CN1397922A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

具有其中低电压驱动有可能的结构的像素通过简单的工艺提供。从源信号线输入的数字图像信号通过开关TFT输入到像素。在这一点，电压补偿电路放大数字图像信号的电压振幅和变换该振幅，并将结果施加给驱动器TFT的栅电极。这样，即使用于驱动栅信号线的电源电压变得较低，像素内TFT的开－关控制也可正常地进行。

Description

发光装置
发明领域
本发明涉及发光装置。特别是，本发明涉及具有在诸如玻璃或塑料的绝缘体上制造的薄膜晶体管(下文中称作TFT)的有源矩阵发光装置的结构。本发明还涉及在显示部分使用发光装置的电子设备。
发明背景
显示装置的发展最近很活跃，其中使用诸如电致发光(EL)元件的自发光元件。术语EL元件或者包括利用来自单重态激子的发光(荧光)的元件，或者包括利用来自三重态激子(磷光)的发光的元件。一种EL显示装置在这里作为发光装置的一个实例给出，但是使用其它自发光元件的显示装置也包括在发光装置的类别里。
EL元件由夹在一对电极(阳极和阴极)之间的发光层组成，通常是叠层结构。可以典型地给出Eastman Kodak公司的Tang等提出并具有空穴输运层、发光层、和电子输运层的叠层结构。这种结构具有非常高的流明效率，且这种结构用于目前已经研究的大多数EL元件。
另外，还存在其它结构，诸如其中空穴注入层、空穴输运层、发光层、和电子输运层按顺序层叠在阳极上的一种结构，以及其中空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层和电子注入层按顺序层叠在阳极上的一种结构。这些结构中的任何一种都可以作为本发明的EL元件结构被采用。还可以进行荧光染料等向发光层中的掺杂。
在阳极和阴极之间形成的所有层在这里一般称作EL层。前述空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、和电子注入层因而都包括在EL层中。由阳极、EL层、和阴极构造的发光元件称作EL元件。
发光装置的示意图示于图3A中。像素部分301布置在衬底300的中心部分。用于控制源信号线的源信号线驱动器电路302和用于驱动栅信号线的栅信号线驱动器电路303布置在像素部分301的周围。图3A中栅信号线驱动器电路303对称地排列在像素部分301的两侧，但是它们中的一个可以只放在一侧。然而，考虑到诸如可靠性和电路运转效率的因素，优选的是在两个侧面布置栅信号线驱动器电路303。
诸如时钟信号、起始脉冲、和图像信号的信号通过柔性印刷电路板(FPC)等输入到源信号线驱动器电路302和栅信号线驱动器电路303。
说明驱动器电路的操作。在栅信号线驱动器电路中，用于选择栅信号线的脉冲根据时钟信号和起始脉冲通过移位寄存器321一个接一个地输出。然后，信号的电压振幅用电平转移电路322变换，并通过缓冲器323输出到栅信号线上，栅信号线的某一行置于所选择的状态。
在源信号线驱动器电路中，取样脉冲根据时钟信号和起始脉冲通过移位寄存器311一个接一个地输出。在第一锁存电路312中，根据取样脉冲的时序进行数字图像信号的存储。当完成了一个水平周期部分的操作时，锁存脉冲在恢复周期中输入，储存在第一锁存电路312中的一行部分数字图像信号一次性都传递给第二锁存电路313。然后数字图像信号的一行部分同时写给选择栅信号线的脉冲所输出到的行的像素。
