JPWO2012050137A1

JPWO2012050137A1 - イオン液体を含む光変換要素およびその製造方法ならびに光変換要素を含む装置

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Publication number: JPWO2012050137A1
Application number: JP2012538701A
Authority: JP
Inventors: 村上　陽一; 陽一村上; 佐藤　勲; 勲佐藤
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: WO2012050137A1; EP2628777B1; EP2628777A4; CN103154190A; US9429681B2; US20130274090A1; CN103154190B; JP5750770B2; EP2628777A1; KR20140004071A

Abstract

従来の光変換要素における、媒体の可燃性、揮発性、または媒体の高粘度によるアップコンバージョン光強度の低下などの課題を解決した光変換要素を提供すること。三重項−三重項消滅過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて成る、目視上均質かつ透明な光変換要素を用いることにより、上記課題を解決した光変換要素を提供することを達成した。

Description

本発明は、イオン液体を含む光変換要素およびその製造方法ならびに光変換要素を含む装置に関する。

地球温暖化対策、クリーンエネルギーなどの代替エネルギーへの強いニーズがある中、太陽光を高効率に二次エネルギー（電力・水素など）に変換する技術開発が急務となっており、高い光変換効率を有する太陽電池や水素発生光触媒などへの期待が高まっている。太陽電池や水素発生光触媒などでは、太陽光に含まれる広範な波長範囲の内、系に固有の、ある閾値波長より短い波長成分のみを変換に利用していることから、広範な太陽光の波長範囲を有効に利用する技術の一つとして、光アップコンバージョン（すなわち、長い波長の光を吸収して、より短い波長の光を発光することにより光の波長を変換すること）が検討されている。

光アップコンバージョンの手段として、希土類元素の多光子吸収を用いた光アップコンバージョンの研究は、５０年以上の歴史を有している。しかし、希土類元素の多光子吸収では一般的に非常に高い入射光強度が必要であり、太陽光などの弱い光を変換の対象とすることは困難であった。

近年、光吸収・発光により光アップコンバージョンを行える有機分子について発表された。
特許文献１は、光子エネルギーをアップコンバートする組成物において、少なくともフタロシアニン、金属ポルフィリン、金属フタロシアニン等の感光体として機能する第１の波長域においてエネルギーを吸収する第１の成分と、ポリフルオレン、オリゴフルオレンおよびこれらのコポリマー、ポリパラフェニレン等の発光体として機能する第２の波長域でエネルギーを放出する第２の成分を含む、組成物を記載する。

非特許文献１は、有機分子における三重項−三重項消滅過程（以下、「ＴＴＡ過程」という）を利用したトルエン溶媒中での太陽光程度の比較的弱い光を用いた光アップコンバーターを記載する。

光アップコンバーター中に含まれる有機分子の媒体として、高分子量の有機ポリマーを用いた先行事例が存在している。
特許文献２は、光アップコンバージョンのための、少なくとも１種のポリマーと、少なくとも１種の重原子を含有する少なくとも１種の増感剤とを含む系の使用であって、前記増感剤の三重項エネルギーレベルが、前記ポリマーの三重項エネルギーレベルよりも高いことを特徴とする系の使用を記載する。

非特許文献２は、酢酸セルロース（分子量約１００，０００）のポリマーを有機分子の分散媒体とした光アップコンバーターを記載する。しかし、非特許文献２は、光変換要素の変換量子効率に関する定量的なデータを一切記載していない。

非特許文献３は、ガラス転移温度（Ｔ_g）が２３６Ｋ（マイナス３７℃）である室温において柔らかいゴム状のポリマーを媒体に用いた光アップコンバーターを記載する。非特許文献３は、ＴＴＡ過程による光アップコンバージョンが、媒体内部において三重項励起エネルギーを担う有機分子が拡散運動・相互衝突を行って有機分子間でエネルギーのやりとり行う必要があることに起因して、温度が比較的高くポリマーに充分流動性がある温度範囲（＞３００Ｋ）ではアップコンバージョン発光強度は上昇するものの、温度が低く媒体の流動性が乏しい温度範囲（≦３００Ｋ）ではアップコンバージョン発光強度は非常に弱くなることを記載する。非特許文献３は、光アップコンバーターの変換量子効率に関する定量的なデータは一切記載していない。

非特許文献４は、スチレンのオリゴマー（スチレン３量体および４量体の混合物）を有機光増感分子および有機発光分子の媒体として用いた光アップコンバーターを記載する。非特許文献４は、出力約１４Ｗ／ｃｍ²のレーザーを励起光として試料面上を約１０ｋＨｚで走査させ、最大３．２％の変換量子効率であったことを記載する。なお、非特許文献４は、光励起強度を表すためにｍｅａｎｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙという独自指標を用いて、５ｍＷ／ｃｍ²程度としているが、この独自指標の定義を明確に記載していない。

非特許文献５は、ＴＴＡ過程を用いた光アップコンバージョンに用いることができる有機光増感分子として、金属ポルフィリン類、金属フタロシアニン類を、有機発光分子として、９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン、ペリレン、ルブレンなどを記載する。

非特許文献６は、イオン液体に関する一般的なレビューを記載し、性質として、非特許文献６から引用した図１に示すように、イオン液体は一般的に不燃性であること（Ｕｓｕａｌｌｙｎｏｎｆｌａｍｍａｂｌｅ）、標準状態下では蒸気圧が無視できる程度であること（Ｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅｖａｐｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）、および極性・非極性の概念がイオン液体にもそのまま当てはまるかどうかは疑問であること（Ｐｏｌａｒｉｔｙｃｏｎｃｅｐｔｑｕｅｓｔｉｏｎａｂｌｅ）、などを記載する。

非特許文献７は、実験結果に基づき、ある非水混和性イオン液体（１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド）と何種類の一般的な有機溶媒との混合可能割合を記載する。非特許文献７は、有機溶媒がイオン液体と層分離せず均質に混合する割合（混合可能割合）が、有機溶媒分子の極性（双極子モーメント：Ｄ）と有機溶媒分子のサイズの両方またはいずれか一方に依存すること、特に、有機溶媒分子の極性が高まる程、非水混和性イオン液体中での有機溶媒の混合可能割合が増加することを記載する。

非特許文献８は、１−アルキル-３-メチルイミダゾリウムをカチオンとする様々なイオン液体について極性測定の実験を行い、その結果に基づき、それらが短鎖アルコール程度の極性を持つことを記載する。

非特許文献９は、多環芳香族π電子共役系分子であるポルフィリン類のイオン液体中における特性の測定を試みたが、当該分子がイオン液体に殆ど溶解しなかったために、得られた信号が微弱だったことを記載する。この事実について、同文献の著者らは、文中において、「以前の研究から、イオン液体は、アセトニトリルや、メタノール・２プロパノールなどのアルコール類と同程度の極性を有することが知られていることから、我々は典型的な芳香族化合物はイオン液体には溶解しないものと想定する（Ｔｈｅｐｏｌａｒｉｔｙｏｆｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒｔｏａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅａｎｄａｌｃｏｈｏｌｓｓｕｃｈａｓｍｅｔｈａｎｏｌａｎｄ２−ｐｒｏｐａｎｏｌａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ，ａｎｄｗｅａｓｓｕｍｅｔｈａｔｔｙｐｉｃａｌａｒｏｍａｔｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｒｅｎｏｔｓｏｌｕｂｌｅｉｎｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ．）」と記述する。

特許第４５１８３１３号公報特表第２００８−５０６７９８号公報

Ｓ．Ｂａｌｕｓｃｈｅｖｅｔａｌ．,ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９７，ｐｐ．１４３９０３−１〜１４３９０３−４，２００６Ａ．Ｍｏｎｇｕｚｚｉｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡ，ｖｏｌ．１１３，ｐｐ．１１７１〜１１７４，２００９ＴａｎｙａＮ．Ｓｉｎｇｈ−Ｒａｃｈｆｏｒｄｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，ｖｏｌ．１３１，ｐｐ．１２００７−１２０１４，２００９Ｔ．Ｍｉｔｅｖａｅｔａｌ．，ＮｅｗＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１０３００２−１〜１０３００２−１０，２００８．Ｓ．Ｂａｌｕｓｃｈｅｖｅｔａｌ．，ＮｅｗＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．０１３００７−１〜０１３００７−１２，２００８Ｎ．Ｖ．ＰｌｅｃｈｋｏｖａａｎｄＫ．Ｒ．Ｓｅｄｄｏｎ，ＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙＲｅｖｉｅｗｓ，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．１２３〜１５０，２００８Ｍ．Ｂ．ＳｈｉｆｌｅｔｔａｎｄＡ．Ｍ．Ｓ．Ｎｉｅｈａｕｓ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤａｔａ，ｖｏｌ．５５，ｐｐ．３４６〜３５３，２０１０Ａ．Ｊ．ＣａｒｍｉｃｈａｅｌａｎｄＫ．Ｒ．Ｓｅｄｄｏｎ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．１３，ｐｐ．５９１〜５９５，２０００Ａ．Ｋａｗａｉｅｔａｌ．，ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１０４，ｐｐ．１５７３〜１５７９，２００６Ｖ．Ｙａｋｕｔｋｉｎｅｔａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−ＡＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．１４，ｐｐ．９８４６〜９８５０，２００８Ｔ．Ｎ．Ｓｉｎｇｈ−Ｒａｃｈｆｏｒｄｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，ｖｏｌ．１３０，ｐｐ．１６１６４〜１６１６５，２００８Ｔ．Ｎ．Ｓｉｎｇｈ−ＲａｃｈｆｏｒｄａｎｄＦ．Ｎ．Ｃａｓｔｅｌｌａｎｏ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１，ｐｐ．１９５〜２００，２０１０

ＴＴＡ過程を用いる光アップコンバーターでは、原理的に、媒体中で有機分子同士がエネルギーをやりとりするために拡散運動・相互衝突することが必要であることから、上記のごとく、従来は、媒体として、トルエンやベンゼン等の揮発性有機溶媒を用いていた。しかし、揮発性有機溶媒は、可燃性であることによる安全上の問題があり、揮発性の高いことから、環境への悪影響および光変換要素の経時変化を避けるために密閉性の高い容器を必要とすること、また、溶媒に溶解したり溶媒分子の浸透により膨潤したりする樹脂材料を光変換要素の容器に使用できないことなどが、問題であった。

