TWI603307B - 半導體裝置，顯示裝置，和電子裝置 - Google Patents

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Description

半導體裝置，顯示裝置，和電子裝置
本發明係關於一種半導體裝置以及顯示裝置，該半導體裝置具有使用電晶體控制向負載供應的電流的功能，該顯示裝置包括由其亮度根據訊號而改變的電流驅動顯示元件形成的像素、以及驅動該像素的訊號線驅動電路或掃描線驅動電路。本發明還關於其驅動方法。此外，本發明還關於在其顯示部分具有該顯示裝置的電子裝置。
近年來，將電致發光(EL)等的發光元件用於像素的自發光顯示裝置，即所謂的發光裝置引人注目。作為用於這種自發光顯示裝置的發光元件，有機發光二極體(OLED)和EL元件引人注目，並且已經應用於EL顯示器等。由於這些發光元件自身發光，所以它們的像素的可見度比液晶顯示器好，因而不需要背光。此外，它們具有回應速度快等優點。注意，在很多情況下，發光元件的亮度由流過發光元件的電流值控制。
另外，正在展開對在每個像素中提供有控制發光元件 的發光的電晶體的主動矩陣顯示裝置的開發。主動矩陣型顯示裝置被期望著能實用化，因為不僅它實現了被動矩陣型顯示裝置難以實現的高清晰度和大螢幕的顯示，而且它在比被動矩陣顯示裝置耗電量更低的情況下工作。
圖50中顯示現有的主動矩陣型顯示裝置的像素結構(參見專利文獻1)。圖50中所示的像素具有薄膜電晶體(TFT)11、TFT 12、電容器13、以及發光元件14，且連接到訊號線15及掃描線16。注意，電源電位Vdd供應給TFT 12的源極電極或汲極電極、以及電容器13的一個電極，且接地電位供應給發光元件14的相對電極。
此時，當將非晶矽用於控制供應給發光元件14的電流值的TFT 12的半導體層，即驅動TFT的半導體層時，會由於劣化等造成臨界電壓(Vth)的改變。在此情況下，儘管藉由訊號線15向不同的像素施加相同的電位，在每個像素中流過發光元件14的電流卻不同，並且顯示亮度根據像素變得不均勻。注意，在將多晶矽用於驅動TFT的半導體層的情況下，電晶體的特性也會劣化或發生不均勻性。
專利文獻2中提出了使用圖51的像素的工作方法，以便改善上述問題。圖51中所示的像素包括電晶體21、控制向發光元件24供應的電流值的驅動電晶體22、電容器23和發光元件24，並且該像素連接到訊號線25和掃描線26。注意，驅動電晶體22是NMOS電晶體，對驅動電晶體22的源極電極或汲極電極供應接地電位，並且對 發光元件24的相對電極供應Vca。
圖52中顯示上述像素工作的時序圖。在圖52中，將一個框周期分成初始化周期31、臨界電壓(Vth)寫入周期32、資料寫入周期33、以及發光周期34。注意，一個框周期相當於顯示一個畫面的影像的周期，並且將初始化周期、臨界電壓(Vth)寫入周期及資料寫入周期統稱為位址周期。
首先，在臨界電壓寫入周期32中，將驅動電晶體22的臨界電壓寫入到電容器23中。之後，在資料寫入周期33中，將表示像素亮度的資料電壓(Vdata)寫入到電容器23中，以在電容器23中累積Vdata+Vth。然後，在發光周期34中，藉由使驅動電晶體22導通(ON)來使Vca改變，從而使發光元件24在由資料電壓指定的亮度下發光。這種工作降低了由驅動電晶體22的臨界電壓的改變導致的亮度的不均勻性。
專利文獻3也公開了對驅動TFT的臨界電壓加上資料電位的電壓相當於驅動TFT的閘極-源極電壓，並且即使在TFT的臨界電壓改變時，流過發光元件的電流也不會改變的方案。
[專利文獻1]日本專利申請公開第8-234683號
[專利文獻2]日本專利申請公開第2004-295131號
[專利文獻3]日本專利申請公開第2004-280059號
在上述的顯示裝置中，要求抑制由驅動TFT的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性。
在專利文獻2及3所記載的任一種工作方法中，藉由在每個框周期中多次改變Vca的電位來進行上述的初始化、臨界電壓的寫入和發光。在專利文獻2及3所記載的像素中，由於被提供了Vca的發光元件的一個電極、即相對電極形成在整個像素區域中，所以如果即使除了初始化及臨界電壓的寫入以外，只有一個像素還進行資料寫入工作，發光元件就不能發光。因此，如圖53所示，發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)降低。
由於占空比低需要對發光元件或驅動電晶體流過大電流值，所以供應給發光元件的電壓和耗電量增大。另外，發光元件或驅動電晶體變得容易劣化，因此產生螢幕的影像燒傷，並且為了獲得與劣化前相等的亮度而需要更大的功率。
此外，因為相對電極與所有像素連接，所以發光元件起著大電容的元件的作用。因此，為了改變相對電極的電位而需要更高的耗電量。
鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種耗電量低且亮度高的顯示裝置。此外，本發明的目的還在於製作出與資料電位所指定的亮度之間的偏差小的像素結構、半導體裝置、以及顯示裝置。注意，本發明的範圍不局限於具有發光元件的顯示裝置，且本發明的目的在於抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性。
本發明的顯示裝置具有在控制流向由電流控制的負載(發光元件等的顯示媒體)的電流的電晶體的閘極和源極之間設有電容部的像素結構，該電容部能夠保持相當於該電晶體的臨界電壓的電位和對應於輸入給該電晶體的視頻訊號的電位的合計的電位。藉由在該電容部保持相當於該電晶體的臨界電壓的電位和對應於視頻訊號的電位的合計的電位，可以抑制由電流控制電晶體的特性的不均勻性而導致的電流的改變，即影像品質的失真。注意，電流的供應藉由使該電晶體的汲極電位改變來進行。
此外，當對像素輸入對應於視頻訊號的電位(寫入周期)時，藉由使該電晶體處於非導通狀態或截斷其電流通路，可以抑制由從該電晶體供應的電流導致的電容器的電壓的改變。
本發明的顯示裝置具有控制電流的電晶體和被供應由該電晶體控制的電流的負載，該負載不局限於以電致發光(EL)元件(有機EL元件、無機EL元件、或包含有機物及無機物的EL元件)為代表的發光元件，而可以使用藉由流過電流而改變亮度、色調、偏振等的顯示媒體。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，其具有包括電晶體、第一開關、第二開關和第三開關的像素，其中，該電晶體的源極電極及汲極電極之一電連接到像素電極，並且藉由該第三開關電連接到第二佈線；該電晶體的源極電極及汲極電極的另一個藉由該第一開關電連接到第一佈線；該電晶體的閘極電極藉由該第二開關電連接到該 第一佈線，且對該閘極電極輸入根據灰度的訊號。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，其具有電晶體、儲存電容器、第一開關、第二開關、第三開關和第四開關，其中，該電晶體的源極電極及汲極電極之一與像素電極電連接，並且藉由該第三開關與第二佈線電連接；該電晶體的源極電極及汲極電極的另一個電連接到第一佈線；該電晶體的閘極電極藉由該第四開關及該第二開關與該第一佈線電連接，並藉由該第四開關及該第一開關與第三佈線電連接，並且藉由該第四開關及該儲存電容器與該電晶體的源極電極及汲極電極之一電連接。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，其具有電晶體、儲存電容器、第一開關、第二開關、第三開關和第四開關，其中，該電晶體的源極電極及汲極電極之一與像素電極電連接，並且藉由該第三開關與第二佈線電連接；該電晶體的源極電極及汲極電極的另一個電連接到第一佈線；該電晶體的閘極電極藉由該第二開關與該第一佈線電連接，並藉由該第四開關及該第一開關與第三佈線電連接，並且藉由該第四開關及該儲存電容器與該電晶體的源極電極及汲極電極之一電連接。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，其具有電晶體、儲存電容器、第一開關、第二開關、第三開關和第四開關，其中，該電晶體的源極電極及汲極電極之一與像素電極電連接且藉由該第三開關與第二佈線電連接；該電晶體的源極電極及汲極電極的另一個藉由該第四開關電連 接到第一佈線；該電晶體的閘極電極藉由該第二開關與該第一佈線電連接且藉由該第一開關與第三佈線電連接，並且藉由該儲存電容器與該電晶體的源極電極及汲極電極之一電連接。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，其具有電晶體、儲存電容器、第一開關、第二開關、第三開關和第四開關，其中，該電晶體的源極電極及汲極電極之一藉由該第四開關與像素電極電連接，並且藉由該第四開關及該第三開關與第二佈線電連接；該電晶體的源極電極及汲極電極的另一個電連接到第一佈線；該電晶體的閘極電極藉由該第二開關與該第一佈線電連接，並藉由該第一開關與第三佈線電連接，並且藉由該儲存電容器及該第四開關與該電晶體的源極電極及汲極電極之一電連接。
該第二佈線也可以與控制該第三開關的佈線相同。
該第二佈線還可以是控制先前列或後續列的第一至第四開關的任一個掃描線。
該電晶體還可以是N通道型電晶體。另外，該電晶體的半導體層還可以由非晶半導體膜構成。另外，該電晶體的半導體層還可以由非晶矽形成。
此外，該電晶體的半導體層還可以由晶體半導體膜構成。
在上述發明中，輸入到該第一佈線的電位為V1和V2兩個值之一，只當該第一至該第三開關處於非導通狀態且該第四開關處於導通狀態時，電位成為V2，V1是比輸入 到該第二佈線的電位高的電位，其差異大於該電晶體的臨界電壓，並且V2高於V1。
另外，該電晶體還可以是P通道型電晶體。在此情況下，在上述發明中，輸入到該第一佈線的電位為V1和V2兩個值之一，只當該第一至該第三開關處於非導通狀態且該第四開關處於導通狀態時，電位成為V2，V1是比輸入到該第二佈線的電位低的電位，其差異大於該電晶體臨界電壓的絕對值，並且V2低於V1。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，包括：其源極電極及汲極電極之一電連接到第一佈線並且其源極電極及汲極電極的另一個電連接到第二佈線的電晶體；保持該電晶體的閘極-源極電壓的電容器；藉由向該儲存電容器的一個電極施加輸入到該第一佈線的第一電位並且向該儲存電容器的另一個電極施加輸入到該第二佈線的第二電位而將第一電壓保持在該儲存電容器中的單元；將該儲存電容器的電壓放電至第二電壓的單元；向該儲存電容器的一個電極施加對該第一電位加上第三電壓而獲得的電位並且將該第二電壓和第四電壓的合計的第五電壓保持在該儲存電容器中的單元；以及藉由向該第一佈線輸入與該第一電位不同的第三電位而向負載供應由該電晶體設定的電流的單元，其中該第三電壓係資料電壓Vdata，且 該第四電壓係一電壓界定為。
本發明的技術方案之一是一種半導體裝置，包括：其源極電極及汲極電極之一電連接到第一佈線並且其源極電 極及汲極電極的另一個電連接到第二佈線的電晶體；保持該電晶體的閘極-源極電壓的電容器；藉由向該儲存電容器的一個電極施加輸入到該第一佈線的第一電位並且向該儲存電容器的另一個電極施加輸入到該第二佈線的第二電位而將第一電壓保持在該儲存電容器中的單元；將該儲存電容器的電壓放電至該電晶體的臨界電壓的單元；向該儲存電容器的一個電極施加對該第一電位加上第二電壓而獲得的電位並且將該電晶體的臨界電壓和第三電壓的合計的第四電壓保持在該儲存電容器中的單元；以及藉由向該第一佈線輸入與該第一電位不同的第三電位而向負載供應由該電晶體設定的電流的單元，其中該第二電壓係資料電壓 Vdata，且該第三電壓係一電壓界定為。
該電晶體還可以是N通道型電晶體。另外，該電晶體的半導體層還可以由非晶半導體膜形成。另外，該電晶體的半導體層還可以由非晶矽形成。
此外，該電晶體的半導體層還可以由晶體半導體膜形成。
在上述發明中，該第一電位是高於該第二電位的電位，其差異大於該電晶體的臨界電壓，並且該第一電位低於該第三電位。
此外，該電晶體還可以是P通道型電晶體。在此情況下，該第一電位是低於該第二電位的電位，其差異大於該電晶體的臨界電壓的絕對值，並且該第一電位高於該第三電位。
此外，本發明的技術方案之一是一種具有上述半導體裝置的顯示裝置。另外，本發明還提供了在其顯示部具有該顯示裝置的電子裝置。
注意，本說明書中所示的開關可以使用各種方式的開關，作為其一例，有電開關和機械開關等。換句話說，只要它可以控制電流的流動就可以，而沒有特別限制。例如，開關可以是電晶體、二極體(PN二極體、PIN二極體、肖特基二極體、二極體連接的電晶體等)或者組合了它們的邏輯電路。在使用電晶體作為開關的情況下，該電晶體作為簡單的開關工作，所以電晶體的極性(導電類型)沒有特別限制。但是，最好使用具有截止電流小的極性的電晶體。作為截止電流小的電晶體，存在著具有LDD區的電晶體或具有多閘極結構的電晶體等。另外，作為開關工作的電晶體在處於其源極電極的電位接近低電位側電源(Vss、GND或0V等)的狀態的情況下，最好使用N通道型電晶體，而電晶體在處於其源極電極的電位接近高電位側電源(Vdd等)的狀態的情況下，最好使用P通道型電晶體。這是因為，由於可以增加閘極-源極電壓的絕對值，從而電晶體容易作為開關工作的緣故。注意，開關可以是使用N通道型電晶體和P通道型電晶體雙方的CMOS開關。當使用CMOS開關時，對各種輸入電壓容易控制輸出電壓，所以可以進行適當的工作。
注意，本發明中的“連接”和“電連接”是同義的。因此，在本發明提出的結構中，不僅具有預定的連接關係， 而且可以在它們之間設置能夠實現電連接的其他元件(例如，開關、電晶體、電容器、電感器、電阻元件或二極體等)。不言而喻，也可以在中間沒夾有其他元件而設置，“電連接”包括直接連接的情況。
注意，負載不局限於如上所述的以電致發光(EL)元件為代表的發光元件，可以使用藉由流過電流而改變其亮度、色調、偏振等的顯示媒體。作為這種顯示媒體，例如，可以使用電子發射元件、液晶元件、電子墨水、光柵光閥(GLV)、電漿顯示器(PDP)或數位微鏡裝置(DMD)等藉由磁作用而改變其對比度的顯示媒體。此外，還可以將碳奈米管用於電子發射元件。注意，可以舉出EL顯示器作為使用EL元件的顯示裝置，並且可以舉出場致發射顯示器(FED)或SED平板顯示器(SED：表面傳導電子發射顯示器)等作為使用電子發射元件的顯示裝置。另外，可以舉出液晶顯示器、透過型液晶顯示器、半透過型液晶顯示器或反射型液晶顯示器作為使用液晶元件的顯示裝置，並且可以給出電子紙作為使用電子墨水的顯示裝置。
注意，電晶體是具有包括閘極電極、汲區和源區的至少三個端子的元件，並且在汲區和源區之間具有通道形成區。這裏，由於源區和汲區根據電晶體的結構和工作條件等改變，所以不容易正確地限定源區或汲區的範圍。於是，當說明電晶體的連接關係時，對於汲區和源區的兩個端子而言，將連接到這些區域的電極之一稱作第一電極且 將另一個稱作第二電極來說明。
在本發明中，對電晶體可以使用各種方式的電晶體，其種類沒有特別限制。由此，可以使用如下電晶體：使用以非晶矽或多晶矽為代表的非單晶半導體膜的薄膜電晶體(TFT)、使用半導體基板或SOI基板形成的電晶體、MOS電晶體、接面型電晶體、雙極電晶體、使用ZnO或a-InGaZnO等化合物半導體的電晶體、使用有機半導體或碳奈米管的電晶體、或者其他電晶體。另外，配置有電晶體的基板的種類也不局限於特定的種類，而可以使用各種各樣的基板。例如，可以將電晶體配置在單晶基板、SOI基板、玻璃基板、塑膠基板、紙基板、玻璃紙基板、石英基板、石材基板、不銹鋼基板、具有不銹鋼箔的基板等上。此外，還可以在某個基板上形成電晶體之後將該電晶體移動到另一個基板上，來將電晶體配置在另一個基板上。
注意，如上所述，本發明的電晶體可以是任意類型的電晶體並且可以形成在任意基板上。因此，所有電路都可以在玻璃基板、塑膠基板、單晶基板、SOI基板或任意其他類型的基板上形成。藉由形成所有的電路，而可以減少部件數量以降低成本，並且藉由減少與電路部件的連接數量，而可以提高可靠性。或者，也可以將電路的一部分形成在某個基板上，並且將電路的另一部分形成在另一個基板上。換句話說，所有電路不一定需要形成在相同的基板上。例如，也可以在玻璃基板上使用電晶體形成電路的一 部分，而在單晶基板等上形成電路的另一部分，並且藉由COG(玻璃上載晶片)將該IC晶片配置在玻璃基板上。或者，還可以將該IC晶片藉由使用TAB(載帶式自動鍵合)或印刷基板連接到玻璃基板上。像這樣，藉由將電路的一部分形成在相同的基板上，而可以減少構件數量以降低成本，並且藉由減少與電路構件的連接數量，而可以提高可靠性。此外，因為驅動電壓高的部分或驅動頻率高的部分耗電量增大，所以只要將這些部分不形成在相同的基板上，就可以防止耗電量的提高。
注意，電晶體的結構不局限於特定結構，而可以採用各種各樣的方式。例如，還可以採用閘極電極的數量為兩個或更多個的多閘極結構。藉由採用這種結構，可以降低截止電流，提高電晶體的耐壓性來改善可靠性，並且減少當在飽和區工作時與汲極-源極電壓的變化一起產生的汲極-源極之間流過的電流的變化。此外，也可以採用在通道之上和之下配置閘極電極的結構。藉由採用在通道之上和之下配置閘極電極的結構，通道區增大，所以可以增加電流值，並且容易產生耗盡層，從而減少S值。此外，也可以採用在通道上配置閘極電極的結構、在通道下配置閘極電極的結構、交錯結構、反交錯結構、將通道區分成多個區域的結構、並聯連接、以及串聯連接。此外，源極電極或汲極電極還可以與通道(或其一部分)重疊。藉由採用源極電極或汲極電極與通道(或其一部分)重疊的結構，可以防止在通道的一部分聚集電荷而其工作變得不穩 定。此外，也可以具有LDD(輕摻雜汲)區。藉由設置LDD區，可以降低截止電流，提高電晶體的耐壓性來改善可靠性，並且具有當在飽和區工作時，即使汲極-源極電壓改變，汲極-源極電流也基本不改變的特性。
注意，在本發明中，一個像素是能夠控制亮度的一個要素。例如，一個像素顯示一個顏色要素並且由一個顏色要素表現亮度。因此，在由R(紅)、G(綠)和B(藍)的顏色要素構成的彩色顯示裝置的情況下，影像的最小單位由R的像素、G的像素和B的像素三個像素構成。注意，顏色要素不局限於三種顏色，也可以是更多種，例如有RGBW(W為白色)或者對RGB加上黃色、藍綠色或品紅色的顏色要素。此外，作為另一個例子，在使用多個區域控制一個顏色要素的亮度的情況下，將一個區域作為一個像素。例如，當進行面積灰度時，一個顏色要素具有多個控制其亮度的區域，並且由其整體表現灰度，而將控制亮度的一個區域作為一個像素。在此情況下，一個顏色要素由多個像素構成。此時，在有的情況下對顯示有貢獻的區域的大小根據像素而不同。此外，也可以藉由使供應給構成一個顏色要素的多個像素的訊號略有不同，以擴大視角。
注意，在本說明書中，半導體裝置是指具有包括半導體元件(電晶體或二極體等)的電路的裝置。此外，也可以是藉由利用半導體特性而能夠工作的所有裝置。另外，顯示裝置不僅包括在基板上形成有包括負載的多個像素以 及用於驅動這些像素的週邊驅動電路的顯示面板的主體，而且包括具有撓性印刷電路(FPC)或印刷線路板(PWB)的顯示面板。
在本發明中，“在某個物體之上形成”或“在......上形成”，即“......之上”或“......上”不局限於在某個物體之上直接接觸的情況。它們還包括沒有直接接觸的情況，即中間夾有別的物體的情況。因此，例如當“在層A之上(或在層A上)形成層B”時，包括在層A之上直接接觸地形成層B的情況；和在層A之上形成有別的層(例如層C或層D等)，並且在其上形成層B的情況。此外，“在......的上方”也是同樣的，其不局限於在某個物體上直接接觸的情況，還包括中間夾有別的物體的情況。因此，例如當“在層A的上方形成層B”時，包括在層A上直接接觸地形成層B的情況；和在層A上形成有別的層(例如層C或層D等)，並且在其上形成層B的情況。注意，“在......之下”或“在......的下方”也同樣地包括直接接觸的情況和沒有接觸的情況。
根據本發明，可以抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向如發光元件等的負載供應所需電流。特別是當使用發光元件作為負載時，可以提供亮度的不均勻性小並且發光周期在一個框周期中所占的比例高的顯示裝置。
11‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
12‧‧‧TFT
13‧‧‧電容器
14‧‧‧發光元件
15‧‧‧訊號線
16‧‧‧掃描線
21‧‧‧電晶體
22‧‧‧驅動電晶體
23‧‧‧電容器
24‧‧‧發光元件
25‧‧‧訊號線
26‧‧‧掃描線
31‧‧‧初始化週期
32‧‧‧臨界電壓寫入週期
33‧‧‧資料寫入週期
34‧‧‧發光週期
110‧‧‧電晶體
111‧‧‧第一開關
112‧‧‧第二開關
113‧‧‧第三開關
114‧‧‧第四開關
115‧‧‧電容器
116‧‧‧發光元件
117‧‧‧訊號線
118‧‧‧第一掃描線
119‧‧‧第二掃描線
120‧‧‧第三掃描線
121‧‧‧第四掃描線
122‧‧‧電源線
123‧‧‧電位供應線
4811‧‧‧像素電極
124‧‧‧相對電極
130‧‧‧節點
131‧‧‧節點
511‧‧‧第一開關電晶體
512‧‧‧第二開關電晶體
513‧‧‧第三開關電晶體
514‧‧‧第四開關電晶體
3810、3811、3812、3813‧‧‧導電層
3821‧‧‧佈線
3814‧‧‧導電層
3822‧‧‧佈線
3815、3816、3817、3818、3819、3820‧‧‧導電層
3823、3824‧‧‧佈線
3844‧‧‧像素電極
3825‧‧‧導電層
3826‧‧‧佈線
3831、3832、3833、3834、3830‧‧‧導電層
614‧‧‧第四開關
134‧‧‧節點
714‧‧‧第四開關
135‧‧‧節點
1640‧‧‧像素電極
1615‧‧‧閘極電容
814‧‧‧第四開關
911‧‧‧訊號線驅動電路
912‧‧‧掃描線驅動電路
913‧‧‧像素部
914‧‧‧像素
1113‧‧‧整流元件
1120‧‧‧第三掃描線
1154‧‧‧二極體連接的電晶體
1155‧‧‧二極體連接的電晶體
1151‧‧‧肖特基屏障二極體
1152‧‧‧PIN二極體
1153‧‧‧PN二極體
1200‧‧‧像素
1218‧‧‧第一掃描線
1300‧‧‧像素
1319‧‧‧第二掃描線
1400‧‧‧像素
1420‧‧‧第三掃描線
1500‧‧‧像素
1521‧‧‧第四掃描線
2910、3010‧‧‧電晶體
3101‧‧‧第一電晶體
3102‧‧‧第二電晶體
3111‧‧‧第一開關
3112‧‧‧第二開關
3113‧‧‧第三開關
3114‧‧‧第四開關
3103‧‧‧第五開關
3104‧‧‧第六開關
3115‧‧‧電容器
3116‧‧‧發光元件
3117‧‧‧訊號線
3118‧‧‧第一掃描線
3119‧‧‧第二掃描線
3120‧‧‧第三掃描線
3121‧‧‧第四掃描線
3122‧‧‧電源線
3123‧‧‧電位供應線
3124‧‧‧相對電極
3130、3131、3132、3133‧‧‧節點
3910‧‧‧電晶體
3911‧‧‧第一開關
3912‧‧‧第二開關
3913‧‧‧第三開關
3914‧‧‧第四開關
3915‧‧‧電容器
3916‧‧‧發光元件
3917‧‧‧訊號線
3918‧‧‧第一掃描線
3919‧‧‧第二掃描線
3920‧‧‧第三掃描線
3921‧‧‧第四掃描線
3922‧‧‧電源線
3923‧‧‧電位供應線
3924‧‧‧相對電極
4911‧‧‧像素電極
3930、3931、3932、3935‧‧‧節點
1711‧‧‧基板
1712‧‧‧底膜
1713‧‧‧電晶體
1714‧‧‧半導體層
1715‧‧‧閘極絕緣膜
1716‧‧‧閘極電極
1720‧‧‧LDD區
1717‧‧‧側壁
1718‧‧‧源區
1719‧‧‧汲區
1730‧‧‧第一層間絕緣膜
1721‧‧‧第一絕緣膜