其次说明像素部分301。由像素部分301中的参考编号310所示的部分对应一个像素，像素的电路结构示于图3B。图3B中的参考编号351指在图像信号向像素中写的过程中作为开关元件(下文中称作开关TFT)起作用的TFT。不是具有n沟道极性就是具有p沟道极性的TFT可以用作开关TFT 351。参考编号352指作为控制提供给EL元件354的电流的元件起作用的TFT(下文中称作驱动器TFT)。如果驱动器TFT352是n沟道TFT，那么EL元件354的一个电极355当作阴极，并连接到驱动器TFT 352的输出电极上。EL元件354的另一个电极356因而变成阳极。另一方面，如果p沟道TFT用作驱动器TFT 352，那么EL元件354的一个电极355当作阳极，并连接到驱动器TFT 352的输出电极上。EL元件354的另一个电极356因而变成阴极。参考编号353指所形成的以便于存储施加在驱动器TFT 352的栅电极的电势的存储电容器(Cs)。尽管存储电容器(Cs)在这里作为独立的电容性装置给出，还可以利用出现在驱动器TFT 352的源区和栅电极之间的电容或出现在驱动器TFT 352的漏区的栅电极之间的电容。
参考图5A和5B，给出驱动器TFT 352的极性和EL元件354的结构之间关系的简单说明。图5A示出EL元件像素部分的结构，图5B示意地示出开关TFT 501、驱动器TFT 502和EL元件504之间的连接。
另外，在本技术说明中，当说明电路操作时讨论TFT操作。术语“TFT开”指TFT源和栅之间电压的绝对值超过TFT阈值电压的绝对值，这样TFT的漏区和源区通过沟道形成区置于导电状态。术语“TFT关”指TFT的源和栅之间电压的绝对值低于TFT阈值电压的绝对值，且TFT的漏区和源区处于不导电的状态。
此外，当说明TFT连接时，分别地使用术语“栅电极、输入电极、输出电极”和栅电极、源电极、漏电极”。这是因为当说明TFT操作时经常考虑栅和源之间的电压，但是很难在结构级上清楚地区分TFT的漏区和源区。因而当说明信号输入和输出时这两个区称作输入电极和输出电极，当说明TFT电极的电势之间的关系时，输入电极和输出电极之一称作源区，而另一个称作漏区。
首先，考虑在EL元件504中参考编号505指阳极、参考编号506指阴极的情形。如果电极505的电势取作V505且电极506的电势取作V506，那么有必要在阳极和阴极之间加上前置偏压以便于EL元件504发光。因而满足V505＞V506。如果是n沟道TFT，为了可靠地开启驱动器TFT 502，并正常地在EL元件504的电极之间施加电压，必要的是施加给驱动器TFT 502栅电极的电势比V505至少高出TFT 502阈值电压的量。这就是说，有必要扩大从源信号线写入的信号的振幅。另一方面，如果是p沟道TFT并正常地在EL元件504的电极之间加电压，则对于加在驱动器TFT 502栅电极的电势有必要比V505低至少TFT 502的阈值的量，以便于可靠地开启驱动器TFT 502。因而没有必要将从源信号线写入的信号的振幅扩大得很多。这样，对于在EL元件504中电极505是阳极、电极506是阴极的情形，优选的是使用用于驱动器TFT 502的p沟道TFT。
另外，如果在这种情形中驱动器TFT 502是n沟道，则驱动器TFT502栅和源之间的电压VGS2变成驱动器TFT 502的栅电极和EL元件504的阳极505之间的电压，不是图5B所示的那样。如果这时由于EL元件502性能上的缺陷或由于长期老化，电阻升高，提高了VEL，那么驱动器TFT 502源电极的电势增加。有一种可能性，即驱动器TFT 502的栅和源之间的电压将由于EL元件504的分散使得分散在像素之间发展。因而在这里优选的是用p沟道TFT作为驱动器TFT 502。
