CN1855203B - 半导体装置、显示装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的半导体装置包括数据线、电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路、第三晶体管和发光元件。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的第一接线端与发光元件连接；并且存储电路保持从电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该电势以控制发光元件的发光/不发光。

Description

半导体装置、显示装置和电子设备
技术领域
本发明涉及半导体装置。具体地说，本发明涉及使用晶体管构造的半导体装置。另外，本发明涉及具有该半导体装置的显示装置和具有该显示装置的电子设备。
注意本文中的半导体装置意指可以使用半导体特性工作的所有器件。
背景技术
最近几年，用诸如发光二极管(LED)的发光元件形成每个像素的自发光显示装置正引起人们的注意。作为用于这种自发光显示装置的发光元件，有机发光二极管(也称作OLED(有机发光二极管)、有机EL元件、电致发光(EL)元件等)用于EL显示器正引起人们的注意。因为诸如OLED的发光元件是自发光型的，所以可以提供许多优点，例如与液晶显示器相比确保了像素的高度可视性、不需要背光、实现了高的响应速度等。
自发光显示装置由显示器和用于向显示器输入信号的外围电路构成。通过在显示器的每个像素中布置发光元件并且控制每个发光元件发光/不发光来显示图像。
在显示器的每个像素中，布置薄膜晶体管(下文中称作TFT)。此处，对于为了控制每个像素中发光元件的发光/不发光而在每个像素中布置两个TFTs的像素结构(configuration)进行说明(参见专利文献1)。
图21显示了一种显示器的像素结构。在像素部分2100中，布置数据线(也称作源信号线)S1至Sx、扫描线(也称作栅极信号线)G1至Gy，以及电源线(也称作供电线)V1至Vx。另外，布置x(x是自然数)列和y(y是自然数)行像素。每个像素具有选择晶体管(也称作开关TFT、开关晶体管或SWTFT)2101、驱动晶体管(也称作驱动TFT)2102、保持电容器2103和发光元件2104。
对像素部分2100的驱动方法简要地进行说明。当在选择期选择扫描线时，选择晶体管2101开启并且通过选择晶体管2101将此时的数据线电势写入驱动晶体管2102的栅电极(也称作栅极端子)。在选择期结束后并且至下一个选择期开始的时间中，驱动晶体管2102栅电极的电势被保持在保持电容器2103中。
在图21的结构中，当驱动晶体管2102的栅-源电压绝对值(|Vgs|)和驱动晶体管2102的阈值电压绝对值(|Vth|)间的关系满足|Vgs|＞|Vth|时，驱动晶体管2102开启，并且通过电源线和与发光元件2104连接的对电极(counter electrode)间的电压，电流流入发光元件2104中，因而发光元件2104变成发光状态。同时，当满足|Vgs|＜|Vth|时，驱动晶体管2102关闭，并且没有电压施加到发光元件2104的相反电极上，因而发光元件2104变成不发光状态。
在具有图21结构的像素中，通常使用两种驱动方法来表达灰度级，即模拟灰度级方法和数字灰度级方法。
模拟灰度级方法是通过改变发光元件的亮度来表达灰度级，其对输入到每个像素的信号使用模拟信号。另一方面，数字灰度级方法是利用输入到每个像素的信号，通过仅控制开关元件的开/关而控制发光元件发光/不发光来表达灰度级。
与模拟灰度级方法相比，数字灰度级方法具有几乎不受TFTs特性变化影响，因此可以更精确地表达灰度级的优点。
时间灰度级(time gray scale)方法是数字灰度级方法的一个实例。在时间灰度级方法中，通过控制显示装置每个像素的发光时间来表达灰度级。此外，通过结合如专利文献1中公开的数字时间灰度级方法，除了驱动晶体管和选择晶体管外，在每个像素中还使用擦除晶体管(也称作擦除TFT)，可以实现高分辨的多灰度级显示器。在本说明书中，这种驱动方法被称作SES(同时擦除扫描)驱动。
另外，最近几年，已经公知具有这种像素结构的显示装置：为了降低显示装置的功耗，在显示部分的每个像素中结合存储器(参见专利文献2和专利文献3)。
[专利文献1]日本专利特许公开第2001-343933号
[专利文献2]日本专利特许公开第2002-140034号
[专利文献3]日本专利特许公开第2005-049402号
在上述专利文献1中公开的像素结构中，数据线驱动电路的功耗主要取决于其中缓冲器的充电/放电。功耗P通常使用下面的公式(1)计算，其中F是频率、C是电容并且V是电压。
P＝FCV2(F：频率、C：电容，并且V：电压)......(1)
从公式(1)中，可以看出数据线的电压可取地应通过数据线驱动电路设置为具有小的幅度。因此，设置数据线的电压具有允许驱动晶体管开/关操作的最小幅度。换句话说，可取地设置驱动晶体管的栅-源电压(下文中称作Vgs)的绝对值足够大以肯定能控制驱动晶体管的开/关操作。
在开启选择晶体管的选择时期结束后并且至开启选择晶体管的下一个选择时期开始，在保持电容器中保持要输入像素中的数据线电势。
但是，存在着由于噪声、选择晶体管漏电势等的影响，要施加到驱动晶体管栅极上的在保持电容器中积累的电势可能波动，因此驱动晶体管可能发生故障而不能保持正常开/关状态的问题。
另外，存在着如果为了防止由于驱动晶体管栅极电势的波动而引起的驱动晶体管的故障而增加数据线电压幅度，那么功耗不可取地增加的另外问题。从公式(1)可见数据线驱动电路的功耗增加与电压的平方成正比，因此数据线电压幅度的增加对功耗具有很大的影响。
参照图22对关于传统技术的问题进行更详细地说明。在图22A所示的像素结构中，像素2200具有选择晶体管2201、驱动晶体管2202、保持电容器2203和发光元件2204。注意发光元件用数字信号驱动。另外，选择晶体管是n-沟道晶体管并且驱动晶体管是p-沟道晶体管。
对图22A中的每根电源线的具体电势值进行说明。发光元件2204的对电极2208的电势为GND(下文中，0V)，电源线2207的电势为7V、数据线2206的高电势电平(下文中以H电平、H电势或H表示)为7V、数据线2206的低电势电平(下文中以L电平、L电势或L表示)为0V、扫描线2205的H电势为10V，并且扫描线2205的L电平为0V。
不用说，每根线的电势、各个晶体管的极性等仅是示例性的，因此本发明不局限于此。
图22B表示了当发光元件处于发光或不发光状态时，扫描线、数据线和节点G处的电势时序图。在扫描线2205处于10V时的期间中，选择晶体管2201开启，并且节点G接收数据线2206的电势。因此，数据线2206的电势被保持在保持电容器2203中。如果保持在保持电容器2203中的电势不低于H电势，即7V或以上，驱动晶体管2202的栅极和源极间的电势差变成低于驱动晶体管2202阈值的绝对值，因而驱动晶体管2202关闭并且发光元件2204转变成不发光状态。另一方面，如果保持在保持电容器2203中的电势不高于L电势，即0V或以下，驱动晶体管2202的栅极和源极间的电势差变成高于驱动晶体管2202阈值的绝对值，因而驱动晶体管2202开启并且发光元件2204转变成发光状态。
在此处所示的像素结构中，数据线2206的电势被直接写入节点G。因为从数据线2206供应的节点G的电势控制驱动晶体管2202的开/关，所以数据线2206的H电势需要等于或高于电源线2207的电势，而数据线2206的L电势需要足够高以开启驱动晶体管2202。换句话说，需要施加到发光元件2204上的电压(Vel)和驱动晶体管2202的源漏电压(Vds)间的关系满足Vel＞Vds的条件，对于在线性区操作驱动晶体管2202这是需要的。
但是，由于驱动晶体管2202阈值电压的变化或波动、保持期间外部的噪声、来自如图22B所示的选择晶体管2201的漏电势等，节点G的电势可能发生波动，在此情况下驱动晶体管2202的栅极和源极间的电势差波动，因此驱动晶体管2202可能发生故障而不能保持正常的开/关状态。
因此，具有传统像素结构的半导体装置具有施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声或来自选择晶体管的漏电势而波动，从而引起驱动晶体管故障的问题。此外，即使从数据线供应电势幅度足够大以至能确保驱动晶体管稳定工作的信号，也会引起数据线驱动电路功耗增加的另一个问题。
发明内容
考虑到上述问题，做出本发明，并且为了克服上述问题，本发明提供一种半导体装置、具有该半导体装置的显示装置和具有该显示装置的电子设备。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路、第三晶体管和发光元件。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的第一接线端与发光元件连接；并且存储电路保持从电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制发光元件的发光/不发光。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路和第三晶体管。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；并且存储电路保持从电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制第三晶体管的开/关。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路、第三晶体管和发光元件。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的栅极与存储电路连接，其第一接线端与第二电源线连接，并且其第二接线端与发光元件连接；并且存储电路保持从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制发光元件的发光/不发光。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路和第三晶体管。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的栅极与存储电路连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；并且存储电路保持从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制第三晶体管的开/关。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路、第三晶体管和发光元件。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的第一接线端与发光元件连接；并且存储电路保持通过第一晶体管和第二晶体管从电源线输入的第一电势，或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极施加该第一电势或第二电势，控制发光元件的发光/不发光。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路和第三晶体管。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；并且存储电路保持通过第一晶体管和第二晶体管从电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制第三晶体管的开/关。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路、第三晶体管和发光元件。