KR100420180B1 - Three-terminal Organic Electroluminescence Device - Google Patents

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KR100420180B1 KR10-2001-0065442A KR20010065442A KR100420180B1 KR 100420180 B1 KR100420180 B1 KR 100420180B1 KR 20010065442 A KR20010065442 A KR 20010065442A KR 100420180 B1 KR100420180 B1 KR 100420180B1
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Abstract

본 발명은 화소의 휘도를 용이하게 조절할 수 있는 구조를 가지는 3 극성(three-terminal) 유기 전계발광 소자에 관한 것으로서, 기판 상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 형성된 유기 발광층을 포함하는 유기물층들, 상기 유기물층들의 상부에 상기 제1 전극과 대향되도록 형성된 제2 전극, 및 상기 유기물층 표면 또는 내부에 더욱 형성된 제3 전극으로 이루어진 3 극성 유기 전계발광 소자를 제공한다. 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성하는 영역 외부에 걸쳐 형성되어 발광 면적의 감소를 방지하며, 상기 제3 전극이 형성된 유기물층의 전위를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 전위(potential)들에 대해 상대적으로 조절하여 발광 휘도를 조절한다. 이와 같은 3 극성 유기 전계발광 소자로 구성된 디스플레이 소자의 각 화소는 간단한 구조로서 낮은 전압으로 휘도 조절을 용이하게 실현할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-terminal organic electroluminescent device having a structure capable of easily adjusting the luminance of a pixel, comprising a first electrode formed on a substrate and an organic light emitting layer formed on the first electrode. It provides a three-polar organic electroluminescent device consisting of the organic material layer, a second electrode formed to face the first electrode on the organic material layer, and a third electrode further formed on or inside the organic material layer. The third electrode is formed outside the region formed by the first electrode and the second electrode to prevent a decrease in the light emitting area, and the potential of the organic material layer on which the third electrode is formed is changed to the first electrode and the second electrode. The luminescence brightness is adjusted by adjusting relative to the potentials of. Each pixel of the display element constituted of the tripolar organic electroluminescent element as described above has a simple structure and can easily realize luminance adjustment at a low voltage.

Description

3극성 유기 전계발광 소자 {Three-terminal Organic Electroluminescence Device}Tripolar organic electroluminescent device {Three-terminal Organic Electroluminescence Device}

본 발명은 3 극성 유기 전계발광 소자 (Three-Terminal Organic Electroluminescence Device)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극과 음극 이외의 제3 전극에 전압을 인가하여 화소의 발광 휘도를 용이하게 조절할 수 있는 구조를 가지는 3 극성 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a tri-terminal organic electroluminescence device, and more particularly, to a structure in which a light emission luminance of a pixel can be easily controlled by applying a voltage to a third electrode other than an anode and a cathode. The branch relates to a tripolar organic electroluminescent device.

유기 전계발광 소자(Organic Electroluminescent Device)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP), 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display; FED) 등과 함께 대표적인 평판 표시장치 중의 하나로서, 응답 속도가 수 마이크로초(micro-sec) 이하로 빠를 뿐만 아니라, 백라이트가 필요 없는 자발 발광 소자이므로, 휘도와 시야각 특성이 우수한 장점이 있다. 특히, 유기 전계발광 소자는 박막 및 구부릴 수 있는 형태로의 소자 제작이 가능하고, 박막 제작 기술에 의한 패턴 형성과 대량 생산이 용이할 뿐만 아니라, 구동 전압이 낮고, 가시 영역에서의 모든 색상의 발광이 가능한 장점이 있다.Organic electroluminescent devices are one of the representative flat panel displays with liquid crystal displays (LCDs), plasma display panels (PDPs), field emission displays (FEDs), and the like. As a spontaneous light emitting device that does not require a backlight and is fast as well as a response speed of several microseconds or less, there is an advantage of excellent brightness and viewing angle characteristics. In particular, the organic electroluminescent device can be fabricated in a thin film and bendable form, it is easy to form and mass-produce the pattern by the thin film fabrication technology, low driving voltage, light emission of all colors in the visible region This has a possible advantage.

도 1a와 도 1b는 이와 같은 통상적인 유기 전계발광 소자의 구성 단면도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 통상적인 유기 전계발광 소자는 기판(10)상에 인듐틴옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 폴리아닐린, 은(Ag) 등으로 이루어진, 높은 일함수를 가지는 제1 전극(11)(애노드, anode: A)이 형성되어 있고, 상기 제1 전극(11) 상부에는 저분자 또는 고분자 등의 유기화합물로 구성되는 적어도 하나의 제1 유기물 층(22)이 형성되어 있다. 상기 제1 유기물층(22)의 상부에는 다른 전기적인 특성의 유기화합물로 구성되는 적어도 하나의 제2 유기물층(26)이 형성되어 있으며, 또한 적어도 하나의 유기 발광층이 상기 제1 유기물층(22) 또는 제2 유기물층(26) 중에 형성되어 있다. 상기 제2 유기물층(26)의 상부에는 Al, Mg, Ca 등 낮은 일함수를 가지는 제2 전극(16)이 음극(캐쏘오드, cathode: C)으로서 상기 제1 전극에 대향되도록 형성되어 있다. 이때, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 2 유기물층(22, 26)들은 상기 제1 전극(11)으로부터 정공의 주입과 수송을 위한 정공 주입층(12)과 정공 수송층(13), 전계발광을 위한 유기 발광층(14), 상기 제2 전극(16)으로부터 전자의 주입과 수송을 위한 전자 수송층(15) 들이 순차적으로 형성되어 구성될 수 있다.1A and 1B are cross-sectional views of such a conventional organic electroluminescent device, and as shown in FIG. 1A, a conventional organic electroluminescent device may be formed of indium tin oxide (ITO) on a substrate 10. , A first electrode 11 having a high work function (anode: A) made of polyaniline, silver (Ag) or the like is formed, and an organic compound such as a low molecule or a polymer is formed on the first electrode 11. At least one first organic material layer 22 is formed. At least one second organic material layer 26 composed of organic compounds having different electrical properties is formed on the first organic material layer 22, and at least one organic light emitting layer may be formed of the first organic material layer 22 or the first organic material layer 22. 2 is formed in the organic layer 26. A second electrode 16 having a low work function such as Al, Mg, Ca, etc. is formed on the second organic layer 26 so as to face the first electrode as a cathode (cathode, C). In this case, as shown in FIG. 1B, the first and second organic material layers 22 and 26 may include a hole injection layer 12 and a hole transport layer 13 for injecting and transporting holes from the first electrode 11, The organic emission layer 14 for electroluminescence and the electron transport layer 15 for injection and transport of electrons from the second electrode 16 may be sequentially formed.

이와 같은 유기 전계발광 소자의 제1 및 2 전극(11, 16)에 전압을 인가하면, 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16)에서 각각 주입된 정공과 전자가 상기 정공 주입층(12), 정공 수송층(13) 및 전자 수송층(15)을 통하여 상기 유기발광층(14)으로 주입되고, 상기 유기 발광층(14) 내에서 전자와 정공이 결합하면서 빛을 발광하게되어 화상을 표시한다.When voltage is applied to the first and second electrodes 11 and 16 of the organic electroluminescent device, holes and electrons injected from the first and second electrodes 11 and 16 are respectively injected into the hole injection layer ( 12) is injected into the organic light emitting layer 14 through the hole transport layer 13 and the electron transport layer 15, and the electrons and holes are combined in the organic light emitting layer 14 to emit light to display an image.

이와 같은 통상적인 유기 전계발광 소자의 전계발광 원리를 도 1c와 도 1d에 도시한 포텐셜 다이어그램으로 설명하면 다음과 같다. 도 1c 및 1d에서, 전자는 검은 원, 정공은 흰 원으로 표시하였으며 이들의 이동은 화살표로 나타내었으며, 포텐셜 다이어그램에 포함된 숫자(11, 12, 13, 14, 15, 16)는 도 1a 및 1b에 도시된 정공 제1 전극(11), 정공주입층(12), 정공 수송층(13), 유기 발광층(14), 및 전자 수송층(15) 및 제2 전극(16)의 전위를 각각 나타내는 것이다. 또한 정공 수송층(13)과 유기 발광층(14) 사이 경계면의 전위를 13a로, 전자 수송층(15)과 유기 발광층(14) 사이 경계면의 전위를 15a로 상기 포텐셜 다이어그램에 더욱 도시하였다.The electroluminescent principle of such a conventional organic electroluminescent device is explained with the potential diagram shown in FIGS. 1C and 1D as follows. In FIGS. 1C and 1D, electrons are indicated by black circles, holes are indicated by white circles, and their movements are indicated by arrows, and the numbers 11, 12, 13, 14, 15, and 16 included in the potential diagram are shown in FIGS. The potentials of the hole first electrode 11, hole injection layer 12, hole transport layer 13, organic light emitting layer 14, and electron transport layer 15 and second electrode 16 shown in FIG. . The potential diagram of the interface between the hole transport layer 13 and the organic light emitting layer 14 is 13a, and the potential of the interface between the electron transport layer 15 and the organic light emitting layer 14 is 15a.