当在EL元件504中参考编号505指阴极，参考编号506指阳极时，为了使EL元件504发光，有必要在两个电极上都加上电势差。这个情形中，满足V505＜V506。如果是n沟道TFT，并正常地在EL元件504的电极之间施加电压，为了可靠地开启驱动器TFT 502，施加在驱动器TFT 502栅电极上的电势比V505充分地高出TFT 502阈值的大小。因而没有必要将从源信号线写入的信号的振幅扩大得很多。另一方面，如果是p沟道TFT并正常地在EL元件504的电极之间施加电压，则加在驱动器TFT 502栅电极的电势比V505低至少TFT 502的阈值的大小是必要的，以便于可靠地开启驱动器TFT 502。这就是说，从源信号线写入的信号的振幅必须扩大。这样，对于在EL元件504中电极505是阴极、电极506是阳极的情形，优选的是使用用于驱动器TFT 502的n沟道TFT。
另外，当考虑驱动器TFT 502的源和栅之间的电压和EL元件阴极的电势时，在这种情形中使用驱动器TFT 502的p沟道TFT也是优选的。
其次，说明发射到驱动器光发射的方向对驱动器TFT 502的极性与EL元件504结构之间的关系。图8A是当驱动器TFT 502是n沟道TFT时EL元件504结构的示意横截面图，图8B是当驱动器TFT 502是p沟道TFT时EL元件504结构的示意横截面图。
因为需要将电子注入到发光层中的能力，优选的在EL元件504的阴极使用金属材料。使用透明电极的电极因而通常是阳极。图8A中的驱动器TFT因而是n沟道TFT，电流供给线连接到驱动器TFT 502的源区且EL元件504的阴极连接到驱动器TFT 502的漏区。随后，由发光层产生的光向透明电极阳极侧发射，因而光发射的方向对着上面形成了TFT的衬底(下文中称作TFT衬底)，如图所示。
另一方面，图8B中驱动器TFT 502是p沟道TFT。电流供给线连接到驱动器TFT 502的源区，EL元件504的阳极连接到驱动器TFT 502的漏区。随后，由发光层产生的光向透明电极阳极侧发射，因而光发射的方向向着TFT衬底，如图所示。
这里图8A中所示的发光方向称作上表面发射，图8B所示的发光方向称作下表面发射。构造像素部分的元件所占据的区域在下表面发射情形中影响发光表面积。另一方面，在上表面发射情形中，光可以被引出，与构造像素部分的元件所占据的区域没有关系，并且这在提高孔径比上是有用的。然而，如图8A所示，当制造上表面发射结构发光装置时，有必要带有工艺过程的考虑，在EL层形成之后用透明电极形成阳极。通过这道工艺，容易对EL层产生损害，并且这种类型的工艺目前很难进行。因而通常采用图8B所示的下表面发射结构。
其次说明驱动发光装置的方法。
模拟分级法和数字分级法可作为用发光装置表示许多分级的方法的实例。模拟分级法是一种方法，其中在EL元件中流过的电流以模拟方式控制，这样控制亮度，并得到分级。然而，构造像素部分的TFT性能中微小的分散对EL亮度的分散有很大影响。即，如果驱动器TFT102的性能中有分散，那么即使同样的电势加在驱动器TFT的栅电极上，不同驱动器TFT的源和漏之间流过电流的大小将不同。换言之，由于在EL元件中流过的不同大小的电流发生亮度的分散。
数字分级法是一种方法，其中构造像素的元件性能中的分散不容易影响图像质量。EL元件只用两种状态驱动，一个开态(亮度接近100％的状态)，和一个关态(亮度近似为0％的状态)。即，可以说数字分级法是一种驱动方法，其中即使在驱动器TFT的源和漏之间流过的电流大小有分散，EL元件亮度的分散也很难被分辨出来。
然而，在这种状态，用数字分级法只有两种分级可显示，已经提出了通过将数字分级法与另一种方法组合实现多种分级的多个技术。
可以给出以实现多级分级的一种方法是数字分级法与时间分级法的组合。术语时间分级法指通过控制EL元件发光的时间中的时间总数来进行分级表示的方法。具体地，一个帧周期分成多个不同长度的子帧周期。分级通过在每个子帧周期中选择EL元件是否发光来表示，这样在一个帧周期中使用发光时间长度的差别。