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的栅极与存储电路连接，其第一接线端与第二电源线连接，并且其第二接线端与发光元件连接；并且存储电路保持通过第一晶体管和第二晶体管从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制发光元件的发光/不发光。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一晶体管、第二晶体管、存储电路和第三晶体管。第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接；存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接；第三晶体管的栅极与存储电路连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；并且存储电路保持通过第一晶体管和第二晶体管从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极供应该第一电势或第二电势，控制第三晶体管的开/关。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一n-沟道晶体管、第二n-沟道晶体管、倒相器电路、第三n-沟道晶体管、第一p-沟道晶体管、第二p-沟道晶体管、第三p-沟道晶体管和发光元件。第一n-沟道晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二n-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一n-沟道晶体管的第二接线端连接，倒相器电路输入端与第二n-沟道晶体管的第二接线端连接；第三n-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第二扫描线连接；第一p-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；第二p-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第一p-沟道晶体管的第二接线端连接；第三p-沟道晶体管的栅极与第二n-沟道晶体管的第二接线端、倒相器电路的输入端、第三n-沟道晶体管的第二接线端和第二p-沟道晶体管的第二接线端连接，其第一接线端与第二电源线连接；并且其第二接线端与发光元件连接。
本发明半导体装置的一个方面包括数据线、第一电源线、第二电源线、第一扫描线、第二扫描线、第一n-沟道晶体管、第二n-沟道晶体管、倒相器电路、第三n-沟道晶体管、第一p-沟道晶体管、第二p-沟道晶体管和第三p-沟道晶体管。第一n-沟道晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；第二n-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接，倒相器电路输入端与第二n-沟道晶体管的第二接线端连接；第三n-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第二扫描线连接；第一p-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；第二p-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第一p-沟道晶体管的第二接线端连接；并且第三p-沟道晶体管的栅极与第二n-沟道晶体管的第二接线端、倒相器电路的输入端、第三n-沟道晶体管的第二接线端和第二p-沟道晶体管的第二接线端连接，并且其第一接线端与第二电源线连接。
本发明的第一电源线的电势可以低于第二电源线的电势。
本发明的第二电源线的电势可以高于输入到数据线的电势。
在本发明中，可以附加提供电容器，其一个电极与第三p-沟道晶体管的栅极连接并且另一个电极与第二电源线连接。
本发明的发光元件可以是显示介质，其对比度通过电磁功能改变，例如EL元件(即有机EL元件、无机EL元件，或者包含有机材料和无机材料的EL元件)或等离子体显示器(PDP)。注意使用这种EL元件的显示装置有EL显示器。
另外，本发明提供了电子设备，例如电视接收机、照相机(摄像机或数字照相机)、眼镜型显示器(goggle display)、导航系统、声音再现装置、计算机、游戏机、移动计算机、移动式电话、移动式游戏机、电子书、或者图像再现装置。
在具有根据本发明的发光元件的半导体装置中，无论发光元件处于发光状态或不发光状态，都向驱动晶体管的栅电极连续供应恒定的电势。因此，与在保持电容器中保持电势的传统像素结构不同，可以实现稳定的操作。
此外，在本发明的半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势。因此，数据线的电势幅度可以设置成很小，因此可以提供显著抑制功耗的半导体装置。
此外，在本发明的半导体装置中，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路对像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据；因此即使在上述情形中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。
另外，通过将本发明应用于显示装置，可以向驱动晶体管的栅极连续且稳定地供应用于选择发光元件处于发光状态或不发光状态的电势。因此，与在保持电容器中保持电势的传统像素结构不同，可以实现稳定的显示操作。
此外，在本发明的显示装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅电极上的开/关电势。因此，数据线的电势幅度可以设置成很小，因此可以提供显著抑制功耗的显示装置。
此外，在本发明的显示装置中，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路对像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据；因此即使在上述情形中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。
此外，在使用本发明半导体装置的电子设备中，无论发光元件处于发光状态或不发光状态，都向驱动晶体管的栅极连续供应恒定的电势。因此，与在保持电容器中保持电势的传统像素结构不同，可以实现稳定的显示操作。因此，可以制造出具有稳定显示工作的产品，从而为客户提供更少缺陷的商品。
此外，在本发明的电子设备中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅电极上的开/关电势。因此，数据线的电势幅度可以设置成很小，因此可以提供显著抑制功耗的电子设备。
此外，在具有本发明显示装置的电子设备中，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路对像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据；因此即使在上述环境中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。
附图说明
附图中：
图1表示根据本发明实施方式的电路图；
图2A和图2B表示本发明的一个实施方式；
图3A和图3B表示本发明的一个实施方式；
图4A和图4B表示本发明的一个实施方式；
图5表示根据本发明实施方案1的电路图；
图6A和图6B表示本发明的实施方案1；
图7A和图7B表示本发明的实施方案1；
图8A和图8B表示本发明的实施方案1；
图9A和图9B表示本发明的实施方案1；
图10表示根据本发明实施方案2的时序图；
图11A表示根据本发明实施方案3的电路图，并且图11B表示其顶视图；
图12表示根据本发明实施方案3的剖视图；
图13A是表示根据本发明实施方案4的结构的顶视图，并且图13B和图13C是其方框图；
图14表示根据本发明实施方案5的电路图；
图15表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图16表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图17A和图17B各表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图18A和图18B各表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图19表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图20A至图20E表示根据本发明实施方案6的电子设备；
图21表示传统像素结构；
图22A和图22B表示传统像素结构中的问题；
图23表示本发明的一个实施方式；及
图24表示本发明的一个实施方式。
具体实施方式
尽管参考附图通过实施方式和实施方案将全面说明本发明，但是应当理解各种变化和修改对于本领域技术人员是明显的。因此，除了另外的这些变化和修改偏离本发明的范围，它们应该被理解为包括在本发明内。注意共同部分或具有共同功能的部分在所有附图中用相同的参考数字表示，因此只对其进行一次说明。
首先，对本发明半导体装置的像素结构及其工作原理进行说明。
图1表示本发明的像素结构。尽管此处只表示了一个像素，但是半导体装置的像素部分实际上具有以多行和多列矩阵排列的多个像素。
像素具有数据晶体管101(也称作第一晶体管)、开关晶体管102(也称作第二晶体管)、存储电路103、驱动晶体管104(也称作第三晶体管)、数据线105、第一电源线106、第二电源线107、第一扫描线108、第二扫描线109、发光元件110和对电极111。
注意在本发明中，像素意指一个其亮度可以控制的图像元素。举例来说，一个像素表示一个表达亮度的彩色元素。因此，在由R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的彩色元素组成的彩色显示装置情况中，图像的最小单元由R像素、G像素和B像素三个像素组成。注意彩色元素不局限于三种颜色，并且可以使用更多的颜色。举例来说，可以使用RGBW(W意指白色)。
数据晶体管101的第一接线端(源极和漏极端之一)与第一电源线106连接、其栅极端与数据线105连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与开关晶体管102的第一接线端(源极和漏极端之一)。另外，开关晶体管102的第一接线端(源极和漏极端之一)与数据晶体管101的第二接线端连接、其栅极端与第一扫描线108连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与存储电路103的输入和输出端以及驱动晶体管104的栅极端连接。另外，存储电路103与晶体管104的栅极端、开关晶体管102的第二接线端和第二扫描线109连接。驱动晶体管104的第一接线端(源极和漏极端之一)与第二电源线107连接、其栅极端与存储电路103的输入和输出端以及开关晶体管102的第二接线端连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与发光元件110的一个电极连接。另外，发光元件110的另一个电极与对电极111连接。
注意在本发明中，连接意指/包括电连接。因此，在本发明公开的结构中，只要其能够电连接，可以在预定的连接间添加其它元件(例如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻或二极管)。
