CN104170001A - 发光装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够防止在开启电源之后出现残像的发光装置。在切断施加给发光元件的电源电压的供应之前或之后，初始化控制对发光元件供应电源电压的晶体管的栅电极的电位。特定地，在其中该晶体管为n沟道型的情况下，初始化该栅电极的电位使得栅电压等于或低于阈值电压。在其中该晶体管为p沟道型的情况下，初始化该栅电极的电位使得栅电压等于或高于阈值电压。

Description

发光装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及物质、方法、制造方法、工艺(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者物质组成(composition of matter)。特定地，例如，本发明涉及半导体装置、显示装置、发光装置、上述装置的驱动方法、或者上述装置的制造方法。特定地，例如，本发明涉及其中在每一个像素中设置有一个或更多个晶体管的发光装置以及其驱动方法。
背景技术
由于使用发光元件的发光装置具有高可见度，合适于减少厚度，且没有视角上的限制，所以该发光装置引人注目，其作为CRT(阴极射线管)或液晶显示装置的替代物。取决于制造商，使用发光元件的有源矩阵显示装置的具体提出的结构彼此不同。一般来说，像素至少包括发光元件、控制向像素输入图像信号的晶体管(开关晶体管)、以及控制供应给该发光元件的电流量的晶体管(驱动晶体管)。
近年来，被称为氧化物半导体的具有半导体特性的金属氧化物引人注目作为新颖的半导体，该半导体如多晶硅或微晶硅的情况一样具有高迁移率，并如非晶硅的情况一样具有均匀的元件特性。氧化物半导体能够沉积在诸如玻璃衬底之类的具有低应变点的衬底上，并且可用于第5代(其一侧超过1000mm)或更高代的大型衬底。另外，在其中像素的晶体管中使用上述氧化物半导体代替硅或锗之类的常规半导体的发光装置趋于实用化。
专利文献1描述了其中用来驱动有机EL元件的TFT的活性层包含氧化物半导体的有机EL显示装置。专利文献2描述了其中薄膜晶体管的活性层使用氧化物半导体形成的有机场致发光显示装置。
参考文献
专利文献
[专利文献1]日本专利申请公开No.2009-031750
[专利文献2]日本专利申请公开No.2011-100092
发明内容
包含通过减少用作电子施主的水分或氢之类的杂质且减少氧缺陷而进行高度提纯的氧化物半导体的晶体管具有极小的截止态电流的特性。通过将具有上述特性的晶体管用于发光装置的像素，可防止由完成图像信号输入后驱动晶体管中的栅电极的电位变动导致的发光元件的亮度发生变化。然而，在上述发光装置中，即使在切断发光装置的电源后，图像信号的电位可能被保持在驱动晶体管的栅电极中。因此，在该发光装置中，有时在开启电源后可显示刚关闭电源前所显示的图像作为残像。
鉴于上述技术背景，本发明的目的是提供一种可防止在开启电源后出现残像的发光装置。本发明的目的是提供一种可防止在开启电源后出现残像的发光装置的驱动方法。
注意，这些课题的记载并不妨碍其他课题的存在。在本发明的一个实施例中，不必须要达到上述所有目的。从说明书、附图、权利要求书等的记载可明显看到其他目的，且可以从说明书、附图、权利要求书等的记载推导出其他目的。
在根据本发明的一个实施例的发光装置中，在切断供应施加到发光元件的电源电压之前或之后，初始化用于控制向发光元件供应电源电压的晶体管的栅电极的电位。特定地，在其中该晶体管为n沟道型的情况下，将栅电极与源极端子之间的电位差(栅电压)减小或低于阈值电压，来初始化栅电极的电位。在其中该晶体管为p沟道型的情况下，将栅电压增加到等于或高于阈值电压，来初始化栅电极的电位。
通过初始化上述晶体管的栅电极的电位，包含图像数据的信号的电位不保持在栅电极中且该晶体管可完全截止(非导通)。因此，可以在将施加到发光元件的电源电压施加至像素后，防止电流通过该晶体管流至发光元件。由此，在其中使用诸如包含氧化物半导体的晶体管之类的具有极低的截止态电流的晶体管的发光装置中，可以防止在开启电源后、在向像素输入具有图像数据的信号之前出现残像。
特定地，根据本发明的一个实施例的发光装置包括：面板；控制器，该控制器选择第一信号和具有图像数据的第二信号中的一个并将所选择的信号发送到面板；以及电源电路，当第二信号被控制器选择并发送到面板时该电源电路响应于来自控制器的指令向面板供应电源电压，并且在第一信号被控制器选择并发送到面板后该电源电路响应于来自控制器的指令切断向面板供应电源电压。面板具有多个像素。多个像素的每一个包括第一晶体管、第二晶体管，第一信号或者第二信号通过第一晶体管施加至该第二晶体管的栅电极，并且在第一信号施加到栅电极时该第二晶体管截止；以及发光元件，该发光元件通过第二晶体管被供应电源电压。
特定地，根据本发明的一个实施例的发光装置包括：面板；控制器，该控制器选择第一信号和具有图像数据的第二信号中的一个并将所选择的信号发送到面板；以及电源电路，在控制器选择第一信号并发送到面板后、且在控制器选择第二信号并发送到面板前，该电源电路响应于来自控制器的指令向面板供应电源电压。面板具有多个像素。多个像素的每一个包括第一晶体管、第二晶体管，第一信号或者第二信号通过第一晶体管供应给该第二晶体管的栅电极，并且在第一信号施加到栅电极时该第二晶体管截止；以及发光元件，该发光元件通过第二晶体管被供应电源电压。
特定地，在根据本发明的一个实施例的发光装置的驱动方法中，在切断向像素供应电源电压前，向用于控制向像素中的发光元件供应电源电压的晶体管的栅电极施加信号来截止该晶体管。
特定地，在根据本发明的一个实施例的发光装置的驱动方法中，在向像素供应电源电压前，向用于控制对像素的发光元件供应电源电压的晶体管的栅电极施加信号来截止该晶体管。
根据本发明的一个实施例，可以获得一种防止在电源开启后出现残像的发光装置。根据本发明的一个实施例，可以获得一种防止在电源开启后出现残像的发光装置的驱动方法。
附图说明
图1A和1B示出发光装置的结构及像素的结构。
图2A至2D示出像素的操作。
图3A和3B示意性地示出像素部的操作。
图4示出发光装置的结构。
图5A和5B是像素的电路图。
图6示出像素部的结构。
图7是像素的截面图。
图8A至8C是像素的截面图。
图9是发光装置的透视图。
图10A至10E是电子设备的图。
图11A和11B是像素的电路图及时序图。
图12示出扫描线驱动电路的电路图。
图13A至13C示意性地示出扫描线驱动电路的构成组件。
图14是移位寄存器的电路图。
图15是移位寄存器的电路图。
图16是移位寄存器的电路图。
图17是移位寄存器的电路图。
图18是虚拟级的移位寄存器的电路图。
图19是虚拟级的移位寄存器的电路图。
图20是虚拟级的移位寄存器的电路图。
图21是虚拟级的移位寄存器的电路图。
图22A和22B是反相器的电路图。
图23是时序图。
图24是面板的边框外围的照片。
具体实施例
下面，将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，而所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其实施例及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为限定在以下所示的实施例的记载的内容中。
实施例1
在图1A的框图中示出根据本发明的一个实施例的发光装置的结构示例。虽然该框图以独立的框示出根据它们的功能被划分的元件，但是，实践中难以根据功能完全划分这些元件，在一些情况下，一个元件会具有多个功能。
图1A中的发光装置100至少包含面板103、控制器104、以及电源电路105，该面板103在像素部102中具有多个像素101。
每一个像素101包含发光元件以及用于控制该发光元件的操作的晶体管。面板103除了像素部102之外还包括用于控制像素部102的操作的各种驱动电路。
当包含图像数据的信号Sig1输入控制器104时，该控制器104具有根据面板103的规格处理信号Sig1、然后将经处理的信号Sig1供应给面板103的功能。另外，控制器104具有生成不包含图像数据的信号Sig2并将该信号供应给面板103的功能。控制器104决定对面板103施加信号Sig1还是信号Sig2。
电源电路105具有从输入至发光装置100的电源电压Vp中生成电源电压的功能；该电源电压供应给面板103、控制器104、以及发光装置100中的其他各种电路。另外，电源电路105具有将施加到发光元件的电源电压供应给像素部102内所包括的多个像素101的每一个的功能。特定地，在图1A中，固定电位Vcom(例如，接地电位)与电位Vel之间的电位差作为电源电压供应给多个像素101的每一个。控制器104具有决定电源电路105是否向多个像素101供应电源电压的功能。
注意，电源电路105可具有控制向面板103内所包括的各种驱动电路供应电源电压的功能。或者，电源电路105可具有将除了施加到发光元件的电源电压以外的电源电压供应给像素部102的功能。
接着，图1B示出像素101的具体配置示例。图1B中的像素101至少包含发光元件106、晶体管107、以及晶体管108。