먼저, 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16)에 전압이 인가되지 않으면, 열역학적 평형에 의해 두 전극 사이의 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 유기 발광층(14), 및 전자 수송층(15)들의 페르미 준위들이 서로 일치한다(도 1c의 D1과 도 1d의 D'1 참조). 이때 제2 전극(16)과 제1 전극(11) 사이에 전압 VCA가 인가되면, 양극(Anode: A)인 제 1 전극(11)으로부터 정공이, 음극(Cathode: C)인 제2 전극(16)으로부터 전자가 상기 유기 발광층(14)쪽으로 점차 이동한다. 이때, 상기 제2 전극(16)과 제1 전극(11) 사이에 인가된 전압 VCA가 전계발광 온셋(Onset) 전압(Vonset)보다 낮으면 (VCA< Vonset), 유기 발광층(14)의 발광 분자로 전자와 정공들이 유입되지 못하여 전계발광이 일어나지 않는다 (도 1c의 D2와 도 1d의 D'2 참조). 반면에, 전압 VCA가 점차 증가하여 전압 Vonset보다 높게 되면(VCAVonset), 유기 발광층(14)의 발광 분자로 전자와 정공들이 유입되고, 유입된 전자와 정공들이 발광 분자 내부에서 결합하여 전계발광이 일어난다(도 1c의 D3과 도 1d의 D'3 참조).First, when no voltage is applied to the first electrode 11 and the second electrode 16, the hole injection layer 12, the hole transport layer 13, the organic light emitting layer 14, And the Fermi levels of the electron transport layers 15 coincide with each other (see D1 in FIG. 1C and D′ 1 in FIG. 1D). At this time, when a voltage V CA is applied between the second electrode 16 and the first electrode 11, holes are formed from the first electrode 11, which is the anode A, and the second electrode, which is the cathode C. Electrons from 16 gradually move toward the organic light emitting layer 14. At this time, when the voltage V CA applied between the second electrode 16 and the first electrode 11 is lower than the electroluminescent onset voltage V onset (V CA <V onset ), the organic light emitting layer 14 Electroluminescence does not occur because electrons and holes do not flow into the light emitting molecules of () (see D2 of FIG. 1C and D ′ 2 of FIG. 1D). On the other hand, when the voltage V CA gradually increases and becomes higher than the voltage V onset (V CA V onset ), electrons and holes are introduced into the light emitting molecules of the organic emission layer 14, and the introduced electrons and holes are combined within the light emitting molecules. Electroluminescence occurs (see D3 in FIG. 1C and D'3 in FIG. 1D).

이와 같이 2 극성 발광 다이오드(diode) 구조를 가지는 유기 전계발광 소자에서 발광 휘도의 세기를 조절하는 방법의 일 예가 대한민국 공개특허공보 2001-14600호에 개시되어 있다. 도 2는 상기 공개특허공보 2001-14600호에 개시된 액티브 매트릭스 타입의 유기 전계발광 소자의 R, G, B 3개의 화소를 도시한 것이고, 도 3은 상기 화소의 밝기(휘도)를 조절하기 위한 전압 조절 회로로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 화소에는 제1 전극인 양극(11), 정공 수송층(13), R, G, B의 색상을 각각 발산하는 발광층(14), 전자 수송층(15), 제2 전극인 음극(16)이 통상적인 발광 소자(30)를 이루고 있고, 상기 양극(11)은 박막트랜지스터(40, Thin Film Transistor; TFT)를 구성하는 폴리실리콘 박막(41)의 소오스 영역에 접촉되어 있으며, 상기 폴리실리콘 박막(41)의 드레인 영역은 전원라인(32)에 접촉되어 있다. 도 2에서 미설명 도면부호 44 및 10은 각각 절연층 및 기판을 나타낸다. 상기 전원라인(32)에는 발광 소자를 구동하기 위한 전원전압 Vdd가 인가되며, 상기 음극(16)은 접지(GND) 되어 있거나 고정 전위가 공급되므로, 상기박막트랜지스터(40)의 게이트 전극(39)이 온(On)됨에 따라 전원전압 Vdd가 양극(11)에 공급되어, 음극(16)과의 전압 차에 의하여 화소를 발광시키도록 되어 있다. 도 3에 도시된 전압 조절 회로는 음극(16)에 유입되는 전류량에 따라 양극(11)에 공급되는 전압 Vdd을 제어하기 위한 회로로서, 화소의 많은 부분이 발광하여(예를 들어, 도 2에서 R, G, B 3개의 화소 모두 발광하는 경우), 음극(16)에 유입되는 전류가 증가하는 경우에는, 전류검출회로(52)의 저항 분할 전압 V1이 상승하고, 반전전압 증폭회로(54)의 출력전압 V2가 저하하게 되며, 저하된 전압 V2의 전류는 다음 단의 전류 증폭회로(56)에서 증폭되어 전원라인(32)에 공급되도록 되어 있으며, 화소의 적은 부분이 발광하여(예를 들어, 도 2에서 R, G, B 3개의 화소 중 1개만이 발광하는 경우) 음극(16)에 유입되는 전류가 감소하는 경우에는 반전전압 증폭회로(54)의 출력전압 V2가 상승하여 고전압의 Vdd가 전원라인(32)에 공급되도록 되어 있다. 따라서 화소의 많은 부분이 발광상태일 경우에는 각 소자의 밝기를 줄여 전체적으로 휘도를 저하시키고, 화소의 적은 부분이 발광상태일 경우에는 각 소자의 밝기를 증가시켜 전체적으로 휘도를 상승시키도록 되어 있다.As such, an example of a method of controlling the intensity of light emission luminance in an organic electroluminescent device having a bipolar light emitting diode (diode) structure is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-14600. FIG. 2 illustrates three pixels R, G, and B of an active matrix type organic electroluminescent device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-14600, and FIG. 3 is a voltage for adjusting brightness (luminance) of the pixel. As an adjusting circuit, as shown in Fig. 2, each pixel has a light emitting layer 14 and an electron transporting layer (e.g., a light emitting layer 14 which emits the colors of the anode 11, the hole transporting layer 13, R, G, and B, respectively). 15), a cathode 16, which is a second electrode, constitutes a conventional light emitting device 30, and the anode 11 is formed of a polysilicon thin film 41 constituting a thin film transistor (TFT). The source region is in contact with the source region, and the drain region of the polysilicon thin film 41 is in contact with the power line 32. In FIG. 2, reference numerals 44 and 10 denote insulating layers and substrates, respectively. The power supply voltage Vdd for driving the light emitting device is applied to the power supply line 32, and the cathode 16 is grounded (GND) or a fixed potential is supplied, so that the gate electrode 39 of the thin film transistor 40 is provided. As it is turned on, the power supply voltage Vdd is supplied to the anode 11 to emit light of the pixel due to the voltage difference from the cathode 16. The voltage adjusting circuit shown in FIG. 3 is a circuit for controlling the voltage Vdd supplied to the anode 11 according to the amount of current flowing into the cathode 16, and a large part of the pixels emit light (for example, in FIG. 2). When all three pixels R, G, and B emit light), and when the current flowing into the cathode 16 increases, the resistance division voltage V1 of the current detection circuit 52 increases, and the inversion voltage amplifier circuit 54 The output voltage of V2 is lowered, and the current of the lowered voltage V2 is amplified by the current amplifier circuit 56 of the next stage to be supplied to the power supply line 32, and a small portion of the pixels emits light (for example, 2, when only one of the three pixels R, G, and B emits light) When the current flowing into the cathode 16 decreases, the output voltage V2 of the inverting voltage amplifier circuit 54 rises to increase the high voltage Vdd. Is supplied to the power supply line 32. Therefore, when a large part of the pixel is in the light emitting state, the brightness of each element is reduced to lower the overall brightness. In the case where a small part of the pixel is in the light emitting state, the brightness is increased by increasing the brightness of each device.

이와 같이 통상적인 유기 전계발광 소자는 2 극성 발광 다이오드(diode) 구조를 가지기 때문에 소자의 발광휘도를 조절하기 위하여 상기 제1 전극(11) 및 상기 제2 전극(16)에 인가되는 전압과 전류의 공급량을 정밀하게 조절하여야 하며, 이는 기존의 LCD 등과 같은 표시소자에서 사용하는 단순 전압 조절 방식에 비해 매우 복잡하며, 특히, 유기 전계발광 소자에 흐르는 전류의 양을 정확하게 조절하기위해서는 별도의 전류 제어 회로를 구성해야 하는 등의 문제점이 있다.Since the conventional organic electroluminescent device has a bipolar light emitting diode (diode) structure of the voltage and current applied to the first electrode 11 and the second electrode 16 to control the light emission luminance of the device The amount of supply must be precisely controlled, which is more complicated than the simple voltage control method used in conventional display devices such as LCDs. In particular, a separate current control circuit is required to accurately control the amount of current flowing through the organic electroluminescent device. There is a problem such as need to configure.

따라서, 본 발명의 목적은 양극과 음극 이외의 제3 전극에 전압을 인가하여 각 화소의 발광휘도를 조절함으로서 계조 표현을 용이하게 실현할 수 있는 3 극성 유기 전계발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 각 화소의 유기 발광층으로 유입되는 전자와 전공의 양을 제3 전극으로 조절하여, 발광 휘도를 제어함으로서, 표시화상의 품위와 작동의 신뢰성을 향상시킨 유기 전계발광 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a tripolar organic electroluminescent device which can easily realize gray scale expression by applying a voltage to a third electrode other than the anode and the cathode by adjusting the light emission luminance of each pixel. Another object of the present invention is to provide an organic electroluminescent device which improves the quality and operation reliability of a display image by controlling the emission luminance by controlling the amount of electrons and holes introduced into the organic light emitting layer of each pixel by using a third electrode. It is.

도 1a와 도 1b는 통상적인 2 극성 유기 전계발광 소자의 단면도.1A and 1B are cross-sectional views of a conventional bipolar organic electroluminescent device.

도 1c와 도 1d는 통상적인 2 극성 유기 전계발광 소자의 발광 원리를 설명하기 위한 포텐셜 다이어그램.1C and 1D are potential diagrams for explaining the light emission principle of a conventional bipolar organic electroluminescent device.

도 2는 종래의 2 극성 유기 전계발광 소자의 R, G, B 화소 구성 단면도.2 is a sectional view of the R, G, and B pixels of a conventional bipolar organic electroluminescent device.

도 3은 종래의 2 극성 유기 전계발광 소자의 휘도를 조절하기 위한 전압 조절 회로도.3 is a voltage control circuit diagram for adjusting the brightness of a conventional bipolar organic electroluminescent device.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 단면도.4A is a cross-sectional view of a tripolar organic electroluminescent device according to one embodiment of the present invention.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 발광 원리를 설명하기 위한 포텐셜 다이어그램.Figure 4b is a potential diagram for explaining the light emission principle of the tripolar organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4a에 표시한 3 극성 유기 전계발광 소자의 구성 예.5 is a structural example of a tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 4A.

도 6은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서, 양극과 음극 사이에 인가되는 전압의 변화에 따른 각 전극에 흐르는 전류의 변화를 보여주는 그래프 (여기서, 음극과 제3 전극 사이의 인가 전압은 0V임).FIG. 6 is a graph showing a change in current flowing through each electrode according to a change in voltage applied between an anode and a cathode in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5 (wherein an applied voltage between the cathode and the third electrode) Is 0V).

