 1 of the present embodiment, the ionic layer 12 exhibits multi-functionality (power storage function, light emitting function, and power generation function) by using the pn junction formed in the ionic layer 12. Is done.

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 ion layer 12 using the electrodes 111 and 112, a pn junction is formed in the ion layer 12, and this pn junction is formed. Then, it will be in the electrical storage state using the electric double layer mentioned above (state S1 in FIG. 10). Then, as indicated by the broken line arrow in FIG. 10, the light emitting operation (state S2) and the power generation operation (state S3) are performed based on the above-described principle using the pn junction formed in this way. Will be made respectively. Note that such light emission operation and power generation operation can be complementarily realized as indicated by the broken-line arrows in FIG. That is, for example, in addition to carriers (holes h and electrons e) obtained by power storage, it is also possible to perform a light emission operation using carriers obtained by a power generation operation. In addition, each of the power storage operation and the power generation operation can be complementarily realized as indicated by the dashed arrows in FIG. That is, for example, it is possible to store a carrier obtained by a power generation operation.

(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。
(A-5. Action of luminescent fine particles)
Here, in the ionic element 1 of the present embodiment, as described above, the luminescent fine particles 123 are included in the ionic layer 12. Hereinafter, the action of the luminescent fine particles 123 (the action of promoting the light emitting function in the ion layer 12) will be described in detail in comparison with a comparative example.

(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。
(Comparative example)
FIG. 11 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of an ionic element (ionic element 101) according to a comparative example. The ionic element 101 of this comparative example corresponds to the ionic element 1 of the present embodiment in which the ionic layer 102 is provided instead of the ionic layer 12, and the other configurations are the same.

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。   In this ionic layer 102, for example, as shown in the enlarged schematic diagram indicated by reference symbol P <b> 101 in FIG. 11, the ionic layer 12 includes a porous material 121 and an electrolyte 122 dispersed in the porous material 121. ing. That is, the ion layer 102 does not include the light-emitting fine particles 123 unlike the ion layer 12 of the present embodiment indicated by the reference symbol P1 in FIG.

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。   Therefore, for example, as schematically shown in FIG. 12, the ionic element 101 of this comparative example is as follows, unlike the ionic element 1 described later. That is, when a voltage is applied from the electrodes 111 and 112 to the ion layer 102, the porous material 12 positioned in the vicinity of the joint surface Sj of the pn junction in the pn junction formed in the ion layer 102 according to the principle described above. Only emits light. Therefore, as shown in FIG. 12, in this ionic element 101, the luminescent area Ae in the ionic layer 102 is narrower than the ionic element 1 described later, and the light emission luminance is lowered. Further, in order to increase the emission luminance (increase the luminance), it is necessary to increase the driving voltage of the ionic element 101, and the lifetime of the element is shortened. Therefore, the ionic element 101 improves the emission luminance. It can be said that it is difficult.

(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。
(This embodiment)
On the other hand, in the ionic element 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1 described above, the porous material 121, the electrolyte 122 dispersed in the porous material 121, and the light emission are formed in the ionic layer 12. Fine particles 123 are included.

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。   Therefore, for example, as schematically shown in FIG. 13, when a pn junction is formed in the ion layer 12 by the above-described principle, the porous structure is formed by the above-described principle in the vicinity of the joint surface Sj in the pn junction. The material 121 starts to emit light, and the luminescent fine particles 123 also start to emit light (EL light emission).

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。   Then, for example, as schematically shown in FIGS. 14A and 14B, the pn junction bonding surface is obtained by using the emitted light (EL emitted light) from the luminescent fine particles 123 as excitation light. The porous material 121 in the vicinity of Sj is photoexcited. This is because the emission intensity of the EL emission light from the luminescent fine particles 123 is relatively high. As a result, the porous material 121 in the vicinity of the joint surface Sj also starts light emission (PL light emission). In the ionic element 1, finally, the emitted light Lout (emitted light) by PL emission from the porous material 121 is emitted to the outside (surface emission).