注意设置第一电源线106处于低于第二电源线107的电势Vc。即，满足Vc＜Vdd，其中Vdd是在像素发光期间设置给第二电源线107的标准电势。即，满足|Vth|＜|Vgs|，其中|Vgs|是驱动晶体管104的栅-源电压的绝对值，并且|Vth|是驱动晶体管104阈值电压的绝对值。举例来说，Vc可以等于GND(接地电势)。
注意各种晶体管都可以用作本发明中的晶体管。因此，本发明不局限于特定的晶体管类型。本发明中使用的晶体管可以是使用典型地是无定形硅或多晶硅的非单晶半导体膜的薄膜晶体管(TFT)、使用半导体衬底或SOI衬底形成的MOS晶体管、结型晶体管、双极晶体管、使用如ZnO或a-InGaZnO的化合物半导体的晶体管、使用有机半导体或碳纳米管的晶体管，或者其它晶体管。另外，上面形成晶体管的衬底不局限于特定的类型，并且可以使用各种衬底。因此，可以在单晶衬底、SOI衬底、玻璃衬底、塑料衬底、纸衬底、玻璃纸衬底、石英衬底等上形成晶体管。或者，在衬底上形成晶体管后，可以将晶体管转移到另一种衬底上。
注意只要在数据晶体管101开启期间与设置为低于第二电源线107的电势Vc的导线连接，数据晶体管101的第一接线端可以随意连接。举例来说，可以提供这种结构，使在数据晶体管101开启期间在相邻像素中提供的第二扫描线109设置为电势Vc，以至于可以从第二扫描线107向像素供应电势Vc。
注意发光元件110的对电极(阴极)111设置为低于第二电源线107的电势Vss。即，满足Vss＜Vdd，其中Vdd是在像素发光期间设置给第二电源线107的标准电势。举例来说，Vss可以等于GND(接地电势)。另外，第一电源线106和对电极111可以设置为具有相同的GND电势。
注意输入给驱动晶体管104用于将发光元件110转变成发光状态的信号被称作第一信号，而输入给驱动晶体管104用于将发光元件110转变成不发光状态的信号被称作第二信号。
接下来，参考图2A至4B对图1所示的像素操作方法进行说明。
注意在对图2A至4B的说明中，n-沟道晶体管用于数据晶体管101、n-沟道晶体管用于开关晶体管102、并且p-沟道晶体管用于驱动晶体管104。注意只要晶体管即使当改变与每个晶体管的接线端连接的导线的电势时，也可以实施与本发明各晶体管相同的操作，晶体管的极性没有特别限制。另外，当改变在发光元件中流动的电流方向时，与如上所述改变各晶体管的极性的情况相似，可以适当地设置第二电源线和对电极的电势。
首先，图2A表示本发明像素结构中第一扫描线和第二扫描线处电势的时序图。在本发明的像素结构中，通过提供复位期、选择期和维持期来选择每个像素的发光状态或不发光状态。
在本发明的像素结构中，不输入传统上已经从数据线路输入的用来控制驱动晶体管开/关的信号。因此，需要事先在像素的存储电路中输入复位信号(用于将发光元件转变成不发光状态的信号)。这种事先在像素的存储电路中输入复位信号的时期在本说明书中被称作复位期。
尽管图2A表示了连续实施复位期和选择期中的操作的实施例，但是优选在复位期和选择期间提供富裕时间。通过在复位期和选择期间提供富裕时间，可以将来自数据线的电势输入像素中而不会发生故障。
图2B表示在图1所示的像素结构中，复位期中每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入用于选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3V或0V(下文中，3/0V)、笫一电源线的电势为GND(下文中，0V)、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为H电势(此处，7V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图2B中，将来自第二扫描线的H电势输入存储电路中，然后施加到与该存储电路连接的驱动晶体管的栅极端。然后，驱动晶体管关闭，并且发光元件转变成不发光状态。因此，在该存储电路中保持H电势作为复位信号。
在所述复位期中，第一扫描线处于L电势并且开关晶体管关闭，因此即使当数据线的电势改变以开启/关闭数据晶体管时，存储电路的电势和驱动晶体管的栅极端都不会改变。
注意复位期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管发生故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
图3A表示在图1所示的像素结构中，在选择期中选择发光元件处于发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为H电势(此处，3V)、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为H电势(此处，7V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图3A中，将输入到数据线的H电势输入到数据晶体管的栅极端，从而开启数据晶体管。通过输入到第一扫描线的H电势开启开关晶体管。然后，将第一电源线的电势输入到驱动晶体管的栅极端和存储电路。此时，通过施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差开启驱动晶体管。然后，第二电源线与发光元件电连接，并且向发光元件的相对电极施加电压。因此，电流流入发光元件中，并且发光元件发光。
图3B表示在图1所示的像素结构中，在维持期中控制发光元件保持发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3/0V、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图3B中，在存储电路中保持在上述选择期中从第一电源线输入的要供应给驱动晶体管栅极端的电势，因此它继续被供给驱动晶体管的栅极端。此时，通过施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差开启驱动晶体管。然后，第二电源线与发光元件电连接，并且向发光元件的相对电极施加电压。因此，电流流入发光元件中，并且发光元件保持发光状态。
在保持期中，第一扫描线处于L电势下，并且开关晶体管关闭，因此，即使当数据线的电势改变来开启/关闭数据晶体管时，存储电路的电势和驱动晶体管的栅极端都不会改变。
图4A表示在图1所示的像素结构中，在选择期中选择发光元件处于不发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为L电势(此处，0V)、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为H电势(此处，7V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图4A中，将输入到数据线的L电势输入到数据晶体管的栅极端，从而关闭数据晶体管。通过输入到第一扫描线的H电势开启开关晶体管。因此，不将第一电源线的电势输入到驱动晶体管的栅极端和存储电路，而是继续向驱动晶体管的栅极端供应在上述复位期间已经作为复位信号输入存储电路中的H电势。此时，施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差绝对值变成低于驱动晶体管的阈值电压绝对值，因此驱动晶体管开启。因此，第二电源线不与发光元件电连接，并且没有电流流入发光元件中。因此，发光元件变成不发光状态。
图4B表示在图1所示的像素结构中，在维持期中控制发光元件保持不发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3/0V、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图4B中，在存储电路中保持在上述复位期间已经作为复位信号输入存储电路中的H电势，因此继续将其供给驱动晶体管的栅极端。此时，施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差绝对值变成低于驱动晶体管的阈值电压绝对值，因此驱动晶体管关闭。因此，第二电源线不与发光元件电连接，并且没有电流流入发光元件中。因此，发光元件保持不发光状态。
在该保持期中，第一扫描线处于L电势，并且开关晶体管关闭，因此，即使当数据线的电势被改变以开启/关闭数据晶体管时，存储电路的电势和驱动晶体管的栅极端都不会改变。
注意保持期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管出现故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
注意在上述发光元件保持发光状态或不发光状态的保持期中，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路对像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据；因此即使在上述情形中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。因此，通过使用本发明的半导体装置，都不需要对扫描线驱动电路和数据线驱动电路操作以显示静态图像等，因此期望可以显著降低功耗。
另外，在本实施方式的图1所示的像素结构中，如图23所示，第一电源线106可以与数据线105和第二电源线107平行布置。通过如图23所示与数据线105和第二电源线107平行地布置第一电源线106，在进行行顺序驱动(line sequential drive)的情况中，不对多个列供电。因此，与第一电源线106与第一扫描线108和笫二扫描线109平行布置的情况相比，图23的结构可以抑制由于导线电阻等引起的电压降低。因此，最初的设计具有窄的行宽(line width)。
注意可以结合本说明书中任何其它实施方案自由地实施本实施方式。
[实施方案]
下面说明本发明的实施方案。
[实施方案1]
在本实施方案中，对本发明半导体装置的具体像素结构、及其工作原理进行说明。
首先，参考图5对本发明半导体装置的像素结构进行详细说明。尽管此处只表示了一个像素，但是半导体装置的像素部分实际上具有以多行和多列的矩阵排列的多个像素。
像素包括数据晶体管501、开关晶体管502、具有选择晶体管503和选择晶体管504的倒相器电路INV、保持晶体管505、保持晶体管506、保持晶体管507、驱动晶体管508、数据线509、第一电源线510、第二电源线511、第一扫描线512、第二扫描线513、发光元件514和对电极515。在本实施方案中，倒相器电路INV、保持晶体管505、保持晶体管506、保持晶体管507被统称为存储电路516。注意晶体管501是n-沟道晶体管、开关晶体管502是n-沟道晶体管、保持晶体管505和保持晶体管506是p-沟道晶体管、保持晶体管507是n-沟道晶体管，并且驱动晶体管508是p-沟道晶体管。注意只要它们即使当改变与各晶体管的接线端连接的导线的电势时，也可以实施与本发明各个晶体管相同的操作，则对这些晶体管的极性没有特别限制。