发光元件106的示例包括由电流或电压控制亮度的元件。例如，OLED等可以用作发光元件106。OLED至少包含EL层、阳极、及阴极。用设置在阳极与阴极之间的单层或多层形成EL层，其中至少一个层为含有发光物质的发光层。当使用阴极的电位作为参考电位且阴极与阳极之间的电位差高于或等于发光元件106的阈值电压Vthe时，通过所供应的电流从该EL层中获得电致发光。存在从单重激发态回到基态时的发光(荧光)以及从三重激发态回到基态时的发光(磷光)作为电致发光。
晶体管107具有控制向发光元件106供应对应于电位Vcom与电位Vel之间的电位差的电源电压的功能。换言之，通过晶体管107向发光元件106供应电源电压。
晶体管108具有控制向晶体管107的栅电极输入由控制器104施加至面板103的信号Sig1或信号Sig2的功能。
特定地，在像素101中，晶体管107的源极端子和漏极端子中的连接至被施加电位Vel的引线110，另一个连接至与发光元件106的阳极和阴极中的一个。发光元件106的阳极和阴极中的另一个连接至被施加电位Vcom的引线109。另外，晶体管108的源极端子和漏极端子中的一个连接至被施加信号Sig1或信号Sig2的电位的引线111，另一个连接至晶体管107的栅电极。晶体管108的栅电极被施加用于导通/截止晶体管108的信号。
注意，在本说明书中，“连接”是指电连接，且对应于其中可供应或传输电流、电压、或电位的状态。因此，电连接状态并不仅仅意味着直接连接的状态，而且指可其中可通过诸如电阻器、二极管、晶体管、电感器、电容器之类的电路元件供应或传输电流、电压、或电位的间接连接的状态。因此，像素101根据需要也可进一步包括诸如晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器之类的其他电路元件。
此外，即使在电路图中不同的组件彼此连接时，实际上存在一个导电膜具有多个组件功能的情况，诸如其中引线的一部分用作电极的情况等。在本说明书中，“连接”还意味着其中一个导电膜具有多个组件功能的情况。
另外，晶体管的“源极端子”是指作为活性层的一部分的源区或连接至活性层的源电极。类似地，晶体管的“漏极端子”是指作为活性层的一部分的漏区或连接至活性层的漏电极。
注意，取决于根据晶体管的沟道类型或施加到源极端子和漏极端子的电位电平，术语晶体管的“源极端子”和“漏极端子”彼此互换。一般来说，对n沟道型晶体管中的源极端子和漏极端子而言，向其施加低电位的一个端子称为源极端子，而向其施加高电位的一个端子称为漏极端子。对p沟道型晶体管的源极端子和漏极端子而言，向其施加低电位的一个端子称为漏极端子，而向其施加高电位的一个端子称为源极端子。在本说明书中，虽然有时为了方便起见假设源极端子和漏极端子是固定的来说明晶体管的连接关系，但是源极端子和漏极端子的名称取决于上述电位关系彼此互换。
在本发明的一个实施例中，在用于在像素部102中显示图像的常规操作状态下，包含图像数据的信号Sig1施加至引线111。另外，在切断向像素101供应电源电压前(即，在常规操作状态到非操作状态的过渡前)，或者在切断向像素101供应电源电压后的非操作状态中，将不包含图像数据的信号Sig2施加至引线111。
参照图2A至2D描述图1B所示的像素101的操作示例。图2A至2D示意性地示出像素101的操作。图2A至2D各自示出其中用于保持晶体管107的栅电压的电容器112被包括在像素101中的示例。注意，在其中形成在晶体管107的栅电极与活性层之间的栅极电容或栅电极的寄生电容足够大的情况下，电容器112未必一定要设置在像素101中。另外，在图2A至2D中，以开关表示晶体管108。
图2A示意性地示出其中向像素101输入包含图像数据的信号Sig1的情况下像素101的操作。在图2A中，信号Sig1的电位从引线111通过导通的晶体管108施加到晶体管107的栅电极。电荷根据上述电位累积在电容器112中。在其中引线109与引线110之间施加电源电压的情况下，根据信号Sig1的电位确定晶体管107的漏电流的值，并且根据漏电流的值确定发光元件106的亮度。
图2B示意性地示出当信号Sig1保持在像素101中时像素101的操作。在图2B中，晶体管108被截止，藉此引线111与晶体管107的栅电极电隔离。因此，所累积的电荷保持在电容器112中，并且晶体管107的栅电极的电位也被保持。在引线109与引线110之间施加有电源电压的情况下，即使在晶体管108截止后，根据信号Sig1的电位而确定的晶体管107的漏电流的值以及发光元件106的亮度还被保持。
在其中晶体管108的截止态电流极小的情况下，可以防止保持在电容器112中的电荷通过晶体管108泄漏。在该情况下，在晶体管108截止以完成向像素101输入信号Sig1后，晶体管107的栅电极的电位几乎不改变；因此，可以防止发光元件106的亮度变化。
注意，在其中晶体管108的截止态电流极小的情况下，在切断向图1A所示的发光装置100供应电源电压Vp后，累积在电容器112中的电荷可被保持。图2C示意性地示出在其中切断电源电压Vp的供应后电荷累积在电容器112中的情况下像素101的操作。在图2C中，晶体管107导通；因此，当再次向发光装置100供应电源电压Vp且向像素101中的引线109与引线110之间施加电源电压时，电流施加至发光元件106。作为结果，在再次供应电源电压Vp后，在像素部102中显示出刚切断电源电压Vp供应前由信号Sig1显示在像素部102中的图像作为残像。
由此，在本发明的一个实施例中，在切断向像素101供应施加到发光元件106的电源电压(特定地，施加在引线109与引线110之间的电源电压)之前或之后，通过向像素101输入不包含图像数据的信号Sig2来初始化晶体管107的栅电极的电位。
图2D示意性地示出其中在向像素101输入不包含图像数据的信号Sig2的情况下的像素101的操作。在图2D中，信号Sig2的电位从引线111通过导通的晶体管108施加到晶体管107的栅电极。在其中晶体管107为n沟道型的情况下，信号Sig2具有一电平使得晶体管107的栅电压等于或低于阈值电压。在其中晶体管107为p沟道型的情况下，信号Sig2具有一电平使得晶体管107的栅电压等于或高于阈值电压。
因此，在其中电荷根据信号Sig1的电位累积在电容器112中的情况下，通过将信号Sig2的电位输入到像素101，来释放该电荷。因此，晶体管107截止，并且无论引线109与引线110之间是否施加有电源电压，发光元件106都不发光。
虽然图1B示出其中晶体管107及晶体管108都具有单栅结构的示例，但是每一个晶体管可具有其中包括电连接至彼此的多个栅电极的多栅结构以使得包括多个沟道形成区。
接着，参照图3A和3B描述在图1A所示的发光装置100中切断向像素部102供应电源电压和再次向像素部102供应电源电压的时序的示例。图3A和3B示意性地示出像素部102的操作。水平方向表示时间，且垂直方向表示在像素部102中逐行选择的像素101之一的位置。
在图3A中设置有周期T2。在周期T2中，在设置向像素部102供应电源电压前，向像素部102所包括的多个像素101逐行输入信号Sig2，且可在多个像素101中初始化晶体管107的栅电极的电位。
在周期T2后，设置项像素部102供应电源电压。在本发明的一个实施例中，由于在周期T2中初始化晶体管107的栅电极的电压，即使在再次设置向像素部102供应电源电压后，在像素部102中也不会出现残像。
在图3A中设置有周期T1。在周期T1中，向像素部102所包括的多个像素101逐行输入信号Sig1并保持该信号Sig1。在周期T1中，根据包含图像数据的信号Sig1的电位确定晶体管107的栅电压，且因此还根据信号Sig1的电位确定提供至发光元件106的电流值。作为结果，在周期T1中在像素部102中显示图像。
在图3B中，依次设置有周期T1及周期T2。在周期T1中，向像素部102所包括的多个像素101逐行输入信号Sig1并保持该信号Sig1。在周期T2中，在切断向像素部102供应电源电压前，向像素部102所包括的多个像素101逐行输入信号Sig2，并且可在多个像素101中初始化晶体管107的栅电极的电位。
在本发明的一个实施例中，由于在周期T2中初始化晶体管107的栅电极的电位，即使在再次向像素部102供应电源电压后，在像素部102中也不会出现残像。
实施例2
在本实施例中，详细描述图1A中所示的发光装置100的结构示例。
图4是示出根据本发明的一个实施例的发光装置的结构示例的框图。图4中的发光装置100与图1A同样地包含面板103、控制器104、以及电源电路105，该面板103在像素部102中包含多个像素101。图4中的发光装置100还包含输入装置120、CPU121、图像处理电路122、以及图像存储器123。图4中的发光装置100的面板103包括信号线驱动电路(源极驱动器)124以及扫描线驱动电路(栅极驱动器)125。
输入装置120具有项发光装置100所包括的CPU121商家数据或指令的功能。例如，输入装置120可对CPU121施加使像素部102从操作状态转变为非操作状态的指令或者与此相反的指令。作为输入装置120，可以使用键盘、指向装置、以及触摸屏等。
CPU121具有对从输入装置120输入的指令进行译码而通过总体地控制发光装置100所包括的各种电路的操作来执行该指令的功能。
例如，在其中从输入装置120发送来使像素部102从操作状态转变为非操作状态的指令的情况下，CPU121向控制器104供应指令来向面板103输入信号Sig2。进一步，CPU121向控制器104提供指令以切断从电源电路105向像素部102供应电源电压。