1722‧‧‧第二絕緣膜
1723‧‧‧源極電極和汲極電極
1731‧‧‧第二層間絕緣膜
1724‧‧‧像素電極
1725‧‧‧絕緣體
1726‧‧‧包含發光物質的層
1727‧‧‧相對電極
1728‧‧‧發光元件
1801‧‧‧像素電極
1802‧‧‧相對電極
1811‧‧‧電洞注入層
1812‧‧‧電洞傳輸層
1813‧‧‧發光層
1814‧‧‧電子傳輸層
1815‧‧‧電子注入層
2011‧‧‧基板
2012‧‧‧底膜
2013‧‧‧像素電極
2014‧‧‧第一電極
2015、2016‧‧‧佈線
2017、2018‧‧‧N型半導體層
2019‧‧‧半導體層
2020‧‧‧閘極絕緣膜
2021‧‧‧絕緣膜
2022‧‧‧閘極電極
2023‧‧‧第二電極
2024‧‧‧電容器
2025‧‧‧電晶體
2026‧‧‧層間絕緣膜
2027‧‧‧包含發光物質的層
2028‧‧‧相對電極
2030‧‧‧第一電極
2031‧‧‧電容器
2111‧‧‧基板
2112‧‧‧底膜
2113‧‧‧閘極電極
2114‧‧‧第一電極
2115‧‧‧閘極絕緣膜
2116、2117‧‧‧半導體層
2118、2119、2120‧‧‧N型半導體層
2121、2122‧‧‧佈線
2123‧‧‧導電層
2130‧‧‧電容器
2124‧‧‧像素電極
2125‧‧‧絕緣體
2129‧‧‧電晶體
2126‧‧‧包含發光物質的層
2127‧‧‧相對電極
2128‧‧‧發光元件
2131‧‧‧第二電極
2132‧‧‧電容器
2201‧‧‧通道保護型電晶體
2202‧‧‧絕緣體
2318‧‧‧電晶體
2301‧‧‧基板
2302‧‧‧底膜
2303‧‧‧半導體層
2304‧‧‧通道形成區
2305‧‧‧雜質區
2306‧‧‧半導體層
2308‧‧‧雜質區
2319‧‧‧電容器
2309‧‧‧閘極絕緣膜
2310‧‧‧閘極電極
2311‧‧‧上部電極
2312‧‧‧層間絕緣膜
2313‧‧‧佈線
2314‧‧‧像素電極
2315‧‧‧絕緣體
2316‧‧‧包含發光物質的層
2317‧‧‧相對電極
2320‧‧‧發光元件
2401‧‧‧基板
2402‧‧‧底膜
2403‧‧‧閘極電極
2404‧‧‧第一電極
2405‧‧‧閘極絕緣膜
2423‧‧‧電容器
2406‧‧‧通道形成區
2407‧‧‧LDD區
2408‧‧‧雜質區
2409‧‧‧第二電極
2410、2411‧‧‧雜質區
2412‧‧‧第一層間絕緣膜
2413‧‧‧佈線
2415‧‧‧開口部
2416‧‧‧第二層間絕緣膜
2417‧‧‧像素電極
2422‧‧‧電晶體
2418‧‧‧絕緣體
2419‧‧‧包含發光物質的層
2420‧‧‧相對電極
2421‧‧‧發光元件
4601‧‧‧第一電極
4602‧‧‧發光層
4603‧‧‧第二電極
4604、4604a、4604b‧‧‧絕緣層
4702‧‧‧發光層
4710‧‧‧發光材料
2501‧‧‧訊號線驅動電路
2502‧‧‧像素部
2503‧‧‧第一掃描線驅動電路
2504‧‧‧密封基板
2505‧‧‧密封劑
2506‧‧‧第二掃描線驅動電路
2507‧‧‧空間
2508‧‧‧佈線
2509‧‧‧FPC
2510‧‧‧基板
2518、2519‧‧‧IC晶片
2520、2521‧‧‧N通道電晶體
2511、2512‧‧‧電晶體
2513‧‧‧像素電極
2514‧‧‧絕緣體
2528‧‧‧發光元件
2516‧‧‧包含發光物質的層
2517‧‧‧相對電極
2600‧‧‧基板
2601‧‧‧訊號線驅動電路
2602‧‧‧像素部份
2603‧‧‧第一掃描線驅動電路
2604‧‧‧第二掃描線驅動電路
2605‧‧‧FPC
2606、2607‧‧‧IC晶片
2608‧‧‧密封基板
2609‧‧‧密封劑
2610‧‧‧基板
2611‧‧‧訊號線驅動電路
2612‧‧‧像素部份
2613‧‧‧第一掃描線驅動電路
2614‧‧‧第二掃描線驅動電路
2615‧‧‧FPC
2616、2617‧‧‧IC晶片
2618‧‧‧密封基板
2619‧‧‧密封劑
2701‧‧‧週邊驅動電路
2700‧‧‧基板
2702‧‧‧像素部
2704‧‧‧FPC
2705、2706‧‧‧IC晶片
2707‧‧‧密封基板
2708‧‧‧密封劑
2710‧‧‧基板
2711‧‧‧週邊驅動電路
2712‧‧‧像素部
2713、2714‧‧‧FPC
2800‧‧‧基板
2801‧‧‧電晶體
2802‧‧‧底膜
2803‧‧‧像素電極
2804‧‧‧包含發光物質的層
2805‧‧‧相對電極
2806R‧‧‧紅色濾色器
2806G‧‧‧綠色濾色器
2806B‧‧‧藍色濾色器
2807‧‧‧黑色矩陣
3301‧‧‧殼體
3302‧‧‧支架
3303‧‧‧顯示部份
3304‧‧‧揚聲器部份
3305‧‧‧視頻輸入端子
3311‧‧‧主體
3312‧‧‧顯示部份
3313‧‧‧影像接收部份
3314‧‧‧操作鍵
3315‧‧‧外部連接埠
3316‧‧‧快門
3321‧‧‧主體
3322‧‧‧殼體
3323‧‧‧顯示部份
3324‧‧‧鍵盤
3325‧‧‧外部連接埠
3326‧‧‧定點裝置
3331‧‧‧主體
3332‧‧‧顯示部份
3333‧‧‧開關
3334‧‧‧操作鍵
3335‧‧‧紅外線埠
3341‧‧‧主體
3342‧‧‧殼體
3343‧‧‧顯示部份A
3344‧‧‧顯示部份B
3345‧‧‧記錄媒體讀出部份
3346‧‧‧操作鍵
3347‧‧‧揚聲器部份
3351‧‧‧主體
3352‧‧‧顯示部份
3353‧‧‧臂部份
3361‧‧‧主體
3362‧‧‧顯示部份
3363‧‧‧殼體
3364‧‧‧外部連接埠
3365‧‧‧遙控接收部份
3366‧‧‧影像接收部份
3367‧‧‧電池
3368‧‧‧音頻輸入部份
3369‧‧‧操作鍵
3360‧‧‧取景部份
3371‧‧‧主體
3372‧‧‧殼體
3373‧‧‧顯示部份
3374‧‧‧音頻輸入部份
3375‧‧‧音頻輸出部份
3376‧‧‧操作鍵
3377‧‧‧外部連接埠
3378‧‧‧天線
3400‧‧‧外殼
3410‧‧‧顯示面板
3401‧‧‧印刷線路板
3411‧‧‧FPC
3402‧‧‧揚聲器
3403‧‧‧微音器
3404‧‧‧收發電路
3405‧‧‧訊號處理電路
3406‧‧‧輸入單元
3407‧‧‧電池
3409‧‧‧殼體
3412‧‧‧殼體
3501‧‧‧顯示面板
3502‧‧‧電路板
3503‧‧‧像素部份
3504‧‧‧掃描線驅動電路
3505‧‧‧訊號線驅動電路
3506‧‧‧控制電路
3507‧‧‧訊號分割電路
3508‧‧‧連接佈線
3601‧‧‧調諧器
3602‧‧‧視頻訊號放大電路
3603‧‧‧視頻訊號處理電路
3604‧‧‧音頻訊號放大電路
3605‧‧‧音頻訊號處理電路
3606‧‧‧揚聲器
3607‧‧‧控制電路
圖1為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖2為說明圖1中所示的像素的工作的時序圖；圖3A至3D為說明圖1中所示的像素的工作的圖；圖4為根據通道長度調制的電壓-電流特性的模型圖；圖5為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖6為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖7為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖8為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖9為說明實施例模式1所示的顯示裝置的圖；圖10為說明實施例模式1所示的顯示裝置的寫入工作的圖；圖11A至11F為說明實施例模式2所示的像素結構的圖；圖12為說明實施例模式3所示的像素結構的圖；圖13為說明實施例模式3所示的像素結構的圖；圖14為說明實施例模式3所示的像素結構的圖；圖15為說明實施例模式3所示的像素結構的圖；圖16為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖17為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖18A和18B為說明實施例模式7所示的發光元件的圖；圖19A至19C為說明實施例模式7所示的取光方向的圖； 圖20A和20B為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖21A和21B為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖22A和22B為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖23為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖24為實施例模式7所示的像素的部分截面圖；圖25A和25B為說明實施例模式9所示的顯示裝置的圖；圖26A和26B為說明實施例模式9所示的顯示裝置的圖；圖27A和27B為說明實施例模式9所示的顯示裝置的圖；圖28為實施例模式9所示的像素的部分截面圖；圖29為說明實施例模式4所示的像素結構的圖；圖30為說明實施例模式4所示的像素結構的圖；圖31為說明實施例模式5所示的像素結構的圖；圖32為說明圖31中所示的像素的工作的時序圖；圖33A至33H為說明可以應用本發明的電子裝置的圖；圖34為示出行動電話的結構例子的圖；圖35為示出EL模組的例子的圖；圖36為示出EL電視接收機的主要結構的方塊圖； 圖37為說明實施例模式5所示的像素結構的圖；圖38為圖5中所示的像素的俯視圖；圖39為說明實施例模式6所示的像素結構的圖；圖40為說明圖39中所示的像素的工作的時序圖；圖41A至41D為說明圖39中所示的像素的工作的圖；圖42為說明實施例模式5所示的像素結構的圖；圖43為說明組合了數位灰度方式和時間灰度方式的驅動方式的圖；圖44A至44D為示出實施例模式1所示的像素的工作的圖；圖45為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖46A至46C為說明實施例模式8所示的發光元件的圖；圖47A至47C為說明實施例模式8所示的發光元件的圖；圖48為說明實施例模式1所示的像素結構的圖；圖49為說明實施例模式6所示的像素結構的圖；圖50為說明現有技術的像素結構的圖；圖51為說明現有技術的像素結構的圖；圖52為使現有技術所示的像素工作的時序圖；和圖53為說明當使用現有技術時的發光周期在一個框周期中所占的比例的圖。
下面，將說明本發明的實施例模式。但是，本發明可以藉由多種不同的方式來實施，所屬技術領域的技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在實施例模式所記載的內容中。注意，在下面要說明的本發明的結構中使用相同的附圖標記來表示不同附圖中的相同部分。
實施例模式1
以下參照圖1說明本發明的像素的基本結構。圖1中所示的像素具有電晶體110、第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、電容器115和發光元件116。注意，像素連接到訊號線117、第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線120、第四掃描線121、電源線122、以及電位供應線123。在本實施例模式中，電晶體110是N通道型電晶體，並且當其閘極-源極電壓(Vgs)超過臨界電壓(Vth)時處於導通狀態。另外，將說明將如圖48所示那樣從像素電極4811向相對電極124流過電流的EL元件用於發光元件116的例子。此時，發光元件116的像素電極4811用作陽極並且相對電極124用作陰極。注意，將電晶體的閘極-源極電壓示為Vgs、將汲極-源極電壓示為Vds、將臨界電壓示為Vth、將累積在電容器中的電壓示為Vcs。將電源線122、電位 供應線123、以及訊號線117也分別稱為第一佈線、第二佈線、以及第三佈線。此外，也可以將第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線120、以及第四掃描線121分別稱為第四佈線、第五佈線、第六佈線、以及第七佈線。
電晶體110的第一電極(源極電極及汲極電極之一)連接到發光元件116的像素電極，其第二電極(源極電極及汲極電極的另一個)連接到電源線122，並且其閘極電極藉由第四開關114及第二開關112連接到電源線122。注意，第四開關114連接在電晶體110的閘極電極和第二開關112之間。此外，若以第四開關114和第二開關112的連接點作為節點130，節點130藉由第一開關111與訊號線117連接。另外，電晶體110的第一電極也藉由第三開關113與電位供應線123連接。
另外，在節點130和電晶體110的第一電極之間連接有電容器115。即，電容器115的第一電極藉由第四開關114連接到電晶體110的閘極電極，並且其第二電極連接到電晶體110的第一電極。電容器115可以藉由由佈線、半導體層或電極夾著絕緣膜來形成，並且根據情況，也可以使用電晶體110的閘極電容而不用形成電容器。將這些保持電壓的單元稱作儲存電容器。此外，將節點130與連接著第一開關111和電容器115的第一電極的佈線的連接點作為節點131，將電晶體110的第一電極與連接著電容器115的第二電極和發光元件116的像素電極的佈線的連 接點作為節點132。
另外，藉由向第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線120和第四掃描線121輸入訊號來分別控制第一開關111、第二開關112、第三開關113和第四開關114的導通和斷開。
向訊號線117輸入相當於視頻訊號的對應於像素灰度的訊號，即對應於亮度資料的電位。
接著，將參照圖2的時序圖及圖3A至3D說明圖1中所示的像素的工作。注意，在圖2中將相當於顯示一個畫面影像的周期的一個框周期分成初始化周期、臨界電壓寫入周期、資料寫入周期及發光周期。另外，將初始化周期、臨界電壓寫入周期和資料寫入周期統稱為位址周期。一個框周期的長度沒有特別限制，但是較佳的為1/60秒或更短，從而影像觀察者不會感覺到閃爍。
注意，向發光元件116的相對電極124輸入電位V1並且向電位供應線123輸入電位V1-Vth-α(α：任意的正數)。另外，在位址周期中向電源線122輸入電位V1並且在發光周期中向電源線122輸入電位V2。注意，V2>V1。即，只要在初始化周期中，電源線122及電位供應線123的電位差在使電晶體110導通的電壓範圍內即可。
此處，為了說明其工作，雖然將發光元件116的相對電極124的電位設定為等於在位址周期中的電源線122的電位，但是，當將為了使發光元件116發光所需的最小電 位差為VEL時，只要相對電極124的電位高於電位V1-Vth-α-VEL即可。換句話說，在位址周期中，發光元件116的兩端的電位為向發光元件116不流過電流的電位即可。另外，只要發光周期中的電源線122的電位V2高於對相對電極124的電位加上為了使發光元件116發光所需的最小電位差(VEL)的值即可。但在此處為了說明的目的，將相對電極124的電位設定為V1，所以只要V2高於V1+VEL即可。
首先，如圖2及圖3A中所示，在初始化周期(A)中使第一開關111斷開，並且使第二開關112、第三開關113、以及第四開關114導通。此時，電晶體110的第一電極成為源極電極，並且其電位等於電位供應線123的電位，即V1-Vth-α。另一方面，閘極電極的電位是V1。因此，電晶體110的閘極-源極電壓Vgs是Vth+α，從而電晶體110處於導通狀態。於是在提供在電晶體110的閘極電極和第一電極之間的電容器115中保持Vth+α。這裏雖然說明了使第四開關114導通的情況，然而只要能夠使電容器115保持電晶體110處於導通狀態的電壓即可，所以也可以斷開第四開關。但是，在臨界電壓寫入周期中必須使第四開關114導通。
在如圖2及圖3B所示的臨界電壓寫入周期(B)中第三開關113斷開。因此，電晶體110的第一電極，即源極電極的電位逐漸上升，當其達到V1-Vth時，即當電晶體110的閘極-源極電壓Vgs達到臨界電壓(Vth)時，電晶 體110處於非導通狀態。因此，保持在電容器115中的電壓大約是Vth。
在如圖2及圖3C中所示的後續的資料寫入周期(C)中，在斷開第二開關112及第四開關114後，使第一開關111導通，並且從訊號線117輸入對應於亮度資料的電位(V1+Vdata)。可以藉由在此周期中使第四開關114斷開，而可以使電晶體110保持非導通狀態。由此，可以抑制寫入資料時的由從電源線122供應的電流而導致的在電容器115的第二電極的電位的改變。因此，此時保持在電容器115中的電壓Vcs可以由公式(1)表示，其中電容器115及發光元件116的電容量分別為C1及C2。
注意，因為與電容器115相比，發光元件116的膜厚度薄而電極面積大，所以C2>>C1。因此，由於C2/(C1+C2)≒1，保持在電容器115中的電壓Vcs由公式(2)表示。注意，當要在後續的發光周期中使發光元件116不發光時，輸入電位V1+Vdata(Vdata≦0)即可。
[公式2]Vcs=Vth+Vdata…(2)
接下來，在圖2及圖3D中所示的發光周期(D)中，在斷開第一開關111並且將電源線122的電位設定為V2之後，使第四開關114導通。此時，電晶體110的閘極-源極電壓Vgs=Vth+Vdata，從而電晶體110處於導通狀態。 由此，對應於亮度資料的電流流向電晶體110和發光元件116，發光元件116發光。
注意，當使電晶體110在飽和區工作時，流過發光元件116的電流I由公式(3)表示。
此外，當使電晶體110在線性區工作時，流過發光元件的電流I由公式(4)表示。
此處，W是指電晶體110的通道寬度，L為通道長度，μ為遷移率，以及Cox為儲存電容。
根據公式(3)及(4)，無論電晶體110的工作區是飽和區還是線性區，流過發光元件116的電流都不取決於電晶體110的臨界電壓(Vth)。因此，可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性，並且可以向發光元件116供應對應於亮度資料的電流。
據此，可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性而導致的亮度的不均勻性。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。
此外，當使電晶體110在飽和區中工作時，還可以抑制由發光元件116的劣化導致的亮度的不均勻性。當發光元件116劣化時，發光元件116的VEL增加，並且電晶體110的第一電極，即源極電極的電位上升。此時，電晶體110的源極電極連接到電容器115的第二電極，電晶體110的閘極電極連接到電容器115的第一電極，並且閘極電極處於浮動狀態。因此，隨著源極電位的上升，電晶體110的閘極電位也增加與源極電位的上升相同的量。因此，由於電晶體110的Vgs不會改變，所以即使發光元件劣化也不會影響流過電晶體110及發光元件116的電流。注意，在公式(3)中也可以知道流過發光元件的電流I不取決於源極電位或汲極電位。
因此，當使電晶體110在飽和區中工作時，可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性及發光元件116的劣化導致的流過電晶體110的電流的不均勻性。
注意，在使電晶體110在飽和區中工作的情況下，當顯著地增加汲極電壓時，通道長度L越短，越容易流過由擊穿現象造成的大量電流。
當汲極電壓增加超過夾斷電壓時，夾斷點向源極一側移動，並且實質上用作通道的有效通道長度減小。據此， 電流值增大。將這種現象稱作通道長度調制。注意，夾斷點是通道消失且在閘極下的通道厚度為0的邊界部，夾斷電壓是指當夾斷點處於汲極邊緣處時的電壓。通道長度L越短，這種現象也越容易發生。例如，在圖4中顯示根據通道長度調制的電壓-電流特性的模型圖。注意，圖4中，電晶體的通道長度L為(a)>(b)>(c)。
據此，在使電晶體110在飽和區中工作的情況下，相對於汲極-源極電壓Vds的電流I較佳的盡可能是恒定的。因此，電晶體110的通道長度L較佳的是長的。例如，電晶體的通道長度L較佳的大於通道寬度W。另外，通道長度L較佳的為10μm至50μm(包括10μm和50μm)，更佳的為15μm至40μm(包括15μm和40μm)。但是，通道長度L及通道寬度W不局限於此。
另外，因為在初始化周期中向發光元件116施加反向偏置電壓，所以可以使發光元件中的短路部絕緣，並且可以抑制發光元件的劣化。因此，可以延長發光元件的壽命。
注意，因為可以抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性，所以將由該電晶體控制的電流供應到哪里沒有特別限制。因此，可以將EL元件(有機EL元件、無機EL元件、或者包含有機物及無機物的EL元件)、電子發射元件、液晶元件、電子墨水等用於圖1中所示的發光元件116。
另外，電晶體110只要具有控制供應給發光元件116 的電流值的功能即可，電晶體的種類沒有特別限制，而可以使用各種各樣的電晶體。因此，使用晶體半導體膜的薄膜電晶體(TFT)、使用以非晶矽或多晶矽為代表的非單晶半導體膜的薄膜電晶體、使用半導體基板或SOI基板形成的電晶體、MOS電晶體、接面型電晶體、雙極電晶體、使用ZnO或a-InGaZnO等化合物半導體的電晶體、使用有機半導體或碳奈米管的電晶體、或者其他電晶體都可以使用。
第一開關111選擇從訊號線117向像素輸入對應於像素灰度的訊號的時脈，並且控制供應給電晶體110的閘極電極的訊號。第二開關112選擇向電晶體110的閘極電極供應預定的電位的時脈，並且控制是否向電晶體110的閘極電極供應預定的電位。第三開關113選擇施加用來使寫入到電容器115中的電位初始化的預定電位的時脈，並且降低電晶體110的第一電極的電位。第四開關114抑制當寫入資料時的電容器115的第二電極的電位的改變。因此，只要第一開關111、第二開關112、第三開關113和第四開關114具有上述功能，就沒有特別限制。例如，每個開關都可以是電晶體、二極體、或者組合它們的邏輯電路。注意，只要可以在上述的時脈向像素供應訊號或電位，第一至第三開關就不是必需的。
接下來，在圖5中顯示使用N通道型電晶體作為第一開關111、第二開關112、第三開關113和第四開關114的情況。注意，使用相同的附圖標記來表示與圖1相同的 組成部分，並且省略其說明。
第一開關電晶體511相當於圖1中的第一開關111，第二開關電晶體512相當於第二開關112，第三開關電晶體513相當於第三開關113，並且第四開關電晶體514相當於第四開關114。電晶體110的通道長度較佳的大於第一開關電晶體511、第二開關電晶體512、第三開關電晶體513及第四開關電晶體514中任一個的通道長度。
第一開關電晶體511的閘極電極連接到第一掃描線118，其第一電極連接到訊號線117，並且其第二電極連接到節點131。
第二開關電晶體512的閘極電極連接到第二掃描線119，其第一電極連接到電源線122，並且其第二電極連接到節點130。
第三開關電晶體513的閘極電極連接到第三掃描線120，其第一電極連接到節點132，並且其第二電極連接到電位供應線123。
第四開關電晶體514的閘極電極連接到第四掃描線121，其第一電極連接到電晶體110的閘極電極，並且其第二電極連接到節點130。
每個開關電晶體當輸入到每個掃描線的訊號處於H電位時導通，而當被輸入的訊號處於L電位時斷開。