数据晶体管501的第一接线端(源极和漏极端之一)与第一电源线510连接、其栅极端与数据线509连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与开关晶体管502的第一接线端(源极和漏极端之一)。另外，开关晶体管502的第一接线端(源极和漏极端之一)与数据晶体管501的第二接线端连接，其栅极端与第一扫描线512连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与相应于倒相器电路INV的输入端和驱动晶体管508的栅极端的选择晶体管503和504的栅极端连接。倒相器电路INV的输入端与开关晶体管502的第二接线端(源极和漏极端中另一个)和驱动晶体管508的栅极端连接，并且其输出端与保持晶体管506和507的栅极端连接。选择晶体管503的第一接线端(源极和漏极端之一)与第二电源线511连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与选择晶体管504的第一接线端(源极和漏极端之一)连接。选择晶体管504的第一接线端(源极和漏极端之一)与选择晶体管503的第二接线端连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与第一电源线510连接。保持晶体管505的第一接线端(源极和漏极端之一)与第二电源线511连接，其栅极端与第一扫描线512连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与保持晶体管506的第一接线端(源极和漏极端之一)连接。保持晶体管506的第一接线端(源极和漏极端之一)与保持晶体管505的第二接线端连接、保持晶体管506的栅极端与倒相器电路INV的输出端连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与保持晶体管507的第一接线端(源极和漏极端之一)连接。保持晶体管507的第一接线端(源极和漏极端之一)与保持晶体管506的第二接线端连接，其栅极端与倒相器电路INV的输出端连接，并且其第二接线端(源极和漏极端中另一个)与第二扫描线513连接。驱动晶体管508的第一接线端(源极和漏极端之一)与第二电源线511连接，其栅极端与倒相器电路INV的输入端、开关晶体管502的第二接线端、保持晶体管506的第二接线端以及保持晶体管507的第一接线端连接，并且驱动晶体管508的第二接线端(源极和漏极端中另一个)与发光元件514的一个电极连接。发光元件514的另一个电极与对电极515连接。
注意设置第一电源线510为低于第二电源线511的电势Vc。注意满足Vc＜Vdd，其中Vdd是在像素发光期间设置给第二电源线511的标准电势。即，满足|Vth|＜|Vgs|，其中|Vgs|是驱动晶体管508的栅-源电压的绝对值，并且|Vth|是驱动晶体管508阈值电压的绝对值。举例来说，Vc可以等于GND(接地电势)。
注意发光元件514的对电极(阴极)515设置为低于第二电源线511的电势Vss。也注意满足Vss＜Vdd，其中Vdd是在像素发光期间设置给第二电源线511的标准电势。举例来说，Vss可以等于GND(接地电势)。另外，第一电源线510和对电极515可以设置为具有相同的GND电势。
接着，参考图6A至8B对图5所示的像素结构的操作方法进行说明。
图6A和6B表示在本发明的像素结构中第一扫描线和第二扫描线处电势的时序图。在本发明的像素结构中，通过提供复位期、选择期和维持期来选择每个像素的发光状态或不发光状态。
在本发明的像素结构中，不输入传统上已经从数据线路输入的用来控制驱动晶体管开/关的信号。因此，需要事先在像素的存储电路中输入复位信号(用于将发光元件转变成不发光状态的信号)。这种事先在像素的存储电路中输入复位信号的时期在本说明书中被称作复位期。
在图6A中，在复位期前像素处于发光状态的情况下，在复位期从第二扫描线将复位信号输入像素的存储电路中。在本实施方案中，驱动晶体管是p-沟道晶体管，因此复位信号是H信号。不用说，从第二扫描线输入的信号根据驱动晶体管的极性可以是L信号。在复位期后，在向第一扫描线输入H信号的选择期中，选择像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，因而根据在维持期中选择的信号，像素中的发光元件发光或不发光。
在复位期前像素处于不发光状态的情况下，在复位期不仅不须从第二扫描线向像素的存储电路中输入复位信号，而且可以从像素已经处于不发光状态的前一不发光期中连续输入，如图6B所示。
尽管图6A和6B表示了连续实施复位期和选择期中的操作的实施例，但是可以在复位期和选择期间提供富裕时间。通过在复位期和选择期间提供富裕时间，可以将从数据线输入的电势输入像素中而不会发生故障。
图7A和图7B示意性表示了在图6A和图6B中的复位期中来自第二扫描线的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3/0V、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为H电势(此处，7V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
图7A表示在复位期前的维持期像素处于发光状态的情况中每个晶体管的开/关。在发光状态中，向驱动晶体管的栅极端(例如节点A)施加L电势。然后，开启驱动晶体管，并且控制存储电路中的每个晶体管开启/关闭，从而保持驱动晶体管的开启状态，即保持L电势。
在图7A中，当保持晶体管507开启时，将来自第二扫描线的H电势输入到保持晶体管507的第二接线端，从而节点A处于H电势。当节点A处于H电势时，将H电势输入到倒相器电路INV的输入端，并且对节点B输出L电势。通过节点B处的L电势，保持晶体管506开启并且保持晶体管507关闭。然后，再次从保持晶体管507的第二接线端通过保持晶体管505向节点A施加第二电源线的电势，即H电势，从而通过存储电路516确定地固定节点A的电势。
图7B表示在复位期前的维持期像素处于不发光状态的情况中每个晶体管的开/关。在不发光状态中，向驱动晶体管的栅极端(例如节点A)施加H电势。然后，关闭驱动晶体管，并且控制存储电路中的各晶体管开启/关闭，从而保持驱动晶体管的关闭状态，即保持H电势。
图7B中的不发光状态满足图7A复位期中电势的条件，因此如图6B所示不是特别需要提供复位期。不用说，可以从第二扫描线向存储电路的保持晶体管507输入H电势。此时，发光元件已经处于不发光状态，并且每个晶体管的开启/关闭不改变。因此，存储电路保持H电势作为复位信号。
图8A表示在图5所示的像素结构中，在选择期中选择发光元件处于发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为H电势(此处，3V)、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为H电势(此处，7V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图8A中，将输入到数据线的H电势输入到数据晶体管的栅极端，从而开启数据晶体管。通过输入到第一扫描线的H电势开启开关晶体管。然后，将第一电源线的电势输入到驱动晶体管的栅极端和存储电路。此时，通过施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差开启驱动晶体管。然后，第二电源线与发光元件电连接，并且向发光元件的对电极施加电压。因此，电流流入发光元件中，并且发光元件发光。
注意选择期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管出现故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
图8B表示在图5所示的像素结构中，在维持期中控制发光元件保持发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3/0V、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图8B中，在存储电路中保持在上述选择期中从第一电源线输入的要供应给驱动晶体管栅极端的电势，因此它继续被供给驱动晶体管的栅极端。此时，通过施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差开启驱动晶体管。然后，第二电源线与发光元件电连接，并且向发光元件的对电极施加电压。因此，电流流入发光元件中，并且发光元件保持发光状态。
在存储电路中，节点A的L电势被输入到倒相器电路的输入端，并且在节点B处电势被倒相成H电势。当H电势被输入到节点B时，保持晶体管506关闭并且保持晶体管507开启。因此，从第二扫描线向保持晶体管507第二接线端供给的L电势变成存储电路的输出电势，因此驱动晶体管保持开启状态。
在该保持期中，第一扫描线处于L电势下，并且开关晶体管关闭，因此，即使当数据线的电势改变来开启/关闭数据晶体管时，存储电路的电势和驱动晶体管的栅极端都不会改变。
注意选择期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管出现故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
图9A表示在图5所示的像素结构中，在选择期中选择发光元件处于不发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为L电势(此处，0V)、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为H电势(此处，7V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图9A中，将输入到数据线的L电势输入到数据晶体管的栅极端，从而关闭数据晶体管。通过输入到第一扫描线的H电势开启开关晶体管。因此，不将第一电源线的电势输入到驱动晶体管的栅极端和存储电路。另外，因为第一扫描线的电势是H电势，所以保持晶体管505关闭。因此，因为来自存储电路516的输出变成浮动状态，所以向驱动晶体管的栅极端施加在上述复位期已经作为复位信号输入存储电路中的H电势。此时，施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差绝对值变成低于驱动晶体管的阈值电压绝对值，因此驱动晶体管关闭。因而，第二电源线不与发光元件电连接，并且没有电流流入发光元件中。因此，发光元件变成不发光状态。
注意选择期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管出现故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
此时，存储电路中的保持晶体管503关闭，因此存储电路的输出电势没有固定，因而驱动晶体管栅极端的电势瞬间变成浮动状态。因此，优选设置短选择期。另外，电容器可以与驱动晶体管的栅极端连接。通过提供电容器，可以提供驱动晶体管的电势泄漏。
图9B表示在图5所示的像素结构中，在维持期中控制发光元件保持不发光状态的情况下，每个晶体管的开/关和每根导线的电势。注意虚线箭头示意性地表示了被输入以选择发光元件发光/不发光的电势的输入途径。每根电源线的具体电势值设置如下：数据线的电势为3/0V、第一电源线的电势为0V、第二电源线的电势为7V、发光元件对电极的电势为0V、第一扫描线的电势为L电势(此处，0V)，并且第二扫描线的电势为L电势(此处，0V)。注意此处所示的每根导线的具体电势值只是个例子，因此本发明不局限于此。每根导线的电势只需要为能够对每个晶体管进行开/关操作的电势。
在图9B中，在存储电路中保持在上述选择期间已经作为复位信号输入存储电路中的H电势，因此将其继续供给驱动晶体管的栅极端。此时，施加在驱动晶体管栅极和源极间的电势差绝对值变成低于驱动晶体管的阈值电压绝对值，因此驱动晶体管关闭。因此，第二电源线不与发光元件电连接，并且没有电流流入发光元件中。因此，发光元件保持不发光状态。
在存储电路中，节点A的H电势被输入到倒相器电路的输入端，并且在节点B处电势被倒相成L电势。当L电势被输入到节点B时，保持晶体管506开启并且保持晶体管507关闭。此时，因为第一扫描处于L电势，所以保持晶体管503开启。因此，从第二扫描线向保持晶体管506第一接线端供给的H电势变成存储电路的输出电势，因此驱动晶体管保持关闭状态。
