(57)【要約】【課題】本発明は、カソード電極及びその両界面に接する有機層との結合力を上昇させ、信頼性の向上した発光素子及びこれを適用した表示装置を提供する。【解決手段】発光素子は、互いに対向するアノード電極及びカソード電極と、前記アノード電極とカソード電極との間に位置している発光層と、前記発光層とカソード電極との間に位置しており、弧立電子対を有する原子を含む複素環式（ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ）化合物の第１成分、及び前記第１成分よりも小さい含有量で電子注入性金属及び電子注入性金属化合物の少なくともいずれか一つを含む第２成分を有する。弧立電子対を有する原子が前記カソード電極をなす金属と結合する電子輸送層とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するアノード電極及びカソード電極と、
前記アノード電極とカソード電極との間に位置している発光層と、
前記発光層とカソード電極との間に位置しており、弧立電子対を有する原子を含む複素環式（ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ）化合物の第１成分、及び前記第１成分よりも小さい含有量で電子注入性金属及び電子注入性金属化合物の少なくともいずれか一つを含む第２成分を有する発光素子。
【請求項２】
前記弧立電子対を有する原子が前記カソード電極をなす金属と結合する電子輸送層とを備える、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記カソード電極を挟んで前記電子輸送層と反対の面に、前記第１成分を含む第１有機層をさらに備え、
前記電子輸送層と第１有機層はそれぞれ、前記カソード電極の下面と上面に接している、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記電子輸送層と前記カソード電極との間の上面に、前記電子輸送層において前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を水平面に連続して有する、請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１有機層と前記カソード電極との間にある前記カソード電極の第１の表面は、前記第１有機層内の前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を含む、請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記カソード電極と前記電子輸送層との界面は、前記弧立電子対を有する前記原子と前記カソード電極をなす前記金属との前記結合の配列を水平面に連続して有する結合層と、該結合層の上部に層状構造として前記カソード電極をなす金属成分の粒子とを含み、前記層状構造は、前記カソード電極をなす金属成分の粒子の複数の層を備える、請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
前記カソード電極の前記金属成分は、反射透過性金属又は反射透過性金属合金を含むか、
前記カソード電極は１００Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記カソード電極の前記金属成分は、遷移金属をさらに含む、請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記電子注入性金属は、遷移金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のいずれか一つである、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記電子注入性金属化合物は、リチウムキノリンを含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第１有機層に遷移金属をさらに含む、請求項３に記載の発光素子。
【請求項１２】
発光部と透過部とに区分される基板と、
前記発光部に設けられる請求項１〜１１のいずれかに記載の発光素子とを備え、
前記カソード電極は前記透過部に延びて位置している、透明表示装置。
【請求項１３】
前記反射アノード電極と前記発光層との間に第２有機層をさらに備え、請求項１２に記載の透明表示装置。
【請求項１４】
前記カソード電極を挟んで前記電子輸送層と反対の面に、前記第１成分を含む第１有機層をさらに備え、
前記電子輸送層と第１有機層はそれぞれ、前記カソード電極の下面と上面に接している、請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記電子輸送層と前記カソード電極との間の上面に、前記電子輸送層において前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を水平面に連続して有すか、
前記第１有機層と前記カソード電極との間にあるカソード電極の第１の表面は、前記第１有機層内の前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を含む、請求項１３に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関するもので、特に、カソード電極及びその両界面に接する有機層に、弧立電子対を有する有機化合物を含有させることにより、カソード電極と界面における結合力を上昇させ、信頼性の向上した発光素子及びこれを適用した透明表示装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、本格的な情報化時代に入るにつれて、電気的情報信号を視覚的に表現する表示装置（ｄｉｓｐｌａｙ）の分野が急速に発展してきており、これに応じて薄型化、軽量化、低消費電力化した優れた性能を持つ種々の平板表示装置（Ｆｌａｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）が開発され、急速に既存のブラウン管（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）に取って代わっている。
【０００３】
このような平板表示装置の具体的な例には、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ：ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ  ｄｅｖｉｃｅ：ＰＤＰ）、電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ：ＦＥＤ）、有機発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＯＬＥＤ）及び量子点表示装置（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）などを挙げることができる。
【０００４】
このうち、別の光源を必要とせず、装置のコンパックト化及び鮮明なカラー表示ができる点から、有機発光表示装置や量子点発光表示装置のような自発光表示装置が競争力あるアプリケーション（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）として考慮されている。