將圖5中所示的像素的俯視圖的一種方式示於圖38。導電層3810包括用作第一掃描線118和第一開關電晶體511的閘極電極的部分，導電層3811包括用作訊號 線117和第一開關電晶體511的第一電極的部分。另外，導電層3812包括用作第一開關電晶體511的第二電極的部分、和用作電容器115的第一電極、第二開關電晶體512的第二電極、以及第四開關電晶體514的第二電極的部分。導電層3813包括用作第二開關電晶體512的閘極電極的部分，並且藉由佈線3821與第二掃描線119連接。導電層3814包括用作第二開關電晶體512的第一電極的部分和用作電晶體110的第二電極的部分，並且藉由佈線3822與電源線122連接。導電層3815包括用作第四開關電晶體514的第一電極的部分，並且藉由佈線3823與包括用作電晶體110的閘極電極的部分的導電層3816連接。導電層3817包括用作第四開關電晶體514的閘極電極的部分，並且藉由佈線3824與第四掃描線121連接。導電層3818包括用作電晶體110的第一電極的部分，並且與發光元件的像素電極3844連接。導電層3819包括用作第三掃描線120和第三開關電晶體513的閘極電極的部分。導電層3820包括用作第三開關電晶體513的第一電極的部分，並且與像素電極3844連接。此外，包括用作第三開關電晶體513的第二電極的部分的導電層3825藉由佈線3826與電位供應線123連接。
注意，用作第一開關電晶體511的閘極電極、第一電極、以及第二電極的部分是分別包括它們的導電層和半導體層3831重疊而形成的部分。用作第二開關電晶體512的閘極電極、第一電極、以及第二電極的部分是分別包括 它們的導電層和半導體層3832重疊而形成的部分。用作第三開關電晶體513的閘極電極、第一電極、以及第二電極的部分是分別包括它們的導電層和半導體層3833重疊而形成的部分。用作第四開關電晶體514的閘極電極、第一電極、以及第二電極的部分是分別包括它們的導電層和半導體層3834重疊而形成的部分。同樣地，用作電晶體110的閘極電極、第一電極、以及第二電極的部分是分別包括它們的導電層和半導體層3830重疊而形成的部分。注意，在導電層3812和像素電極3844重疊的部分形成電容器115。
藉由與圖1相同的工作方法，圖5的像素結構中也可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116中供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。此外，當使電晶體110在飽和區中工作時，也可以抑制由發光元件116的劣化而導致的亮度的不均勻性。此外，藉由使各個電晶體具有源極電極及汲極電極之一電極包圍另一個電極的結構，可以使通道寬度加寬。因此，如下所述那樣當將其遷移率低於晶體半導體層的遷移率的非晶半導體層用作構成像素的電晶體的半導體層時，尤其有效。
此外，因為可以只使用N通道型電晶體形成像素，所以可以簡化製造步驟。另外，非晶半導體或半非晶半導體(也稱作微晶半導體)等的非晶質半導體可以用於構成像素的電晶體的半導體層。例如，可以舉出非晶矽(a-Si： H)作為非晶半導體。藉由使用這些非晶半導體，可以進一步簡化製造步驟。因此，可以實現製造成本的降低和成品率的提高。
注意，由於第一開關電晶體511、第二開關電晶體512、第三開關電晶體513、以及第四開關電晶體514作為簡單的開關工作，所以電晶體的極性(導電類型)沒有特別限制。但是，最好使用具有低截止電流的電晶體。作為具有低截止電流的電晶體，存在著提供有LDD區的電晶體、具有多閘極結構的電晶體等。另外，該開關可以是使用N通道型電晶體和P通道型電晶體雙方的CMOS型開關。
此外，只要能夠進行與圖1相同的工作，開關可以以各種各樣的結構來連接，而不局限於圖1的結構。從說明了在採用圖1的像素結構的情況下的工作的圖3A至3D可以瞭解的是：在本發明中，初始化周期、臨界電壓寫入周期、資料寫入周期、以及發光周期分別如圖44A至44D所示的實線那樣導通即可。由此，具有滿足上述條件地配置開關等並能夠使它們工作的結構即可。例如，圖1中所示的第四開關114可以連接在節點130和節點131之間，將該結構示出於圖6。注意，圖1中的第四開關114相當於第四開關614，使用相同的附圖標記來表示與圖1的結構相同的部分，並且省略其說明。
藉由與圖1相同的工作方法，圖6的像素結構中也可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性導致的電流值 的不均勻性。因此，可以向發光元件116供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，當使電晶體110在飽和區中工作時，也可以抑制由發光元件116的劣化導致的亮度的不均勻性。
此外，圖1中所示的第四開關114還可以設在從節點132到電晶體110的第二電極和電源線122的連接點的路徑上。
將該結構的一種示於圖7。注意，將電晶體110的第二電極和電源線122的連接點作為節點134。在圖7的結構中，圖1中的第四開關114相當於第四開關714，並且第四開關714連接在電晶體110的第二電極和節點134之間。注意，使用相同的附圖標記來表示與圖1的結構相同的部分，並且省略其說明。
在當寫入資料時，在藉由第四開關714使電晶體110處於導通狀態的情況下，也可以藉由使第四開關714斷開，來遮斷流向電晶體110的電流。由此，可以抑制在資料寫入周期中的電容器115的第二電極的電位的改變。
因此，藉由與圖1相同的工作方法，圖7的像素結構中也可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，當使電晶體110在飽和區中工作時，也可以抑制由發光元件116的劣化而導致的亮度的不均勻性。此外，在初始化周期中，當使第四開關114斷開時，可以降低耗電 量。但是，若將節點134和第二開關112的連接點作為節點135，在圖45所示那樣第四開關714連接到節點134和節點135之間的情況下，在初始化周期中不能使第四開關714斷開。
只要是如上那樣，第一開關111是選擇從訊號線117向像素輸入對應於像素灰度的訊號的時脈，並且控制供應給電晶體110的閘極電極的訊號的開關，第二開關112是選擇向電晶體110的閘極電極供應預定的電位的時脈，並且控制是否向電晶體110的閘極電極供應預定的電位的開關；第三開關113是選擇供應用來使寫入到電容器115中的電位初始化的預定電位的時脈，以及降低電晶體110的第一電極的電位的開關即可，並沒有特別限制。另外，只要能夠以上述的時脈向像素供應訊號或電位，第一至第三開關就不是必需的。例如，當可以向像素輸入對應於像素灰度的訊號時，如圖16中所示那樣不必設置第一開關111。圖16中所示的像素包括電晶體110、第二開關112、第三開關113、第四開關714和像素電極1640。電晶體110的第一電極(源極電極及汲極電極之一)連接到像素電極1640，其第二電極(源極電極及汲極電極的另一個)藉由第四開關714連接到電源線122，其閘極電極藉由第二開關112連接到電源線122。此外，電晶體110的第一電極藉由第三開關113還與電位供應線123連接。注意，使用電晶體110的閘極電容1615作為儲存電容器，因而，不必設置圖1中的電容器115。藉由根據圖2 中所示的時序圖使各個開關工作，並且向每個電極供應所需的電位，這種像素中也能抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。換句話說，可以向像素電極1640供應所需的電流。
此外，將其他結構的一種示出於圖8。在圖8的結構中，圖1中的第四開關114相當於第四開關814，並且第四開關814連接在電晶體110的第一電極和節點132之間。注意，使用相同的附圖標記來表示與圖1的結構相同的部分，並且省略其說明。
在當寫入資料時，在藉由第四開關814而使電晶體110處於導通狀態的情況下，也可以藉由使第四開關814斷開，來遮斷流向節點132的電流。因此，可以抑制在資料寫入周期中的電容器115的第二電極的電位的改變。
據此，藉由與圖1相同的工作方法，圖8的像素結構中也可以抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116中供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。當使電晶體110在飽和區中工作時，也可以抑制由發光元件116的劣化而導致的亮度的不均勻性。此外，當在初始化周期中使第四開關114斷開時，可以降低耗電量。
注意，與第一至第三開關同樣，第四開關614、第四開關714、以及第四開關814也可以為電晶體、二極體或組合了它們的邏輯電路。
此外，如圖7及8中所示，當將第四開關設在從節點 132到電晶體110的第二電極和電源線122的連接點之間的路徑時，藉由在發光周期中使第四開關斷開，而可以強制地造成非發光狀態。藉由這種工作來在發光周期中的一部分提供非發光周期，而可以自由地設定發光時間。此外，藉由插入黑顯示，不容易看到殘像，以可以實現動畫特性的提高。
接下來，將參照圖9說明具有上述的本發明的像素的顯示裝置。
顯示裝置具有訊號線驅動電路911、掃描線驅動電路912、以及像素部913。像素部913包括在行方向上從訊號線驅動電路911延伸排列的多個訊號線S1至Sm；在列方向上從掃描線驅動電路912延伸排列的多個第一掃描線G1_1至Gn_1、第二掃描線G1_2至Gn_2、第三掃描線G1_3至Gn_3、第四掃描線G1_4至Gn_4、電源線P1_1至Pn_1、以及電位供應線P1_2至Pn_2；以及對應於訊號線S1至Sm並排列成矩陣形狀的多個像素914。此外，每個像素914連接到訊號線Sj(訊號線S1至Sm中的任一個)、第一掃描線Gi_1(掃描線G1_1至Gn_1中的任一個)、第二掃描線Gi_2、第三掃描線Gi_3、第四掃描線Gi_4、電源線Pi_1、以及電位供應線Pi_2。
注意，訊號線Sj、第一掃描線Gi_1、第二掃描線Gi_2、第三掃描線Gi_3、第四掃描線Gi_4、電源線Pi_1和電位供應線Pi_2分別相當於圖1中的訊號線117、第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線120、第四掃 描線121、電源線122和電位供應線123。
根據從掃描線驅動電路912輸出的訊號，選擇要工作的像素的列，並且同時對屬於該列的每個像素進行圖2所示的動作。注意，在圖2的資料寫入周期中，將從訊號線驅動電路911輸出的視頻訊號寫入到所選擇的列的像素中。此時，將對應於每個像素的亮度資料的電位分別輸入到各訊號線S1至Sm中。
如圖10所示，例如在第I列的資料寫入周期結束後，在屬於第i+1列的像素中寫入訊號。注意，為了表示每列的資料寫入周期，圖10只顯示可以精確顯示該周期的圖2的第一開關111的工作。之後，第I列中結束了資料寫入周期的像素進入發光周期，並且根據寫入到像素中的訊號發光。
因此，除非各個列中的資料寫入周期重疊，可以在各列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素在其自身的位址周期以外的周期中可以發光，所以可以使發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)非常高，並且可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，因為還可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，可以提高顯示裝置的可靠性。
注意，圖9中所示的顯示裝置的結構是一個實例，而本發明不局限於此。例如，電位供應線P1_2至Pn_2不一 定要排列成與第一掃描線G1_1至Gn_1平行，也可以排列成與訊號線S1至Sm平行。
作為表達顯示裝置的灰度的驅動方式，有類比灰度方式和數位灰度方式。類比灰度方式包括以類比方式控制發光元件的發光強度的方式和以類比方式控制發光元件的發光時間的方式。在類比灰度方式中，通常使用以類比方式控制發光元件的發光強度的方法。另一方面，在數位灰度方式中，藉由以數位方式控制而使發光元件導通/斷開，以表達灰度。數位灰度方式因為可以使用數位訊號進行處理，所以具有高抗噪性的優點，但是因為它僅有發光和不發光的兩種狀態，所以只能表達兩個灰度。因此，組合其他方法謀求多級灰度顯示。作為多級灰度顯示的方法，有藉由加權像素的發光面積並選擇來進行灰度顯示的面積灰度方式；藉由加權發光時間並選擇來進行灰度顯示的時間灰度方式。
在組合上述數位灰度方式和時間灰度方式的情況下，如圖43中所示，將一個框周期分成多個子框周期(SFn)。每個子框周期包括位址周期(Ta)和發光周期(Ts)，該位址周期包括初始化周期、臨界電壓寫入周期、以及資料寫入周期。注意，在一個框周期中設有與顯示位元數n對應的子框周期。另外，在一個框周期中，各個子框周期中的發光周期的長度的比例滿足2(n-1)：2(n-2)：......：2：1，在每個發光周期中選擇發光元件的發光或不發光，並且利用一個框周期中發光元件發光的總時間 的差來表達灰度。在一個框周期中，發光的總時間越長，亮度越高；而發光的總時間越短，亮度越低。注意，圖43顯示了4位元灰度的實例，其中將一個框周期分成四個子框周期，並且可以根據發光周期的組合來表達24=16個灰度。注意，在發光周期的長度的比例不是2的乘冪之比時，也可以表達灰度。此外，可以對子框周期進一步分割。
注意，在藉由如上那樣使用時間灰度方式謀求多級灰度顯示的情況下，低位元發光周期的長度短，因此，當要在發光周期結束後立即起動下一個子框周期的資料寫入動作時，其動作與前一子框周期的資料寫入動作重疊，從而不能進行正常工作。因此，藉由如圖7及8中所示那樣將第四開關設在從節點132到電晶體110的第二電極和電源線122的連接點的路徑上，並且在發光周期中的一部分使第四開關斷開而強制地造成非發光狀態，也可以表達比所有列所需的資料寫入周期短的發光。由此，該方法當然在類比灰度方式中特別有效，而在結合數位灰度方式和時間灰度方式的方法中也有效。注意，只要在發光元件中不流過電流，就可以造成非發光狀態，所以除了藉由上述那樣使第四開關斷開以外，還可以藉由降低電源線122的電位或使第三開關113導通，而獲得非發光狀態。此外，也可以藉由將電晶體110的閘極-源極電壓設定為等於或低於臨界電壓來獲得非發光狀態，例如，可以藉由與電容器115並聯地提供別的開關，並且使用該開關使電晶體110 的閘極-源極之間導通，而獲得非發光狀態。
注意，臨界電壓的不均勻性除了在多個像素中的每個電晶體的臨界電壓的差異以外，當關注於一個電晶體時，還包括臨界電壓的隨！波動。此外，各個電晶體中的臨界電壓的差異還包括根據當製造電晶體時的電晶體特性不同而造成的差異。注意，此處的電晶體是指具有向發光元件等的負載供應電流的功能的電晶體。
實施例模式2
在本實施例模式中，將具有與實施例模式1不同的結構的像素示出於圖11A。注意，使用相同的附圖標記來表示與實施例模式1相同的組成部分，並且省略了相同部分或者具有相似功能的部分的詳細說明。
圖11A中所示的像素包括電晶體110、第一開關111、第二開關112、第四開關114、整流元件1113、電容器115和發光元件116。注意，像素連接到訊號線117、第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線1120、第四掃描線121、以及電源線122上。圖11A中所示的像素具有使用整流元件1113代替圖1中的第三開關113的結構，其中電容器115的第二電極、電晶體110的第一電極、以及發光元件116的像素電極藉由整流元件1113與第三掃描線1120連接。換句話說，連接整流元件1113，以使電流從電晶體110的第一電極流向第三掃描線1120。不言而喻，可以如實施例模式1所示那樣使用電晶 體等作為第一開關111、第二開關112、以及第四開關114。另外，對於整流元件1113，不僅可以使用圖11B至11D中所示的肖特基屏障二極體1151、PIN二極體1152或PN二極體1153等，也可以使用如圖11E及11F中所示的二極體連接的電晶體1154或1155等。注意，至於電晶體1154及1155，根據流過電流的方向需要適當地選擇電晶體的極性。
當向第三掃描線1120輸入H電位訊號時，電流不流過整流元件1113，並且當輸入L電位訊號時，電流流過整流元件1113。因此，當按照與圖1中所示的像素相同的方式使圖11A中的像素工作時，在初始化周期中向第三掃描線1120輸入L電位訊號，並且在其他周期中輸入H電位訊號。注意，因為不僅需要使電流流過整流元件1113而且需要將電容器115的第二電極的電位降低至V1-Vth-α(α：任意的正數)，所以將L電位訊號的電位為電位V1-Vth-α-β(β：任意的正數)。注意，β是指整流元件1113的在正向上的臨界電壓。此外，也可以將L電位訊號降低至小於發光元件的相對電極124的電位，並且在初始化周期中對發光元件116施加反向偏壓。另一方面，因為如上述那樣只要使整流元件1113不流過電流即可，所以H電位訊號大於從V1-Vth減去整流元件1113的臨界電壓的值，即大於V1-Vth-β的值即可。
考慮上述情況，藉由按照與圖1同樣的方式進行工作，圖11A至11F的像素結構中也能抑制由電晶體110 的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，當使電晶體110在飽和區中工作時，還可以抑制由發光元件116的劣化而導致的亮度的不均勻性。另外，藉由使用整流元件1113可以減少佈線的數量並且提高開口率。
此外，可以將本實施例模式所示的像素應用於圖9的顯示裝置。與實施例模式1同樣，除非各個列中的資料寫入周期重疊，可以在各列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素除了在其自身的位址周期外可以發光，所以發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)可以非常高，可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件中的電流值的電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠性。
本實施例模式可以與上述圖1以及其他實施例模式所示的像素結構自由地組合。例如，可以舉出如下情況：第四開關114連接在節點130和節點131之間或電晶體110的第一電極和節點132之間；以及電晶體110的第二電極藉由第四開關114連接到電源線122。本發明不局限於這些，整流元件1113還可以應用於其他實施例模式所示的像素。
實施例模式3
在本實施例模式中，將具有與實施例模式1及2不同結構的像素示出於圖12至15。注意，在實施例模式1及2中雖然著眼於一個像素來進行說明，然而，可以藉由在不同像素之間共同使用連接到各個像素的佈線，而減少佈線的數量。在此情況下，只要能夠正常工作，就可以在不同像素之間共同使用各種佈線。例如，可以與相鄰的像素共同使用佈線，本實施例模式中將說明該方法的一個例子。注意，使用相同的附圖標記來表示與實施例模式1相同的組成部分，並且省略了相同部分或者具有相似功能的部分的詳細說明。
圖12中所示的像素1200包括電晶體110、第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、電容器115和發光元件116。注意，像素1200連接到訊號線117、第一掃描線1218、第二掃描線119、第三掃描線120、第四掃描線121、電源線122、以及下一列的第一掃描線1218上。
在實施例模式1所示的圖1的像素中，電容器115的第二電極藉由第三開關113連接到電位供應線123，而在圖12中它可以連接到下一列的第一掃描線1218。這是因為在初始化周期中向電容器115的第二電極供應預定電位即可，而不局限於電位供應線123的緣故。因此，只要佈線在初始化周期中可以向電容器115的第二電極供應預定 的電位，用於供應電位的佈線並不需要總是處於恒定的電位。因此，可以使用下一列的第一掃描線1218而代替電位供應線。像這樣，與下一列共同使用佈線，而可以減少佈線數量並且可以提高開口率。
注意，藉由按照與實施例模式1中相同的方式進行工作，圖12中所示的像素結構中也能抑制由電晶體110的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116中供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。注意，儘管電晶體110的工作區沒有特別限制，但是在飽和區中可以獲得更顯著的效果。另外，當使電晶體110在飽和區中工作時，可以抑制由於發光元件116的劣化導致的流向電晶體110的電流的不均勻性。
注意，在第一掃描線1218中使第一開關111斷開的訊號的電位是V1-Vth-α(α：任意的正數)。因此，需要使用以電位V1-Vth-α(α：任意的正數)斷開的第一開關111。此外，還需要使像素1200所屬列的初始化周期不會與共用佈線的列的資料寫入周期重疊地進行工作。
注意，在將N通道型電晶體用於第三開關113的情況下，在第三掃描線120中使第三開關113斷開的電位可以低於電位V1-Vth-α，即低於在第一掃描線1218中斷開第一開關111的訊號的電位。在此情況下，使電晶體截止的閘極-源極電壓可以是負值。因此，可以減少斷開第三開 關113時的洩漏電流。
在上述情況下，儘管將電位V1-Vth-α用作使第一開關111斷開的訊號，然而，也可以用作使第一開關111導通的訊號。但是，對其動作的限制不同。
另外，如圖13的像素1300所示那樣也可以將圖1的電位供應線123與下一列的第二掃描線1319共用。像素1300也可以進行與實施例模式1相同的動作。注意，在第二掃描線1319中使第二開關112斷開的訊號的電位較佳的是V1-Vth-α(α：任意的正數)。在此情況下，需要使用以電位V1-Vth-α(α：任意的正數)斷開的第二開關112。此外，還需要使像素1300所屬列的初始化周期不會與共用佈線的列的臨界電壓寫入周期重疊地進行工作。
注意，在將N通道型電晶體用於第三開關113的情況下，在第三掃描線120中斷開第三開關113的訊號的電位可以低於電位V1-Vth-α，即低於在第二掃描線1319中斷開第二開關112的訊號的電位。在此情況下，可以減少斷開第三開關113時的洩漏電流。
在上述情況下，儘管將電位V1-Vth-α用作斷開第二開關112的訊號，然而，也可以用作使第二開關112導通的訊號。但是，對其動作的限制不同。
另外，如圖14的像素1400所示那樣也可以使圖1的電位供應線123與上一列的第三掃描線1420共用。在像素1400中也可以進行與實施例模式1相同的動作。注意，在第三掃描線1420中斷開第三開關113的訊號的電 位是V1-Vth-α(α：任意的正數)。因此，需要使用以電位V1-Vth-α(α：任意的正數)斷開的第三開關113。此時，需要使像素1400所屬列的資料寫入周期不會與共用佈線的列的初始化周期重疊地進行工作。但是，當將初始化周期設定得比資料寫入周期短時不會有特別的問題。
在上述情況下，儘管將電位V1-Vth-α用作斷開第三開關113的訊號，然而，也可以用作使第三開關113導通的訊號。但是，對其動作的限制不同。
另外，如圖15的像素1500所示那樣也可以使圖1的電位供應線123與下一列的第四掃描線1521共用。在像素1500中也可以進行與實施例模式1相同的工作。注意，較佳的使用當第四掃描線1521中輸入V1-Vth-α(α：任意的正數)時導通的第四開關114。在此情況下，需要使像素1500所屬的列的初始化周期不會與共用佈線的列的資料寫入周期重疊地進行工作。此外，當在初始化周期中斷開第四開關114時，需要不使像素1500所屬的列的初始化周期與共用佈線的列的初始化周期重疊地進行工作。
在上述情況下，儘管將電位V1-Vth-α用作使第四開關114導通的訊號，然而，也可以用作斷開第四開關114的訊號。但是，對其動作的限制不同。
