(57)【要約】増加された効率、減少されたターン・オン電圧及び増加された輝度を有する発光構造を得られるための３極性（ｔｈｒｅｅ−ｔｅｒｍｉｎａｌ）有機電界発光素子が開始される。３極性有機電界発光素子は基板上に形成された第１電極、第１電極の上部に形成された有機発光層を含む一つ以上の有機物層、一つ以上の有機物等の上部に形成された第２電極、及び有機物層表面又は内部に形成された第３電極を含む。第３電極は第１電極と第２電極が形成する領域の外部にかけて形成されて、発光面積の減少を防止し、第３電極が形成された有機物層の電位を第１電極と上記の第２電極の電位（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）等に対して相対的に調節して発光輝度は調節される。【選択図】図５
2004522279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板
上記の基板上に形成された第１電極，
上記の第１電極の上部に形成された有機発光層を含む一つ以上の有機物層，
上記の有機物層の上部に形成された第２電極；及び
上記の第１電極、上記の第２電極及び第３電極から第３電極の有機物層への電子又は正孔の注入を調節するために、上記の有機物層の表面又は内部に形成された一つ以上の第３電極で成る３極性有機電界発光素子。
【請求項２】
上記の第３電極は第１電極と上記の第２電極間の領域の外部に形成されている、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項３】
上記の第３電極から、上記の第１電極、上記の第２電極の領域までの距離は提供されることで、１ｍｍより小さい、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項４】
上記の第１，２及び第３電極の各々の伝導性有機材料、伝道性無機材料、金属又はそれらの複合体で成る、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項５】
上記の第３電極はＩＴＯ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ及びその複合体でする群から選択される物質で成る、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項６】
上記の第３電極は絶縁性有機材料又は絶縁性無機材料で封じされる、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項７】
上記の第３電極は陽又は陰の電位を持たせるよう、外部回路と繋がっており、上記の第３電極に印加される電位によって上記の有機物層等に注入される電子及び正孔で制御される、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項８】
上記の第１電極と有機発光層の間に、上記の有機発光層に正孔を注入するための正孔注入層と正孔を輸送するための正孔輸送層がさらに形成されている、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項９】
上記の発光層と上記の第２電極の間に、上記の発光層に電子を注入しながら、電子を輸送するための電子輸送層がさらに形成されている、請求項８に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項１０】
上記の第３電極は上記の正孔輸送層又は上記の電子輸送層の表面または正孔輸送層又は上記の電子輸送層の内部に形成されている、請求項８に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項１１】
上記の第３電極は、上記の発光層又は電子輸送層の表面又は上記の発光層又は上記の電子輸送層の内部に形成されている、請求項９に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項１２】
上記の発光層は発光性を有する伝導性、非伝導性または半導体性の有機単分子、オリゴマー又は高分子である、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【請求項１３】
上記の基板は透明なガラス、シリコン又はガリウム・アルセナイド（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｍｉｄｅ）で成る、請求項１に記載の３極性有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は陰極・陽極以外に第３の電極を持ち、発光半導体の種類として有機物及び重合体を有する３極性有機電界発光素子（Ｔｈｒｅｅ−ｔｅｒｍｉｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）に関するもので、より詳細のことは増加された効率、減少されたターン・オン電圧及び増加された輝度を有する、発光する３極管（又は３極トランジスタ）を製作し、有機電界発光素子内の画素の発光の輝度を容易に調節可能な３極性有機電界発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タング（Ｔａｎｇ）とバンスリケ（ＶａｎＳｌｙｋｅ）が有機分子の物質から効果的な電子発光が起こることを発見してから（シー・ダブリュ・タング（Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ）及びエス・エー・バンスリケ（Ｓ．Ａ．  ＶａｎＳｌｙｋｅ）によって発表された１９８７年アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の５１号９１３頁の論文）有機物又は重合体を発光半導体の種類として利用する有機電界発光ダイオードの分野は相当な発展が続いた。有機電界発光ダイオード装置は２重層構造を強調するが、２重層構造の中にはトリス（８−キノリノレト）アルミニウム（Ａｌｑ３）で構成された発光層内の電子輸送能力の均衡を保つ為に、芳香族のジアミン（ｄｉａｍｉｎｅ）でできた正孔の輸送層が儲けられ、その結果、１０ＶＤＣ未満の低い駆動電圧で高い効率と１０００ｃｄ／ｍ２を超える発光輝度を示す。緑色の有機電界発光ダイオードは３００ｃｄ／ｃｍ２の初期発光輝度と１００００時間以上の半減時間を得られるほど、刮目に値する発展を遂げてきた。最近は有機電界発光ダイオードの分野において、研究及び開発は高効率・長期間の寿命並びにフルカラー発光（ｆｕｌｌ  ｃｏｌｏｒ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を得るために発光のメカニズム・物質だけでなく、平板表示素子製品を追及するために周辺技術の分野に焦点を合わせて拡張してきた。
【０００３】
低分子フィルム装置で成し遂げた開発と並行して、重合体電界発光ダイオード用の高分子重合体の物質を発見して動作メカニズムを理解しようとする努力は絶えずに続いてきた（エー・アール・ブラウン（Ａ．Ｒ．  Ｂｒｏｗｎ）、アール・エヌ・マークス（Ｒ．Ｎ．  Ｍａｒｋｓ）、ケー・マックカイ（Ｋ．  Ｍａｃｋａｙ）、アール・エッチ・フレンド（Ｒ．Ｈ．  Ｆｒｉｅｎｄ）、ピー・エル・バーンズ（Ｐ．Ｌ．  Ｂｕｒｎｓ）、エー・ビー・ホームズ（Ａ．Ｂ．  Ｈｏｌｍｅｓ）によって発表された１９９０年のネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）誌、３４７号５３９頁の論文）。高い発光効率を有するＰＰＶ（ｐｏｌｙ（Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−ｖｉｎｙｌｅｎｅ））とその誘導体のような共役重合体は有機電界発光ダイオード装置の製造に使用される場合、多数の利点があって良好な電荷の輸送能力を重合体の望ましい構造的な特性と結合させる。ＰＰＶにおいての電荷輸送に関する研究はバルク導電性、つまりキャリアの移動度が装置の特徴面で決定的な役割を果たしているのを明らかにした。非共役重合体も同じく有機電界発光ダイオードの製造時に有用であることが証明された。例えば、ＰＶＫ（ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ））は電気的には導電性ではないが、光伝導性を示し、カルバゾール（Ｃａｒｂａｚｏｌｅ）のサイド・グループ（ｓｉｄｅ  ｇｒｏｕｐ）のために比較的に高い正孔ドリフト移動度（ｄｒｉｆｔ  ｍｏｂｉｌｉｔｅｓ）を持つ。
【０００４】
各種の有機電界発光ダイオード装置に対する最近の開発進行状況の詳細を知るためには次のような例を確かめる。その例とは、次のようになる。
シー・ダブリュ・タング（Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ）及びエス・エー・バンスリケ（Ｓ．Ａ．  ＶａｎＳｌｙｋｅ）によって発表された１９８７年、アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の５１号９１３頁の論文）；シー・ダブリュ・タング（Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ）とエス・エー・バンスリケ（Ｓ．Ａ．  ＶａｎＳｌｙｋｅ）とシー・エッチ・チェン（Ｃ．Ｈ．  Ｃｈｅｎ）によって発表された１９８９年アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の６５号３６１０頁の論文；シー・アダチ（Ｃ．  Ａｄａｃｈｉ）、エス・トキト（Ｓ．  Ｔｏｋｉｔｏ）、ティー・テツイ（Ｔ．  Ｔｅｔｓｕｉ）とエス・サイト（Ｓ．  Ｓａｉｔｏ）によって発表された１９８９年アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の５５号１４８９頁の論文；エス・トキト（Ｓ．  Ｔｏｋｉｔｏ）、ティー・テツイ（Ｔ．  Ｔｅｔｓｕｉ）とエス・サイト（Ｓ．  Ｓａｉｔｏ）によって発表された１９８９年アプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の５６号７９９頁の論文；ジェー・エッチ・ヌーロープス（Ｊ．Ｈ．  