CN101976547A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

当薄膜晶体管具有LDD结构或者双栅极结构时，生产步骤的数量增加，这会导致产量降低。本发明提供了一种显示装置，该显示装置通过不同于常规方法的方法降低了截止电流的影响。根据本发明，在发光元件的一个电极处提供调整元件，从而使得在不发光周期用于驱动发光元件的晶体管的截止电流不流过发光元件。该调整元件允许截止电流流到外部，即截止电流能够通过调整元件被旁路到外部。

Description

显示装置
本发明申请是本发明申请人于2005年5月20日提交的、申请号为200510079249.7、发明名称为“显示装置”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种能够精确地显示特别是显示黑色的显示装置。
背景技术
近年来，一种具有自发光元件的显示装置得到了积极的发展。薄膜晶体管作为半导体元件经常用于显示装置的象素部分。通过开/关薄膜晶体管来控制自发光元件的发光。当薄膜晶体管截止时，可能流过一个被称为截止电流的小电流。即使流过小的截止电流，自发光元件也会发出光线，这能够被人眼容易地识别到，并且成为一个问题。
作为减小截止电流的常用方法，已知一种LDD(轻掺杂漏极)结构。在这种结构中，在沟道形成区域和源极区域或者以高浓度掺杂杂质元素的漏极区域之间提供以低浓度掺杂杂质元素的LDD区域。
还建议一种所谓的双栅极结构，其具有沟道形成区域插在其间且互相重叠地形成的导电薄膜(参见专利文献1)。专利文献1公开了一种通过将恒定电压施加到底层的导电薄膜上而减小截止电流的方法。
[专利文献1]日本专利公开第2003-23161号
然而，当薄膜晶体管具有如上述专利文献等中公开的LDD结构或者双栅极结构时，就会增加生产步骤的数量，而这会降低产量。
发明内容
本发明提供了一种显示装置，其中通过与上述专利文献等中公开的方法不同的方法，减小连接到发光元件的晶体管的截止电流的影响。
考虑到上述内容，根据本发明，在发光元件的一个电极上提供一个元件(下文中称为调整元件(pass element))，使得在不发光周期内从用于驱动发光元件的晶体管中不流出截止电流。调整元件允许截止电流流到外部。即，截止电流能够通过调整元件被旁路到外部。
下面描述发明的一种模式。
根据本发明的一种模式，显示装置具有发光元件、用于驱动发光元件的晶体管、和连接到发光元件和晶体管的调整元件。调整元件的电阻低于截止时发光元件的电阻，高于导通时发光元件的电阻。
在根据本发明的显示装置中，调整元件是电阻器、薄膜晶体管和二极管中的一个或者是其组合。
根据本发明的另一种模式，显示装置具有发光元件、用于驱动发光元件的第一晶体管、和连接到发光元件和第一晶体管的用作调整元件的第二晶体管。当第一晶体管截止时用作调整元件的第二晶体管截止，而当发光元件导通时它还截止。
根据本发明的另一种模式，显示装置具有发光元件、用于驱动发光元件的第一晶体管、和连接到发光元件和第一晶体管的用作调整元件的第二晶体管。当第一晶体管截止时用作调整元件的第二晶体管截止，而当发光元件导通时它还截止。用作调整元件的第二晶体管的电阻低于截止时发光元件的电阻，高于导通时发光元件的电阻。
根据本发明的另一种模式，显示装置具有发光元件、用于驱动发光元件的晶体管、和连接到发光元件和驱动晶体管的用作调整元件的P沟道晶体管。P沟道晶体管的栅极连接到电源线上，P沟道晶体管的一个或者另一个电极连接到发光元件的反电极上。
根据本发明的另一种模式，显示装置具有发光元件、用于驱动发光元件的晶体管、和连接到发光元件和驱动晶体管的用作调整元件的P沟道晶体管。P沟道晶体管的栅极连接到电源线上，P沟道晶体管的一个或者另一个电极连接到发光元件的反电极上。P沟道晶体管的电阻低于截止时发光元件的电阻，高于导通时发光元件的电阻。
调整元件允许驱动晶体管的截止电流当发光元件不发光时通过调整元件被旁路。换言之，调整元件阻止截止电流流过发光元件。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
附图说明
图1是示出本发明的象素的电路图。
图2A-2D是示出本发明的调整元件的横截面图。
图3是示出本发明的象素的电路图。
图4是示出本发明的象素的电路图。
图5A和5B都是示出本发明的象素的电路图。
图6A-6C都是示出本发明的象素的电路图。
图7A-7C都是示出本发明的象素的电路图。
图8是示出本发明的象素的电路图。
图9A-9C都是示出本发明象素的工作的示图。
图10是示出本发明的显示装置的示图。
图11A和11B都是示出本发明的象素的工作波形的示图。
图12A和12B是本发明的象素的横截面图。
图13A和13B是本发明的象素的横截面图。
图14A和14B是本发明的象素的横截面图。
图15A和15B是本发明的象素的横截面图。
图16是本发明的显示装置的横截面图。
图17是示出本发明象素的工作的时间图。
图18是示出本发明象素的工作的时间图。
图19A-19F都是示出利用本发明的电子设备的视图。
图20是示出本发明象素的工作的时间图。
具体实施方式
尽管将参考附图通过实施方式对本发明进行充分的描述，但对本领域的技术人员来说可以理解各种变化和修改是很显然的。因此，除非这样的变化和修改脱离了本发明的范围，它们应该解释为包含在本发明中。注意在用于描述实施方式的所有附图中，相同的部件或者具有相同功能的部件利用相同的参考标记来表示，并且省略其描述。
晶体管具有三个端，即栅极、源极和漏极。但是，由于晶体管的结构而不能清楚地区分源极端(源极)和漏极端(漏极)。因此，在本说明书中，源极和漏极被称为一个电极或者另一个电极。
[实施方式1]
在本实施方式中，参考图1描述象素结构。
图1所示的象素具有信号线10、扫描线11、开关元件13、驱动晶体管14、发光元件15、和调整元件16。在本实施方式中，P沟道晶体管用作驱动晶体管14。
说明这种象素中的连接情况。开关元件13连接到信号线10、扫描线11、驱动晶体管14，并通过驱动晶体管14连接到发光元件15上。调整元件16连接到驱动晶体管14和发光元件15(P1)上。即调整元件16可以被称为连接到驱动晶体管14上的元件。
对这种象素的工作进行说明。当通过扫描线11选择开关元件13时，通过开关元件13将视频信号从信号线10输入到驱动晶体管14中。然后，发光元件15根据驱动晶体管14发光或者不发光。
根据本发明的这种象素结构，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流流过调整元件16。这是因为发光元件15的电阻要高于调整元件16的电阻。其结果是不会存在由于驱动晶体管14的截止电流而导致发光元件15发光的危险。
同时，当发光元件15发光时，电流应该不流过调整元件16。如果电流流过调整元件16，发光元件15就不能以预定的亮度发光。
因此，将调整元件16的电阻Rp设置为满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选为R(off)＞＞Rp＞＞R(on)，其中R(on)是发光元件15发光时(即发光元件15导通时)的电阻，R(off)是发光元件15不发光时(即发光元件15截止时)的电阻。优选满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)，在这种情况下，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过调整元件16。其结果是仅仅当发光元件15不发光时，电流才能流过调整元件16。
为了获得上述电阻，例如，调整元件16除P1之外的一端可以连接到发光元件15的反电极上。这是因为发光元件15的反电极连接到低电位电源上。
图2A-2D示出了调整元件16的具体的例子。如图2A所示，电阻器19可以用作调整元件16。
半导体元件也可以用作调整元件16。例如，如图2B所示，P沟道薄膜晶体管(TFT)20可以用作调整元件16。薄膜晶体管20的栅极可以连接到截止薄膜晶体管20的电位上。如果采用薄膜晶体管20，当发光元件15发光时，薄膜晶体管20的电阻R(TFT)满足R(TFT)＞R(on)，更优选的是满足R(TFT)＞＞R(on)。换言之，优选当发光元件15发光时，薄膜晶体管20是截止的。另一方面，当发光元件15不发光时，电阻R(TFT)满足R(off)＞R(TFT)，更优选满足R(off)＞＞R(TFT)。换言之，优选当发光元件15不发光时，薄膜晶体管20是截止的。
而且，如图2C所示，P沟道薄膜晶体管的栅极和源极互相连接的二极管81可以用作调整元件16。可选择地，如图2D所示，N沟道薄膜晶体管的栅极和漏极互相连接的二极管82也可以用作调整元件16。
在这种电阻器19、薄膜晶体管20、二极管81和82中，除P1之外的一个端可以连接到与低电位电源连接的发光元件15的反电极上。