【０００５】
一方、自発光表示装置は、基板上に複数個のサブ画素を備え、各サブ画素において向かい合っているアノード電極とカソード電極、及びこれらの間に発光層を有する発光ダイオードを備える。
【０００６】
自発光表示装置においては、発光ダイオードそのものから出る光で表示がなされるため、発光ダイオードから出る光の抽出量を効果的に用いることが重要である。このため、透過性を高める目的で光の出る方向に位置するカソード電極の厚さを減らし、装置の性能を安定化する目的でカソード電極及びそれに隣接している構成の信頼性を高めるよう工夫されている。
【０００７】
現在用いられている上部発光構造においては、発光素子のアノード電極は反射金属を含み、カソード電極は反射透過性金属を含む。したがって、アノード電極とカソード電極との間に位置する発光層から出た光が、反射性のアノード電極で反射し、カソード電極との間において繰り返し共振し、アノード電極とカソード電極との距離によって特定波長の光が出射される。このような構造においてより透過効率を上げるために、カソード電極の厚さを薄くしようと試みている。しかしながら、カソード電極は、反射透過性を持つ金属として単一金属を蒸着すると、金属間凝集が発生して表面均一度が低下する不具合があり、合金で主に形成しているが、単一金属のカソード電極構造であれ、合金成分のカソード電極構造であれ、膜の均一度及び高温安定性のために厚さを一定レベル以下にさせることは非常に難しい実情である。
【０００８】
特に、発光部と透過部を共に備える表示装置において、カソード電極は発光部と透過部の両方に共有されているが、透過部に残っているカソード電極によって透過率が顕著に低下する問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１８−１０７１２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した問題点を克服するために案出されたもので、カソード電極と接する有機物層を調整してカソード電極界面における結合力を向上させ、これによって薄い厚さのカソード電極の形成が可能な発光素子及びこれを適用した透明表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発光素子は、カソード電極と、弧立電子対を多量含む有機化合物材料で形成することによって、カソード電極内の金属凝集を防止し、高温でも信頼性を確保することができる。また、本発明の発光素子を適用した透明表示装置は、カソード電極の信頼性を確保し、その厚さを減らして透過率を向上させることができる。
【００１２】
本発明の一実施例による発光素子は、互いに対向するアノード電極及びカソード電極と、前記アノード電極とカソード電極との間に位置している発光層と、該前記発光層とカソード電極との間に位置しており、弧立電子対を有する原子を含む複素環式（ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ）化合物の第１成分、及び前記第１成分よりも小さい含有量で電子注入性金属及び電子注入性金属化合物の少なくともいずれか一つを含む第２成分を有し、前記弧立電子対を有する原子が前記カソード電極をなす金属と結合する電子輸送層とを備えることができる。
【００１３】
前記発光素子は、前記カソード電極を挟んで前記電子輸送層と反対の面に前記第１成分を含む第１有機層をさらに備えることができる。
【００１４】
そして、前記電子輸送層と第１有機層は、前記カソード電極の下面と上面にそれぞれ接することができる。
【００１５】
前記電子輸送層と前記カソード電極との間に、前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を前記電子輸送層の上面に沿って水平面に連続して有することができる。
【００１６】
また、前記第１有機層と前記カソード電極との間にあるカソード電極の第１の表面は、前記第１有機層内の前記弧立電子対を有する原子と前記カソード電極をなす金属との結合を含む。
【００１７】
そして、前記カソード電極と前記電子輸送層との界面は、前記弧立電子対を有する前記原子と前記カソード電極をなす前記金属との前記結合の配列を水平面に連続して有する結合層と、該結合層の上部に層状構造として前記カソード電極をなす金属成分の粒子とを含み、前記層状構造は、前記カスケード電極をなす金属成分の粒子の複数の層を備え得る。
【００１８】
前記カソード電極の前記金属成分は、反射透過性金属又は反射透過性金属合金を含むことができる。
【００１９】
前記カソード電極の前記金属成分は、遷移金属をさらに含むことができる。
【００２０】
前記電子輸送層に含まれた前記電子注入性金属は、遷移金属、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のいずれか一つであり得る。
【００２１】
前記電子輸送層に含まれた前記電子注入性金属化合物は、リチウムキノリンを含む。
【００２２】
また、前記第１有機層に遷移金属をさらに含むことができる。
【００２３】
前記カソード電極は１００Å以下の厚さを有し得る。
【００２４】
また、本発明の一実施例による透明表示装置は、発光部と透過部とに区分される基板と、前記発光部に設けられた反射アノード電極と、前記反射アノード電極上に設けられた発光層と、前記発光層の上部に位置しており、前記発光部及び透過部にわたって設けられたカソード電極と、前記発光層と前記カソード電極との間に位置しており、弧立電子対を有する原子を含む第１成分を有し、前記弧立電子対を有する原子が前記カソード電極をなす金属と結合する電子輸送層とを備えることができる。
【００２５】
前記透明表示装置は、前記反射アノード電極と前記発光層との間に第２有機層をさらに備えることができる。そして、前記第２有機層は、前記発光部及び透過部にわたって備えられ得る。
【００２６】
前記透明表示装置は、上述した発光素子の構成を同一に適用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の発光素子及びこれを適用した透明表示装置は、次のような効果がある。
【００２８】
第一に、本発明の発光素子は、弧立電子対を含む化合物を主な材料としてカソード電極と接する電子輸送層を備え、カソード電極と電子輸送層との界面においてカソード電極を構成する金属が前記弧立電子対と結合するようにし、界面安定化及びカソード電極中の金属間凝集を防止することができる。
【００２９】
第二に、カソード電極の界面において電子輸送層中の弧立電子対の他に、電子輸送層のドーパントとして含有された成分とカソード電極をなす金属との結合力も発生し、高温の環境でもカソード電極が劣化したり変化することを防止し、発光素子の高温信頼性を得ることができる。
【００３０】
第三に、カソード電極を構成する金属と電子輸送層の成分が結合するので、単一金属でカソード電極を構成しても一定以上の信頼性を得ることができる。
【００３１】
第四に、カソード電極下側の電子輸送層だけでなく、カソード電極上側のキャッピング層としても、弧立電子対を含む化合物を主な材料として有機層を構成し、カソード電極の両界面において接している有機層との結合力を向上させ、形成のとき、高温環境でカソード電極全体における変化を防止することができる。