在其中从输入装置120发送来使像素部102从非操作状态转变为操作状态的指令的情况下，CPU121向控制器104提供指令以向面板103输入信号Sig2。进一步，CPU121向控制器104供应指令以从电源电路105向像素部102供应电源电压。
图像存储器123具有储存输入到发光装置100的图像数据126的功能。注意，虽然在图4的发光装置100中仅提供了一个图像存储器123，但是还可在发光装置100中设置多个图像存储器123。例如，在其中像素部102使用对应于诸如红色、蓝色和绿色之类的色彩(hue)的三个图像数据126来显示全彩色图像的情况下，可设置对应于每一个图像数据126的图像存储器123。
作为图像存储器123，例如，可以使用诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)之类的存储电路。或者，也可使用视频随机存取存储器(VRAM)作为图像存储器123。
图像处理电路122具有响应于来自控制器104的指令对图像存储器123进行写入和读出图像数据126、并从图像存储器123读出的图像数据126中生成信号Sig1的功能。
扫描线驱动电路125具有按行选择像素部102所包括的多个像素101的功能。
信号线驱动电路124具有将从控制器104施加的信号Sig1或信号Sig2供应给由扫描线驱动电路125选择的行中的像素101的功能。
注意控制器104具有向面板103供应用来驱动信号线驱动电路124和扫描线驱动电路125等的各种驱动信号的功能。驱动信号包括用来控制信号线驱动电路124的操作的信号线驱动电路起始脉冲信号SSP及信号线驱动电路时钟信号SCK、锁存信号LP、控制扫描线驱动电路125的操作的扫描线驱动电路起始脉冲信号GSP及扫描线驱动电路时钟信号GCK等。
本实施例可以与其他实施例适当地组合。
实施例3
在本实施例中，描述图1A所示的发光装置100所包括的像素101的特定结构的示例。
图5A是像素101的电路图的示例。像素101包含控制向像素101输入信号Sig1或信号Sig2的晶体管108、发光元件106、响应于信号Sig1或信号Sig2来控制供应给发光元件106的电流值的晶体管107、以及用来保持信号Sig1或信号Sig2的电位的电容器112。
发光元件106的示例包括由电流或电压控制亮度的元件。例如，在其中OLED等用作发光元件106时，阳极和阴极中的一个用作像素电极，而另一个用作对电极。
根据输入到像素101的信号Sig1或信号Sig2来控制发光元件106的像素电极的电位。发光元件106的亮度取决于像素电极与对电极之间的电位差。在像素部102所包括的多个像素101的每一个中，根据包含图像数据的信号Sig1来控制发光元件106的亮度，藉此在像素部102中显示图像。
接着，描述像素101所包括的晶体管108、晶体管107、电容器112、以及发光元件106的连接。
晶体管108的源极端子和漏极端子中的一个连接至引线111，而另一个连接至晶体管107的栅电极。晶体管108的栅电极连接至引线134。晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个连接至引线110，而另一个连接至发光元件106。特定地，晶体管107的源极端子和漏极端子中的另一个连接至发光元件106的像素电极。发光元件106的对电极连接至引线109。
当氧化物半导体包括在晶体管108中的沟道形成区时，可获得具有极小截止态电流的晶体管108。进一步，当具有上述结构的晶体管108用于像素101时，与使用包括诸如硅或锗之类的一般半导体材料的晶体管的情况相比，可更有效地防止累积在晶体管107的栅电极中的电荷的泄漏。
图5B是像素101的另一个示例。
图5B是像素101的电路图的示例。像素101包含晶体管107、晶体管108、晶体管130至132、发光元件106、以及电容器112。
晶体管108具有控制引线111与电容器112的一对电极中的一个之间的连接的功能。电容器112的一对电极中的另一个连接至晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个。晶体管130具有控制引线133与晶体管107的栅电极之间的连接的功能。晶体管131具有控制电容器112的一对电极中的一个与晶体管107的栅电极之间的连接的功能。晶体管132具有控制晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个与发光元件106的阳极之间的连接的功能。
此外，在图5B中，晶体管107的源极端子和漏极端子中的另一个连接至引线110。
由连接至晶体管108的栅电极的引线134的电位确定晶体管108的导通/截止状态。由连接至晶体管130的栅电极的引线134的电位确定晶体管130的导通/截止状态。由连接至晶体管131的栅电极的引线135的电位确定晶体管131的导通/截止状态。由连接至晶体管132的栅电极的引线136的电位确定晶体管132的导通/截止状态。
当氧化物半导体包含在晶体管108、晶体管130、及晶体管131中的沟道形成区时，可获得具有极小截止态电流量的晶体管108、130及131。进一步，当具有上述结构的晶体管108、130及131用于像素101时，与使用包括诸如硅或锗之类的一般半导体的晶体管的情况相比，可更有效地防止累积在晶体管107的栅电极中的电荷的泄漏。
在图5A中示出像素101中使用具有极小截止态电流的晶体管108，且在图5B中示出像素101中使用具有极小截止态电流的晶体管108、130及131；因此，其中保持晶体管107的栅电极的电位的周期可更长。因此，例如，在其中向像素部102写入包含相同图像数据的信号Sig1达连续帧周期时，像静态图像，即使当驱动频率较低时也可以维持显示图像，换言之，减少一定周期内信号Sig2的写入循环的次数。例如，其中使用已高度提纯的氧化物半导体用于活性层的晶体管108，藉此可将信号Sig1的写入之间的间隔增加至10秒或更长，优选为30秒或更长，更优选为1分钟或更长。信号Sig1的写入之间的间隔越长，可减小更多耗电量。
此外，由于可保持信号Sig1的电位达较长周期，即使当用于保持信号Sig1的电位的电容器112没有连接至晶体管107的栅电极时，也可以防止显示的图像品质的降低。因此，通过减少电容器112的尺寸或者通过不设置电容器112可增加开口率。因此，可获得具有长使用寿命的发光元件106，藉此可增加发光装置100的可靠性。
注意，图5A和5B中的像素101根据需要还可具有另一个电路元件，诸如晶体管、二极管、电阻器、电容器、或电感器。
图5A中的像素101包含电容器112；但是，在其中晶体管107的栅电极与活性层之间生成的栅极电容或栅电极的寄生电容足够大的情况下，即，在其中可由另一个电容器能够充分保持信号Sig1或信号Sig2的电位的情况下，未必一定要在像素101中设置电容器112。
在图5A和5B中，各晶体管在半导体膜的至少一侧上具有栅电极；可选地，各晶体管也可各自具有夹着半导体膜的一对栅电极。当一对栅电极的一个为背栅电极时，该背栅电极既可浮动，又可被外部地施加电位。当在后者的情况下，相同电平的电位可施加至一般的栅电极及背栅电极，或者诸如接地电位之类的固定电位可只施加至背栅电极。控制施加至背栅电极的电位的电平，可控制晶体管的阈值电压。通过设置背栅电极，沟道形成区扩大而可增加漏极电流。此外，背栅电极的设置促进在半导体膜中的耗尽层的形成，这可导致较低的亚阈值摆幅(S值)。
图5A和图5B中的晶体管全都是n沟道型晶体管。当像素101中的所有晶体管都具有相同沟道类型时，可省略制造晶体管时的一些步骤，例如，对半导体膜添加施加一个导电类型的杂质元素的工序。注意，在根据本发明的一个实施例的发光装置中，像素101中的晶体管不一定要全都是n沟道型晶体管。在其中发光元件106的阴极连接至引线109时，优选至少晶体管107为n沟道型晶体管，而在其中发光元件106的阳极连接至引线109时，优选至少晶体管107为p沟道型晶体管。
当其中晶体管107在饱和区中操作时，其沟道长度或沟道宽度优选长于像素101中的晶体管107以外的晶体管。当沟道长度增加时，饱和区中的特性具有平坦曲线；由此，可以降低扭结效应(kink effect)。或者，沟道长度的增长允许即使在饱和区域中也有大量电流流过晶体管107。
图5A和5B各自示出像素101中的晶体管具有一个栅电极和一个沟道形成区的单栅结构的情况；但是，本发明的晶体管不局限于该单栅极晶体管。像素101中的晶体管的任何或者所有晶体管可具有包括彼此电连接的多个栅电极和多个沟道形成区的多栅结构。
接着，描述像素部102的结构示例，给出图5A所示的像素101为示例。图6是像素部102的特定电路图的示例。
如图6所示，像素部102包含多个引线111、多个引线134、多个引线110、以及引线109。例如，在其中图4所示的发光装置100的情况下，多个引线111连接至信号线驱动电路124，多个引线134连接至扫描线驱动电路125，多个引线110及引线109连接至电源电路105。
每一像素101连接至多个引线111中的一个、多个引线134中的一个、以及多个引线110中的一个。所有的像素101连接至引线109。