除了上述以外，還可以使圖1中的電位供應線123與下一列的電源線122共用。在此情況下，對電源線122供應V1、V2、以及V1-Vth-α(α：任意的正數)的三種電 位，並且形成能夠進行與實施例模式1相同的工作的像素結構即可。
注意，儘管本實施例模式說明了也使圖1的電位供應線123與下一列或上一列的掃描線共用的情況，但是只要能在初始化周期中供應電位V1-Vth-α(α：任意的正數)，就可以使用其他佈線。
此外，可以將本實施例模式所示的像素應用於圖9的顯示裝置。在圖12至15中所記載的每個像素的工作限制及各列中資料寫入周期不重疊的範圍內，可以在顯示裝置的各列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素在其自身的位址周期以外的周期中可以發光，所以可以使發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)非常高，可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件中的電流值的電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠性。
第四開關114不局限於連接在節點130和電晶體110的閘極電極之間，還可以連接在節點130和節點131之間或連接到電晶體110的第一電極和節點132之間。此外，電晶體110的第二電極還可以藉由第四開關114與電源線122連接。
本實施例模式可以與其他實施例模式所示的像素結構 自由地組合來實施，而不局限於上述結構。
實施例模式4
在本實施例模式中，將具有與實施例模式1不同結構的像素顯示於圖29。注意，使用相同的附圖標記來表示與實施例模式1相同的組成部分，並且省略了相同部分或者具有相似功能的部分的詳細說明。
圖29所示的像素包括電晶體2910、第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、電容器115和發光元件116。注意，像素連接到訊號線117、第一掃描線118、第二掃描線119、第三掃描線120、第四掃描線121、電源線122、以及電位供應線123上。
本實施例模式中的電晶體2910是串聯連接了兩個電晶體的多閘型電晶體，並且設在與實施例模式1中的電晶體110相同的位置上。注意，串聯連接的電晶體的數量沒有特別限制。
藉由按照與圖1中的像素相同的方式使圖29所示的像素工作，能抑制由電晶體2910的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件116中供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。注意，儘管電晶體2910的工作區沒有特別限制，但是在飽和區中可以獲得更顯著的效果。
此外，當使電晶體2910在飽和區中工作時，可以抑制由發光元件116的劣化導致的流向電晶體2910的電流的不均勻性。
當串聯連接的兩個電晶體的通道寬度彼此相等時，本實施例模式中的電晶體2910的通道長度L等於各個電晶體的通道長度的總和。因此，不管汲極-源極電壓Vds如何，在飽和區中都容易獲得更加接近恒定值的電流值。特別是當難以製造具有長通道長度L的電晶體時，電晶體2910是有效的。注意，兩個電晶體的連接部用作電阻。
注意，只要電晶體2910具有控制供應給發光元件116的電流值的功能即可，電晶體的種類沒有特別限制。因此，使用晶體半導體膜的薄膜電晶體(TFT)、使用以非晶矽或多晶矽為代表的非單晶半導體膜的薄膜電晶體、使用半導體基板或SOI基板形成的電晶體、MOS電晶體、接面型電晶體、雙極電晶體、使用ZnO或a-InGaZnO等化合物半導體的電晶體、使用有機半導體或碳奈米管的電晶體、或者其他電晶體都可以使用。
此外，在圖29所示的像素中，與圖1中所示的像素相同，可以將電晶體等用於第一開關111、第二開關112、第三開關113和第四開關114。
注意，第四開關114不局限於連接在節點130和電晶體2910的閘極電極之間，還可以連接在節點130和節點131之間或連接到電晶體2910的第一電極和節點132之間。此外，電晶體2910的第二電極也可以藉由第四開關 114與電源線122連接。
此外，可以將本實施例模式所示的像素應用於圖9的顯示裝置。與實施例模式1相同，除非各個列中的資料寫入周期重疊，可以在各個列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素在其自身的位址周期以外的周期中可以發光，所以可以使發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)非常高，可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，也因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件中的電流值的電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠性。
注意，電晶體2910的結構不局限於串聯連接電晶體的結構，也可以為像圖30所示的電晶體3010那樣並聯連接電晶體的結構。電晶體3010可以向發光元件116供應更大的電流。另外，因為電晶體的特性被兩個並聯連接的電晶體平均，所以可以降低構成電晶體3010的電晶體本來的特性的不均勻性。由此，若不均勻性小，可以更容易地抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。
此外，如圖29的電晶體2910那樣，還可以將電晶體3010中的並聯連接的各個電晶體串聯連接。
本實施例模式不局限於上述所示的結構，而可以與其他實施例模式所示的像素結構自由地組合來實施。就是 說，電晶體2910或電晶體3010可以應用於其他實施例模式所示的像素結構中。
實施例模式5
在本實施例模式中，將參照圖31說明一種像素結構，其中藉由在每個周期中分別使用控制供應給本發明像素中發光元件的電流值的電晶體，而使電晶體的隨時間劣化平均化。
圖31所示的像素包括第一電晶體3101、第二電晶體3102、第一開關3111、第二開關3112、第三開關3113、第四開關3114、第五開關3103、第六開關3104、電容器3115和發光元件3116。注意，像素連接到訊號線3117、第一掃描線3118、第二掃描線3119、第三掃描線3120、第四掃描線3121、電源線3122、以及電位供應線3123上。另外，儘管圖31中未圖示，但是像素還連接到控制第五開關3103及第六開關3104的導通和斷開的第五及第六掃描線。在本實施例模式中，第一電晶體3101及第二電晶體3102都是N通道型電晶體，並且每個電晶體當其閘極-源極電壓(Vgs)超過臨界電壓時分別處於導通狀態。另外，發光元件3116的像素電極是陽極而其相對電極3124是陰極。注意，將電晶體的閘極-源極電壓記為Vgs，並且將累積在電容器中的電壓記為Vcs。此外，將第一電晶體3101的臨界電壓記為Vth1，並且將第二電晶體3102的臨界電壓記為Vth2。電源線3122、電位供應線 3123、以及訊號線3117也分別稱為第一佈線、第二佈線、以及第三佈線。
第一電晶體3101的第一電極(源極電極及汲極電極之一)藉由第五開關3103連接到發光元件3116的像素電極，其第二電極(源極電極及汲極電極的另一個)連接到電源線3122，其閘極電極藉由第四開關3114及第二開關3112與電源線3122連接。注意，第四開關3114連接在第一電晶體3101的閘極電極和第二開關3112之間。此外，當以第四開關3114和第二開關3112的連接點為節點3130時，節點3130藉由第一開關3111與訊號線3117連接。此外，第一電晶體3101的第一電極還藉由第五開關3103及第三開關3113與電位供應線3123連接。
第二電晶體3102的第一電極(源極電極及汲極電極之一)藉由第六開關3104連接到發光元件3116的像素電極，其第二電極(源極電極及汲極電極的另一個)連接到電源線3122，其閘極電極藉由第四開關3114與節點3130連接。此外，第二電晶體3102的第一電極還藉由第六開關3104及第三開關3113與電位供應線3123連接。注意，第一電晶體3101的閘極電極和第二電晶體3102的閘極電極彼此連接。此外，第一電晶體3101的第一電極和第二電晶體3102的第一電極藉由第五開關3103及第六開關3104彼此連接，並且以第五開關3103和第六開關3104的連接點為節點3133。
另外，在節點3133和節點3130之間連接有電容器 3115。即，電容器3115的第一電極藉由第四開關3114連接到第一電晶體3101和第二電晶體3102的閘極電極，而電容器3115的第二電極藉由第五開關3103連接到第一電晶體3101的第一電極且藉由第六開關3104連接到第二電晶體3102的第一電極。電容器3115可以利用佈線、半導體層或電極夾著絕緣膜來形成，還可以根據情況使用連接的第一電晶體3101和第二電晶體3102的閘極電容而省略。此外，將電容器3115的第一電極與如下佈線的連接點作為節點3131，該佈線連接第一開關3111和節點3130；將如下佈線與發光元件3116的連接點作為節點3132，該佈線連接節點3133和電容器3115的第二電極。
注意，藉由向第一掃描線3118、第二掃描線3119、第三掃描線3120和第四掃描線3121輸入訊號來分別控制第一開關3111、第二開關3112、第三開關3113和第四開關3114的導通和斷開。在圖31中，省略了控制第五開關3103及第六開關3104的導通和斷開的掃描線。
向訊號線3117輸入相當於視頻訊號的對應於像素灰度的訊號，即對應於亮度資料的電位。
接著，將參照圖32的時序圖說明圖31所示的像素的工作。注意，在圖32中將相當於顯示一個畫面影像的周期的一個框周期分成初始化周期、臨界電壓寫入周期、資料寫入周期、以及發光周期。
注意，向發光元件3116的相對電極3124輸入電位V1，並且向電位供應線3123輸入電位V1-Vth-α(α：任 意的正數)。Vth為Vth1或Vth2中較大的值。另外，分別在位址周期和發光周期中向電源線3122供應電位V1和電位V2。注意，V2>V1。
此處，為了說明工作，發光元件3116的相對電極3124的電位等於在位址周期中的電源線3122的電位，但是，當將為了使發光元件3116發光所需的最小電位差稱作VEL時，相對電極3124的電位只要高於電位V1-Vth-α-VEL即可。另外，在發光周期中的電源線3122的電位V2只要高於對相對電極3124的電位加上為了使發光元件3116發光所需的最小電位差(VEL)的值即可。因為此處為了說明的目的，相對電極3124的電位是V1，所以V2只要高於V1+VEL即可。
首先，在圖32所示的初始化周期(A)中，使第一開關3111及第六開關3104斷開，並且使第二開關3112、第三開關3113、第四開關3114、以及第五開關3103導通。此時，第一電晶體3101的第一電極是源極電極，並且其電位為與電位供應線3123相等的V1-Vth-α。另一方面，第一電晶體3101的閘極電極的電位是V1。因此，第一電晶體3101的閘極-源極電壓Vgs是Vth+α，從而第一電晶體3101處於導通狀態。由提供在第一電晶體3101的閘極電極和第一電極之間的電容器3115保持Vth+α。這裏雖然說明了使第四開關3114導通的情況，然而也可以使它斷開。但是，必須在臨界電壓寫入周期中使第四開關3114導通。
在圖32所示的臨界電壓寫入周期(B)中，使第三開關3113斷開。因此，第一電晶體3101的第一電極，即源極電極的電位逐漸上升，當其上升到V1-Vth1時，即第一電晶體3101的閘極-源極電壓Vgs成為臨界電壓(Vth1)時，第一電晶體3101處於非導通狀態。因此，保持在電容器3115中的電壓是Vth1。
在之後的圖32所示的資料寫入周期(C)中，在使第二開關3112及第四開關3114斷開之後使第一開關3111導通，並且從訊號線3117輸入對應於亮度資料的電位(V1+Vdata)。藉由使第四開關3114斷開，可以使第一電晶體3101保持非導通狀態。由此，可以抑制當寫入資料時的由從電源線3122供應的電流導致的電容器3115的第二電極的電位的改變。因此，此時保持在電容器3115中的電壓Vcs是Vth1+Vdata。注意，當要在發光周期中使發光元件3116非發光時，輸入電位Vdata≦0。
接著，在圖32所示的發光周期(D)中，在使第一開關3111斷開，並且將電源線3122的電位設定為V2之後，使第四開關3114導通。此時，第一電晶體3101的閘極-源極電壓Vgs=Vth1+Vdata，並且第一電晶體3101處於導通狀態。由此，對應於亮度資料的電流流過第一電晶體3101及發光元件3116，從而發光元件3116發光。
藉由這種動作，無論第一電晶體3101的工作區是飽和區還是線性區，流過發光元件3116的電流都不取決於第一電晶體3101的臨界電壓(Vth1)。
此外，在圖32所示的下一框周期中的初始化周期(E)中，使第五開關3103斷開，並且使第二開關3112、第三開關3113、第四開關3114、以及第六開關3104導通。此時，第二電晶體3102的第一電極是源極電極，並且其電位為與電位供應線3123相等的V1-Vth-α。另一方面，第二電晶體3102的閘極電極的電位是V1。因此，第二電晶體3102的閘極-源極電壓Vgs是Vth+α，因此第二電晶體3102處於導通狀態。然後，由提供在第二電晶體3102的閘極電極和第一電極之間的電容器3115保持Vth+α。注意，這裏雖然說明了使第四開關3114導通的情況，然而，也可以使它斷開。但是，在臨界電壓寫入周期中必須使第四開關3114導通。
接著，在圖32所示的臨界電壓寫入周期(F)中，使第三開關3113斷開。因此，第二電晶體3102的第一電極，即源極電極的電位逐漸上升，當其上升到V1-Vth2時，即當第二電晶體3102的閘極-源極電壓Vgs成為臨界電壓(Vth2)時，第二電晶體3102處於非導通狀態。因此，保持在電容器3115中的電壓是Vth2。
在圖32所示的後續的資料寫入周期(G)中，在使第二開關3112及第四開關3114斷開之後，使第一開關3111導通，並且從訊號線3117輸入對應於亮度資料的電位(V1+Vdata)。藉由使第四開關3114斷開，而可以使第二電晶體3102保持非導通狀態。因此，可以抑制當寫入資料時的由從電源線3122供應的電流導致的電容器3115 的第二電極的電位的改變。因此，此時保持在電容器3115中的電壓Vcs是Vth2+Vdata。
接著，在圖32所示的發光周期(H)中，在使第一開關3111斷開，並且將電源線3122的電位設定為V2之後，使第四開關3114導通。此時，第二電晶體3102的閘極-源極電壓Vgs=Vth2+Vdata，並且第二電晶體3102處於導通狀態。由此，對應於亮度資料的電流流過第二電晶體3102及發光元件3116，從而發光元件3116發光。
無論第二電晶體3102的工作區是飽和區還是線性區，流向發光元件3116的電流都不取決於臨界電壓(Vth2)。
因此，藉由使用第一電晶體3101或第二電晶體3102控制供應給發光元件的電流，可以抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性而導致的電流值的不均勻性，並且可以向發光元件3116供應對應於亮度資料的電流。注意，藉由將第一電晶體3101和第二電晶體3102切換來減輕施加到一個電晶體的負載，而可以減小電晶體的臨界電壓的隨時間變化。
據此，可以抑制由第一電晶體3101和第二電晶體3102的臨界電壓導致的亮度的不均勻性。另外，因為相對電極的3124電位是恒定的，所以可以降低耗電量。
此外，當使第一電晶體3101和第二電晶體3102在飽和區中工作的情況下，也可以抑制流過每個電晶體的電流因發光元件3116的劣化而產生不均勻性。
注意，當使第一電晶體3101和第二電晶體3102在飽和區中工作的情況下，這些電晶體的通道長度L較佳的是長的。
另外，因為在初始化周期中向發光元件3116施加反向偏壓，所以可以使發光元件中的短路部絕緣，並且可以抑制發光元件的劣化。因此，可以延長發光元件的壽命。
注意，因為可以抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性，所以將由該電晶體控制的電流供應到哪里沒有特別限制。因此，可以使用EL元件(有機EL元件、無機EL元件、或者包含有機物及無機物的EL元件)、電子發射元件、液晶元件、電子墨水等作為圖31所示的發光元件3116。
另外，只要第一電晶體3101和第二電晶體3102具有控制供應給發光元件3116的電流值的功能即可，電晶體的種類沒有特別限制。因此，使用晶體半導體膜的薄膜電晶體(TFT)、使用以非晶矽或多晶矽為代表的非單晶半導體膜的薄膜電晶體、使用半導體基板或SOI基板來形成的電晶體、MOS電晶體、接面型電晶體、雙極電晶體、使用ZnO或a-InGaZnO等化合物半導體的電晶體、使用有機半導體或碳奈米管的電晶體、或者其他電晶體都可以使用。
第一開關3111選擇從訊號線3117向像素輸入對應於像素灰度的訊號的時序。第二開關3112選擇向第一電晶體3101或第二電晶體3102的閘極電極供應預定的電位的 時序。第三開關3113選擇供應使寫入到電容器3115中的電位初始化的預定電位的時序。第四開關3114抑制當寫入資料時的電容器3115的第二電極的電位的改變。因此，只要第一開關3111、第二開關3112、第三開關3113和第四開關3114具有上面的功能，它們就沒有特別的限制。例如，每個開關都可以是電晶體、二極體、或者組合了它們的邏輯電路。此外，第五開關3103及第六開關3104也沒有特別限制，例如可以是電晶體、二極體、或者組合了它們的邏輯電路。
在使用N通道型電晶體作為第一開關3111、第二開關3112、第三開關3113、第四開關3114、第五開關3103和第六開關3104的情況下，因為可以只使用N通道型電晶體形成像素，所以可以簡化製造步驟。另外，可以將非晶半導體或半非晶半導體(也稱作微晶半導體)等的非晶質半導體用於構成像素的電晶體的半導體層。例如，可以使用非晶矽(a-Si：H)作為非晶半導體。藉由使用這些非晶質半導體，可以進一步簡化製造步驟。因此，可以實現製造成本的降低和成品率的提高。
注意，在使用電晶體作為第一開關3111、第二開關3112、第三開關3113、第四開關3114、第五開關3103和第六開關3104的情況下，電晶體的極性(導電類型)沒有特別限制。但是，最好使用具有低截止電流的電晶體。
另外，如圖37中所示，第一電晶體3101和第五開關3103、以及第二電晶體3102和第六開關3104可以相互交 換位置。換句話說，第一電晶體3101及第二電晶體3102的第一電極藉由電容器3115及第四開關3114連接到第一電晶體3101及第二電晶體3102的閘極電極。此外，第一電晶體3101的第二電極藉由第五開關3103與電源線3122連接，並且第二電晶體3102的第二電極藉由第六開關3104與電源線3122連接。
此外，圖31及37顯示並聯設置的元件數量是兩個的情況，其中使用電晶體和開關作為一組，即使用第一電晶體3101和第五開關3103作為一組、以及第二電晶體3102和第六開關3104作為一組。但是，並聯設置的元件數量沒有特別限制。
注意，第四開關3114不局限於連接在節點3130和第一電晶體3101的閘極電極之間，也可以連接在節點3130和節點3131之間或節點3133和節點3132之間。
此外，如圖42所示，也可以不設置第四開關3114。在本實施例模式所示的像素中，藉由在資料寫入周期中使第五開關3103及第六開關3104雙方斷開，即使沒有第四開關3114也可以遮斷從電源線3122供應給節點3133的電流。由此，因為可以抑制電容器3115的第二電極的電位的改變，所以可以使電容器3115保持電壓Vth1+Vdata或Vth2+Vdata，而不需要第四開關3114。因此，可以在發光周期中向發光元件3116供應對應於亮度資料的更加準確的電流，而不使用第四開關3114。不言而喻，在圖31所示的像素，即第五開關3103及第六開關3104分別 連接在第一電晶體3101的第一電極和節點3133之間、以及第二電晶體3102的第一電極和節點3133之間的情況下，也是相同的。
此外，在發光周期中，藉由使第五開關3103及第六開關3104雙方斷開，可以強制地造成非發光狀態。藉由該動作，可以自由地設定發光周期。此外，也可以藉由插入黑顯示，不容易看到殘像，以可以實現動畫特性的提高。
此外，藉由向圖9的顯示裝置應用本實施例模式所示的像素，除非各列中的資料寫入周期重疊，可以與實施例模式1同樣地在各列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素在其自身的位址周期以外的周期中可以發光，所以發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)可以非常高，可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件中的電流值的電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠性。
注意，在本實施例模式中，與實施例模式4同樣，電位供應線3123也可以與其他列的佈線共用。另外，對於第一電晶體3101及第二電晶體3102中的每一個，可以使用電晶體串聯連接的多閘型電晶體或並聯設置的電晶體。本實施例模式不局限於此，而可以應用於實施例模式1至 4所示的像素結構。
實施例模式6
在本實施例模式中，將參照圖39說明將P通道型電晶體應用於控制供應給發光元件的電流值的電晶體的情況。
圖39所示的像素具有電晶體3910、第一開關3911、第二開關3912、第三開關3913、第四開關3914、電容器3915和發光元件3916。注意，像素連接到訊號線3917、第一掃描線3918、第二掃描線3919、第三掃描線3920、第四掃描線3921、電源線3922、以及電位供應線3923上。在本實施例模式中，電晶體3910是P通道型電晶體，並且當其閘極-源極電壓的絕對值(｜Vgs｜)超過臨界電壓的絕對值(｜Vth｜)時(當Vgs低於Vth時)，電晶體3910處於導通狀態。另外，將說明使用如圖49所示那樣從相對電極3924向像素電極4911流過電流的EL元件作為發光元件3916的例子。此時，像素電極4911用作陰極，並且相對電極3924用作陽極。注意，使用｜Vgs｜表示電晶體的閘極-源極電壓的絕對值，使用｜Vth｜表示臨界電壓的絕對值，並且也將電源線3922、電位供應線3923、以及訊號線3917分別稱為第一佈線、第二佈線、以及第三佈線。此外，也可以將第一掃描線3918、第二掃描線3919、第三掃描線3920、以及第四掃描線3921分別稱為第四佈線、第五佈線、第六佈線、以及第七佈線。
電晶體3910的第一電極(源極電極及汲極電極之一)連接到發光元件3916的像素電極，其第二電極(源極電極及汲極電極的另一個)連接到電源線3922，其閘極電極藉由第四開關3914及第二開關3912與電源線3922連接。注意，第四開關3914連接在電晶體3910的閘極電極和第二開關3912之間。另外，若將第四開關3914和第二開關3912的連接點作為節點3930，節點3930藉由第一開關3911與訊號線3917連接。另外，電晶體3910的第一電極還藉由第三開關3913與電位供應線3923連接。
此外，在節點3930和電晶體3910的第一電極之間連接有電容器3915。換句話說，電容器3915的第一電極藉由第四開關3914連接到電晶體3910的閘極電極，其第二電極連接到電晶體3910的第一電極。電容器3915可以藉由由佈線、半導體層或電極夾著絕緣膜來形成，也可以根據情況使用電晶體3910的閘極電容而省略電容器3915。將這些保持電壓的單元稱為儲存電容器。此外，將節點3930與如下佈線的連接點作為節點3931，該佈線連接第一開關3911和電容器3915的第一電極；將電晶體3910的第一電極與如下佈線的連接點作為節點3932，該佈線連接電容器3915的第二電極和發光元件3916的像素電極。