Ｎｕｒｒｏｕｇｈｅｓ）、ディー・ディー・シー・ブラドリ（Ｄ．Ｄ．Ｃ  Ｂｒａｄｌｙ）、エー・アール・ブラウン（Ａ．Ｒ．  Ｂｒｏｗｎ）、アール・エヌ・マークス（Ｒ．Ｎ．  Ｍａｒｋｓ）、ケー・マックカイ（Ｋ．  Ｍａｃｋａｙ）、アール・エッチ・フレンド（Ｒ．Ｈ．  Ｆｒｉｅｎｄ）、ピー・エル・バーンズ（Ｐ．Ｌ．  Ｂｕｒｎｓ）、エー・ビー・ホルメス（Ａ．Ｂ．  Ｈｏｌｍｅｓ）によって発表された１９９０年のネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）誌、３４７号５３９頁の論文；ディー・ディー・ブラウン（Ｄ．Ｄ．  Ｂｒａｕｎ）、エー・ジェー・ヒーガー（Ａ．Ｊ．  Ｈｅｅｇｅｒ）によって発表された１９９１年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の５８号１９８２頁に発表された論文；ダブリュ・ターシェレット（Ｗ．  Ｔａｃｈｅｌｅｔ）、エス・ヤコブス（Ｓ．  Ｊａｃｏｂｓ）、エッチ・ナジケングルキエ（Ｈ．  Ｎａｄｙｉｋｅｎｇｕｒｕｋｉｙｅ）、エッチ・ジェー・ガイゼ（Ｈ．Ｊ．  Ｇｅｉｓｅ）、ジェー・グルナー（Ｊ．  Ｇｒｕｎｅｒ）によって１９９４年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の６４号２３６４頁に発表された論文；ジェー・キド（Ｊ．  Ｋｉｄｏ）、ケー・ホンガワ（Ｋ．  Ｈｏｍｇａｗａ）、ケー・オクヤマ（Ｋ．  Ｏｋｕｙａｍａ）そしてケー・ナガイ（Ｋ．  Ｎａｇａｉ）によって１９９３年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の６３号２６２７頁に発表された論文；ジー・グスタフソン（Ｇ．  Ｇｕｓｔａｆｆｓｏｎ）、ワイ・カオ（Ｙ．  Ｃａｏ）、ジー・エム・トレアシ（Ｇ．Ｍ．  Ｔｒｅａｃｙ）、エフ・クラヴェター（Ｆ．  Ｋｌａｖｅｔｔｅｒ）、エヌ・コラネリ（Ｎ．  Ｃｏｌａｎｅｒｉ）そしてエー・ジエー・ヒーガー（Ａ．Ｊ．  Ｈｅｅｇｅｒ）によって発表された１９９２年のネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）誌、３５７号４７７頁の論文；ワイ・イー・キム（Ｙ．Ｅ．  Ｋｉｍ）、エッチ・���ク（Ｈ．  Ｐａｒｋ）そしてジェー・ジェー・キム（Ｊ．Ｊ．  Ｋｉｍ）によって１９９６年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の６９号５９９頁に発表された論文；エッチ・エッチ・キム（Ｈ．Ｈ．  Ｋｉｍ）、ダブリュ・エム・ミラー（Ｔ．Ｍ．  Ｍｉｌｌｅｒ）、イー・エッチ・ウェストウィック（Ｅ．Ｈ．  Ｗｅｓｔｅｒｗｉｃｋ）、ワイ・オー・キム（Ｙ．Ｏ．  Ｋｉｍ）、ダブリュ・クボック（Ｗ．Ｋ  ｗｏｃｋ）、エム・ディ・モリス（Ｍ．Ｄ．  Ｍｏｒｒｉｓ）そしてエム・クルロ（Ｍ．  Ｃｒｕｌｌｏ）によって１９９４年ジャーナル・ライトウェブ・テクノロジ（Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．）１２号２１０７頁に発表された論文；エフ・リ（Ｆ．  Ｌｉ）、エッチ・タング（Ｈ．Ｔａｎｇ）、ジェー・アンデレグ（Ｊ．  Ａｎｄｅｒｅｇｇ）そしてジェー・シナール（Ｊ．  Ｓｈｉｎａｒ）によって１９９７年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の７０号１２３３頁に発表された論文；エル・エス・ハング（Ｌ．Ｓ．  Ｈｕｎｇ）、シー・ダブリュ・タング（Ｃ．Ｗ．  Ｔａｎｇ）そしてエム・ジー・メイソン（Ｍ．Ｇ．  Ｍａｓｏｎ）によって１９９７年のアプライド・フィジックス・レター（Ａｐｐｌｙ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．）の７０号１５２頁に発表された論文。
【０００５】
有機電界発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）装置は低駆動電圧の下で応答速度が数マイクロ・セカンド（ｍｉｃｒｏ−ｓｅｃ）と速さだけでなく、広視野角を持つ自己発光の優れた輝度の特性を持つ。特に有機電界発光ダイオード装置は薄膜および曲げられる素子の製作が可能で、広範囲の可視領域のスペクトラム範囲で光を発散できる利点がある。その故に広視野角、自己発光、色相調律及び現像処理（ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ）のため、例えば透明な有機電界発光ダイオード、柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）の有機電界発光ダイオード、積層型有機電界発光ダイオード、マイクロ・キャビティ有機電界発光ダイオード又は反転された有機電界発光ダイオードのような有機電界発光ダイオードをベースにしたディスプレイは液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、プラズマ・ディスプレイ・パネル（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）又は電界放出ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥＤ）に取って代わる平板ディスプレイ装置として有望な候補になっている。
【０００６】
図１ａと１ｂは上に述べた通常の有機電界発光素子の構成断面図で、図１ａに示したように通常の有機電界発光素子は基板（１０）上に高い仕事関数を持つインジウム・ティン・オキシド（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、ポリアニリン、銀（Ａｇ）等で構成された第１電極（１１）（アノード、ａｎｏｄｅ：Ａ）が形成されていて、上記の第１電極（１１）の上部には低分子の有機化合物及び／又は高分子物質で構成される少なくとも一つの第１有機物層（２２）が形成されている。上記の第１有機物層（２２）の上部には異なる電気的な特性の持つ低分子の有機化合物及び／又は高分子物質で構成される少なくとも一つの第２有機物層（２６）が形成されていて、また少なくとも一つの有機発光層が上記の第１有機物層（２２）及び第２有機物層（２６）の中に又はこれらの層の間に形成されている。上記の第２有機物層（２６）の上部には低い仕事関数を持つＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ又はこれらの合成物でできた第２電極（１６）が陰極（カソード、Ｃａｔｈｏｄｅ：Ｃ）として上記の第１電極と対向できるように形成されている。この時、図１ｂに図示したように上記の第１及び第２有機物層（２２、２６）らは上記の第１電極（１１）から正孔の注入と輸送のための正孔注入層（１２）と正孔輸送層（１３）、電界発光のための有機発光層（１４）、上記の第２電極（１６）から電子注入と輸送のための電子輸送層（１５）が順に形成され、構成が可能だ。ここで電子輸送層（１５）は正孔遮断層と電子注入層を含む場合もある。
【０００７】
図１ａ及び図１ｂのような有機電界発光ダイオード素子の第１及び第２電極（１１、１６）に電圧を印加すれば、上記の第１電極（１１）から注入された正孔は上記の正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）を通じて上記の有機発光層（１４）に注入される。その後、上記の有機発光層（１４）の中で電子と正孔が結合して発光の中心を励起させ、これによって光を発するようになり、画像を表示する。発光結合の輝度は有機発光層（１４）から電荷キャリアの濃度と電子とホールの発光結合の確率に直接的に比例する。
【０００８】
このような通常の有機電界発光ダイオード素子の電界発光の原理を図１ｃに図示したポテンシャル・ダイヤグラムで説明すると次のようになる。電子は円の中に”−“で表示し、正孔は円の中に”＋“で表示して、これらの移動は矢印で表し、図１ｃに見せる数字（１１、１２、１３、１４、１５、１６）はアノード（Ａ；１１）、正孔注入層（ＨＩＬ；１２）、正孔輸送層（ＨＴＬ；１３）、有機発光層（ＥＭＬ；１４）、及び電子輸送層（ＥＴＬ；１５）及びカソード（Ｃ；１６）の電位を各々表している。фＡとфＣは各々アノード（１１）とカソード（１６）の仕事関数を表し、ＥＡとＩＰは各有機物の電子親和度とイオン化ポテンシャルを表す。ＨＯＭＯとＬＵＭＯは各々有機物層の最大占有分子軌道（価電子バンド）と最低非占有分子軌道（導電バンド）を表す。
【０００９】
先ず、上記の第１電極（１１）と第２電極（１６）の電圧（ＶＣＡ）が印加されないと、図１ｃのＤ１に示すように熱力学的な平衡によって両電極の間の正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）、有機発光層（１４）、及び電子輸送層（１５）らのフェルミ準位はお互いに一致する。この時、第２電極（１６）と第１電極（１１）の間には電圧（ＶＣＡ）が印加されると、正孔がアノード（１１）から正孔注入層（１２）の最大占有分子軌道（ＨＯＭＯ）に漸次的に注入され、電子はカソード（１６）から電子輸送層（１５）の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）に漸次的に注入される。この時、上記の第２電極（１６）と第１電極（１１）の間に印加された電圧ＶＣＡが電界発光オン・セット（Ｏｎｓｅｔ）電圧（Ｖｏｎｓｅｔ）より低いと（ＶＣＡ＜Ｖｏｎｓｅｔ）、図１ｃのＤ２に示されたように有機発光層（１４）の発光分子として電子と正孔が流入できなくなり電界発光は起こらない。反面、電圧ＶＣＡが漸次的に増加して電圧Ｖｏｎｓｅｔより高くなると（ＶＣＡ＞Ｖｏｎｓｅｔ）、ＨＩＬ（１２）、ＨＴＬ（１３）及びＥＴＬ（１５）を経て有機発光層（１４）の発光分子として電子と正孔が流入される。そしてＥＭＬ（１４）からの電子と正孔の結合（エキシトン）によって、図１ｃのＤ３に図示されたように、流入された電子と正孔らが発光分子の内部から結合（Ｓ１→Ｓ０＋ｈｖ）して電界発光が起こる。この場合、アノードの電流の流れ（ＩＡ）とカソードの電流の流れ（ＩＣ）は等しくなる（ＩＡ＝ＩＣ）。従って、電界発光輝度の強さは有機発光層（１４）からの電子とホールとの結合及び注入された電子と正孔の濃度に直接的に比例する。