도 7은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서, 양극과 음극 사이에인가되는 전압의 변화에 따른 각 전극에 흐르는 전류의 변화를 보여주는 그래프 (여기서, 음극과 제3 전극 사이의 인가 전압은 9V임).FIG. 7 is a graph showing a change in current flowing through each electrode according to a change in voltage applied between an anode and a cathode in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5 (wherein an applied voltage between the cathode and the third electrode) Is 9V).

도 8은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서, 음극과 제3 전극 사이에 인가되는 전압의 변화에 따른 각 전극에 흐르는 전류의 변화를 보여주는 그래프 (여기서, 양극과 음극 사이의 인가 전압은 0V임).FIG. 8 is a graph showing a change in current flowing through each electrode according to a change in voltage applied between the cathode and the third electrode in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5 (wherein an applied voltage between the anode and the cathode) Is 0V).

도 9는 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서, 음극과 제3 전극 사이에 인가되는 전압의 변화에 따른 각 전극에 흐르는 전류의 변화를 보여주는 그래프 (여기서, 양극과 음극 사이의 인가 전압은 9V임).FIG. 9 is a graph showing a change in current flowing through each electrode according to a change in voltage applied between a cathode and a third electrode in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5 (wherein an applied voltage between the anode and the cathode Is 9V).

도 10a는 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자를 2 극성 유기 전계발광 소자로 작동시킨 경우에 있어서, 양극과 음극 사이에 인가되는 전압의 변화에 따른 발광 휘도의 변화를 보여주는 그래프.FIG. 10A is a graph showing a change in light emission luminance according to a change in voltage applied between an anode and a cathode when the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5 is operated as a bipolar organic electroluminescent device. FIG.

도 10b는 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자를 작동시킨 경우에 있어서, 음극과 제3 전극 사이에 인가되는 전압, 및 양극과 음극 사이에 인가되는 전압의 변화에 따른 발광 휘도의 변화를 보여주는 그래프.FIG. 10B illustrates a change in light emission luminance according to a change in the voltage applied between the cathode and the third electrode and the voltage applied between the anode and the cathode when the tripolar organic electroluminescent element shown in FIG. 5 is operated. Showing graph.

도 11은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서, 양극과 음극 사이에 인가되는 전압, 및 음극과 제3 전극에 인가되는 전압의 변화에 따른 발광 휘도의 변화를 보여주는 그래프.FIG. 11 is a graph illustrating a change in light emission luminance according to a change in a voltage applied between an anode and a cathode and a voltage applied to a cathode and a third electrode in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5.

도 12a, 12b 및 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 발광 특성을 시험하기 위하여, 각각 다른 방식으로 전압을 인가한 것을 나타낸 도면.12A, 12B, and 12C are diagrams illustrating voltages applied in different ways to test light emission characteristics of a tripolar organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention.

도 13은 도 12a, 12b 및 12c에 도시된 바와 같이 3 극성 유기 전계발광 소자에 전압을 인가한 경우의 발광 휘도 대 인가전압 그래프.FIG. 13 is a graph of light emission luminance versus applied voltage when voltage is applied to a tripolar organic electroluminescent device as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 형성된 제1 유기물층, 상기 제1 유기물층 위에 형성된 제2 유기물층, 상기 제2 유기물층의 상부에 상기 제1 전극과 대향되도록 형성된 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 전위에 대해 상기 제1 유기물층과 제2 유기물층의 상대적인 전위를 조절하기 위해 상기 제1, 2 유기물층의 표면 또는 내부에 더욱 형성된 제3 전극으로 이루어진 3 극성 유기 전계발광 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first electrode formed on a substrate, a first organic material layer formed on the first electrode, a second organic material layer formed on the first organic material layer, and the first organic material on the second organic material layer. A second electrode formed to face the electrode, and further formed on the surface or inside of the first and second organic material layers to adjust the relative potential of the first and second organic material layers with respect to the potentials of the first and second electrodes. Provided is a tripolar organic electroluminescent device comprising a third electrode.

여기서, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 제2 전극 사이 영역의 외부에 위치하는 것이 바람직하며, 그 재료로는 전도성 유기재료, 전도성 무기재료, 금속 또는 그 복합체물로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 ITO, Ag, Al, Mg, Ca,Li 및 그 복합물로 이루어진 것이 좋다. 또한 상기 제3 전극은 절연성 유기재료 또는 절연성 무기재료로 봉지 되어 있을 수도 있으며, 양 또는 음의 전위를 가지도록 외부 회로와 연결되어, 상기 제3 전극에 인가되는 전위에 의하여 상기 발광층으로 주입되는 전자 및 정공의 흐름을 제어함으로서, 전계발광의 휘도를 변화시킬 수 있다.Here, the third electrode is preferably located outside the region between the first electrode and the second electrode, the material may be made of a conductive organic material, a conductive inorganic material, a metal or a composite thereof, more preferably Preferably it is composed of ITO, Ag, Al, Mg, Ca, Li and composites thereof. In addition, the third electrode may be encapsulated with an insulating organic material or an insulating inorganic material, and may be connected to an external circuit to have a positive or negative potential, and may be injected into the light emitting layer by a potential applied to the third electrode. And by controlling the flow of holes, the luminance of the electroluminescence can be changed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위하여 동일한 기능을 하는 부재에는 종래 기술에서 부여한 것과 동일한 도면 부호를 부여한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For convenience of explanation, members having the same function are given the same reference numerals as those given in the prior art.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 구성 단면도로서, 본 발명의 3 극성 유기 전계발광 소자는 도 1a에 도시한 통상적인 2 극성 유기 전계발광 소자와 마찬가지로 투명한 기판(10), 상기 기판 상에 형성된 제1 전극(11), 상기 제1 전극(11)의 상부에 형성된 제1 유기물층(22), 상기 제1 유기물층들(22)의 상부에 형성된 제2 유기물층(26), 상기 제2 유기물층(26) 상부에 상기 제1 전극(11)과 대향되도록 형성된 제2 전극(16)을 포함하며, 상기 제1 유기물층(22) 및 제2 유기물층(26) 들의 전위를 조절하기 위해, 상기 유기물층(22, 26) 표면 또는 내부에 제3 전극(20 또는 20')이 더욱 형성되어, 3 극성 발광 트라이오드(triode)의 구조를 가진다.4A is a cross-sectional view of a tripolar organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention. The tripolar organic electroluminescent device of the present invention is a transparent substrate (as in the conventional bipolar organic electroluminescent device shown in FIG. 10), the first electrode 11 formed on the substrate, the first organic material layer 22 formed on the first electrode 11, and the second organic material layer 26 formed on the first organic material layers 22. ), And a second electrode 16 formed on the second organic layer 26 so as to face the first electrode 11, and controls potentials of the first organic layer 22 and the second organic layer 26. In order to do this, a third electrode 20 or 20 'is further formed on or inside the organic layer 22 or 26 to have a tripolar light emitting triode structure.

여기서 상기 제1, 2 유기물 층(22, 26)들은, 도 2에 도시된 바와 같이, 정공주입층(12)과 정공 수송층(13), 유기 발광층(14)과 전자 수송층(15) 등의 다양한 유기물층들로 구성될 수 있다. 상기 전극들(11, 16, 20)은 외부회로와 연결되어, 상기 제1 전극(11)은 제1 유기물층(22)으로 정공을 주입하는 양극(애노드, anode, A)으로서 작용하고, 상기 제2 전극(16)은 상기 제2 유기물층(26)으로 전자를 주입하는 음극(캐쏘오드, cathode, C)으로서 작용하며, 상기 제3 전극(20, 20')은 전자 또는 정공의 흐름을 통제하는 게이트 전극(gate, G)으로 작용한다.As shown in FIG. 2, the first and second organic layers 22 and 26 may be formed of various materials such as a hole injection layer 12, a hole transport layer 13, an organic light emitting layer 14, and an electron transport layer 15. It may be composed of organic layers. The electrodes 11, 16, and 20 are connected to an external circuit, and the first electrode 11 serves as an anode (anode, A) for injecting holes into the first organic material layer 22. The second electrode 16 acts as a cathode (cathode, cathode, C) for injecting electrons into the second organic layer 26, and the third electrode 20, 20 'controls the flow of electrons or holes. It acts as a gate electrode (G, gate).

이와 같은 유기 전계발광 소자에서, 상기 제3 전극(20 또는 20')에 인가되는 전압의 세기를 조절하여, 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16)의 전위에 대해 상기 제 1, 2 유기물층들(22, 26)의 상대적인 전위차를 조절할 수 있다. 따라서 상기 제3 전극(20, 20')에 의하여 제1 전극(11)과 제2 전극(16)으로부터 상기 유기물층들(22, 26)로 이동하는 전자와 정공의 주입량을 정밀하게 조절하여 전계발광의 휘도세기를 조절할 수 있다.In such an organic electroluminescent device, the intensity of the voltage applied to the third electrode 20 or 20 ′ is adjusted so that the first, second, and second potentials of the first electrode 11 and the second electrode 16 are adjusted. The relative potential difference between the two organic layers 22 and 26 may be adjusted. Accordingly, the electroluminescence is precisely controlled by controlling the injection amount of electrons and holes that are moved from the first electrode 11 and the second electrode 16 to the organic layers 22 and 26 by the third electrodes 20 and 20 '. You can adjust the brightness intensity of.

상기 제3 전극(20 또는 20')은 상기 유기물층들(22, 26)의 전위를 조절할 수 있으면, 그 위치를 특히 한정하지 않으나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(11) 및 제2 전극(16) 사이 영역의 외부에 걸쳐 다양하게 위치하는 것이 바람직하다. 상기 제3 전극(20 또는 20')이 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16) 사이의 영역 내부에 다공성의 그물망(porous network) 형태 또는 일정한 간격으로 분리된 그리드(grid) 형태로 형성된 경우에도 휘도 조절은 가능하나, 상기 제3 전극(20 또는 20')이 상기 제 1전극(11) 및 제2 전극(16)에서 인가한 전위를 차폐하여 상기제1 전극(11)과 상기 제2 전극(16)으로부터의 전자 또는 정공의 주입과 수송을 방해하여 발광 면적이 감소할 우려가 있다. 따라서 이러한 문제점을 방지하기 위해서는 상기 제3 전극(20 또는 20')을 상기 제1 전극(11) 및 제2 전극(16) 사이의 영역 외부에 걸쳐 형성되도록 하는 것이 바람직하다.If the third electrode 20 or 20 ′ can adjust the potential of the organic layers 22 and 26, the position thereof is not particularly limited, but as shown in FIG. 4A, the first electrode 11 and It is preferable to be variously positioned over the outside of the region between the second electrodes 16. The third electrode 20 or 20 'is in the form of a porous network or a grid separated at regular intervals in the region between the first electrode 11 and the second electrode 16. Although the luminance may be adjusted even when formed, the third electrode 20 or 20 ′ shields the potential applied from the first electrode 11 and the second electrode 16 so that the first electrode 11 and the first electrode 11 and the second electrode 16 are shielded. There is a fear that the emission area may be reduced by preventing the injection and transport of electrons or holes from the second electrode 16. Therefore, in order to prevent such a problem, it is preferable that the third electrode 20 or 20 'is formed over the outside of the region between the first electrode 11 and the second electrode 16.