【００３２】
第五に、カソード電極の表面において水平面に沿って弧立電子対とカソード電極をなす金属との膜が形成され、該水平の結合膜に沿ってカソード電極の金属成分が配列されることにより、カソード電極が層状構造を有して均一膜となり、１００Å以下の厚さで薄いカソード電極を形成することができる。したがって、このようなカソード電極を備えて透明表示装置を作製すると透過率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の発光素子を示す断面図である。
【図２】図１のカソード電極とその上部及び下部に位置している有機層を示す斜視図である。
【図３】図２のカソード電極の上部及び下部に位置している有機層に含まれる化合物に含まれた孤立電子対を有する原子と、カソード電極をなす金属或いは第２成分金属との結合を示す式の模型図である。
【図４】図２の孤立電子対を有する原子と第２成分或いはカソード電極をなす金属との結合、及び第２成分とカソード電極をなす金属との結合を示す図である。
【図５】電子輸送層上のカソード電極形成の原理を示す図である。
【図６Ａ】単一金属のカソード膜の波長別透過率を常温と高温で保管時に示すグラフである。
【図６Ｂ】弧立電子対を有しない電子輸送層上に合金カソード膜を形成した構造において、高温保管時における電圧−電流密度特性の変化を示すグラフである。
【図７Ａ】弧立電子対を有しない単一化合物の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図７Ｂ】弧立電子対を有しない二重化合物の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図８Ａ】弧立電子対を有する単一化合物の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図８Ｂ】弧立電子対を有する有機化合物とＬｉｑの二重化合物からなる電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図９Ａ】弧立電子対を有しない単一化合物の電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図９Ｂ】弧立電子対を有しない単一化合物の電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図１０Ａ】弧立電子対を有する有機化合物にＹｂのドーピングを有する電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図１０Ｂ】弧立電子対を有する有機化合物にＹｂのドーピングを有する電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【図１１Ａ】図９Ａ及び図１０Ａのそれぞれの波長別透過特性を示すグラフである。
【図１１Ｂ】図９Ａ及び図１０Ａのそれぞれの波長別透過特性を示すグラフである。
【図１２Ａ】第６実験に適用した電子輸送層及び合金カソード電極の積層の様々な例を示す断面図である。
【図１２Ｂ】第６実験に適用した電子輸送層及び合金カソード電極の積層の様々な例を示す断面図である。
【図１２Ｃ】第６実験に適用した電子輸送層及び合金カソード電極の積層の様々な例を示す断面図である。
【図１３Ａ】図１２Ａ〜図１２Ｃにそれぞれ相応する電圧及び電流密度特性を示すグラフである。
【図１３Ｂ】図１２Ａ〜図１２Ｃにそれぞれ相応する電圧及び電流密度特性を示すグラフである。
【図１３Ｃ】図１２Ａ〜図１２Ｃにそれぞれ相応する電圧及び電流密度特性を示すグラフである。
【図１４Ａ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｂ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｃ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｄ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｅ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｆ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｇ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１４Ｈ】本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれと接する有機層の構成を示す断面図である。
【図１５】図１４Ｅ及び図１４Ｆに対応する構造の電圧対電流密度特性示すグラフである。
【図１６】本発明の透明表示装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を説明する。明細書全体を通じて同一の参照番号は実質的に同一の構成要素を意味する。以下の説明において、本発明に関する技術或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にさせると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、以下の説明で使う構成要素の名称は、明細書作成上の容易さを考慮して選択されたもので、実製品の部品名称と異なることもある。
【００３５】
本発明の様々な実施例を説明するための図面に開示された形状、大きさ、比率、角度、個数などは例示的なものであり、本発明は図面に示す事項に限定されない。本明細書全体を通じて同一の図面符号は同一の構成要素を表す。また、本発明を説明するに当たって、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曇らせると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。本明細書でいう「含む」、「有する」、「なる」などは、「〜だけ（のみ）」と限定しない限り、他の部分が付加されてもよい。構成要素を単数で表現した場合、特に明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含む。
【００３６】
本発明の様々な実施例に含まれた構成要素を解釈する際に、特に明示的記載がなくても誤差範囲を含むものと解釈する。
【００３７】
本発明の様々な実施例の説明において、位置関係について説明する場合に、例えば、「〜上に」、「〜上部に」、「〜下部に」、「〜側に」のように２部分の位置関係が説明される場合、「直に」又は「直接」が使われない限り、２部分の間に一つ以上の他の部分が位置してもよい。
【００３８】
本発明の様々な実施例の説明において、時間関係について説明する場合に、例えば、「〜後に」、「〜に続いて）」、「〜次に」、「〜前に」のように時間的先後関係が説明される場合、「直に」又は「直接」が使われない限り、連続していない場合も含むことができる。
【００３９】
本発明の様々な実施例を説明する場合において、様々な構成要素を説明するために「第１〜」、「第２〜」などを使うことができるが、これらの用語は互いに同一又は類似の構成要素を区別をするために使うものに過ぎない。したがって、本明細書において「第１〜」と表される構成要素は、特に言及されない限り、本発明の技術的思想内で「第２〜」と表される構成要素と同一であり得る。