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。   In this way, for example, as schematically shown in FIG. 15, in this ionic element 1, the light emitting region Ae of the porous material 121 in the ion layer 12 extends from the vicinity of the junction surface Sj of the pn junction to the periphery thereof. And the light emitting area Ae becomes wide. In other words, in the ionic element 1 of the present embodiment, the ion emission compared with the ionic element 101 of the comparative example is caused by the PL emission of the porous material 121 using the light emitted from the luminescent fine particles 123 (EL light emission). The light emitting area Ae in the layer 12 is enlarged. In other words, it can be said that the luminescent fine particles 123 have an action of promoting the light emitting function in the ion layer 12 (light emitting function promoting action). As described above, in the ionic element 1, the light emission area Ae in the ion layer 12 is expanded, and as a result, the light emission luminance is improved (high luminance is achieved). As a result, the driving voltage (operating voltage) in the ionic element 1 can be kept low and the life can be extended.

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。   Here, for example, as shown in FIG. 14A, the band gap BG3 in the luminescent fine particles 123 is larger than or equal to the band gap BG1 in the porous material 121 (BG3). ≧ BG1) is preferred. This is because photoexcitation and PL emission of the porous material 121 using the light emitted from the light-emitting fine particles 123 are likely to occur.

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。   At this time, for example, as indicated by reference numeral P2 in FIG. 13, the other luminescent fine particles 123 in the ion layer 12 are also photoexcited by using the luminescent light from the luminescent fine particles 123 to emit PL light. It is preferable to do so. That is, it is preferable to include not only the porous material 121 as described above but also other luminescent fine particles 123 as the target to be photoexcited. As a result, the PL emission light from the other luminescent fine particles is also used to synergistically expand the light emission region Ae in the ion layer 12 (porous material 121), thereby further improving the light emission luminance. Because it is.

(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 ionic element 1 of this Embodiment is demonstrated.

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)。   First, for example, in step S11 in FIG. 3, an amphiphile is mixed in a solvent together with the porous material 121, the electrolyte 122, and the luminescent fine particles 123, thereby producing a mixture. Thus, the amphiphilic substance is also mixed, so that the amphiphilic substance functions as a leveling agent (surface tension adjusting agent). As a result, when the mixture is made into a thin film in the subsequent step 12, the surface tension of the mixture decreases, and the mixture becomes thin and spreads easily (thickness variation in the ion layer 12 can be suppressed). ).

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 ion layer 12 is further suppressed. In addition, when a mixture is dried, for example, when a hot plate (a temperature of about 50 ° C.) is used, the mixture is dried rapidly, so that the function of the amphiphilic substance is insufficient. There is a fear. In addition, in this case, since the drying is performed at a high temperature, the porous material 121 (conductive polymer or the like) may be broken.

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。   Furthermore, when mixing the porous material 121, the electrolyte 122, the luminescent fine particles 123, and the amphiphile in step S11, these materials are previously agitated using ultrasonic waves. Thereby, the porous material 121, the electrolyte 122, and the luminescent fine particles 123 are easily mixed uniformly, and when the mixture is formed into a thin film in step S12, composition variation in the film is suppressed. As a result, in-plane characteristic variations in the ionic element 1 (characteristic variations such as the light emitting function described above) can be suppressed.

(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。
(Other configuration examples)
FIG. 16 schematically shows a cross-sectional configuration example (ZX cross-sectional configuration example) of an ionic element (ionic element 201) according to another configuration example. The ionic element 201 of this other configuration example corresponds to the ionic element 1 of the present embodiment in which the ionic layer 202 is provided instead of the ionic layer 12, and the other configuration is the same.

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。   In this ion layer 202, for example, as shown in the enlarged schematic diagram indicated by reference numeral P201 in FIG. 16, the electrolyte 203 dispersed in the pores 121h of the porous material 121 is a molecule (ion) having an isotropic shape. It is comprised using. That is, the electrolyte 203 in the ionic layer 202 is different from the electrolyte 122 of the present embodiment indicated by the symbol P1 in FIG. 1 in that it has an anisotropic shape (a molecule having a structure for suppressing ion mobility). It is not.