【００１０】
このような２極性の発光ダイオード（ｄｉｏｄｅ）の構造を持つ有機電界発光素子から発光輝度の強さを調節する方法の一例が大韓民国の公開特許公報２００１−１４６００号に開示されている。図２は上記の公開特許公報２００１−１４６００号に開示されたアクティブ・マトリックス・タイプの有機電界発光ダイオード素子のＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素を図示したもので、図３は上記の画素の明るさ（輝度）を調節するための電圧調節回路である。
図２に図示したように、各々の画素はアノード（１１）、Ｒ、Ｇ、Ｂの色相を各々発散する発光層（１４）、カソード（１６）を持っている。アノード（１１）はポリシリコン薄膜（４１）のソース電極に繋がっていて、このソース電極はポリシリコン薄膜（４１）のドレイン電極及びゲート電極（３９）と一緒に薄膜トランジスタ（４０、Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）を構成する。ドレイン電極は電源ライン（３２）に繋がっている。上記の電源ライン（３２）には発光素子を駆動させるための電源電圧ＶＤＤが印加され、上記のカソード（１６）は接地（ＧＮＤ）されている。上記の薄膜トランジスタ（４０）のゲート電極（３９）がオン（Ｏｎ）することにより、電源電圧ＶＤＤがアノード（１１）とカソード（１６）との電圧の差によって画素は光を発光させられるようになっている。図２から説明されていない図面符号４４及び１０は各々絶縁層と基板を表している。
【００１１】
図３に図示された電圧調節回路はカソード（１６）に流入される電流量によってアノード（１１）に供給される電圧ＶＤＤを制御するための回路である。画素の多くの部分が発光すると（例えば、図２でＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素全てが発光する場合）、カソード（１６）に流入される電流が増加する。これによって、電流検出回路（５２）の電圧Ｖ１か上昇し、反転電圧増幅回路（５４）の出力電圧Ｖ２が低下するようになって、低下された電圧Ｖ２の電流は次の段の電流増幅回路（５６）から増幅され、電源ライン（３２）に供給されるようになっている。反面、画素の少ない部分が発光すると（例えば、図２でＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素の中で１つだけが発光する場合）、カソード（１６）に流入される電流が減少する。従って、電流検出回路（５２）の電圧Ｖ１が減少し、反転電圧増幅回路（５４）の出力電圧Ｖ２が上昇して高電圧のＶＤＤが電源ライン（３２）に供給されるようになっている。
つまり、図３の電圧調節回路は画素の多くの部分が発光状態の場合は各画素の発光の強さ（輝度）を減少させ、有機電界発光ディスプレイ素子の輝度を低下させ、画素の少ない部分が発光状態の場合は有機電界発光ディスプレイ素子の輝度を向上させ、輝度を減少させるようになっている。
【００１２】
図３の回路を使用して発光輝度を調節するためにはアノード（１１）とカソード（１６）に印加される電圧と電流の供給量を精密に調節するべきである。従って、前述の発光輝度調節の方法は既存のＬＣＤ等のような表示素子に使用する単純電圧調節方式に比べて非常に複雑である。
発光輝度調節の複雑性の以外にも有機発光電界発光ダイオード装置は大きいサイズの装置に適用するのに妨害要素となる３つの短所を持っている。
１）望む輝度水準で光を発散させるためには相対的に高い印加電圧が必要である。
２）外部変換効率が低い。
３）輝度は特に５ボルト以下の電圧では制限的である。
従って、効率を増加させ、ターン・オン電圧を減少させ、そして輝度を増加させられる発光構造を持つ装置に対する一般的で広範囲の要求が持続的にあった。
【発明の開示】
【００１３】
従って、本発明の目的は増加された効率、減少されたターン・オン電圧及び増加された輝度を持つ有機電界発光素子を用意に実現する３極性有機電界発光素子を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は基板、基板上に形成された第１電極、上記の第１電極の上部に形成された有機発光層を含む一つ以上の有機物層、上記の有機物層の上に形成された諸電極及び一つ以上の第３電極を含む。本発明の主な特徴の第３電極は、上記の有機物層の上面又はその内部に形成されて、電荷キャリア及び発光する光の量を調節する。特に本発明の３極性の有機電界発光装置で、第３電極は特に第１電極と第２電極の間で限定された領域の外部に形成される方が望ましい。この構造の側面フィールド効果トランジスタ（ｌａｔｅｒａｌ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）より高い電流と電圧水準で動作できるトップ・ゲート・スタティック誘導トランジスタ（ｔｏｐ  ｇａｔｅ  ｓｔａｔｉｃ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｏｒ  ｔｒｉｏｄｅ）の構造と類似する。
【００１５】
上記の第３電極は伝導性有機材料、伝導性無機材料、金属又は複合体の物質で構成できるが、もっと望ましくはＩＴＯ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｌｉ又は（Ｍｇ：Ａｇ、Ｍｇ：Ａｇ−Ｌｉ、Ａｌ：Ｌｉ）に構成された方がよい。また、上記の第３電極は絶縁性の物質で封じられている場合もある。
第３電極は電圧が印加されると外部回路と繋がり、３つの段を持つ管として動作できるように第３電極から陽又は陰の電圧が検出される。この装置で、第１電極および第２電極の間に流れる電子と正孔電流は第３電極バイアス電圧を印加することによって制御され、均衡を維持させることが可能だ。また、第３電極は第１電極と第２電極の間のローカル電界を増加させ、有機発光層への電荷キャリアの注入を増加させ、本発明による有機電界発光装置の電界発光が、増加された効率、減少されたターン・オン電圧（Ｖｏｎｓｅｔ）及び増加された輝度を持ちながらも容易に制御できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明のより完全な理解とその多くの著しい利点は、同一の参照符号は同一または類似の構成要素を表す添付した図面を考慮して次の詳細な説明をすることによって明白になり、よく理解できるのである。
図１ａと図１ｂは一定の比率になってない通常の２極性の有機電界発光素子の断面図である；
図１ｃは通常の２極性の有機電界発光素子の発光原理を説明するためのエネルギー・バンド構造の電子ポテンシャル・ダイヤグラムを表す；
図２は図１に図示された従来の２極性の有機電界発光ダイオードを持つ有機電界発光ディスプリイのＲ、Ｇ、Ｂの画素を示す断面図である；
図３は図１に図示された従来の２極性の有機電界発光ダイオードの輝度を調節するための電圧調節回路図である；
図４ａは一定の比率になってない本発明の一例を示す３極性の有機電界発光素子の断面図である；
図４ｂは一定の比率になってない本発明と異なる例を示す３極性の有機電界発光素子の断面図である；
図４ｃと図４ｄは本発明の図４の３極性の有機電界発光素子の発光原理を説明するためのエネルギー・バンド構造の電子ポテンシャル・ダイヤグラムを表す；
図５は図４ａに表示した３極性の有機電界発光素子の構成の実際例を表す；
図６は図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、ＶＣＧ＝０Ｖでアノード（Ａ）の電流対電圧（ＩＡ対ＶＣＡ）、カソード（Ｃ）の電流対電圧（ＩＣ対ＶＣＡ）そして第３電極の電流耐電圧（ＩＧ対ＶＣＡ）の電流−電圧カーブを示すグラフである；
図７は図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、ＶＣＧ＝９Ｖでアノード（Ａ）の電流対電圧（ＩＡ対ＶＣＡ）、カソード（Ｃ）の電流対電圧（ＩＣ対ＶＣＡ）そして第３電極の電流対電圧（ＩＧ対ＶＣＡ）の電流−電圧カーブを示すグラフである；
図８は図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、ＶＣＡ＝９Ｖでアノード（Ａ）の電流対電圧（ＩＡ対ＶＣＡ）、カソード（Ｃ）の電流対電圧（ＩＣ対ＶＣＧ）そして第３電極の電流耐電圧（ＩＧ対ＶＣＧ）の電流−電圧カーブを示すグラフである；
図９は図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、ＶＣＡ＝９Ｖでアノード（Ａ）の電流対電圧（ＩＡ対ＶＣＧ）、カソード（Ｃ）の電流対電圧（ＩＣ対ＶＣＧ）そして第３電極の電流対電圧（ＩＧ対ＶＣＧ）の電流−電圧カーブを示すグラフである；
図１０ａは図５に図示した３極性の有機電界発光素子の第３電極（Ｇ）の外部電気回路と短絡されていて、有機電界発光素子が従来の２極性の有機電界発光ダイオードとして動作する場合の発光密度対電圧（ＶＣＡ）のカーブを示すグラフである；
図１０ｂは図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、幾つかの異なるカソード−３電極バイアス電圧（ＶＣＢ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）である場合の発光密度対第３電極の電圧（ＶＣＡ）のカーブを示すグラフである；
図１０ｃはＶＣＧ＝９ＶでＶＣＡ＝９Ｖで図５に図示された有機電界発光素子の電界発光スぺックトラ（“トライオード”）とＶＣＧがなく（第３電極（Ｇ）が外部電気回路に短絡されてある）ＶＣＡ＝９Ｖで図５に図示した有機電界発光素子の電界発光スペックトラ（“ダイオード”）を示すグラフである；
図１１は図５に図示した３極性の有機電界発光素子で、幾つかの異なるカソード−アノード電圧（ＶＣＢ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）である場合の発光密度対第３電極の電圧（ＶＣＧ）のカーブを示すグラフである；
図１２ａはＶＣＡ＝ＶＣＧで動作するときの、一定の比率になってない図５の３極性の有機電界発光素子の断面図を示す概略図である；