对图2B所示的薄膜晶体管20的工作进行说明。当发光元件15发光时，驱动晶体管14提供一个电流。此时，栅极维持在高电位的薄膜晶体管20截止。即，将薄膜晶体管20的电阻设置成满足Rp＞＞R(on)，从而没有电流流过截止的薄膜晶体管20。
同时，当发光元件15不发光时，薄膜晶体管20除P1之外的一个端与发光元件15的反电极连接，并且截止电流从驱动晶体管14流出。然后，满足R(off)＞Rp，截止电流流过薄膜晶体管20。因此，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15。
在这个实施方式的象素结构中，发光元件15的反电极连接到低电位电源上，因此，P沟道薄膜晶体管用作调整元件16，然而，也可以采用另一种象素结构，其中，发光元件15的反电极连接到高电位电源上。在这种情况下，N沟道薄膜晶体管可以用作调整元件16，而驱动晶体管可以具有N型导电性。
如上所述，调整元件16在不发光周期阻止驱动晶体管的截止电流流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。特别是当将一个反偏电压施加到发光元件15上时，驱动晶体管的截止电流在不发光周期不流过发光元件15，显示装置从而能够实现高质量的黑色显示。
当使用这种调整元件时，没有必要生产具有双栅极结构或者LDD结构的薄膜晶体管。因此，可以省略不必要的生产步骤。要注意的是，如果需要，驱动晶体管可以具有双栅极结构或者LDD结构。
具有这种调整元件的象素结构并不局限于本实施方式中所示的结构。即，调整元件可以应用到与电流作为视频信号被输入的一种电流输入方法、电压作为视频信号被输入的一种电压输入方法、视频信号作为数字信号被输入的一种数字驱动方法、视频信号作为模拟信号被输入的一种模拟驱动方法、在线性区用于操作驱动晶体管的恒定电压驱动器、或者在饱和区用于操作驱动晶体管的恒定电流驱动器相对应的任何象素结构中。
[实施方式2]
本实施方式中描述的是一种至少具有开关晶体管、驱动晶体管、发光元件和调整元件的象素结构。
图3所示的象素具有信号线10、扫描线11、开关晶体管21、驱动晶体管14、发光元件15、调整元件16、电源线12和电容器22。电容器22连接在驱动晶体管14的栅极和源极与漏极中的一个之间。在本实施方式中，N沟道晶体管用作开关晶体管21，而P沟道晶体管用作驱动晶体管14。
当通过扫描线11选择开关晶体管21时，从信号线10输入视频信号。该视频信号可以是数字信号或者是模拟信号。
如果采用数字视频信号，视频信号上的数据，即电荷就累积在电容器22上。当累积的电荷超过驱动晶体管14的Vth时，驱动晶体管14导通。然后，将来自电源线12的电流提供给发光元件15，从而发光元件15就以预定的亮度发光。
当驱动晶体管14截止时，发光元件15不发光。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就流过发光元件15。从而，提供调整元件16使得满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。通过使驱动晶体管14的截止电流流向调整元件16，可以阻止截止电流供给发光元件15。要注意的是，优选满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)，在这种情况下驱动晶体管14的大部分截止电流都能够流过调整元件16。结果就能够获得高质量的黑色显示。
特别是当将一个反偏电压提供给发光元件15时，可以适当地应用本发明。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，这样显示装置就能够实现高质量的黑色显示。
当如上所述输入数字视频信号时，如果什么都不做，就不能够实现多灰度级显示。通过采用一种用于控制发光元件的发光时间的定时灰度级方法能够实现多灰度级显示。
图17示出了在采用图3所示的象素结构执行定时灰度级显示的情况下的时间图。纵轴代表第1行到最后一行的扫描线，横轴代表时间。如果如图17所示提供三个子帧周期(SF1到SF3)，则能够实现8级的灰度级显示。每一个子帧周期都包括写周期Ta1-Ta3。每一个写周期都包括在其间从信号线10输入视频信号的周期和在其间从信号线10输入擦除信号的周期(擦除期)Te1-Te3。通过以这种方式控制发光元件的发光时间，能够实现8级灰度级显示。
如上所述，通过在写周期，即一个栅极选择周期输入视频信号或者擦除信号，在写周期Ta内提供擦除周期Te，从而控制灰度级水平。因此，不需要提供擦除晶体管，也不需要增加象素中的晶体管数量，从而产生较高的孔径比。
尽管在本实施方式中提供三个子帧周期，但本发明并不局限于此，还可以提供两个子帧周期、四个子帧周期或者更多的子帧周期。
除写周期和发光周期外，优选提供用于将反偏电压施加到发光元件上的周期。当将反偏电压施加到发光元件上时，发光元件的质量能够改善并且持续较长时间。图20示出了在施加反偏电压的情况下的时间图。要注意的是，在一个帧周期的结尾或者在每一个帧周期中不是必须提供施加反偏电压的周期Tr。在用于施加反偏电压的周期中，电源线12的电势和发光元件15的阴极的电势(Vca)彼此反向。结果，可以将反偏电压施加到发光元件15上。
尽管在图17中子帧周期按顺序排列，但它们也可以随机排列。根据这一点，可以防止虚假轮廓。
在这一实施方式中，驱动晶体管14可以在线性区或饱和区工作。注意，如果驱动晶体管14在线性区工作，那么就不需要增加驱动电压，并且降低了功率消耗。注意，如果需要，驱动晶体管可以具有双栅极结构或者LDD结构。
[实施方式3]
在这一实施方式中描述的是将擦除晶体管增加到实施方式2中所示的象素结构中的一种象素结构。
图4所示的象素具有信号线10、扫描线11、擦除扫描线23、开关晶体管21、驱动晶体管14、擦除晶体管24、发光元件15、调整元件16、电源线12和电容器22。在本实施方式中，将N沟道晶体管用作开关晶体管21和擦除晶体管24，将P沟道晶体管用作驱动晶体管14。
当通过扫描线11选择开关晶体管21时，从信号线10输入视频信号。该视频信号可以是数字信号或者模拟信号。例如，如果采用数字视频信号，视频信号上的数据即电荷就累积在电容器22上。当累积的电荷超过驱动晶体管14的Vgs时，驱动晶体管14就导通。然后，将来自电源线12的电流提供给发光元件15，从而发光元件15以预定的亮度发光。
当发光元件15不发光时，通过擦除扫描线23导通擦除晶体管24，同时累积在电容器22上的电荷放电。从而驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就会流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的截止电流流过调整元件16，调整元件16满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。优选满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)，在这种情况下驱动晶体管14的大部分截止电流可以流过调整元件16。结果，就可以实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用本发明。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
当如上所述输入数字视频信号时，如果什么都不做，就不能够实现多灰度级显示。通过采用一种用于控制发光元件的发光时间的定时灰度级方法，能够实现多灰度级显示。
图18示出了在采用图4所示的象素结构执行定时灰度级显示的情况下的时间图。纵轴代表第1行到最后一行的扫描线，横轴代表时间。如果如图18所示提供三个子帧周期(SF1到SF3)，就可以实现8级的灰度级显示。每一个子帧周期都包括写周期Ta1-Ta3之一。在写周期Ta1-Ta3之后，分别启动发光周期Ts1-Ts3。以这种方式，能够实现8级的灰度级显示。进一步，在如Ts3的短发光周期中，为了启动下一个帧周期的第一写周期Ta1，优选提供一个擦除周期SE，在该擦除周期SE中通过擦除晶体管24使电容器22的电荷放电以强制停止发光元件15发光。结果，可以增加占空比。
尽管在图18中子帧周期按顺序排列，但它们也可以随机排列。根据这一点，可以防止虚假轮廓。
尽管在本实施方式中提供三个子帧周期，但本发明并不局限于此，也可以提供两个子帧周期、四个子帧周期或者更多的子帧周期。
除写周期和发光周期外，可以提供一个用于将反偏电压施加到发光元件上的周期。随着施加反偏电压，发光元件的质量可以得到改善并且持续较长时间。例如，与图20所示的时间图相似，可以在一个帧周期的结尾提供一个用于施加反偏电压的周期Tr。