在该保持期中，第一扫描线处于L电势下，并且开关晶体管关闭，因此，即使当数据线的电势被改变以开启/关闭数据晶体管时，存储电路的电势和驱动晶体管的栅极端都不会改变。
注意保持期中驱动晶体管栅极端的电势被保持在存储电路中。因此，与使用保持电容器的像素结构不同，很少出现关于驱动晶体管出现故障的问题，当施加到驱动晶体管栅极上的电势由于噪声、开关晶体管的漏电势等而波动时会引起这些问题。
注意在上述发光元件保持发光状态或不发光状态的保持期中，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路对像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据；因此即使在上述情形中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。因此，通过使用本发明的半导体装置，不需要操作扫描线驱动电路和数据线驱动电路以显示静态图像等，因此期望可以显著降低功耗。
另外，在本实施方案的图5所示的像素结构中，如图24所示，第一电源线510可以与数据线509和第二电源线511平行布置。通过如图24所示与数据线509和第二电源线511平行布置第一电源线510，在进行行顺序驱动的情况中，不对多个列供电。因此，与第一电源线510与第一扫描线512和第二扫描线513平行布置的情况相比，图24的结构可以抑制由于导线电阻等引起的电压降。因此，最初的设计可以具有窄的行宽。
注意可以结合任何上述实施方案和其它实施方案自由地实施本实施方式。
[实施方案2]
在本实施方案中，对于在实施方案1中描述的本发明半导体装置中通过时间灰度级方法表达灰度级的灰度级表达方法进行说明。
通过SES(同时擦除扫描)驱动来操作本发明的半导体装置。为了通过时间灰度级方法实现多灰度级显示器，需要按常规使用擦除TFT。在本发明中，因为在每个选择期前提供了复位期，所以不需要附加提供这种擦除晶体管。
图10表示通过时间灰度级方法表达灰度级的实例。图10是为获得3-位灰度级的时序图，其中对于各个位提供复位期Tr1至Tr3、地址(写入)期Ta1至Ta3和维持(发光)期Ts1至Ts3，以及擦除期Te1。
在本实施方案的擦除期中，进行实施方案1复位期中的操作。即，通过向存储电路新输入用来保持不发光状态的信号，进行例如重写保持用来保持发光状态的信号的存储电路的操作。
复位期和地址(写入)期每个对应于向一个图像屏幕的像素输入视频信号所需的时期，因此复位期和地址(写入)期各对于每位分别具有相等的长度。相反，每个维持(发光)期具有前一时期长度的平方(例如1∶2∶4∶......∶2(n-1))。在图10的实施例中，要表达3位灰度级，因此每个维持(发光)期的长度满足比例1∶2∶4。
为了防止在维持(发光)期短的情况中，当前的子帧(sub-frame)中的地址(写入)期与下一个子帧中的地址期重叠，最初提供擦除期，在此情况中将同时选择不同的栅极信号线。
可以结合任何上述实施方案和其它实施方案自由实施本实施方案。
[实施方案3]
参考附图，对本发明发光装置的顶视图、电路图和剖视图进行说明。更具体地说，参考图11A至图12，对包括数据晶体管、驱动晶体管和发光元件的发光装置的顶视图、电路图和剖视图进行说明。
图11A是本发明半导体装置的顶视图，并且图11B是图11A顶视图的电路图。如图11A和图11B所示，根据需要将电容器与驱动晶体管的栅极端连接。在图11B中，G1是第一扫描线、G2是第二扫描线、GND是第一电源线、COM是第二电源线，并且DATA是数据线。注意在图11A和11B中，参考数字1至8各表示相应的晶体管。
图12表示在GND和数据晶体管间以及驱动晶体管和发光元件间区域中相应于图11A顶视图的剖视图。下面对叠层结构进行说明。
玻璃衬底、石英衬底、不锈钢衬底等可以用作具有绝缘表面的衬底1201或者，可以使用由柔性合成树脂，如以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或丙烯酸为代表的塑料形成的衬底。
首先，在衬底1201上方形成基础膜。基础膜可以是由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成的绝缘膜。然后，在该基础膜上方形成无定形半导体膜。形成厚度为25至100纳米的无定形半导体膜。另外，无定形半导体膜不仅可以使用硅而且可以使用硅锗来形成。随后，根据需要使无定形半导体膜结晶，从而形成结晶半导体膜1202。可以使用加热炉、激光照射、用从灯中发出的光照射，或者它们的组合的进行结晶。举例来说，在将金属元素添加入无定形半导体膜后，用加热炉对其施用热处理，形成结晶的半导体膜。按照这种方式，因为可以在低温下进行结晶，所以优选添加金属元素。
注意各种晶体管都可以用作本发明中的晶体管。因此，本发明不局限于某种晶体管。本发明中使用的晶体管可以是使用以无定形硅或多晶硅为代表的非单晶半导体膜的薄膜晶体管(TFT)、使用半导体衬底或SOI衬底形成的MOS晶体管、结型晶体管、双极晶体管、使用例如ZnO或a-InGaZnO的化合物半导体的晶体管、使用有机半导体或碳纳米管的晶体管，或者其它晶体管。另外，上面形成晶体管的衬底不局限于特定的类型，并且可以使用各种衬底。因此，可以在单晶衬底、SOI衬底、玻璃衬底、塑料衬底、纸衬底、玻璃纸衬底、石英衬底等上形成晶体管。或者，在衬底上形成晶体管后，可以将晶体管转移到另一种衬底上。
注意由结晶半导体形成的薄膜晶体管(TFT)比由无定形半导体形成的TFT具有更高的电子场效应迁移率，因而具有大的导通电流，因此更适合于半导体装置。
然后，将结晶半导体膜1202图案化形成预定的形状。然后，形成绝缘膜作为栅绝缘膜。形成10至150纳米厚的绝缘膜以覆盖半导体膜。举例来说，绝缘膜可以通过使用氧氮化硅膜、氧化硅膜等来形成，并且可以形成为具有单层结构或者叠层结构。
然后，在栅绝缘膜上方形成导电膜用作栅电极。尽管栅电极可以形成为单层或者叠层，但是此处通过堆叠导电膜来形成栅电极。导电膜1203A和1203B每个均由使用选自Ta、W、Ti、Mo、Al或Cu中的元素，或者包含这种元素作为主要组分的合金材料或化合物材料来形成。在本实施方案中，导电膜1203A由10至50纳米厚的氮化钽膜形成，并且导电膜1203B由200至400纳米厚的钨膜形成。
接下来，用栅电极作为掩模添加杂质元素，从而形成杂质区。此时，除了高浓度杂质区外，还可以形成低浓度杂质区。低浓度杂质区被称作LDD(轻掺杂的漏极)区。
接下来，形成绝缘膜1204和1205，以作为层间绝缘膜1206。绝缘膜1204优选是含氮绝缘膜，并且此处通过等离子体CVD使用100纳米作为厚的氮化硅膜来形成。绝缘膜1205优选使用有机材料或无机材料来形成。有机材料有聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、苯并环丁烯和硅氧烷。硅氧烷由硅(Si)氧(O)键形成的骨架组成，其取代基包括至少含有氢的有机基团(例如烷基或芳香烃)。或者，可以使用氟基团作为该取代基，或者可以使用氟基团和至少包含氢的有机基团作为该取代基。无机材料有包含氧或氮的绝缘膜，例如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiOxNy)(x＞y)或氮氧化硅(SiNxOy)(x＞y)(其中x和y分别是自然数)。注意尽管由有机材料形成的膜具有有利的平面性，但是湿气和氧气会不可取地吸入有机材料中。为了防止这一点，优选在由有机材料形成的绝缘膜上方形成包含无机材料的绝缘膜。
接下来，在层间绝缘膜1206中形成接触孔后，形成导电膜1207用作晶体管的源极和漏极线。导电膜1207通过使用选自铝(Al)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)或硅(Si)中的元素来形成，或者是包含这些元素的合金膜。在本实施方案中，堆叠钽膜、氮化钛膜、钛-铝合金膜和钛膜作为导电膜1207。
然后，在导电膜1207上方形成绝缘膜1208。绝缘膜1208可以使用对层间绝缘膜1206示例的材料来形成。然后，在绝缘膜1208中提供的开口中形成像素电极(也称作第一电极)1209。开口优选被形成为具有略圆的边缘表面并具有多重曲率半径，从而增加像素电极1209的台阶覆盖度。
优选使用具有高功函(4.0eV或以上)的导电材料，例如金属、合金、导电化合物，或其混合物来形成像素电极1209。作为导电材料的具体实例，有包含氧化钨的氧化铟(IWO)、包含氧化钨的氧化铟锌(IWZO)、包含氧化钛的氧化铟(ITiO)、包含氧化钛的氧化铟锡(ITTiO)等。不用说，也可以使用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、用氧化硅掺杂的氧化铟锡(ITSO)等。
说明上述导电材料的示例性组成比。包含氧化钨的氧化铟的组成比为：氧化钨为1.0％重量并且氧化铟为99.0％重量。包含氧化钨的氧化铟锌的组成比为：氧化钨为1.0％重量、氧化锌为0.5％重量，并且氧化铟为98.5％重量。包含氧化钛的氧化铟的组成比为：氧化钛为1.0％至5.0％重量并且氧化铟为99.0至95.0％重量。氧化铟锡的组成比为：氧化锡为10.0％重量并且氧化铟为90.0％重量。氧化铟锌的组成比为：氧化锌为10.7％重量并且氧化铟为89.3％重量。包含氧化钛的氧化铟锡的组成比为：氧化钛为5.0％重量、氧化锡为10.0％重量，并且氧化铟为85.0％重量。上述组成比只是些实例，因此可以适当地设置这些组成比。
接下来，通过蒸气沉积或者喷墨沉积形成电致发光层1210。电致发光层1210包含有机材料或无机材料，并且通过适当地结合电子注入层(EIL)、电子传输层(ETL)、发光层(EML)、空穴传输层(HTL)、空穴注入层(HIL)等来形成。注意每层之间的界限不必是清晰的，可以有形成各层的材料彼此部分混合，使界面不清晰的情况。
注意优选使用具有不同功能的多层，例如空穴注入/传输层、发光层和电子注入/传输层来形成电致发光层。
注意空穴注入/传输层优选通过使用具有空穴传输性质的有机化合物材料和相对该有机化合物材料来说具有接受电子性质的无机化合物材料的复合材料来形成。通过提供这种结构，在本身具有很少载流子的有机化合物中产生许多空穴载流子，因而可以获得极其优异的空穴注入/传输性质。在这种作用下，可以比传统的器件降低驱动电压。此外，因为可以形成厚的空穴注入/传输层而不会增加驱动电压，所以可以抑制源于灰尘等的发光元件的短路。
具有空穴传输性质的有机化合物有铜酞菁(缩写：CuPc)、钒氧酞菁(缩写：VOPc)、4，4’，4”-三(N，N-二苯氨基)三苯胺(缩写：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯氨基]三苯胺(缩写：MTDATA)、1，3，5-三[N，N-二(间-甲苯基)氨基]苯(缩写：m-MTDAB)、N，N’-二苯基-N，N-双(3-甲基苯基)-1，1-联苯基-4，4-二胺(缩写：TPD)、4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯氨基]联苯(NPB)、4，4’-双[N-[4-{N，N-双(3-甲基苯基)氨基}苯基]-N-苯氨基]联苯(缩写：DNTPD)、4，4’，4”-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写：TCTA)等等。注意本发明不局限于这些化合物。
注意具有接受电子性质的无机化合物材料有氧化钛、氧化锆、氧化钒、氧化钼、氧化钨、氧化铼、氧化钌、氧化锌等。特别是因为氧化钒、氧化钼、氧化钨或氧化铼在真空下容易蒸气沉积，所以优选使用这些材料。