【００４０】
本発明の様々な実施例のそれぞれの特徴を部分的に又は全体的に互いに結合又は組合せ可能であり、技術的に様々な連動及び駆動が可能であり、様々な実施例がお互いに対してそれぞれ独立して実施されてもよく、連動して共に実施されてもよい。
【００４１】
図１は、本発明の発光素子を示す断面図であり、図２は、図１のカソード電極とその上部及び下部に位置している有機層を示す斜視図である。
【００４２】
図１に示すように、本発明の一実施例による発光素子は、互いに対向するアノード電極１１０及びカソード電極１５０と、アノード電極１１０及びカソード電極１５０の間に位置している発光層１３０と、発光層１３０及びカソード電極１５０の間に位置しており、弧立電子対を有する原子を含む複素環式（ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ）化合物Ｃ１の第１成分、及び第１成分に比べて小さい含有量で電子注入性金属（Ｍ）及び電子注入性金属化合物（ＭＣ）のうち少なくともいずれか一つを含む第２成分を有し、弧立電子対を有する原子がカソード電極１５０をなす金属と結合する電子輸送層１４０とを備える。
【００４３】
電子輸送層１４０が、電子注入特性を有する第２成分（Ｍ又はＭＣ）をドーパント含有量で含むことにより、電子輸送層１４０とカソード電極１５０との間に更なる電子注入層を形成しなくて済み、直接に電子輸送層１４０がカソード電極１５０に接するようになる。
【００４４】
このとき、電子輸送層１４０は弧立電子対（ｌｏｎｅ−ｐａｉｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を有する原子を含む第１成分（Ｃ１）をホスト含有量で多量含有しており、弧立電子対がカソード電極１５０をなす金属成分と直接結合する。このため、カソード電極１５０中の金属成分は、高温の劣悪な条件においても、カソード電極１５０の金属と電子輸送層１４０中の弧立電子対を有する原子との結合によって、カソード電極１５０において凝集が防止され得る。
【００４５】
ここで、第１成分（Ｃ１）をホスト含有量で含有しているという意味は、電子輸送層１４０中の第１成分（Ｃ１）が主成分となるようにすることを意味し、第１成分（Ｃ１）は、少なくとも全体積の５０％以上を占め、好ましくは８０％以上含まれることを意味し、このように多量含まれることにより、第１成分（Ｃ１）がカソード電極１５０をなす金属とカソード電極１５０の界面において全面均一に反応して結合する。
【００４６】
第１成分（Ｃ１）は、例えば、次の化学式１〜4のように、弧立電子対を有する原子として窒素を用いる複素環式有機化合物であり得る。
【００４７】
【化１】
2020038964.tif 000003
【化２】
2020038964.tif 000004
【化３】
2020038964.tif 000005
【化４】
2020038964.tif 000006
【００４８】
上に提示した化学式１〜４は、第１成分（Ｃ１）の一例であり、弧立電子対を多量含有して金属との結合力に優れたいかなる形態の複素環式有機化合物であってもよい。
【００４９】
第１成分（Ｃ１）は、３個の共役炭素環（ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｒｉｎｇ）当たりに弧立電子対を有するヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）を１個以上含むものであり、例えば、ヘテロ原子は窒素、酸素、硫黄であり得る。
【００５０】
また、第２成分（Ｍ又はＭＣ）は電子注入性を有する成分であり、金属としては遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属などである。以下の実験例では、代表として、遷移金属にはＹｂ、アルカリ金属にはＬｉ、アルカリ土類金属にはＣａを用いたが、これに限定されず、上記系列の金属から選択可能である。
【００５１】
また、電子注入性を有する金属化合物としては、上述した金属又は金属とキノリンなどの有機成分とを結合して形成することができる。代表としてはリチウムキノリン（Ｌｉｑ）がある。
【００５２】
図２において、電子輸送層１４０の内部に現れた結合について説明すると、第１成分（Ｃ１）は、複素環式有機化合物において窒素（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を弧立電子対（Ｌｏｎｅ  ｐａｉｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を含む原子としたものであり、ベンゼン環の炭素サイトの一部が窒素に置換されて複素環をなしている。そして、電子輸送層１４０内には、第１成分（Ｃ１）に加えて、第２成分として遷移金属成分のＹｂ成分を含む。
【００５３】
この場合、電子輸送層１４０の表面に弧立電子対の配列にしたがって周期的に形成された、第２成分の電子注入性を有する遷移金属成分のＹｂが、カソード電極１５０中の銀（Ａｇ）と金属結合（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｂｏｎｄｉｎｇ）によって最も薄い形態で均一なカソード電極１５０を形成することができる。また、遷移金属が付着しない弧立電子対は、カソード電極１５０の金属成分（Ａｇ）と直接結合し、高温でカソード電極１５０の溶融及び凝集を防ぐことができる。参考として、上部発光方式において反射透過性の性質のためにカソード電極１５０に主に含まれる銀（Ａｇ）は、光学的に反射透過性の性質に優れているが、単一材料で形成するときは互いに凝集しようとする性質が強く、これを防止するために、Ｍｇなどを含めて合金形態でカソード電極を形成している。本発明の発光素子は、単一材料の銀（Ａｇ）からなるカソード電極を形成しても、弧立電子対を有する原子と銀（Ａｇ）との結合によって、カソード電極１５０内で銀の成分同士が凝集することを防ぎ、上記の問題点を解決できる。
【００５４】
電子輸送層１４０内においても、弧立電子対の付近で電子輸送層１４０の内部金属（Ｙｂ：第２成分）と結合することによって、ドーパント成分として含まれた金属（Ｍ）又は金属化合物（ＭＣ）と均一なドーピングを形成でき、弧立電子の付近において弧立電子対を有する原子と金属又は金属化合物との強い結合によって、高温で金属又は金属化合物が他の原子に置換されたり拡散して抜けてしまうことを防ぎ、高温で安定した素子駆動が可能になる。
【００５５】
そして、電子輸送層１４０の輸送特性、例えば、トラップ密度（ｔｒａｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）及び導電性（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、第２成分、すなわち、金属（Ｍ）又は金属化合物（ＭＣ）の濃度によって調節可能であり、電子輸送層１４０の形成工程においてドーパントとして第２成分の含有量及びスキャン回数を変化させてドーピング濃度とドーピング領域を調節することによって、様々な素子構造において電子輸送層の層状構造の変化無しに電荷バランス（ｃｈａｒｇｅ  ｂａｌａｎｃｅ）の最適化が可能である。
【００５６】