藉由向第一掃描線3918、第二掃描線3919、第三掃描線3920和第四掃描線3921輸入訊號，來分別控制第一 開關3911、第二開關3912、第三開關3913和第四開關3914的導通和斷開。
向訊號線3917輸入相當於視頻訊號的根據像素灰度的訊號，即對應於亮度資料的電位。
接著，將參考照圖40的時序圖及圖41A至41D說明圖39所示的像素的動作。注意，在圖40中將相當於顯示一個畫面影像的周期的一個框周期分成初始化周期、臨界電壓寫入周期、資料寫入周期及發光周期。此外，將初始化周期、臨界電壓寫入周期和資料寫入周期統稱為位址周期。一個框周期的長度沒有特別限制，但是較佳的為1/60秒或更短，從而影像觀察者不會感覺到閃爍。
注意，向發光元件3916的相對電極3924輸入電位V1，並且向電位供應線3923輸入電位V1+｜Vth｜+α(α：任意的正數)。另外，向電源線3922在位址周期中輸入V1並且在發光周期中輸入電位V2。注意，V2<V1。
此處，為了說明動作，發光元件3916的相對電極3924的電位等於在位址周期中的電源線3922的電位。但是，當將為了使發光元件3916發光所需的最小電位差稱作VEL時，相對電極3924的電位只要低於對電位供應線3923的電位加上VEL的值即可。即，在位址周期中，發光元件3916的兩端的電位成為使電流不流過發光元件3916的電位即可。另外，在發光周期中的電源線3922的電位V2只要低於從相對電極3924的電位減去為了使發光元件3916發光所需的最小電位差(VEL)所獲得的值即可。這 裏為了說明的目的，將相對電極3924的電位設定為V1，所以V2低於V1-VEL即可。
首先，在如圖40及圖41A中所示的初始化周期(A)中，使第一開關3911斷開，並且使第二開關3912、第三開關3913、以及第四開關3914導通。此時，電晶體3910的第一電極成為源極電極，並且其電位等於電位供應線3923的電位，即V1+｜Vth｜+α。另一方面，電晶體3910的閘極電極的電位成為V1。因此，電晶體3910的閘極-源極電壓的絕對值｜Vgs｜成為｜Vth｜+α，電晶體3910處於導通狀態。在設於電晶體3910的閘極電極和第一電極之間的電容器3915中保持｜Vth｜+α。這裏雖然說明了使第四開關3914導通的情況，然而，也可以使它斷開。但是，在臨界電壓寫入周期中需要使第四開關3914導通。
接著，在如圖40及圖40B所示的臨界電壓寫入周期(B)中，使第三開關3913斷開。因此，電晶體3910的第一電極，即源極電極的電位逐漸下降，當其下降到V1+｜Vth｜時，電晶體3910處於非導通狀態。因此，保持在電容器3915中的電壓大約是｜Vth｜。
在如圖40及圖41C所示的後續的資料寫入周期(C)中，在使第二開關3912及第四開關3914斷開之後，使第一開關3911導通，並且從訊號線3917輸入對應於亮度資料的電位(V1-Vdata)。在此周期中，藉由使第四開關3914斷開，可以將電晶體3910保持在非導通狀態。由此，可以抑制當寫入資料時由從電源線3922供應的電流 導致的電容器3915的第二電極的電位的改變。因此，此時保持在電容器3915中的電壓Vcs可以由公式(5)表示，其中將電容器3915及發光元件3916的電容量分別稱為C1和C2。
注意，因為發光元件3916的膜厚比電容器3915薄並且具有更大的電極面積，所以C2>>C1。因此，由於C2/(C1+C2)≒1，故保持在電容器3915中的電壓Vcs由公式(6)表示。注意，在發光周期中，當要使發光元件3916非發光時，輸入電位Vdata≦0即可。
[公式6]Vcs=｜-｜Vth｜-Vdata｜…(6)
接下來，在圖40及圖41D所示的發光周期(D)中，在使第一開關3911斷開並且將電源線3922的電位設定為V2之後，使第四開關3914導通。此時，電晶體3910的閘極-源極電壓成為Vgs=-Vdata-｜Vth｜，並且電晶體3910處於導通狀態。因此，對應於亮度資料的電流流向電晶體3910及發光元件3916，從而發光元件3916發光。
注意，當使電晶體3910在飽和區工作時，流過發光元件3916的電流I由公式(7)表示。
因為電晶體3910是P通道型電晶體，所以Vth<0。因此，公式(7)可以轉變成公式(8)。
另外，當使電晶體3910在線性區工作時，流過發光元件的電流I由公式(9)表示。
根據Vth<0，公式(9)可以轉變成公式(10)。
此處，W是指電晶體3910的通道寬度，L是通道長度，μ是遷移率，並且Cox是儲存電容。
根據公式(8)及(10)，無論電晶體3910的工作區是飽和區還是線性區，流過發光元件3916的電流都不取決於電晶體3910的臨界電壓(Vth)。因此，可以抑制由電晶體3910的臨界電壓的不均勻性導致的電流的不均勻性，並且可以向發光元件3916供應對應於亮度資料的電 流。
據此，可以抑制由電晶體3910的臨界電壓的不均勻性導致的亮度的不均勻性。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。
另外，當使電晶體3910在飽和區中工作時，還可以抑制亮度因發光元件3916的劣化而產生不均勻性。當發光元件3916劣化時，發光元件3916的VEL增加，並且電晶體3910的第一電極，即源極電極的電位降低。此時，電晶體3910的源極電極連接到電容器3915的第二電極，電晶體3910的閘極電極連接到電容器3915的第一電極，而閘極電極處於浮動狀態。因此，隨著源極電位的降低，電晶體3910的閘極電位也降低與源極電位的降低相同的量。因此，電晶體3910的Vgs不會改變，從而即使發光元件劣化也不會影響到流過電晶體3910及發光元件3916的電流。注意，由公式(8)中還可知流過發光元件的電流I不取決於源極電位或汲極電位。
因此，當使電晶體3910在飽和區中工作時，可以抑制由電晶體3910的臨界電壓的不均勻性及發光元件3916的劣化導致的流向電晶體3910的電流的不均勻性。
注意，當使電晶體3910在飽和區中工作時，電晶體3910的通道長度L較佳的是長的，以便抑制由擊穿現象和通道長度調制導致的電流量的增加。
另外，因為在初始化周期中向發光元件3916施加反 向偏壓，所以可以使發光元件中的短路部絕緣，並且可以抑制發光元件的劣化。因此，可以延長發光元件的壽命。
注意，圖39所示的發光元件3916沒有特別限制，並且可以使用EL元件(有機EL元件、無機EL元件、或者包含有機物和無機物的EL元件)、電子發射元件、液晶元件、電子墨水等。
另外，電晶體3910只要具有控制供應給發光元件3916的電流值的功能即可，並且電晶體的種類沒有特別限制。因此，使用晶體半導體膜的薄膜電晶體(TFT)、使用以非晶矽或多晶矽為代表的非單晶半導體膜的薄膜電晶體、使用半導體基板或SOI基板形成的電晶體、MOS電晶體、接面電晶體、雙極電晶體、使用ZnO或a-InGaZnO等化合物半導體的電晶體、使用有機半導體或碳奈米管的電晶體、或者其他電晶體都可以使用。
第一開關3911選擇從訊號線3917向像素輸入對應於像素灰度的訊號的時序。第二開關3912選擇向電晶體3910的閘極電極供應預定的電位的時脈，並且控制是否向電晶體3910的.閘極電極供應預定的電位。第三開關3913選擇供應使寫入到電容器3915中的電位初始化的預定電位的時脈或提高電晶體3910的第一電極的電位。第四開關3914抑制當寫入資料時的電容器3915的第二電極的電位的改變。因此，第一開關3911、第二開關3912、第三開關3913和第四開關3914只要具有上面的功能，它們沒有特別限制。例如，每個開關都可以是電晶體、二極 體、或者組合了它們的邏輯電路。
注意，在使用電晶體的情況下，其極性(導電類型)沒有特別限制。但是，最好使用具有低截止電流的電晶體。作為具有低截止電流的電晶體，可以給出設置有LDD區的電晶體、具有多閘極結構的電晶體等。此外，該開關可以是使用N通道型電晶體和P通道型電晶體兩者的CMOS型開關。
例如，在對第一開關3911、第二開關3912、第三開關3913和第四開關3914應用P通道型電晶體的情況下，當需要使開關導通時向控制每個開關導通/斷開的掃描線輸入L電位訊號，或者當需要使開關斷開時輸入H電位訊號。
在此情況下，因為可以只使用P通道型電晶體形成像素，所以可以簡化製造步驟。
此外，可以將本實施例模式所示的像素應用於圖9的顯示裝置。與實施例模式1相同，除非各列中的資料寫入周期重疊，可以在各列中自由地設定初始化開始時間。另外，因為每個像素在其自身的位址周期以外的周期中可以發光，所以發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)可以非常高，可以大約為100%。因此，可以獲得亮度的不均勻性較小且占空比高的顯示裝置。
另外，因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件的電流值的電晶體的臨界電壓寫入到電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠 性。
注意，本實施例模式可以與其他實施例模式所示的像素結構自由地組合來實施。例如有如下情況：第四開關3914連接在節點3930和節點3931之間或電晶體3910的第一電極和節點3932之間；或者電晶體3910的第二電極藉由第四開關3914與電源線3922連接；等等。但是，若將電源線3922如下佈線的連接點作為節點3935，該佈線連接第二開關3912和電晶體3910的第二電極，當第四開關3914連接在節點3935和電源線3922之間時，在初始化周期中不能使第四開關3914斷開。
本實施例模式所記載的電晶體3910不局限於上述結構，也可以應用到其他實施例模式所示的像素中。
實施例模式7
在本實施例模式中，將參照圖17說明本發明的像素的部分截面圖的一個方式。注意，本實施例模式的部分截面圖所示的電晶體是具有控制供應給發光元件的電流值的功能的電晶體。
首先，在具有絕緣表面的基板1711上形成底膜1712。作為具有絕緣表面的基板1711，除了使用玻璃基板、石英基板、塑膠基板(聚醯亞胺、丙烯酸、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚碸等)、或陶瓷基板等的絕緣基板，還可以使用在其表面上形成了絕緣膜的金屬基板(鉭、鎢、鉬等)或半導體基板等。但是，需 要使用至少能夠耐受處理中產生的熱的基板。
使用絕緣膜如氧化矽膜、氮化矽膜或者氧氮化矽膜(SiOxNy)等並且由這些絕緣膜的單層或者兩層或更多層的多個層形成底膜1712。注意，可以使用濺射法、CVD法等形成底膜1712。儘管在本實施例模式中底膜1712是單層，但是不用說它可以是兩層或更多層的多個層。
接著，在底膜1712上形成電晶體1713。電晶體1713至少由半導體層1714、形成在半導體層1714上的閘極絕緣膜1715、以及隔著閘極絕緣膜1715形成在半導體層1714上的閘極電極1716構成，並且半導體層1714具有源區及汲區。
對半導體層1714可以使用如下所述的膜：具有選自非晶矽(a-Si：H)、以矽、矽鍺(SiGe)等為主要成分的非晶質半導體、混合了非晶狀態和晶體狀態的半非晶半導體、以及在非晶質半導體內可以觀察到0.5nm至20nm的晶粒的微晶半導體中的任一非晶狀態的膜(即，非晶半導體膜)；或多晶矽(P-Si：H)等晶體半導體膜。注意，可以觀察到0.5nm至20nm的晶粒的微晶狀態被稱作所謂的微晶。注意，當使用非晶半導體膜時，使用濺射法、CVD法等形成半導體層1714即可，而當使用晶體半導體膜時，例如在形成非晶半導體膜之後使該非晶半導體膜結晶化來形成半導體層1714即可。如果需要，為了控制電晶體的臨界電壓，除了上面的主要組分外，可以包含微量的雜質元素(如磷、砷或硼等)。
接著，覆蓋半導體層1714地形成閘極絕緣膜1715。例如，藉由使用氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等以單層或層疊多個層的膜來形成閘極絕緣膜1715。可以使用濺射法、CVD法等作為形成膜的方法。
接下來，在半導體層1714上方隔著閘極絕緣膜1715形成閘極電極1716。閘極電極1716可以由單層形成或者藉由層疊多層金屬膜來形成。注意，除了選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)和鉻(Cr)等中的金屬元素以外，還可以使用包含該元素作為其主要組分的合金材料或化合物材料來形成閘極電極。例如，閘極電極可以由第一導電層和第二導電層構成，其中使用氮化鉭(TaN)作為第一導電層並且使用鎢(W)作為第二導電層。
接著，使用閘極電極1716或者形成為所需形狀的抗蝕劑作為掩模，向半導體層1714中選擇性地添加賦予N型或P型導電類型的雜質。如此，在半導體層1714中形成通道形成區和雜質區(包括源區、汲區、GOLD區和LDD區)。另外，取決於要添加的雜質元素的導電類型，可以區別地形成N通道型電晶體或者P通道型電晶體。
注意，為了在圖17中以自對準的方式形成LDD區1720，在覆蓋閘極電極1716地形成矽化合物，例如氧化矽膜、氮化矽膜或者氧氮化矽膜之後，回蝕形成側壁1717。之後，可以藉由向半導體層1714中添加賦予導電性的雜質來形成源區1718、汲區1719、以及LDD區 1720。因此，LDD區1720位於側壁1717的下方。注意，側壁1717是為了以自對準的方式形成LDD區1720而設置的，所以不一定需要提供側壁。注意，使用磷、砷或硼等作為賦予導電性的雜質。
接著，藉由層疊第一絕緣膜1721和第二絕緣膜1722並且覆蓋閘極電極1716地形成第一層間絕緣膜1730。作為第一絕緣膜1721和第二絕緣膜1722，可以使用無機絕緣膜，如氧化矽膜、氮化矽膜或者氧氮化矽膜(SiOxNy)等；或者具有低介電常數的有機樹脂膜(光敏或非光敏的有機樹脂膜)。替代地，也可以使用含有矽氧烷的膜。注意，矽氧烷是由矽(Si)和氧(O)的鍵形成骨架，並且使用有機基團(例如，烷基或芳香烴)作為取代基的材料。此外，取代基可以包含氟基。
注意，還可以使用由相同材料組成的絕緣膜作為第一絕緣膜1721和第二絕緣膜1722。在本實施例模式中，第一層間絕緣膜1730具有兩層的疊層結構，但是它可以是單層或者具有三層或更多層的疊層結構。
注意，第一絕緣膜1721和第二絕緣膜1722可以使用濺射法、CVD法、旋塗法等來形成，並且在使用有機樹脂膜或包含矽氧烷的膜的情況下藉由塗敷法來形成即可。
之後，在第一層間絕緣膜1730上形成源極電極及汲極電極1723。注意，源極電極及汲極電極1723藉由接觸孔分別連接到源區1718和汲區1719。
注意，可以使用銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、 鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、銠(Rh)、鎢(W)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、矽(Si)、鍺(Ge)、鋯(Zr)、或鋇(Ba)等的金屬；其合金；其金屬氮化物；或者它們的疊層膜來形成源極電極及汲極電極1723。
接著，覆蓋源極電極及汲極電極1723地形成第二層間絕緣膜1731。作為第二層間絕緣膜1731，可以使用無機絕緣膜、樹脂膜、或者它們的疊層。作為無機絕緣膜，可以使用氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜或者層疊它們的膜。作為樹脂膜，可以使用聚醯亞胺、聚醯胺、丙烯酸、聚醯亞胺醯胺、環氧樹脂等。
在第二層間絕緣膜1731上形成像素電極1724。接著，覆蓋像素電極1724的端部地形成絕緣體1725。為了在之後良好地形成包含發光物質的層1726，將絕緣體1725的上端部或下端部形成為具有曲率的曲面。例如，在使用正光敏型丙烯酸作為絕緣體1725的材料的情況下，較佳的只使絕緣體1725的上端部為具有曲率半徑(0.2μm至3μm)的曲面。此外，作為絕緣體1725，都可以使用藉由感光性的光而變成在蝕刻劑中不可溶的負光敏抗蝕劑、或者藉由感光性的光而變成在蝕刻劑中可溶的正光敏抗蝕劑。此外，作為絕緣體1725的材料，不僅使用有機物，也可以使用氧化矽或氧氮化矽等的無機物。
接著，在像素電極1724及絕緣體1725上形成包含發 光物質的層1726及相對電極1727。
注意，在包含發光物質的層1726夾在像素電極1724和相對電極1727之間的區域上形成發光元件1728。
接著，將參照圖18A和18B詳細說明發光元件1728。注意，圖17中的像素電極1724及相對電極1727分別相當於圖18A和18B中的像素電極1801和相對電極1802。在圖18A中，將像素電極用作陽極並且將相對電極用作陰極。
如圖18A所示，在像素電極1801和相對電極1802之間設有發光層1813，並且還設有電洞注入層1811、電洞傳輸層1812、電子傳輸層1814、電子注入層1815等。層疊這些層，使得當將像素電極1801的電位設置成高於相對電極1802的電位地施加電壓時，從像素電極1801一側注入電洞並且從相對電極1802一側注入電子。
在這種發光元件中，從像素電極1801注入的電洞和從相對電極1802注入的電子在發光層1813中複合，從而使發光物質處於激發狀態。然後，當激發狀態的發光物質返回基態時發光。注意，發光物質只要是可以獲得發光(電致發光)的物質即可。
對於形成發光層1813的物質沒有特別限制，並且發光層可以僅由發光物質形成。但是，當發生濃度淬滅時，發光層較佳的是如下所述的層：在由其能隙大於發光物質的能隙的物質(宿主)構成的層中分散地混合有發光物質。這就可以阻止了發光物質的濃度淬滅。注意，能隙是 指最低未佔據分子軌道(LUMO)能級和最高佔據分子軌道(HOMO)能級之間的能量差。
另外，對於發光物質沒有特別限制，只要使用在所需發射波長下能夠發光的物質即可。例如，當要獲得紅色系發光時，可以使用呈現在600nm至680nm處具有發射光譜峰的發光的物質，如4-二氰基亞甲基-2-異丙基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基久洛裏定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(縮寫：DCJTI)、4-二氰基亞甲基-2-甲基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基久洛裏定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(縮寫：DCJT)、4-二氰基亞甲基-2-叔-丁基-6-[2-(1,1,7,7-四甲基久洛裏定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(縮寫：DCJTB)、或者吡啶醇(periflanthene)、2,5-二氰基-1,4-雙[2-(10-甲氧基-1,1,7,7-四甲基久洛裏定-9-基)乙烯基]苯等。當要獲得綠色系發光時，可以使用呈現在500nm至550nm處具有發射光譜峰的發光的物質，如N,N’-二甲基喹吖啶酮(縮寫：DMQd)、香豆素6或香豆素545T、三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫：Alq)、N,N’-二苯基喹吖啶酮(縮寫：DPQd)等。當要獲得藍色系發光時，可以使用呈現在420nm至500nm處具有發射光譜峰的發光的物質，如9,10-雙(2-萘基)-叔-丁基蒽(縮寫：t-BuDNA)、9,9’-聯蒽、9,10-二苯基蒽(縮寫：DPA)或9,10-雙(2-萘基)蒽(縮寫：DNA)、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基苯酚氧基-鎵(縮寫：BGaq)、或者雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基苯酚氧基-鋁(縮寫：BAlq)等。
對於用來使發光物質處於分散狀態的物質沒有特別限制，例如可以使用9,10-二(2-萘基)-2-叔-丁基蒽(縮寫：t-BuDNA)等蒽衍生物、4,4’-雙(N-哢唑基)聯苯(縮寫：CBP)等哢唑衍生物，並且還可以使用雙[2-(2-羥苯基)吡啶]鋅(縮寫：Znpp2)或者雙[2-(2-羥苯基)苯並噁唑]鋅(縮寫：ZnBOX)等金屬複合物等。
儘管形成像素電極1801的陽極材料沒有特別限制，但是較佳的使用具有高功函數(4.0eV或更高)的金屬、合金、導電化合物、以及其混合物等。作為這種陽極材料的具體實例，不僅給出金屬材料的氧化物，如氧化銦錫(縮寫：ITO)、包含氧化矽的ITO(縮寫：ITSO)、或者使用對氧化銦混合了2至20[wt%]的氧化鋅(ZnO)的靶形成的氧化銦鋅(縮寫：IZO)，又可以給出金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、或金屬材料的氮化物(如TiN)等。
另一方面，作為形成相對電極1802的物質，可以使用具有低功函數(3.8eV或更低)的金屬、合金、導電化合物、以及其混合物等。作為這種陰極材料的具體實例，可以給出屬於周期表第1或2族的元素，即鋰(Li)或銫(Cs)等的鹼金屬；或鎂(Mg)、鈣(Ca)或鍶(Sr)等的鹼土金屬；以及包含這些元素的合金(Mg：Ag、Al：Li)。另外，藉由在相對電極1802和發光層1813之間與該相對電極層疊而設置具有電子注入性優良的層，可 以將各種導電材料用作相對電極1802，該各種導電材料包括作為像素電極1801的材料所舉出的Al、Ag、ITO、或者包含氧化矽的ITO等，而與功函數的高低無關。另外，尤其是藉由使用具有優良的電子注入功能的材料形成後述的電子注入層1815，可以獲得相同的效果。
注意，為了將發射的光提取到外部，像素電極1801和相對電極1802中的任一者或兩者較佳的是由ITO等製成的透明電極，或者為了能夠使可見光透過而形成為幾nm至幾十nm的厚度的電極。
如圖18A中所示，在像素電極1801和發光層1813之間具有電洞傳輸層1812。電洞傳輸層是用於將從像素電極1801注入的電洞傳輸到發光層1813中的層。藉由如此提供電洞傳輸層1812並且使像素電極1801和發光層1813彼此分開，可以防止發光由於金屬而淬滅。
注意，電洞傳輸層1812較佳的使用具有高電洞傳輸性質的物質，特別較佳的使用電洞遷移率為1×10-6cm2/Vs或更大的物質來形成。注意，具有高電洞傳輸性質的物質是指其電洞遷移率高於電子遷移率的物質。作為可以用來形成電洞傳輸層1812的物質的具體實例，可以給出4,4’-雙[N(1-萘基)-N-苯基氨基]-聯苯(縮寫：NPB)、4,4’-雙[N(3-甲苯基)-N-苯基氨基]-聯苯(縮寫：TPD)、4,4’,4”-三(N,N-二苯氨基)三苯胺(縮寫：TDATA)、4,4’,4”-三[N(3-甲苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(縮寫：MTDATA)、4,4’-雙{N-[4-(N,N-二-間-甲苯氨基)苯 基]-N-苯基氨基}-聯苯(縮寫：DNTPD)、1,3,5-三[N,N-二-(間-甲苯)氨基]苯(縮寫：m-MTDAB)、4,4’,4”-三(N-哢唑基)三苯胺(縮寫：TCTA)、酞菁(縮寫：H2PC)、銅酞菁(縮寫：CuPC)、釩氧酞菁(縮寫：VOPC)等。此外，電洞傳輸層1812還可以是將兩層或更多層的由上述物質組成的層組合而形成的多層結構的層。
此外，如圖18A中所示，在相對電極1802和發光層1813之間還可以具有電子傳輸層1814。此處，電子傳輸層是用來向發光層1813輸送從相對電極1802注入的電子的層。藉由如此提供電子傳輸層1814並且使相對電極1802和發光層1813彼此分開，可以防止發光由於電極材料的金屬而淬滅。