日本专利申请公开号2001-5426中公开的方法在这里作为将数字分级法与时间分级法组合的一种方法来说明。这里3位分级表示的情形作为一个实例来说明。
参考图9A-9C。用在诸如液晶显示和EL显示的显示装置中的帧频率通常在60Hz的数量级。即，屏幕绘制以每秒60次的数量级进行，如图9A所示。这样有可能进行显示从而人眼不觉得屏幕闪烁。进行一次屏幕绘制的周期在这里称作一个帧周期。
在日本专利申请公开号2001-5426中公开的时间分级法中一个帧周期分成多个子帧周期。这一点分割的数目等于分级位的数目。即，在这里因为使用3位分级，一个帧周期分成三个子帧周期SF1-SF3。
此外，每个子帧周期有一个寻址(写)周期Ta和一个持续(发光)周期Ts。寻址(写)周期是用于向像素写数字图像信号的周期，且每个子帧周期有相同的长度。持续周期是其中EL元件基于在寻址(写)周期中写到像素中的数字图像信号发光的周期。持续(发光)周期Ts1-Ts3具有满足Ts1∶Ts2∶Ts3＝4∶2∶1的长度比。即，对于n位分级表示，n持续(发光)周期具有2n-1∶2n-2∶..∶21∶20的长度比。在一个像素周期中每个像素的发光周期长度由EL元件发光的周期中具体的持续(发光)周期决定。这样进行分级表示。换言之，通过在图9B中对于持续(发光)周期Ts1-Ts3采取发光状态或不发光状态，并利用总发光时间的长度，可表示具有0％、14％、28％、43％、57％、71％和100％亮度的8个分级。如果在Ts1中有发光且在Ts2和Ts3中没有发光，亮度是57％，当亮度是71％时，发光发生在Ts1和Ts3中而不发生在Ts2中。为了用模拟分级法得到71％的亮度，用对应于71％亮度的电压进行控制，并在一整个帧周期中保持71％的亮度。然而，用时间分级法，同样的分级通过在100％的亮度只在71％整个发光周期的发光来表示。
操作给予详细说明。继续参考图9A-9C，以及图3B。首先，当选择脉冲输入到栅信号线时开关TFT 351开启。其次从源信号线输入数字图像信号，根据数字图像信号的电势进行驱动器TFT 352开或者关的控制。此外，对应于数字图像信号的电荷存储在存储电容器353中。即使自这一点驱动器TFT 352开启，电压也不加在阳极(阴极)355和阴极(阳极)356之间，因而不发射光。一个这种方法是设定阴极(阳极)356的电势等于阳极(阴极)355的电势，即等于电流供给线(电流)的电势。阴极(阳极)356通常在所有像素上是公共的，因而该操作对于所有像素同时进行。
在操作从第一行直到最后一行完成写操作的那一点，完成寻址(写)周期，所有的像素同时移到持续(发光)周期。电压加在EL元件354的阳极(阴极)355和阴极(阳极)356之间，电流流动，使得光发射出来。
通过在所有的子帧周期中实施前述操作构造一个帧周期。为了用这种方法增加显示分级的数目，可以增加子帧周期的数目。另外，对于子帧周期不总是必须如图9B和9C所示从最上位到最小位顺序出现，子帧周期可以在帧周期中任意排列。此外，顺序也可以在每个帧周期中变化。这种类型的驱动方法称作显示周期分离驱动(DPS驱动)。
低的占空比(进行分级显示的周期，其中每个帧周期像素发光)可作为用DSP驱动的一个问题给出。寻址(写)周期和持续(发光)周期分开，因而周期存在于其中光在任何条件下都不发射的一个帧周期中。结果是，可以感觉到亮度的整体下降。
在连接到第m行栅信号线的像素的某个子帧周期中，数字图像信号向像素中的写入在栅信号线被选择的周期902中进行，如图9D所示，光在持续(发光)周期904中发射。这里寻址(写)周期是参考编号901、902、和903所表示的全部周期。参考编号901指用于进行数字图像信号向第1-第(m-1)行的写入的周期，而参考编号903指用于进行数字图像信号向(m+1)行至最后一行的写入的周期。换言之，对于连接到第m行栅信号线的像素，在寻址(写)周期参考编号901和903所表示的周期变成写和发光都不进行的周期，即，“等待”周期。