さらに、有機分子の媒体として、オリゴマーであるスチレン３量体を使用しても、可燃性（和光純薬のＳｉｙａｋｕ．ｃｏｍ：製品安全データシート（ＭＳＤＳ）に、保管方法については、「冷凍庫（−２０℃）に密閉して保管、火気厳禁」と記載されている）、揮発性（２２０℃において約４２５Ｐａ：Ｂ．Ｊ．Ｍｅｉｓｔｅｒｅｔａｌ．，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈ，ｖｏｌ．２８，ｐｐ．１６５９〜１６６４，１９８９）、および、室温における高い粘度により媒体として流動性が充分ではないこと、などが解決されていなかった。

また、上記のように酢酸セルロース、柔軟なゴム等の高分子化合物を媒体として使用すると、これらは可燃であることに加えて、固体であること、および／または流動性の低さから、室温（３００Ｋ）およびそれ以下の温度ではアップコンバージョンされた光の強度が著しく低下するといった問題が生じ、そもそもアップコンバージョン量子効率を検討できるほどのアップコンバージョンが達成できていなかった。

上記のように、有機分子のＴＴＡ過程を用いる光アップコンバーターは太陽光強度程度の弱い光にも適用可能であることから、高効率な光アップコンバージョンを行う方法として有望であるものの、光アップコンバーターにおいて従来用いられていた媒体の可燃性、揮発性、または媒体の高粘度によるアップコンバージョン後の光強度の低下の点などにより、実用化に向けて解決が必要な問題が存在していた。

一方、イオン液体は極めて低い蒸気圧、一般的に従来の溶媒にはない高い熱安定性を有し、一般的に室温で液体である。しかし、例えば、以下において本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、非特許文献８，９が記載するように、イオン液体は、メタノールやアセトニトリルと同程度の極性を持つ極性溶媒であることが過去の実験的研究から知られている。イオン液体が極性を有することは、それが“イオン”から成り立っていることからも直感的に理解される。一方で、ＴＴＡ過程に基づく光アップコンバージョンで用いられる有機分子としては、可視〜近赤外域で光学活性をもつπ電子共役系分子、特に（前述の非特許文献１〜５において用いられたように）多環芳香族π電子共役系分子が一般に用いられる。これらの分子は一般に無極性（或いは弱極性）であり、従来の溶媒和化学の考え方に基づけば、これらの有機分子は極性媒体であるイオン液体には殆ど溶解しないはずであり、また、もし仮に何らかの方法によって溶解させたとしてもこれらの有機分子はイオン液体中では安定に存在できない（すなわち、いずれ析出や凝集が起こる）ことが予想される。実際、これらの多環芳香族π電子共役系分子は、一般にメタノールには溶解しないが、これはこのような溶媒和化学の予想とよく合致するものである。

非特許文献１１では、イオン液体中における多環芳香族π電子共役系分子（テトラフェニルポルフィリン）の特性を測る試みがなされたが、当該分子のイオン液体中への溶解度が著しく低かったため、得られた信号は微弱だったことが記載されている。この点について、非特許文献１１の著者らは、文中で、「我々は典型的な芳香族化合物はイオン液体には溶解しないものと想定する（ｗｅａｓｓｕｍｅｔｈａｔｔｙｐｉｃａｌａｒｏｍａｔｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｒｅｎｏｔｓｏｌｕｂｌｅｉｎｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｓ）」と述べている。

このように、ＴＴＡ過程を用いる光アップコンバーターで使用される有機分子類、特に多環芳香族π電子共役系分子はイオン液体には殆ど溶解しないという、溶媒和化学の予測、および非特許文献１１において示された過去の実験事実は、イオン液体をこの用途の媒体として使用することに否定的な見通しを与えていた。すなわち、本発明以前に、ＴＴＡ過程を用いる光アップコンバーターの媒体にイオン液体を用いることが検討されてこなかったのは、このような、従来の知識・経験からすればほぼ自明といえる否定的な予想・見通しが存在していたためと考えられる。

本発明の一態様は、ＴＴＡ過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて成る、目視上均質かつ透明な光変換要素である。

本発明の別の態様は、ａ）ＴＴＡ過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、揮発性有機溶媒中に溶解させた有機溶液を生成させる工程と、ｂ）イオン液体と、この有機溶液とを攪拌により混和させて目視上均質かつ透明な溶液および／または分散体を生成させる工程と、ｃ）この溶液および／またはこの分散体から減圧下でこの揮発性有機溶媒を痕跡量以下まで除去する工程と、を含んで成る、目視上均質かつ透明な光変換要素の製造方法である。

本発明の一態様の光変換要素によれば、室温において、蒸気圧が極めて低く、媒体の揮発性等に基づく毒性、環境に悪影響を与えないのみならず、不燃性等の安全性を有しながら充分な流動性を有し、さらに樹脂材料を容器に使用することができる、ＴＴＡ過程による光変換要素が提供される。

図１は、非特許文献６中に記載のイオン液体の性質を従来の有機溶媒と比較した一覧を示す図である。（非特許文献６中のＴａｂｌｅ４）図２は、非特許文献６中に記載の、イオン液体に含まれるアニオンの種類によってイオン液体の水混和性、非水混和性がどのように変化するのかについての傾向を、幾つかの代表的なアニオンについて示す図である。（非特許文献６中のＦｉｇｕｒｅ９）図３は、本発明の一態様に係る光変換要素を太陽電池に用いた例を、断面模式図によって示す図である。図４は、本発明の一態様に係る、有機光増感分子および有機発光分子をイオン液体中に溶解および／または分散させてゆく手順を段階的に示す図である。図５は、本発明の一態様に係る、イオン液体中に溶解および／または分散した有機光増感分子および有機発光分子が、入射光をアップコンバートする様子を示す図である。図６は、本発明の一態様に係る、イオン液体中に溶解および／または分散した有機光増感分子および有機発光分子が、入射光をアップコンバートする様子を示す図である。図７は、本発明の一態様に係る、有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体中に溶解および／または分散された試料から発せられたアップコンバージョン発光のスペクトルを、異なる三種類のイオン液体を用いた場合ついて示す図である。図８中の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一態様に係る、有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体中に溶解および／または分散された試料からのアップコンバージョン発光スペクトルを示す図である。図９中の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一態様に係る、有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体中に溶解および／または分散された試料からのアップコンバージョン発光スペクトルを示す図である。図１０中の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一態様に係る、有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体中に溶解および／または分散された試料からのアップコンバージョン発光スペクトルを示す図である。図１１は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１２は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１３は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１４は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１５は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１６は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１７は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１８は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図１９は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図２０は、本発明の一態様に係る光変換要素のエージング試験前後での光吸収スペクトルの比較を示す図である。図２１は、実施例４６で説明した、作製から１０か月経過した時点での、連続光レーザー発光＃１の照射による光アップコンバージョンの様子を表わす写真である。図２２は、実施例５７、５８、５９、６０、６３について、連続光レーザー発光器＃３を用い、アップコンバージョン量子効率の励起強度依存性を測定した図である。図２３は、図２２の横軸をＮ_exに直して表示した実験データプロット、およびそれらに対する式１によるフィッティングカーブを示す図である。図２４は、有機光増感分子および有機発光分子を、揮発性有機溶媒を用いずに、粉末のままイオン液体に上から直接振りかけた後、１０時間以上経過してもイオン液体中への自発的な溶解または分散が起こらないことを示す図である。色の濃い（白黒印刷では黒色）粉末が有機光増感分子、色の淡い（白黒印刷では灰色）粉末が有機発光分子である。図２５は、本発明の一態様に係る非水混和性のイオン液体と、無極性溶媒であるベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）との混和性の様子を表わす写真である。図２６は、本発明の一態様に係る非水混和性のイオン液体と、無極性溶媒であるシクロヘキサン（Ｃ_６Ｈ_１２）との混和性の様子を表わす写真である。

以下、本発明の代表的な態様を例示する目的でより詳細に開示するが、本発明はこれらの態様に限定されない。

上記のように、ＴＴＡ過程に基づく光変換要素では、媒体はその内部で有機分子の拡散運動を許容するものである必要がある。本発明者らは、従来用いられてきたトルエンやベンゼン等の有機溶媒、および可燃であると同時に流動性に乏しく粘度が非常に高いゴム状のポリマー、可燃性で実用上小さくない蒸気圧を持つオリゴマーなどの媒体に代わり、極めて低い蒸気圧、比較的高い流動性、難燃性等の性質を一般に有するイオン液体を用いた光変換要素を作製することを考え、鋭意検討を行った結果、以下の態様により、上記課題を解決できることを見いだし、本発明に至ったものである。

本明細書中において、
「イオン液体」とは、カチオンとアニオンから成る、２５℃で液体である常温溶融塩をいう。
「目視上均質かつ透明」とは、イオン液体と、揮発性有機溶媒中に有機光増感分子および有機発光分子を溶解した溶液との場合、有機光増感分子および有機発光分子の揮発性有機溶液が、イオン液体に対して、目視上二層以上の層分離を起こしておらず、そして目視で確認できる程度において、均質であり、かつ濁り・曇りを有さず透明に混和していることをいい、イオン液体と、有機光増感分子および有機発光分子との場合、有機光増感分子および有機発光分子の、イオン液体中溶液および／または分散体が、目視で確認できる程度において、固体を有さず、均質であり、かつ濁り・曇りを有さず透明であることをいう。なお、溶解および／または分散とは、溶解もしくは分散のいずれかまたは溶解および分散を同時にしていることをいう。

イオン液体は、一般的に、極めて低い蒸気圧および難燃性を有することが知られている。イオン液体は、カチオンとアニオンの組み合わせによって少なくとも１，０００，０００種類以上存在することが知られている（非特許文献６）。イオン液体は常温溶融塩と称されるように融点が室温付近にあるものが多いが、本発明の一態様に係るＴＴＡ過程は、媒体であるイオン液体の内部で有機分子の拡散運動を許容するものである必要があり、本態様においては、室温で液体であるイオン液体を用いている。