在这个实施方式中，驱动晶体管14可以在线性区或饱和区工作。注意，如果驱动晶体管14在线性区工作，则不需要增加驱动电压，同时降低了功率消耗。注意，如果需要，驱动晶体管可以具有双栅极结构或者LDD结构。
[实施方式4]
在这个实施方式中描述的是将电流控制晶体管增加到实施方式2和3所示的象素结构中的一种象素结构。
图5A所示的象素具有信号线10、扫描线11、恒定电势线26、开关晶体管21、驱动晶体管14、电流控制晶体管25、发光元件15、调整元件16、电源线12和电容器22。在本实施方式中，将N沟道晶体管用作开关晶体管21，将P沟道晶体管用作驱动晶体管14和电流控制晶体管25。
当通过扫描线11选择开关晶体管21时，从信号线10输入视频信号。该视频信号可以是数字信号或者模拟信号。例如，如果采用数字视频信号，则视频信号上的数据即电荷就累积在电容器22上。当累积的电荷超过电流控制晶体管25的Vgs时，电流控制晶体管25就导通。此时，驱动晶体管14和电流控制晶体管25导通。然后，将来自电源线12的电流提供给发光元件15，从而发光元件15以预定的亮度发光。因为驱动晶体管14的栅极连接到恒定电势线26上，所以驱动晶体管14的栅-源电压Vgs保持恒定。恒定的栅极电位允许驱动晶体管14稳定地工作，同时防止栅-源电压Vgs由于寄生电容或者布线电容而发生变化。因此，可以防止由驱动晶体管特性的变化引起的发光不均衡。从而进一步减少了导致显示不均衡的原因，并且能够极大地提高显示装置的质量。
当发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，则该截止电流流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的截止电流流过调整元件16，该调整元件16满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。结果可以实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图5A所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
当如上所述输入数字视频信号时，如果什么都不做，则不能够实现多灰度级显示。通过采用一种用于控制发光元件的发光时间的定时灰度级方法，能够实现多灰度级显示。
图6A-6C示出了具有和图5A中所示的等效电路相同功能的等效电路的例子。在图6A-6C中，采用P沟道薄膜晶体管20作为调整元件16，并且P沟道薄膜晶体管20的一个电极连接到发光元件15的反电极上。
在图6A中，P沟道薄膜晶体管20与发光元件15相连接，该薄膜晶体管20的栅极连接到电源线12上。其它的结构与图5A所示的结构相同，因此省略对其的描述。当这样的象素电路中的发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就会流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，该截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过P沟道薄膜晶体管20。结果，能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图6A所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
图6B所示的等效电路图与图6A所示的不同在于，其中驱动晶体管14的栅极连接到由与扫描线11相同的材料形成的控制扫描线30上。由于这一点，能够减少电源线的数量。其它的结构与图6A中所示的相同，因此，可以参照图5A所示的电路图。当在这样的象素电路中发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流流过发光元件15。为了防止驱动晶体管14的截止电流提供给发光元件15，该截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过P沟道薄膜晶体管20。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图6B所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
图6C所示的等效电路图与图6A所示的不同在于，其中电流控制晶体管25的栅极连接到驱动晶体管14的栅极上。由于这一点，能够减少控制扫描线和电源线的数量。其它的结构与图6A中所示的相同，因此，可以参照图5A所示的电路图。当在这样的象素电路中发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流流过发光元件15。为了防止驱动晶体管14的截止电流提供给发光元件15，该截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过P沟道薄膜晶体管20。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图6C所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
无需指出，也可采用其它的元件代替图6A-6C中所示的P沟道薄膜晶体管来作为调整元件。
接下来说明图5B中所示的象素。该象素具有信号线10、扫描线11、擦除扫描线23、恒定电势线26、开关晶体管21、驱动晶体管14、擦除晶体管24、电流控制晶体管25、发光元件15、调整元件16、电源线12和电容器22。在本实施方式中，将N沟道晶体管用作开关晶体管21和擦除晶体管24，将P沟道晶体管用作驱动晶体管14和电流控制晶体管25。
当通过扫描线11选择开关晶体管21时，从信号线10输入视频信号。该视频信号可以是数字信号或者模拟信号。例如，如果采用数字视频信号，视频信号上的数据即电荷就累积在电容器22上。当累积的电荷超过电流控制晶体管25的Vgs时，电流控制晶体管25就导通。此时，驱动晶体管14和电流控制晶体管25导通。然后，将来自电源线12的电流提供给发光元件15，从而发光元件15以预定的亮度发出光线。因为驱动晶体管14的栅极连接到恒定电势线26上，所以驱动晶体管14的栅-源电压Vgs保持恒定。恒定的栅极电位允许驱动晶体管14稳定地工作，同时防止栅-极电压Vgs由于寄生电容或者布线电容而发生变化。因此，能够阻止由驱动晶体管特性的变化引起的发光不均衡。从而进一步减少了导致显示不均衡的原因，并且能够极大地提高显示装置的质量。
当发光元件15不发光时，利用擦除扫描线23导通擦除晶体管24，同时累积在电容器22上的电荷放电。从而使驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就会流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的截止电流流过调整元件16，该调整元件16满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过调整元件16。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图5B中所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
当如上所述输入数字视频信号时，如果什么都不做，就不能够实现多灰度级显示。通过采用一种用于控制发光元件的发光时间的定时灰度级方法，能够实现多灰度级显示。
图7A-7C示出了具有和图5B所示的等效电路相同功能的等效电路的例子。在图7A-7C中，采用P沟道薄膜晶体管20作为调整元件16，并且P沟道薄膜晶体管20的一个电极连接到发光元件15的反电极上。
在图7A中，P沟道薄膜晶体管20与发光元件15相连接，该薄膜晶体管20的栅极连接到电源线12上。其它的结构与图5B所示的结构相同，因此省略对其的描述。当在这样的象素电路中发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就会流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过P沟道薄膜晶体管20。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图7A所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