상기 제3 전극(20')은 제3 전극이 위치하는 층, 예를 들면 상기 제1 유기물 층(22)을 먼저 형성하고, 진공 증착 방법 등에 의하여 제3 전극(20')을 형성한 후, 제3 전극(20') 상부에 다시 제1 유기물 층(22) 다시 형성하여, 상기 제1 유기물층(22) 내부에 제3 전극(20')을 형성할 수 있다. 상기 제 3 전극(20, 20')의 두께는 특히 한정하지 않으나, 1000 nm이하인 것이 바람직하고, 상기 제1 전극(11)에서 제2 전극(16)까지의 전체 두께는 2000 nm 이하인 것이 바람직하다.The third electrode 20 'is a layer in which the third electrode is located, for example, the first organic material layer 22 is formed first, and the third electrode 20' is formed by a vacuum deposition method. The first organic layer 22 may be formed again on the third electrode 20 ′ to form the third electrode 20 ′ inside the first organic layer 22. The thickness of the third electrodes 20 and 20 'is not particularly limited, but is preferably 1000 nm or less, and the total thickness from the first electrode 11 to the second electrode 16 is preferably 2000 nm or less. .

상기 유기 발광층(14)으로는 유기 전계발광소자의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 화합물을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 발광성을 가지는 전도성, 비전도성 또는 반도체성의 유기 단분자, 올리고머, 또는 고분자를 사용한다. 상기 유기 단분자 화합물로서는 비한정적으로 초록색 영역(550nm)에서 빛을 발하는 알루미나퀴논(Alq3), BeBq2, Almq, 청색 발광체로는 ZnPBO, Balq 등의 금속 착체 화합물을 사용할 수 있으며, 스트릴아리렌(strylarylene)계 유도체인 DPVBi, 옥사디아졸(oxadiazole)계 유도체인 OXA-D, 비스스티릴안트라센 유도체, 비스스티릴아릴렌 유도체로서 BczVBi 등의 비금속 착체 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 상기 발광층(14)에는 발광 효율이 매우 높은 유기물 색소(도판트)를 소량 첨가함(도핑)으로써 발광 효율과 내구성을 향상시킬 수도 있다. 상기 유기 발광층(14)을 형성하는 고분자로는 폴리(p-페닐렌) (PPP), 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 등의 공지된 발광 고분자를 모두 사용할 수 있다.As the organic light emitting layer 14, various compounds commonly used in the manufacture of organic electroluminescent devices may be used, but preferably, conductive, nonconductive or semiconducting organic monomolecules, oligomers, or polymers are used. . As the organic monomolecular compound, metal complex compounds such as alumina quinone (Alq3), BeBq2, Almq, and blue light emitting body which emit light in the green region (550 nm) without limitation may be used, such as ZnPBO and Balq. Nonmetallic complex compounds such as BczVBi may be used as DPVBi, which is a strylarylene derivative, OXA-D, which is an oxadiazole derivative, a bisstyrylanthracene derivative, and a bisstyrylarylene derivative. In addition, by adding (doping) a small amount of an organic dye (dopant) having a very high luminous efficiency to the light emitting layer 14, the luminous efficiency and durability may be improved. As the polymer for forming the organic light emitting layer 14, all known light emitting polymers such as poly (p-phenylene) (PPP) and polyphenylenevinylene (PPV) can be used.

필요에 따라 형성되는 상기 정공 주입층(12)과 상기 정공 수송층(13)은 양극인 정공 주입 전극(11)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하는 기능, 정공을 안정하게 수송하는 기능 및 전자를 막는 기능을 하는 것으로서, 비한정적으로 트리페닐디아민 유도체, 스티릴아민 유도체, 방향족 축합환을 가지는 아민유도체를 사용할 수 있으며, 상기 전자 수송층(15)은 전자 주입 전극(16)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능, 전자를 안정하게 수송하는 기능 및 홀을 막을 수 있는 기능을 하는 것으로서, 비한정적으로 키놀린 유도체, 특히, 트리스(8-키놀리노레이트)알루미늄 (알루미나퀴논, Alq3)을 사용할 수도 있다. 이들 층은 발광층(14)에 주입되는 정공과 전자를 증대, 감금 및 결합시키고, 발광효율을 개선하는 기능을 한다. 상기 발광층(14), 정공 주입층(12) 및 정공 수송층(13) 및 전자 수송층(15)의 두께는 특별히 제한되는 것이 아니고, 형성 방법에 따라서도 다르지만 통상 5 내지 800 nm정도의 두께를 가진다.The hole injection layer 12 and the hole transport layer 13, formed as necessary, facilitates the injection of holes from the hole injection electrode 11, which is an anode, functions to transport holes stably, and to block electrons. In addition, without limitation, triphenyldiamine derivatives, styrylamine derivatives, and amine derivatives having aromatic condensed rings may be used, and the electron transport layer 15 may facilitate injection of electrons from the electron injection electrode 16. As a function of carrying out the function, the function of transporting electrons stably, and the function of blocking a hole, a chinoline derivative, in particular, tris (8-kinolinorate) aluminum (aluminaquinone, Alq3) can also be used. These layers function to augment, confine, and combine holes and electrons injected into the light emitting layer 14, and to improve luminous efficiency. The thickness of the light emitting layer 14, the hole injection layer 12, the hole transport layer 13, and the electron transport layer 15 is not particularly limited, and depending on the formation method, but usually has a thickness of about 5 to 800 nm.

상기 제1 전극(11)은 정공을 주입(hole injection)하는 양극(애노드, Anode, A)의 기능을 하고, 비한정적으로 높은 일함수를 가지는 인듐틴옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 폴리아닐린, Ag 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 전극(16)은 전자를 주입(electron injection)하는 음극(캐쏘오드, Cathode C)의 기능을 하고, 낮은 일함수를 가지는 Al, Mg, Ca 등으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 기판은 투명한 유리, 실리콘 또는 갈륨 알세나이드(gallium arsenide) 등의 반도체로 이루어질 수 있다.The first electrode 11 functions as an anode (anode, anode, A) for hole injection, and has a high work function without limitation, indium tin oxide (ITO), polyaniline, Ag, etc., and the second electrode 16 functions as a cathode (cathode, Cathode C) for electron injection, and may be made of Al, Mg, Ca, and the like having a low work function. have. In addition, the substrate may be made of a semiconductor such as transparent glass, silicon, or gallium arsenide.

상기 제3 전극(20, 20')은 전도성 유기 단분자, 전도성 올리고머 등의 전도성 유기재료, 또는 전도성 무기재료 금속 또는 그 복합체물로 구성될 수 있으며, 구체적으로는 ITO, Ag, Al, Mg, Ca, Li 및 그 복합물 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 또는 제2 전극(11, 16)과 상기 제3 전극(20) 사이에 전류가 흐르는 것을 차단하기 위하여 절연성 유기재료 또는 절연성 무기재료 등의 절연물로 봉지 되어 있을 수도 있다. 상기 제3 전극(20, 20')은 양 또는 음의 전위를 가지도록 외부 회로와 연결되어 있으며, 상기 제3 전극(20, 20')에 인가된 전위가 상기 유기물층들(22, 26)의 전위를 조절하여 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16)으로부터 각각 주입된 정공과 전자의 흐름을 통제하게 되어 결국 유기 전계발광의 휘도를 조절하게 된다.The third electrodes 20 and 20 'may be made of a conductive organic material such as a conductive organic molecule, a conductive oligomer, or a conductive inorganic material metal or a composite thereof. Specifically, the third electrodes 20 and 20' may include ITO, Ag, Al, Mg, Ca, Li and composites thereof. In addition, in order to block a current from flowing between the first or second electrodes 11 and 16 and the third electrode 20, an insulating material such as an insulating organic material or an insulating inorganic material may be sealed. The third electrode 20, 20 ′ is connected to an external circuit to have a positive or negative potential, and the potential applied to the third electrode 20, 20 ′ is applied to the organic layers 22, 26. The electric potential is controlled to control the flow of holes and electrons injected from the first electrode 11 and the second electrode 16, respectively, thereby controlling the luminance of the organic electroluminescence.

본 발명에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 계조 표시 원리를 도 4b의 포텐셜 다이어그램을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4b는 다양한 3 극성 소자 구성들 중에서 대표적으로 제3 전극(20, Gate: G)이 정공 수송층 상부(13a)에 형성된 경우를 설명하기 위한 포텐셜 다이어그램으로서, 도 4b에서 전자는 검은 원, 정공은 흰 원으로 표시하고, 이들의 이동은 화살표로 나타내었으며, 포텐셜 다이어그램에 표시된 숫자(11, 12, 13, 14, 15, 16)는 도 1a 및 1b에 도시된 제1 전극(11), 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 유기 발광층(14), 전자 수송층(15) 및 제2 전극(16)의 전위를 나타내는 것이다. 또한 정공 수송층(13)과 유기 발광층(14) 사이 경계면의 전위를 13a로, 전자 수송층(15)과 유기 발광층(14) 사이 경계면의 전위를 15a로 상기 포텐셜 다이어그램에 더욱 도시하였다.The gray scale display principle of the tripolar organic electroluminescent device according to the present invention will be described with reference to the potential diagram of FIG. 4B. FIG. 4B is a potential diagram for describing a case in which a third electrode 20 (gate G) is formed on the upper portion of the hole transport layer 13a among various tripolar element configurations. In FIG. 4B, electrons are black circles and holes are shown in FIG. The white circles, their movements are indicated by arrows, and the numbers 11, 12, 13, 14, 15, and 16 indicated in the potential diagrams are the first electrode 11, hole injection shown in FIGS. 1A and 1B. The potentials of the layer 12, the hole transport layer 13, the organic light emitting layer 14, the electron transport layer 15, and the second electrode 16 are shown. The potential diagram of the interface between the hole transport layer 13 and the organic light emitting layer 14 is 13a, and the potential of the interface between the electron transport layer 15 and the organic light emitting layer 14 is 15a.