蒸気圧についてみると、一般的に、イオン液体の蒸気圧は極めて低いことから、本発明の態様において使用できる。例えば、本発明の一態様に係る１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドで、室温（２５℃）で１×１０^-9Ｐａ、８０℃では１．８×１０^-6Ｐａであり、本発明の一態様に係る１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドの蒸気圧は室温（２５℃）で８×１０^-10Ｐａ、８０℃では１．４×１０^-6Ｐａであると記載されており（Ｄ．Ｈ．Ｚａｉｔｓａｕｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡ，ｖｏｌ．１１０，ｐｐ．７３０３〜７３０６）、低蒸気圧を有している。

ＪＩＳ規格では１×１０^-5Ｐａ以下を超高真空としていることから、これらのイオン液体は、いずれも超高真空域の蒸気圧である。

イオン液体は、近年では常温溶融塩と称されており、種類によっては高粘度な場合がある。しかし、本発明の一態様に係るイオン液体は、後述のように、室温を含む使用温度において粘度が低い。例えば、本発明の一態様では、３００Ｋにおいて（１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）とも呼ばれる）１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドの粘度は０．０８２Ｐａ・ｓであるといったように、低粘度を有する（Ｓ．Ｉ．Ｆｌｅｔｃｈｅｒｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤａｔａ，ｖｏｌ．５５，ｐｐ．７７８〜７８２，２０１０）。

さらに例を挙げれば、本発明の一態様に係る１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドの３０３．４８Ｋにおける粘度、および本発明の一態様に係る１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドの３０２．９３Ｋにおける粘度は、ぞれぞれ、０．０２９Ｐａ・ｓおよび０．０４１Ｐａ・ｓであることが記載されている（Ｊ．Ｊａｃｑｕｅｍｉｎｅｔａｌ．，ＧｒｅｅｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．８，ｐｐ．１７２〜１８０，２００６）。

熱安定性についてみると、本発明の一態様に係る、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドおよび１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）のＴＧＡ（熱重量測定）で測定した熱分解開始温度（Ｔ_onset）は、それぞれ４５３℃および４６２℃であることが記載されている（Ｈ．Ｌ．Ｎｇｏｅｔａｌ．，ＴｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，ｖｏｌ．９７，ｐｐ．３５７〜３５８，２０００）。

また、熱分解が僅かでも開始する温度を熱分解開始温度（Ｔ_start）と定義したさらに厳しいＴＧＡの測定結果においても、本発明の一態様に係る１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）の熱分解開始温度（Ｔ_start）は３８５℃であり、本発明の一態様に係る１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドの熱分解開始温度（Ｔ_start）が３３０℃であることが記載されている（Ｃ．Ｐ．Ｆｒｅｄｌａｋｅｅｔａｌ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤａｔａ，ｖｏｌ．４９，ｐｐ．９５４〜９６４，２００４）。

いずれにせよこれらの熱安定性は、従来の有機溶媒では考えられない程の高さであり、この点からも本発明に係るイオン液体を媒体として用いることの優位性を見いだした。

以上のように、本発明の一態様の光変換要素によれば、室温において、蒸気圧が非常に低く、媒体の揮発性に基づく毒性、環境に悪影響を与えないのみならず、不燃性等の安全性を有しながら充分な流動性を有する光変換要素が提供される。

本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、イオン液体は、上記低揮発性、難燃性などの特性を有する一方で、前述のように、イオン液体は、一般に短鎖アルコールやアセトニトリルと同程度の極性を有する。そのため、溶媒和化学の常識に基づけば、無極性（或いは弱極性）分子である多環芳香族π電子共役系分子は極性媒体であるイオン液体には殆ど溶解しないと予想されるし、また、もし仮に何らかの方法によって溶解させたとしてもこのような分子はイオン液体中では安定に存在できない（すなわち、いずれ析出や凝集が起こる）ことが予想される。このことは、既に非特許文献１１で実験的に示されている事であり、また、本明細書においては、後に示す比較例１〜３によって再確認されている事でもある。他方で、一般的に、図１に示すように、溶解性について、従来の極性−非極性の考え方がそのまま当てはまるかは疑問との指摘もなされていた。

本発明者らは、イオン液体の上記の特殊性をブレイクスルーの可能性として着目して、検討を行った結果、驚くべきことに、以下の態様により、本発明に係る光変換要素を達成できることを見いだした。

本発明の別の態様は、ＴＴＡ過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて成る、目視上均質かつ透明な光変換要素であって、イオン液体が、有機光増感分子および有機発光分子とカチオン−π相互作用を有しかつ非水混和性である、光変換要素である。

本明細書中において、「カチオン−π相互作用」とは、イオン液体中のカチオンと、有機光増感分子および有機発光分子のπ電子との間のエネルギー安定化相互作用をいい、「非水混和性」とは、２５℃において、１０重量％以下の水が、イオン液体に目視上均質かつ透明に混和する場合があるが、１０重量％超の水が、イオン液体に目視上均質かつ透明に混和しないことをいう。

本態様においては、イオン液体のカチオンとして、有機光増感分子および有機発光分子との間に「カチオン−π相互作用」を有するものを用いることにより、有機光増感分子および有機発光分子のイオン液体中での溶解・分散の安定性を高めることができるものである。

本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体中で安定的に溶解および／または分散されているのは、例えば、以下のように考えることができる。本発明に係る有機光増感分子および有機発光分子は、下記比較例１〜３に示すように、そもそもイオン液体には殆ど直接溶解・分散しない。これは、有機光増感分子および有機発光分子が、π−πスタッキング、すなわち分子上のπ電子雲同士の重なりにより固体として凝集していて、イオン液体中に溶解・分散していかないためと考えることができる。しかし、いったん溶解・分散してしまえば、イオン液体のカチオンとして、有機光増感分子および有機発光分子と「カチオン−π相互作用」を有するものを用いることにより、例えば、有機光増感分子および有機発光分子同士のπ−πスタッキングによる再凝集が生じないようにし、むしろ有機光増感分子および有機発光分子とイオン液体とが、より安定に相互作用して、イオン液体中での溶解および／または分散の安定性が高めることができているものと考えられる。

さらに、このような、「カチオン−π相互作用」による有機光増感分子および有機発光分子のイオン液体中での安定化メカニズムの存在は、比較実験（比較例１４〜２１）の結果により、強く示唆されることが見出されている。

本発明の一態様に係るイオン液体のカチオンとしては、「カチオン−π相互作用」を示すものであれば、特に制限なく、広範なイオン液体のカチオンを用いることができる。

このようなイオン液体の「カチオン−π相互作用」を示すカチオンとしては、例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムなどの１−アルキル-３-メチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ペンチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ヘプチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムなどの１−アルキル-２，３-ジメチルイミダゾリウム、１−シアノメチル−３−メチルイミダゾリウム、１−（２−ヒドロキシエチル）−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチルピリジニウム、１−ヘキシルピリジニウム、Ｎ−（３−ヒドロキシプロピル）ピリジニウム、Ｎ−ヘキシル−４−ジメチルアミノピリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−メトキシエチルアンモニウム、Ｎ−（メトキシエチル）−Ｎ−メチルモルフォリウム、１−（２−メトキシエチル）−１−メチルピロリジニウム、１−（メトキシエチル）−１−メチルピペリジニウム、Ｎ−（メトキシエチル）−１−メチルピロリジニウムなどを含む、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、チアゾリウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、モルフォリニウムカチオンなどの芳香族アミン系、脂肪族アミン系、脂環式アミン系などの窒素含有化合物カチオン、テトラアルキルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウムなどの第四級ホスホニウムカチオン、トリアルキルスルホニウム、トリフェニルスルホニウムなどのスルホニウムカチオンを挙げることができるが、これらに限られない。
これらのカチオンは、１種または２種以上の混合物であってもよい。

また、イオン液体は、イオン液体中のアニオンの種類によっては、水と上限なく混和するが、イオン液体中のアニオンの種類によっては、イオン液体が水とある程度以上混和しないか、またはごく微量しか混和しないことが記載されている（非特許文献６）。

本発明者らは、イオン液体を種々検討した結果、イオン液体のアニオンとして、図２に示された群のアニオンの内、イオン液体に非水混和性を与えるアニオンを含むイオン液体を使用した場合に、有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて、目視上均質かつ透明な光変換要素を得ることができることを見いだしたものである。

そもそも本発明に係る有機光増感分子および有機発光分子は、下記比較例１〜３に示されるように、そのままではイオン液体中に殆ど溶解・分散しない。これは、本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、溶媒についての従来からある極性・非極性による考え方からすれば、一般に短鎖アルコールやアセトニトリルと同程度の極性を有するイオン液体に、無極性（または弱極性）であるこれらの芳香族π電子共役系分子（特に多環芳香族π電子共役系分子）が殆ど溶解しないのは、予想されることである。しかし、このような否定的予想にも関わらず、例えば、本発明の一態様に係る方法などを用いることで、これらの有機分子を、イオン液体中に長期安定に溶解或いは分散させておく事が可能なことが見出された。

メカニズムとしては、「カチオン−π相互作用」が合理的なメカニズムとして後述の比較例１４〜２１の結果により強く示唆されているものの、依然決定的には判明しておらず、また本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、本発明に係る一態様は、イオン液体として、ある程度まで水に混和する場合があるが、ある程度以上は水と混和しない、あるいは水とは殆ど混和しない（非水混和性）イオン液体を用いることにより、イオン液体中に、有機光増感分子および有機発光分子を、目視上均質に溶解および／または分散させることができ（例えば、図４）、本発明に係る光変換要素を提供できるものである。一方、水混和性イオン液体を用いると、本発明の一態様に係る手法を用いても、下記比較例４〜７に示すように、イオン液体と、有機光増感分子および有機発光分子を溶解させた有機溶媒とが、目視上均質に混合せず、イオン液体と有機溶媒とが二層分離を起して、均質な光変換要素を提供しないことが判明した。

イオン液体のアニオンは、イオン液体に非水混和性を与えるものであれば、特に制限なく用いることができ、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（[Ｎ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂]^-）、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド（[Ｃ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃]^-）、ヘキサフルオロホスフェート（[ＰＦ₆]^-）、トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート（[（Ｃ₂Ｆ₅）₃ＰＦ₃]^-）などのフッ素含有化合物系アニオン、［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、独立して、ＣＨ₃（ＣＨ₂）_n（ここで、ｎ＝１，２，３，４，５，６，７，８，９である）またはアリールである）を含むが、これらに限られない。