在图6所示的像素部102中，当向像素101输入信号Sig1或信号Sig2时，依次选择多个引线134。在连接至所选择的引线134的各像素101中，其栅电极连接至引线134的晶体管108被导通。晶体管108被导通，藉此输入到多个引线111的每一个的信号Sig1或信号Sig2的电位施加至晶体管107的栅电极。当完成引线134的选择时，晶体管108截止且信号Sig1或信号Sig2的电位保持在晶体管107的栅电极中。
在其中包含图像数据的信号Sig1输入像素101的情况下，根据信号Sig1的电位确定发光元件106的发光状态。特定地，当响应于信号Sig1的电位而导通晶体管107时，发光元件106被供应电流且然后处于发光状态。当响应于信号Sig1或信号Sig2的电位而截止晶体管107时，发光元件106不被供应电流而处于非发光状态。
通过上述操作，像素部102可显示图像。
注意，像素101也可以具有图11A所示的结构。图11A所示的像素101具有向图5B所示的像素101的结构中添加晶体管139的结构。晶体管139的源极端子和漏极端子中的一个连接至电容器112的一对电极中的另一个、晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个、以及晶体管132的源极端子和漏极端子中的一个。晶体管139的源极端子和漏极端子中的另一个连接至引线138。晶体管139的栅电极连接至引线137。注意图5B是其中晶体管132的栅电极连接至引线136的示例，而图11A是其中晶体管132的栅电极连接至引线135的示例。
图11B是提供至连接至图11A所示的像素101的引线134(G1)、引线135(G2)、和引线137(G3)的电位、以及供应给引线111(DATA)的电位的时序图。注意图11B所示的时序图是其中图11A所示的像素101所包括的晶体管为n沟道型晶体管的示例。
首先，在周期1中，低电平电位施加到引线G1，高电平电位施加到引线G2，且高电平电位施加到引线G3。因此，晶体管131、132及139被导通，且其他晶体管被截止。晶体管132及139被导通，藉此作为引线138的电位的电位V0施加到晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个及电容器112的一对电极中的另一个(以节点A表示)。然后，引线G2转换为低电平电位，藉此晶体管131及132被截止，节点A保持在电位V0。
电位Vano施加到引线110(ANODE(阳极))，而电位Vcat施加到发光元件106的阴极。电位Vano优选高于电位V0和发光元件106的阈值电位Vthe的总和。
接着，描述周期2。在周期2中，高电平电位施加到引线G1，低电平电位施加到引线G2，且低电平电位施加到引线G3。因此，晶体管108及130被导通，而晶体管131、132及139被截止。
在从周期1向周期2过渡时，在施加到引线G1的电位从低电平转换为高电平后，优选地将施加到引线G3的电位从高电平转换为低电平，藉此防止由于施加到引线G1的电位的转换引起的节点A的电位的改变。
电位Vano施加到引线110(ANODE)，且电位Vcat施加到发光元件106的阴极。然后，图像信号的电位Vdata施加到引线111(DATA(数据))，且电位V1施加到引线133。注意电位V1优选高于电位V0和晶体管107的阈值电压Vth的总和且低于电位Vano和晶体管107的阈值电压Vth的总和。
注意在图11A所示的像素结构中，即使电位V1高于电位Vcat和发光元件的阈值电压Vthe的总和，只要晶体管132被截止，发光元件106就不发光。因此，可扩大可允许的电位V0的范围，并且，还可增加V1-V0的可允许范围。作为增加V1-V0的值的自由度的结果，即使在获得晶体管的阈值电压所需要的时间被缩短或受限的情况下，也可准确地获得晶体管的阈值电压。
通过上述操作，将比晶体管107的阈值电压高的电位V1施加到晶体管107的栅电极(以节点B表示)，藉此晶体管107被导通。因此，电容器112中的电荷通过晶体管107被释放，且作为节点A的电位的电位V0开始上升。当节点A的电位最终达到电位V1-Vth时，即，当晶体管107的栅电压减小到晶体管107的阈值电压Vth时，晶体管107被截止。
当晶体管107被截止时，晶体管107的源极端子和漏极端子中的一个的电位变为晶体管107的栅电极的电位(在此为V1)减去晶体管107的阈值电压的电位，即V1-Vth。电位Vdata施加到电容器112的一个电极(以节点C表示)。
接着，描述周期3。在周期3中，电流流入发光元件106以使发光元件106发光。在周期3中，低电平电位施加到引线G1，高电平电位施加到引线G2，且低电平电位施加到引线G3。因此，晶体管131及132被导通，而晶体管107、108、130、及139被截止。
当周期2向周期3过渡时，在将施加到引线G1的电位从高电平转换为低电平之后，优选地施加到引线G2的电位从低电平转换为高电平，藉此防止由于施加到引线G1的电位的转换引起的节点A的电位的改变。
电位Vano施加到引线110(ANODE)，电位Vcat施加到发光元件106的阴极。
通过上述操作，电位Vdata施加到节点B；因此，晶体管107的栅电压成为Vdata-V1+Vth。因此，晶体管107的栅电压可以具有加有阈值电压Vth的值。通过上述结构，晶体管107的阈值电压Vth的偏差可减少到左右。此外，可响应于由于晶体管107的劣化引起的阈值电压Vth的变化。因此，可抑制供应给发光元件106的电流值的偏差，藉此减少发光装置的亮度不均匀。
注意在此通过显著改变施加到引线G2的电位，藉此可防止晶体管132的阈值电压的偏差对于供应给发光元件106的电流值的影响。换言之，施加到引线G2的高电平电位远高于晶体管132的阈值电压，并且，施加到引线G2的低电平电位远低于晶体管132的阈值电压；因此，晶体管132的导通/截止的切换是可靠的，可防止晶体管132的阈值电压的偏差对于发光元件106的电流值的影响。
图12是使用图11A所示的像素101以及图11B所示的时序图可操作的扫描线驱动电路的示例。图13A至13C是分别示出作为该扫描线驱动电路的组件的移位寄存器、虚拟级中的移位寄存器、以及反相器的端子的位置的示意图。
图14和15是可用作图13A所示的寄存器的电路图。在该电路的每一个中，如图16和图17所示，晶体管可具有背栅电极。
图18和19是可用作虚拟级中的寄存器的电路图。在各电路中，如图20和图21所示，晶体管可具有背栅电极。图22A和22B是可用作反相器的电路图。
图12所示的扫描线驱动电路可使用图23所示的时序图而操作。
图24是面板边框外围的照片。该面板包含图11A所示的像素电路以及图12所示的扫描线驱动电路(栅极驱动器)。表1示出该面板的规格。扫描线驱动电路的宽度为3.5mm，这意味着可通过使用本实施例所说明的扫描线驱动电路来制造具有窄边框的面板。
[表1]
注意作为具有比硅半导体更宽的带隙且具有比硅更低的本征载流子密度的半导体的一个示例，除了氧化物半导体之外，可给出化合物半导体，诸如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)。氧化物半导体具有高批量生产性的优势，因为与碳化硅或氮化镓不同，可通过溅射法或湿法工艺形成具有良好电特性的晶体管。此外，与碳化硅或氮化镓不同，即使在室温下也可以沉积氧化物半导体；因此，可以在玻璃衬底上或使用硅的集成电路上形成具有良好电特性的晶体管。进一步，可以使用大型衬底。因此，在上述具有宽带隙的半导体中，氧化物半导体尤其具有高批量生产性的优势。进一步，在其中获得具有高结晶性的氧化物半导体以便提高晶体管性质(例如，场效应迁移率)的情况下，通过250℃至800℃下的热处理可容易得到具有结晶性的氧化物半导体。
注意，通过减少用作电子施主(施体)的诸如水分或氢之类的杂质且通过减少氧缺陷获得的高度提纯的氧化物半导体(提纯的OS)是i型(本征)半导体或基本上i型的半导体。因此，包含上述氧化物半导体的晶体管具有截止态电流极小的特性。另外，氧化物半导体的带隙是2eV或更高，优选是2.5eV或更高，更优选是3eV或更高。通过使用通过充分减少诸如水分或氢之类的杂质的浓度且通过减少氧缺陷来高度提纯的该氧化物半导体膜的情况下，可减少晶体管的截止态电流。
特定地，各种实验可以证明包含高度提纯的氧化物半导体膜作为沟道形成区的晶体管的小截止态电流。例如，即使元件的沟道宽度为1×106μm且沟道长度为10μm时，也可在源电极和漏电极之间的电压(漏极电压)为1V至10V的条件下，使得截止态电流低于或等于半导体参数分析仪的测量极限，即低于或等于1×10-13A。在此情况下，可知：在晶体管的沟道宽度方面被规格化了的截止态电流低于或等于100zA/μm。此外，使电容器和晶体管彼此连接，并使用其中由该晶体管控制流入电容器的电荷或从电容器流出的电荷的电路来测量截止态电流。在该测量中，将已高度提纯的氧化物半导体膜用于晶体管的沟道形成区，并且从电容器的每单位小时的电荷量的变化来测量该晶体管的截止态电流。作为结果，可知：在其中晶体管的源电极与漏电极之间的电压为3V时，获得几十yA/μm的小截止态电流密度。由此，其中将已高度提纯的氧化物半导体膜用于沟道形成区的晶体管的截止态电流显著地低于使用具有结晶性的硅的晶体管的截止态电流。
注意，氧化物半导体优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。特定地，优选包含In及Zn。作为降低包含该氧化物半导体的晶体管的电特性偏差的稳定剂，优选进一步包含镓(Ga)。作为稳定剂优选包含锡(Sn)。作为稳定剂优选包含铪(Hf)。作为稳定剂优选包含铝(Al)。