图7B所示的等效电路图与图7A所示的不同在于，其中驱动晶体管14的栅极连接到由与扫描线11相同材料形成的控制扫描线30上。因此能够减少电源线的数量。其它的结构与图7A中所示的相同，因此，可以参照图5B中所示的电路图。当在这样的象素电路中发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流就会流过发光元件15。为了防止截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的该截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，可以适当地应用图7B所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。
图7C所示的等效电路图与图7A所示的不同在于，其中电流控制晶体管25的栅极连接到驱动晶体管14的栅极上。因此能够减少控制扫描线和电源线的数量。其它的结构与图7A中所示的相同，因此可以参照图5B中所示的电路图。当在这样的象素电路中发光元件15不发光时，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流流过发光元件15。为了防止该截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的该截止电流流过P沟道薄膜晶体管20，该P沟道薄膜晶体管20满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过P沟道薄膜晶体管20。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
特别是当将反偏电压提供给发光元件15时，能够适当地应用图7C所示的象素。在这种情况下，当发光元件15不发光时，驱动晶体管14的截止电流不流过发光元件15，从而显示装置能够实现高质量的黑色显示。要注意的是，如果需要，驱动晶体管可以具有双栅极结构或者LDD结构。
尽管在图5A-7C中采用P沟道薄膜晶体管作为调整元件，但无需指出，也可采用其它如图2A-2D中所示的元件来作为调整元件。
[实施方式5]
本实施方式中描述的是具有本发明的象素的显示装置的一种模式。
如图10所示，一种包括上述实施方式中描述的象素的显示装置具有其中以矩阵形式排列有多个上述象素的象素区201、第一栅极驱动器41、第二栅极驱动器42、和源极驱动器43。第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42被布置成彼此相对且其间插入象素区201，或者设置在象素区201的四条边(左侧、右侧、顶部和底部)中的一条边上。
源极驱动器43具有脉冲输出电路44、锁存器45、和选择电路46。锁存器45包括第一锁存器47和第二锁存器48。选择电路46包括晶体管49(下文中称为TFT49)和模拟开关50。为对应于信号线(S1-Sm)的每一列提供TFT49和模拟开关50。反相器51产生WE(写擦除)信号的反信号，并且当从外部提供WE信号的反信号时不必提供反相器51。TFT49的栅极连接到选择信号线52，并且其源极和漏极中的一个连接到信号线(S1-Sm)，同时另一个连接到电源53。在第二锁存器48和信号线(S1-Sm)之间提供模拟开关50。即，模拟开关50的输入节点连接到第二锁存器48，其输出节点连接到信号线Sm。模拟开关50的两个控制节点中的一个连接到选择信号线52，同时另一个通过反相器51连接到选择信号线52。电源53的电位是使象素中的驱动晶体管14截止的电位，当驱动晶体管14是N沟道晶体管时其为L(低)电平，当驱动晶体管14是P沟道晶体管时其为H(高)电平。
第一栅极驱动器41具有脉冲输出电路54和选择电路55。第二栅极驱动器42具有脉冲输出电路56和选择电路57。虽然第二栅极驱动器42中包含的选择电路57通过反相器58连接到选择信号线52，但是选择电路55和57连接到选择信号线52。即，从选择信号线52输入到选择电路55和57中的WE信号被彼此反相。
选择电路55和57中的每一个都具有三态缓冲器。三态缓冲器的输入节点连接到脉冲输出电路54或者脉冲输出电路56，三态缓冲器的控制节点连接到选择信号线52。三态缓冲器的每一个输出节点都连接到对应的扫描线(G1-Gn)上。当从选择信号线52传送H电平信号时，三态缓冲器进入操作状态，当从选择信号线52传送L电平信号时，三态缓冲器进入浮动状态。
包含在源极驱动器43中的脉冲输出电路44、包含在第一栅极驱动器41中的脉冲输出电路54和包含在第二栅极驱动器42中的脉冲输出电路56每一个都具有解码器电路或者由多个触发电路组成的移位寄存器。当采用解码器电路作为脉冲输出电路44、54和56时，可以随机选择信号线(S1-Sm)或者扫描线(G1-Gn)。随机选择信号线(S1-Sm)或者扫描线(G1-Gn)可以防止当采用定时灰度级方法时产生虚假轮廓。
源极驱动器43的结构并不局限于上述结构，还可以附加地提供电平移动器和缓冲器。第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42的结构也不局限于上述结构，还可以附加地提供电平移动器和缓冲器。而且，源极驱动器43、第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42可以具有保护电路。该保护电路可以降低静电放电损害等。
本发明的显示装置还可以具有电源控制电路。该电源控制电路具有控制器和用于将电源提供给发光元件15的电源电路。该电源电路通过驱动晶体管14和电源线(V1-Vm)连接到发光元件15的象素电极。该电源电路还通过电源线连接到发光元件15的反电极上。
当通过这种电流源控制电路将正向偏压(正向电压)施加到发光元件15上，从而使得发光元件15被提供电流并且发光时，设置电源线V1和发光元件15的反电极之间的电位差，使得电源线V1的电位高于发光元件15的反电极的电位。同时，当将反偏电压施加到发光元件15上时，设置电源线V1和发光元件15的反电极之间的电位差，使得电源线V1的电位低于发光元件15的反电极的电位。通过从控制器将预定信号施加到电源电路上能够实现对电源的上述设置。
当将反偏电压施加到发光元件15上时，能够抑制其随时间的退化并且可以增加可靠性。此外，可以防止发光元件15的初始缺陷，其中由于外来杂质的沉积、由阳极或者阴极的细微不均匀引起的针孔和场致发光层的不均匀使得阳极和阴极短路。
显示装置还可以具有监测电路和控制电路。监测电路根据周围的温度(下文中称为环境温度)工作。控制电路具有恒定电流源和缓冲器。监测电路具有监测发光元件。
这种控制电路可以将一个信号提供给电流源控制电路，用于根据监测电路的输出来改变电源电位。然后，电源控制电路根据控制电路提供的信号改变提供给象素区201的电源电位。其结果是能够抑制由于环境温度的变化引起的电流变化，从而改善可靠性。
[实施方式6]
本实施方式中说明的是用于驱动象素的信号。根据个实施方式中所示的驱动方法，与图17中所示的时间图类似，一个栅极选择周期具有视频信号的写周期和擦除信号的写周期。可以将这种驱动方法应用到上述实施放式所示的任何一种象素结构中。此外，在包含擦除晶体管的象素结构中，可以省略擦除晶体管以实现高孔径比。注意可以参照图10来配置显示装置。
参照图11A和图11B来描述显示装置的操作。首先，参照图11A来描述源极驱动器的工作。将时钟信号(下文中称作SCK)、时钟反信号(下文中称为SCKB)、和启动脉冲(下文中称为SSP)输入到脉冲输出电路44。在这些信号的时间内将采样脉冲输出到第一锁存器47中。当向第一锁存器47输入采样脉冲时，输入数据的第一锁存器47保持第一列到最后一列的视频信号。当将锁存脉冲输入到第二锁存器48中时，保持在第一锁存器47中的视频信号被同时传送到第二锁存器48中。
当假设在周期T1期间从选择信号线52传送L电平WE信号而在周期T2期间传送H电平WE信号时，选择电路46在下述方式的每一个周期内工作。周期T1和T2的每一个都与水平扫描周期的一半对应，周期T1称为第一子栅极选择周期，周期T2称为第二子栅极选择周期。
在周期T1期间(第一子栅极选择周期)，从选择信号线52传送L电平WE信号，TFT49导通，模拟开关50进入非导通状态。然后，多根信号线(S1-Sm)通过每一列中提供的TFT49电连接到电源53上。即，信号线(S1-Sm)的电位变得与电源53的电位相等。此时，包含在象素200中的开关元件13导通，电源53的电位通过开关元件13传送到驱动晶体管14的栅极上。因此，驱动晶体管14截止并且发光元件15的两个电极具有相同的电位。即，没有电流流过发光元件15的两个电极，因此不发光。以这种方式，无论视频信号处于何种状态，电源53的电位都被传送到驱动晶体管14的栅极上，从而开关元件13截止，并且发光元件15的两个电极具有相同的电位。上述操作称为擦除操作。