注意使用具有电子传输性质的有机化合物材料形成电子注入/传输层。具体地说，有三(8-羟基喹啉)铝(缩写：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(缩写：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基酚)铝(缩写：BAlp)、双[2-(2’-羟基苯基)苯并噁唑]锌(缩写：Zn(BOX)2)、双[2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑]锌(缩写：Zn(BTZ)2)、红菲咯啉(缩写：BPhen)、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(缩写：BCP)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑(缩写：PBD)、1，3-双[5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、2，2’，2”-(1，3，5-三价苯基)-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写：TPBI)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、3-(4-联苯基)-4-(4-乙苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，2，4-三唑(缩写：p-EtTAZ)等。注意本发明不局限于这些化合物。
可以使用下面的化合物形成发光层：9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、9，10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写：t-BuDNA)、4，4’-双(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写：DPVBi)、香豆素30、香豆素6、香豆素545、香豆素545T、二萘嵌苯、红荧烯、periflanthene、2，5，8，11-四(叔丁基)二萘嵌苯(缩写：TBP)、9，10-二苯基蒽(缩写：DPA)、5，12-二苯基并四苯(缩写：DPT)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(缩写：DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛里定基(julolidyl))乙炔基-4H-吡喃(缩写：DCM2)、4-(二氰基亚甲基)-2，6-双[对-(二甲氨基)苯乙烯基)-4H-吡喃(缩写：BisDCM)等。或者，可以使用如下能发出磷光的化合物：双[2-(4’，6’-二氟苯基)吡啶-N，C2’]铱(甲基吡啶盐)(缩写：FIr(pic))、双[2-(3’，5’-双(三氟甲基)苯基)吡啶-N，C2’]铱(甲基吡啶盐)(缩写：Ir(CF3ppy)2(pic))、三(2-苯基吡啶-N，C2’)铱(缩写：Ir(ppy)3)、双[(2-苯基吡啶-N，C2’]铱(乙酰丙酮盐)(缩写：Ir(ppy)2(acac))、双[2-(2’-噻吩基)吡啶-N，C3’]铱(乙酰丙酮盐)(缩写：Ir(thp)2(acac))、双(2-苯基喹啉-N，C2’]铱(乙酰丙酮盐)(缩写：Ir(pq)2(acac))、或者双[2-(2’-苯并噻吩基)吡啶-N，C3’]铱(乙酰丙酮盐)(缩写：Ir(btp)2(acac))。
此外，使用包括金属配合物的单线态激发发光材料以及三线态激发发光材料来形成发光层。举例来说，在用于发红光、发绿光和发蓝光的发光像素中，使用三线态激发发光材料形成亮度半衰期较短的发红光的发光像素，而使用单线态激发发光材料形成其它的发光像素。三线态激发发光材料具有高的发光效率，这在获得相同亮度需要较低功耗方面是有利的。即，当对于发红光的像素施用三线态激发发光材料时，可以抑制流向发光元件的电流量，导致可靠性提高。从节能角度来看，使用三线态激发发光材料形成发红光和发绿光的发光像素，而使用单线态激发发光材料形成发蓝光的发光像素。当使用三线态激发发光材料形成人眼高度可见的发绿光的发光元件时，可以实现更低的功耗。
作为发光层的结构，在进行颜色显示的每个像素中形成具有不同发射光谱的发光层。典型地，形成相应于R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)各种颜色的发光层。在此情况下，通过采用在像素发光面上提供用于传播在发射光谱范围内光的滤光器的结构，可以提高色纯度并且防止像素部分的镜状表面(眩光)。通过提供该滤光器，可以省略照惯例需要的圆形偏振板等，这会恢复从发光层发射的光的损失。此外，可以降低当倾斜地看像素部分(显示屏)时看到的色调变化。
再或者，可以使用高分子化合物，例如聚对苯撑乙炔和聚对苯撑、聚噻吩或聚芴的电致发光材料来形成发光层。
在任何情况中，只要能实现发光元件的功能，可以改变电致发光层的层结构，并且可以出现不提供特殊的空穴或电子注入/传输层或发光层，而代替提供可选的电极层用作这些层，或者在层中分散发光材料的情况。
另外，可以在密封衬底上形成滤色片(着色层)。可以通过蒸气沉积或液滴释放(droplet discharge)方法形成这种滤色片(着色层)。采滤色片(着色层)，可以进行高分辨显示。这是因为提供滤色片(着色层)可以将RGB每种发射光谱的宽峰校正为尖峰。
另外，通过形成具有单种颜色的发光材料并且结合发光材料和滤色片或颜色转化层，可以进行全色显示。举例来说，可以在第二种衬底(密封衬底)上形成这种滤色片(着色层)或颜色转化层，然后附加到基础衬底上。
然后，通过溅射或蒸气沉积形成对电极(也称作第二电极)1211。像素电极1209和对电极1211之一用作阳极而另一个用作阴极。
优选使用具有低功函(3.8eV或更低)的材料，例如金属、合金、导电化合物，或者它们的混合物作为阴极材料。阴极材料的具体实例有属于周期表1或2族的金属，即诸如Li或Cs的碱金属、例如Mg、Ca或Sr的碱土金属、包含这些金属的合金(Mg:Al或Al:Li)、包含这些金属的化合物(LiF、CsF或氟化钙)、或者包含稀土金属的过渡金属。注意因为阴极需要透光，所以上述金属或合金形成得很薄，并且在其上面堆叠例如ITO的金属(包括合金)。
然后，提供由氮化硅或DLC(类金刚碳)形成的保护膜以覆盖对电极1211。通过上述步骤，完成本发明的发光装置。
可以结合任何上述实施方式和其它实施方案自由实施本实施方案。
[实施方案4]
在本实施方案中，参考图13A至图13C对显示装置的结构进行说明。
在图13A中，在衬底1307上方形成矩阵排列多个像素1301的像素部分1302。在像素部分1302的外围，形成信号线驱动电路1303、第一扫描线驱动电路1304和第二扫描线驱动电路1305。这些驱动电路通过FPC1306从外部供应信号。
图13B表示第一扫描线驱动电路1304和第二扫描线驱动电路1305中每个的结构。第一扫描线驱动电路1304和1305中每个具有移位寄存器1314和缓冲器1315。图13C表示信号线驱动电路1303的结构。信号线驱动电路1303具有移位寄存器1311、第一锁存电路1312、第二锁存电路1313和缓冲器1217。
注意扫描线驱动电路和信号线驱动电路不局限于上述情况，并且举例来说可以提供采样电路、电平移动器等。另外，除了上述驱动电路外，与像素部分1302一起在衬底1307上方形成CPU、控制器和其它电路。因此，可以减少连接的外部电路(ICs)的数量，并且可以实现重量和厚度的进一步降低。因此，可以更有效地将显示装置运用于便携式终端等。
注意在本说明书中，其中连接了FPC并且EL元件用于发光元件的例如图13A中所示面板的显示装置被称为EL模块。
可以结合任何上述实施方式和其它实施方案自由实施本实施方案。
[实施方案5]
在本实施方案中，对于为了降低由于周围温度的变化和随着时间的退化引起的发光元件电流值的波动效应而校正第二电源线电势的方法进行说明。
发光元件具有其电阻值(内电阻值)根据周围温度的变化而变化的特性。具体地说，假定室温是正常温度，当周围温度变得高于正常温度时，发光元件的电阻值降低，而当周围温度变得低于正常温度时，发光元件的电阻值升高。因此，当周围温度变高时，发光元件中流动的电流增加，因此其亮度变得高于预定水平。另一方面，当周围温度变低时，即使在施加相同电压的情况下，发光元件中流动的电流也会降低，因此其亮度变得低于预定水平。另外，发光元件具有其中流动的电流值随着时间退化而降低的另一个特性。特别是当总的发光期和不发光期已经积累时，发光元件的电阻值随着退化而增加。因此，当总的发光期和不发光期已经积累时，即使在施加相同电压的情况下，发光元件中流动的电流值也会降低，因此其亮度变得低于预定水平。
由于上述发光元件的内在特性，当周围温度变化时亮度改变，或者随着时间引起退化。在本实施方案中，通过使用本发明的第二电源线电势进行校正，可以抑制由于周围温度的变化和随着时间的退化而引起的发光元件电流值的波动效应。
图14表示了电路结构。图14中所示的像素与图5中的像素具有相同的组件。因此，此处省略了与图5中相同结构的说明。在图14中，在图5中所示的第二电源线1401和对电极1404间连接驱动晶体管1403和发光元件1402。电流从第二电源线1401流向对电极1404。发光元件1402发出亮度相应于其中电流流动量的光。
如果在这种像素结构中固定第二电源线1401的电势和对电极1404，在电流连续流入发光元件1402时发光元件1402的特性退化。另外，在周围温度变化时，发光元件1402的特性也会降低。
特别地，如果电流连续流入发光元件1402，其电压-电流特性漂移。即，发光元件1402的电阻值增加，并且即使在施加相同电压下，其中流动的电流值也会降低。另外，即使当相同的电流量注入发光元件1402时，发光效率降低并且亮度变低。作为温度特性，当周围温度变低时，发光元件1402的电压-电流特性漂移，因此发光元件1402的电阻值增加。
因此，通过使用监控电路校正上述随着时间退化和根据周围温度变化而特性变化的效应。在本实施方案中，调节第二电源线1401电势来校正随时间发光元件1402的退化及根据周围温度的变化其特性的变化。
因此，对监控电路的结构进行说明。在第一监控电源线1406和第二监控电源线1407间连接监控电流源1408和监控发光元件1409。监控发光元件1409和监控电流源1408的连接节点与用来输出监控发光元件1409电压的采样电路1410的输入端连接。采样电路1410的输出端与第二电源线1401连接。因此，通过采样电路1410的输出控制第二电源线1401的电势。
接下来，说明监控电路的操作。首先，在控制发光元件1402以发出相应于最高灰度级的光的情况中，监控电流源1408向发光元件1402供应预定值的电流。此时的电流值由Imax表示。
然后，向监控发光元件1409的两个电极供应流动电流Imax所需的电压。即使监控发光元件1409的电压-电流特性根据随时间的退化或者周围温度的变化而变化，施加到监控发光元件1409的两个电极上的电压改变而因此具有最佳值。因此，可以校正监控发光元件1409的变化效应(随时间退化、周围温度的变化等)。
施加到监控发光元件1409上的电压被输入到采样电路1410的输入端。采样电路1410的输出端与连接用于电源电路的电源线1412的电源电路1411连接。
电源电路1411根据从采样电路1410的输出端到第二电源线1401的电势而供应电势。即，通过监控电路1410来校正第二电源线1401的电势，从而校正发光元件1402随时间的退化和根据周围温度变化的特性变化。
注意采样电路1410可以是能够根据输入到监控发光元件1409的电流而采样并保持电压的任何电路。举例来说，使用例如MOS晶体管和电容器的开关元件来对输入的电压采样。