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。   For this reason, in the ionic element 201, for example, as shown in FIG. 17, after the pn junction is formed in the ion layer 202 on the same principle as the ion layer 12, the voltage supply from the voltage supply source PS is cut off. When it is done (from the voltage application state to the voltage non-application state), it becomes as follows. That is, when a voltage is not applied and no voltage (DC voltage in this example) is applied to the ion layer 202, for example, as shown by arrows in FIG. The ions 122a move and disperse, and immediately return to the state shown in FIG.

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。   Then, as the positive ions 122c and the negative ions 122a move, holes h and electrons e in the ion layer 202 (pn junction) also move and disperse, respectively. As a result, a pn junction is formed from the ion layer 202. It will disappear. The reason why the pn junction disappears immediately after the transition to the no-voltage application state is as follows. That is, unlike the present embodiment described below, the molecule of the electrolyte 203 has an isotropic shape, so that the cation 122c and the anion 122a are easy to move (the ion mobility is large). . In other words, the molecule of the electrolyte 203 is different from the molecule of the electrolyte 122 of this embodiment because it does not have a structure for suppressing ion mobility.

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)。   In this way, in the ionic element 201, the pn junction disappears immediately after the transition to the no-voltage application state, so that the light emitting function and the power generation function cannot be exhibited after the transition to the no-voltage application state. Therefore, the functionality of the ionic element 201 is insufficient (multifunctionality cannot be realized).

(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 ionic element 1 of the present embodiment, the electrolyte 122 in the ionic layer 12 is configured using, for example, a molecule having a structure for suppressing ion mobility (for example, a molecule having polarity). Yes. Specifically, for example, like the electrolyte 122 shown in FIG. 1, it is configured using molecules having an anisotropic shape (for example, a linear structure).

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。   Thereby, in the ionic element 1, the mobility of the ions (the positive ions 122c and the negative ions 122a) in the ion layer 12 is suppressed. Specifically, in this example, since it has an anisotropic shape, ions of such shape and the pores 121h of the porous material 121 or ions easily become entangled with each other, and as a result, the ions move. Expected to be difficult. As described above, when the cation 122c and the anion 122a in the ion layer 12 become difficult to move, the pn junction in the ion layer 12 is easily maintained. When the pn junction is formed, a large electric field is generated in the electric double layer as described above, and thus the ions and carriers are forcibly moved using the large electric field to form the pn junction.

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。   For this reason, for example, as shown in FIG. 18, in the ionic element 1, the pn junction formed in the ionic layer 12 is in a state in which no voltage is applied, as compared with the ionic element 201 according to the other configuration example. It becomes difficult to disappear even after the transition to. In other words, in the ionic element 1, unlike the ionic element 201, the pn junction formation state is maintained for a certain period of time (for example, about 1000 seconds (about 17 minutes)) even after the transition to the no-voltage application state. Become so.

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。   As a result, for example, as shown in FIG. 19, in the ionic element 1, unlike the ionic element 201, even after the transition to the no-voltage applied state, the multi-functionality is continuously realized by using this pn junction. The That is, by using the pn junction, the light emitting function (the emission operation of the emitted light Lout: PL emission using the luminescent fine particles 123) and the power generation operation (the photoelectric conversion operation of the incident light Lin) are performed.

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。   As described above, in the present embodiment, the ionic layer 12 includes the porous material 121, the electrolyte 122 and the luminescent fine particles 123 dispersed in the porous material 121. 12 is promoted, and the light emitting area Ae can be enlarged. Therefore, the light emitting function in the ionic element 1 (ion layer 12) can be improved.