對於電子傳輸層1814的材料沒有特別限制，可以由具有喹啉骨架或苯並喹啉骨架的金屬複合物等形成，如三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫：Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(縮寫：Almq3)、雙(10-羥基苯並[h]-喹啉)鈹(縮寫：BeBq2)或者雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基苯酚氧基-鋁(縮寫：BAlq)等。替代地，它還可以由具有噁唑基配位體或噻唑基配位元體的金屬複合物等形成，如雙[2-(2-羥苯基)-苯並噁唑]鋅(縮寫：Zn(BOX)2)或雙[2-(2-羥苯基)-苯並噻唑]鋅(縮寫：Zn(BTZ)2)等。此外，它還可以使用2-(4-聯苯基)-5-(4-叔-丁苯基)-1,3,4-噁二唑(縮寫：PBD)或1,3-雙[5-(對-叔-丁苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(縮寫：OXD-7)、3-(4- 叔-丁苯基)-4-苯基-5-(4-聯苯基)-1,2,4-三唑(縮寫：TAZ)、3-(4-叔-丁苯基)-4-(4-乙苯基)-5-(4-聯苯基)-1,2,4-三唑(縮寫：P-EtTAZ)、紅菲咯啉(縮寫：BPhen)、浴銅靈(縮寫：BCP)等。電子傳輸層1814較佳的使用如上所述的其電子遷移率高於電洞遷移率的物質形成。另外，電子傳輸層1814更佳的使用電子遷移率為10-6cm2/Vs或更大的物質來形成。注意，電子傳輸層1814可以是具有藉由結合由上述物質形成的兩層或更多層而形成的多層結構的層。
另外，如圖18A中所示，可以在像素電極1801和電洞傳輸層1812之間具有電洞注入層1811。此處，電洞注入層是指具有促進從用作陽極的電極向電洞傳輸層1812注入電洞的功能的層。
對於電洞注入層1811的材料沒有特別限制，可以使用如氧化鉬(MoOx)、氧化釩(VOx)、氧化釕(RuOx)、氧化鎢(WOx)或氧化錳(MnOx)等的金屬氧化物形成電洞注入層1811。替代地，電洞注入層1811也可以由酞菁(縮寫：H2Pc)或酞菁銅(縮寫：CuPc)等的酞菁基化合物、4,4’-雙(N(4-(N,N-二-m-甲苯氨基)苯基]-N苯基氨基)聯苯(縮寫：DNTPD)等的芳香胺基化合物、或聚(乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)水溶液(PEDOT/PSS)等的高分子化合物等形成。
另外，可以在像素電極1801和電洞傳輸層1812之間設置該金屬氧化物和具有高電洞傳輸性質的物質的混合 物。因為這種層甚至在增厚時也不會導致驅動電壓的上升，所以藉由調整層的厚度而可以進行利用微腔效應或者光干涉效應的光學設計。因此，可以製造出具有優異的色純度且取決於視角的顏色變化很少的高品質的發光元件。另外，可以選擇如下膜厚：該膜厚可以防止由於當形成膜時在像素電極1801的表面上產生的凹凸和殘留在電極表面上的少量殘渣的影響而導致像素電極1801和相對電極1802的短路。
另外，如圖18A中所示，也可以在相對電極1802和電子傳輸層1814之間設置電子注入層1815。此處，電子注入層是具有促進從用作陰極的電極向電子傳輸層1814注入電子的功能的層。注意，當沒有特別設置電子傳輸層時，可以藉由在用作陰極的電極和發光層之間設置電子注入層來輔助對發光層的電子注入。
對於電子注入層1815的材料沒有特別限制，可以使用鹼金屬或鹼土金屬的化合物，如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)或者氟化鈣(CaF2)等來形成電子注入層1815。替代地，具有高電子傳輸性質的物質，如Alq或4,4-雙(5-甲基苯並噁唑-2-基)二苯乙烯(BzOs)等和鎂或鋰等的鹼金屬或鹼土金屬的混合物都可以用於電子注入層1815。
注意，電洞注入層1811、電洞傳輸層1812、發光層1813、電子傳輸層1814和電子注入層1815都可以藉由蒸鍍法、噴墨法或者塗敷法等中的任一方法來形成。另外， 也可以使用濺射法或蒸鍍法等中的任一方法形成像素電極1801或相對電極1802。
另外，發光元件的層結構不局限於圖18A所記載的結構，並且如圖18B所示那樣可以藉由從用作陰極的電極開始順序地形成層來製造。換句話說，還可以將像素電極1801用作陰極，並且依次在像素電極1801上層疊電子注入層1815、電子傳輸層1814、發光層1813、電洞傳輸層1812、電洞注入層1811和對電極1802。注意，相對電極1802用作陽極。
雖然顯示具有一層發光層的發光元件，然而發光元件還可以具有多個發光層。藉由設置多個發光層並且混合來自各個發光層的發光，而可以獲得白色光。例如，在具有兩層發光層的發光元件的情況下，較佳的在第一發光層和第二發光層之間提供間隔層或產生電洞的層、以及產生電子的層。藉由採用這種結構，發射到外部的各個光在視覺上混合並作為白色看到。因此，可以獲得白色光。
在圖17中藉由像素電極1724和相對電極1727中任一個或兩者向外部提取發光。因此，像素電極1724和相對電極1727中任一個或兩者由具有透光性的物質形成。
當只有相對電極1727由具有透光性的物質形成時，如圖19A所示，藉由相對電極1727從與基板相反的一側提取發光。此外，當只有像素電極1724由具有透光性的物質形成時，如圖19B所示，藉由像素電極1724從基板一側提取發光。當像素電極1724及相對電極1727雙方都 由具有透光性的物質形成時，如圖19C所示，藉由像素電極1724及相對電極1727從基板一側及與基板相反的一側兩側提取發光。
佈線和電極不局限於上述材料，它們可以使用如下材料來形成：選自鋁(Al)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)、釹(Nd)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鈧(Sc)、鈷(Co)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、矽(Si)、磷(P)、硼(B)、砷(As)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)的組中的一種或多種元素；以選自上述組中的一種或多種元素為成分的化合物或合金材料(例如，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、含有氧化矽的ITO(ITSO)、氧化鋅(ZnO)、鋁-釹(Al-Nd)、鎂-銀(Mg-Ag)等)；或者組合了這些化合物的物質等。此外，還可以使用這些物質和矽的化合物(矽化物)(例如，鋁矽、鉬矽、矽化鎳等)或這些物質和氮的化合物(例如，氮化鈦、氮化鉭、氮化鉬等)來形成佈線和電極。注意，在矽(Si)中也可以包含許多的n型雜質(磷等)或p型雜質(硼等)。藉由包含這些雜質，其導電率提高，並且因為起到與一般的導體相同的作用，因此很容易用作為佈線和電極。注意，作為矽可以使用單晶、多晶(多晶矽)、非晶質(非晶矽)中的任一種。當使用單晶矽或多晶矽時可以減少電阻，而當使用非晶矽時可以以簡單的製造步驟來形成佈線和電極。
此外，在使用鋁或銀的情況下，因為其導電率高，所以可以降低訊號延遲。此外，由於可以容易進行蝕刻，所以容易進行構圖並且可以進行微細加工。在使用銅的情況下，也因為導電率高所以可以降低訊號延遲。在使用鉬的情況下，即使在與ITO、IZO等的氧化物半導體或矽接觸時，也不產生材質不良等的問題而製作。另外，容易進行構圖或蝕刻並且具有高耐熱性，所以是較佳的。在使用鈦的情況下，即使在與ITO、IZO等的氧化物半導體或矽接觸時也不產生材質不良等的問題，並且具有良好的耐熱性，所以是較佳的。此外，鎢或釹因為具有良好的耐熱性，所以是較佳的。注意，當使用釹和鋁形成合金時，其耐熱性提高，從而可以抑制產生鋁的小丘。此外，在使用矽的情況下，可以與電晶體所具有的半導體層同時形成，並且具有高耐熱性。此外，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、含有氧化矽的ITO(ITSO)、氧化鋅(ZnO)、以及矽(Si)具有透光性，所以特別較佳的用於要透過光的部分。例如，它們可以用作像素電極或共同電極。
注意，佈線和電極也可以為使用上述材料形成的單層結構或多層結構。例如，在以單層結構形成佈線和電極的情況下，可以簡化製造步驟，並且降低成本。此外，在以多層結構形成佈線和電極的情況下，可以利用各個材料的優點並且減少缺點，所以可以形成具有良好性能的佈線和電極。例如，藉由將低電阻的材料(鋁等)包含在多層結 構中地形成佈線，而可以實現佈線的低電阻化。此外，藉由採用包含高耐熱性的材料的結構(例如，由具有高耐熱性的材料夾著耐熱性低但具有其他優點的材料的疊層結構)，而可以提高耐熱性，並且可以產生在單層結構中不能產生的優點。例如，最好使用將含有鋁的層夾在含有鉬或鈦的層之間的結構的佈線和電極。此外，若存在有佈線和電極與其他材料的佈線和電極等直接接觸的部分，則有可能互相受不好的影響。例如，一種材料混入在另外的材料中，並且各種材料的性質改變，從而各種材料不能起到原來的作用或者當製造時產生問題而不能正常製造。在此情況下，可以藉由將某個層夾在其他層之間或使用其他層覆蓋，而解決問題。例如，當要使氧化銦錫(ITO)和鋁彼此接觸時，其中間較佳的夾有鈦或鉬。此外，當要使矽和鋁彼此接觸時，也最好同樣地在其中間夾有鈦或鉬。
接著，將說明將非晶半導體膜用於電晶體1713的半導體層的正交錯結構的電晶體。圖20A和20B顯示像素的部分截面圖。注意，在圖20A和20B中顯示具有正交錯結構的電晶體並且還說明了像素所包括的電容器。
如圖20A和20B所示，在基板2011上形成底膜2012。此外，在底膜2012上形成像素電極2013。另外，第一電極2014由與像素電極2013相同的材料構成並且形成在相同的層中。
此外，在底膜2012上形成佈線2015及佈線2016，並且用佈線2015覆蓋像素電極2013的端部。在佈線 2015及佈線2016上部形成具有N型導電類型的N型半導體層2017及N型半導體層2018。另外，在佈線2015和佈線2016之間並且在底膜2012上形成有半導體層2019。半導體層2019的一部分延伸到N型半導體層2017及N型半導體層2018之上。注意，該半導體層由非晶矽(a-Si：H)等的非晶質半導體、半非晶半導體、微晶半導體等的非晶半導體膜形成。另外，在半導體層2019上形成閘極絕緣膜2020。此外，還在第一電極2014上形成由與閘極絕緣膜2020相同的材料製成並形成在相同的層中的絕緣膜2021。
此外，在閘極絕緣膜2020上形成閘極電極2022，以形成電晶體2025。另外，在第一電極2014上隔著絕緣膜2021形成由與閘極電極2022相同的材料構成並形成在相同的層中的第二電極2023，以形成將絕緣膜2021夾在第一電極2014和第二電極2023之間而構成的電容器2024。此外，覆蓋像素電極2013的端部、電晶體2025、以及電容器2024地形成層間絕緣膜2026。
在層間絕緣膜2026及位於其開口部的像素電極2013上形成包含發光物質的層2027及相對電極2028，並且由將包含發光物質的層2027夾在像素電極2013和相對電極2028之間的區域形成發光元件2029。
圖20A所示的第一電極2014可以由與如圖20B中所示的佈線2015及2016相同的材料構成並形成在相同層中，以形成將絕緣膜2021夾在第一電極2030和第二電極 2023之間而構成的電容器2031。此外，儘管在圖20A和20B中，使用N通道型電晶體作為電晶體2025，但是也可以使用P通道型電晶體。
作為用於形成基板2011、底膜2012、像素電極2013、閘極絕緣膜2020、閘極電極2022、層間絕緣膜2026、包含發光物質的層2027、以及相對電極2028的材料，可以分別使用與圖17中所說明的基板1711、底膜1712、像素電極1724、閘極絕緣膜1715、閘極電極1716、層間絕緣膜1730及1731、包含發光物質的層1726、以及相對電極1727相同的材料。此外，佈線2015和佈線2016使用與圖17中的源極電極及汲極電極1723相同的材料形成即可。
接著，作為將非晶半導體膜用作半導體層的電晶體的其他結構，在圖21A和21B中顯示像素的部分截面圖，像素具有閘極電極夾在基板和半導體層之間的結構的電晶體，即閘極電極位於半導體層下方的底閘型電晶體。
在基板2111上形成底膜2112。另外，在底膜2112上形成閘極電極2113。另外，第一電極2114由與閘極電極2113相同的材料構成並形成在相同的層中。作為閘極電極2113的材料，除了用於圖17中的閘極電極1716的材料以外，還可以為添加了磷的多晶矽或者作為金屬和矽的化合物的矽化物。
此外，覆蓋閘極電極2113及第一電極2114地形成閘極絕緣膜2115。
在閘極絕緣膜2115上形成半導體層2116。此外，在第一電極2114上形成由與半導體層2116相同的材料構成並形成在相同的層中的半導體層2117。注意，該半導體層使用非晶矽(a-Si：H)等的非晶質半導體、半非晶半導體、微晶半導體等的非晶半導體膜形成。
在半導體層2116上形成具有N型導電類型的N型半導體層2118及N型半導體層2119，並且在半導體層2117上形成N型半導體層2120。
分別在N型半導體層2118及N型半導體層2119上形成佈線2121和佈線2122，以形成電晶體2129。在N型半導體層2120上形成與佈線2121及佈線2122相同的材料構成並形成在相同的層中的導電層2123，並且該導電層2123、N型半導體層2120和半導體層2117構成第二電極。注意，形成了電容器2130，其中將閘極絕緣膜2115夾在該第二電極和第一電極2114之間。
此外，佈線2121的一個端部延伸，並且與佈線2121的延伸部分的上部接觸地形成像素電極2124。
此外，覆蓋像素電極2124的端部、電晶體2129、以及電容器2130地形成絕緣體2125。
在像素電極2124及絕緣體2125上形成包含發光物質的層2126及相對電極2127，並且在包含發光物質的層2126夾在像素電極2124和相對電極2127之間的區域中形成發光元件2128。
也可以不特別設置用作電容器2130的第二電極的一 部分的半導體層2117及N型通道半導體層2120。換句話說，還可以形成如下電容器，即將導電層2123用作第二電極並且將閘極絕緣膜2115夾在第一電極2114和導電層2123之間。
此外，儘管使用N通道型電晶體作為電晶體2129，但是也可以使用P通道型電晶體。
注意，也可以藉由在形成圖21A中的佈線2121之前形成像素電極2124來形成具有如圖21B所示的結構的電容器2132，其中將閘極絕緣膜2115夾在第一電極2114和第二電極2131之間，該第二電極由與像素電極2124相同的材料構成並且形成在相同的層中。
儘管說明了具有通道蝕刻結構的反交錯型電晶體，但是不用說也可以使用具有通道保護結構的電晶體。接著，將參照圖22A和22B說明具有通道保護結構的電晶體的情況。注意，在圖22A和22B中使用相同的附圖標記來表示與圖21A和21B相同的組成部分。
圖22A所示的具有通道保護結構的電晶體2201與圖21A所示的具有通道蝕刻結構的電晶體2129的不同之處在於：電晶體2201在半導體層2116中的形成通道的區域上設置了用作蝕刻掩模的絕緣體2202。
相似地，圖22B所示的具有通道保護結構的電晶體2201與圖21B所示的具有通道蝕刻結構的電晶體2129的不同之處在於：電晶體2201在半導體層2116中的形成通道的區域上提供了用作蝕刻掩模的絕緣體2202。
藉由將非晶半導體膜用於構成本發明的像素的電晶體的半導體層，可以降低製造成本。注意，可以使用圖17中所說明的材料作為各個材料。
此外，電晶體和電容器的結構不局限於上述結構，並且可以使用具有各種結構的電晶體和電容器。
作為電晶體的半導體層，除了非晶矽(a-Si：H)等的非晶質半導體、半非晶半導體、微晶半導體等的非晶半導體膜以外，還可以使用多晶矽(PSi：H)等的晶體半導體膜。
圖23顯示下面說明的具有將晶體半導體膜用於半導體層的電晶體的像素的部分截面圖。注意，圖23所示的電晶體2318是圖29所示的多閘型電晶體。
如圖23所示，在基板2301上形成底膜2302，並且在其上形成半導體層2303。注意，藉由將晶體半導體膜構圖成所需的形狀來形成半導體層2303。
下面將說明晶體半導體膜的製造方法的一個實例。首先，藉由濺射法、CVD法等在基板2301上形成非晶矽膜。成膜材料不必局限於非晶矽膜，只要是非晶質半導體、半非晶半導體、微晶半導體等的非晶半導體膜即可。另外，也可以使用非晶矽鍺膜等的具有非晶結構的化合物半導體膜。
然後，藉由熱晶化法、鐳射晶化法、利用鎳等催化元素的熱晶化法等，使所形成的非晶矽膜結晶化，以獲得晶體半導體膜。注意，也可以藉由組合這些晶化法來進行結 晶化。
在藉由熱晶化法形成晶體半導體膜的情況下，可以使用加熱爐、鐳射輻照、RTA(快速熱退火)、或者其組合。
當藉由鐳射晶化法形成晶體半導體膜時，可以使用連續振蕩型的雷射光束(CW雷射光束)或者脈衝振蕩型的雷射光束(脈衝雷射光束)。在此可以使用的雷射光束為由如下雷射器中的一種或多種振蕩出來的雷射光束：Ar雷射器、Kr雷射器、以及受激準分子雷射器等的氣體雷射器；將在單晶的YAG、YVO4、鎂橄欖石(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、或者多晶(陶瓷)的YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4中添加了Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Ta之中的一種或多種作為摻雜物而獲得的材料用作介質的雷射器；玻璃雷射器；紅寶石雷射器；變石雷射器；Ti：藍寶石雷射器；銅蒸汽雷射器；以及金蒸汽雷射器。藉由照射這種雷射光束的基波以及這種基波的第二高次諧波至第四高次諧波的雷射光束，可以得到大粒徑的結晶。例如可以使用Nd：YVO4雷射器(基波為1064nm)的二次諧波(532nm)和三次諧波(355nm)。此時，所需要的雷射光束的能量密度為0.01至100MW/cm2左右(較佳的為0.1至10MW/cm2)。然後以10至2000cm/sec左右的掃描速度來照射。
注意，將在單晶的YAG、YVO4、鎂橄欖石(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、或者多晶(陶瓷)的 YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4中添加有Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Ta之中的一種或多種作為摻雜物而獲得的材料用作介質的雷射器、Ar離子雷射器、或Ti：藍寶石雷射器可以進行連續振蕩，另外，藉由Q開關動作或模式同步等可以以10MHz或更高的振蕩頻率進行脈衝振蕩。當以10MHz或更高的振蕩頻率振蕩雷射光束時，在半導體膜從被雷射光束熔化直到凝固之間向半導體膜照射下一個脈衝的雷射光束。因此，由於可以在半導體膜中連續地移動固相和液相之間的介面，從而可以獲得沿雷射光束的掃描方向連續生長的晶粒，這不同於使用振蕩頻率低的脈衝鐳射的情況。
此外，在藉由使用鎳等的催化元素的熱晶化法形成晶體半導體膜的情況下，較佳的進行吸雜處理，以在結晶後除去鎳等的催化元素。
藉由上述的晶化，在一部分非晶半導體膜中形成被結晶化的區域。將該部分結晶的晶體半導體膜構圖為所需的形狀，以形成島狀半導體膜。該半導體膜用於電晶體的半導體層2303。
此外，將晶體半導體層用於電晶體2318的通道形成區2304及成為電晶體2318的源區或汲區的雜質區2305，並且還用於成為電容器2319的下部電極的半導體層2306及雜質區2308。注意，不需要特別設置雜質區2308。此外，還可以對通道形成區2304及半導體層2306進行通道摻雜。
接著，在半導體層2303及電容器2319的下部電極上形成閘極絕緣膜2309。此外，在半導體層2303上隔著閘極絕緣膜2309形成閘極電極2310，並且在電容器2319的半導體層2306上隔著閘極絕緣膜2309形成由與閘極電極2310相同的材料構成並且形成在相同的層中的上部電極2311。像這樣，製造出電晶體2318及電容器2319。
接著，覆蓋電晶體2318及電容器2319地形成層間絕緣膜2312，並且在層間絕緣膜2312上形成藉由接觸孔與雜質區域2305接觸的佈線2313。然後，在層間絕緣膜2312上與佈線2313接觸地形成像素電極2314，並且覆蓋像素電極2314的端部及佈線2313地形成絕緣體2315。另外，在像素電極2314上形成包含發光物質的層2316及相對電極2317，並且在包含發光物質的層2316夾在像素電極2314和相對電極2317之間的區域中形成發光元件2320。
圖24顯示包括對半導體層使用多晶矽(PSi：H)等的晶體半導體膜的底閘型電晶體的像素的部分截面圖。
在基板2401上形成底膜2402，並且在其上形成閘極電極2403。另外，由與閘極電極2403相同的材料並且在相同的層中形成電容器2423的第一電極2404。
此外，覆蓋閘極電極2403及第一電極2404地形成閘極絕緣膜2405。
此外，在閘極絕緣膜2405上形成半導體層。注意，藉由使用熱晶化法、鐳射晶化法、使用鎳等的催化元素的 熱晶化法等使非晶質半導體、半非晶半導體、微晶半導體等的非晶半導體膜結晶，並且將結晶的半導體膜構圖為所需的形狀來形成半導體層。
注意，使用半導體層形成電晶體2422的通道形成區2406、LDD區2407及成為源區或汲區的雜質區2408、成為電容器2423的第二電極的區域2409、和雜質區2410及2411。注意，不需要特別設置雜質區2410及2411。另外，可以在通道形成區2406及區域2409中添加有雜質。
注意，電容器2423具有將閘極絕緣膜2405夾在第一電極2404及包括由半導體層形成的區域2409等的第二電極之間的結構。
接著，覆蓋半導體層地形成第一層間絕緣膜2412，並且在第一層間絕緣膜2412上形成藉由接觸孔與雜質區2408接觸的佈線2413。
此外，在第一層間絕緣膜2412中形成開口部2415。覆蓋電晶體2422、電容器2423及開口部2415地形成第二層間絕緣膜2416，並且在第二層間絕緣膜2416上形成藉由接觸孔與佈線2413連接的像素電極2417。另外，覆蓋像素電極2417的端部地形成絕緣體2418。之後，在像素電極2417上形成含有發光物質的層2419及相對電極2420，並且在將含有發光物質的層2419夾在像素電極2417和相對電極2420之間的區域中形成發光元件2421。注意，開口部2415位於發光元件2421的下部。換句話說，因為第一層間絕緣膜2412具有開口部2415，所以當 從基板一側提取來自發光元件2421的光時，可以提高透光率。
藉由將晶體半導體膜用於構成本發明的像素的電晶體的半導體層，例如與圖9中的掃描線驅動電路912及訊號線驅動電路911一體地形成像素部913變得容易。
注意，對半導體層使用晶體半導體膜的電晶體的結構不局限上述的結構，並且可以具有各種各樣的結構。注意，這一點與電容器相同。此外，在本實施例模式中，除非另有說明，可以適當地使用圖17中的材料。
本實施例模式所示的電晶體可以用作在實施例模式1至6中說明的像素中控制供應給發光元件的電流值的電晶體。因此，藉由使像素如實施例模式1至6所示那樣工作，可以抑制由電晶體的臨界電壓的不均勻性導致的電流值的不均勻性。因此，可以向發光元件中供應對應於亮度資料的電流，並且可以抑制亮度的不均勻性。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。