図１２ｂはＶＣＧ＝ＶＡＧで動作するときの、一定の比率になってない図５の３極性の有機電界発光素子の断面図を示す概略図である；
図１２ｃはＶＧＡ＝ＶＣＡで動作するときの、一定の比率になってない図５の３極性の有機電界発光素子の断面図を示す概略図である；
図１３は図１２ａの”トライオード−Ａ”、１２ｂ及び１２ｃの”トライオード−Ｂ、Ｃ”に図示されたのと同じく３極性の有機電界発光素子で発光密度対印加電圧を示すグラフで、ここで”ダイオード”は図５に図示された有機電界発光素子の第５電極が外部電源回路と短絡されて２極性の有機電界発光素子として動作するときの発光密度対電圧を示すカーブを表す；
図１４は図４ｂの３極性の有機電界発光素子の実際の一例を示す。
図１５は図１４の３極性の有機電界発光素子でＶＣＧ＝０Ｖでの電流−電圧（ＩＡ対ＶＣＡ、ＩＣ対ＶＣＡ、ＩＧ対ＶＣＡ）のカーブを表すグラフとして、ここで中身が埋まっている三角形は３極性の有機電界発光素子が外部電気回路に短絡されて図１４の有機電界発光素子が２極性の有機電界発光素子として動作する場合の電流対電圧（ＩＡ対ＶＣＡ）を表す。
図１６は図１４の３極性の有機電界発光素子でＶＣＧ＝３Ｖでの電流−電圧（ＩＡ対ＶＣＡ、ＩＣ対ＶＣＡ、ＩＧ対ＶＣＡ）のカーブを表すグラフである；
図１７ａは図１４の有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＡ）を表すグラフとして、第３電極は外部電気回路と短絡されて有機電界発光素子は従来の２極性の有機電界発光ダイオードとして動作する。
図１７ｂは幾つかの異なるカソード−第３電極バイアス電圧（ＶＣＧ＝０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ及び４Ｖ）で図１４の有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＡ）のカーブを表すグラフである；
図１８は幾つかの異なるカソード−アノード電圧（ＶＣＧ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）でｗ電圧（ＶＣＧ）の関数として図１４の有機電界発光素子の発光密度のカーブを表すグラフである；
図１９ａはＶＣＡ＝ＶＧＡで動作する一定比率になってない図１４の３極性の有機電界発光素子の概略図である；
図１９ｂはＶＣＡ＝ＶＣＧで動作する一定比率になってない図１４の３極性の有機電界発光素子の概略図である；
図２０は図１９ａの”トライオード−Ａ”及び図１９ｂの”トライオード−Ｂ”の装置での発光密度対印加電圧カーブを表すグラフで、”ダイオード”と表示された発光密度対電圧カーブは図１４の有機電界発光素子の第３電極が外部電気回路に短絡されて２極性有機電界発光の装置として動作するときのグラフを表す；また
図２１ａと図２１ｂは共に異なるバイアス電圧（Ｖ＝０Ｖ、１０Ｖ）で従来の有機電界発光ダイオード及び結合された有機電界発光ダイオード（イン・セット）の発光密度対電圧（ＶＣＡ）のカーブを表すグラフである。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００１７】
以下、添付された図面を参照しながら本発明の詳細を説明すると次のようになる。説明の便宜のために同一の機能を有する副材は従来の技術に与えたのと同一の符号を付与する。
【００１８】
代表的な３極性の有機電界発光素子の構造は図４ａ及び図４ｂに図示されてある。図４ａは一定の比率になってない発明の一つの実施例による３極性の有機電界発光素子の構成断面の概略図である。図４ａの３極性の有機電界発光素子は図１ａに図示した通常の２極性の有機電界発光素子と同じく、透明な基板（１０）上に形成された第１電極（１１、アノードＡ）、第１有機物層（２２）、第２有機物層（２６）、上記の第２有機物層（２６）上部に上記の第１電極（１１）と対向するように形成された第２電極（１６、カソードＣ）を含む。また、３極性の有機電界発光素子は図４ａに図示されたように有機物（２２又は２６）上に形成された第３電極（２０；ゲート、Ｇ）又は上記の有機物層（２２、２６）の内部に形成される第３電極（２０’）をさらに含む。ここで第１有機物層（２２）と第２有機物層（２６）は図１ｂに図示されたように正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）、有機発光層（１４）及び電子輸送層（１５）を含む。上記の電極ら（１１、１６、２０又は２０’）は３極性の有機電界発光素子を駆動させる外部回路と繋がる。つまり、上記の第１電極（１１）は第１有機物層（２２）に正孔を注入するアノード（Ａ）として作用して、上記の第２電極（１６）は上記の第２有機物層（２６）に電子を注入するカソード（Ｃ）として作用して、上記の第３電極（２０、２０’）は電子及び正孔の流れを制御するゲート電極（ｇａｔｅ、Ｇ）として作用する。
【００１９】
図４ｂは一定の比率になってない本発明の異なる実施例による３極性の有機電界発光素子の断面概略図である。図４ｂの３極性の有機電界発光素子はまた図１ａの２極性の有機電界発光素子のように、基板（１０）上に形成された第１電極（１１、アノードＡ）、第１有機物層（２２）、第２有機物層（２６）、上記の第２有機物層（２６）上部に上記の第１電極（１１）と対向するように形成された第２電極（１６、カソードＣ）を含む。また、３極性の有機電界発光素子は図４ｂに図示されたように第１有機物層（２２）の下部に形成された第３電極（２０）又は第１有機物層（２２）の内部に形成された第３電極（２０’）をさらに含む。ここで、第１有機物層（２２）及び第２有機物層（２６）は図１ｂに図示されたように正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）、有機発光層（１４）及び電子輸送層（１５）を含む上記の電極ら（１１，１６，２０又は２０’）は有機電界発光素子を駆動させる外部回路に繋がる。つまり、上記の第１電極（１１）は第１有機物層（２２）に正孔を注入するアノード（Ａ）として作用して、上記の第２電極（１６）は上記の第２有機物層（２６）に電子を注入するカソード（Ｃ）として作用して、上記の第３電極（２０、２０’）は電子及び正孔の流れを制御するゲート電極（ｇａｔｅ、Ｇ）として作用する。
【００２０】
このような本発明による３極性の有機電界発光素子で、第１電極及び第２電極から第１有機物層（２２）及び第２有機物層（２６）を通じて発光層（１４）に注入された正孔及び電子はアノード（Ａ）及びカソード（Ｃ）のポテンシャルに対する上記の第３電極（２０又は２０’）にバイアス・ポテンシャルを調節することによって制御できて、有機電界発光素子の輝度を容易に調節できる。その上、追加される正孔又は電子が第３電極（Ｇ；２０また２０’）から第１有機物層（２２）又は第２有機物層（２６）を通じて発光層（１４）に注入できる。従って、第３電極（２０また２０’）から追加に注入された正孔及び電子が発光層（１４）から再結合して有機電界発光素子の輝度を向上させる。
【００２１】
上記の第３電極（２０また２０’）の位置は上記の有機物層（２２及び２６）の内部で正孔電流及び／又は電子電流を調節できたら、特に限定されない。図４ａ及び４ｂに図示されたように第３電極（２０また２０’）は上記のアノード（１１）及びカソード（１６）の間の領域の外部に形成されるのが望ましい。上記の第３電極（２０また２０’）が上記のアノード（１１）及びカソード（１６）の間の領域内部で形成された場合にも輝度調節は可能である。しかし、上記の第３電極（２０また２０’）が上記の第１電極（１１）第２電極（１６）の間の電界を遮蔽して電荷キャリアの注入及び輸送が妨害されて、発光面積を相当に減少させる恐れがある。従って、このような問題点を防止するためには上記の第３電極（２０また２０’）を上記のアノード（１１）及びカソード（１６）の間に限定された領域の外部にかけて形成するのが望ましい。
【００２２】
図４ａ及び図４ｂの上記の第３電極（２０）が本発明による３極性の有機電界発光素子に採用される場合には、図４ａでの第２電極（１６）と第３電極（２０）間の距離、そして図４ｂでの第１電極と第３電極（２０）との間の距離は短絡を避ける程度に離隔されるべきで、動作不能を防止するために１ｍｍより小さくなるべきだ。第３電極（２０また２０’）の厚さは特に限定しないが、２００ｎｍ以下が望ましく、上記のアノード（１１）からカソード（１６）までの全体の厚さは５０００ｎｍ以下が望ましい。
【００２３】
上記の有機発光層（１４）では有機電界発光素子の製造には通常使用される多様な化合物には使用できるが、正しくは発光性を持つ伝導性、非伝導性又は半導体の有機単分子、オリゴマー又は高分子を使用する。上記の有機単分子化合物としは非限定的に緑色領域（５４０−５５０ｍｎ）で光を発するアルミキド（Ａｌｑ３；ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｌｉｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）、ＢｅＢｑ２（１０−ｂｅｎｚｏ［ｈ］ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ−ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ）複合体、Ａｌｍｑ（ｔｒｉｓ（４−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）有機発光層（１４）の青色の発光体としては、Ｂａｌｑ（Ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｏ）（ｐａｒａ−ｐｈｅｎｙｌ−ｐｈｅｎｏｌａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）等の金属錯体化合物が使用可能で、ストリルアリレン（ｓｔｒｙｌａｒｙｌｅｎｅ）系誘導体である、ＤＰＶＢｉ（１，４−ｂｉｓ（２，２’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｖｉｎｙｌ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、オキサジアゾル（ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ）系誘導体、ビスストリルアントラセン系（ｂｉｓｓｔｒｙｌａｎｔｈｒａｎｃｅｎｅ−ｂａｓｅｄ）誘導体、ＢｃｚＶＢｉ（４，４’−Ｂｉｓ（２−ｃａｒｂａｚｏｌｅ）ｖｉｎｙｌｅｎｅ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ）のようなビスストリルチリレン誘導体又はα−ＮＰＤ（４，４’ｂｉｓ［Ｎ−［１−ｎａｐｔｈｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ］）等の非金属錯体化合物が使用できる。