寻址(写)周期在每个子帧周期中形成，因而如果寻找多个分级等级，寻址(写)周期也增加。在前述“等待”周期中也有增加，这就得到占空比的进一步减少。
这里给出用于解决这些类型问题的方法。该方法是一种方法，其中寻址(写)周期与持续(发光)周期之间没有分开，如图9E所示，发光在数字图像信号向连接到某行栅信号线的像素的写入完成之后立即开始。连接到第m行栅信号线的像素在进行数字图像信号向连接到第m行栅信号线以外栅信号线的像素的写入的周期中也可以让其发光，如图9F所示，因而占空比减少的问题可用这种方法解决。
然而，当考虑分级数目的增加时用这种方法又产生其它问题。
图10A和10B是对于用上述DPS驱动表示5位分级的情形分割一个帧周期的实例。寻址(写)周期伴随着子帧周期分隔数目的增加而增加，持续周期比3位分级的情形短。这样就可以明白占空比比3位分级情形低。另一方面，如图10C所示，考虑了一些情形，其中通过根据寻址(写)周期和持续(发光)周期不分开的方法驱动来防止占空比的减少。各个子帧周期的持续周期Ts1-Ts5的长度比是Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5＝24∶23∶22∶21∶20＝16∶8∶4∶2∶1。
参考图10B，重点在参考符号SF5上。可以看到在SF5中持续(发光)周期比寻址(写)周期长。因而对于根据其中寻址(写)周期与持续(发光)周期之间没有分开的驱动方法驱动的情形，产生了其中不同子帧周期的寻址(写)周期重叠的周期。图10C SF5中对最末行的写入完成之前，已经完成了第1行的持续(发光)周期，并开始了下一次写入。换言之，两个不同行的栅信号线在同一时间选择，不能进行正常的信号写入。
图4A和4B所示的显示装置已在日本专利申请第2000-86968号中提出以解决这类问题。图4A所示的显示装置与前面图3A所示的显示装置几乎一样。这两个之间的差别是图4A的显示装置在像素部分401的左边和右边有写入栅信号线驱动器电路403和擦除栅信号线驱动器电路404。
一个像素的电路结构，在图4A的显示装置中以参考编号401表示，示于图4B中。该结构不同于图3B中所示的像素之处在于其有擦除栅信号线和擦除TFT 457。
前述不同寻址(写)周期重叠的问题通过用这类显示装置解决了。
关于其操作给出说明。为了说明，参考图4B和图10A-10D。首先选择写入栅信号线，开启开关TFT 451。然后从源信号线输入数字图像信号，通过输入信号的电势控制驱动器TFT 452开或者关，此外，对应于输入信号的电荷存储在存储电容器453中。完成数字图像信号所写入的行，然后立即移到持续(发光)周期。
如图10C和10D所示，擦除周期(Tr5)在具有比寻址(写)周期短的持续(发光)周期的子帧周期的持续(发光)周期完成后形成。这样做从而下一个寻址周期在持续(发光)周期之后不会立即开始。在擦除周期中EL元件454不发光。在擦除周期(Tr5)中，擦除TFT 457通过擦除栅信号线的选择开启，释放存储在存储电容器453中的电荷。这样在驱动器TFT 452中流动的电流停止，EL元件454停止发光。
在这一点，擦除周期的长度变成从第1行的寻址(写)周期完成后直到最末行的寻址(写)周期完成的长度。
这样通过形成擦除周期以提高占空比、并通过防止寻址(写)周期不正确的重叠来实现多级分级。与DPS驱动相反，这种类型的驱动方法称作同时擦除扫描驱动(SES驱动)。
严格地说，SES驱动包括写入和擦除并行进行的方式。与其中寻址(写)周期和持续(发光)周期分开的DPS驱动相反，没有这种分离的驱动方法称作SES驱动。其中没有明确的擦除周期的情形也包括在SES驱动方法中，如图9E-9F。