另外，因為藉由將這種像素應用於圖9的顯示裝置，每個像素在其自身的位址周期以外的周期中都可以發光，所以發光周期在一個框周期中所占的比例(即占空比)可以非常高，可以大約為100%。因此，可以提供亮度的不均勻性較小並且占空比高的顯示裝置。
另外，因為可以將臨界電壓寫入周期設定得較長，所以可以更準確地將控制流向發光元件中的電流值的電晶體 的臨界電壓寫入電容器中。因此，提高了顯示裝置的可靠性。
實施例模式8
在本實施例模式中，將說明具有與實施例模式7所示的發光元件不同的結構的元件。
利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物而區別，前者一般稱為有機EL元件，並且後者一般稱為無機EL元件。
無機EL元件根據其元件結構被分成分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。它們的不同之處在於：前者具有將發光材料的粒子分散在黏合劑中的發光層，而後者具有由發光材料的薄膜構成的發光層。然而，它們都需要以高電場加速了的電子。注意，作為能夠獲得的發光機構，有利用施主能級和受主能級的施主-受主複合型發光、和利用金屬離子的內殼層電子遷移的局部型發光。一般來說，在很多情況下，當使用分散型無機EL元件時多為施主-受主複合型發光，而當使用薄膜型無機EL元件時複合局部型發光。
可以用於本實施例模式的發光材料至少由母體材料和成為發光中心的雜質元素(也稱為發光物質)構成。可以藉由使用各種各樣的雜質元素，而獲得各種發光顏色的發光。作為發光材料的製造方法，可以使用固相法、液相法(共沈澱法)等的各種方法。此外，還可以使用噴霧熱分 解法、複分解法、利用前驅體的熱分解反應的方法、反膠團法、組合上述方法和高溫度焙燒的方法、或冷凍乾燥法等的液相法等。
在固相法中，藉由如下方法使母體材料包含雜質元素：稱量母體材料和雜質元素或包含雜質元素的化合物的重量，在研缽中混合，在電爐中加熱，並且進行焙燒而使它們反應。焙燒溫度較佳的為700至1500。℃。這是因為在溫度過低的情況下固體反應不能進行，而在溫度過高的情況下母體材料會分解的緣故。注意，也可以在粉末狀態下進行焙燒，然而較佳的在顆粒狀態下進行焙燒。該方法需要在相對高的溫度下進行焙燒，然而，因為該方法很簡單，所以生產率好，因而適合於大量生產。
液相法(共沈積法)是一種如下方法，即在溶液中使母體材料或包含母體材料的化合物與雜質元素或包含雜質元素的化合物反應，並使它乾燥，然後進行焙燒。藉由該方法，由於發光材料的粒子均勻地分佈，所以即使在其粒徑小且焙燒溫度低的情況下，也可以進行反應。
作為用於發光材料的母體材料，可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作為硫化物，例如可以使用硫化鋅(ZnS)、硫化鎘(CdS)、硫化鈣(CaS)、硫化釔(Y2S3)、硫化鎵(Ga2S3)、硫化鍶(SrS)或硫化鋇(BaS)等。作為氧化物，例如可以使用氧化鋅(ZnO)或氧化釔(Y2O3)等。作為氮化物，例如可以使用氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)或氮化銦(InN)等。另外，還 可以使用硒化鋅(ZnSe)或碲化鋅(ZnTe)等，也可以使用硫化鈣-鎵(CaGa2S4)、硫化鍶-鎵(SrGa2S4)或硫化鋇-鎵(BaGa2S4)等的三元混晶。
作為呈現局部發光的發光中心，可以使用錳(Mn)、銅(Cu)、釤(Sm)、鋱(Tb)、鉺(Er)、銩(Tm)、銪(Eu)、銫(Ce)、鐠(Pr)等。注意，作為電荷補償，還可以添加有氟(F)、氯(Cl)等的鹵素元素。
另一方面，作為呈現施主-受主複合型發光的發光中心，可以使用包含形成施主能級的第一雜質元素及形成受主能級的第二雜質元素的發光材料。作為第一雜質元素，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、鋁(Al)等。作為第二雜質元素，例如可以使用銅(Cu)、銀(Ag)等。
在使用固相法來合成呈現施主-受主複合型發光的發光材料的情況下，在分別稱量母體材料、第一雜質元素或包含第一雜質元素的化合物、以及第二雜質元素或包含第二雜質元素的化合物的重量，並且在研缽中混合之後，在電爐中加熱，並且進行焙燒。作為母體材料，可以使用上述的母體材料。作為第一雜質元素或包含第一雜質元素的化合物，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、硫化鋁(Al2S3)等。作為第二雜質元素或包含第二雜質元素的化合物，例如可以使用銅(Cu)、銀(Ag)、硫化銅(Cu2S)、硫化銀(Ag2S)等。焙燒溫度較佳的為700至1500℃。這是因為在溫度過低的情況下固體反應不能進 行，而在溫度過高的情況下母體材料會分解的緣故。注意，也可以在粉末狀態下進行焙燒，然而較佳的在顆粒狀態下進行焙燒。
此外，作為當利用固相反應時的雜質元素，可以組合由第一雜質元素和第二雜質元素構成的化合物來使用。在此情況下，容易擴散雜質元素並且容易進行固相反應，所以可以獲得均勻的發光材料。再者，不需要的雜質元素不會進入，所以可以獲得純度高的發光材料。作為由第一雜質元素和第二雜質元素構成的化合物，例如可以使用氯化銅(CuCl)或氯化銀(AgCl)等。
注意，這些雜質元素的濃度對母體材料為0.01至10原子%即可，較佳的在0.05至5原子%的範圍內。
在使用薄膜型無機EL元件的情況下，發光層為包含上述發光材料的層，並且使用電阻加熱蒸鍍法或電子束蒸鍍(EB蒸鍍)發等的真空蒸鍍法；濺射法等的物理氣相沈積法(PVD)；有機金屬CVD法或氫化物傳輸減壓CVD法等的化學氣相沈積法(CVD)；原子層外延法(ALE)等來形成。
圖46A至46C顯示能夠用於發光元件的薄膜型無機EL元件的一個實例。在圖46A至46C中，發光元件包括第一電極4601、發光層4602、以及第二電極4603。
圖46B及46C所示的發光元件具有圖46A的發光元件中在電極和發光層之間設有絕緣層的結構。圖46B所示的發光元件在第一電極層4601和發光層4602之間具有絕 緣層4604，而圖46C所示的發光元件在第一電極層4601和發光層4602之間具有絕緣層4604a且在第二電極層4603和發光層4602之間具有絕緣層4604b。像這樣，絕緣層可以設在夾著發光層的一對電極中的一個電極層與發光層之間或在兩電極與發光層之間。此外，絕緣層可以為單層或由多個層構成的疊層。
在圖46B中，與第一電極層4601接觸地設置絕緣層4604，然而也可以將絕緣層和發光層的順序反過來，與第二電極層4603接觸地設置絕緣層4604。
在使用分散型無機EL元件的情況下，藉由將粒子狀的發光材料分散在黏合劑中來形成膜狀的發光層。在藉由發光材料的製造方法不能獲得所需尺寸的粒子時，使用研缽等將它粉碎而加工成粒子狀即可。黏合劑是使粒子狀的發光材料以分散的狀態固定，並且將發光材料保持為作為發光層的形狀的物質。發光材料被黏合劑均勻地分散在發光層中而固定。
在使用分散型無機EL元件的情況下，作為發光層的形成方法，可以使用能夠選擇性地形成發光層的液滴噴射法、印刷法(絲網印刷或平版印刷等)、旋塗法等的塗敷法、浸漬法或分散器法等。對於其膜厚度沒有特別限制，但較佳的在10至1000nm的範圍內。此外，在含有發光材料及黏合劑的發光層中，將發光材料的比例較佳的設定為大於等於50wt%小於等於80wt%。
圖47A至47C顯示可以用於發光元件的分散型無機 EL元件的一個實例。圖47A中的發光元件具有第一電極4601、發光層4702和第二電極4603的疊層結構，並且在發光層4702中包含由黏合劑保持的發光材料4710。
作為用於本實施例模式的黏合劑，可以使用具有絕緣性的有機材料或無機材料。注意，還可以使用有機材料及無機材料的混合材料。作為有機材料，可以使用如下樹脂材料：像氰乙基纖維素樹脂那樣具有相對高的介電常數的聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯樹脂、矽酮樹脂、環氧樹脂或偏二氟乙烯等。此外，還可以使用芳香族聚醯胺或聚苯並咪唑等的耐熱高分子；或矽氧烷樹脂。矽氧烷樹脂相當於包含Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷具有由矽(Si)-氧(O)鍵構成的骨架結構。作為取代基，使用至少包含氫的有機基(例如烷基或芳基)。可選地，還可以使用氟基作為取代基。此外，還可以使用至少包含氫的有機基和氟基作為取代基。作為有機材料，還可以使用如下樹脂材料：聚乙烯醇和聚乙烯醇縮丁醛等的乙烯樹脂、酚醛樹脂、酚醛清漆樹脂、丙烯酸樹脂、三聚氰胺樹脂、聚氨酯樹脂或噁唑樹脂(聚苯並噁唑)等。可以對這些樹脂適度混合鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鍶(SrTiO3)等的高介電常數的微粒子，來調整介電常數。
此外，包含在黏合劑中的無機材料可以由選自下述的材料形成：氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、包含氧及氮的矽、氮化鋁(AlN)、包含氧及氮的鋁或氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)、BaTiO3、SrTiO3、鈦酸鉛 (PbTiO3)、鈮酸鉀(KNbO3)、鈮酸鉛(PbNbO3)、氧化鉭(Ta2O5)、鉭酸鋇(BaTa2O6)、鉭酸鋰(LiTaO3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鋯(ZrO2)、硫化鋅(ZnS)或含有其他無機材料的物質。藉由將介電常數高的無機材料(藉由添加等)包含在有機材料中，可以進一步增大由發光材料及黏合劑構成的發光層的介電常數。
在製造步驟中，發光材料分散在包含黏合劑的溶液中。作為可以用於本實施例模式的含有黏合劑的溶液的溶劑，適當地選擇如下溶劑即可，即可以溶解黏合劑材料，並且能夠製造具有適合於形成發光層的方法(各種濕法處理)及所希望的膜厚度的黏度的溶液。作為溶劑，可以使用有機溶劑等，例如在使用矽氧烷樹脂而作為黏合劑的情況下，可以使用丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚醋酸酯(也稱為PGMEA)或3-甲氧基-3甲基-1-丁醇(也稱為MMB)等。
圖47B及47C所示的發光元件具有在圖47A中的發光元件的電極和發光層之間設有絕緣層的結構。圖47B所示的發光元件在第一電極4601和發光層4702之間具有絕緣層4604，而圖47C所示的發光元件在第一電極4601和發光層4702之間具有絕緣層4604a且在第二電極4603和發光層4702之間具有絕緣層4604b。可以像這樣將絕緣層只提供在夾有發光層的一對電極中之一和發光層之間，也可以提供在一對電極的雙方和發光層之間。此外，絕緣層可以為單層，也可以為由多個層構成的疊層。
在圖47B中，與第一電極4601接觸地設有絕緣層4604，然而也可以將絕緣層和發光層的順序反過來，與第二電極4603接觸地設有絕緣層4604。
對於圖46B、46C、47B以及47C中的絕緣層4604、4604a和4604b沒有特別限制，然而它們較佳的具有高的絕緣擊穿特性和緻密的膜性質，而且具有高介電常數。例如，可以使用氧化矽(SiO2)、氧化釔(Y2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鍶(SrTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)、氮化矽(Si3N4)或氧化鋯(ZrO2)等；它們的混合膜；或者含有兩種或更多的上述材料的疊層膜。這些絕緣膜可以藉由濺射、蒸鍍或CVD等來形成。此外，絕緣層可以藉由將這些絕緣材料的粒子分散在黏合劑中來形成。黏合劑材料藉由使用與包含在發光層中的黏合劑相同的材料及相同的方法來形成即可。膜厚度不特別限制，但較佳的在10至1000nm的範圍內。
可以將金屬、合金、導電化合物、以及它們的混合物等用於第一電極4601及第二電極4603。例如，可以適當地選擇用於實施例模式7所記載的像素電極1801及相對電極1802的材料而使用。
注意，本實施例模式所示的發光元件藉由對夾著發光層的一對電極之間，即對第一電極4601及第二電極4603施加電壓，可以獲得發光。
藉由上述處理而獲得的無機EL元件不僅用於實施例 模式7中的發光元件，又可以與其他實施例模式自由地組合。
實施例模式9
在本實施例模式中，將參照圖25A和25B說明本發明的顯示裝置的一種模式。
圖25A是顯示了顯示裝置的俯視圖，且圖25B是圖25A的A-A’線的截面圖(沿著線A-A’切割的截面圖)。顯示裝置在基板2510上具有示出於附圖中的由虛線表示的訊號線驅動電路2501、像素部2502、第一掃描線驅動電路2503和第二掃描線驅動電路2506。顯示裝置還包括密封基板2504和密封劑2505，並且由它們圍繞的顯示裝置的內側成為空間2507。
注意，佈線2508是傳送輸入到第一掃描線驅動電路2503、第二掃描線驅動電路2506、以及訊號線驅動電路2501中的訊號的佈線，並且從用作外部輸入端的FPC(撓性印刷電路)2509接收視頻訊號、時鐘訊號、起始訊號等。藉由COG(玻璃上晶片)等在FPC 2509和顯示裝置的連接部上安裝IC晶片(形成有記憶體電路、緩衝電路等的半導體晶片)2518及2519。注意，此處僅顯示了FPC，但是在FPC上也可以安裝印刷線路板(PWB)。本發明的顯示裝置不僅包括顯示裝置的主體，而且包括安裝有FPC或PWB的顯示裝置。另外，還包括安裝有IC晶片等的顯示裝置。
參照圖25B說明截面結構。在基板2510上形成有像素部2502和其週邊驅動電路(第一掃描線驅動電路2503、第二掃描線驅動電路2506、以及訊號線驅動電路2501)，但此處顯示訊號線驅動電路2501和像素部2502。
注意，訊號線驅動電路2501由具有相同導電類型的電晶體構成，如N通道型電晶體2520和2521。不用說可以只使用P通道型電晶體，並且還可以使用N通道型電晶體和P通道型電晶體而形成CMOS電路。此外，在本實施例模式中，說明了在基板上一體地形成週邊驅動電路的顯示板，但是本發明不局限於此。可以在IC晶片等上形成所有或者部分週邊驅動電路，並且藉由COG等安裝。
將實施例模式1至6所記載的像素用於像素部2502。注意，圖25B顯示用作開關的電晶體2511、控制向發光元件供應的電流值的電晶體2512、以及發光元件2528。注意，電晶體2512的第一電極與發光元件2528的像素電極2513連接。另外，覆蓋像素電極2513的端部地形成絕緣體2514。此處，使用正光敏丙烯酸樹脂膜形成絕緣體2514。
此外，將絕緣體2514的上端部或下端部形成為具有曲率的曲面，以便獲得良好的覆蓋度。例如，在使用正光敏丙烯酸作為絕緣體2514的材料的情況下，較佳的只使絕緣體2514的上端部為具有曲率半徑(0.2μm至3μm)的曲面。此外，作為絕緣體2514都可以使用藉由輻射光 而在蝕刻劑中不可溶的負型抗蝕劑、或者藉由輻照光而成為在蝕刻劑中可溶的正型抗蝕劑。
在像素電極2513上形成包含發光物質的層2516及相對電極2517。只要包含發光物質的層2516具有至少一層發光層，對於發光層以外的層沒有特別限制，而可以適當地選擇。
藉由使用密封劑2505將密封基板2504和基板2510彼此貼合，來獲得在由基板2510、密封基板2504、以及密封劑2505圍繞的空間2507中設有發光元件2528的結構。注意，除了使用惰性氣體(如氮氣或氬氣等)來填充空間2507的情況以外，還有使用密封劑2505填充空間2507的結構。
注意，較佳的使用環氧基樹脂作為密封劑2505。此外，該材料較佳的為盡可能不使濕氣和氧氣透過的材料。作為密封基板2504，除了玻璃基板或石英基板以外，還可以使用由FRP(玻璃纖維強化塑膠)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯薄膜(Mylar)、聚酯或丙烯酸等構成的塑膠基板。
藉由將實施例模式1至6所記載的像素用於像素部分2502並使它工作，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，而且可以獲得具有占空比高且高品質的顯示裝置。另外，因為本發明在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。
如圖25A和25B所示，藉由一體地形成訊號線驅動電路2501、像素部分2502、第一掃描線驅動電路2503、以及第二掃描線驅動電路2506，可以降低顯示裝置的成本。在此情況下，藉由將具有相同導電類型的電晶體用於訊號線驅動電路2501、像素部分2502、第一掃描線驅動電路2503、以及第二掃描線驅動電路2506，可以簡化製造步驟。因此，可以進一步實現低成本化。
如上那樣，可以製作出本發明的顯示裝置。注意，上述結構只是一個實例，本發明的顯示裝置的結構不局限於此。
注意，顯示裝置的結構還可以是如圖26所示的結構，即在IC晶片上形成訊號線驅動電路2601並且藉由COG等將IC晶片安裝在顯示裝置上。注意，圖26A中的基板2600、像素部分2602、第一掃描線驅動電路2603、第二掃描線驅動電路2604、FPC 2605、IC晶片2606、IC晶片2607、密封基板2608和密封劑2609分別相當於圖25A中的基板2510、像素部分2502、第一掃描線驅動電路2503、第二掃描線驅動電路2506、FPC 2509、IC晶片2518、IC晶片2519、密封基板2504和密封劑2505。
換句話說，使用CMOS等在IC晶片上僅形成其驅動電路需要高速工作的訊號驅動電路來降低耗電量。另外，藉由使用矽晶片等的半導體晶片作為IC晶片，可以實現更高速的工作和更低的耗電量。
注意，藉由與像素部分2602一體地形成第一掃描線 驅動電路2603和第二掃描線驅動電路2604，可以實現低成本化。藉由使用具有相同導電類型的電晶體形成第一掃描線驅動電路2603、第二掃描線驅動電路2604、以及像素部分2602，可以進一步實現低成本化。此時，藉由將升壓電路用作第一掃描線驅動電路2603及第二掃描線驅動電路2604，可以防止輸出電位的降低。另外，在將非晶矽用於構成第一掃描線驅動電路2603及第二掃描線驅動電路2604的電晶體的半導體層的情況下，臨界電壓由於劣化而改變。因此，較佳的具有校正該改變的功能。
藉由將實施例模式1至6所記載的像素用於像素部分2602並使它工作，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的經過亮度不均勻性，而且可以獲得具有占空比高且高品質的顯示裝置。另外，在本發明中，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以可以降低耗電量。另外，藉由在FPC 2605和基板2600的連接部分上安裝具有功能電路(記憶體或緩衝器)的IC晶片，可以有效地使用基板面積。
另外，可以使用如圖26B中所示的結構，其中在IC晶片上形成分別相當於圖25A的訊號線驅動電路2501、第一掃描線驅動電路2503、以及第二掃描線驅動電路2506的訊號線驅動電路2611、第一掃描線驅動電路2613、以及第二掃描線驅動電路2614，並且藉由COG等將IC晶片安裝在顯示面板上。注意，圖26B中的基板2610、像素部分2612、FPC 2615、IC晶片2616、IC晶片 2617、密封基板2618和密封劑2619分別相當於圖25A中的基板2510、像素部分2502、FPC2509、IC晶片2518、IC晶片2519、密封基板2504和密封劑2505。
此外，藉由對像素部分2612的電晶體的半導體層使用非晶半導體膜，例如非晶矽(a-Si：H)，可以實現低成本化。另外，還可以製作出大尺寸的顯示面板。
此外，在像素的列方向和行方向上也可以不設置第一掃描線驅動電路、第二掃描線驅動電路、以及訊號線驅動電路。例如，如圖27A所示，形成在IC晶片上的週邊驅動電路2701可以具有圖26B所示的第一掃描線驅動電路2613、第二掃描線驅動電路2614、以及訊號線驅動電路2611的功能。注意，圖27A中的基板2700、像素部分2702、FPC 2704、IC晶片2705、IC晶片2706、密封基板2707和密封劑2708分別相當於圖25A中的基板2510、像素部分2502、FPC 2509、IC晶片2518、IC晶片2519、密封基板2504和密封劑2505。
注意，圖27B顯示解釋圖27A的顯示裝置的佈線的連接的示意圖。圖27B顯示基板2710、週邊驅動電路2711、像素部分2712、FPC 2713和FPC 2714。
FPC 2713及FPC 2714向週邊驅動電路2711輸入來自外部的訊號及電源電位。來自週邊驅動電路2711的輸出輸入到列方向及行方向上的佈線上，該佈線連接到包括在像素部分2712中的像素。
另外，在使用白色發光元件作為發光元件的情況下， 藉由將彩色濾色器提供在密封基板上，可以實現全彩色顯示。本發明可以應用於這種顯示裝置。圖28顯示像素部分的部分截面圖的一個實例。
如圖28中所示，在基板2800上形成底膜2802，在其上形成控制供應給發光元件的電流值的電晶體2801，與電晶體2801的第一電極接觸地形成像素電極2803，並且在其上形成包含發光物質的層2804和相對電極2805。
注意，將包含發光物質的層2804夾在像素電極2803和相對電極2805之間的部分用作發光元件。注意，圖28中發出白光。在發光元件上方設置紅色濾色器2806R、綠色濾色器2806G和藍色濾色器2806B，而實現全彩色顯示。另外，提供黑色矩陣(也稱作BM)2807來分隔這些彩色濾色器。
本實施例模式的顯示裝置除了實施例模式1至6的結構以外，還可以與實施例模式7或8所記載的結構適當地組合。另外，顯示裝置的結構不局限於上述結構，本發明還可以應用於具有其他結構的顯示裝置。
實施例模式10
本發明的顯示裝置可以應用於各種電子裝置。具體地說，它可以應用於電子裝置的顯示部分。注意，作為電子裝置，可以舉出視頻相機或數位相機等影像拍攝裝置、護目鏡型顯示器、導航系統、音頻再現裝置(汽車音響、組合音響等)、電腦、遊戲機、攜帶型資訊終端(移動電 腦、行動電話、攜帶型遊戲機或電子書等)、具有記錄媒體的影像再現裝置(具體地說，能夠播放記錄媒體比如數位通用光碟(DVD)等並且具有能夠顯示其影像的顯示器的裝置)等。
圖33A顯示顯示器，其包括殼體3301、支架3302、顯示部分3303、揚聲器部分3304、以及視頻輸入端子3305等。
注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3303。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的顯示器。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。注意，顯示器在分類上包括所有用於顯示資訊的顯示裝置，例如用於個人電腦、電視廣播接收器、廣告顯示器等的顯示裝置。
注意，最近在增大顯示器尺寸的需求一直增加的同時，與顯示器尺寸的增大相關的價格的增加已經成為一個問題。因此，必要的任務是降低製造成本並且使高品質產品的價格盡可能低。
因為可以使用相同導電類型的電晶體製造本發明的像素，所以可以減少處理步驟的數量並且可以降低製造成本。此外，藉由將例如非晶矽(a-Si：H)的非晶半導體膜用作構成像素的電晶體的半導體層，可以簡化處理步驟並且進一步實現低成本化。在此情況下，較佳的在IC晶 片上形成像素部分週邊的驅動電路並且藉由COG(玻璃上晶片)等將IC晶片安裝到顯示板上。注意，還可以為如下結構，即在IC晶片上形成工作速度高的訊號線驅動電路，而使用由相同導電類型的電晶體構成的電路與像素部分一體地形成工作速度低的掃描線驅動電路。