먼저, 제1 전극(11, Anode: A), 제2 전극(16, Cathode: C)과 제3 전극(20, G)에 전압이 인가되지 않으면, 열역학적 평형에 의해 세 전극 사이의 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 발광층(14), 및 전자 수송층(15)들의 페르미 준위들이 서로 일치한다(도 4b의 T1 참조). 이때, 제3 전극(20)을 단락(off, 0 V)시킨 상태에서, 제2 전극(16)과 제1 전극(11) 사이에 전압 VCA를 인가하면, 제1 전극(11)으로부터 정공이, 제2 전극(16)으로부터 전자가 유기 발광층(14) 쪽으로 점차 이동된다. 이때, 인가된 전압 VCA가 전계발광 온셋(Onset) 전압(Vonset)보다 낮으면(VCA< Vonset), 유기 발광층(14)의 발광 분자로 전자와 정공들이 유입되지 못하여 전계발광이 일어나지 않는다(도 4b의 T2 참조). 이는 2 극성 유기 전계발광 소자의 작동과 동일하다. 이러한 상태에서 제3 전극(20)을 전원에 연결시킨 후, 제2 전극(16)과 제3 전극(20) 사이에 전압 VCG를 인가하면, 도 4b의 T3에 도시한 바와 같이, 정공 수송층 상부계면(13a)의 포텐셜 준위가 더욱 낮아지게 되어, 발광층(14)으로 정공 또는 전자들의 주입이 일어나게 되고, 유입된 전자, 전공의 결합에 의한 전계발광이 일어난다. 이는 3 극성 유기 전계발광 소자의 제3 전극에 VCG를 인가하면, Vonset보다 낮은 VCA전압으로도 전계발광이 일어날 수 있음을 나타낸다. 또한, 도 4b의 T4와 T5에 도시한 바와 같이, 제 3 전극의 전위 VCG를 고정한 후, 제1 전극(11)과 제2 전극(16) 사이의 전압 VCA를 점차 증가시키면 제1 전극(11)과 제2 전극(16)으로부터 주입되는 정공 또는 전자의 양이 점차 증가하여 전계발광의 세기가 증가하게 된다. 이러한 원리로, 제3 전극(20 또는 20')의 전위 VCG를 적절하게 조절하여 유기물 층 간의 포텐셜 격차를 조절하면, 3 극성 유기발광 소자의 발광 세기를 조절할 수 있다.First, when no voltage is applied to the first electrode 11 (Anode A), the second electrode 16 (Cathode C) and the third electrode 20, G, the hole injection layer between the three electrodes by thermodynamic equilibrium (12), the Fermi levels of the hole transport layer 13, the light emitting layer 14, and the electron transport layer 15 coincide with each other (see T1 in FIG. 4B). At this time, when the voltage V CA is applied between the second electrode 16 and the first electrode 11 in a state in which the third electrode 20 is shorted (off, 0 V), holes are removed from the first electrode 11. The electrons gradually move from the second electrode 16 toward the organic light emitting layer 14. At this time, if the applied voltage V CA is lower than the electroluminescent onset voltage V onset (V CA <V onset ), electroluminescence does not occur because electrons and holes do not flow into the light emitting molecules of the organic emission layer 14. (See T2 in FIG. 4B). This is identical to the operation of bipolar organic electroluminescent devices. In this state, when the third electrode 20 is connected to a power source and a voltage V CG is applied between the second electrode 16 and the third electrode 20, as shown in T3 of FIG. 4B, the hole transport layer The potential level of the upper interface 13a is further lowered to inject holes or electrons into the light emitting layer 14, and electroluminescence is generated by the combination of the introduced electrons and the holes. This indicates that when V CG is applied to the third electrode of the tripolar organic electroluminescent device, electroluminescence may occur even at a V CA voltage lower than V onset . In addition, as shown in T4 and T5 of FIG. 4B, after the potential V CG of the third electrode is fixed, when the voltage V CA between the first electrode 11 and the second electrode 16 is gradually increased, the first electrode is increased. The amount of holes or electrons injected from the 11 and the second electrode 16 is gradually increased to increase the intensity of the electroluminescence. In this principle, by adjusting the potential V CG of the third electrode 20 or 20 ′ appropriately to adjust the potential gap between the organic material layers, the emission intensity of the tripolar organic light emitting device can be adjusted.

도 5는 도 4a에 표시한 본 발명의 일 실시예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자의 구성 예로서, 본 구성 예에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자는 투명 기판(10) 위에 제1 전극(11)으로 ITO가 형성되고, 정공 주입층과 그 정공을 수송하기 위한 정공 수송층들이 제1 유기물 층(22)을 구성하여, 상기 제1 전극(11) 위에 형성되어 있다. 상기 제1 유기물층(22) 상부에는 발광층으로 초록색 영역(550nm)에서 빛을 발하는 알루미나퀴논(Alq3) 층과 전자 수송층으로 구성된 상기 제2 유기물층(26)이 형성되고, 그 상단에 제2 전극(16)으로서 Al층이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 전극(11)과 제2 전극(16)의 사이의 영역 외부의 상기 제1 유기물층(22) 상부 표면에 제3 전극(20)으로서 Al층이 형성되어, 3 극성 발광 트라이오드(triode) 구조를 이룬다. 각 유기물층들의 형성된 두께는 정공주입층 40 nm, 정공수송층 20 nm, 유기발광층 60 nm, 그리고 전자주입층 20 nm 정도이다. 상기 제1, 2 및 3 전극(11, 16, 20)들은 양 또는 음의 전위를 가지도록 도 5에 도시한 것과 같이 외부 회로와 연결되어 있다.5 is a configuration example of a tripolar organic electroluminescent device according to an embodiment of the present invention shown in Figure 4a, the tripolar organic electroluminescent device according to the present configuration is a first electrode 11 on a transparent substrate 10 ITO is formed, and a hole injection layer and hole transport layers for transporting the holes constitute the first organic layer 22 and are formed on the first electrode 11. The second organic material layer 26 including an alumina quinone (Alq3) layer and an electron transport layer that emit light in the green region (550 nm) is formed on the first organic material layer 22, and the second electrode 16 is formed on the top of the first organic material layer 22. Al layer is formed. In addition, an Al layer is formed as a third electrode 20 on the upper surface of the first organic material layer 22 outside the region between the first electrode 11 and the second electrode 16, thereby generating a tripolar light emitting triode. It forms a triode. The formed thicknesses of the organic layers are about 40 nm of hole injection layer, 20 nm of hole transport layer, 60 nm of organic light emitting layer, and about 20 nm of electron injection layer. The first, second and third electrodes 11, 16 and 20 are connected to an external circuit as shown in FIG. 5 to have a positive or negative potential.

도 6은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서 측정한 제1 전극(A)에 흐르는 전류(IA), 제2 전극(C)에 흐르는 전류(IC), 및 제3 전극(G)에 흐르는 전류(IG)들의 제2 및 제1 전극 사이의 전압(양극과 음극 사이에 인가되는 전압: VCA)에 대한 의존성을 나타낸 그래프이다. 이때, 제2 전극(16)인 음극과 제3 전극(20)인 그리드사이의 전압(VCG)은 0V로 고정하였다. 도 6에 나타난 것과 같이 음극(A)과 양극(C) 사이의 전위 VCA가 0 V인 경우, 각 단자(terminal) 에 흐르는 전류는 0mA 이나, VCA가 증가할수록 각 단자 전극들에서 흐르는 전류의 양이 점진적으로 증가한다. 이러한 각 단자에서 흐르는 전류량들을 표 1에 수치로 나타내었다.FIG. 6 illustrates a current I A flowing through the first electrode A, a current I C flowing through the second electrode C , and a third electrode measured by the tripolar organic electroluminescent device illustrated in FIG. 5. It is a graph showing the dependence on the voltage (voltage applied between the anode and the cathode: V CA ) between the second and first electrodes of the currents I G flowing in G ). At this time, the voltage V CG between the cathode as the second electrode 16 and the grid as the third electrode 20 was fixed at 0V. As shown in FIG. 6, when the potential V CA between the cathode A and the anode C is 0 V, the current flowing through each terminal is 0 mA, but as the V CA increases, the current flowing through each terminal electrode increases. The amount of is gradually increased. The amount of current flowing in each of these terminals is shown in Table 1 numerically.

IA, IC, 및 IG의 VCA의존성 (VCG= 0 V)V CA dependence of I A , I C , and I G (V CG = 0 V) VCA(V)V CA (V) IA(mA/cm2)I A (mA / cm 2 ) IC(mA/cm2)I C (mA / cm 2 ) IA+ IC(mA/cm2)I A + I C (mA / cm 2 ) IG(mA/cm2)I G (mA / cm 2 ) 0.00.0 0.00.0 0.00.0 0.00.0 0.00.0 1.01.0 -12.1-12.1 3.33.3 -8.8-8.8 9.29.2 2.02.0 -25.3-25.3 7.47.4 -17.9-17.9 18.318.3 3.03.0 -32.8-32.8 13.313.3 -19.5-19.5 20.020.0 4.04.0 -40.4-40.4 19.219.2 -21.2-21.2 21.621.6 5.05.0 -49.7-49.7 25.925.9 -23.8-23.8 24.524.5 6.06.0 -60.2-60.2 33.433.4 -26.8-26.8 27.327.3 7.07.0 -70.4-70.4 40.940.9 -29.5-29.5 30.430.4 8.08.0 -79.1-79.1 47.447.4 -31.7-31.7 32.532.5 9.09.0 -90.3-90.3 55.455.4 -34.9-34.9 35.935.9 10.010.0 -101.1-101.1 63.363.3 -37.8-37.8 38.338.3

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 각 단자에 흐르는 전류량들은 도 5에 표시한 전기적 회로에서 예견할 수 있는 -IG= IA+ IC의 관계를 가짐을 확인할 수 있다. 따라서 본 실험 결과들로부터 도 5에 표시한 소자가 3 극성 구조(three-terminal device)를 가짐을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that the amount of current flowing through each terminal has a relationship of -I G = I A + I C which can be predicted in the electrical circuit shown in FIG. Therefore, it can be seen from the experimental results that the device shown in FIG. 5 has a three-terminal device.