作为另一个稳定剂，也可以包含镧系元素中的一种或多种，诸如镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。
例如，作为氧化物半导体，可使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、In-Zn基氧化物、Sn-Zn基氧化物、Al-Zn基氧化物、Zn-Mg基氧化物、Sn-Mg基氧化物、In-Mg基氧化物、In-Ga基氧化物、In-Ga-Zn基氧化物(也称为IGZO)、In-Al-Zn基氧化物、In-Sn-Zn基氧化物、Sn-Ga-Zn基氧化物、Al-Ga-Zn基氧化物、Sn-Al-Zn基氧化物、In-Hf-Zn基氧化物、In-La-Zn基氧化物、In-Ce-Zn基氧化物、In-Pr-Zn基氧化物、In-Nd-Zn基氧化物、In-Sm-Zn基氧化物、In-Eu-Zn基氧化物、In-Gd-Zn基氧化物、In-Tb-Zn基氧化物、In-Dy-Zn基氧化物、In-Ho-Zn基氧化物、In-Er-Zn基氧化物、In-Tm-Zn基氧化物、In-Yb-Zn基氧化物、或In-Lu-Zn基氧化物、In-Sn-Ga-Zn基氧化物、In-Hf-Ga-Zn基氧化物、In-Al-Ga-Zn基氧化物、In-Sn-Al-Zn基氧化物、In-Sn-Hf-Zn基氧化物、或In-Hf-Al-Zn基氧化物。
在本说明书中，例如，In-Ga-Zn基氧化物是指包含In、Ga和Zn的氧化物，对In：Ga：Zn的比率没有限制。另外，In-Ga-Zn基氧化物也可以包含In、Ga、Zn以外的金属元素。In-Ga-Zn基氧化物在无电场时具有充分高的电阻；因此能够充分地降低截止态电流。此外，还具有高迁移率，In-Ga-Zn基氧化物适合于半导体装置内使用的半导体材料。
例如，可以使用具有In:Ga:Zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)或In:Ga:Zn＝2:2:1(＝2/5:2/5:1/5)的原子比的In-Ga-Zn基氧化物或具有近于上述原子比的氧化物。或者，可以使用具有In:Sn:Zn＝1:1:1(＝1/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn＝2:1:3(＝1/3:1/6:1/2)或In:Sn:Zn＝2:1:5(＝1/4:1/8:5/8)的原子比的In-Sn-Zn基氧化物或具有近于上述原子比的氧化物。
然而，不局限于上述记载，根据所需要的电特性(例如，迁移率、阈值电压和偏差等)可以使用具有合适组成的材料。为了获得所需要的电特性，优选将载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素和氧之间的原子比、原子间距离、密度等设定为合适的值。
例如，可通过使用包含In(铟)、Ga(镓)和Zn(锌)的靶材的溅射法形成氧化物半导体膜。在通过溅射法形成In-Ga-Zn基氧化物半导体膜的情况下，优选使用原子比为In:Ga:Zn＝1:1:1、4:2:3、3:1:2、1:1:2、2:1:3或3:1:4的In-Ga-Zn基氧化物靶材。当使用具有上述原子比的In-Ga-Zn基氧化物靶材形成氧化物半导体膜时，容易形成多晶或后述CAAC-OS。包含In、Ga及Zn的靶材的填充率为90％或更高且100％或更低，优选为95％或更高且低于100％。使用填充率高的靶材，形成致密的氧化物半导体膜。
在其中使用In-Zn基氧化物材料作为氧化物半导体时，该In-Zn基氧化物的靶材的组成比为In:Zn＝50:1至1:2的原子比(In2O3:ZnO＝25:1至1:4的摩尔比)，优选为In:Zn＝20:1至1:1的原子比(In2O3:ZnO＝10:1至1:2的摩尔比)，更优选为In:Zn＝1.5:1至15:1的原子比(In2O3:ZnO＝3:4至15:2的摩尔比)。例如，在用来形成包含原子比为In:Zn:O＝X:Y:Z的In-Zn基氧化物的氧化物半导体膜的靶材中，满足Z＞1.5X+Y的关系。通过将Zn的比率保持为上述范围内，可以提高迁移率。
在其中通过溅射法形成作为氧化物半导体膜的In-Sn-Zn基氧化物半导体膜的情况下，优选使用具有金属元素的如下原子比的In-Sn-Zn基氧化物靶材：In:Sn:Zn＝1:1:1、2:1:3、1:2:2或4:9:7的原子比。
特定地，以如下实施例可以形成氧化物半导体膜；将衬底放置在已减压的处理室内，去除处理室内的残留水分，引入已去除氢及水分的溅射气体，并使用上述靶材。在沉积时，衬底温度可以为100℃至600℃，优选为200℃至400℃。通过在加热衬底的状态下形成氧化物半导体膜，可减少形成的氧化物半导体膜所包含的杂质的浓度。另外，可以减轻由于溅射带来的损伤。为了去除处理室中的残留水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵、钛升华泵。排气单元也可以是配备有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵进行排气的处理室中，例如，去除氢原子、包含氢原子的化合物，诸如水(H2O)，(更优选的是，还去除包含碳原子的化合物)等，由此可减少在该处理室中形成的氧化物半导体膜的杂质浓度。
注意，通过溅射法等形成的氧化物半导体膜在一些情况下包含大量的水分或氢(包括羟基)作为杂质。水分或氢容易形成供体能级，因此在氧化物半导体中成为杂质。于是，在本发明的一个模式中，为了减少氧化物半导体膜中的杂质诸如水分或氢(为了执行脱水化或脱氢化)，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气气氛、或超干燥空气(当在光腔衰荡光谱法(CRDS)中使用露点计进行测量时，水分量为20ppm(露点换算为-55℃)或更低，优选为1ppm或更低，更优选为10ppb或更低)下，氧化物半导体膜经受热处理。
通过对氧化物半导体膜执行热处理，可消除氧化物半导体膜中的水分或氢。特定地，可以在高于或等于250℃且低于或等于750℃，优选在高于或等于400℃且低于衬底的应变点的温度下进行热处理。例如，可以在500℃下进行3分钟至6分钟左右的热处理。当使用RTA法作为热处理时，可以在短时间内进行脱水或脱氢；由此，即使在高于玻璃衬底的应变点的温度下也可以进行处理。
注意，在一些情况下，由于上述热处理使得从氧化物半导体膜脱离氧而在氧化物半导体膜中形成氧缺陷。在此情况下，优选的是，在上述热处理之后，进行对氧化物半导体膜供应氧的处理，藉此减少氧缺陷。
例如，通过在含有氧的气氛下进行热处理，可以对氧化物半导体膜供应氧。可在与上述用来降低水分或氢的浓度的热处理同样的条件下进行用来供应氧的热处理。注意，用来供应氧的热处理在含有氧的气氛下进行，诸如氧气体或超干燥空气气氛(使用CRDS实施例的露点仪测量时的水分量为低于或等于20ppm(露点换算为-55℃)，优选为低于或等于1ppm，更优选为低于或等于10ppb)。
优选的是，上述含有氧的气体中，水或氢的浓度低。特定地，氧气体中的杂质浓度低于或等于1ppm，优选为低于或等于0.1ppm。
可选地，作为对氧化物半导体膜供应氧的方法，可使用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没式离子注入法、等离子体处理等。如果使用上述方法将氧供应给氧化物半导体膜之后使得包括在氧化物半导体膜中的结晶部受到损伤，可进行热处理来修复受到损伤的结晶部。
含有氧的绝缘膜可以用作如与氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜等的绝缘膜，来将氧从该绝缘膜供应给氧化物半导体膜。通过氧气氛下的热处理、或氧掺杂等，含有氧的绝缘层优选被制成包含多于化学计量组成的比率的氧。“氧掺杂”是指对半导体膜中的氧添加。此外，“氧掺杂”包括通过此举向半导体膜添加氧等离子体的氧等离子体掺杂。也可通过离子注入或离子掺杂进行氧掺杂。通过氧掺杂处理，可形成具有多于化学计量组成的氧的比率的区域的绝缘膜。接着，在形成包含氧的绝缘膜之后进行热处理，来将氧从上述绝缘膜供应给氧化物半导体膜。通过上述结构，可降低在氧化物半导体模中用作施主的氧缺陷，并满足包含在氧化物半导体膜中的氧化物半导体的化学计量组成。优选的是，氧化物半导体膜氧比率高于化学计量组成的氧比率。作为结果，氧化物半导体膜可以为基本上i型，并可以减少由于氧缺陷引起的晶体管的电特性偏差；因此，可以提高电特性。
用来将氧从绝缘膜供应给氧化物半导体膜的热处理在氮气氛、超干燥空气或稀有气体(例如，氩或氦)气氛下优选在200℃至400℃，例如，以250℃至350℃的温度范围下进行。优选的是，上述气体的含水量为20ppm或更低，优选为1ppm或更低，更优选为10ppb或更低。
氧化物半导体膜例如可以处于非单晶状态。非单晶状态例如由c轴对齐的结晶(CAAC)、多晶、微晶和非晶部中的至少一种构成。非晶部的缺陷态密度高于微晶和CAAC的缺陷态密度。微晶的缺陷态密度高于CAAC的缺陷态密度。注意，将包括CAAC的氧化物半导体称为CAAC-OS(c轴对齐的结晶氧化物半导体)。
例如，氧化物半导体膜可包括CAAC-OS。在CAAC-OS中，例如c轴对齐，并且a轴及/或b轴非宏观地对齐。