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)
Specifically, in this ionic element 1, since the light emitting region Ae in the ion layer 12 is expanded, the light emission luminance can be improved (higher luminance can be achieved), and the driving voltage (operating voltage) can be set. It can be kept low (for example, about 1.0 V to 1.5 V). As a result, the lifetime of the ionic element 1 can be extended. More specifically, in the ionic element 1, for example, the following effects can be obtained.
・ 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)

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。   Further, since the luminescent fine particles 123 are dispersedly arranged in the ion layer 12, the light emission operation is easily performed isotropically using the formed pn junction. Therefore, it can be said that the in-plane variation of the light emission luminance when the surface light emission described above is performed in the ionic element 1 is easily suppressed.

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。   Furthermore, in the present embodiment, when the electrolyte 122 is configured using a molecule having a structure for suppressing ion mobility (for example, a molecule having polarity), the electrolyte 122 is formed in the ion layer 12. The pn junction can be maintained to some extent even after the transition to the no-voltage application state. Therefore, it is possible to improve functionality by using a pn junction having such characteristics, and it is also possible to improve user convenience.

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 ion layer 12, it is possible to realize multi-functionality (such as a power storage function, a light emitting function, and a power generation function).

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。   In addition, since the pn junction is maintained to some extent even after the transition to the no-voltage application state, it is possible to realize a light emitting function using the pn junction even in the no-voltage application state.

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。   In particular, in the element structure of the ionic element 1 according to the present embodiment, the following advantages are also obtained as compared with the element structure of the ionic element (ionic element 1A) according to a modified example described later. That is, first, the response speed of the ionic element can be improved in the present embodiment as compared with the modification. Further, in the present embodiment, compared to the modification, it is less affected by an interface (for example, an interface between the substrate 10 and the ion layer 12 described later), and the functionality (light emitting function) can be further improved. It becomes.

[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。
[Example]
Next, specific examples (Examples 1 to 3) in the present embodiment will be described in detail.

(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
Example 1
First, the conditions of Example 1 are as follows.
· Porous material 121 ··· Luminescent polymer · Electrolyte 122 ··· Ionic liquid represented by the above formula (1) · Luminescent particles 123 ··· Quantum dots (CdSeS)
(A protective layer made of ZnS is coated on the periphery.)
-Mixing ratio of the porous material 121 and the luminescent fine particles 123
...... Porous material 121: Luminescent fine particles 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。   Here, FIGS. 20A to 20G show the light emission characteristics of the ionic element 1 when the applied voltage (driving voltage) to the ionic layer 12 is changed in the ionic element 1 according to Example 1. FIG. An example of (light emission mode) is represented by a photograph. Specifically, FIGS. 20A to 20G show the cases where the applied voltage = 3.0 V, 3.2 V, 3.4 V, 3.6 V, 3.8 V, 4.0 V, and 4.2 V, respectively. A photograph is shown. In each case of applied voltage = 3.0 to 3.8V, the shutter speed at the time of shooting was set to 2.0 (sec). On the other hand, in each case of applied voltage = 4.0V and 4.2V, the light emission luminance was very large (very bright), so the shutter speed at the time of shooting was set to 0.5 (sec). 20A to 20G, it can be seen that in this Example 1, the emission luminance in the ionic element 1 shows the maximum value in the vicinity of the applied voltage = 4.0V. In addition, in the ionic element 1 of this Example 1, when the applied voltage was increased from 0V, the light emission operation was started from around the applied voltage = 2.0V.

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。 On the other hand, FIG. 21 shows an example of changes in emission luminance and current density of the ionic element 1 when the applied voltage (drive voltage) to the ionic layer 12 is changed in the ionic element 1 according to the first embodiment. It is represented as a characteristic diagram. As can be seen from FIG. 21, as described above, in the ionic element 1 of Example 1, the light emission operation starts from around the applied voltage = 2.0V. Further, as described above, it is understood that the emission luminance in the ionic element 1 shows the maximum value (about 3000 (cd / m 2 )) in the vicinity of the applied voltage = 4.0V.