도 7은 도 5에 도시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서 측정한 IA, IC, 및 IG의 VCA의존성을 나타낸 그래프이다. 이때, VCG는 9V로 고정하였다. 도 7에 나타낸 것과 같이 VCG= 9V로 높인 경우, 각 단자 전극들에서 흐르는 전류량들의 VCA의존성은 VCG= 0V인 도 6의 경우와는 매우 다른 양상을 보인다. VCG가 9V인 경우, VCA가 0V 인 경우에도 각 단자에 상당한 전류가 흐른다. 음극을 통하여 흐르는 전류량 IC는 낮은 VCA에 대해서도 상당한 전류량을 보이며 VCA가 증가할수록 점차 증가한다. IA의 경우 VCA가 낮은 경우 "+" 의 전류량을 보이다가 VCA가 약 7.5 V 근방에서 0mA로떨어지며, VCA가 7.5 V 이상에서는 흐르는 방향을 바꾸어 "-" 전류량을 보인다. 이러한 각 단자에서 흐르는 전류량들을 표 2에 수치로 나타내었다. 표 2에서 볼 수 있듯이, 이 경우도 각 단자에 흐르는 전류량들은 도 5에 표시한 회로에서 예견할 수 있는 -IG = IA + IC 인 관계임을 확인할 수 있다. 따라서 본 실험 결과들과 도 6에 나타낸 결과들을 종합하면 도 5에 표시한 소자가 게이트(gate)에 인가된 전압에 의하여 음극-양극사이에 흐르는 전류량들을 조절할 수 있는 3 극성 구조임을 알 수 있다.FIG. 7 is a graph showing V CA dependence of I A , I C , and I G measured in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5. At this time, V CG was fixed at 9V. As shown in FIG. 7, when V CG = 9V, the V CA dependence of the amount of current flowing in each terminal electrode is very different from that in FIG. 6 where V CG = 0V. When V CG is 9V, a significant current flows through each terminal even when V CA is 0V. The amount of current I C flowing through the cathode shows a significant amount of current even for low V CA and gradually increases as V CA increases. In case of I A , when V CA is low, it shows a current amount of "+", but V CA drops to about 0 mA around 7.5 V, and when V CA is above 7.5 V, the flow direction changes to show a "-" current amount. The amount of current flowing through each of these terminals is shown in Table 2 numerically. As shown in Table 2, in this case, it can be seen that the amount of current flowing through each terminal has a relationship of -IG = IA + IC, which can be predicted in the circuit shown in FIG. Therefore, when the results of the experiment and the results shown in FIG. 6 are combined, it can be seen that the device shown in FIG. 5 has a three-polar structure that can control the amount of current flowing between the cathode and the anode by the voltage applied to the gate.

IA, IC, 및 IG의 VCA의존성 (VCG= 9 V)V CA dependence of I A , I C , and I G (V CG = 9 V) VCG(V)V CG (V) IA(mA/cm2)I A (mA / cm 2 ) IC(mA/cm2)I C (mA / cm 2 ) IA+ IC(mA/cm2)I A + I C (mA / cm 2 ) IG(mA/cm2)I G (mA / cm 2 ) 0.00.0 32.632.6 54.554.5 87.187.1 -88.0-88.0 1.01.0 27.927.9 56.156.1 84.084.0 -86.5-86.5 2.02.0 24.324.3 49.349.3 73.673.6 -74.1-74.1 3.03.0 22.222.2 49.049.0 71.271.2 -72.3-72.3 4.04.0 20.220.2 49.349.3 69.569.5 -71.0-71.0 5.05.0 16.416.4 51.051.0 67.467.4 -68.7-68.7 6.06.0 1.61.6 56.056.0 57.657.6 -59.2-59.2 7.07.0 -15.7-15.7 65.065.0 49.349.3 -49.1-49.1 8.08.0 -31.6-31.6 70.070.0 38.438.4 -38.5-38.5 9.09.0 -45.2-45.2 75.675.6 30.430.4 -32.1-32.1 10.010.0 -60.2-60.2 82.782.7 22.522.5 -22.9-22.9

도 8은 도 5에 표시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서 측정한 IA, IC, 및 IG의 VCG의존성을 나타낸 그래프이다. 이때, VCA는 0 V로 고정하였다. 도 8에 나타난 것과 같이 게이트 전압 VCG가 0 V이면, 각 단자에 흐르는 전류는 0 mA이나 VCG가 증가할수록 각 단자 전극들에서 흐르는 전류의 양이 점진적으로 증가한다. 이러한 각단자에서 흐르는 전류량들을 표 3에 나타내었다. 표 3에서 볼 수 있듯이 각 단자에 흐르는 전류량들은 도 5에 표시한 회로에서 예견할 수 있는 -IG= IA+ IC인 관계임을 확인할 수 있다. 따라서 본 실험 결과들을 도 5에 표시한 소자가 3 극성 3-단자 구조임을 확인할 수 있다.FIG. 8 is a graph showing V CG dependence of I A , I C , and I G measured in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5. At this time, V CA was fixed to 0V. As shown in FIG. 8, when the gate voltage V CG is 0 V, the current flowing through each terminal gradually increases as the current flowing through each terminal electrode increases as 0 mA or V CG increases. Table 3 shows the amount of current flowing through these terminals. As shown in Table 3, it can be seen that the amount of current flowing through each terminal has a relationship of -I G = I A + I C which can be predicted in the circuit shown in FIG. Therefore, it can be seen that the device shown in FIG. 5 shows the three-pole three-terminal structure.

표 3. IA, IC, 및 IG의 VCG의존성 (VCA= 0 V)Table 3. V CG dependence of I A , I C , and I G (V CA = 0 V) VCG(V)V CG (V) IA(mA/cm2)I A (mA / cm 2 ) IC(mA/cm2)I C (mA / cm 2 ) IA+ IC(mA/cm2)I A + I C (mA / cm 2 ) IG(mA/cm2)I G (mA / cm 2 ) 0.00.0 0.00.0 0.00.0 0.00.0 0.00.0 1.01.0 10.210.2 2.02.0 12.212.2 -12.6-12.6 2.02.0 17.117.1 5.95.9 23.023.0 -23.5-23.5 3.03.0 18.518.5 10.910.9 29.429.4 -30.0-30.0 4.04.0 20.720.7 16.816.8 37.537.5 -38.1-38.1 5.05.0 22.622.6 21.221.2 43.843.8 -44.6-44.6 6.06.0 25.625.6 28.428.4 54.054.0 -54.9-54.9 7.07.0 27.727.7 33.933.9 61.661.6 -62.8-62.8 8.08.0 30.230.2 40.340.3 70.570.5 -71.2-71.2 9.09.0 32.532.5 47.147.1 79.679.6 -80.9-80.9 10.010.0 34.934.9 53.053.0 87.987.9 -89.1-89.1

도 9는 도 5에 표시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서 측정한 IA, IC, 및 IG의 VCG의존성을 나타낸 그래프이다. 이때, VCA는 9 V로 고정하였다. 도 9에 나타낸 것과 같이, VCA= 9V로 높인 경우, 각 단자 전극들에서 흐르는 전류량들의 VCG의존성은 VCA= 0 V인 도 8의 경우와는 매우 다른 의존성을 보인다. VCA가 9 V인 경우, VCG가 0 V 임에도 각 단자에 흐르는 전류는 0 mA 가 아니며 특히 음극을 통하여 흐르는 전류량 IC는 낮은 VCG에 대해서도 상당한 전류가 흐르며, VCG가 증가할수록 점차 증가한다. IG의 경우 VCG가 낮은 경우 "+" 의 전류량을 보이다가 VCG가 약 6.5 V 근방에서 0 mA로 떨어지며, VCG가 6.5 V 이상에서는 흐르는 방향을 바꾸어 "-" 전류량을 보인다. 이러한 각 단자에서 흐르는 전류량들을 표 4에 수치로 나타내었다. 표 4에서 볼 수 있듯이, 본 경우도 각 단자에 흐르는 전류량은 도 5에 표시한 회로에서 예견할 수 있는 -IG= IA+ IC인 관계임을 확인할 수 있다. 따라서 본 실험 결과들은 도 5에 표시한 소자가 고정된 VCA에서도 제3 전극(20, gate)의 전위를 조절하면 음극과 양극에 흐르는 전류량들을 조절할 수 있는 3 극성 구조임을 확인할 수 있다.FIG. 9 is a graph showing V CG dependence of I A , I C , and I G measured in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5. At this time, V CA was fixed to 9V. As shown in FIG. 9, when V CA = 9V, the V CG dependency of the amounts of current flowing in the respective terminal electrodes is very different from that in FIG. 8 where V CA = 0 V. FIG. When V CA is 9 V, even though V CG is 0 V, the current flowing to each terminal is not 0 mA, and in particular, the amount of current I C flowing through the cathode flows considerably for low V CG , and gradually increases as V CG increases. do. In the case of I G , when V CG is low, it shows a current amount of "+", but V CG drops to about 0 mA around 6.5 V, and when V CG is above 6.5 V, the flow direction changes to show a "-" current amount. The amount of current flowing in each of these terminals is shown in Table 4 numerically. As can be seen in Table 4, it can be seen that the current flowing through each terminal in this case is -I G = I A + I C which can be predicted in the circuit shown in FIG. Therefore, the results of the experiment can be seen that even in the fixed V CA device shown in Figure 5 by adjusting the potential of the third electrode (20, gate) is a three-polar structure that can control the amount of current flowing through the cathode and anode.