例如，氧化物半导体膜可以包括微晶。注意，将包括微晶的氧化物半导体称为微晶氧化物半导体。微晶氧化物半导体膜例如包括大于或等于1nm且小于10nm的尺寸的微晶(也称为纳米晶)。可选地，微晶氧化物半导体膜例如包括分布有结晶部(其每一个大于或等于1nm且小于10nm)的结晶-非晶混合相结构。
例如，氧化物半导体膜也可以包括非晶部。注意，将包括非晶部的氧化物半导体称为非晶氧化物半导体。非晶氧化物半导体膜例如具有无序的原子排列且不具有结晶成分。或者，非晶氧化物半导体膜例如是完全的非晶，并且不具有结晶部。
注意，氧化物半导体膜可以是包括CAAC-OS、微晶氧化物半导体和非晶氧化物半导体中的任一种的混合膜。该混合膜例如包括非晶氧化物半导体的区域、微晶氧化物半导体的区域、和CAAC-OS的区域。进一步，该混合膜例如可具有包括非晶氧化物半导体的区域、微晶氧化物半导体的区域和CAAC-OS的区域的叠层结构。
注意，氧化物半导体膜例如也可以处于单晶状态。
氧化物半导体膜优选包括多个结晶部。在结晶部的每一个中，c轴优选在平行于形成有氧化物半导体膜的表面的法线向量或氧化物半导体膜的表面的法线向量的方向上对齐。注意，在结晶部之间，一个结晶部的a轴和b轴的方向也可以与另一个结晶部的a轴和b轴的方向不同。这种氧化物半导体膜的示例是CAAC-OS膜。
CAAC-OS膜不是完全的非晶。CAAC-OS膜，例如，包括其中具有结晶部和非晶部混合的结晶-非晶混合相结构的氧化物半导体。另外，在大多情况下，结晶部拟合(fit)在一个边长小于100nm的立方体内。在使用透射电子显微镜(TEM)所得到的图像中，不能明确地观察到CAAC-OS膜中的非晶部与结晶部之间的边界以及结晶部与结晶部之间的边界。另外，使用TEM，不能明确地观察到CAAC-OS膜中的晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，抑制了由于晶界引起的电子迁移率的降低。
在包括在CAAC-OS膜中的结晶部的每一个中，例如c轴在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法线向量或CAAC-OS膜的表面的法线向量的方向上对齐。并且，在结晶部的每一个中，当从垂直于a-b面的方向看时金属原子排列为三角形或六角形的结构，且当从垂直于c轴的方向看时，金属原子排列为层状或者金属原子和氧原子排列为层状。注意，在结晶部之间，一个结晶部的a轴和b轴的方向可以与另一个结晶部的a轴和b轴的方向不同。在本说明书中，“垂直”的用语包括从80°到100°的范围，优选包括从85°到95°的范围。并且，“平行”的用语包括从-10°到10°的范围，优选包括从-5°到5°的范围。
在CAAC-OS膜中，结晶部的分布不一定是均匀的。例如，在CAAC-OS膜的形成工艺中，在其中从氧化物半导体膜的表面一侧发生结晶生长的情况下，在一些情况下，氧化物半导体膜的表面附近的结晶部的比例高于其中形成有氧化物半导体膜的表面附近的结晶部的比例。另外，当杂质添加到CAAC-OS膜时，在一些情况下，添加有杂质的区域中的结晶部成为非晶。
由于包括在CAAC-OS膜中的结晶部的c轴在平行于其中形成有CAAC-OS膜的表面的法线向量或CAAC-OS膜的表面的法线向量的方向上对齐，取决于CAAC-OS膜的形状(其中形成有CAAC-OS膜的表面的截面形状或CAAC-OS膜的表面的截面形状)，c轴的方向可彼此不同。注意，伴随成膜会形成结晶部，或者在成膜之后通过诸如热处理等晶化处理形成结晶部。因此，结晶部的c轴在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法线向量或CAAC-OS膜的表面的法线向量的方向上对齐。
在使用CAAC-OS膜的晶体管中，由于可见光或紫外光照射引起的电特性的改变小。因此，该晶体管具有高可靠性。
例如，通过使用多晶金属氧化物靶材的溅射法形成CAAC-OS膜。当离子碰撞到该靶材时，包含在溅射靶材中的结晶区域沿着a-b面分开；换言之，具有平行于a-b面的面的溅射粒子(平板状溅射粒子或颗粒状溅射粒子)可以从该靶材剥离出。在这种情况下，该平板状溅射粒子保持结晶状态到达衬底，藉此可形成CAAC-OS膜。
对于CAAC-OS膜的沉积，优选使用如下条件。
通过减少在沉积期间进入CAAC-OS膜的杂质量，可防止由杂质破坏结晶状态。例如，降低存在于处理室内的杂质(例如，氢、水、二氧化碳或氮)的浓度。另外，降低沉积气体中的杂质浓度。特定地，使用露点为-80℃或更低，优选为-100℃或更低的沉积气体。
通过增加沉积期间的衬底加热温度，在溅射粒子到达衬底表面后发生溅射粒子的迁移(migration)。特定地，在沉积期间衬底加热温度为高于或等于100℃且低于或等于740℃，优选为高于或等于200℃且低于或等于500℃。通过增加沉积期间衬底加热温度，当平板状的溅射粒子到达衬底时，在衬底表面上发生迁移，因此，平板状溅射粒子的平坦的面附着至衬底。
另外，优选的是，提高沉积气体中的氧比例并对电力进行最优化，以减轻沉积时的等离子体损伤。沉积气体中的氧比例为30vol.％或更高，优选为100vol.％。
作为靶材的示例，以下示出In-Ga-Zn基氧化物靶材。
将InOx粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末以规定的摩尔比混合，进行加压处理，并在高于或等于1000℃且低于或等于1500℃的温度下进行热处理，来制造多晶的In-Ga-Zn基氧化物靶材。注意，X、Y及Z都为任意正数。在此，InOx粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末的规定的摩尔比例如为2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3或3:1:2。粉末的种类及混合粉末时的摩尔比可以根据所制造的靶材适当地改变。
实施例4
在根据本发明的一个实施例的发光装置中，可以采用彩色滤光片方法，其中通过使用彩色滤光片和发出诸如白色之类的单色光的发光元件的组合来显示全彩色图像。可选地，可以采用使用发出彼此不同的色调的光的多个发光元件来显示全彩色图像的发出。该发出由于根据分别用对应的颜色对放置在发光元件的一对电极之间的EL层涂色，因此被称为按侧方法(side-by-side method)。
在按侧方法中，通常，通过使用诸如金属掩模之类的掩模通过蒸镀法分别施加EL层。由此，像素的尺寸取决于通过蒸镀法的EL层的按侧技术的精度。另一方面，与按侧方法不同，在彩色滤光片方法中，不需要分别施加EL层。因此，与按侧方法相比，可以更容易缩小像素的尺寸；因此，可以实现高精细的像素部。
发光装置在其范畴内包括：底发射发光装置，其中从其上形成有晶体管的元件衬底提取从发光元件发出的光；以及顶发射发光装置，其中从与元件衬底相反一侧提取从发光元件发出的光。在顶发射发光装置中，发光元件所发出的光没有被诸如引线、晶体管、电容器之类的元件遮挡，由此，与底发射发光装置相比，可以提高从像素提取光的效率。因此，即使供应给发光元件的电流量减少，顶发射发光装置也可实现高亮度，且因此存在改善发光元件的使用寿命方面的优势。
根据本发明的一个实施例的发光装置也可以具有其中从EL层发射的光在发光元件内发生谐振的微腔(光学微谐振腔)结构。通过微腔结构，可高效地从发光元件提取具有特定波长的光，因此可改进像素部的亮度和色纯度。
图7是像素的截面图的示例。图7示出对应于红色的像素的截面的一部分、对应于蓝色的像素的截面的一部分、对应于绿色的截面的一部分。
具体地说，图7示出发出红色光的像素140r、发出绿色光的像素140g、发出蓝色光的像素140b。像素140r、像素140g、像素140b分别具有阳极715r、阳极715g、阳极715b。包括在像素140r、像素140g、像素140b中的阳极715r、阳极715g及阳极715b设置在形成于衬底740上的绝缘膜750上。
使用绝缘膜形成的划分件730设置在阳极715r、715g及715b上。划分件730具有开口，在该开口中暴露出阳极715r、715g及715b的一部分。以此顺序在划分件730上层叠EL层731和透射可见光的阴极732，从而覆盖上述露出部分。
其中阳极715r、EL层731、和阴极732彼此重叠的部分相当于对应于红色的发光元件741r。其中阳极715g、EL层731和阴极732彼此重叠的部分相当于对应于绿色的发光元件741g。其中阳极715b、EL层731和阴极732彼此重叠的部分相当于对应于蓝色的发光元件741b。
此外，设置衬底742以面对着衬底740，其中插有发光元件741r、741g及741b。对应于像素140r的着色层743r、对应于像素140g的着色层743g、以及对应于像素140b的着色层743b设置在衬底742上。着色层743r是对应于红色的波长区域的光的透射率高于其他波长区域的光的透射率的层，着色层743g是对应于绿色的波长区域的光的透射率高于其他波长区域的光的透射率的层，并且着色层743b是对应于蓝色的波长区域的光的透射率高于其他波长区域的光的透射率的层。
进一步，外涂层744设置在衬底742上，以覆盖着色层743r、743g、743b。外涂层744是透射可见光且用来保护着色层743r、743g、743b的层，并且优选使用平坦性提高的树脂材料。着色层743r、743g及743b以及外涂层744可以总体看作彩色滤光片，或者，着色层743r、743g及743b的每一个可以看作彩色滤光片。