一方、図１の発光素子は、カソード電極１５０の上部にも第１成分（Ｃ１）を含み、弧立電子対とカソード電極１５０中の金属との結合がなされた第１有機層１６０を形成した例を示している。第１有機層１６０は、カソード電極１５０の表面の安定性を向上させ、発光素子を保護し、且つ光抽出効果を向上させる機能を有するキャッピング層として働くことができる。
【００５７】
アノード電極１１０と発光層１３０との間には、正孔輸送機能を有する正孔輸送層１２０をさらに形成できる。
【００５８】
そして、本発明の発光素子は、光の出射方向がカソード電極１５０の上方である上部発光で駆動するものであり、そのために、アノード電極１１０は反射性電極を含み、カソード電極１５０は反射透過性電極を含み、発光層１３０から発光する光は、カソード電極１５０とアノード電極１１０との間で反射及び共振を経てカソード電極１５０から出射される。
【００５９】
本発明の発光素子においてカソード電極１５０は、少なくとも電子輸送層１４０に、弧立電子対を有する原子を含む第１成分（Ｃ１）の有機化合物と、電子注入性の金属又は金属化合物の第２成分を含み、カソード電極１５０中の金属成分を弧立電子対の原子が捕まえて、高温の劣悪な環境でもカソード電極１５０中の金属成分の移動を防止し、界面安定性を確保する。
【００６０】
また、図１に示すように、カソード電極１５０の上部にも、第１成分を有する有機化合物の第１成分（Ｃ１）を含む第１有機層１６０をさらに備える場合、カソード電極１５０の上下部の両方においてカソード電極１５０をなす金属を一定の結合力で捕まえるようになり、界面安定性をカソード電極１５０の両面で確保可能になる。
【００６１】
図３は、図２のカソード電極の上部及び下部に位置する有機層を形成する化合物に含まれる孤立電子対を有する原子と、カソード電極をなす金属或いは第２成分金属との結合を示す式の模型図である。また、図４は、図２の孤立電子対を有する原子とカソード電極をなす金属或いは第２成分金属との結合、及び第２成分とカソード電極をなす金属との結合を示す図である。
【００６２】
図４に示すように、芳香族の複素環式化合物として第１成分（Ｃ１）は、弧立電子対（ｌｏｎｅ−ｐａｉｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）部位以外の部分は、電子の状態密度（ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  ｓｔａｔｅ）が非偏在化しているため、金属が隣接していたり金属成分がドープされると、弧立電子対（ｌｏｎｅ−ｐａｉｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）側に金属が結合するようになり、金属成分のドーパント金属（ｄｏｐａｎｔ  ｍｅｔａｌ：図４では一例としてＹｂを示している。）と電子輸送層１４０との間に強い結合形成を誘導する。ここで、弧立電子対（ｌｏｎｅ−ｐａｉｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を有する原子（Ｎ）は、カソード電極をなす金属成分のＡｇや第２成分として含まれた遷移金属が、空いている‘ｄ’オービタル側に引き付けられ、結合形成を誘導する。
【００６３】
本発明の電子輸送層１４０は、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ金属又はリチウムキノリンなどを第２成分でドープされているもので、電子注入層を別に構成しなくても、それらの金属或いはリチウムキノリンによって電子注入特性が確保可能である。すなわち、第２成分として含まれている金属が、カソード電極１５０の成分である金属と金属結合されることにより、カソード電極１５０内の金属の整列を維持させ、内部金属の凝集を防止する。また、弧立電子対が金属との結合力で金属を固定することによって、カソード電極１５０において金属の拡散経路が短くなり、高温の環境でもカソード電極１５０と電子輸送層１４０との界面に金属ドーパントが移動しない。このため、安定した駆動が可能であり、且つ、界面において電子などのキャリアが溜まらず、寿命の向上を期待できる。
【００６４】
本発明の第１成分（Ｃ１）の有機化合物において弧立電子対を有する原子は、代表として、化学式１〜４のように窒素を挙げることができるが、これに限定されず、場合によって、酸素（Ｏｘｙｇｅｎ）、硫黄（Ｓｕｌｆｕｒ）などに代替されてもよい。この場合、弧立電子対を十分に有するかどうかによって、第１成分として利用できるかどうかを決定する。
【００６５】
本発明の発光素子では、電子輸送層１４０内においても、金属又は金属化合物の第２成分は、主成分（ホスト）として含まれている第１成分（Ｃ１）の構造に沿って位置するので、電子輸送層１４０も、密度が高く、緻密に積層される構造を有し得る。
【００６６】
したがって、本発明の発光素子においては、弧立電子対を豊富に持つ第１成分（Ｃ１）に、金属（Ｍ）又は金属化合物（ＭＣ）の第２成分をドープすることにより、高温において安定的であるとともに高透過率を有する１００Å以下の厚さで薄膜のカソード電極１５０の形成が可能であり、且つ構成において電子注入層を省略して層の減少を図ることができる。
【００６７】
図５は、電子輸送層上のカソード電極の形成原理を示す図である。図５に示すように、電子輸送層１４０上にガス状態で伝達される第１金属粒子１５１ａを供給すると、流動性の状態１５１ｂを経て電子輸送層１４０の表面に第２金属粒子１５１ｃとして吸着される。第２金属粒子１５１ｃが電子輸送層１４０の表面において拡散するとき、その一部は電子輸送層１４０から脱出して再び流動性の状態１５１ｂに戻り、残りは電子輸送層１４０の表面において島状に配列され、続いて供給される第１金属粒子１５１ａが層状に均一に配置される核として働く。
【００６８】
本発明の発光素子は、電子輸送層１４０において弧立電子対の配列に沿って表面に均一に形成された金属（Ｍ）成分のドーパントが、Ａｇをベースにしたカソード電極の蒸着時に核のセンターとして作用し、カソード電極１５０が均一に且つ薄い膜で形成可能であり、且つ高温の環境において電子輸送層１４０のドーパント及び弧立電子対とカソード電極１５０をなす金属成分との結合力によって、カソード電極１５０の金属拡散を防止することができる。
【００６９】
以下、様々な実験によって、本発明の発光素子の構造の意義について説明する。以下で実験した弧立電子対を有しない電子輸送層は、一例としてアントラセン化合物を適用したものである。
【００７０】
＜第１実験＞
図６Ａは、単一金属のカソード膜の波長別透過率を、常温と高温保管時において示すグラフであり、図６Ｂは、弧立電子対を有しない電子輸送層上に合金カソード膜を形成した構造において、高温保管時における電圧−電流密度特性の変化を示すグラフである。
【００７１】
図６Ａに示すように、Ａｇ単一金属を、弧立電子対を有しない電子輸送層上に８０Åの薄い厚さで形成したとき、常温では、波長別に可視光線波長帯において透過率が、おおよそ４００ｎｍの短波長から７００ｎｍの長波長に行くにつれて８０％から６０％へと変化し、波長別透過率偏差が２０％内と小さいが、１００℃の温度で４８時間保持すると、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲において波長が大きくなるにつれて透過率が低くなってから高くなる傾向を示し、引き続き長波長に行くにつれて透過率が向上することが見られる。これは、常温の初期状態と逆の傾向を示すもので、このようにして形成された発光素子は、高温の環境で初期値として考慮された設計値と反対特性を有することになり、装置の信頼性が期待できないことを意味する。