これらのアニオンは、１種または２種以上の混合物であってもよい。

以上から、上記イオン液体のアニオンおよびカチオンの組み合わせの内、本発明の一態様に係るイオン液体としては、例えば、以下のカチオンとアニオンとを組み合わせた、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−プロピル−２,３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−２,３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−ブチル−２,３−ジメチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−ブチル−２,３−ジメチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１−ブチル−２,３−ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムヘキサフルオロホスフェート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、１−ブチル−２,３−ジメチルイミダゾリウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、独立して、ＣＨ₃（ＣＨ₂）_n（ここで、ｎ＝１，２，３，４，５，６，７，８，９である）またはアリールである）、１−ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、１−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−シアノメチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ−ヘキシル−４−ジメチルアミノピリジニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−（２−ヒドロキシエチル）−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ−（３−ヒドロキシプロピル）ピリジニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ−エチル−Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−メトキシエチルアンモニウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−（２−ヒドロキシエチル）−３−メチルイミダゾリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、Ｎ−（３−ヒドロキシプロピル）ピリジニウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、Ｎ−（メトキシエチル）−Ｎ−メチルモルフォリウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−（２−メトキシエチル）−１−メチルーピロリジニウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−（メトキシエチル）−１−メチルピペリジニウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、１−（メトキシエチル）−１−メチルピペリジニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ−（メトキシエチル）−１−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、Ｎ−（メトキシエチル）−Ｎ−メチルモルフォリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを含むイオン液体が挙げることができるが、これらに限られるものではない。

本発明の一態様によれば、さらに有機光増感分子および有機発光分子がイオン液体に再凝集や析出などすることなく、長期間安定な、ＴＴＡ過程による光変換要素が提供される。

本明細書中において、「長期間安定」とは、不活性ガス雰囲気中において８０℃で１００時間保持した場合、保持の前後で有機光増感分子および有機発光分子に起因する光吸収スペクトルのピーク位置およびスペクトル強度が、測定誤差以上に変化しないことをいう。

すでに説明したように、例えば、イオン液体のカチオンが、有機光増感分子および有機発光分子に対して「カチオン−π相互作用」を有しており、かつ／またはイオン液体がそのアニオンの種類によって非水混和性を有していれば、有機光増感分子および有機発光分子のイオン液体に対する溶解および／または分散性を高め、かつ／またはイオン液体中での安定性を高めると考えられるため、長期間安定の上では適する。

本発明の一態様に係る光変換要素の粘度に、特に制限はないが、アップコンバージョン発光がＴＴＡ過程に起因するため、例えば、−１００℃〜２００℃、−５０℃〜１００℃、−３０℃〜８０℃等の光変換要素を使用する温度範囲において液体であると適する。本発明の一態様に係る光変換要素の粘度は、３００Ｋにおいて、０．０００００１Ｐａ・ｓ以上、０．００００１Ｐａ・ｓ以上、０．０００１Ｐａ・ｓ以上、０．００１Ｐａ・ｓ以上であることができ、１Ｐａ・ｓ以下、１０Ｐａ・ｓ以下、１００Ｐａ・ｓ以下、１０００Ｐａ・ｓ以下であることができる。

本発明の一態様に係る該光変換要素の融点（Ｔ_m）および凝固温度（Ｔ_f）に特に制限はないが、発光がＴＴＡ過程に起因するため、光変換要素を使用する温度範囲において液体であると適する。融点は、−２００℃以上、１０℃以下、０℃以下、−１０℃以下、−３０℃以下、−５０℃以下であることができる。凝固温度は、−２００℃以上、０℃以下、−１０℃以下、−３０℃以下、−５０℃以下であることができる。通常の室環境においての使用のためには、融点、凝固温度共に０℃以下であると適する。

本発明における一態様に係る光変換要素を装置に使用する場合には、水分量を、１重量％以下、０．１重量％以下、０．０１重量%以下、０．００１重量％以下とすることができる。
酸素が存在すると、ＴＴＡ過程で励起状態をクエンチし、変換効率を低下させるので、本発明における一態様に係る光変換要素では、酸素濃度を、１００ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、１ｐｐｍ以下、０．１ｐｐｍ以下とすることができる。
これらの目的のため、本発明の一態様に係る光変換要素を有する装置には、酸素ゲッター、水吸収材料を共存させることができる。

本発明に使用できる有機光増感分子および有機発光分子は、その組み合わせがＴＴＡ過程に基づいて発光するものであれば、制限なく広く用いることができる。また、吸光波長、発光波長は、太陽光のスペクトル範囲内から、制限なく選択することができ、例を挙げると、可視〜近赤外域の光をアップコンバージョンする態様においては、可視〜近赤外域に光吸収帯および／あるいは発光帯を有するπ共役分子を用いることができる。

本発明の一態様に係る有機光増感分子としては、例えば、メソ−テトラフェニル−テトラベンゾポルフィリン金属錯体、オクタエチルポルフィリン金属錯体などの金属ポルフィリン類、および金属フタロシアニン類を含むがこれらに限られない。錯体中の金属としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｃｕなどを用いることができる。有機発光分子としては、例えば、９，１０−ジフェニルアントラセン，９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン、ペリレン、ルブレンなどを含むがこれらに限られない。ＴＴＡ過程に基づいて発光する有機光増感分子および有機発光分子については、芳香族π電子共役系化合物、特に多環芳香族π電子共役系化合物など、および例えば、非特許文献５に記載されているものなどを含め、広く用いることができる。

有機光増感分子および有機発光分子の光変換要素中における含有量には、ＴＴＡ過程および／または光変換効率の低下等を生じなければ、特に制限はない。本発明の一態様に係る光変換要素は、有機光増感分子および光発光分子をそれぞれ、例えば、０．０００００１重量％以上、０．００００１重量％以上、０．０００１重量％以上含むことができ、１重量％以下、５重量％以下、１０重量％以下含むことができる。

本態様においては、有機光増感分子および有機発光分子を揮発性有機溶媒に溶解させた溶液を、イオン液体に加えて攪拌することにより、イオン液体中に目視上均質かつ透明に混和させられるものである。

本明細書中において、「攪拌」とは、液体の容器自体を動かすこと、液体中の物体を動かすこと、液体中の物体を振動させること、液体自体を流動させること、液体自体を振動させること、液体中に気体を噴出させること、またはこれらの操作の２つ以上を順次もしくは同時に行うこと、および間接的にこれらの操作を生じることをいう。なお、この液体は固体を含むことができる。更に、「撹拌」には超音波を利用するものやマイクロ波などの分子が振動、吸収するエネルギーの利用または併用を含むことができる。
そして、本明細書中において、揮発性有機溶媒についての「痕跡量」とは、光吸収スペクトルの測定に基づいて、イオン液体に対して揮発性有機溶媒をノイズレベル以下でしか検出できない量をいう。

本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、有機光増感分子および有機発光分子の、揮発性有機溶媒中での溶解には、従来の極性−非極性に基づく溶解性の概念が当てはまると考えられるが、有機光増感分子および有機発光分子を含む揮発性有機溶液の、イオン液体への分散・溶解では、従来の極性−非極性に基づく溶解性の概念が当てはまらず、上記イオン液体のアニオンの所で説明したのと同様な考え方により、ある程度まで水と混和する場合があるが、ある程度以上は水と混和しない（非水混和性）イオン液体を用いることにより、有機光増感分子および有機発光分子を含む揮発性有機溶液をイオン液体と目視上均質かつ透明に混合させることができると考えることができる。

さらに本態様においては、有機光増感分子および有機発光分子を含む揮発性有機溶液をイオン液体中に、目視上均質かつ透明に混和させた後で、揮発性有機溶媒を高真空下で、痕跡量以下まで除去しても、有機光増感分子および有機発光分子をイオン液体中に、目視上均質かつ透明に溶解および／または分散させたままにできることを見いだした。

本発明がなんらかの理論に拘束されることを意図しないが、揮発性有機溶媒を除去した後では、上記イオン液体のカチオンのところで説明した「カチオン−π相互作用」と思われるエネルギー安定化相互作用により、有機光増感分子および有機発光分子のイオン液体中での目視上均質かつ透明な溶解および／または分散が安定化されるものと考えられる。

本発明の一態様に係る揮発性有機溶媒としては、本発明に係る有機光増感分子および有機発光分子を溶解でき、かつ非水混和性イオン液体と均質かつ透明に混和でき、さらに減圧下で痕跡量程度まで除去できる溶媒であれば、特に制限なく、広く用いることができ、トルエン、ベンゼン、キシレン等の芳香族系溶媒などを有機光増感分子および有機発光分子の溶解性に合わせて適宜選択できる。

本発明の一態様に係る攪拌は、有機光増感分子および有機発光分子を揮発性有機溶媒に溶解させた溶液を、イオン液体中に混和できれば、特に制限なく、超音波、バブリング、攪拌機、液送ポンプ、粉砕機、ビーズミル、ホモジナイザー、湿式ジェットミル、マイクロ波等の技術または装置を用いることができ、これらを単独で、または組み合わせて使用してもよい。

本発明に係る光変換要素のところで説明したように、この光変換要素の製造方法において使用されるこのイオン液体が、さらに有機光増感分子および有機発光分子とカチオン−π相互作用を有しかつ非水混和性であれば、有機光増感分子および有機発光分子をイオン液体中に目視上均質かつ透明に溶解および／または分散を行うことができ、そして有機光増感分子および有機発光分子のイオン液体中での溶解および／または分散を安定化できる。

この光変換要素の製造方法において、イオン液体のカチオンおよびアニオンは、特に制限なく、上記光変換要素に係るイオン液体のカチオン、アニオンとして記載したものを使用できる。これらのカチオンおよびアニオンは、それぞれ１種または２種以上の混合物であってもよい。

用途に関しては、本発明の一態様に係る光変換要素は、太陽電池、光触媒、光触媒型水素・酸素発生装置等において、用いることができる。
例えば、図３は、太陽電池層１、透明背面電極２、透明絶縁膜３、光反射膜５を有する太陽電池において、本発明の一態様に係る光変換要素を用いたアップコンバージョン膜層４を、一例として、透明絶縁膜と光反射膜との間に配置した機器の断面模式図である。例えば、図３の構成により、太陽からの入射光６を、アップコンバートすることにより、太陽電池層が発電に使用できる波長範囲の光の強度を高めて、発電効率をさらに高めることが可能になる。