(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
(Example 2)
Next, the conditions of Example 2 are as follows.
· Porous material 121 ··· Luminescent polymer · Electrolyte 122 ··· Ionic liquid represented by the above formula (1) · Luminescent particles 123 ··· Quantum dots (CdSeS)
(A protective layer made of ZnS is coated on the periphery.)
-Mixing ratio of the porous material 121 and the luminescent fine particles 123
...... Porous material 121: Luminescent fine particles 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。   Here, FIGS. 22A to 22E show the light emission characteristics of the ionic element 1 when the applied voltage (driving voltage) to the ionic layer 12 is changed in the ionic element 1 according to Example 2. FIG. An example of (light emission mode) is represented by a photograph. Specifically, FIGS. 22A to 22E show photographic diagrams when applied voltages = 2.5 V, 2.8 V, 3.0 V, 3.4 V, and 4.0 V, respectively. In each case where the applied voltage is 2.5 to 3.4 V, the shutter speed at the time of shooting is 2.0 (sec). On the other hand, when the applied voltage was 4.0 V, the light emission luminance was very high (very bright), so the shutter speed during shooting was set to 0.5 (sec). Although not shown in FIGS. 22A to 22E, in Example 2, the emission luminance in the ionic element 1 showed the maximum value in the vicinity of the applied voltage = 4.5V. Also in the ionic element 1 of Example 2, as in Example 1, when the applied voltage was increased from 0V, the light emission operation was started from around the applied voltage = 2.0V.

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。 On the other hand, FIG. 23 shows an example of changes in emission luminance and current density of the ionic element 1 when the applied voltage (drive voltage) to the ionic layer 12 is changed in the ionic element 1 according to the second embodiment. It is represented as a characteristic diagram. As can be seen from FIG. 23, as described above, also in the ionic element 1 of Example 2, the light emission operation starts from around the applied voltage = 2.0V. Further, as described above, it can be seen that the light emission luminance in the ionic element 1 shows the maximum value (about 3000 (cd / m 2 )) in the vicinity of the applied voltage = 4.5V.

(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。
(Emission spectrum of Examples 1 to 3)
Here, FIG. 24 represents, as a characteristic diagram, an example of wavelength dependency (emission spectrum) of the emission intensity (arbitrary unit) in the final emission light Lout in the ionic element 1 according to Examples 1 to 3. Is.

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
The conditions of Example 3 at this time are as follows.
· Porous material 121 ··· Luminescent polymer · Electrolyte 122 ··· Ionic liquid represented by the above formula (1) · Luminescent particles 123 ··· Quantum dots (CdSeS)
(A protective layer made of ZnS (zinc sulfide) is coated on the periphery.)
-Mixing ratio of the porous material 121 and the luminescent fine particles 123
...... Porous material 121: Luminescent fine particles 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。   24, in any of Examples 1 to 3, it can be seen that the wavelength of the emitted light Lout emitted from the ionic element 1 is mainly around 550 nm (yellowish green light). Further, although not shown in FIG. 24, the peak of the emitted light (having a wavelength of about 440 nm) from the luminescent fine particles 123 functioning as the excitation light described above was not detected. For this reason, it has been confirmed that the emitted light itself from the luminescent fine particles 123 is not emitted to the outside as the emitted light Lout and functions as the excitation light of the porous material 121 as described above. In FIG. 24, the peak of the emitted light Lout at a wavelength of about 640 nm in the case of Example 2 is due to the red light emitted when the ionic element 1 is burned out from the light emitting state. .

<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。
<2. Modification>
Then, the modification of the said embodiment is demonstrated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in this embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.

[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。
[Constitution]
FIG. 25 schematically illustrates a cross-sectional configuration example of an ionic element (ionic element 1A) according to a modification. This ionic element 1 </ b> A has a laminated structure comprising a pair of electrodes 111, 112, an ionic layer 12 and a protective layer 13 on a substrate 10.

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。   The substrate 10 is a substrate for holding the element structure of the ion element 1A. The substrate 10 is made of, for example, a glass substrate, a plastic substrate, a silicon substrate, or the like.

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。   Here, in this ionic element 1A, unlike the ionic element 1 of the embodiment, a pair of electrodes 111 and 112 are arranged in parallel on the substrate 10 at a predetermined interval. The device structure is such that the ion layer 12 uniformly covers the substrate 10 and the electrodes 111 and 112.