【００７２】
また、図６Ｂに示すように、弧立電子対を有しない電子輸送層上に直接にＡｇ：Ｍｇ合金カソード電極を形成した構造において、１００℃の温度で０時間、４８時間、７２時間と保管する場合、保管時間が大きくなるほど同一電流密度に対して要求電圧が大きくなることを確認できる。この実験において、前記カソード電極に用いられたＡｇＭｇ合金膜は、７０Åの厚さで形成し、この場合、後述するように、高温保管の時間が長くなるほど、高温保管をしない場合に比べ、同一電流密度に対する駆動電圧が増加するという問題点がある。
【００７３】
第１実験から、真空熱蒸着方法によって形成された金属カソードは、透過率が厚さ及び組成に対して感度が高く、透過率を高めるために、吸収の少ないＡｇベースのカソードの厚さを８０Å以下に下げると、可視光線領域において７０％以上の高い透過率を示すが、高温環境に置かれた場合、カソード電極の凝集現象（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）によって、表面プラズモン共鳴の損失が強く発生し、且つ可視光線領域で透過度が急激に減少することが観察される。特に、表示装置は、５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長が相対的に他の領域の波長範囲に比べて輝度の大きな部分を占めるように設計されるが、このように、単一成分の金属カソードにおいて高温保管によって低い透過特性を有するようになると、表示装置としての信頼性を失うことを意味する。
【００７４】
また、高温環境で性質が変化するカソード電極の形成は駆動電圧を変化させ、発光素子において高温発光特性が阻害される結果をもたらすことを予測できる。
【００７５】
このような問題点を解決するために、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属などを含む電子注入物質を有する電子注入層のように、カソード電極の拡散を防ぐ役割を担うものが必要であるが、追加層として電子注入層を電子輸送層とカソード電極との間に備えると、これはさらに透過度を減少させることとなり、透明表示装置にはあまり適用されない。
【００７６】
＜第２実験＞
図７Ａは、弧立電子対を有しない単一化合物（アントラセン化合物）の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したときの２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図であり、図７Ｂは、弧立電子対を有しない二重化合物の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したときの２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【００７７】
図７Ａに示すように、弧立電子対を有しない単一化合物（アントラセン化合物）の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化をみると、Ａｇ同士の凝集があることが確認できる。図７Ｂに示すように、弧立電子対を有しない二重化合物（アントラセン化合物＋Ｌｉｑ）の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成したとき、２５０時間経過後の表面変化をみると、図７Ａに比べてＡｇ同士の凝集が相対的に解消したことが分かる。これは、図７Ａに比べてさらに含まれるＬｉｑ成分がカソード電極のＡｇ成分と一部反応したためと推測できる。
【００７８】
＜第３実験＞
図８Ａは、弧立電子対を有する単一化合物の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成して２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図であり、図８Ｂは、弧立電子対を有する有機化合物とＬｉｑ二重化合物からなる電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成して２５０時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。
【００７９】
図８Ａに示すように、弧立電子対を有する単一化合物（化学式１）の電子輸送層上にＡｇ単一膜を形成して２５０時間経過後の表面変化をみると、ややＡｇ同士の凝集があったが、むしろ、図７Ｂで実験した二重化合物で電子輸送層を形成した構造に比べてＡｇ同士の凝集が改善されたことが分かる。これは、単一物質のＡｇでカソード電極を形成しても、下部有機層の構成成分の調整によって、高温の環境でもカソード電極中のＡｇ成分の凝集を防止できることを意味する。
【００８０】
図８Ｂから、弧立電子対を有する有機化合物（化学式１）とＬｉｑ二重化合物からなる電子輸送層上にカソード電極としてＡｇ単一膜を形成して２５０時間経過後の表面変化をみると、高温におけるエージングを経た後にもＡｇ同士の凝集がほとんど発生しないことが分かる。これは、図８Ａに比べてより優れた効果であり、電子輸送層に、弧立電子対を有する有機化合物の他に、リチウムキノリンのような電子注入性の金属化合物をドープするとき、Ａｇ同士の凝集を防止する効果に優れることを意味する。
【００８１】
以下では、高温の環境でさらに長時間露出させる第４実験を行い、本発明の発光素子の意義について説明する。
【００８２】
＜第４実験及び第５実験＞
図９Ａ及び図９Ｂは、弧立電子対を有しない単一化合物の電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、弧立電子対を有する有機化合物にＹｂのドーピングを有する電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化を示すＳＥＭ図である。また、図１１Ａ及び図１１Ｂは、図９Ａ及び図１０Ａのそれぞれの波長別透過特性を示すグラフである。
【００８３】
図９Ｂは図９Ａを２．５倍拡大したＳＥＭ図であり、同様に、図１０Ｂは図１０Ａを２．５倍拡大したＳＥＭ図である。
【００８４】
第４実験は、ＳＥＭ図から、弧立電子対を有しない／有する化合物からなる電子共通層上に金属合金膜のカソード電極の形成時に、Ａｇ凝集の有無をそれぞれ確認したものである。
【００８５】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、弧立電子対を有しない単一化合物の電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化をみると、Ａｇの凝集を防止するためにカソード電極をＡｇの他にＭｇを含めて形成したものの、高温の環境でＡｇ同士の凝集が避けられないことが確認できる。
【００８６】
第５実験は、第４実験と同じ膜構造において、時間経過による透過率を確認したものである。
【００８７】