在周期T2期间(第二子栅极选择周期)，从选择信号线52传送H电平WE信号，TFT49截止，模拟开关50进入导通状态。然后，保存在第二锁存器48中的视频信号同时传送到一行中的多根信号线(S1-Sm)上。此时，包含在象素中的开关元件13导通，视频信号通过开关元件13传送到驱动晶体管14的栅极上。因此，驱动晶体管14根据输入的视频信号而导通或者截止，从而发光元件15的两个电极具有不同电位或者相同电位。更具体地说，当驱动晶体管14导通时，发光元件15的两个电极具有不同电位并且有电流流过其间，然后，发光元件15发光。注意，相同的电流流过发光元件15和驱动晶体管14的源极与漏极之间。另一方面，当驱动晶体管14截止时，发光元件15的两个电极具有相同电位并且没有电流流过其间，即发光元件15不发光。以这种方式，驱动晶体管14根据视频信号而导通或者截止，并且发光元件15的两个电极具有不同电位或者相同电位。上述操作称为写操作。
下面参照图11B来描述第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42的工作。将第一栅极驱动器的时钟信号(G1CK)、第一栅极驱动器的时钟反信号(G1CKB)、和第一栅极驱动器的启动脉冲信号(G1SP)输入到脉冲输出电路54，并在这些信号的时间内将这些脉冲顺序输出到选择电路55。将第二栅极驱动器的时钟信号(G2CK)、第二栅极驱动器的时钟反信号(G2CKB)、和第二栅极驱动器的启动脉冲信号(G2SP)输入到脉冲输出电路56，并在这些信号的时间内将这些脉冲顺序输出到选择电路57。图11B示出了提供给第i，j，k和p行(i，j，k，和p是自然数，1＝i，j，k，p＝n)的选择电路55和57的脉冲的电位。
与对源极驱动器43的操作说明相似，当假设在周期T1期间从选择信号线52传送L电平WE信号而在周期T2期间传送H电平WE信号时，第一栅极驱动器41中的选择电路55和第二栅极驱动器42中的选择电路57在各个周期中以下面的方式工作。注意在图11B的时间图中，接收来自第一栅极驱动器41的信号的扫描线(G1-Gn)的电位用Gn41表示，接收来自第二栅极驱动器42的信号的扫描线(G1-Gn)的电位用Gn42表示。无需指出的是，Gn41和Gn42表示相同的布线。
在周期T1期间(第一子栅极选择周期)，从选择信号线52传送L电平WE信号。因此，L电平WE信号输入到第一栅极驱动器41的选择电路55中，因此选择电路55进入浮动状态。另一方面，反相WE信号即H电平WE信号输入到第二栅极驱动器42的选择电路57中，因此选择电路57进入工作状态。即，选择电路57将H电平信号(行选择信号)传送给第i行的扫描线Gi，使得扫描线Gi具有与H电平信号相同的电位。换言之，第二栅极驱动器42选择第i行的扫描线Gi。其结果是包含在象素中的开关元件13导通。然后，包含在源极驱动器43中的电源53的电位传送给驱动晶体管14的栅极，因此驱动晶体管14截止并且发光元件15的两个电极具有相同的电位。即，在这个周期中实现发光元件15不发光的擦除操作。
在周期T2期间(第二子栅极选择周期)，从选择信号线52传送H电平WE信号。因此，H电平WE信号输入到第一栅极驱动器41的选择电路55中，因此选择电路55进入工作状态。即，选择电路57将H电平信号传送给第i行的扫描线Gi，使得扫描线Gi具有与H电平信号相同的电位。从而第一栅极驱动器41选择第i行的扫描线Gi。其结果是包含在象素中的开关元件13导通。然后，从源极驱动器43的第二锁存器48中将视频信号传送给驱动晶体管14的栅极，因此驱动晶体管14导通或者截止，并且发光元件15的两个电极具有不同的电位或者相同的电位。即，在这个周期中实现发光元件15发光或者不发光的写操作。同时，L电平信号输入到第二栅极驱动器42中的选择电路57，同时选择电路57进入浮动状态。
如上所述，在周期T1(第一子栅极选择周期)期间，第二栅极驱动器42选择扫描线Gn，在周期T2(第二子栅极选择周期)期间，第一栅极驱动器41选择扫描线Gn。即，第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42以互补的方式控制扫描线。在第一和第二子栅极选择周期中的一个期间执行擦除操作，在其它的周期执行写操作。
在一个周期中，当第一栅极驱动器41选择第i行的扫描线Gi时，第二栅极驱动器42不工作(选择电路57处于浮动状态)，或者将行选择信号传送给除第i行之外的其它行的扫描线。同样地，在一个周期中，当第二栅极驱动器42将行选择信号传送给第i行的扫描线Gi时，第一栅极驱动器41处于浮动状态，或者将行选择信号传送给除第i行之外的其它行的扫描线。
根据执行上述操作的本发明，可以强制性地使发光元件15截止，即使当灰度级增加时也能产生增加的占空比。此外，在不提供用于使电容器的电荷放电的TFT的情况下，也能强制性地使发光元件15截止，这使得具有高的孔径比。当实现了高的孔径比时，能够通过增加发光区域来降低发光元件的亮度。即，能够降低驱动电压并从而减少功率消耗。
本发明并不局限于将栅极选择周期分为两个周期的这个实施方式。栅极选择周期可以分为三个或者更多的周期。这个实施方式可以和上述实施方式自由地组合。
需要注意的是在栅极选择周期的第一半部分(第一子栅极选择周期)期间将擦除信号输入到象素中，同时在栅极选择周期的第二半部分(第二子栅极选择周期)期间将视频信号输入到该象素中，但是本发明并不局限于此。可选择地，可以在栅极选择周期的第一半部分(第一子栅极选择周期)期间将视频信号输入到象素中，同时在栅极选择周期的第二半部分(第二子栅极选择周期)期间将擦除信号输入到该象素中。
此外，可选择地，在栅极选择周期的第一半部分(第一子栅极选择周期)期间和栅极选择周期的第二半部分(第二子栅极选择周期)期间都可以将视频信号输入到象素中。在这种情况下，可以在每一个周期期间输入与不同的子帧周期对应的信号。其结果是可以提供子帧周期，使得在不没有擦除周期的情况下按顺序排列发光周期。因为在这种情况下不需要擦除周期，所以能够增加占空比。
[实施方式7]
本实施方式中描述的是不同于上述实施方式所示的象素结构的一种象素结构。
图8所示的象素具有发光元件15、开关晶体管103、保持晶体管104、驱动晶体管14、转换晶体管102、调整元件16和电容器112。开关晶体管103的栅极连接到第一扫描线107，其源极和漏极中的一个连接到信号线10，另一个连接到转换晶体管102的栅极上。转换晶体管102的源极和漏极中的一个连接到电源线110上，另一个连接到转换晶体管102的栅极上。保持晶体管104的栅极连接到第二扫描线108，其源极和漏极中的一个连接到转换晶体管102的栅极上，另一个连接到驱动晶体管14的栅极上。驱动晶体管14的源极和漏极中的一个连接到电源线110上，另一个连接到发光元件15的象素电极上。发光元件15的反电极连接到第二电源114上。电容器112连接在驱动晶体管14的栅极和电源线110之间，调整元件16连接到发光元件15的象素电极上。信号线10连接到根据亮度数据而被控制的电流源106上，电源线110连接到第一电源111上。
不对开关晶体管103和保持晶体管104的导电性进行限制，并且也可以采用N沟道或者P沟道晶体管。也不对驱动晶体管14和转换晶体管102的导电性进行限制，但是它们需要具有相同的导电性。如果电流从象素电极流到发光元件15的反电极中以发光，希望采用P沟道晶体管作为驱动晶体管14和转换晶体管102，如图8所示。同时，如果电流从反电极流到发光元件15的象素电极中以发光，希望采用N沟道晶体管作为驱动晶体管14和转换晶体管102。
调整元件16在发光元件15发光时截止并且在发光元件15不发光时具有流过驱动晶体管14的截止电流的功能。调整元件16可以是图2A-2D所示的P沟道薄膜晶体管20和其它元件中的任何一种。
设置调整元件16使得在不发光周期内当驱动晶体管14具有截止电流时，该截止电流流过调整元件16。具体地说，提供该调整元件16使其满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过该调整元件16。通过使截止电流流过调整元件16而不将驱动晶体管14的截止电流提供给发光元件15，因此能够实现高质量的黑色显示。
描述图8中所示象素结构的操作。如图9A-9C所示，能够将象素的操作分为编程周期、发光周期和不发光周期。
在图9A所示的编程周期期间，将H电平信号输入到第一扫描线107和第二扫描线108中，使开关晶体管103和保持晶体管104导通，从而电流源106连接到转换晶体管102，并且与亮度数据对应的信号电流Idata在转换晶体管102的源极和漏极之间流动。此时，因为转换晶体管102的栅极和漏极互相连接，所以转换晶体管102在饱和区工作。因此，使信号电流Idata在转换晶体管102的源极和漏极之间流动所需的栅-源电压保存在电容器112中。然后将L电平信号输入到第一扫描线107和第二扫描线108中，使开关元件103和保持晶体管104截止，从而结束编程周期，开始发光周期。优选在这种情况下将L电平信号在输出到第一扫描线107之前先输出到第二扫描线108中，并在开关晶体管103截止之前使保持晶体管104截止。