电源电路1411可以是任何能够输出输入电压的电路。举例来说，可以使用运算放大器、双极晶体管或MOS晶体管，或者其组合来构建该电路。
注意优选通过与像素中发光元件1402相同的制造方法并且与其同时在同一衬底上形成监控发光元件1409。这是因为如果监控发光元件和像素中发光元件之间存在特性差异，则不能进行精确的校正。
注意存在不经常向像素中发光元件1402供应电流的时期，因此如果连续地向监控发光元件1409供应电流，监控发光元件1409会以更快的速度退化。因此，从采样电路1410输出的电势相应于施加最高程度校正的电势。因此，可以根据像素中发光元件的实际退化水平来进行校正。举例来说，如果整个像素的平均发光率为30％，仅在相应于30％亮度的时期向监控发光元件1409施加电流。此时，出现不向监控发光元件1409施加电流的时期，但是需要从采样电路1410的输出端连续供应电压。为了实现这一点，可以与采样电路1410的输入端连接电容器，以保持已经向监控发光元件1409供应电流时的电势。
注意当根据最高灰度级操作监控电路时，输出接受最高程度校正的电势，这会使像素中屏幕灼烧(由于像素中退化水平的变化而亮度不匀)不太显著。因此，可取地根据最高灰度级操作监控电路。
在本实施方案中，更优选在线性区操作驱动晶体管1403。通过在线性区操作驱动晶体管1403，它可以粗略地作为开关而工作。因此，可以减小驱动晶体管1403由于随时间退化或者周围温度变化的特性变化效应。仅在线性区操作驱动晶体管1403的情况中，通常按数字方式控制向发光元件1404的电流供应。在此情况下，优选结合时间灰度级方法、面积灰度级方法等以实现多灰度级显示。
可以结合任何上述实施方式和其它实施方案自由实施本实施方案。
[实施方案6]
作为具有本发明半导体装置的电子设备有电视接收机、相机(例如摄像机或数字照相机)、眼镜型显示器、导航系统、声音再现装置(例如汽车声频装置)、计算机、游戏机、便携式信息终端(例如移动计算机、移动式电话、移动式游戏机或电子书)、具备记录介质的图像再现装置(具体地说再现例如数字通用碟(DVD)的记录介质并具有显示该再现图像的显示部分的装置)等。这种电子设备具体的实例显示在图15、图16、图17A、图17B、图18A、图18B、图19和图20A至图20E中。
图15显示了通过结合显示板5001和电路板5011构建的EL模块。在电路板5011上方形成控制电路5012、信号分路电路5013等，这些组件通过导线5014与显示板5001连接。
显示板5001具有提供了多个像素的像素部分5002、扫描驱动电路5003和向选择的像素供应视频信号的信号线驱动电路5004。注意在制造EL模块的情况中，可以使用上述实施方案制造构成像素部分5002中像素的半导体装置。另外，可以使用根据上述实施方案形成的TFTs制造例如扫描线驱动电路5003和信号线驱动电路5004的控制驱动电路部分。按照这种方式，完成图15中所示的EL模块电视机。
图16是表示EL电视接收机主体结构的方框图。调谐器5101接收视频信号和声频信号。通过视频信号放大电路5102、用于将来自5102的输出信号转化成与红、绿和蓝各种颜色相应的彩色信号的视频信号处理电路5103，以及转化将被输入驱动IC中的视频信号的控制电路5012来处理视频信号，控制电路5012向扫描线侧和信号线侧输出信号。当进行数字驱动时，在信号线侧提供信号分路电路5013，从而将输入的数字信号分成要供应给显示板5001的m路信号。
在调谐器5101处接收的信号中，声频信号被传送到声频信号放大电路5105中，并且通过声频信号处理电路5106向扬声器5107供应其输出。控制电路5108在接收站(接收频率)接收控制数据和来自输出部分5109的音量，并且将该信号传送给调谐器5101和声频信号处理电路5106。
如图17A所示，通过将EL模块结合入外壳5201中完成电视接收机。由EL模块形成显示屏5202。另外，适当地提供扬声器5203、操作开关5204等。
图17B显示了其显示器是无线且便携式的电视接收机。外壳5212与电池和信号接收器结合，并且电池驱动显示部分5213和扬声器部分5217。电池可以用电池充电器5210重复充电。另外，电池充电器5210可以传送/接收视频信号，并且向显示器的信号接收器传送视频信号。用操作键5216控制外壳5212。图17B显示的装置还可以通过操作操作键5216将来自外壳5212的信号传送给电池充电器5210，因此它也可以被称作视频/声频两用通讯装置。另外，通过操作操作键5216该装置还可以进行其它电子设备的通讯控制，将来自外壳5212的信号传送给电池充电器5210并进一步通过控制另一个电子设备接收电池充电器5210传送的信号，因此该装置还可以被称作通用遥控装置。本发明可以运用于显示部分5213。
通过将本发明的半导体装置运用于图15、图16、图17A和图17B显示的电视接收机，无论显示部分的像素中发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以制造出更稳定工作的产品，因此可以给客户提供更少缺陷的商品。
此外，通过将本发明的半导体装置运用于图15、图16、图17A和图17B显示的电视接收机，可以从数据线单独设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度，并且可以提供显著抑制功耗的半导体装置。因此，可以给客户提供显著抑制功耗的商品。
不用说，本发明不局限于电视接收机，并且可以运用于许多对象，如个人计算机的监视器、火车站或机场的信息显示板，或者例如街道上的广告显示板的大面积广告显示介质。
图18A显示了通过结合显示板5301和印刷线路板5302构建的模块。显示板5301具有提供了多个像素5303的像素部分5303、第一扫描线驱动电路5304、第二扫描线驱动电路5305和向选择的像素供应视频信号的信号线驱动电路5306。
印刷线路板5302配备控制器5307、中央处理单元(CPU)5308、存储器5309、电源电路5310、声频处理电路5311、传送/接收电路5312等。印刷线路板5302和显示板5301通过柔性印刷线路板(FPC)5313连接。印刷线路板5313可以配备电容器、缓冲电路等以防止噪声对电源电压或信号的干扰，并且还可以防止暗信号(dull signal)上升。另外，可以通过COG(玻璃上芯片)焊接在显示板5301上安装控制器5307、声频处理电路5311、存储器5309、CPU 5308、电源电路5310等。通过COG焊接，可以减少印刷线路板5302的规模。
通过在印刷线路板5302上提供的接口(I/F)部分5314输入/输出各种控制信号。另外，在印刷线路板5302上提供天线端口5315，用来向天线传送/从天线接收信号。
图18B是图18A中显示的模块的方框图。该模块包括VRAM5316、DRAM 5317、闪存5318等作为存储器5309。VRAM 5316存储要在显示板上显示的图像数据、DRAM 5317存储图像数据或声频数据，并且闪存5318存储各种程序。
电源电路5310供电来操作显示板5301、控制器5307、CPU 5308、声频处理电路5311、存储器5309和传送/接收电路5312。根据显示板的规格，电源电路5310可配备有电流源。
CPU 5308包括控制信号产生电路5320、译码器5321、寄存器5322、算术电路5323、RAM 5324、用于CPU 5308的接口5319等。通过接口5319输入CPU 5308的各种信号在被输入算术电路5323、译码器5321中前被一度存储在寄存器5322中。算术电路5323基于输入的信号进行操作，并且指定发送各种指令的地址。另一方面，对输入到译码器5321的信号译码，并且输入到控制信号产生电路5320。控制信号产生电路5320基于输入的信号产生包含各种指令的信号，并且将其传送到在算术电路5323，具体地说例如存储器5309、传送/接收电路5312、声频处理电路5311、控制器5207等中指定的地址。
存储器5309、传送/接收电路5312、声频处理电路5311、控制器5207根据各自接收的指令操作。下面简要地说明这种操作。
从输入装置5325中输入的信号通过I/F部分5314被传送到安装在印刷线路板5302上的CPU 5308。控制信号产生电路5320根据从例如定点装置和键盘的输入装置5325中传送的信号将存储在VRAM5316中的图像数据转化成预定的格式，然后将数据传送给控制器5307。
控制器5307根据显示板的规格处理包含从CPU 5308传送的图像数据的信号，然后将信号提供给显示板5301。另外，控制器5307基于从电源电路5310输入的电源电压和从CPU 5308输入的各种信号产生Hsync信号、Vsync信号、时钟信号CLK、AC电压(AC Cont)和开关信号L/R，并且将其供给显示板5301。
传送/接收电路5312处理已经在天线5328处作为电磁波传送/接收的信号，并且具体地说包括高频电路，例如隔离器、带通滤波器、VCO(电压控制振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器和平衡-不平衡变换器。在向传送/接收电路5312传送/从其接收的信号中，根据CPU5308的指令将包含声频数据传送到声频处理电路5311。
根据CPU 5308的指令传送和包含声频数据和信号在声频处理电路5311中被解调成声频信号，然后传送到扬声器5327。从麦克风5326传送的声频信号在声频处理电路5311中被调制，然后根据CPU 5308的指令传送到传送/接收电路5312。
控制器5307、CPU 5308、电源电路5310、声频处理电路5311和存储器5309可以集成为本实施方案的封装件。除了高频电路，例如隔离器、带通滤波器、VCO(电压控制振荡器)、LPF(低通滤波器)、耦合器和平衡-不平衡变换器以外，本实施方案可以运用于许多电路。
图19显示了包括图18A和图18B中所示模块的便携式电话的一种方式。显示板5301可以以可连接/可分离的方式结合入外壳5330中。外壳5330的形状和尺寸可以根据显示板5301的尺寸适当地改变。要固定显示板5301的外壳5330被安装入印刷板5331中，从而组装成模块。
显示板5301通过FPC 5313与印刷板5331连接。在印刷板5331上形成扬声器5332、麦克风5333、传送/接收电路5334，以及包括CPU的信号处理电路5335、控制器等。将该模块与输入装置5336、电池5337和天线5340结合，然后结合入外壳5339中。布置显示板5301的像素部分，使之可以从在外壳5339中形成的开口窗中看见。
根据本实施方案的便携式电话可以根据功能或应用被改变成各种方式。举例来说，可以提供多个显示板，并且外壳可以被适当地分成多个单元，从而能够用铰链折叠/展开便携式电话。
在图19的便携式电话中，显示板5301由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示面板5301具有相似的功能，所以便携式电话可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现外壳5339尺寸和重量的降低。因为根据本发明的便携式电话可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性改善的产品。
图20A是包括外壳6001、底座6002、显示部分6003等的电视机。在该电视机中，显示部分6003由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示部分6003具有相似的功能，所以该电视机可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现外壳6001尺寸和重量的降低。因为根据本发明的电视机可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性增加的产品。