図３の太陽電池層１の代わりに、例えば、光触媒層を配置することにより、触媒効率の高い、光触媒、光触媒型水素・酸素発生装置を達成することが可能になる。
本発明の一態様に係る光変換要素は、上記構成に限定されることなく、必要に応じて、例えば、透明背面電極と透明絶縁膜との間等必要に応じた配置が可能である。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下に、本発明の一態様の実施例および比較例で用いた、イオン液体、有機発光分子、有機光増感分子、有機揮発性溶媒、使用装置などについて詳細を示す。

イオン液体
本発明に係る態様において、安定で良好な光アップコンバーターが作製できることが見出されているイオン液体。
イオン液体＃１：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：ＣｏｖａｌｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｅｓＩｎｃ、ＣＡＳ番号１７４８９９−８２−２）
イオン液体＃２：１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：ＣｏｖａｌｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｅｓＩｎｃ、ＣＡＳ番号１６９０５１−７６−７）
イオン液体＃３：１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：ＣｏｖａｌｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｅｓＩｎｃ、ＣＡＳ番号１７４８９９−８３−３）
イオン液体＃４：１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリス（トリフルオロメチルスルホニル）メチド（メーカー名：ＣｏｖａｌｅｎｔＡｓｓｏｃｉａｔｅｓＩｎｃ、ＣＡＳ番号１６９０５１−７７−８）
イオン液体＃５：Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（製造元：日清紡、販売元：関東化学、製品番号：１１４６８−５５、ＣＡＳ番号４６４９２７−８４−２）
イオン液体＃６：１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：関東化学、ＣＡＳ番号３８２１５０−５０−７）
イオン液体＃７：１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（販売元：関東化学、製品番号：４９５１４−８５、ＣＡＳ番号：１７８６３１−０４−４）
イオン液体＃８：１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（販売元：関東化学、製品番号：４９５１５−５２、ＣＡＳ番号：１７４８９９−９０−２）
イオン液体＃９：１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（販売元：関東化学、製品番号：４９５１５−６６、ＣＡＳ番号：３５０４９３−０８−２）
＃１〜＃９は、いずれも非水混和性のイオン液体である。
本発明に係る方法を適用しても、有機光増感分子および有機発光分子を溶解させた有機溶媒と目視で認識できる層分離を起こし、光変換要素の作製に適さなかったイオン液体。
イオン液体＃１０：Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムテトラフルオロボレート（製造元：日清紡、販売元：関東化学、製品番号：１１４６９−４５、ＣＡＳ番号４６４９２７−７２−８）
イオン液体＃１１：１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド（販売元：東京化成、製品番号：Ｍ１４４０，ＣＡＳ番号１１９１７１−１８−５）
イオン液体＃１２：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロアセテート（販売元：メルク、製品番号：４９０１４７，ＣＡＳ番号１７４８９９−６５−１）
イオン液体＃１３：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（販売元：関東化学、製品番号：４９５１４−０２，ＣＡＳ番号１４３３１４−１７−４）
＃１０〜＃１３は、いずれも水混和性のイオン液体である。

有機光増感分子
有機光増感分子＃１：メソ−テトラフェニル−テトラベンゾポルフィリンパラジウム（ＣＡＳ番号１１９６５４−６４−７）
有機光増感分子＃２：オクタエチルポルフィリンパラジウム（ＣＡＳ番号２４８０４−００−０）

有機発光分子
有機発光分子＃１：ペリレン（ＣＡＳ番号１９８−５５−０）
有機発光分子＃２：９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン（ＣＡＳ番号１００７５−８５−１）
有機発光分子＃３：９，１０−ジフェニルアントラセン（ＣＡＳ番号１４９９−１０−１）
揮発性有機溶媒
トルエン（メーカー名：和光純薬、品番：２０９−１３４４５）
ベンゼン（メーカー名：和光純薬、品番：０２１−１２３０１）
ノルマルヘキサン（メーカー名：和光純薬、品番：０８２−０６９０１）
シクロヘキサン（メーカー名：アルドリッチ、品番：２２７０４８）

装置類
バスソニケーター（メーカー名：Ｂｒａｎｓｏｎ、型番：Ｍｏｄｅｌ３５１０）
ガラス製パスツールピペット（メーカー名：フィッシャーサイテンティフィック、製品番号：５−５３５１−０１）
真空チャンバー（アルミニウム製、内部寸法直径１０ｃｍ×高さ６ｃｍの円筒形特注品）
ロータリーポンプ（メーカー名：ＵＬＶＡＣ、型番：ＧＬＤ−０５１、設計到達圧力は１Ｐａ以下である。）
スクロールポンプ（メーカー名：Ｅｄｗａｒｄｓ、型番：ＸＤＳ３５ｉ、設計到達圧力は１Ｐａ以下である。）
ターボ分子ポンプ（メーカー名：ファイファーバキューム、型番：ＨｉＣｕｂｅ８０、実質到達真空度約１０^-4〜１０^-5Ｐａ）

連続光レーザー発光器＃１（波長：６３２．８ｎｍ、メーカー名：ＣＶＩメレスグリオ、型番：０５ＬＨＰ９９１）
連続光レーザー発光器＃２（波長：５３２．０ｎｍ、メーカー名：ＡＯＴＫ、型番：Ａｃｔｉｏｎ５３２Ｓ）
連続光レーザー発光器＃３（Ｈｅ−Ｎｅレーザー、波長：６３２．８ｎｍ、メーカー名：ＣＶＩメレスグリオ，型番：２５ＬＨＰ９２８−２４９）、出力約３０ｍＷ、レーザースポット直径＝約１ｍｍ。測定試料の直前に絞り（アイリス）を設置し、試料位置においてレーザースポット直径を０．８ｍｍ（励起パワー密度＝約６Ｗ／ｃｍ²）とした。
連続光レーザー発光器＃４（ダイオードレーザー、波長：４０７ｎｍ、メーカー名：ＷｏｒｌｄＳｔａｒＴｅｃｈ、型番；ＴＥＣＢＬ−３０ＧＣ−４０５）
連続光レーザー発光＃１：上記連続光レーザー発光器＃１において、励起光源：６３２．８ｎｍ、スポット径：約１ｍｍ、出力：約１１ｍＷのもの。
連続光レーザー発光＃２：上記連続光レーザー発光器＃２において、励起光源：５３２．０ｎｍ、出力：約１０ｍＷのもの。

分光器（メーカー名：ＲｏｐｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、型番：ＳＰ−２３００ｉ）
電子冷却シリコンＣＣＤ検出器（メーカー名：ＲｏｐｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、型番；Ｐｉｘｉｓ１００ＢＲ、横方向１３４０ピクセル）
ＣＣＤビームレーザープロファイラー（メーカー名：Ｏｐｈｉｒ、型番：ＳＰ６２０）
回折格子式分光器（メーカー名：ＰＩＡｃｔｏｎ、型番：ＳＰ２３００）
紫外可視近赤外分光計（メーカー名：島津製作所製、型番：ＵＶ−３６００）

減圧処理＃１：室温下で、ロータリーポンプを用いて、約５時間〜約１２時間減圧（実施例１〜３４、４６〜５６）
減圧処理＃２：室温下で、ターボ分子ポンプで、１０時間以上減圧（実施例３５〜４５、５７〜６４）
なお、減圧処理＃１と減圧処理＃２の違いによって、得られた結果に有意な差異は見られなかった。

実施例１イオン液体への有機光増感分子および有機発光分子の溶解・分散
以下に示す３ステップで、イオン液体に、有機光増感分子および有機発光分子を溶解および／または分散させた。（これらのステップの写真と模式図を、図４に示す。）

ステップ１
室温下で容積１．５〜１０ｍｌのガラス瓶に体積４００μｌのイオン液体＃１（無色透明）を入れた。次に、このイオン液体に、有機光増感分子＃１をトルエン中に溶解させた濃度４×１０^-4Ｍの溶液を５０μｌ、および発光分子＃１をトルエン中に溶解させた濃度４×１０^-3Ｍの溶液を１００μｌ加えたところ、無色透明なイオン液体＃１を下層、緑色の有機光増感分子＃１および有機発光分子＃１を含むトルエン溶液を上層として、層分離したままの状態となった。

ステップ２
上記ステップ１の溶液を、細いガラス製のパスツールピペットを用いて「吸い・吐き」の繰り返しを行い、目視で均質かつ透明な混合液となったのを確認後、ガラス瓶にフタをして、バスソニケーターで、約３０分間、超音波分散器に掛け、さらに混合液の均質度を高めた。

ステップ３
ステップ２で得たイオン液体・有機溶媒混合液を、ガラス瓶のフタを取り除いて、真空チャンバーの中に入れ、上記の減圧処理を行ったところ、目視上均質かつ透明な一層の有機光増感分子・有機発光分子を含むイオン液体の溶液および／または分散体が得られた。真空チャンバーから取り出して、分光光度計により試料に残留するトルエンを定量したところ、減圧処理＃１および＃２のいずれも１．０重量％の範囲内であり、イオン液体の溶液および／または分散体中に含まれるトルエンを痕跡量にまで除去したことを確認した。
有機光増感分子＃１および有機発光分子＃１がイオン液体＃１中に溶解および／または分散している図（図４）を示す。（なお、例外として実施例１のみ、減圧処理＃１および＃２後の両方について、それらの減圧処理後に分光光度計によって試料に残留するトルエンの評価を行っている。）

実施例２〜１７
以下の表１中に示したイオン液体、有機光増感分子、有機発光分子を用いたほかは、実施例１と同じ操作を行ったところ、目視上均質かつ透明な一層の溶液および／または分散体が得られた。実施例１も以下の表１中に示す。

実施例１８光変換要素の光変換確認実験
室温下において、実施例１で作製した試料を、窒素雰囲気下のグローブボックス内に置き、ガラス瓶に密閉フタをつけた後取り出して、連続光レーザー発光＃１を照射したところ、室内灯をつけた室内環境下において、明るい青色のアップコンバージョン発光を、目視で充分に確認できた。本レーザーのスポット径から算出すると、励起パワー密度は約２Ｗ／ｃｍ²であった。アップコンバージョンしている様子の図（図５）を示す。