对于通过在绝缘体上形成TFT制造的显示装置，制造工艺是复杂的这个事实造成了生产力的减少和成本的增加。因而减少成本的主要挑战是工艺尽可能地简化。这样就考虑到通过只用具有单一极性的TFT构造像素部分和周围驱动器电路(诸如源信号线驱动器电路和栅信号线驱动器电路)。
再一次考虑像素和驱动器电路的工作电压。再参考图5A和5B。图5A给出EL元件像素部分的结构，和开关TFT 501中连接的示意表示，驱动器TFT 502和EL元件504示于图5B中。
如果驱动器TFT 502是p沟道TFT，那么如上所述，优选的是EL元件的电极505是阳极、电极506是阴极。这里开关TFT 501的极性根据驱动器TFT 502的极性考虑。首先，对于驱动器TFT 502是p沟道TFT的情形，驱动器TFT 502开启的条件是驱动器TFT 502的栅-源电压VGS2的绝对值大于驱动器TFT 502阈值电压的绝对值。就是说，从源信号线输入的数字图像信号的L电平(这里假定当数字图像信号的电势是L电平时EL元件发光)比驱动器TFT 502源区电势低多于阈值的大小。
在这一点，如果开关TFT 501和驱动器TFT 502有同样的极性，即如果它们都是p沟道型，那么TFT 501开启的条件是开关TFT 501栅-源电压VGS1的绝对值大于开关TFT 501阈值电压的绝对值。就是说，将栅信号线放在所选择状态的脉冲的L电平(因为这里开关TFT 501是p沟道型，当L电平输入到栅信号线时栅信号线被当作是处于被选择的状态)比开关TFT 501源区的电势低多于阈值的大小。因而对于栅信号线侧的电压振幅，相对于源信号线的电压振幅扩大是必要的。这表示栅信号线驱动器电路的工作电压要更高。
如果开关TFT 501和驱动器TFT 502都是n沟道TFT，类似的环境也存在。因而当考虑电力消耗时对于像素部分TFT既使用n沟道和又使用p沟道TFT变成优选的。
从上述说明看，虽然根据传统方法通过具有单一极性的TFT构造像素部分和驱动器电路实现了工艺数目上的减少，但还是造成了电力消耗的增加。
发明简述
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种发光装置，其中工艺的数目通过用具有单一极性的TFT构造像素部分和驱动器电路来减少，且其中电力消耗的减少通过使用新的电路结构来实现。
在传统构造的像素中，必要的是输入到开关TFT栅电极的信号，即选择栅信号线的信号，具有比输入到开关TFT源区的信号，即输出到源信号线的信号大的电压振幅。
考虑其中输入到源信号线的电压振幅等于用于选择栅信号线的信号的电压振幅的情形。再参考图5A和5B。
当输出到源信号线的信号电压振幅等于用于选择栅信号线的信号电压振幅时，如果处理某电势的信号从源信号线输入，那么驱动器TFT502的栅电极电势将提高到其中开关TFT 501的阈值电压的电势从由栅信号线输入的信号的电势中减去的电势。驱动器TFT 502的栅电极电势因而将变成比输入信号的电压振幅低开关TFT阈值的大小的电势。
本发明中，在开关TFT输出电极和驱动器TFT栅电极之间形成电压补偿电路。电压补偿电路对应自举电路，并起到恢复信号电压振幅的作用，穿过开关TFT抑制到其常规的振幅。这样对于像素正常地工作是可能的，即使在其中让从源信号线输出的信号电压振幅等于用于选择栅信号线的信号电压振幅的情形中。因而减少栅信号线驱动器电路的驱动电压变得可能，这有助于减少显示装置的电力消耗。
上述问题通过使用具有本发明的电压补偿电路的像素构造显示装置的像素部分、以及通过使用具有与构成像素部分的TFT同样极性的TFT构造像素部分周围大驱动器电路解决。
附图简要说明
在附随的图中：
图1A和1B是示出本发明实施方案样式的图；