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。   However, also in this modification, the ion layer 12 has the same configuration as that of the embodiment (FIG. 1), for example. That is, the ionic layer 12 includes a porous material 121 having a large number of pores 121 h, and an electrolyte 122 and luminescent fine particles 123 dispersed in the pores 121 h of the porous material 121. For example, as schematically shown in FIG. 26, some molecules of the electrolyte 122 are actually ionized into a cation 122c and an anion 122a (ionic state). As described above, the electrolyte 122 is configured using a molecule having a structure for suppressing ion mobility (for example, a molecule having polarization).

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 protective layer 13 is a layer (passivation layer) for protecting the ion layer 12 from the outside. The protective layer 13 consists of materials, such as a polymer and an oxide, for example, and the thickness is about 10 nm-100 nm, for example. The protective layer 13 may not be provided depending on circumstances.

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。   Note that the ionic element 1A of the present modification can also be manufactured basically in the same manner as the ionic element 1 of the embodiment. However, mixing of the above-mentioned amphiphile, use of a high boiling point solvent, stirring using ultrasonic waves, etc. may not be performed.

[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。
[Action / Effect]
Also in the ionic element 1A of this modification, the same effect can be basically obtained by the same operation as in the embodiment. Specifically, the ionic element 1A operates as follows.

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。   That is, as shown in FIG. 27, for example, when a voltage is applied to the ion layer 12 using the electrodes 111 and 112, a pn junction is formed in the ion layer 12, and in this pn junction, A storage state is established using the electric double layer described above. Then, using the pn junction thus formed, a light emission operation (emission operation of the emitted light Lout) and a power generation operation (photoelectric conversion operation of the incident light Lin) are performed according to the principle described above. It becomes like this. That is, multifunctionality (a power storage function, a light emission function, and a power generation function) is realized by using a pn junction formed in the ion layer 12. In FIG. 27 and FIG. 28 below, for convenience, the emitted light Lout and the incident light Lin are illustrated as being emitted or incident along the extending direction of the ion layer 12. However, actually, the emitted light Lout can be emitted in all directions, and the incident light Lin can be incident from all directions.

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。   Also in the ionic element 1A, since the electrolyte 122 is configured using molecules having a structure for suppressing ion mobility (for example, molecules having polarity), the voltage is not applied on the same principle as in the embodiment. Even after the transition to the additional state, the formation state of the pn junction is maintained to some extent.

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。   Therefore, for example, as shown in FIG. 28, 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 ion layer 12, and convenience for the user can also be improved. In particular, in this modified example, the response speed of the ionic element is reduced as compared with the above embodiment, but the pn junction maintenance time (life time in the pn junction state) after the transition to the no-voltage application state is longer. It becomes possible to do.

<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。
<3. Application example>
Then, the application example (application examples 1-5) to the electronic device of the ionic element (ionic element 1, 1A) which concerns on above-described embodiment and modification is demonstrated.

[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。
[Application Example 1]
FIG. 29 schematically illustrates a configuration example of the electronic apparatus (portable lighting device 3) according to Application Example 1 in a perspective view. The illumination device 3 includes one or a plurality of ionic elements 1 (or ionic elements 1A) in a housing, and has a function of emitting emitted light Lout (illumination light) from a light exit port 30. doing.

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。   Specifically, using the above-described formation of the pn junction, 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 portable lighting device 3, a function such as an emergency flashlight can be realized with a very small and simple configuration.

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。   FIG. 29 shows an example in which the light emission port 30 is provided on the side surface of the housing. However, the present invention is not limited to this. For example, the light emission port 30 is provided on the upper surface or the lower surface of the housing. You may do it. In this case, the electrodes 111 and 112 may be transparent electrodes made of ITO or the like.