実施例１９〜３４
以下の表２中に示した実施例中の試料、連続光レーザー発光を用いたほかは、実施例１８と同じ条件下で、各試料に連続光レーザーを照射したところ、室内灯をつけた室内環境下において、明るい青色〜青緑色のアップコンバージョン発光を、目視で充分に確認できた。実施例１８も以下の表２中に示す。
実施例２の試料において青緑色にアップコンバージョンしている様子の図（図６）を示す。

上記試料について、試料から発せられたアップコンバージョン光をレンズで一旦平行光にした後、別のレンズで分光器の入り口スリット（スリット幅：１５０μｍ）に集光して内部の回折格子で回折させた後に、電子冷却シリコンＣＣＤ検出器でアップコンバージョン光のスペクトルを計測・記録した。
図７に示す実施例１８、２２、３０（実施例１、５、１３）のスペクトルは、同一の測定条件・同一のレーザーアライメント条件で測定したものであり、縦軸の相対強度は比較可能である。いずれの試料からも、アップコンバージョン発光のスペクトルが測定された。また、スペクトルの定量比較によって、粘度の最も低いイオン液体＃１から＃２、そして粘度の最も高い＃４の順にアップコンバージョン強度が低下してゆく傾向が観測された。

さらに、実施例１８〜２１（図８中（ａ）（イオン液体＃１、増感分子＃１、発光分子＃１）、（ｂ）（イオン液体＃１、増感分子＃１、発光分子＃２）、（ｃ）（イオン液体＃１、増感分子＃２、発光分子＃１）、（ｄ）（イオン液体＃１、増感分子＃２、発光分子＃３））、実施例２２〜２５（図９中（ａ）（イオン液体＃２、増感分子＃１、発光分子＃１）、（ｂ）（イオン液体＃２、増感分子＃１、発光分子＃２）、（ｃ）（イオン液体＃２、増感分子＃２、発光分子＃１）、（ｄ）（イオン液体＃２、増感分子＃２、発光分子＃３））、実施例２６〜２９（図１０中（ａ）（イオン液体＃３、増感分子＃１、発光分子＃１）、（ｂ）（イオン液体＃３、増感分子＃１、発光分子＃２）、（ｃ）（イオン液体＃３、増感分子＃２、発光分子＃１）、（ｄ）（イオン液体＃３、増感分子＃２、発光分子＃３））のそれぞれの発光スペクトルの図を示す。

実施例３５〜４４
イオン液体中有機光増感分子および有機発光分子の溶液および／または分散体の長時間安定性の確認
実施例１、２、５、６、９、１０、１４〜１７の試料において減圧処理＃１の代わりに減圧処理＃２を行ったものを、光路長１ｍｍの薄型石英セルを使用して、室温・室湿度下で、作製直後に光吸収スペクトルを測定した。その後、試料を不活性ガス（アルゴン）で満たした密閉容器に入れ、この密閉容器を８０℃の恒温オーブンに入れ加速試験（エージング試験）を行った。８０℃・室湿度下で１００時間半（１００．５時間）保持後に密閉容器を高温オーブンから取り出し、その後３８時間室温・室湿度下で静置した後、密閉容器のフタを開け、直ちに光吸収測定を行った。

いずれの試料においても、光吸収スペクトルは変化しておらず、イオン液体中での有機光増感分子および有機発光分子の溶液および／または分散体が長期間安定であることが確認された。
実施例１、２、５、６、９、１０、１４〜１７のサンプルの光吸収スペクトルのエージング前後でのスペクトルデータを、それぞれ図１１〜２０に示す。

実施例４５
イオン液体中有機光増感分子および有機発光分子の溶液および／または分散体の長期間安定性の確認（２）
実施例１において減圧処理＃１の代わりに減圧処理＃２を行って作製した試料を、アルゴンガスで満たされたステンレス製グローブボックスの中で、内寸２ｍｍ×２ｍｍ、外寸３ｍｍ×３ｍｍ、長さ４０ｍｍの正方形断面形状を有する片端閉じ石英管に、その全長の３／４程度注入し、その後すぐ、同じアルゴンで満たしたグローブボックス中において、低融点ハンダと汎用の電子工作用半田ごてを用いて、石英管の開端口を閉じて密閉し、試験試料とした。この試験試料を、作製から１０か月間、室内の蛍光灯のあたる机の上（空気中、室温・室湿度）に置き、作製から１０か月経過した時点で、連続光レーザー発光＃１を照射したところ、室内灯をつけた室内環境下において、作製直後と目視で変わらない、明るい青色のアップコンバージョン発光を確認できた。本試験試料が、作製から１０か月経過後に、光アップコンバージョンをしている様子の写真（図２１）（イオン液体＃１、有機光増感分子＃１の濃度５×１０^−５Ｍ、有機発光分子＃１の濃度１×１０^−３Ｍ、連続光レーザー発光器＃１）を示す。

実施例３５〜４５により、イオン液体が、有機光増感分子および有機発光分子と「カチオン−π相互作用」を有しかつ非水混和性である場合、光変換要素が、長期間安定であることが判明した。

実施例４６アップコンバージョン量子効率の測定１
連続光レーザー発光＃１を用いて、実施例１３についての量子効率を算出したところ、励起強度密度２Ｗ／ｃｍ²において、約１．６％のアップコンバージョン量子効率を達成したことが判明した。
アップコンバージョン量子効率決定の手順１
まず、試料およびリファレンスを、アルゴンで満たしたグローブボックス中において、内寸２ｍｍ×２ｍｍ、外寸３ｍｍ×３ｍｍ、長さ４０ｍｍの片閉じ矩形ガラス管（メーカー：水戸理化ガラス、特注品、図番：ＥＡ００６６）にその全長の約半分程度注入し、その後すぐ、同じアルゴンで満たしたグローブボックス中において、低融点ハンダ（融点１５５℃、製品名：セラソルザ・エコ＃１５５、販売元：栄信工業株式会社）と汎用の電子工作用半田ごてを用いて、矩形ガラス管の開端口を閉じて密閉した。
ここで、試料は、「実施例１の手順で作製された表１における実施例１の試料」であり、リファレンスとは、有機発光分子＃２のトルエン溶液（モル濃度：１×１０^-4ｍｏｌ／ｌ）である。

有機発光分子＃２のベンゼン溶液を波長４００ｎｍ付近で励起した場合の発光量子効率は、文献（Ｐ．Ｊ．ＨａｎｈｅｌａａｎｄＤ．Ｂ．Ｐａｕｌ，ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．５５３〜５５９，１９８４）に記載されたように、約８５％である。ベンゼンとトルエンには溶媒としての若干の差異はあるものの、しばしばこの若干の差異が発光量子効率に与える影響は大きくないと想定され、例えば、非特許文献５において試料の量子効率が見積られた際も、リファレンスとして有機発光分子＃２のトルエン溶液が用いられ、その発光量子効率を８５％とし、試料の量子効率を求めるという方法が取られている（この事は、非特許文献５のＦｉｇｕｒｅ５のキャプション中に記載されている）。すなわち、本発明の実施例における試料の量子効率の求め方は、用いたリファレンス中の有機発光分子＃２の濃度が異なるだけで、基本的には非特許文献５において採られた方法と同じであった。

本発明の実施例においては、まず、試料に連続光レーザー発光器＃１から出射される連続光レーザー発光＃１を入射し、分光器（既出）および電子冷却シリコンＣＣＤ検出器（既出）を用いて、発光スペクトルを測定した。測定条件は、分光器の入口スリット幅：１５０μｍ、シリコンＣＣＤ検出器の露光時間：０．０１秒であった。
続いて、リファレンスに波長４０５ｎｍのダイオードレーザー（スポット径：約１ｍｍ、メーカー名：ＷｏｒｌｄＳｔａｒＴｅｃｈ社、型番：ＴＥＣＢＬ−３０ＧＣ−４０５）を入射し、その発光スペクトルを、上記と同じ測定条件で測定した。
別途、分光光度計（既出）によって、試料とリファレンスの光吸収スペクトルを測定した。

以上の測定データを基に、当業者に通常用いられる方法によって、試料のアップコンバージョン量子効率が求められる。本発明の実施例における、アップコンバージョン量子効率の定義は、２個の入射光子から必ず１個のアップコンバートされた光子が生成される場合を１００％とするものである。

なお、背景技術において、先行事例として媒体にスチレンオリゴマーを用いた非特許文献４に言及したが、この事例では、約１４Ｗ／ｃｍ²の励起強度でアップコンバージョン量子効率が最大約３．２％であった。ＴＴＡ過程による光アップコンバージョンは、量子効率が励起強度の２乗に比例して変化しうることが知られている（非特許文献２のＦｉｇｕｒｅ５に記載）。本発明の実施例（実施例４６）における連続光レーザー発光＃１の励起強度は、約２Ｗ／ｃｍ²であり、これは非特許文献４における励起強度のおよそ７分の１にあたる。そこで、もし非特許文献４における励起強度が（本発明の実施例における励起強度と同様な）その７分の１程度だったとしたら、アップコンバージョン量子効率は、３．２％÷７÷７＝０．０６５％程度だったことが導かれる。本発明の実施例（実施例４６）におけるアップコンバージョンの値、すなわち約１．６％は、この先行事例の値を大きく上回っている。このような差は、スチレンオリゴマーが高粘度媒体であることが一因となっていると考えられる。

なお、本発明の実施例４６における試料では、未だ量子効率を最大化するための最適条件探索が全く行われていなかった、という点は強調されるべきである。すなわち、本アップコンバージョン量子効率を測定した「実施例１の手順で作製された表１における実施例１の試料」は、アップコンバージョン量子効率を最大化する条件最適化（最適な増感分子濃度および発光分子濃度の探索）が行われていなかった試料である。このことから、本発明の実施例４６における試料に対してもアップコンバージョン量子効率を最大化する条件最適化を行えば、先行事例（非特許文献４）におけるスチレンオリゴマーを媒体とした場合のアップコンバージョン量子効率を大きく上回る量子効率が得られることが示された。このように、本発明に係る態様は、先行事例（非特許文献４）から大きく進歩したアップコンバージョン量子効率を提供するものであることが判明した。