圖33B顯示一種相機，其包括主體3311、顯示部分3312、影像接收部分3313、操作鍵3314、外部連接埠3315、快門3316等。
注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3312。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的相機。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。
另外，最近隨著數位相機等的高功能化，製造上的競爭更趨白熱化。因此，使高功能產品的價格盡可能低是至關重要的。
因為可以使用相同導電類型的電晶體製造本發明的像素，所以可以減少處理步驟的數量並且可以降低製造成本。藉由將例如非晶矽(a-Si：H)的非晶半導體膜用於構成像素的電晶體的半導體層，可以簡化處理步驟並且進一步實現低成本化。在此情況下，較佳的在IC晶片上形成像素部分週邊的驅動電路並且藉由COG(玻璃上晶片)等將IC晶片安裝到顯示板上。注意，還可以為如下 結構，即在IC晶片上形成工作速度高的訊號線驅動電路，而使用由相同導電類型的電晶體構成的電路與像素部分一體地形成工作速度低的掃描線驅動電路。
圖33C顯示電腦，其包括主體3321、殼體3322、顯示部分3323、鍵盤3324、外部連接埠3325、定點裝置3326等。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3323。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的電腦。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。此外，藉由將一個導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
圖33D顯示移動電腦，其包括主體3331、顯示部分3332、開關3333、操作鍵3334、紅外線埠3335等。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3332。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的移動電腦。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
圖33E顯示具備記錄媒體的攜帶型影像再現裝置(具體地說，DVD再現裝置)，其包括主體3341、殼體3342、顯示部分A 3343、顯示部分B 3344、記錄媒體(DVD等)讀出部分3345、操作鍵3346、揚聲器部分3347等。顯示部分A 3343主要顯示影像資訊，並且顯示部分B 3344主要顯示字元資訊。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分A 3343和顯示部分B 3344。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的影像再現裝置。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
圖33F顯示護目鏡型顯示器，其包括主體3351、顯示部分3352和臂部分3353等。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3352。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的護目鏡型顯示器。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
圖33G顯示視頻相機，其包括主體3361、顯示部分3362、殼體3363、外部連接埠3364、遙控接收部分3365、影像接收部分3366、電池3367、音頻輸入部分3368、操作鍵3369、取景部分3360等。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3362。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的視頻相機。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
圖33H顯示行動電話，其包括主體3371、殼體3372、顯示部分3373、音頻輸入部分3374、音頻輸出部分3375、操作鍵3376、外部連接埠3377、天線3378等。注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於顯示部分3373。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且高品質的顯示部分的行動電話。另外，因為在將相對電極的電位固定在恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
如上那樣，本發明可以應用於各種電子裝置。
實施例模式11
在本實施例模式中，將參照圖34說明在其顯示部分中包括本發明的顯示裝置的行動電話的結構例子。
顯示板3410以可裝卸的方式安裝在外殼3400中。可以根據顯示面板3410的尺寸適當地改變外殼3400的形狀和尺寸。將固定有顯示板3410的外殼3400嵌入在印刷線路板3401上並且裝配成元件。
顯示面板3410藉由FPC 3411連接到印刷線路板3401。在印刷線路板3401上形成有揚聲器3402、微音器3403、收發電路3404、以及包括CPU及控制器等的訊號處理電路3405。將這種元件與輸入單元3406和電池3407組合，然後將它們容納在殼體3409及殼體3412中。注意，將顯示面板3410的像素部分設置成從殼體3412中形成的視窗中可見。
在顯示面板3410中，還可以在基板上使用電晶體一體地形成像素部分和一部分週邊驅動電路(在多個驅動電路中具有低工作頻率的驅動電路)，在IC晶片上形成另一部分週邊驅動電路(在多個驅動電路中具有高工作頻率的驅動電路)，並且藉由COG(玻璃上晶片)將IC晶片安裝到顯示板3410上。或者，還可以藉由TAB(載帶自動鍵合)或使用印刷線路板連接該IC晶片與玻璃基板。此外，也可以在IC晶片上形成所有週邊驅動電路，並且藉由COG等將該IC晶片安裝到顯示板上。
注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於像素部分。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出具有占空比高且品質高的顯示部分的顯示板3410。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。此外，藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
本實施例模式所示的行動電話的結構只是一個實例，本發明的顯示裝置不局限於具有上述結構的行動電話，而且可以應用於具有各種結構的行動電話。
實施例模式12
在本實施例模式中，將參照圖35及36說明藉由組合了顯示面板和電路基板而製作出的EL模組。
如圖35中所示，顯示面板3501包括像素部分3503、掃描線驅動電路3504、以及訊號線驅動電路3505。在電路基板3502上，例如形成有控制電路3506和訊號分割電路3507等。注意，顯示板3501和電路板3502藉由連接佈線3508彼此連接。可以將FPC等用作連接佈線3508。
在顯示板3501中，可以在基板上使用電晶體一體地形成像素部分和一部分週邊驅動電路(在多個驅動電路中 具有低工作頻率的驅動電路)，而在IC晶片上形成另一部分週邊驅動電路(在多個驅動電路中具有高工作頻率的驅動電路)，並且藉由COG(玻璃上晶片)將IC晶片安裝到顯示板3501上。或者，可以藉由TAB(載帶自動鍵合)或使用印刷線路板連接該IC晶片與玻璃基板。此外，也可以在IC晶片上形成所有週邊驅動電路，並且藉由COG等將該IC晶片安裝到顯示板上。
注意，將實施例模式1至6中所記載的像素用於像素部分。藉由本發明，可以抑制像素之間的亮度的不均勻性或者一個像素中產生的隨時間亮度不均勻性，並且可以製作出占空比高且品質高的顯示板3501。另外，因為在將相對電極的電位固定於恒定值的狀態下進行工作，所以在本發明中可以降低耗電量。此外，藉由將相同導電類型的電晶體用於構成像素部分的電晶體並且將非晶半導體膜用於電晶體的半導體層，可以實現低成本化。
可以使用這種EL模組來完成EL電視接收機。圖36是顯示EL電視接收機的主要結構的方塊圖。調諧器3601接收視頻訊號和音頻訊號。視頻訊號由視頻訊號放大電路3602、視頻訊號處理電路3603和控制電路3506處理，該視頻訊號處理電路3603將從視頻訊號放大電路3602中輸出的訊號轉化成與紅、綠和藍每種顏色對應的顏色訊號，並且該控制電路3506將視頻訊號轉換成滿足驅動電路輸入規格的訊號。控制電路3506分別向掃描線一側和訊號線一側輸出訊號。在進行數位驅動的情況下，可以採用在 訊號線一側設置訊號分割電路3507來將輸入數位訊號分成m個的結構。
由調諧器3601接收的訊號中的音頻訊號被發送到音頻訊號放大電路3604，將其輸出藉由音頻訊號處理電路3605供應給揚聲器3606。控制電路3607從輸入部分3608接收接收台(接收頻率)或音量的控制資訊，將訊號發送給調諧器3601和音頻訊號處理電路3605。
藉由將圖35中的EL模組安裝到實施例模式10中所記載的圖33A的殼體3301中，可以完成電視接收機。
不言而喻，本發明不局限於電視接收機，不僅可以應用於個人電腦的監視器，而且可以應用於各種用途，特別是作為大尺寸顯示媒體，如火車站、機場等處的資訊顯示板，或者街道上的廣告顯示板。
110‧‧‧電晶體
111‧‧‧第一開關
112‧‧‧第二開關
113‧‧‧第三開關
114‧‧‧第四開關
115‧‧‧電容器
116‧‧‧發光元件
117‧‧‧訊號線
118‧‧‧第一掃描線
119‧‧‧第二掃描線
120‧‧‧第三掃描線
121‧‧‧第四掃描線
122‧‧‧電源線
123‧‧‧電位供應線
124‧‧‧相對電極
130‧‧‧節點
131‧‧‧節點

Claims (15)

  1. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體；電容器；像素電極；電源線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第一電極、該像素電極以及該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之閘極電性連接至該電容器之第二電極以及該第三電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第四電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該訊號線電性連接至該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分平行於該訊號線之第三部分，以及 其中該第二部分平行於該閘極線之第四部分。
  2. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體；電容器；像素電極；電源線；第一閘極線；第二閘極線；第三閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第一電極、該像素電極以及該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之閘極電性連接至該電容器之第二電極以及該第三電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第四電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線，其中該第二電晶體之閘極電性連接至該第一閘極線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該第二閘極線，其中該第四電晶體之閘極電性連接至該第三閘極線，其中該訊號線電性連接至該第三電晶體之該源極和該 汲極中的另一者，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分平行於該訊號線之第三部分，以及其中該第二部分平行於該第一閘極線之第四部分、該第二閘極線之第五部分以及該第三閘極線之第六部分中的至少一者。
  3. 如申請專利範圍第1和2項中任一項所述之半導體裝置，更包含：第五電晶體；以及第四閘極線；其中該第五電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第一電晶體之該閘極，其中該第五電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線，以及其中該第五電晶體之該閘極電性連接至該第四閘極線。
  4. 如申請專利範圍第1和2項中任一項所述之半導體裝置，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者圍繞該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者。
  5. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體； 電容器；像素電極；電源線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第一電極、該像素電極以及該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之閘極電性連接至該電容器之第二電極以及該第三電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第四電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該訊號線電性連接至該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分之通道長度的方向與該訊號線之第三部分的方向交叉，其中該第二部分之通道長度的方向與該閘極線之第四部分的方向交叉，其中該第一部分之通道寬度的方向與該閘極線之第五 部分的方向交叉，以及其中該第二部分之通道寬度的方向與該訊號線之第六部分的方向交叉。
  6. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體以及第四電晶體；電容器；像素電極；電源線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第一電極、該像素電極以及該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之閘極電性連接至該電容器之第二電極以及該第三電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第四電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該訊號線電性連接至該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二 部分，以及其中該第一部分之通道長度的方向與該第二部分之通道長度的方向交叉。
  7. 如申請專利範圍第1、5和6項中任一項所述之半導體裝置，更包含：第五電晶體，其中該第五電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第一電晶體之該閘極，以及其中該第五電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電源線。
  8. 如申請專利範圍第1、2、 5和 6項中任一項所述之半導體裝置，其中從該電源線供應之電位包含第一電位以及第二電位，以及其中該第二電位係大於該第一電位。
  9. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體以及第三電晶體；電容器；像素電極；電位線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第二電晶體之源極和汲極中的一者， 其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之第一電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該像素電極，其中該第三電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第二電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電位線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該訊號線，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分平行於該訊號線之第三部分，以及其中該第二部分平行於該閘極線之第四部分。
  10. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體以及第三電晶體；電容器；像素電極；電位線；第一閘極線；第二閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至 該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之第一電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該像素電極，其中該第三電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第二電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電位線，其中該第二電晶體之閘極電性連接至該第一閘極線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該第二閘極線，其中該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該訊號線，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分平行於該訊號線之第三部分，以及其中該第二部分平行於該第一閘極線之第四部分以及該第二閘極線之第五部中的至少一者。
  11. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體以及第三電晶體；電容器；像素電極；電位線；閘極線；以及 訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之第一電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該像素電極，其中該第三電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第二電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電位線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該訊號線，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，其中該第一部分之通道長度的方向與該閘極線之第三部分的方向交叉，其中該第二部分之通道長度的方向與該訊號線之第四部分的方向交叉，其中該第一部分之通道寬度的方向與該訊號線之該第四部分的該方向交叉，以及其中該第二部分之通道寬度的方向與該閘極線之該第三部分的該方向交叉。
  12. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體以及第三電晶體；電容器；像素電極；電位線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之第一電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該像素電極，其中該第三電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第二電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電位線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該訊號線，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，以及其中該第一部分之通道長度的方向與該第二部分之通道長度的方向交叉。
  13. 一種半導體裝置，包含：第一電晶體、第二電晶體以及第三電晶體；電容器；像素電極；電位線；閘極線；以及訊號線；其中該第一電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第二電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之第一電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該像素電極，其中該第三電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該電容器之第二電極，其中該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該電位線，其中該第三電晶體之閘極電性連接至該閘極線，其中該第三電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該訊號線，其中該第一電晶體之通道形成區包含第一部分和第二部分，以及其中該第一部分之通道寬度的方向與該第二部分之通道寬度的方向交叉。
  14. 如申請專利範圍第9至13項中任一項所述之半導體裝置，其中從該電位線供應之電位包含第一電位以及第二電位，以及其中該第二電位係大於該第一電位。
  15. 如申請專利範圍第9至13項中任一項所述之半導體裝置，更包含：第四電晶體；以及第五電晶體，其中該第五電晶體之源極和汲極中的一者電性連接至該第一電晶體之該閘極，其中該第五電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電容器之該第二電極，其中該第五電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該第三電晶體之該源極和該汲極中的該一者，其中該第五電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第四電晶體之源極和汲極中的一者，其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的該一者電性連接至該電位線，以及其中該第四電晶體之該源極和該汲極中的另一者電性連接至該第一電晶體之該源極和該汲極中的另一者。
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