在图7中，依次层叠具有高可见光反射率的导电膜745r、具有可见光的透射率高于上述导电膜745r的透射率导电膜746r，而将其用作阳极715r。依次层叠具有高可见光的反射率的导电膜745g、具有可见光的透射率高于上述导电膜745g的透射率导电膜746g而将其用作阳极715g。导电膜746g的第一区域具有小于导电膜746r的第二区域的膜厚度。具有高可见光反射率的导电膜745b用作阳极715b。
因此，在图7中的发光装置中，在发光元件741r中从EL层731发出的光的光程长度可以由导电膜745r与阴极732之间的距离而调节。在发光元件741g中从EL层731发出的光的光程长度可以由导电膜745g与阴极732之间的距离而调节。在发光元件741b中从EL层731发出的光的光程长度可以由导电膜745b与阴极732之间的距离而调节。
在本发明的一个实施例中，也可以采用微腔结构，在该微腔结构中根据从发光元件741r、741g及741b发出的光的波长调整上述光程长度，使得从EL层731发出的光在上述各发光元件内发生谐振。
当向根据本发明的一个实施例的发光装置施加上述微腔结构时，从发光元件741r发出的光中的具有对应于红色的波长的光由于谐振而其强度得到提高。因此，通过着色层743r得到的红色光的色纯度及亮度提高。从发光元件741g发出的光中的具有对应于绿色的波长的光由于谐振而其强度得到提高。因此，通过着色层743g得到的绿色光的色纯度及亮度提高。从发光元件741b发出的光中的具有对应于蓝色的波长的光由于谐振而其强度得到提高。因此，通过着色层743b得到的蓝色光的色纯度及亮度提高。
图7示出其中使用发出红色、绿色、蓝色的三种颜色的像素的结构；但是，本发明的一个实施例不局限于该结构。在本发明的一个实施例中，也可以使用红色、绿色、蓝色和黄色(yellow)的四种颜色的组合或者青色(cyan)、品红色(magenta)、黄色的三种颜色的组合。或者，颜色的组合可以包括淡色的红色、淡色的绿色、淡色的蓝色、浓色的红色、浓色的绿色以及浓色的蓝色的六种颜色。或者，颜色的组合可以包括红色、绿色、蓝色、青色、品红色和黄色的六种颜色。
在图7中，在发光元件741r、741g以及741b中发光波长λ最短的发光元件741b中，使用具有高可见光反射率的导电膜745b作为阳极，并且在其他发光元件741r、741g中，使用具有膜厚度彼此不同的区域的导电膜746r及746g；因此，调整光程长度。在本发明的一个实施例中，在发光具有最短波长λ的发光元件741b中，如导电膜746r及746g那样的具有高透射率的导电膜也可以设置在可见光的反射率高的导电膜745b上。但是，优选的是，如图7所示那样，使用具有高可见光反射率的导电膜745b作为发光具有最短波长λ的发光元件741b的阳极，因为，与使用所有的发光元件具有高透射率的导电膜用作阳极的情况相比，阳极的制造工艺可以被简化。
注意，在很多情况下，具有高可见光反射率的导电膜745b的功函数小于具有高可见光透射率的导电膜746r及746g的功函数。因此，在发光具有最短波长λ的发光元件741b中，与在发光元件741r及741g中相比，难以从阳极715b到EL层731注入空穴，因此发光效率低的趋势。由此，在本发明的一个实施例中，在发光具有最短波长λ的发光元件741b中，优选将含有空穴传输性高的物质及对该空穴传输性高的物质具有受主性(电子接受性)的物质的复合材料用于EL层731的与可见光的反射率高的导电膜745b接触的部分。当接触阳极715b形成上述复合材料时，空穴容易从阳极715b注入EL层731，因此，可以提高发光元件741b的发光效率。
作为具有受主性的物质，可以举出7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟喹啉并二甲烷(简称：F4-TCNQ)、氯醌等。另外，还可以举出过渡金属氧化物。另外，还可以举出属于元素周期表中第4至8族的金属的氧化物。特定地，优选为氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰和氧化铼，因为它们具有高受主性。特定地，优选为氧化钼，因为氧化钼在大气中稳定且其吸湿性低，容易进行处理。
作为用于复合材料的空穴传输性高的物质，可以使用如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烃、高分子化合物(例如，低聚物、树枝状聚合物或聚合物)等各种化合物中的任一种。用于复合材料的有机化合物优选为空穴传输性高的有机化合物。具体地说，优选使用具有10-6cm2/Vs或更高的空穴迁移率的物质。但是，只要是空穴传输性高于电子传输性的物质，就可以使用上述以外的物质。
例如可以使用铝、银或包含这些金属材料的合金等的单层或叠层形成具有高可见光反射率的导电膜745r、745g及745b。或者，也可层叠具有高反射率高的导电膜和薄的导电膜(优选为20nm或更小，更优选为10nm或更小)而形成导电膜745r、745g及745b。例如，在具有高反射率的导电膜上层叠薄的钛膜或薄的钼膜形成导电膜745b，由此可以防止在具有高反射率的导电膜(例如，铝、包含铝的合金或银)的表面上形成氧化膜。
对于具有高可见光透射率的导电膜746r及746g，例如，可以使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物、或铟锌氧化物等。
例如可以通过层叠足够薄(优选为20nm或更小，更优选为10nm或更小)以透光的导电膜和包括导电金属氧化物的导电膜而形成阴极732。可以使用银、镁或包含这些金属材料的合金等的单层或叠层形成足够薄以透光的导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物、铟锌氧化物或包含氧化硅的这些金属氧化物材料。
本实施例可以与其他实施例适当地组合。
实施例5
在本实施例中，描述底发射结构、顶部发射结构、双发射结构。在双发射结构中，来自发光元件的光从元件衬底一侧以及与元件衬底相反一侧被提取。
图8A是其中从发光元件6033发出的光从阳极6034一侧提取出的像素的截面图。晶体管6031被绝缘膜6037覆盖，并在绝缘膜6037上形成有具有开口的划分件6038。在划分件6038的开口中，部分暴露出阳极6034，并且在该开口中依次层叠阳极6034、EL层6035、以及阴极6036。
使用容易使光透过的材料形成阳极6034或形成为容易使光透过阳极6034的厚度。使用不容易使光透过的材料阴极6036或形成为不容易使光透过阴极6036的厚度。因此，可以得到如轮廓箭头所示那样从阳极6034一侧提取光的底部发射结构。
图8B是从发光元件6043发出的光从阴极6046一侧提取出的像素的截面图。晶体管6041被绝缘膜6047覆盖，并在绝缘膜6047上形成有具有开口的划分件6048。在划分件6048的开口中阳极6044部分露出，并且在该开口中依次层叠有阳极6044、EL层6045、以及阴极6046。
使用不容易使光透过的材料形成阳极6044或形成为不容易使光透过阳极6044的厚度。使用容易使光透过的材料形成阴极6046或形成为容易使光透过阴极6046的厚度。因此，可以得到如轮廓箭头所示那样从阴极6046一侧提取出光的顶部发射结构。
图8C是从发光元件6053发出的光从阳极6054一侧及阴极6056一侧提取出的像素的截面图。晶体管6051被绝缘膜6057覆盖，并在绝缘膜6057上形成有具有开口的划分件6058。在划分件6058的开口中阳极6054部分露出，并且在该开口中依次层叠有阳极6054、EL层6055、以及阴极6056。
使用容易使光透过的材料形成阳极6054及阴极6056或形成为容易使光透过阳极6054及阴极6056的厚度。因此，可以得到如轮廓箭头所示那样从阳极6054一侧及阴极6056一侧提取出光的双发射结构。
作为用作阳极或阴极的电极，例如可以使用金属、合金、电导性化合物以及它们的混合物等。特定地，可以使用氧化铟-氧化锡(ITO:氧化铟锡)、包含硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(氧化铟锌)、包含氧化钨及氧化锌的氧化铟、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、钛(Ti)。此外，可以使用属于元素周期表中第1族或第2族的元素，例如，碱金属诸如锂(Li)和铯(Cs)、碱土金属诸如镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)、包含这些元素的合金(MgAg、AlLi)、稀土金属诸如铕(Eu)或镱(Yb)、包含这些元素的合金以及石墨烯等。从上述材料中适当地选择材料且使其具有最适合的厚度，来实现顶部发射结构、底部发射结构或双发射结构。
本实施例可以与其他实施例适当地组合。
实施例6
图9示出根据本发明的一个实施例的发光装置的透视图的示例。
图9所示的发光装置包括：面板1601；包括控制器、电源电路、图像处理电路、图像存储器及CPU等的电路板1602；以及连接部1603。面板1601包括：包括多个像素的像素部1604；逐行选择像素的扫描线驱动电路1605；以及控制信号Sig1或信号Sig2输入所选择的行的像素的信号线驱动电路1606。