実施例４７〜５０揮発性有機溶媒の種類を変えた場合における溶解および／または分散試験
イオン液体＃１（実施例４７）、イオン液体＃２（実施例４８）、イオン液体＃３（実施例４９）、イオン液体＃５（実施例５０）において揮発性有機溶媒としてトルエンの代わりに、ベンゼンを使用した以外は、実施例１と同様の操作を行ったところ、実施例１と同様な目視上均質かつ透明な一層の溶液および／または分散体が得られた。

実施例５１〜５３光変換要素の光変換確認実験
以下の表３中に示したイオン液体を用いたほかは、実施例１と同じ操作を行ったところ、目視上均質かつ透明な一層の溶液および／または分散体が得られた。

実施例５４〜５６
以下の表４中に示した実施例５１〜５３中の試料、連続光レーザー発光を用いたほかは、実施例１８と同じ条件下で、各試料に連続光レーザーを照射したところ、室内灯をつけた室内環境下において、明るい青色のアップコンバージョン発光を、目視で充分に確認できた。

アップコンバージョン量子効率決定の手順２
まず、内寸１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、外寸２．０ｍｍ×２．０ｍｍの正方形断面形状を有する石英管（メーカー：ＶｉｔｒｏＣｏｍ、品番：ＱＡ１０１）を長さ２５ｍｍに切断し、洗浄後、バーナーで片端を閉じ、量子効率測定に用いる片端閉じ石英管を作製する。続いて、前述の手順で作製した試料を、アルゴンガスで満たされたステンレス製真空グローブボックス（メーカー：ＵＮＩＣＯ、品番：ＵＮ−６５０Ｆ）の中で、上記の片端閉じ石英管にその全長の３／４程度試料液体を注入し、上記アップコンバージョン量子効率決定の手順１と同様に、石英ガラス管の開端口を閉じて密閉し測定試料とした。なお、本節（アップコンバージョン量子効率決定の手順２）において、リファレンス液には、有機発光分子＃２のトルエン溶液（モル濃度：１×１０^-5ｍｏｌ／ｌ）を用いた。
試料石英菅の空間位置を精度よく決定・再現するために、手動マイクロメーターにより精密に位置決めがなされるステンレス製ＸＹＺステージ（製造メーカー：駿河精機（株）、品番：ＢＳＳ７６−４０Ｃ）上に保持された特注の試料石英管保持用ステンレス製ホルダーに試料石英管をセットした。サンプルおよびリファレンス液が入った試料石英菅を、それぞれ連続光レーザー発光器＃３および＃４を用いて照射した。石英管位置におけるビームスポット径は、ＣＣＤビームレーザープロファイラーを用いて測定して約０．８ｍｍであった。試料石英管からの発光をレンズにより一旦平行光とした後、別のレンズにより３０ｃｍ回折格子式分光器（メーカー名：ＰＩＡｃｔｏｎ、型番：ＳＰ２３００）のスリットへ再集光した。得られた光発光のスペクトルは、使用した回折格子の波長依存性および電子冷却アレイ型ＣＣＤ検出器（メーカー名：ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、型番：ＰＩＸＳＩＳ：１００ＢＲ）の波長依存性について補正された。これと共に１ｍｍ厚の石英光学セル（メーカー名：Ｓｔａｒｎａ、型番：Ｔｙｐｅ５３／Ｑ／１）中に充填したサンプル液、およびリファレンス液の光吸収スペクトルを、紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定した。上記有機発光分子＃２のベンゼン溶液を波長４００ｎｍ付近で励起した場合の発光量子効率の記載箇所において既に述べたように、本リファレンス液の発光量子効率は約８５％と既知であることから、これを基にサンプルのアップコンバージョン量子効率の値を計算した。

実施例５７〜６４アップコンバージョン量子効率の測定２
上記のアップコンバージョン量子効率決定の手順２を用いて、濃度１×１０^-5（ｍｏｌ／ｌ）の有機光増感分子＃１，濃度３×１０^-3（ｍｏｌ／ｌ）の有機発光分子＃１、イオン液体＃１、＃３、＃６、＃７，＃８，＃２、＃９、＃５を用いた測定結果に基づいて、量子効率の値を計算した結果を表５に示す。

上記のアップコンバージョン量子効率の測定２の結果（表５）に示すように、本発明に係る一態様において、連続光励起で測定された既報文献において報告されたアップコンバージョン量子効率の値（非特許文献１、非特許文献４、非特許文献５）から大きく改善したアップコンバージョン量子効率の値を達成した。

本発明の実施例における、アップコンバージョン量子効率の定義は、２個の入射光子から必ず１個のアップコンバートされた光子が生成される場合を１００％とするものである。なお、現状、当業者の間で用いられているアップコンバージョン量子効率の定義には２種類あり、一つは上述の本発明の実施例において用いられる定義（最大値が１００％）であり、もう一つは、２個の入射光子から必ず１個のアップコンバートされた光子が生成される場合を５０％とするものである。後者の定義ではアップコンバージョン量子効率の最大値は５０％となり、このような定義は、例えば、非特許文献５などにおいて採用されている。

上記のアップコンバージョン量子効率の測定結果（表５）に示すように、本発明に係る一態様において、最大約１０％の量子効率が達成されている。なお、表５の例（実施例５７〜６４）は、いずれも６３２．８ｎｍ（励起波長）から４７５ｎｍ（アップコンバージョン発光スペクトルのピーク波長、図７）付近への変換であり、エネルギーアップシフト量ΔＥ（ｅＶ）を、アップコンバージョン発光スペクトルのピーク波長の光子エネルギーと励起波長の光子エネルギーとの差と定義すれば、表５は、ΔＥ＝１２４０／４７５ − １２４０／６３２．８＝０．６５ｅＶのエネルギーアップシフトに関するアップコンバージョンの結果を示すものである。

本発明に係る一態様で観測されたアップコンバージョン量子効率の値（最大約１０％、表５）と、揮発性有機溶媒を有機分子の媒体に用いて行われた従来例において報告されたアップコンバージョン量子効率の値とを比較することは、事例間で量子効率の測定条件やエネルギーアップシフト量（ΔＥ（ｅＶ））を含む様々な条件が異なっており、また、一般に狙うΔＥが大きい程アップコンバージョン量子効率は低下する傾向があることなどから、必ずしも容易ではない。しかし、大まかな目安を示す目的で比較を試みれば、非特許文献１では「溶媒：明確に記載されていないが文脈からベンゼンまたはトルエンと推定、ΔＥ：約０．４３ｅＶ、量子効率：２％またはそれ以上」、非特許文献５では「溶媒：トルエン、ΔＥ：約０．６５ｅＶ、量子効率：６．４％」、非特許文献１０では「溶媒：トルエン、ΔＥ：約０．６ｅＶ、量子効率：２．４％」、非特許文献１１の一つの形態では「溶媒：ベンゼン、ΔＥ：約０．２ｅＶ、量子効率：約１５％」、非特許文献１１のもう一つ形態では「溶媒：ベンゼン、ΔＥ：約０．４ｅＶ、量子効率：約６％」、非特許文献１２では「溶媒：ベンゼン、ΔＥ：約０．８ｅＶ、量子効率：約１％」、であった。これらの量子効率は、前述した本発明の実施例において用いられる定義（最大値が１００％）に合致させた値である。先に述べたように、ΔＥが大きい程アップコンバージョン量子効率は低下する傾向があることなどにより、各事例間では様々な条件が異なり量子効率の値の単純な比較は難しいが、本発明の実施例（表５）で観測された値（ΔＥ：約０．６５ｅＶ、量子効率：約１０％）は、少なくともこれらの従来事例における値に劣っておらず、むしろ、ΔＥの大小を考慮に入れて比較すれば、従来事例における値より優位となっている。

さらに、実施例５７、５８、５９、６０、６３について、連続光レーザー発光器＃３を用い、アップコンバージョン量子効率の励起強度依存性を測定した（［図２２］参照）。このように、いずれの場合も、励起強度の増大につれて、アップコンバージョン量子効率の値はそれぞれ一定値へと収束していった。アップコンバージョン量子効率の値が励起強度に依存しなくなるということは、生成された三重項励起状態のほぼすべてが、その励起状態寿命のうちに三重項−三重項消滅のパートナーを見つけられているということであり、これは媒体（イオン液体）内において有機分子の拡散運動および有機分子間のエネルギー移動が十分に高いレートで行われていることの証拠である。仮にもし、媒体内に三重項励起状態を効率よくクエンチ（基底状態への非発光緩和）させてしまう酸素分子などが有意に残留している場合には、三重項励起状態にある有機分子の少なくない数は、三重項−三重項消滅のパートナーを見つけるよりも先に酸素分子と衝突し基底状態へとクエンチしてしまう。このような効率的でない状況においては、アップコンバージョン量子効率の値は、生成される三重項励起状態の濃度、すなわち励起強度に比例して増加してゆくことになる。すなわち、図２２において、３０ｍＷ以下と比較的弱い励起強度にも関わらず、このようなアップコンバージョン量子効率の一定値への収束が見られているということは、イオン液体内部では十分に高いレートで有機分子の拡散運動および有機分子間でのエネルギー移動が起きているということである。このような望ましい性質は、媒体に蒸気圧が極めて低いイオン液体を用いることにより試料液体を直接ターボ分子ポンプによって排気することが可能となり、その結果三重項励起状態を高速にクエンチさせてしまう酸素分子の容易な除去が可能となったことで実現されたものと考えられ、このような観点からも、媒体にイオン液体を用いたことについて従来には無い利点が存在しているといえる。このようなターボ分子ポンプによる試料の直接脱気は、従来の揮発性溶媒を用いた試料には適用できない方法だからである。