图20B是包括主体6101、外壳6102、显示部分6103、键盘6104、外部连接端口6105、定点鼠标6106等的计算机。在该计算机中，显示部分6103由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示部分6103具有相似的功能，所以该计算机可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现主体6101和外壳6102尺寸和重量的降低。因为根据本发明的计算机可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性增加的产品。
图20C是包括主体6201、显示部分6202、开关6203、操作键6204、IR端口6205等的便携式计算机。在该便携式计算机中，显示部分6202由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示部分6202具有相似的功能，所以该便携式计算机可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现主体6201尺寸和重量的降低。因为根据本发明的便携式计算机可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性增加的产品。
图20D是包括外壳6301、显示部分6302、扬声器部分6303、操作键6304、记录介质插槽6305等的便携式游戏机。在该便携式游戏机中，显示部分6302由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示部分6302具有相似的功能，所以该便携式游戏机可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现外壳6301尺寸和重量的降低。因为根据本发明的便携式游戏机可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性增加的产品。
图20E是包括主体6401、外壳6402、显示部分A6403、显示部分B6404、记录介质(例如DVD)读出部分6405、操作键6406、扬声器部分6407等并且配备记录介质的便携式图像再现装置(具体地说DVD再现装置)。显示部分A6403主要显示图像数据，并且显示部分B6404主要显示文本数据。在该便携式图像再现装置中，显示部分A6403和显示部分B6404中每个都由在实施方式中描述的半导体装置中的像素矩阵排列构成。在该半导体装置中，可以与数据线的电势分开设置施加到驱动晶体管栅极上的开/关电势，并且无论像素中的发光元件处于发光状态或不发光状态，都可以向驱动晶体管的栅极端连续供应恒定的电势。因此，可以设置小的数据线电势幅度以降低功耗，并且与在保持电容器中保持电势的传统像素结构相比，可以进行更稳定的操作。因为由这种半导体装置构成的显示部分A6403和显示部分B6404中每个都具有相似的功能，所以该便携式图像再现装置可以实现低的功耗和稳定的显示操作。在这种特性下，可以显著降低电源电路的数量或规模以降低缺陷显示，因此可以实现主体6401和外壳6402尺寸和重量的降低。因为根据本发明的便携式图像再现装置可以实现功耗和重量的降低，所以可以给客户提供便携性增加的产品。
根据尺寸、强度或应用，不仅可以使用玻璃衬底而且可以使用耐热塑料衬底来形成在这些电子设备中使用的显示装置。因此，可以实现重量的进一步降低。
注意在用于上述电子设备的每种显示部分中，提供在实施方式中所示的半导体装置。因此，即使当停止从布置在像素部分外围的扫描线驱动电路和数据线驱动电路向像素部分每个像素中的存储电路供应信号时，也可以保持直至刚停止信号供应前已经供应的信号数据，因此即使在上述环境中，发光元件也可以保持发光状态或不发光状态。。因此，通过使用本发明的半导体装置，扫描线驱动电路和数据线驱动电路都不需要操作来显示静态图像等，因此期望可以显著降低功耗。因此，可以向客户提供即使在显示静态图像时也能降低功耗的产品。
注意在本实施方案中显示的实施例只是示例性的，因此本发明不局限于这种应用。
可以结合任何上述实施方式和其它实施方案自由实施本实施方案。
本发明基于日本专利局2005年4月19日递交的日本优先权申请第2005-121730号，该专利全部内容引入本文作参考。

Claims (28)

1.一种半导体装置，包括
数据线；
第一电源线；
第二电源线；
第一扫描线；
第二扫描线；
第一晶体管；
第二晶体管；
存储电路；
第三晶体管；和
发光元件，
其中所述第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接，
其中所述第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接，
其中所述存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接，
其中所述第三晶体管的栅极与存储电路连接，其第一接线端与第二电源线连接，并且其第二接线端与发光元件连接，并且
其中所述存储电路保持从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极施加该第一电势或第二电势，以控制发光元件的发光/不发光。
2.根据权利要求1的半导体装置，其中所述存储电路保持通过所述第一晶体管和第二晶体管从第一电源线输入的第一电势。
3.根据权利要求1的半导体装置，其中所述第一晶体管和第二晶体管是n-沟道晶体管，并且所述第三晶体管是p-沟道晶体管。
4.根据权利要求1的半导体装置，其中所述第一电源线的电势低于第二电源线的电势。
5.根据权利要求1的半导体装置，其中所述第二电源线的电势高于输入到数据线的电势。
6.根据权利要求1的半导体装置，其中所述发光元件是有机EL元件、无机EL元件，或者包含有机材料和无机材料的EL元件。
7.一种具有根据权利要求1的半导体装置的显示装置。
8.一种具有根据权利要求7的显示装置的电子设备。
9.一种半导体装置，包括
数据线；
第一电源线；
第二电源线；
第一扫描线；
第二扫描线；
第一晶体管；
第二晶体管；
存储电路；和
第三晶体管，
其中所述第一晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接，
其中所述第二晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一晶体管的第二接线端连接，
其中所述存储电路与第二晶体管的第二接线端和第二扫描线连接，
其中所述第三晶体管的栅极与存储电路连接，并且其第一接线端与第二电源线连接，并且
其中所述存储电路保持从第一电源线输入的第一电势或者从第二扫描线输入的第二电势，并且向第三晶体管的栅极施加该第一电势或第二电势，以控制第三晶体管的开/关。
10.根据权利要求9的半导体装置，其中所述存储电路保持通过所述第一晶体管和第二晶体管从第一电源线输入的第一电势。
11.根据权利要求9的半导体装置，其中所述第一晶体管和第二晶体管是n-沟道晶体管，并且所述第三晶体管是p-沟道晶体管。
12.根据权利要求9的半导体装置，其中所述第一电源线的电势低于第二电源线的电势。
13.根据权利要求9的半导体装置，其中所述第二电源线的电势高于输入到数据线的电势。
14.一种具有根据权利要求9的半导体装置的显示装置。
15.一种具有根据权利要求14的显示装置的电子设备。
16.一种半导体装置，包括
数据线；
第一电源线；
第二电源线；
第一扫描线；
第二扫描线；
第一n-沟道晶体管；
第二n-沟道晶体管；
倒相器电路；
第三n-沟道晶体管；
第一p-沟道晶体管；
第二p-沟道晶体管；
第三p-沟道晶体管；和
发光元件，
其中所述第一n-沟道晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；
其中所述第二n-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一n-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述倒相器电路输入端与第二n-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述第三n-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第二扫描线连接；
其中所述第一p-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；
其中所述第二p-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第一p-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述第三p-沟道晶体管的栅极与第二n-沟道晶体管的第二接线端、倒相器电路的输入端、第三n-沟道晶体管的第二接线端和第二p-沟道晶体管的第二接线端连接，所述第三p-沟道晶体管的第一接线端与第二电源线连接；并且所述第三p-沟道晶体管的第二接线端与发光元件连接。
17.根据权利要求16的半导体装置，其进一步包含电容器，电容器的一个电极与所述第三p-沟道晶体管的栅极连接，并且其另一个电极与第二电源线连接。
18.根据权利要求16的半导体装置，其中所述第一电源线的电势低于第二电源线的电势。
19.根据权利要求16的半导体装置，其中所述第二电源线的电势高于输入到数据线的电势。
20.根据权利要求16的半导体装置，其中所述发光元件是有机EL元件、无机EL元件，或者包含有机材料和无机材料的EL元件。
21.一种具有根据权利要求16的半导体装置的显示装置。
22.一种具有根据权利要求21的显示装置的电子设备。
23.一种半导体装置，包括
数据线；
第一电源线；
第二电源线；
第一扫描线；
第二扫描线；
第一n-沟道晶体管；
第二n-沟道晶体管；
倒相器电路；
第三n-沟道晶体管；
第一p-沟道晶体管；
第二p-沟道晶体管；和
第三p-沟道晶体管，
其中所述第一n-沟道晶体管的栅极与数据线连接，并且其第一接线端与第一电源线连接；
其中所述第二n-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第一n-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述倒相器电路输入端与第二n-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述第三n-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第二扫描线连接；
其中所述第一p-沟道晶体管的栅极与第一扫描线连接，并且其第一接线端与第二电源线连接；
其中所述第二p-沟道晶体管的栅极与倒相器电路的输出端连接，并且其第一接线端与第一p-沟道晶体管的第二接线端连接；
其中所述第三p-沟道晶体管的栅极与第二n-沟道晶体管的第二接线端、倒相器电路的输入端、第三n-沟道晶体管的第二接线端和第二p-沟道晶体管的第二接线端连接，并且所述第三p-沟道晶体管的接线端与第二电源线连接。
24.根据权利要求23的半导体装置，其进一步包含电容器，电容器的一个电极与所述第三p-沟道晶体管的栅极连接，并且其另一个电极与第二电源线连接。
25.根据权利要求23的半导体装置，其中所述第一电源线的电势低于第二电源线的电势。
26.根据权利要求23的半导体装置，其中所述第二电源线的电势高于输入到数据线的电势。
27.一种具有根据权利要求23的半导体装置的显示装置。
28.一种具有根据权利要求27的显示装置的电子设备。
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