图2A和2B是示出本发明实施方案的图；
图3A和3B是示出传统发光装置结构的图；
图4A和4B是示出传统发光装置结构的图；
图5A和5B分别是说明像素部分TFT和发光元件操作的图；
图6A-6D是示出制造本发明的发光装置的方法的图；
图7A-7C是示出制造本发明的发光装置的方法的图；
图8A和8B是分别对于上表面发光和下表面发光的情形示出发光装置像素部分横截面的图；
图9A-9F是示出涉及发光装置驱动的时序图的图；
图10A-10D是示出涉及发光装置驱动的时序图的图；
图11A-11D是示出在驱动本发明的发光装置的像素时每个节点电势的图；
图12A-12E是示出在驱动本发明的发光装置的像素时每个节点电势的图；
图13是构造本发明的发光装置的源信号线驱动器电路的结构图；
图14A和14B是移位寄存器的电路结构图；
图15是示出涉及移位寄存器驱动的时序图的图；
图16A-16C是缓冲器的电路结构图；
图17A-17D是移位寄存器的电路结构图；
图18是锁存电路的电路结构图；
图19是构造本发明的发光装置的栅信号线驱动器电路的结构图；
图20A和20B是本发明的整个发光装置的示意图；
图21A-21C是示出通用锁存电路结构实例的图；
图22A-22C是示出制造本发明的发光装置的方法实例的图；
图23A-23G是示出可应用本发明的电子设备实例的图；
图24A-24C是示出双栅TFT横截面和制造它的方法的图；
图25A和25B是示出本发明的实施方案样式的图；以及
图26A-26C是示出本发明的实施方案样式的图。
优选实施方案的详细说明
实施方案样式1
本发明的电压补偿电路的像素结构示于图1A和1B。如图1A所示，类似于传统部件的部件用于开关TFT 101、驱动器TFT 102、EL元件104、源信号线(S)、栅信号线(G)和电流供给线(电流)。本发明的像素在开关TFT 101的输出电极和驱动器TFT 102的栅电极之间有电压补偿电路110。
图1B是包括电压补偿电路110的结构的电路图。电压补偿电路110有第一TFT 151、第二TFT152、第三TFT 153、第一电容器154和第二电容器155。另外，参考编号G(m)指在第m行扫描的栅信号线，参考编号G(m-1)指用第(m-1)行扫描的栅信号线。
第一电容器154和第二电容器155串联排列。第一电容器154的第一电极连接到开关TFT 101的输出电极上，第一电容器154的第二电极连接到第二电容器155的第一电极上。第二电容器155的第二电极连接到电流供给线上。
第一TFT 151的栅电极连接到栅信号线G(m-1)，第一TFT 151的输入电极连接到栅信号线G(m)，第一TFT 151的输出电极连接到开关TFT 101的输出电极。
第二TFT 152的栅电极连接到栅信号线G(m-1)，第二TFT 152的输入电极连接到栅信号线G(m)。第二TFT 152的输出电极连接到第一电容器154的第二电极和第二电容器155的第一电极。
第三TFT 153的栅电极连接到开关TFT 101的输出电极，第三TFT153的输入电极连接到电源线。第三TFT 153的输出电极连接到第一电容器154的第二电极和第二电容器155的第一电极。
注意，全部具有同样极性的TFT在这里用作构造像素的TFT 101、102和151-153。极性可以是n沟道型或者p沟道型。
其次说明电路操作。这里用一个构造像素的TFT全都是n沟道TFT的实例。对于从源信号线输入的信号、选择写栅信号线的信号、和选择擦除栅信号线的信号，输入信号的振幅设为VDD(H电平)-VSS(L电平)。此外，作为初始状态，源信号线(S)的电势和栅信号线(G)的电势都设为VSS，电流供给线(电流)的电势和擦除栅信号线的电势都设为VDD。