IA, IC, 및 IG의 VCG의존성 (VCA= 9 V)V CG dependency of I A , I C , and I G (V CA = 9 V) VCG(V)V CG (V) IA(mA/cm2)I A (mA / cm 2 ) IC(mA/cm2)I C (mA / cm 2 ) IA+ IC(mA/cm2)I A + I C (mA / cm 2 ) IG(mA/cm2)I G (mA / cm 2 ) 0.00.0 -94.2-94.2 60.460.4 -33.8-33.8 34.334.3 1.01.0 -90.8-90.8 62.262.2 -28.6-28.6 29.929.9 2.02.0 -88.4-88.4 62.962.9 -25.5-25.5 26.226.2 3.03.0 -86.6-86.6 63.563.5 -23.1-23.1 24.124.1 4.04.0 -85.5-85.5 64.064.0 -21.5-21.5 22.022.0 5.05.0 -80.5-80.5 65.865.8 -14.7-14.7 16.416.4 6.06.0 -69.9-69.9 62.362.3 -7.6-7.6 8.08.0 7.07.0 -62.0-62.0 65.865.8 3.83.8 -5.8-5.8 8.08.0 -53.3-53.3 70.870.8 17.517.5 -21.0-21.0 9.09.0 -46.8-46.8 76.276.2 29.429.4 -33.3-33.3 10.010.0 -38.9-38.9 94.794.7 55.855.8 -56.5-56.5

도 10은 도 5에 표시한 3 극성 유기 전계발광 소자에서 발광휘도의 VCA의존성을 나타낸 그래프이다. 먼저 도 5에 표시한 소자의 제3 전극(20)을 외부 게이트전원에서 단락시킨 후, 제1 및 2 전극(11, 16)에 전압 VCA를 인가하여 소자에서 발광하는 휘도의 세기를 측정하여 도 10a에 나타내었다. 이와 같이 제3 전극(20)을 단락시키면, 유기 전계발광 소자는 통상적인 2 극성 유기 전계발광 소자와 동일하게 작동한다. 이 경우, 도 10a에 도시된 바와 같이, VCA= 4 V 근방에서 발광이 시작(Vonset)되어 VCA가 증가함에 따라 휘도가 점차 증가하는 통상적인 2 극성 유기 발광 다이오드 특성을 나타낸다. 도 10a에 도시된 바와 같이, VCA= 8 V 근방에서 2000 cd/m2정도의 발광 휘도를 보이므로 2000 cd/m2이내 휘도의 계조를 표시하기 위해서는 VCA를 최소 4V 와 최대 8V 사이의 전압 세기로 조절하여야 한다.FIG. 10 is a graph showing V CA dependence of light emission luminance in the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5. First, the third electrode 20 of the device shown in FIG. 5 is short-circuited with an external gate power source, and then the voltage V CA is applied to the first and second electrodes 11 and 16 to measure the intensity of the luminance emitted from the device. It is shown in Figure 10a. In this manner, when the third electrode 20 is short-circuited, the organic electroluminescent element operates in the same manner as a conventional bipolar organic electroluminescent element. In this case, as shown in FIG. 10A, light emission starts (V onset ) around V CA = 4 V, and thus shows a conventional bipolar organic light emitting diode characteristic in which luminance gradually increases as V CA increases. As shown in FIG. 10A, since the emission luminance is about 2000 cd / m 2 near V CA = 8 V, in order to display the gray level of luminance within 2000 cd / m 2, the V CA may be set between a minimum of 4V and a maximum of 8V. The voltage should be adjusted.

이에 대하여 도 5에 표시한 소자의 제3 전극(20)에 다양한 전압 VCG를 인가한 후, 제2 전극(16)과 제 1전극(11)사이의 전압 VCA를 변화시키면서 소자에서 발광하는 휘도의 세기를 측정한 결과를 도 10b에 나타내었다. 도 10b에 도시한 바와 같이, 소자를 이와 같이 작동시키면, VCG가 증가할수록 소자가 발광하기 시작하는 VCA의 Vonset전압이 4 V 이하로 현저하게 감소하며, 저전압의 VCA에서도 발광 휘도가 2극 구조 소자의 경우보다 현저하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 게이트로 동작하는 제3 전극(20)의 전위를 변화시킴에 따라 그 특성이 현저하게 변화하는 3-단자 구조의 특성들로서, 도 10a에 나타낸 기존의 통상적인 2 극성 유기발광 다이오드 소자에서는 얻을 수 없는 특징들이다. 예를 들면, 도 10b에 도시된 바와 같이,VCG= 9V인 경우, VCA= 2 V 근방에서 발광이 시작되어 VCA가 증가함에 따라 휘도가 점차 증가하는 특성을 나타낸다. 이 경우, VCA= 9 V 근방에서 2000 cd/m2정도의 발광 휘도를 보이므로 2000 cd/m2이내 휘도의 계조는 VCA를 최소 2 V에서 최대 9 V 사이로 조절하여 얻을 수 있고, 따라서 VCA의 조절 범위는 약 7 V 정도이다. 이 VCA조절 범위는 다이오드 경우(도 10a)의 조절 범위에 비해 약 1.8배 더 넓다.On the other hand, after applying various voltages V CG to the third electrode 20 of the device shown in FIG. 5, the device emits light while changing the voltage V CA between the second electrode 16 and the first electrode 11. The result of measuring the intensity of the luminance is shown in Fig. 10b. As shown in Fig. 10B, when the device is operated in this manner, as the V CG increases, the V onset voltage of the V CA at which the device starts to emit light decreases significantly to 4 V or less, and the luminance of light emission is low even at a low voltage V CA. It can be seen that the remarkably increased than in the case of a bipolar structure element. These are characteristics of a three-terminal structure in which the characteristics of the third electrode 20 acting as a gate changes significantly as the potential of the third electrode 20 acts as a gate, which can be obtained in the conventional bipolar organic light emitting diode device shown in FIG. 10A. There are no features. For example, as shown in FIG. 10B, when V CG = 9 V, light emission starts near V CA = 2 V, and the luminance gradually increases as V CA increases. In this case, since the emission luminance is about 2000 cd / m 2 near V CA = 9 V, the gradation of luminance within 2000 cd / m 2 can be obtained by adjusting V CA from minimum 2 V to maximum 9 V. The control range of V CA is about 7 V. This V CA adjustment range is about 1.8 times wider than that of the diode case (FIG. 10A).

이로부터 도 5의 3 극성 유기발광 소자가 휘도의 조절 또는 계조 표시에 유용하다는 것을 할 수 있으며, 이 결과들로부터 도 5에 도시한 유기발광 소자가 3 극성 발광소자로 작동함을 알 수 있다.From this, it can be seen that the tripolar organic light emitting device of FIG. 5 is useful for adjusting brightness or displaying gray scales. From these results, it can be seen that the organic light emitting device shown in FIG. 5 operates as a tripolar light emitting device.

도 11은 도 5에 표시한 3 극성 유기 전계발광 소자의 제2 전극(16)과 제1 전극(11)사이에 전압 VCA를 인가한 후, 제2 전극(16)과 제3 전극(20) 사이에 전압 VCG를 변화시키면서 소자에서 발광하는 휘도의 세기를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 11에서 볼 수 있듯이, 일정한 VCA에 대해, VCG가 증가함에 따라 발광 휘도가 현저하게 증가함을 명백하게 볼 수 있다. 특히 VCA= 8V인 경우, VCG= 9 V에서 발광하는 휘도(1700 cd/m2)는 VCG= 0 V에서 발광하는 휘도(750 cd/m2)에 비해 약 2.3배 증가되었음을 볼 수 있다. 이러한 발광 특성은 기존의 통상적인 2 극성 유기발광 다이오드 소자에서는 얻을 수 없는 특징들로서, 제3 전극(20)의 전위를 변화시킴에 따라 전계발광 특성이 현저하게 변화하는 3-단자 구조로 작동함을 더욱 입증한다.FIG. 11 illustrates a voltage V CA applied between the second electrode 16 and the first electrode 11 of the tripolar organic electroluminescent device shown in FIG. 5, and then the second electrode 16 and the third electrode 20. The result of measuring the intensity of the luminance emitted from the device while varying the voltage V CG between &lt; RTI ID = 0.0 &gt; As can be seen in FIG. 11, it can be clearly seen that for a constant V CA , the luminescence brightness increases markedly as V CG increases. In particular, when V CA = 8V, the luminance (1700 cd / m 2 ) emitting at V CG = 9 V is about 2.3 times higher than the luminance (750 cd / m 2 ) emitting at V CG = 0 V. have. These light emission characteristics are characteristics that cannot be obtained in a conventional bipolar organic light emitting diode device, and operate as a three-terminal structure in which the electroluminescence characteristics change significantly as the potential of the third electrode 20 is changed. Further proof.

도 12a, 12b 및 12c는 도 4a에 표시한 본 발명의 3 극성 유기 전계발광 소자의 발광 특성을 시험하기 위하여, 각각 다른 방식으로 전압을 인가한 것을 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 유기 전계발광 소자는 투명 기판(10) 위에 제1 전극(11)으로 ITO가 형성되고, 정공 주입층과 그 정공을 수송하기 위한 정공 수송층이 상기 제1 유기물층(22)을 구성하여 상기 제1 전극(11) 위에 형성되어 있다. 상기 제1 유기물층(22) 상부에는 발광층으로 초록색 영역(550nm)에서 빛을 발하는 알루미나퀴논(Alq3) 층과 전자 수송층으로 구성된 상기 제2 유기물층(26)이 형성되고, 그 상단에 제2 전극(16)으로 Al이 형성되어 있다. 또한, 상기 제1 및 2 전극(11, 16)의 사이 영역의 외부에 걸쳐, 상기 제1 유기물 층(22) 상부 표면에 제3 전극(20)으로 Al이 형성되어, 3 극성 발광 트라이오드(triode) 구조를 이룬다. 각 유기물층들의 형성된 두께는 정공주입층 40nm, 정공수송층 20nm, 유기발광층 60nm, 그리고 전자주입층 20nm 이다. 상기 제1, 2 및 3 전극(11, 16, 20)들은 양 또는 음의 전위를 가지도록 도 12a, 12b 및 12c에 도시한 것과 같이 외부 회로와 연결되어 있다. 도 12a는 VCA= VCG인 3 극성 유기 발광소자의 구성 예이며, 도 12b는 VAG= VCG인 3 극성 유기 발광소자의 구성 예이며, 도 12c는 VCA= VGA인 3 극성 유기 발광소자의 구성 예이다.12A, 12B and 12C are diagrams showing voltages applied in different ways to test the light emission characteristics of the tripolar organic electroluminescent device of the present invention shown in FIG. 4A. In the organic electroluminescent device illustrated in FIG. 12, ITO is formed on the transparent substrate 10 as the first electrode 11, and a hole injection layer and a hole transport layer for transporting the holes constitute the first organic material layer 22. And is formed on the first electrode 11. The second organic material layer 26 including an alumina quinone (Alq3) layer and an electron transport layer that emit light in the green region (550 nm) is formed on the first organic material layer 22, and the second electrode 16 is formed on the top of the first organic material layer 22. Al is formed. In addition, Al is formed on the upper surface of the first organic layer 22 as the third electrode 20 over the outside of the region between the first and second electrodes 11 and 16, thereby forming a tripolar light emitting triode ( triode) structure. The thicknesses of the organic layers are 40 nm of a hole injection layer, 20 nm of a hole transport layer, 60 nm of an organic light emitting layer, and 20 nm of an electron injection layer. The first, second and third electrodes 11, 16 and 20 are connected to an external circuit as shown in FIGS. 12A, 12B and 12C to have a positive or negative potential. 12A is a configuration example of a tripolar organic light emitting device with V CA = V CG , FIG. 12B is a configuration example of a tripolar organic light emitting device with V AG = V CG , and FIG. 12C is a tripolar organic light emitting device with V CA = V GA . It is an example of a structure of a light emitting element.