[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。
[Application Example 2]
FIG. 30 schematically illustrates a configuration example of an electronic apparatus (indoor lighting device 4) according to Application Example 2. The illumination device 4 also includes one or a plurality of ionic elements 1 (or ionic elements 1A), and has a function of emitting emitted light Lout as illumination light. Such an illuminating device 4 is arrange | positioned at the ceiling 401 of a building as shown, for example in FIG. However, the lighting device 4 can be installed in an arbitrary place such as the walls 402A and 402B shown in FIG.

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。   Further, in such an indoor lighting device 4, when surface emission is performed in the ionic element 1 or the like, unevenness in emission luminance is easily suppressed as compared with a light emitting element (for example, LED) that emits point light. It can be said that it becomes easy to apply as a device.

[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。
[Application Example 3]
FIG. 31 schematically illustrates a configuration example of an electronic apparatus (desktop lighting device 5) according to Application Example 3. The illumination device 5 also includes one or a plurality of ionic elements 1 (or ionic elements 1A), and has a function of emitting emitted light Lout as illumination light. For example, as shown in FIG. 31, the illumination device 5 is supported by support columns 502 </ b> A and 502 </ b> B provided on a base 501.

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。   Moreover, in this illuminating device 5, in the built-in ionic element 1 grade | etc., The ion layer 12 and the electrodes 111 and 112 each have flexibility. That is, in this example, the ionic element 1 and the like are flexible as a whole. Thereby, in the illuminating device 5, it can be set as arbitrary shapes (curved shape etc.), such as the cylinder shape shown in FIG. 31, and curved surface shape, for example. In this way, the lighting device 5 can improve convenience, design freedom, and the like.

[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。
[Application Examples 4 and 5]
FIG. 32A and FIG. 32B schematically show configuration examples of electronic apparatuses (self-luminous display devices 6A and 6B) according to application examples 4 and 5, respectively. Each of these display devices 6A and 6B has the ionic element 1 (or ionic element 1A) incorporated in each pixel 60 two-dimensionally arranged in a matrix, and uses the emitted light Lout as display light. It is a self-luminous display device. In the display devices 6A and 6B, the ionic element 1 that emits light of each color of R (red), G (green), and B (blue) according to the material or the like is used, for example, FIG. 32 (A) and FIG. As shown in FIG. 32 (B), pixels 60 corresponding to the R, G, and B colors are provided. Thereby, each of the display devices 6A and 6B can perform arbitrary color display.

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。   In particular, in the display device 6B, in the built-in ionic element 1 or the like, the ionic layer 12 and the electrodes 111 and 112 each have flexibility. That is, in this example, the ionic element 1 and the like are flexible as a whole. Thereby, in the display device 6B, for example, as shown in FIG. 32B, it is possible to have an arbitrary shape (curved shape or the like) (configured as a flexible type display device). In this way, the display device 6B can improve convenience, freedom of design, and the like.

<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。
<4. 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。   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, the light-emitting fine particles (quantum dots), and the porous material in the ion layer is not limited to the mixing ratio described in the above embodiments.

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。   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 some cases, an ionic element according to another configuration example shown in FIG. 16 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 to this case. That is, it is sufficient to have at least a (storage function) and a light emission function. For example, the power generation function may not be provided in some cases.

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。   Moreover, in the said embodiment etc., although demonstrated using the illuminating device and the display apparatus as an example as an electronic device which concerns on the application example of the ionic element of this invention, it is not restricted to these as an example of an electronic device. . That is, the ionic element of the present invention can be applied to other various electronic devices (various electronic devices using at least a 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,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。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 201 ... Ionic element, 10 ... Board | substrate, 111, 112 ... Electrode, 12 ... Ion layer, 12p ... P-type area | region, 12n ... N-type area | region, 121 ... Porous body, 121h ... Fine pore, 122 ... Electrolyte (molecule), 122c ... cation, 122a ... anion, 123 ... luminescent fine particle, 13 ... protective layer, 3, 4, 5 ... illuminating device, 401 ... ceiling, 402A, 402B ... wall, 501 ... base 502A, 502B ... column, 6A, 6B ... display device, 60 ... pixel, 601 ... display panel, 602 ... housing, PS ... voltage supply source, h ... hole, e ... electron, g ... interval, A1, A2 ... electric conduction region, Ae ... light emission region, Sj ... junction surface, Lout ... light emission (emitted light), BG1, BG3 ... band gap.