在图9B所示的发光周期期间，根据在编程周期期间电容器112中保持的电位差，从驱动晶体管14将电流Idriv提供给发光元件15。此时，必须控制第二电源114使得驱动晶体管14在饱和区工作。如果驱动晶体管14和转换晶体管102具有相同的迁移率和阈值，则由信号电流Idata和驱动晶体管14与转换晶体管102的每一个的沟道宽度与沟道长度之间的比值来确定提供给发光元件15的电流Idriv。在这种情况下，提供给发光元件15的电流Idriv由下式(1)表示，其中L1和W1分别表示驱动晶体管14的沟道长度和沟道宽度，L2和W2分别表示转换晶体管102的沟道长度和沟道宽度：
Idriv＝(W1/L1)/(W2/L2)×Idata    …(1)
以这种方式，即使当象素之间的晶体管的特性发生变化，如果相邻晶体管(驱动晶体管14与转换晶体管102)的特性如迁移率和阈值没有发生变化，那么提供给各个象素中的发光元件的电流还是唯一地取决于电流源106提供的信号电流Idata，这使得具有高质量的显示而不发生亮度变化。
在图9C所示的不发光周期期间，驱动晶体管14截止。如果驱动晶体管14此时具有截止电流，该截止电流流过发光元件15。为了防止该截止电流提供给发光元件15，驱动晶体管14的该截止电流流过调整元件16，该调整元件16满足R(off)＞Rp＞＞R(on)，并且更优选R(off)＞＞Rp＞＞R(on)。当满足R(off)＞＞Rp＞＞R(on)时，驱动晶体管14的大部分截止电流能够流过调整元件16。其结果是能够实现高质量的黑色显示。
注意在图8所示的象素电路中，可以将反偏电压施加到发光元件15上。一般来说，当施加反偏电压到发光元件15时没有电流流过发光元件15。然而，如果发光元件15具有短路部分，则电流集中在该短路部分上使其烧毁，那么就会因此减缓发光元件15的退化并且改善可靠性。施加这种反偏电压能够使渐进的短路部分和初始短路部分烧毁，从而减缓发光元件15的退化并增加可靠性。
根据本实施方式中所示的象素结构，调整元件防止驱动晶体管的截止电流在不发光周期流过发光元件，从而能够实现高质量的黑色显示。此外，本实施方式中所示的象素结构能够提供高可靠性的显示装置，其无论晶体管如何变化都能够维持高图像质量。注意，如果需要，驱动晶体管可以具有双栅极结构或者LDD结构。
[实施方式8]
本实施方式中所描述的是上述实施方式中所示的象素的横截面结构。
图12A和12B都是示出开关元件13、驱动晶体管14和发光元件15的横截面图。在形成于绝缘基板60上的基底绝缘薄膜61上，提供薄膜晶体管作为开关晶体管13和驱动晶体管14。在本实施方式中，采用P沟道晶体管作为薄膜晶体管13，采用N沟道晶体管作为薄膜晶体管14。
绝缘基板60可以为玻璃基板，如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃、石英玻璃等。作为具有绝缘表面的另一种基板，有一种由合成树脂，如以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘酯(PEN)和聚醚砜(PES)为代表的塑料和丙烯酸类制造的柔性基板。
薄膜晶体管13和14都具有将成为有源层的半导体薄膜，以及位于该半导体薄膜上的栅极绝缘薄膜62和栅极。
半导体薄膜可以是非晶半导体、既具有非晶状态又具有结晶状态的SAS、在非晶半导体中可以观察到0.5-20nm大小的晶粒的微晶半导体、和结晶半导体中的任何一种。
在本实施方式中，采用通过加热处理使一种非晶半导体薄膜结晶而获得的结晶半导体薄膜。可以通过熔炉、激光照射、用来电灯的光线而非激光进行照射(下文中称为灯退火)或者其组合来执行热处理。
如果采用激光照射，可以使用等幅波激光束(CW激光束)或者脉冲的激光束(脉冲激光束)。作为激光束，可以采用Ar激光器、Kr激光器、受激准分子激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAIO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、变石激光器、Ti：兰宝石激光器、铜汽化激光器、和金蒸气激光器中的一种或多种。当采用这种激光束的基波或者基波的二次到四次谐波时，可以获得大粒度尺寸的晶体。例如，可以采用Nd:YVO4激光器(基波：1064nm)的二次谐波(532nm)或者三次谐波(355nm)。此时，需要大约0.01-100MW/cm2(优选0.1-10MW/cm2)的能量密度。以大约10-2000cm/sec的扫描速度来照射激光。
可以照射基波的等幅波激光束和谐波的等幅波激光束，或者也可以照射基波的等幅波激光束和谐波的脉冲激光束。多个激光束能够补偿能量。
当采用脉冲激光束时，可以照射具有这样照射频率的脉冲激光束，从而使得在凝固之前用下一个脉冲激光照射被激光熔化的半导体薄膜。根据具有这样的频率的激光束，能够获得在扫描方向上按顺序生长的结晶颗粒。更具体地说，可以采用具有10MHz或更大的振荡频率的激光束，这是比几十到几百HZ的常用激光束的频率大得多的频率。
可以在惰性气体的气氛，如惰性气体和氮气中进行激光照射。根据这一点，能够抑制由于激光照射引起的半导体表面的粗糙度，从而提高均匀性，这防止了由界面态密度的变化引起的阈值的变化。
可选择地，可以利用SiH4和F2或者SiH4和H2形成微晶半导体薄膜，然后通过上述激光照射使其结晶。
当采用熔炼来作为另一种热处理时，以500-550℃的温度下加热非晶半导体薄膜2-20小时。此时优选在500-550℃范围内多级别设置温度，以便逐渐增加。在第一低温加热步骤，非晶半导体的氢等被排出，从而能够实现所谓的氢排出以抑制结晶中薄膜的粗糙度。而且，当一种加速结晶的金属元素例如镍(Ni)形成在非晶半导体薄膜上时，可以降低加热温度。甚至在采用上述金属元素的结晶中，可以以600-950℃的温度对薄膜进行加热。
然而如果形成金属元素，那么它可能对半导体元件的电特性产生不好的影响，因此需要通过吸气法减少或者除去金属元素。作为吸气步骤，例如，可以将非晶半导体薄膜作为吸气接收器(gettering sink)来俘获金属元素。
可选择地，可以在基底绝缘薄膜上直接形成结晶半导体薄膜。在这种情况下，可以采用如GeF4和F2的氟气与如SiH4和Si2H6的硅烷气体，利用加热或等离子体直接形成结晶半导体薄膜。
当在这种生产半导体薄膜的方法中需要进行高温处理时，优选采用一种高耐热性的石英基板。
栅极绝缘薄膜和栅极按顺序形成在所形成的半导体薄膜上。栅极绝缘薄膜可以由包含硅的氧化膜或者包含硅的氮化膜形成。
接下来，利用栅极作为掩模以自校准的方式掺杂杂质元素，从而形成掺杂有杂质元素的源极区域和漏极区域，以及位于栅极下的沟道形成区域。此时，栅极的端部形成为锥形，从而形成一个低浓度杂质区域(LDD区域)。具有低浓度杂质区域的结构称为LDD(轻掺杂漏极)结构。根据LDD结构，能够提高抗热载流子减少的性能，减少截止漏电流。如果低浓度杂质区域的部分与栅极重叠，那么这种结构就称为栅极重叠LDD结构(GOLD结构)。GOLD结构具有高电流驱动能力，和大幅度提高的抗热载流子减少的性能。例如当栅极具有层叠结构并且第一栅极和第二栅极具有不同的锥形结构时，可以获得LDD结构或者GOLD结构。这种栅极优选以氮化钽(TaN)和钨(W)、氮化钽(TaN)和钛(Ti)、氮化钽(TaN)和铝(Al)或者氮化钽(TaN)和铜(Cu)这样的顺序层叠形成，分别作为第一和第二栅极。可选择地，可以利用以掺杂有杂质元素如磷(P)或者一种AgPdCu合金的多晶硅薄膜为代表的半导体薄膜来形成第一和第二栅极。而且，为了防止可能随着沟道形成区域的最小化而产生的短沟道效应，优选采用一种所谓的侧壁结构，其中绝缘体形成在栅极的侧壁上，低浓度杂质区域形成在绝缘体的下面。
然后，在栅极绝缘薄膜上形成一个开口，形成连接到源极区域和漏极区域的布线(分别称为源极布线和漏极布线)，由此形成薄膜晶体管。
然而，在这个实施方式中，进一步形成钝化薄膜63以覆盖栅极和半导体薄膜。钝化薄膜63可以防止栅极的表面氧化。此外，包含在钝化薄膜63中的氢允许消除半导体薄膜的缺陷(不饱和键)。钝化薄膜63可以由包含硅的氧化膜或者包含硅的氮化膜形成，更具体的说，是氧化硅(SiOX)、氮化硅(SiNX)、氮氧化硅(SiOXNY)(x＞y)、氧氮化硅(SiNXOY)(x＞y)(x，y＝1，2，…)及类似物质。而且，在本实施方式中，提供一个层间绝缘薄膜以改善均匀性。层间绝缘薄膜可以由有机材料或者无机材料构成。作为有机材料，可以使用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、树脂材料、苯并环丁烯、硅氧烷和聚硅氨烷。硅氧烷由硅(Si)和氧(O)键形成的骨架组成，其中包括至少包含氢(如烷基或者芳烃)的有机基团作为取代基。可选择地，可以采用氟代基团作为取代基。进一步可选择地，可以采用至少包含氢的氟代基团和有机基团作为取代基。由一种包含具有硅(Si)和氮(N)键的聚合物材料的液体物质形成聚硅氨烷作为原材料。无机物质包括一种包含氧或者氮，如氧化硅(SiOX)、氮化硅(SiNX)、氮氧化硅(SiOXNY)(x＞y)、氧氮化硅(SiNXOY)(x＞y)(x，y＝1，2，…)的绝缘薄膜。可选择地，层间绝缘薄膜可以通过层叠这些绝缘薄膜形成。例如，如果将一种有机绝缘材料用于层间绝缘薄膜，可以增加均匀性但是容易吸收水分和氧气。为了防止这种情况发生，可以在有机材料上形成包含无机物质的绝缘薄膜。如果将包含氮的绝缘薄膜用作无机物质，能够阻止碱离子如Na和水分的进入。在本实施方式中，第一层间绝缘薄膜64由有色有机物质形成，第二层间绝缘薄膜65由发光有机物质形成。注意，可以通过将颗粒如碳黑分散到有机物质中来获得有色物质。有色有机物质防止由布线等引起的闪光，而且能够用作所谓的黑色矩阵。