有機発光層（１４）の赤色発光層はＤＣＭ２（［２−ｍｅｔｈｙｌ−６−［２−（２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１Ｈ，５Ｈ−ｂｅｎｚｏ［ｉ，j］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−９−ｙｌ）ｅｔｈｙｌ］−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ］ｐｒｏｐａｎｅ−ｄｉｎｉｔｒｉｌｅで構成可能である。また、ＤＭＱＡ（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）又はＱＡＤ（ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）のような高発光効率用のドーパントが上記の発光層（１４）に付加され、有機電界発光素子の発光効率と耐久性を向上させることが可能だ。ＰＰＰ（ｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）又はＰＰＶ（ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）のような公示の発光ポリマーが有機発光層（１４）用の緑色発光物質として使用可能で、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５（２’ｅｔｈｙｌ−ｈｅｘｏｘｙ）ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）及びＰＦ（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ）が各々の有機発光層（１４）用の赤色発光ポリマー及び青色の発光ポリマー物質として使用可能である。
【００２４】
必要に応じて形成される上記の正孔注入層（１２）と上記の正孔の輸送層（１３）は陽極の正孔注入電極（１１）から正孔の注入を容易にする機能、正孔を安定に輸送する機能及び電子を防ぐ機能をするもので、非限定的にトライフェニルジアミン（ｔｒｉ（ｐｈｅｎｙｌｄｉａｍｉｎｅ））誘導体、スチルアミン（ｓｔｙｌａｍｉｎｅ）誘導体、芳香族縮合環を持つアミン（ａｍｉｎｅ）誘導が使用可能である。ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４；，４“−ｔｒｉｓ［３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｏ］ｔｒｉｐｈ−ｅｎｙｌａｍｉｎｅ又はＣｕＰｃ（ｃｏｐｐｅｒ  ｐｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ）は正孔注入層に使用可能で、ＴＰＤ（Ｎ−Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ−Ｎ’ｂｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）−［１−１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ］−４−４’−ｄｉａｍｉｎｅ）又はα−ＮＰＤ（４，４’ｂｉｓ［Ｎ−［１−ｎａｐｔｈｙｌ−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ］）は正孔輸送層に使用可能である。上記の電子輸送層（１５）はカソード（１６）から電子の注入を容易にする機能、電子を安定に有機発光層（１４）に輸送する機能及びホールを防ぐ機能をする。
つまり、正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）及び電子輸送層（１５）は発光層（１４）に注入される正孔と電子の数を増加させ、再結合（エキシトン）のために結合することで有機電界発光素子の発光効率を増加させる。上記の正孔注入層（１２）及び正孔輸送層（１３）及び電子輸送層（１５）の厚さは特別に制限されることなく、形成方法によって違ってくるが通常５乃至８００ｎｍ程度の厚さを持つ。
【００２５】
上記の正孔を注入（ｈｏｌｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）するアノード（１１）は、非限定的に高い仕事関数を持つインジウム・ティン・オキシド（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、ポリアニリン、Ａｇ等で構成可能で、電子を注入（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）するカソード（１６）は低い仕事関数を持つＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ又はこれらの複合物で構成される。また、上記の基板は透明なガラス、柔軟性のあるポリマー膜又はシリコン又はガリウム・アルセナイド（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）等の半導体で構成可能である。
【００２６】
上記の第３電極（２０、２０’）は伝導性有機単分子、伝導性オリゴマー等の伝導性の有機材料又は伝導性無機材料、金属又はその複合体物で構成可能で、望ましくはＩＴＯ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌｉ及びその複合物で構成された群で選択され、どれかの一つで構成可能である。また、上記のアノード（１１）と第３電極（２０又は２０’）の間又はカソード（１６）は上記の第３電極（２０又は２０’）の間に電流が流れるのを遮断するための絶縁物で封じされることもある。
上記の第３電極（２０又は２０’）はアノード（Ａ）及びカソード（Ｃ）に対して陽及び陰の電位を持たせるように外部回路と繋がっていて、上記の第３電極（２０又は２０’）に印加されたポテンシャルは有機発光層（１４）に注入される正孔と電子の流れを調節して、有機電界発光素子の発光効率を制御する。
【００２７】
図４ａに図示されたように第３電極（２０、ＧＡＴＥ：Ｇ）が正孔輸送層の上部（１３ａ）に形成された場合のエネルギー・バンド構造のポテンシャル・ダイヤグラムを表す図４ｃを参照して３極性有機電界発光素子を実現する原理を説明する。図４ｃで、電子は円の中に”−“として表示し、正孔は円の中に”＋“として表示し、正孔又は電子の移動は矢印で表した。参照番号（１１、１２、１３、１４、１５、１６及び２０）は各々アノード（１１）、正孔注入層（ＨＩＬ；１２）、正孔輸送層（ＨＴＬ；１３）、有機発光層（ＥＭＬ；１４）、電子輸送層（ＥＴＬ；１５）、カソード（１６）及び第３電極（２０）を表しているものである。またфＡ、фＣ及びфＧは各々アノード（１１）、カソード（１６）及び第３電極（２０）の仕事関数を表し、ＥＡとＩＰは各有機物層の電子親和度とイオン化ポテンシャルを表す。
【００２８】
先ず、アノード（１１、Ａ）、カソード（１６：Ｃ）と第３電極（２、Ｇ）に電圧が印加されないと、図４ｃのＴ１に図示されたように正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）、発光層（１４）及び電子輸送層（１５）等は熱力学的に平衡状態にあるようになってこれらのフェルミ準位が一致する。この時、第３電極（２０）を外部回路から短絡（ｏｆｆ、０Ｖ）された状態で、アノード（１１）とカソード（１６）の間に電圧ＶＣＡを印加させると、正孔はアノード（１１）から正孔注入層（１２）のＨＯＭＯ状態に漸次的に注入され、電子はカソード（１６）から電子輸送層（１５）のＬＵＭＯ状態に漸次的に注入される。ここで、印加された電圧ＶＣＡが電界発光ターン・オン（Ｖｏｎｓｅｔ）より低いと（ＶＣＡ＜Ｖｏｎｓｅｔ）、図４ｃのＴ２と図示されたように電子と正孔達は有機発光層（１４）に流入できなく、電界発光が起こらない。これは２極性有機電界発光ダイオード素子の作動と同じである。次ぎ、第３電極（２０）を外部電源回路に繋げ、カソード（１６）と第３電極（２０）の間にＶＣＧ印加すると正孔及び電子達はＶＣＧによって発生した電界によってＨＩＬ（１２）、ＨＴＬ（１３）及びＥＴＬ（１５）を経て有機発光層（１４）に移動するようになる。それにカソード（１６）とアノード（１１）の間に発生するローカル電界効果によって正孔は第３電極（２０）から有機発光層（１４）に追加に注入できる。これによって、図４ｃのＴ３に図示されたように有機発光層（１４）の内部での正孔と電子の再結合（エキシトン）によって電界発光が発生するようになる。つまり、第３電極に印加されるとＶｏｎｓｅｔより低いＶＣＡ電圧でも電界発光が起こる。また、図４ｃのＴ４に図示したように、ＶＣＧを固定して電圧ＶＣＡを少しずつ増加させると、有機発光層（１４）に注入される正孔及び電子の濃度が漸次的に増加し、輝度もまた漸次に増加する。この場合、３つの電極の間の電流の流れはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧと表示可能だ。
【００２９】
０ＶのＶＣＧがカソード（１６）と第３電極（２０）の間に印加されると、エネルギー・バンド・ダイヤグラムは図４ｃのＴ５及びＴ６に図示される。Ｔ５は０ＶのＶＣＡがカソード（１６）とアノード（１１）の間に印加され、有機発光層（１４）に電荷キャリアが注入されない場合のエネルギー・バンド・ダイヤグラムを表す。一方、陽の値を持つＶＣＧがカソード（１６）とアノード（１１）の間に印加されるときはＴ６に図示されたようにカソード（１６）及び第３電極（２０）から出た電子達は有機発光層（１４）に注入可能で、アノード（１１）から出た正孔達も有機発光層（１４）に注入可能だ。従って、ＶＣＧを０Ｖと固定する時に３つの電極の電流の流れはＶＣＡが増加するに連れ、ＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧの関係（ＩＡ＞０、ＩＣ＞０、ＩＧ＞０）を持って、０から増加する。