Claims (17)

導電性ポリマーまたはカーボンナノチューブからなる多孔質材と、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
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
イオン性素子。
An ion layer comprising a porous material made of a conductive polymer or carbon nanotubes, and an electrolyte and luminescent fine particles dispersed in the porous material;
A plurality of electrodes for applying a voltage to the ion layer ,
An ionic element in which a band gap in the luminescent fine particles is larger than or equal to a band gap in the porous material .
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発光領域を拡大させる
請求項1に記載のイオン性素子。
The ion layer has at least a light emitting function;
The ionic device according to claim 1, wherein the luminescent fine particles enlarge a light emitting region in the ionic layer.
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。
When a voltage is applied to the ion layer by the plurality of electrodes, a pn junction is formed in the ion layer, and
The ionic device according to claim 2, wherein the light emitting function is exhibited in the pn junction.
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。
When the voltage is applied to the ion layer, the luminescent fine particles emit EL (Electro-Luminescence) in the vicinity of the junction surface of the formed pn junction,
The ionic element according to claim 3, wherein the porous material emits PL (Photo-Luminescence) light when the porous material is photoexcited using light emitted from the luminescent fine particles.
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。
The ionic device according to claim 4, wherein the other luminescent fine particles emit PL light by photoexciting other luminescent fine particles in the ionic layer using light emitted from the luminescent fine particles. .
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前記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。
The ionic device according to claim 4 or 5, wherein the light emitting region in the ion layer is expanded by the PL light emission using light emitted from the light emitting fine particles.
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。
The ionic device according to any one of claims 3 to 6, wherein the pn junction is maintained for a predetermined time even after transition from the voltage application state to the non-application state.
前記イオン層において面発光する
請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載のイオン性素子。
Ionic device according to any one of claims 1 to 7 to a surface emitting in the ionic layer.
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ないし請求項のいずれか1項に記載のイオン性素子。
The ionic element according to any one of claims 1 to 8 , wherein each of the ion layer and the plurality of electrodes has flexibility.
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ないし請求項のいずれか1項に記載のイオン性素子。
The ionic element according to any one of claims 1 to 9 , wherein the ionic layer is inserted between the plurality of electrodes.
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ないし請求項のいずれか1項に記載のイオン性素子。
The ionic element according to any one of claims 1 to 9 , wherein the plurality of electrodes are arranged side by side on the substrate, and the ion layer covers the substrate and the plurality of electrodes.
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1のいずれか1項に記載のイオン性素子。
The ionic element according to any one of claims 1 to 11, wherein the electrolyte is configured using molecules having a structure for suppressing ion mobility.
前記分子が直鎖構造を有する
請求項1に記載のイオン性素子。
Ionic element according to claim 1 2, wherein the molecule has a linear structure.
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1のいずれか1項に記載のイオン性素子。
Ionic device according to any one of claims 1 to 1 3 wherein the luminescent particles are quantum dots.
前記電解質がイオン液体である
請求項1ないし請求項1のいずれか1項に記載のイオン性素子。
Ionic device according to any one of claims 1 to 1 4 wherein the electrolyte is a ionic liquid.
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、
導電性ポリマーまたはカーボンナノチューブからなる多孔質材と、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
を有しており、
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
電子機器。
Comprising one or more ionic elements,
The ionic element is
An ion layer comprising a porous material made of a conductive polymer or carbon nanotubes, and an electrolyte and luminescent fine particles dispersed in the porous material;
And have a plurality of electrodes for applying a voltage to the ion layer,
The electronic device in which the band gap in the luminescent fine particles is larger than or equal to the band gap in the porous material .
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1に記載の電子機器。
The ion layer has at least a light emitting function;
The electronic device according to claim 16 , wherein the electronic device is configured as a lighting device or a display device using the light emitting function of the ionic element.
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