一方、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、弧立電子対を有する有機化合物にＹｂのドーピングを有する電子輸送層上にＡｇ：Ｍｇ合金膜のカソード電極を形成して５００時間経過後の表面変化をみると、Ａｇ同士の凝集が一切発生しないことが確認できる。
【００８８】
具体的に、図１１Ａ及び図１１Ｂは波長による透過率変化を経過時間を別にして実験した結果であり、図１１Ａに示すように、弧立電子対を有する有機化合物を用いない構造では、カソード電極が合金膜であっても、高温環境に置かれた時間が長くなるほど、透過率が漸次低下することが確認できる。一方、図１１Ｂに示すように、弧立電子対を有する有機化合物に加えて、Ｙｂのような遷移金属をドープして電子輸送層を形成したときは、極めて薄い５０Åの厚さでカソード電極を形成しても、カソード電極の界面安定性を確保し、熱的安定性を飛躍的に向上させ、高温保管時にも均一な薄膜特性及び高い透過度維持が可能であることを確認した。
【００８９】
一方、これらの第４及び第５実験において共通的に、カソード電極はＡｇＭｇ合金膜であり、その成分比を２０：１とし、Ａｇ成分をカソード電極の主な成分とした。カソード電極の厚さは５０Åの極めて薄い厚さとし、透過性を維持させつつ実験を行った。
【００９０】
＜第６実験＞
図１２Ａ〜図１２Ｃは、第６実験に適用した電子輸送層及び合金カソード電極の積層の様々な例を示す断面図である。そして、図１３Ａ〜図１３Ｃは、図１２Ａ〜図１２Ｃにそれぞれ相応する電圧及び電流密度特性を示すグラフである。
【００９１】
図１２Ａ〜図１２Ｃの構造では、いずれもカソード電極をＡｇ：Ｍｇの薄膜でおおよそ７０Åの厚さとし、その下部の電子輸送層の構成だけを別にして実験した。
【００９２】
図１２Ａは、電子輸送層が、弧立電子対を有しない有機化合物とＹｂ遷移金属との混合物からなる例である。Ｙｂ遷移金属は、カソード電極の近くに５Åの厚さで形成した。この場合、図１３Ａに示すように、高温保管の時間によって駆動電圧が、５ｍＡの電流密度で２５０時間保管するとき、０．６５Ｖの変動を有することが確認できる。
【００９３】
図１２Ｂは、電子輸送層に、弧立電子対を有する有機化合物（第１成分）だけを含むものである。概略的に、図１３Ｂに示すように、図１２Ｂでは、高温保管の時間によって駆動電圧が、５ｍＡの電流密度で２５０時間保管したとき、０．５２Ｖの変動を有し、図１２Ａの場合に比べて駆動電圧変化量は小さかったが、駆動電圧の変化があることが確認できる。
【００９４】
図１２Ｃは、電子輸送層が、弧立電子対を有する有機化合物（第１成分）とＹｂの遷移金属（第２成分）との混合物からなる例である。この場合、Ｙｂ遷移金属はおおよそ１００Å〜２５０Å厚の電子輸送層中に５Åの厚さで形成した。この場合、図１３Ｃに示すように、電子輸送層に弧立電子対を含む原子を有する第１成分に加えて遷移金属を含むとき、高温保管の時間を変化させても電流密度の差が発生しないことが確認できる。
【００９５】
すなわち、界面における電子輸送層のドーパント及びカソード間の結合力が、高温で効果的にカソード電極における拡散を防止し、Ａｇ：Ｍｇからなる薄い薄膜（１００Å以下、好ましくは８０Å以下の厚さ）のカソード電極においても高温駆動信頼性を確保することができる。
【００９６】
以下、図１〜図４で説明した本発明のカソード電極とこれに接した層に関する実施例の他に、様々な変形例について説明する。
【００９７】
図１４Ａ〜図１４Ｈは、本発明の様々な実施例による発光素子の電子輸送層及びこれに接する有機層の構成を示す断面図である。
【００９８】
図１４Ａに示すように、第２実施例は、弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）の単一物質で電子輸送層２４１を形成し、その上部に単一の反射透過性金属（Ａｇ）からなるカソード電極２５０を形成したものである。その効果は、図８Ａで確認した通りである。
【００９９】
図１４Ｂに示すように、第３実施例は、弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）の単一物質で電子輸送層２４１を形成し、その上部に反射透過性の金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）からなるカソード電極２５１を形成したものである。その効果は、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１１Ｂで確認した通りである。
【０１００】
図１４Ｃに示すように、第４実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）と遷移金属の第２成分との混合物で電子輸送層２４３を形成し、その上部に反射透過性の金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）からなるカソード電極２５１を形成したものである。その効果は、図１２Ｃ及び図１３Ｃで確認した通りである。
【０１０１】
図１４Ｄに示すように、第５実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）及び遷移金属の第２成分とリチウムキノリン（Ｌｉｑ）の第３成分との混合物で電子輸送層２４４を形成し、その上部に反射透過性の金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）からなるカソード電極２５１を形成したものである。この場合、リチウムキノリンのリチウム原子が第１成分（Ｃ１）と上述した方式で結合可能であり、電子輸送層２４４の安定性が第４実施例以上のレベルとさらに改善され得る。
【０１０２】
図１４Ｅに示すように、第６実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）で電子輸送層２４１を形成し、その上部に反射透過性の金属膜（Ａｇ）２５０又は金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）２５１でカソード電極を形成し、その上部に、電子輸送層２４１と同じ弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）で第１有機層２６１を形成したものである。ここで、電子輸送層２４１と第１有機層２６１は同一成分を含むが、電子輸送層２４１は電子輸送の機能を、第１有機層２６１は 光抽出或いは発光素子の保護の機能を有し、このような機能的相違性によって、異なる厚さを有し得る。
【０１０３】
図１４Ｆに示すように、第７実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）とリチウムキノリン（Ｌｉｑ）との混合物で電子輸送層２４２を形成し、その上部に反射透過性の金属膜（Ａｇ）２５０又は金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）２５１でカソード電極を形成し、その上部に、電子輸送層２４２と同じ弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）とリチウムキノリン（Ｌｉｑ）との混合物で第１有機層２６２を形成したものである。ここで、第５実施例と同様に、電子輸送層２４２と第１有機層２６２は同一成分を含むが、それぞれは、電子輸送と光抽出或いは発光素子の保護という機能的相違性があり、異なる厚さを有し得る。
【０１０４】