さらに、前段落の記述を補強するため、本発明に係る一態様では独自の解析モデルを導出した。式１は、本発明に係る一態様において導出された、励起強度とアップコンバージョン量子効率の関係を表す無次元方程式である。
ここで、０≦Θ≦１、０≦Λ＜∞であり、各変数は
と定義される。式２における変数は、θ：アップコンバージョン量子効率、ε：有機発光分子の最低励起一重項準位からの発光量子効率、φ：三重項−三重項消滅の結果として一重項が生成される確率、Ｎ_ex：有機増感分子によって吸収される光子をモル数で表したレート（単位：Ｍｓ^-1）、ｋ_TTA：三重項−三重項消滅のレート（単位：Ｍ^-1ｓ^-1）、ｋ_T(E)：有機発光分子の最低三重項準位から基底状態への自発緩和レート（単位：ｓ^-1）、であり、０≦θ≦１、０≦ε≦１、０≦φ≦１である。式１は、有機分子間の衝突・エネルギー移動のレートが十分に高いことを仮定して導出された解析式である。図２３に、図２２の横軸をＮ_exに直して表示した実験データプロット、およびそれらに対する式１によるフィッティングカーブを示す。分子間のエネルギー移動レートが十分に高いことを仮定して導出されたモデル（式１）と実験結果はよい一致を示しており、図２２で観測されたアップコンバージョン量子効率の一定値への収束が、有機分子間の衝突・エネルギー移動のレートが十分に高いことに起因するものであることが確認された。

比較例１揮発性有機溶媒を用いないイオン液体への有機光増感分子および有機発光分子の溶解性試験
室温下で約０．５グラムのイオン液体＃１を、石英製の乳鉢に入れた。次に、約０．５ミリグラムの有機光増感分子＃１および約１ミリグラムの有機発光分子＃２の粉末を振りかけて、約６時間放置した。上記有機光増感分子＃１は、暗緑色を呈する粉末状態でイオン液体＃１上に浮いたままであり、上記有機発光分子＃２は、黄橙色を呈した粉末状態でイオン液体＃１上に浮いたままであった。その後室温下で約４時間放置したが、図２４に示すように、上記有機光増感分子および有機発光分子の状態に変化は観察されなかった。

比較例２乳鉢でのすりつぶしによるイオン液体中での溶解・分散テスト
比較例１の上記有機光増感分子および有機発光分子を石英製乳棒で約３０分間すり潰した。イオン液体が目視上色づき、固体粉末が液面および液内部に浮遊する、不均質な分散体となった。これを光学顕微鏡を用いて、倍率５０倍で観察したところ、上記有機光増感分子および有機発光分子の大半が細かな固体粉末のままであることを確認した。

比較例３超音波を用いたイオン液体中での溶解・分散テスト
比較例１において、有機光増感分子および有機発光分子を振りかけた後に、約３０分間超音波分散器に掛けてさらなる分散を試みたが、目視上イオン液体が若干色づき、液面および液内部に固体粉末の浮遊する、不均質な分散体のままであった。

揮発性有機溶媒中に溶解しないと、有機光増感分子＃１および有機発光分子＃２は、本発明に係る攪拌を行っても、イオン液体＃１中には、均質に溶解・分散しないことが判明した。

比較例４〜７イオン液体に水混和性を与えるアニオンを有するイオン液体を用いた溶解・分散テスト
イオン液体＃１０（比較例４）、イオン液体＃１１（比較例５）、イオン液体＃１２（比較例６）、イオン液体＃１３（比較例７）を用いた以外は、実施例１と同じ手順を行ったところ、有機発光分子＃１（黄色）の一部は、イオン液体側に移動しているようではあったが、有機光増感分子＃１（緑色）の大半は、目視では上層のトルエン溶液の方に残ったままであって、依然としてイオン液体と有機分子のトルエン溶液が目視で層分離を起こしており、減圧過程（揮発性有機溶媒除去過程）において、有機光増感分子および有機発光分子の固体析出を伴うことなく、これらの分子をイオン液体中に目視上均質に溶解・分散させることはできないことを確認した。

比較例４〜７により、イオン液体に水混和性を与えるアニオンを有するイオン液体＃１０〜＃１３を使用すると、実施例１に係る手順では、有機光増感分子＃１および有機発光分子＃１がイオン液体＃１０〜＃１３中に目視上均質に溶解・分散できないことが示された。

比較例８〜１３イオン液体に水混和性を与えるアニオンを有するイオン液体用いた溶解・分散テスト
揮発性有機溶媒として有機発光分子＃１および有機光増感分子＃１を溶解していないｎ−ヘキサンを用いた以外は、イオン液体＃１，＃２，＃３，＃５，＃６に対して、実施例１のステップ１およびステップ２と同じ手順を行ったところ、ｎ−ヘキサンと、非水混和性のイオン液体とで、完全な層分離が生じ、一切混和しなかったことを目視上確認した。このような、無極性溶媒であるｎ−ヘキサンが目視上全く混和せず、同じ無極性溶媒であってもπ電子を有するベンゼンおよびトルエンは混和するという実験結果により、本発明に係る態様で用いたこれらのイオン液体において、「カチオン−π相互作用」が有意に働いていることが示唆された。

比較例１４〜２１本発明の一態様に係る非水混和性イオン液体と、二種類の無極性溶媒（ベンゼン・シクロヘキサン）との混和性の比較テスト
本発明の一態様に係る非水混和性のイオン液体＃１、＃５、＃６、＃９と、二種類の無極性溶媒、ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）（比較例１４〜１７）およびシクロヘキサン（Ｃ_６Ｈ_１２）（比較例１８〜２１）、との混和性を比較する実験を行った。これら４種類のイオン液体と２種類の無極性溶媒との組み合わせを調べるため、シリコンキャップで簡易的に密閉ができるガラス容器（容量：約１．５ｍｌ）を８個用意した。これらのうち４個には、まず３００μｌのイオン液体＃１、＃５、＃６、＃９を加え、その上から過剰量（＞１ｍｌ）のベンゼンを加え、残りの４個には、同様にまず３００μｌのイオン液体＃１、＃５、＃６、＃９を加え、その上から過剰量（＞１ｍｌ）のシクロヘキサンを加えた。これら８個のガラス容器は、シリコンキャップで簡易的に密閉した後、手で約１分間よく振って撹拌した。撹拌後の、これらのガラス容器の様子を図２５および図２６に示す。これらの図において、破線矢印は元々のイオン液体の液面位置、実線矢印は撹拌後に観察された二層分離界面の位置を示す。ベンゼンにおいては、撹拌後の二層分離界面位置（実線矢印）が初期のイオン液体液面位置（破線矢印）より高い位置にきており、イオン液体がベンゼンとある一定体積比まで混和したことを示す（図２５）ものの、同じ無極性溶媒でもπ電子を持たないシクロヘキサンでは、撹拌後の二層分離界面位置（実線矢印）と初期のイオン液体液面位置（破線矢印）が一致しており、混和が起こらなかったことを示している（図２６）。この結果は、これらのイオン液体との相互作用は、極性・無極性の区別ではなく、π電子の有無の区別によって支配されていることを明確に示すものである。このような、同じ無極性分子であってもπ電子を有するベンゼンはイオン液体内部に侵入できるという実験結果により、本発明の一態様に係るこれらのイオン液体において、「カチオン−π相互作用」が有意に働いていることが強く示唆された。

本発明に係る光変換要素は、長期間安定に光をアップコンバートできるため、例えば、太陽電池、光触媒、光触媒型水素・酸素発生装置等を含む、光エネルギーを利用したエネルギー分野において、広く用いることができる。

１太陽電池層
２透明背面電極
３透明絶縁膜
４アップコンバージョン膜層
５光反射膜
６入射光

Claims

三重項−三重項消滅過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて成る、目視上均質かつ透明な光変換要素。
該イオン液体が、有機光増感分子および有機発光分子とカチオン−π相互作用を有しかつ非水混和性である、請求項１に記載の光変換要素。
該イオン液体中のアニオンが、[Ｎ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂]^-、[Ｃ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃]^-、［ＰＦ₆］^-、[（Ｃ₂Ｆ₅）₃ＰＦ₃]^-、［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、独立して、ＣＨ₃（ＣＨ₂）_n（ここで、ｎ＝１，２，３，４，５，６，７，８，９である）またはアリールである）から成る群から選択された１種または２種以上である、請求項１または２に記載の光変換要素。
該イオン液体中のカチオンが、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、チアゾリウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、第四級ホスホニウムカチオン、スルホニウムカチオンから成る群から選択された１種または２種以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光変換要素。
該溶液および／または該分散体が、長期間安定である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光変換要素。
３００Ｋにおける粘度が、１Ｐａ・ｓ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変換要素。
融点（Ｔ_m）、凝固温度（Ｔ_f）が、共に０℃以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光変換要素。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変換要素を用いた太陽電池。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変換要素を用いた光触媒。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光変換要素を用いた光触媒型水素・酸素発生装置。
ａ）三重項−三重項消滅過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、揮発性有機溶媒中に溶解させた有機溶液を生成させる工程と、
ｂ）イオン液体と、該揮発性有機溶液とを攪拌により混和させて目視上均質かつ透明な溶液および／または分散体を生成させる工程と、
ｃ）該溶液および／または該分散体から減圧下で該揮発性有機溶媒を痕跡量以下まで除去する工程と、
を含んで成る、目視上均質かつ透明な光変換要素の製造方法。
該イオン液体が、有機光増感分子および有機発光分子とカチオン−π相互作用を有しかつ非水混和性である、請求項１１に記載の方法。
該イオン液体中のアニオンが、[Ｎ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂]^-、[Ｃ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃]^-、［ＰＦ₆］^-、[（Ｃ₂Ｆ₅）₃ＰＦ₃]^-、［ＢＲ₁Ｒ₂Ｒ₃Ｒ₄］^-（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、独立して、ＣＨ₃（ＣＨ₂）_n（ここで、ｎ＝１，２，３，４，５，６，７，８，９である）またはアリールである）から成る群から選択された１種または２種以上である、請求項１１または１２に記載の方法。
該イオン液体中のカチオンが、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、チアゾリウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、第四級ホスホニウムカチオン、スルホニウムカチオンから成る群から選択された１種または２種以上である請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
該光変換要素の３００Ｋにおける粘度が、１Ｐａ・ｓ以下である、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
該光変換要素の融点（Ｔ_m）、凝固温度（Ｔ_f）が、共に０℃以下である、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
該攪拌が、超音波、バブリング、攪拌機、液送ポンプ、粉砕機、ビーズミル、ホモジナイザー、湿式ジェットミル、マイクロ波のいずれか一種またはそれらの組み合わせにより行われる、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。