도 13은 도 12a, 12b 및 12c에 도시된 바와 같이 3 극성 유기 전계발광 소자에 전압을 인가한 경우의 발광 휘도 대 인가전압 그래프로서, 도 13의 "Triode-A"는 도 12a에 나타낸 3 극성 유기 발광소자의 발광특성을 나타내며, "Triode-B와 C"는 각각 도 12b와 도 12c에 나타낸 3 극성 유기 발광소자들의 발광특성들을 나타낸다. 이와 더불어, Triode-A, B 와 C의 발광 특성들과 비교하기 위하여 도 12a에 나타낸 소자의 제3 전극(20)을 외부 회로에서 단락 시켜 통상적인 다이오드 구조로 만든 다음, 제2 전극(16)과 제1 전극(11) 사이에 전압 VCA를 인가하여 발광 특성("Diode")을 조사하여 도 13에 나타내었다. 먼저 도 13에 나타낸 "Triode-A"와 "Diode"의 특성을 비교하면, 동일한 인가 전압(9V)에 대해 "Triode-A"의 발광 휘도(2000 cd/m2)가 "Diode"의 발광휘도(750 cd/m2)에 비해 현저하게(약 2.7배) 증가함을 볼 수 있다. 또한 "Diode"의 경우, 750 cd/m2의 발광휘도를 얻기 위해서는 제2 전극과 제1 전극사이에 VCA = 약 9 V를 인가해야 하는 반면, Triode-A(또는 도 12a) 경우 750 cd/m2의 발광휘도를 얻기 위해서 VCA(= VCG)에 8V 만 인가해도 가능하다. 이와는 대조적으로, Triode-B와 C (또는 도 12a 및 12c)들을 Diode의 결과와 비교하면 Triode-B와 C의 발광세기가 현저하게 감소되었음을 볼 수 있다. 이러한 발광 특성은 기존의 통상적인 2 극성 유기발광 다이오드 소자에서는 얻을 수 없는 특징들로서, 제3 전극(gate)의 전위를 변화시킴에 따라 전계발광 특성이 현저하게변화하는 3-단자 구조의 특성을 나타낸다. 따라서 본 결과들로부터 도 12a, 12b 및 12c에 도시한 유기발광 소자가 3 극성 발광소자로 작동하며, 3 극성 유기발광 소자의 휘도의 조절 또는 계조 표시가 2극성 유기발광 소자보다 용이함을 명백히 알 수 있다.FIG. 13 is a graph showing light emission luminance vs. applied voltage when a voltage is applied to a tripolar organic electroluminescent device as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C, and “Triode-A” of FIG. 13 is the three polarity shown in FIG. 12A. The light emitting characteristics of the organic light emitting diode are shown, and “Triode-B and C” represent the light emitting characteristics of the tripolar organic light emitting diodes shown in FIGS. 12B and 12C, respectively. In addition, in order to compare the light emission characteristics of Triode-A, B and C, the third electrode 20 of the device shown in FIG. 12A is shorted in an external circuit to make a conventional diode structure, and then the second electrode 16 The light emission characteristic ("Diode") was investigated by applying a voltage V CA between the first electrode 11 and the first electrode 11, and is shown in FIG. 13. First, when the characteristics of "Triode-A" and "Diode" shown in FIG. 13 are compared, the emission luminance (2000 cd / m 2 ) of "Triode-A" is the emission luminance of "Diode" for the same applied voltage (9V). It can be seen that there is a significant increase (about 2.7 times) compared to (750 cd / m 2 ). In the case of "Diode", VCA = about 9 V should be applied between the second electrode and the first electrode in order to obtain an emission luminance of 750 cd / m 2 , while in the case of Triode-A (or FIG. 12A), 750 cd / m2. In order to obtain the light emission luminance of m 2 , only 8 V may be applied to V CA (= V CG ). In contrast, when the Triode-B and C (or FIGS. 12A and 12C) are compared with the results of the diode, it can be seen that the emission intensity of the Triode-B and C is significantly reduced. These light emission characteristics are characteristics that are not obtained in the conventional bipolar organic light emitting diode device, and exhibit the characteristics of the three-terminal structure in which the electroluminescence characteristics are significantly changed as the potential of the third electrode is changed. . Therefore, it is clear from these results that the organic light emitting device shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C operates as a tripolar light emitting device, and it is easier to control the brightness or display the gray level of the tripolar organic light emitting device than the dipolar organic light emitting device. have.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3 극성 유기 전계발광 소자는 양극과 음극 이외에 제3 전극을 형성하고, 상기 제3 전극에 인가되는 전압을 조절하여 계조(휘도 변화) 표시를 함으로서, 휘도 조절을 위하여 전압과 전류를 정밀하게 제어하여야 하는 종래의 2 극성 다이오드 방식보다 간편하고 정확하게 유기 전계발광 소자의 휘도를 조절할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 구조를 화소셀 어레이가 패시브 또는 액티브 매트릭스 형태로 배열된 전계발광 표시장치에 적용하여, 각 화소에서 발광세기의 무단계 계조 표현을 실현하고, 표시화상의 품위와 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the tripolar organic electroluminescent device according to the present invention forms a third electrode in addition to the anode and the cathode, and adjusts the voltage applied to the third electrode to display gradation (luminance change), thereby controlling luminance. In order to control voltage and current precisely, the luminance of the organic electroluminescent device can be adjusted more simply and accurately than the conventional two-polarity diode method. In addition, the structure of the organic electroluminescent device according to the present invention is applied to an electroluminescent display device in which pixel cell arrays are arranged in a passive or active matrix form to realize stepless gradation representation of emission intensity in each pixel, Reliability can be improved.

Claims (12)

기판 상에 형성된 제1 전극;A first electrode formed on the substrate; 상기 제1 전극의 상부에 형성된 유기발광층을 포함하는 하나 이상의 유기물층;At least one organic material layer including an organic light emitting layer formed on the first electrode; 상기 유기물층의 상부에 형성된 제2 전극; 및A second electrode formed on the organic material layer; And 상기 제1 및 제2 전극의 전위들에 대해 상기 유기물층의 상대적인 전위를 조절하기 위해, 상기 유기물층의 표면 또는 내부에 형성된 제3 전극으로 이루어진 3 극성 유기 전계발광 소자.A tripolar organic electroluminescent device comprising a third electrode formed on or in the surface of the organic material layer to adjust the relative potential of the organic material layer with respect to the potentials of the first and second electrodes. 제1항에 있어서, 상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이 영역의 외부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the third electrode is formed outside the region between the first electrode and the second electrode. 제1항에 있어서, 상기 제1, 2 및 3 전극은 전도성 유기재료, 전도성 무기재료, 금속, 또는 그 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the first, second and third electrodes are made of a conductive organic material, a conductive inorganic material, a metal, or a composite thereof. 제1항에 있어서, 상기 제3 전극은 ITO, Ag, Al, Mg, Ca, Li, 및 그 복합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the third electrode is made of a material selected from the group consisting of ITO, Ag, Al, Mg, Ca, Li, and composites thereof. 제1항에 있어서, 상기 제3 전극은 절연성 유기재료 또는 절연성 무기재료로 봉지 되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the third electrode is sealed with an insulating organic material or an insulating inorganic material. 제1항에 있어서, 상기 제3 전극은 양 또는 음의 전위를 가지도록 외부 회로와 연결되어 있으며, 상기 제3 전극에 인가되는 전위에 의하여 상기 유기물층들로 주입되는 전자 및 정공의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The method of claim 1, wherein the third electrode is connected to an external circuit to have a positive or negative potential, and controls the flow of electrons and holes injected into the organic material layers by a potential applied to the third electrode. An organic electroluminescent device, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 유기발광층의 사이에, 상기 유기발광층으로 정공을 주입하기 위한 정공 주입층과 정공을 수송하기 위한 정공 수송층이 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, further comprising a hole injection layer for injecting holes into the organic light emitting layer and a hole transporting layer for transporting holes between the first electrode and the organic light emitting layer. . 제7항에 있어서, 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에, 상기 발광층으로 전자를 주입하기 위한 전자 주입층과 전자를 수송하기 위한 전자 수송층이 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 7, further comprising an electron injection layer for injecting electrons into the light emitting layer and an electron transporting layer for transporting electrons between the light emitting layer and the second electrode. 제7항에 있어서, 상기 전공 수송층 또는 상기 전자 수송층의 표면 또는 내부에 하나 이상의 상기 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 7, wherein at least one third electrode is formed on or in the surface of or in the hole transport layer or the electron transport layer. 제8항에 있어서, 상기 발광층 또는 상기 전자 주입층의 표면 또는 내부에 하나 이상의 상기 제3 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 8, wherein at least one third electrode is formed on or in the light emitting layer or the electron injection layer. 제1항에 있어서, 상기 발광층은 발광성을 가지는 전도성, 비전도성 또는 반도체성의 유기 단분자, 올리고머, 또는 고분자인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the light emitting layer is a conductive, non-conductive or semiconducting organic monomolecule, oligomer, or polymer. 제1항에 있어서, 상기 기판은 투명한 유리, 실리콘 또는 갈륨 알세나이드(gallium arsenide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.The organic electroluminescent device according to claim 1, wherein the substrate is made of transparent glass, silicon or gallium arsenide.
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