各种信号和电源电位从电路板1602通过连接部1603输入面板1601。作为连接部1603，可以使用柔性印刷电路(FPC)等。当将COF胶带用作连接部1603时，电路板1602中的一部分电路或面板1601所具有的扫描线驱动电路1605和信号线驱动电路1606中的一部分也可以形成在另行制备的芯片上，并且该芯片也可以通过COF(薄膜上芯片)法连接在COF胶带。
本实施例可以与其他实施例适当地组合。
实施例7
根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于显示装置、个人计算机或具备记录媒体的图像再现装置(典型的是，再现记录媒体如数字通用磁盘(DVD)并具有显示图像的显示器的装置)中。另外，作为可以包括根据本发明的一个实施例的发光装置的电子设备，可以举出移动电话、游戏机(包括便携式游戏机)、便携式信息终端、电子书阅读器、影像拍摄装置如视频摄像机及数码相机、护目镜型显示器(头部安装显示器)、导航系统、音频再现装置(例如，汽车音响系统、数字音频播放器)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动柜员机(ATM)以及自动售货机等。在图10A至10E中示出这些电子设备的具体示例。
图10A示出便携式游戏机，该便携式游戏机包括框体(housing)5001、框体5002、显示部5003、显示部5004、麦克风5005、扬声器5006、操作键5007、以及触屏笔5008。根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于显示部5003或显示部5004。虽然图10A中的便携式游戏机包括两个显示部5003和5004，但是便携式游戏机的显示部的数目不限于此。
图10B示出显示装置，该显示装置包括框体5201、显示部5202以及支撑台5203。根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于显示部5202。另外，该显示装置在其范围中包括所有信息显示用显示装置，诸如用于个人计算机、TV播放接收、广告显示的显示装置。
图10C示出笔记本式个人计算机，该笔记本式个人计算机包括框体5401、显示部5402、键盘5403以及指向装置5404等。根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于显示部5402。
图10D示出个人数字助理，该个人数字助理包括第一框体5601、第二框体5602、第一显示部5603、第二显示部5604、连接部5605、以及操作键5606等。第一显示部5603设置在第一框体5601中，第二显示部5604设置在第二框体5602中。第一框体5601和第二框体5602由连接部5605连接，并且由连接部5605可以改变第一框体5601和第二框体5602所形成的角度。第一显示部5603上的图像也可以根据连接部5605的第一框体5601和第二框体5602所形成的角度切换。具有位置输入功能的发光装置也可以用于第一显示部5603和第二显示部5604中的至少一个。注意，可通过在发光装置中设置触摸屏而附加该位置输入功能。或者，还可以通过在发光装置的像素部中设置所谓光电传感器的光电转换元件而附加该位置输入功能。根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于第一显示部5603或第二显示部5604。
图10E示出视频摄像机(camera)，该视频摄像机包括第一框体5801、第二框体5802、显示部5803、操作键5804、透镜5805以及连接部5806等。操作键5804及透镜5805设置在第一框体5801中，显示部5803设置在第二框体5802中。第一框体5801和第二框体5802由连接部5806连接，由连接部5806可以改变第一框体5801和第二框体5802所形成的角度。显示部5803上显示的图像也可以根据连接部5806的第一框体5801和第二框体5802所形成的角度切换。根据本发明的一个实施例的发光装置可以用于显示部5803。
本实施例可以与其他实施例适当地组合。
符号说明
100：发光装置、101：像素、102：像素部、103：面板、104：控制器、105：电源电路、106：发光元件、107：晶体管、108：晶体管、109：引线、110：引线、111：引线、112：电容器、120：输入装置、121：CPU、122：图像处理电路、123：图像存储器、124：信号线驱动电路、125：扫描线驱动电路、126：图像数据、130：晶体管、131：晶体管、132：晶体管、133：引线、134：引线、135：引线、136：引线、137：引线、138：引线、139：晶体管、140b：像素、140g：像素、140r：像素、715b：阳极、715g：阳极、715r：阳极、730：划分件、731：EL层、732：阴极、740：衬底、741b：发光元件、741g：发光元件、741r：发光元件、742：衬底、743b：着色层、743g：着色层、743r：着色层、744：外涂层、745b：导电膜、745g：导电膜、745r：导电膜、746g：导电膜、746r：导电膜、750：绝缘膜、1601：面板、1602：电路板、1603：连接部、1604：像素部、1605：扫描线驱动电路、1606：信号线驱动电路、5001：框体、5002：框体、5003：显示部、5004：显示部、5005：麦克风、5006：扬声器、5007：操作键、5008：触屏笔、5201：框体、5202：显示部、5203：支撑台、5401：框体、5402：显示部、5403：键盘、5404：指向装置、5601：框体、5602：框体、5603：显示部、5604：显示部、5605：连接部、5606：操作键、5801：框体、5802：框体、5803：显示部、5804：操作键、5805：透镜、5806：连接部、6031：晶体管、6033：发光元件、6034：阳极、6035：EL层、6036：阴极、6037：绝缘膜、6038：划分件、6041：晶体管、6043：发光元件、6044：阳极、6045：EL层、6046：阴极、6047：绝缘膜、6048：划分件、6051：晶体管、6053：发光元件、6054：阳极、6055：EL层、6056：阴极、6057：绝缘膜、6058：划分件
本申请基于2012年3月13日向日本专利局提交的日本专利申请第2012-055269号以及2012年11月30日向日本专利局提交的日本专利申请第2012-261864号，其全部内容通过引用纳入本文。

Claims (10)

1.一种发光装置，包括：
包含多个像素的面板；
控制器；以及
电源电路，
其中，所述控制器将第一信号和第二信号中的一个发送到所述面板，
所述电源电路配置为当所述控制器将所述第二信号发送到所述面板时向所述面板提供电源电压的供应，并且在所述控制器将所述第一信号发送到所述面板后切断向所述面板供应所述电源电压，
其中所述多个像素的每一个包括第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件，
其中当通过所述第一晶体管将所述第一信号施加到所述第二晶体管的栅电极时，所述第二晶体管被截止，且
其中所述发光元件配置为通过所述第二晶体管被施加所述电源电压。
2.一种发光装置，包括：
包含多个像素的面板；
控制器；以及
电源电路，
其中，所述控制器配置为将第一信号和第二信号中的一个发送到所述面板，
其中所述电源电路配置为在所述控制器将所述第一信号发送到所述面板后且在所述控制器将所述第二信号发送到所述面板前，对所述面板提供电源电压的供应，
其中所述多个像素的每一个包括第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件，
其中当所述第一信号通过所述第一晶体管施加到所述第二晶体管的栅电极时，所述第二晶体管被截止，且
其中所述发光元件配置为通过所述第二晶体管被施加所述电源电压。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中包括在所述第二晶体管内的半导体膜包括氧化物半导体。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其中包括在所述第二晶体管内的半导体膜包括氧化物半导体。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述第二信号包含图像数据。
6.根据权利要求2所述的发光装置，其中所述第二信号包含图像数据。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述第二晶体管的栅电极配置为被施加所述第一信号或所述第二信号。
8.根据权利要求2所述的发光装置，其中所述第二晶体管的栅电极配置为被施加所述第一信号或所述第二信号。
9.一种发光装置的驱动方法，包括：
在切断向像素供应电源电压前，向晶体管的栅电极施加信号来截止所述晶体管，
其中，所述晶体管控制向所述像素中的发光元件供应所述电源电压。
10.一种发光装置的驱动方法，包括：
在向像素提供电源电压的供应前，向晶体管的栅电极施加信号来截止所述晶体管，
其中，所述晶体管控制向所述像素中的发光元件供应所述电源电压。
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