【００３０】
陽の値を持つＶＣＧがカソード（１６）と第３電極（２０）の間に印加される時は、エネルギー・バンド・ダイヤグラム図４ｃのＴ７及びＴ８と図示されている。Ｔ７は０ＶのＶＣＡがカソード（１６）とアノード（１１）の間に印加された場合のエネルギー・ダイヤグラムを表したもので、ここでカソード（１６）とアノード（１１）から出た電子達は有機発光層（１４）に注入可能で、そして第３電極（２０）から出た正孔達も有機発光層（１４）に注入可能である。この場合、３つの電極の電流の流れはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧの関係（ＩＡ＞０、ＩＣ＞０、ＩＧ＜０）を持つ。従って、ＶＣＧを陽の値でこうさせる場合、アノードの電流ＩＡはＶＣＡが０から増加することに連れ、陰の値から陽の値に増加する。
【００３１】
第３電極（２０）が正孔注入層（１２）の下部に形成される場合のエネルギー・バンド構造のポテンシャル・ダイヤグラムを図４ｄを参照して、３極性有機電界装置を実現する原理を説明する。図４ｄで電子は円の中に”−“として表示し、正孔は円の中に”＋”として表示し、正孔又は電子の移動は矢印で表した。参照番号（１１，１２，１３，１４，１５，１６及び２０）は各々アノード（１１）、正孔注入層（ＨＩＬ；１２）、正孔輸送層（ＨＴＬ；１３）、有機発光層（ＥＭＬ；１４）、電子輸送層（ＥＴＬ；１５）、カソード（１６）及び第３電極（２０）を表しているものである。またфＡ、фＣ及びфＧは各々アノード（１１）、カソード（１６）及び第３電極（２０）の仕事関数を表し、ＥＡとＩＰは各有機物層の電子親和度とイオン化ポテンシャルを表す。
【００３２】
アノード（１１）、カソード（１６）と第３電極（２０）に電圧が印加されないと、正孔注入層（１２）、正孔輸送層（１３）、発光層（１４）及び電子輸送層（１５）等は熱力学的に平衡状態にあって、図４ｄのＴ１に示されているように、これらのフェルミ準位が一致する。
第３電極（２０）を外部回路から短絡された状態で、アノード（１１）とカソード（１６）の間に電圧ＶＣＡを印加される時、正孔はアノード（１１）から正孔注入層（１２）のＨＯＭＯ状態に漸次に注入され、また電子はカソード（１６）から電子輸送層（１５）のＬＵＭＯ状態に漸次に注入される。ここで、印加電圧ＶＣＡがターン・オン（Ｖｏｎｓｅｔ）以下だとすると、正孔及び電子は有機発光層（１４）に移動できず、図４ｄのＴ２に図示されたように電界発光は起こらなくなり、従来の２極性有機電界発光ダイオード素子の作動と同じである。
【００３３】
以降、第３電極（２０）に外部電源回路が繋がり、０ＶのＶＣＧがカソード（１６）と第３電極（２０）の間に印加されると、正孔及び電子達はＶＡＧ又はＶＣＧによって発生した電界によってＨＩＬ（１２）、ＨＴＬ（１３）及びＥＴＬ（１５）を経て有機発光層（１４）に移動することができる。それに正孔達はカソード（１６）とアノード（１１）の間に発生するローカル電界効果によって第３電極（２０）から有機発光層（１４）に追加に注入できる。従って、図４ｄのＴ３に図示されたように電子と正孔が有機発光層（１４）で再結合することによって電界発光が発生するようになる。つまり、０ＶのＶＣＧが第３電極（２０）に印加される時、Ｖｏｎｓｅｔより低いＶＣＡによっても電界発光が発生できる。ＶＣＧ＝０ＶでＶＣＡが増加させる時、図４ｄのＴ４に図示したように有機発光層（１４）に注入される正孔及び電子の濃度が漸次的に増加し、輝度もまた漸次に増加する。この場合、３つの電極の間の電流の流れはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧと表示可能である。
【００３４】
陽の値を持つＶＣＧがカソード（１６）と第３電極（２０）の間に印加される時は、エネルギー・バンド・ダイヤグラム図４ｄのＴ５及びＴ６と図示されている。
Ｔ５は０ＶのＶＣＡがカソード（１６）とアノード（１１）の間に印加された場合のエネルギー・バンド・ダイヤグラムを表し、ここでカソード（１６）とアノード（１１）から出た電子は有機発光層（１４）に注入可能で、第３電極（２０）から出た正孔は有機発光層（１４）に注入可能である。従って、ＶＣＡを０Ｖの場合にも、陽のＶＣＧが固定された場合は３つの電極の間にはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧの関係（ＩＡ＜０、ＩＣ＞０、ＩＧ＜０）を持ちながら、電流が流れる。一方、陽のＶＣＡがカソード（１６）とアノード（１１）の間に印加される時のエネルギー・ダイヤグラムはＴ６に図示されている。この場合、カソード（１６）から出た電子は有機発光層（１４）に注入され、アノード（１１）から出た正孔は有機発光層（１４）に注入が可能である。これによって、有機発光層（１４）の内部で電子と正孔が再結合して、Ｔ６に図示されたような電界発光が発生する。従って陽のＶＣＧから３つの電極間の電流の流れはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧの関係（ＩＡ＞０、ＩＣ＞０）を持つ。従って固定された陽のＶＣＢからアノードの電流の流れＩＡはＶＣＧが０から増加することに連れ、陰の値から陽の値に変わることになる。従って、３極性有機電界発光素子の輝度は第３電極（２０）のポテンシャルを調節することによって制御できて、アノード（１１）とカソード（１６）のポテンシャルに対して有機層に移動する電荷キャリアの流れに影響を及ぼす。
【００３５】
次の一般的な方法及び特定の実施例はただ本発明を説明するために提案されたもので、これに限定されて解釈されることはない。
【実施例】
【００３６】
《実施例１》
図５は本発明の一例による図４ａの３極性有機電界発光素子の１つの実施例である。図５に図示されたように、透明な基板上に形成され、ＩＴＯで構成されたアノード（１１）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡで構成された正孔注入層（１２）α−ＮＰＤで構成された正孔輸送層（１３）、Ａｌｑ３で構成された緑色発光層（１４）及びＡｌｑ３で構成された電子輸送層（１５）を含む有機物層等（２２、２６）を含む３極性有機電界発光素子が製造された。薄膜の有機層らは５×１０−５Ｔｏｒｒの下でＩＴＯがコーティングされた１０−２０Ω／□の面抵抗を持つ有機基板上に０．２ｎｍ／ｓで熱蒸着された。正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層及び電子注入層の厚さは各々４０ｎｍ、２０ｎｍ、６０ｎｍ及び２０ｎｍである。続いて、Ａｌ−Ｌｉ化合物（１０００ｎｍ）で構成されるカソード（１６）が５×１０−５Ｔｏｒｒの下で有機物層の上面に形成される。カソード（１６）の側にはＡｌ−Ｌｉ化合物で構成される第３電極（２０）がアノード（１１）とカソード（１６）の間の領域の外側にある有機物層（２６）の上に形成される。第２電極と第３電極との距離は３０マイクロメーターである。アノード（１１）、カソード（１６）及び第３電極（２０）はそれぞれに対して陽又は陰のポテンシャルを持つように図５に図示したように外部電源回路に繋がれた。
【００３７】
図６は図５に図示した３極性有機電界発光素子から測定したアノード（Ａ）に流れる電流（ＩＡ）対電圧（ＶＣＡ）の間のカーブを表すグラフである。図６に図示されたようにＶＣＡが０Ｖの場合、ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは０ｍＡである。しかし、ＶＣＡが増加すればするほどＩＡ、ＩＣ及びＩＧが漸進的に増加する。ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表１に数値で示した。
【００３８】
【表１】2004522279.tif 000003
【００３９】
上記の表１で見られるように各端子に流れる電流量は図４ｃのＴ５及びＴ６のエネルギー・ダイヤグラムに図示されたようにＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧ（ＩＡ＞０、ＩＣ＞０、ＩＧ＞０）の関係を持つことを確認できる。従って、本実験の結果から図５に表示した素子が３極性構造（ｔｈｒｅｅ−ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｄｅｖｉｃｅ）を持つことが分かる。
【００４０】
図７は図５に図示した３極性有機電界発光素子において、ＶＣＧ＝９Ｖの場合に測定したＩＡ対ＶＣＡ、ＩＣ対ＶＣＡ及びＩＧ対ＶＣＡの電流−電圧（Ｊ−Ｖ）カーブを表すグラフを図示する。ＶＣＧ＝９Ｖの場合、ＶＣＡに対したＩＡ、ＩＣ及びＩＧはＶＣＧ＝０Ｖの図６の場合とはかなり違う模様を示す。図７に示したようにＶＣＡが０Ｖの場合にもＩＡ、ＩＣ及びＩＧは０ではない。ＶＣＡが増加すればするほど第３電極の電流ＩＧは陰の値から徐々に増加して、カソードの電流ＩＣはＶＣＡが６Ｖとなるまでに一定量の値を持つ。ＶＣＡが増加することに連れ、アノードの電流ＩＡはＶＣＡが０Ｖから陰の値から徐々に増加する。ＶＣＡが約６Ｖの近傍で電流ＩＡは信号が陽の値に変わる。図７に図示されたＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表２に数値で示した。
【００４１】
【表２】2004522279.tif 000004
【００４２】
表２で示すように見られるように、この場合もＩＡ、ＩＣ及びＩＧは図４ｃのＴ７及びＴ８のエネルギー・ダイヤグラムに図示されたように、ＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧ（ＩＣ＞０、ＩＧ＜０）の関係を持ち、ＶＣＡが増加することに連れ、アノードの電流ＩＡは、ＶＣＡが０Ｖから増加することによって、陰の値から陽の値に変わることが確認できる。従って、表１及び表２と図６及び図７を参考にすると、図５に表示した有機電界発光素子は３極性有機電界発光素子で、この素子のアノード、カソード、第３電極に流れる電流の流れはＶＣＡが固定されていても、第３電極に印加される電圧を調節できることが証明された。