随后，在第一和第二层间绝缘薄膜64和65、钝化膜63和栅极绝缘薄膜62中形成开口，以及形成源极/漏极布线66。源极/漏极布线66利用导电材料由单层或者叠层构成。例如，可以采用钛(Ti)、铝硅(Al-Si)，和钛(Ti)，Mo、Al-Si，和Mo，或者MoN、Al-Si和MoN的层叠结构。作为导电材料，可以采用一种包含碳和镍(1-20wt％)的铝合金(称为Al(C+Ni))薄膜。该Al(C+Ni)薄膜即使在激励或者热处理后也具有高耐热性，并且具有接近如下所示的象素电极(ITO或者ITSO)的电位的氧化-还原电位。因此，在该Al(C+Ni)薄膜中，不容易产生由电池效应引起的电侵蚀并且接触电阻值具有很小的变化。
然后，在连接到薄膜晶体管13和14的源极/漏极布线66上形成象素电极73。该象素电极73由透光或者不透光的材料形成。作为透光材料，可以采用ITO(氧化锡铟)、将2-20％的氧化锌(ZnO)混合到氧化铟中获得的IZO(氧化锌铟)、将2-20％的氧化硅(SiO2)混合到氧化铟中得到的ITO-SiOX(为方便起见称作ITSO)等。作为不透光材料，可以采用银(Ag)和从钽、钨、钛、钼、铝和铜中选择的一种元素，或者主要包含这些元素的合金物质或化合物。
形成绝缘薄膜67使其覆盖象素电极73的端部。当形成场致发光层时该绝缘薄膜67用作隔墙(堤)。与层成绝缘薄膜类似，绝缘薄膜67可以由无机材料或者有机材料形成。
接下来，在绝缘薄膜67中形成开口，在该开口中形成场致发光层74。因为此时形成场致发光层74使其与绝缘薄膜67接触，所以希望绝缘薄膜67具有连续改变的曲率半径的形状，使针孔等不形成在场致发光层74中。此外，希望在不暴露于大气中的情况下按顺序执行从热处理绝缘薄膜67到形成场致发光层74的这些步骤。
场致发光层74可以由有机材料(包括低分子量物质和高分子量物质)，或者有机材料和无机材料的复合材料形成。场致发光层74可以通过液滴排放、利用液体的涂覆、或者汽相沉积来形成。高分子量物质优选通过液滴排放或者利用液体的涂覆来形成，低分子量物质优选通过汽相沉积特别是真空沉积来形成。在本实施方式中，场致发光层74是利用低分子量物质通过真空沉积形成的。
场致发光层74的分子激发状态可以是激发单重态或者激发三重态。基态一般是激发单重态。场致发光层中的发光包括激发单重态产生的发光(荧光)和激发三重态产生的发光(磷光)。可以结合荧光和磷光，并且可以根据其发光特性(亮度、使用寿命等)为每一个RGB选择其中的任一个。例如，用于R的场致发光层由激发三重态中的一种物质构成，用于G和B的场致发光层由激发单重态中的一种物质构成。
具体地说，场致发光层74具有层叠结构，其中HIL(空穴注入层)、HTL(空穴传输层)、EML(发射层)、ETL(电子传输层)和EIL(电子注入层)以这种顺序层叠在象素电极73上。注意，场致发光层74可以具有单层结构、复合结构以及层叠结构。
更具体地说，将CuPc或PEDOT用作HIL，将α-NPD用作HTL，将BCP或者Alq3用作ETL，将BCP:Li或者CaF2用作EIL。EML可以由掺杂有对应于R、G、B(用于R的DCM或类似物，用于G的DMQD或类似物)的每一发射颜色的掺杂剂的Alq3形成。
场致发光层74的材料并不局限于上述物质。例如，可以同时沉积氧化物如氧化钼(MoOx:x＝2-3)和α-NPD或者红荧烯来取代CuPc和PEDOT，从而改善空穴注入特性。可选择地，可以将一种苯并恶唑衍生物(称作BzOS)用于电子注入层。
而且，可以利用滤色器形成用于RGB的场致发光层以实现高分辨率显示。滤色器使每一个RGB的发射光谱的宽峰尖锐。
尽管上面已经形成了RGB的场致发光层，但还可以利用发射单色光的场致发光层。在这种情况下，通过结合滤色器和颜色转换层可以实现全色显示。例如，当形成发射白色或者橙色光线的场致发光层时，通过提供滤色器或者与颜色转换层结合的滤色器可以实现全色显示。
无需指出的是，通过形成发射单色光的场致发光层可以实现单色显示。例如，利用单色光可以实现区域彩色显示，这适于显示字母或者符号。
接下来，形成发光元件15的第二电极75，使其覆盖场致发光层74和绝缘薄膜67。
需要考虑功函数来确定象素电极(为方便起见，称为第一电极)73和第二电极75的材料。根据象素结构，第一电极73和第二电极75可以是阳极或者阴极。下面描述阳极和阴极的电极材料。
阳极优选由都具有高功函数(4.0eV或更大的功函数)的金属、合金、导电化合物及其混合物形成。更具体地说，可以采用ITO、ZnO、IZO、ITSO、金、铂、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯、金属物质的氮化物(如氮化钛)及类似物质。
阴极优选由都具有低功函数(3.8eV或更小的功函数)的金属、合金、导电化合物及其混合物形成。更具体地说，可以采用属于元素周期表的1族或者2族中的元素，即碱金属如锂和铯；镁、钙、锶、包含它们的合金(Mg:Ag，Al:Li)或者化合物(LiF，CsF，CaF2)以及包含稀土金属的过渡金属元素。
可以根据第一电极73和第二电极75是否透射光来选择场致发光层74的光发射方向。例如，当第一电极73和第二电极75都由透光材料形成时，来自场致发光层74的光线能够在基板60和密封基板的方向上发射(二发射)。
当来自场致发光层74的光在基板60的方向上发射时，第一电极73可以由透光材料形成，而第二电极75可以由不透光材料形成。其结果是能够获得底部发射显示装置。当来自场致发光层74的光在密封基板的方向上发射时，第一电极73可以由不透光材料形成，而第二电极75可以由透光材料形成。其结果是能够获得顶部发射显示装置。在发光方向的相对侧提供的不透光的电极可以由具有高反射率的导电薄膜形成，从而能够有效地利用光线。
在本实施方式中，有色有机材料可以用于第一层间绝缘薄膜64，该第层间绝缘薄膜64能够作为黑色矩阵使用。而且，第一电极73由不透光材料形成，而第二电极75由透光材料如ITO形成，从而获得顶部发射显示装置。如果不将有色有机材料用于第一层间绝缘薄膜64，同时将透明材料如ITO用于第一电极73，那么可以获得底部发射显示装置。
如果在本实施方式中需要第一电极73或者第二电极75透射光，可以采用非常薄的金属薄膜或者包含该金属的合金。可选择地，可以将透明的导电薄膜如ITO、IZO和ITSO或者其它的透明导电薄膜(包括合金)层叠在该薄金属上。
可以以这种方式形成象素部分。
为了防止信号线和扫描线之间的串扰，优选增加层间绝缘薄膜的厚度。此时，可以将有机材料用于层间绝缘薄膜的一部分以获得能够防止串扰的厚度，而且，也可以采用层叠结构。如果将无机材料用于层间绝缘薄膜，优选使用低介电常数的材料(低k材料)。
当层叠层间绝缘薄膜并且从下面发射来自发光元件的光时，优选防止在不同材料之间的界面上的光折射。例如，在第一层间绝缘薄膜中形成开口和形成第二层间绝缘薄膜使其掩埋该开口。其结果是能够防止在第一层间绝缘薄膜和第二层间绝缘薄膜之间的界面上的光折射，从而提高光提取效率。
图12B示出了这种层叠层间绝缘薄膜的结构的例子。
图12B不同于图12A，其中层叠层间绝缘薄膜并且第一层间绝缘薄膜具有开口。其开口位于形成场致发光层74的区域中。利用具有多栅极结构的薄膜晶体管形成开关元件13，在该薄膜晶体管中多个栅极形成在半导体薄膜上。其它的结构与图12A中所示的结构相似，因此省略对其的描述。因此，即使将有色有机材料用于第一层间绝缘薄膜，也能够获得底部发射显示装置。而且，即使不使用有色有机材料，通过在第一层间绝缘薄膜中形成开口，也能够减少在层间绝缘薄膜等之间的界面上的光折射。
与图12A中所示的结构相似，当第一电极和第二电极都由透光材料形成时，能够获得双发射显示装置。无需指出的是，当第一电极由不透光材料形成而第二电极由透光材料形成时，能够获得顶部发射显示装置。
图13A不同于图12A，其中在形成象素电极73之后形成布线66。其它的结构与图12A中所示的结构相似，因此省略对其的描述。