図１４Ｇに示すように、第８実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）、リチウムキノリン（Ｌｉｑ）及び遷移金属の三重混合物で電子輸送層２４４を形成し、その上部に反射透過性の金属膜（Ａｇ）２５０又は金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）２５１でカソード電極を形成し、その上部に、電子輸送層２４２と同じ、弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）、リチウムキノリン（Ｌｉｑ）及び遷移金属の三重混合物で第１有機層２６３を形成したものである。ここで、第６実施例と同様に、電子輸送層２４４と第１有機層２６３は同一成分を含むが、それぞれは、電子輸送に光抽出或いは発光素子の保護という機能的相違性があり、異なる厚さを有し得る。
【０１０５】
図１４Ｈに示すように、第９実施例は、上述した弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分（Ｃ１）、リチウムキノリン（Ｌｉｑ）及び遷移金属の三重混合物で電子輸送層２４４を形成し、その上部に反射透過性の金属膜（Ａｇ）２５０又は金属合金膜（Ａｇ：Ｍｇ）２５１でカソード電極を形成し、その上部に、電子輸送層２４４と同じ弧立電子対を有する原子を含む複素環式化合物の第１成分Ｃ１及び遷移金属の二重混合物で第１有機層２６４を形成したものである。
【０１０６】
＜第７実験＞
図１５は、図１４Ｄ（第５実施例）及びその比較例として電子輸送層がリチウムキノリンと第１成分だけからなる構造における電圧対電流密度特性示すグラフである。
【０１０７】
図１５に示すように、電子輸送層がリチウムキノリンと第１成分（Ｃ１）だけからなる比較例の構造と、図１４Ｄの第５実施例とを比較すると、相対的に、電子輸送層側に遷移金属を備えた場合（第５実施例又は第７〜第９実施例）（［Ｃ１＋遷移金属］又は［Ｃ１＋遷移金属＋Ｌｉｑ］）において同一の電流密度において低い駆動電圧が要求されることが確認でき、これから、電子輸送層に、第１成分に加えてリチウムキノリンの有機化合物単独を含む方に比べて、第１成分及びリチウムキノリンに加えて遷移金属をさらに含む実施例において素子駆動の信頼性がより大きいことが分かる。
【０１０８】
この実験は、カソード電極としてＡｇＭｇ合金膜を共通的に利用し、その厚さは７０Åにして実験を行った。
【０１０９】
図１６は、本発明の透明表示装置を示す断面図である。
【０１１０】
上述した本発明の発光素子を適用する本発明の表示装置について説明する。
【０１１１】
図１６に示すように、本発明の一実施例による透明表示装置は、発光部ＥＡと透過部ＴＡとに区分される基板１００と、発光部ＥＡに設けられた反射アノード電極１１０と、反射アノード電極１１０上に設けられた発光層１３１，１３２，１３３と、発光層１３１，１３２，１３３の上部に位置し、発光部ＥＡ及び透過部ＴＡにわたって設けられたカソード電極１５０と、発光層１３１，１３２，１３３とカソード電極１５０との間に位置し、弧立電子対を有する原子を含む第１成分（図１〜図４のＣ１）を有し、弧立電子対を有する原子がカソード電極１５０をなす金属と結合する電子輸送層１４０とを備える。
【０１１２】
また、第１成分を含み、電子輸送層１４０が形成されないカソード電極１５０の反対面に、第１有機共通層（或いはキャッピング層）１６０を形成できる。
【０１１３】
電子輸送層１４０とカソード電極１５０との間に、弧立電子対を有する原子とカソード電極をなす金属との結合を、電子輸送層の上面に沿って水平面に連続して有することができる。
【０１１４】
また、第１有機層１６０とカソード電極１５０との間に、第１有機層１６０内の弧立電子対を有する原子とカソード電極１５０をなす金属との結合が、カソード電極１５０の上面に沿って形成され得る。
【０１１５】
そして、カソード電極１５０において、カソード電極１５０と電子輸送層１４０との界面に、弧立電子対を有する原子とカソード電極をなす金属との結合を水平面に連続して有する配列からなる結合層と、結合層の上部に層状にカソード電極１５０をなす金属成分が配列され得る。
【０１１６】
そして、反射アノード電極１１０と発光層１３１，１３２，１３３との間に第２有機層１２０をさらに備える。そして、第２有機層１２０は、発光部ＥＡ及び透過部ＴＡにわたって設けられている。
【０１１７】
発光部ＥＡに位置する発光層は、互いに異なる色を発光するように第１〜第３発光層１３１，１３２，１３３で構成され得る。第１乃至第３発光層１３１，１３２，１３３及び反射アノード電極１１０を除く各有機層１２０，１６０及びカソード電極１５０は、発光部ＥＡ及び透過部ＴＡにわたってそれぞれ一体型に形成することができ、上記両領域に共通して形成されていることから、上記有機層を共通有機層という。
【０１１８】
一方、図面には示していないが、各発光部ＥＡの駆動のために前記反射アノード電極１１０と接続される薄膜トランジスターを基板１００上にさらに備えることができる。説明していない構成別効果は、上述した発光素子の原理及び効果を参照されたい。
【０１１９】
本発明の発光素子及び透明表示装置においては、電子輸送層とカソード電極との結合力を向上させることにより、カソード電極として薄い薄膜で具現が可能な上部発光部と透明部を共に有する透明表示装置において、透過率を確保することができる。また、電子輸送層とカソード電極との電気的結合力に優れるため、カソード電極の薄い厚さでも電気抵抗度を下げることができる。
【０１２０】
また、カソード電極の金属成分を、電子輸送層の弧立電子対を有する原子が捕まえているため、カソード電極の拡散を防止し、バンド整列による高温安定性を確保することができる。
【０１２１】
一方、本発明の発光素子は、例えば、発光層として有機発光層を用いる有機発光素子に適用可能であるだけでなく、発光層として量子点を含む無機発光素子にも適用可能である。本発明の発光素子の適用例は、例えば、上述した有機又は無機発光素子の他にも、電子輸送層とカソード電極との界面を有する構造であればいずれも適用可能であり、これによって、高温安定性と寿命増加の効果を同時に得ることができよう。
【０１２２】
一方、以上説明してきた本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって明らかであろう。
【符号の説明】
【０１２３】
１００    基板
１１０    （反射）アノード電極
１２０    第２共通層（正孔輸送層）
１３０，１３１，１３２，１３３    発光層
１４０    電子輸送層
１５０    カソード電極
１６０    第１有機層（キャッピング層）
【図１】
2020038964.tif 000007
【図２】
2020038964.tif 000008
【図３】
2020038964.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
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【図１５】
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【図１６】
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