【００４３】
図８は図５に図示した３極性有機電界発光素子においてＶＣＡ＝０Ｖの場合に測定した
ＩＡ対ＶＣＧ、ＩＣ対ＶＣＧ及びＩＧ対ＶＣＧの電流−電圧（Ｊ−Ｖ）カーブを表すグラフを図示した。図８からＶＣＧ＝０Ｖの場合、ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは０ｍＡ／ｃｍ２である。
しかし、ＶＣＧが増加すればするほどＩＣは漸進的に増加して、ＩＡ及びＩＧは漸進的に減少する。図８に図示したＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表３に数値で示す。
【００４４】
【表３】2004522279.tif 000005
【００４５】
表３で見られるように、図４ｃのＴ５及びＴ７はエネルギー・ダイヤグラムに図示されたように、ＩＡ、ＩＣ及びＩＧはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧ（ＩＣ＞０、ＩＧ＜０、ＩＡ＜０）の関係を持つことが確認できる。従って、本実験の結果は図５に表示した素子が３極性有機電界発光素子であることが確認できる。
図９は図５に図示した３極性有機電界発光素子においてＶＣＡ＝９Ｖの場合に測定した
ＩＡ対ＶＣＧ、ＩＣ対ＶＣＧ及びＩＧ対ＶＣＧの電流−電圧（Ｊ−Ｖ）カーブを表すグラフを図示した。ＶＣＧ＝９Ｖの場合、ＶＣＧに対するＩＡ、ＩＣ及びＩＧはＶＣＧ＝０Ｖの場合にもＩＡ、ＩＣ及びＩＧは常時陽の値を持ち、０ｍＡ／ｃｍ２ではない。ＶＣＧが増加すればするほどアノード電流ＩＡは陽の値から徐々に減少し、カソードの電流ＩＣはＶＣＧが６．５Ｖになるまで殆ど一定の陽の値を持ち、ＶＣＧ＝６．５Ｖの以降は徐々に増加する。第３電極のＩＧはＶＣＧ＝０ＶでＶＣＡが増加することに連れ、陽の値から徐々に減少する。ＶＣＧ＝６．５Ｖの近傍で、ＩＧは信号が変わって陰の値に変わる。図９に図示したＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表４に数値で示す。
【００４６】
【表４】2004522279.tif 000006
【００４７】
表４に見られるように、図４ｃのＴ６及びＴ８のエネルギー・ダイヤグラムに図示されたように、ＩＡ、ＩＣ及びＩＧはＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧ（ＩＣ＞０、ＩＡ＞０）の関係を持ち、ＶＣＧが増加するに連れ、第３電極の電流ＩＧは陽の値から陰の値に変わることが確認できる。従って、表３及び表４と共に図８及び図９を参考に図５に表示した素子が、固定されたＶＣＧでも第３電極に印加された電圧を調節することによってカソード、アノード及び第３電極に流れる電流の流れが制御できる３極性有機電界発光素子であることが確認できる。
【００４８】
図５の３極性有機電界発光素子からＡｌｑ３で構成される緑色発光層が発見されて、この素子には陽極から順方向バイアスでＩＴＯ電極に連続的なＤＣが供給される。図１０ａは第３電極が外部電気回路と短絡されて、従来の２極性有機電界発光素子として動作する時の図５の有機電界発光素子の発光輝度の強度対電圧（ＶＣＡ）（Ｌ−Ｖ）のカーブを表すグラブである。図１０ａに図示されたように、６ＶのＶＣＡ（ＶＯＮＳＥＴ＝６Ｖ）で電界発光が開始され、ＶＣＡが増加することに連れ、発光の強度が漸次に増加して、典型的な２極性有機電界発光素子の発光の強度対電圧（Ｌ−Ｖ）の特性を表す。特にＶＣＡ＝９Ｖで発光輝度及び電流密度は各々３３０ｃｄ／ｍ２及び１０．６ｍＡ／ｃｍ２を示し、〜３．１ｃｄ／Ａの発光効率を示す。
【００４９】
図１０ｂはカソードと第３電極の間に多様なバイアス電圧（ＶＣＧ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）において図５に図示した３極性有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＡ）（Ｌ−Ｖ）カーブを示すグラブである。図１０ｂに図示されたように、ＶＣＡのターン・オン電圧が５Ｖ以下に減少される場合もあるが、これはＩＣ駆動回路で典型的に５Ｖ以下で、そして輝度の強度は低電圧のＶＣＡでも相当増加されることがある。例を挙げると、ＶＣＧ＝９Ｖの時、ＶＣＡ＝２Ｖの近傍で発光が開始され、ＶＣＡが増加することによって輝度が漸次に増加する。特にＶＣＡ＝９Ｖで、ＶＣＧ＝９Ｖでは発光輝度と電流密度はそれぞれ約８８０ｃｄ／m2で、ＩＡ＝１７．７ｍＡ／ｃｍ２になり、〜５．０ｃｄ／Ａの発光効率を示す。これは図１０ａに表した既存の通常の２極性有機電界発光ダイオード素子では得られない特徴で、本発明の３極性有機電界発光素子の特徴である。
【００５０】
図１０ｃはＶＣＡ＝９Ｖ、ＶＣＧ＝９Ｖでの図５の電界発光素子の電界発光発散スペックトラ（“トライオード”）とＶＣＡ＝９Ｖで第３電極が外部回路と短絡された状態での図５の有機電界発光素子の電界発光発散スペックトラ（“ダイオード”）を表すグラフである。この電界発光素子は５４０ｎｍで発光するＡｌｑ３層から発散することを示しているが、これはＡｌｑ３層からキャリアの再結合が起こることを意味する。また３極性有機電界発光装置は３極性有機電界発光装置の増加された発光輝度を除いては従来の２極性有機電界発光装置のものと同じである。
前述したように、図５の３極性有機電界発光素子は改善された効率、減少されたターン・オン電圧（ＶＯＮＳＥＴ）、改善された輝度を持つ発光構造であることが証明される。
【００５１】
図１１はカソードとアノードの間に多様なバイアス電圧（ＶＣＡ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）において図５に図示した３極性有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＧ）（Ｌ−Ｖ）カーブを表すグラフである。所定のＶＣＡで、ＶＣＧが増加することによって有機電界発光素子の発光密度は明白に増加する。例えば、ＶＣＡ＝８Ｖの時、ＶＣＧ＝９Ｖでの約７７０ｃｄ／m2の輝度はＶＣＧ＝０Ｖでの約３３０ｃｄ／m2の輝度の約２．３倍である。その結果として、図５の有機電界発光素子はＶＣＡが固定されても、その輝度が第３電極に印加される電圧を調節することによって制御可能な３極性有機電界発光素子として動作することを再び確認できる。
【００５２】
図１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは各々ＶＣＡ＝ＶＣＧ，ＶＣＧ＝ＶＡＧそしてＶＣＡ＝ＶＧＡで動作する図５の３極性有機電界発光素子の例を示す。図１３は図１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの３極性有機電界発光装置において発光密度（１２ａでは”トライオード−Ａ”と表示し、１２ｂ及び１２ｃでは”トライオードＢ−Ｃ”と表示）対印加された電圧（Ｌ−Ｖ）特徴を示すグラフを表す。比較のために、外部回路と短絡された第３電極を持つ図５の有機電界発光素子でのＬ−Ｖ特徴（“ダイオード”）も図面に図示される。
図示されたように、”トライオードＡ”での発光密度は”ダイオード“の場合と比較して相当増加される。特に、印加電圧が９Ｖの時、”トライオードＡ”約８８０ｃｄ／m2の輝度は“ダイオード”の約３３０ｃｄ／m2の輝度の約２．３倍明るい。従って、“トライオードＡ”から増加された輝度を容易に得られる。反対に”トライオードＢ、Ｃ”での輝度は”ダイオード”の場合と比較して相当減少される。従って、図５の有機電界発光素子は増加された効率及び改善された輝度を持つ本発明のよる３極性装置として動作する３極性有機電界発光素子であることを再び確認できる。
【００５３】
《実施例２》
図１４は本発明の一例による図４ｂの３極性有機電界発光素子の１つの実施例である。図１４によると、透明な基板上に形成され、ＩＴＯで構成されたアノード（１１）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡで構成された正孔注入層（１２）α−ＮＰＤで構成された正孔輸送層（１３）、Ａｌｑ３で構成された緑色発光層（１４）及びＡｌｑ３で構成された電子輸送層（１５）を含む有機物層等（２２、２６）を含む３極性有機電界発光素子が製造された。薄膜の有機層らは５×１０−５Ｔｏｒｒの下でＩＴＯがコーティングされた１０−２０Ω／□の面抵抗を持つ有機基板上に０．２ｎｍ／ｓで熱蒸着された。正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層及び電子注入層の厚さは各々大体４０ｎｍ、２０ｎｍ、６０ｎｍ及び２０ｎｍである。続いて、Ａｌ−Ｌｉ化合物（１０００ｎｍ）で構成されるカソード（１６）が５×１０−５Ｔｏｒｒの下で有機物層の上面に形成される。アノード（第１電極、１１）とカソード（第２電極、１６）の側には、ＩＴＯで構成された第３電極（２０）がアノード（１１）とカソード（１６）の間に領域の外側にある有機物層（２２）の下に形成される。第１電極と第３電極との距離は３０マイクロメーターである。アノード（１１）、カソード（１６）及び第３電極（２０）はそれぞれに対して陽又は陰のポテンシャルを持つように図１４に図示したもののように外部電源回路に繋がれた。
【００５４】
図１５は図１４に図示した３極性有機電界発光素子でＶＣＧ＝０Ｖの時に測定したアノード（Ａ）に流れる電流（ＩＡ）対電圧（ＶＣＡ）、カソード（Ｃ）に流れる電流（ＩＣ）対電圧（ＶＣＡ）及び第３電極（Ｇ）に流れる電流（ＩＧ）対電圧（ＶＣＡ）間のカーブ（Ｊ−Ｖ）を表すグラフである。図１５に図示されたように、ＶＣＡが０Ｖの場合、ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは０ｍＡである。しかし、ＶＣＡが増加すればするほどＩＡ、ＩＣ及びＩＧが漸進的に増加する。比較のために、外部回路と短絡された第３電極を持つ有機電界発光素子のダイオードの特徴である（ＩＡ対ＶＣＡ）カーブもまた図１５で黒三角形として図示される。図示されたように、第３電極端子の構造からのアノード（１１）に流れる電流の流れはダイオード構造でのものより増加される。つまり、３極性端子構造での発光層（１４）に注入される電化キャリアはダイオード構造でのものより一層増加される。ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表５に数値で表した。