图13B不同于图13A，其中在第一层间绝缘薄膜上形成有开口。第一层间绝缘薄膜上的开口形成在形成场致发光层74的区域中。利用具有多栅极结构的薄膜晶体管形成开关元件13，在该薄膜晶体管中多个栅极形成在半导体薄膜上。其它的结构与图13A中所示的结构相似，因此，可以参照图12A中所示的结构。因此，即使将有色有机材料用于第一层间绝缘薄膜，也能够获得底部发射显示装置。而且，即使不使用有色有机材料，通过在第一层间绝缘薄膜中形成开口，也能够减少在层间绝缘薄膜等之间的界面上的光折射。
与图12A中所示的结构相似，当第一电极和第二电极都由透光材料形成时，能够获得如图13B中所示的双发射显示装置。无需指出的是，当第一电极由不透光材料形成而第二电极由透光材料形成时，能够获得顶部发射显示装置。
图14A不同于图12A，其中钝化膜具有层叠结构、在形成层间绝缘薄膜之前形成布线66、在层间绝缘薄膜64上形成开口，以及形成象素电极73使之与布线66连接。作为钝化膜，可以以氧氮化硅(SiNO)薄膜和氮氧化硅(SiON)薄膜这样的顺序进行层叠。在图14A所示的象素中，可以层叠第一层间绝缘薄膜64和第二层年绝缘薄膜65。其它的结构与图12A中所示的结构相似，因此省略对其的描述。
图14B不同于图14A，其中在第一层间绝缘薄膜上形成开口。第一层间绝缘薄膜上的开口形成在形成场致发光层74的区域中。利用具有多栅极结构的薄膜晶体管形成开关元件13，在该薄膜晶体管中多个栅极形成在半导体薄膜上。其它的结构与图14A中所示的结构相似，因此，可以参照图12A中所示的结构。因此，即使将有色有机材料用于第一层间绝缘薄膜，也能够获得底部发射显示装置。而且，即使不使用有色有机材料，通过在第一层间绝缘薄膜中形成开口，也能够减少在层间绝缘薄膜等之间的界面上的光折射。
与图12A中所示的结构相似，当第一电极和第二电极都由透光材料形成时，能够获得如图14B中所示的双发射显示装置。无需指出的是，当第一电极由不透光材料形成而第二电极由透光材料形成时，能够获得顶部发射显示装置。
图15A不同于图12A，其中布线66包括两层。即，在第一层间绝缘薄膜64上形成开口以形成布线66a，然后形成第二层间绝缘薄膜65，并在其上形成开口以形成布线66b。例如，可以将Al(C+Ni)用于布线66a，将Ti、Al-Si和Ti的叠层用于布线66b。其它的结构与图14A中所示的结构相似，因此，可以参照图12A中所示的结构。
图15B不同于图15A，其中在第一层间绝缘薄膜上形成开口。第一层间绝缘薄膜上的开口形成在形成场致发光层74的区域中。利用具有多栅极结构的薄膜晶体管形成开关元件13，在该薄膜晶体管中多个栅极形成在半导体薄膜上。其它的结构与图15A中所示的结构相似，因此，可以参照图12A中所示的结构。因此，即使将有色有机材料用于第一层间绝缘薄膜，也能够获得底部发射显示装置。而且即使不使用有色有机材料，通过在第一层间绝缘薄膜中形成开口，也能够减少在层间绝缘薄膜等之间的界面上的光折射。此外，当第一电极和第二电极都由透光材料形成时，能够获得如图15B中所示的双发射显示装置。无需指出的是，当第一电极由不透光材料形成而第二电极由透光材料形成时，也能够获得顶部发射显示装置。
当在一个平表面上如层间绝缘薄膜上如此构成象素电极73时，可以均匀地施加电压，从而具有高质量的图像显示。
可以为如此形成的显示装置提供偏振器或者圆偏振器以增加对比度。在这种情况下，可以在发光元件的发射侧提供一个将发光元件的波长作为中心波长并使该波长范围偏振的薄膜(偏振膜)，从而提高对比度并且阻止由布线等引起的闪光。
可以在与上述象素部分相同的基片上形成驱动电路部分，如信号线驱动电路和扫描线驱动电路。在这种情况下，优选将多晶硅薄膜用于半导体薄膜。
图16是图10所示的象素部分、第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42的横截面图。尽管在图14A和14B中没有示出，但电容器22还是由栅极的材料、层间绝缘薄膜64等的绝缘材料和布线66构成。在第一和第二栅极驱动器41和42的一部分上提供密封元件408。可以在相对基板(counter substrate)406上附加该密封元件408。可以在通过附加该相对基板406而形成的空间中填充一种惰性气体如氮气、树脂材料或者干燥剂。根据这一点，可以防止由于湿气和氧气导致的发光元件15的退化。
当如图16所示在栅极41和42上提供该密封元件408时，能够实现显示装置的较窄结构。也可以将该密封元件408置于源极驱动器上。但是在这种情况下，必须注意许多布线等。
上述密封结构可以应用到图12A和12B、图13A和13B、图14A和14B以及图15A和15B所示的任何一种象素结构中。
本实施方式可以和其它实施方式任意组合。
[实施方式9]
具有包括发光元件的象素区域的显示装置能够应用到各种电子装置，如电视机组件(电视、电视接收机)、数码相机、数码摄像机、移动电话组件(移动电话)、如PDA的便携式信息终端、便携式游戏机、监控器、计算机、如车载音频系统的音频再现装置、以及如家用游戏机的具有记录媒体的图像再现装置中。参考图19A-19F对它们的具体例子进行描述。
图19A示出了利用本发明显示装置的手提式信息终端，其包括主体9201、显示部分9202等。根据本发明，能够实现低功耗。图19B示出了利用本发明显示装置的数码摄像机，其包括显示部分9701和9702等。根据本发明，能够实现低功耗。图19C示出了利用本发明显示装置的便携式终端，其包括主体9101、显示部分9102等。根据本发明，能够实现低功耗。图19D示出了利用本发明显示装置的便携式电视组件，其包括主体9301、显示部分9302等。根据本发明，能够实现低功耗。图19E示出了利用本发明显示装置的便携式计算机，其包括主体9401、显示部分9402等。根据本发明，能够实现低功耗。图19F示出了利用本发明显示装置的电视机组件，其包括主体9501、显示部分9502等。根据本发明，能够实现低功耗。如果上述电子装置使用电池，因为降低了功耗所以电池能够持续很长的时间，并且可以节约电池电量。
本发明以于2004年5月21日向日本专利局提交的日本专利申请2004-152543为基础，在此引入其全部内容作为参考。

Claims (15)

1.一种显示装置，包括：
发光元件；
用于驱动所述发光元件的晶体管；以及
用于阻止所述晶体管的截止电流流过所述发光元件的调整元件。
2.根据权利要求1的显示装置，其中所述调整元件包括电阻器。
3.根据权利要求1的显示装置，其中所述调整元件包括P沟道晶体管。
4.根据权利要求1的显示装置，其中所述调整元件包括N沟道晶体管。
5.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，其中所述调整元件的电阻低于处于不发光状态的发光元件的电阻，而高于处于发光状态的发光元件的电阻。
6.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，其中所述调整元件的电阻在所述用于驱动所述发光元件的晶体管处于截止状态时低于所述发光元件的电阻，而在所述用于驱动所述发光元件的晶体管处于导通状态时高于所述发光元件的电阻。
7.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，所述显示装置还包括连接到所述用于驱动所述发光元件的晶体管的开关元件，
其中通过扫描线选择所述开关元件；并且
当所述开关元件被选择时，将视频信号从信号线输入到所述开关元件。
8.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，所述显示装置还包括设置在所述发光元件和所述用于驱动所述发光元件的晶体管之间的电流控制晶体管。
9.根据权利要求8的显示装置，其中所述用于驱动所述发光元件的晶体管的栅极具有恒定电位。
10.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，所述显示装置还包括设置在所述用于驱动所述发光元件的晶体管的栅极和所述用于驱动所述发光元件的晶体管的源极之间的电容器。
11.根据权利要求10的显示装置，所述显示装置还包括用于使所述电容器的电荷放电的擦除晶体管。
12.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，所述显示装置还包括具有温度校正功能的第三元件，所述第三元件设置在具有所述发光元件的象素区域和驱动器之间，所述驱动器用于产生提供给所述用于驱动所述发光元件的晶体管的信号。
13.根据权利要求12的显示装置，其中利用密封元件将相对基板提供在所述驱动器之上。
14.根据权利要求1-4中任一项的显示装置，所述显示装置还包括设置在具有所述发光元件的象素区域和驱动器之间的保护电路，所述驱动器用于产生提供给所述用于驱动所述发光元件的晶体管的信号。
15.根据权利要求14的显示装置，其中利用密封元件将相对基板提供在所述驱动器之上。
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