【００５５】
【表５】2004522279.tif 000007
【００５６】
図１６は図１４に図示した３極性有機電界発光素子において、ＶＣＧ＝３Ｖの場合、測定したＩＡ対ＶＣＡ、ＩＣ対ＶＣＡ及びＩＧ対ＶＣＡの電流−電圧（Ｊ−Ｖ）カーブを表すグラフを図示する。ＶＣＧ＝３Ｖの場合、ＶＣＡに対してＩＡ、ＩＣ及びＩＧはＶＣＧ＝０Ｖである図１５の場合とはかなり異なる様子を示す。図１６に示すように、ＶＣＡが０Ｖの場合でもＩＡ、ＩＣ及びＩＧは０ではない。ＶＣＡが増加すればするほど第３電極の電流ＩＧは陰の値から徐々に増加して、カソードの電流ＩＣはＶＣＡが０Ｖから陽の値に徐々に増加する。ＶＣＡが増加することに連れ、アノード電流ＩＡはＶＣＡが０Ｖから陰の値に徐々に増加する。ＶＣＡが約１Ｖの近傍で電流ＩＡは信号が陽の値に変わる。図１６に図示された。ＩＡ、ＩＣ及びＩＧは表６に数値として示した。
【００５７】
【表６】2004522279.tif 000008
【００５８】
表６で見られるように、この場合もＩＡ、ＩＣ及びＩＧは図４ｄのＴ５及びＴ６のエネルギー・ダイヤグラムで推測されたように、ＩＡ＝ＩＣ＋ＩＧ（ＩＣ＞０、ＩＧ＜０）の関係を持ち、ＶＣＡが増加することに連れ、アノード電流ＩＡはＶＣＡが増加することに連れ、陰の値から陽の値への変化を確認できる。従って、表５及び表６は図１５と図１６を参考にして、図１４に表示した有機電界発光素子は３極性有機電界発光素子であり、この素子のアノード、カソード、第３電極に流れる電流の流れは第３電極に印加される電圧を調節することによって制御できることが証明された。
図１７ａ及び１７ｂは有機電界発光素子の発光密度対電圧ＶＣＡカーブを示すグラフを表す。図１７ａは第３電極が外部電気回路と短絡されて従来の２極性有機電界発光素子として動作する時の図１４の有機電界発光素子の発光輝度の強度対電圧（ＶＣＡ）（Ｌ−Ｖ）のカーブを表すグラフである。図１７ａに図示されたように、６ＶのＶＣＡ（ＶＯＮＳＥＴ＝６Ｖ）で電界発光が開始され、ＶＣＡが増加することに連れ、発光強度が漸次に増加して、典型的な２極性有機電界発光素子の発光強度対電圧（Ｌ−Ｖ）の特性を示す。特にＶＣＡが約１０Ｖで発光輝度及び電流密度はそれぞれ４２０ｃｄ／ｍ２及び１３．８ｍＡ／ｃｍ２を示し、〜３．０ｃｄ／Ａの発光効率を示す。
【００５９】
図１７ｂはカソードと第３電極の間に多様なバイアス電圧（ＶＣＡ＝０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ及び４Ｖ）において図１４に図示した３極性有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＧ）（Ｌ−Ｖ）カーブを表すグラフである。図１７ｂに図示されたように、ＶＣＡのターン・オン電圧が５Ｖ以下に減少されることもあり、輝度は低電圧ＶＣＡでも相当増加可能である。例えば、ＶＣＧ＝０Ｖの時、ＶＣＡ＝４Ｖの近傍で発光が始まり、ＶＣＡが増加することによって輝度が漸次に増加する。特に、ＶＣＡ＝１０Ｖで、ＶＣＧ＝０Ｖで、発光輝度と電流密度は各々約７７０ｃｄ／m2で、ＩＡ＝１７．５ｍＡ／ｃｍ２になり、〜４．４ｃｄ／Ａの発光効率を示す。これは１７ａに示された既存の通常の２極性有機電界発光ダイオードでは得られない特徴であり、本発明の３極性有機電界発光素子の特徴である。
前述したように、図５の３極性有機電界発光素子は改善された効率、減少されたターン・オン電圧（ＶＯＮＳＥＴ）、改善された輝度を持つ発光構造であることが証明される。
【００６０】
図１８はカソードとアノードの間に多様なバイアス電圧（ＶＣＡ＝６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ及び１０Ｖ）において図１４に図示した３極性有機電界発光素子の発光密度対電圧（ＶＣＧ）（Ｌ−Ｖ）カーブを表すグラフである。所定のＶＣＡで、ＶＣＧが増加することによって有機電界発光素子の発光密度は明白に減少する。その結果として、図１４の有機電界発光素子はＶＣＡが固定されても、その輝度が第３電極に印加される電圧を調節することによって制御可能な３極性有機電界発光素子として動作することを再び確認できる。
【００６１】
図１９ａ及び１９ｂは各々ＶＣＡ＝ＶＧＡ，ＶＣＡ＝ＶＣＧで動作する図１４の３極性有機電界発光素子の例を示す。図２０は図１９ａと１９ｂの３極性有機電界発光装置において発光密度（１９ａでは”トライオード−Ａ”と表示し、１９ｂでは”トライオードＢ”と表示）対印加された電圧（Ｌ−Ｖ）特徴を示すグラフを表す。比較のために、外部回路と短絡された第３電極を持つ図１４の有機電界発光素子でのＬ−Ｖ特徴（“ダイオード”）も図面に図示される。
図示されたように、”トライオードＡ”での発光密度は”ダイオード“の場合と比較して相当増加される。特に、印加電圧が９Ｖの時、”トライオードＡ”約６３０ｃｄ／m2の輝度は“ダイオード”の約３００ｃｄ／m2の輝度の約２．６倍明るい。従って、“トライオードＡ”から増加された輝度を容易に得られる。反対に”トライオードＢ”での輝度は”ダイオード”の場合と比較して相当減少される。従って、図１４の有機電界発光素子は増加された効率及び改善された輝度を持つ本発明のよる３極性装置として動作する３極性有機電界発光素子であることを再び確認できる。
【００６２】
図１４に図示された第３電極が第１電極から遠く離隔されると、第３電極は第３電極との間にある電子と正孔の流れを制御できなくなり、図１４に図示した装置は共通の第２電極を持つ結合された有機電界発光ダイオード・アレイとして取り扱われ、これの等価電気回路は図２１に挿入されている。３極性有機電界発光素子の特徴を結合した有機電界発光ダイオード・アレイとの区別のために、結合された足とダイオード・アレイは通常の分離された有機電界ダイオードを２つ使用して製作してＬ−Ｖの特徴が調査された。一つの有機電界発光ダイオードと結合された有機電界発光ダイオードの観察されたＬ−Ｖカーブは図２１ａ及び２１ｂに各々図示された。図２１ａで、一つの有機電界発光ダイオードは約５Ｖで発光し始め、有機電界発光ダイオードの典型的なＬ−Ｖの特徴を示す。図２１ｂは２つの異なるバイアス電圧（ＶＣＧ＝０Ｖ及び１０Ｖ）で結合された有機電界発光ダイオードのＬ−Ｖカーブを示す。図２１ｂでターン・オン電圧（ＶＯＮＳＥＴ）は変わりなく、輝度カーブは図２１ａに図示された一つの有機電界発光ダイオードと同じである。つまり、単純に結合された有機電界発光ダイオード・アレイは本発明の異なる３極性有機電界発光素子の特徴を再現できない。
第３電極が有機物層内で正孔／電子の電流を制御できる限り、第３電極の位置には制限されない。望ましいことに、第３電極、アノードとカソードの間に限定される領域との距離は１ｍｍ以内になることがある。
【００６３】
以上、上述のように有機発光層と陽極と陰極以外に第３電極で構成された本発明による３極性有機電界発光素子によって増加された効率、減少されたターン・オン電圧及び増加された輝度を持つ発光構造を得られた。
また、パシブ又はアクティブ・マトリックス有機電界発光ディスプレイ装置で、表示画像の信頼性は本発明による３極性有機電界発光素子の画素を採用することによって向上させることが可能である。
【００６４】
本発明の望ましい実施例を参考に詳細に説明されたが、本発明の精神と範疇技術思想範囲内での多様な変形及び修正が行われることは当業者においては明白なことで、このような変形及び修正が添付された特許請求範囲に属することは当然のことである。
【図１ａ】
2004522279.tif 000009
【図１ｂ】
2004522279.tif 000010
【図１ｃ】
2004522279.tif 000011
【図２】
2004522279.tif 000012
【図３】
2004522279.tif 000013
【図４ａ】
2004522279.tif 000014
【図４ｂ】
2004522279.tif 000015
【図４ｃ−１】
2004522279.tif 000016
【図４ｃ−２】
2004522279.tif 000017
【図４ｃ−３】
2004522279.tif 000018
【図４ｄ−１】
2004522279.tif 000019
【図４ｄ−２】
2004522279.tif 000020
【図５】
2004522279.tif 000021
【図６】
2004522279.tif 000022
【図７】
2004522279.tif 000023
【図８】
2004522279.tif 000024
【図９】
2004522279.tif 000025
【図１０ａ】
2004522279.tif 000026
【図１０ｂ】
2004522279.tif 000027
【図１０ｃ】
2004522279.tif 000028
【図１１】
2004522279.tif 000029
【図１２ａ】
2004522279.tif 000030
【図１２ｂ】
2004522279.tif 000031
【図１２ｃ】
2004522279.tif 000032
【図１３】
2004522279.tif 000033
【図１４】
2004522279.tif 000034
【図１５】
2004522279.tif 000035
【図１６】
2004522279.tif 000036
【図１７ａ】
2004522279.tif 000037
【図１７ｂ】
2004522279.tif 000038
【図１８】
2004522279.tif 000039
【図１９ａ】
2004522279.tif 000040
【図１９ｂ】
2004522279.tif 000041
【図２０】
2004522279.tif 000042
【図２１ａ】
2004522279.tif 000043
【図２１ｂ】
2004522279.tif 000044
【国際公開パンフレット】
2004522279.tif 000045
2004522279.tif 000046
2004522279.tif 000047
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【国際調査報告】
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