另外，TFT的阈值电压都取作VthN。图11A-11D是用于说明图1A和1B所示本发明的电路操作的时序图。图11A示出第(m-1)行栅信号线(G(m-1))的电势，图11B示出第m行栅信号线(G(m))的电势，图11C示出源信号线(S(n))的电势，图11D示出驱动器TFT 102的栅电极的电势。另外，从第m行栅信号线(G(m))被选择之后，直到第m行栅信号线(G(m))再次被选择的周期1101对应于图9F所示的子帧周期。参考编号1102表示的周期是一个水平周期。图1A和1B，图11A-11D用在操作的说明中。
第(m-1)栅信号线(G(m-1))被选择并变成H电平，进行数字图像信号向第(m-1)行像素的写入。在像素的第m行的这一点，H电平输入到第一TFT 151和第二TFT 152的栅电极，其然后开启。第一电容器154的两个电极都变得等于第m行栅信号线的电势，即VSS。在同一时间，驱动器TFT 202的栅电极的电势也变成VSS。
然后第(m-1)行栅信号线(G(m-1))不被选择，其电势变成L电平，且第一TFT 151和第二TFT 152置于关状态。第m行栅信号线(G(m))被选择并变成H电平，开关TFT 101开启。在这一点源信号线(S(n))的电势，即数字图像信号，输入到驱动器TFT 202的栅电极，其被开启。数字图像信号同时输入到第三TFT 153的栅电极，其开启。
在第三TFT 153和驱动器TFT 102的栅电极的电势变成(VDD-Vt hN)的这一点上，开关TFT 101的源和栅之间的电压变得等于阈值电压VthN，作为结果开关TFT 101置于关的状态。驱动器TFT 102的栅电极和第三TFT 153的栅电极因而临时地置于浮动状态。
另一方面，当第三TFT 153开启时第三TFT 153的输出电极侧的电势升高。在这一点，由于第一电容器154，电容性耦合存在于第三TFT 153的输出电极和驱动器TFT 102的栅电极之间。驱动器TFT 102的栅电极处于浮动状态，因而驱动器TFT 102的栅电极的电势再一次从(VDD-VthN)随着上升的第三TFT 153的输出电极的电势而升高，变成高于VDD的电势。
结果是，被VthN削弱了一次的数字图像信号由电压补偿电路通过开关TFT 101受到振幅补偿，并施加给驱动器TFT 102的栅电极。驱动器TFT 102因而正常地开启，可得到所需的漏电流。
施加给驱动器TFT 102的栅电极的电势由此通过电容器154和155保持，电流流动，EL元件104发光。在下一个子帧周期中，当第(m-1)栅信号线(G(m-1))被选择时，第一TFT 151和第二TFT 152置于开状态。驱动器TFT 102的栅电极电势变得等于第m行栅信号线(G(m))的电势，即L电平。
这里加上第一电容器154和第二电容器155的说明。
第一电容器154置于第三TFT 153的栅电极和输出电极之间。第一电容器154是用于通过利用电容性耦合提高驱动器TFT 102栅电极电势的电容。第二电容155与第一电容154串联排列，电容性耦合在具有稳定电势的电流源供给线和驱动器TFT 102之间形成。第二电容器155用于存储驱动器TFT 102栅电极的电势。
第二电容器155附加的功能是它用作使电压补偿电路自举适当地起作用的负载。如果该负载不存在，那么如果第三TFT 153的栅电极电势由于数字图象信号从源信号线的输入升高，第三TFT 153输出电极的电势由于电容性耦合立即攀升。如果该操作发生了，那么前述自举不能正常地工作。由于电容性耦合，第三TFT 153输出电极地电势升高因而相对于第三TFT 153栅电极电势的升高通过第二电容器155的放置被延缓了。这样当第三TFT本身处于开状态的时候第三TFT输出电极的电势升高由漏电流控制，自举可正常地工作。
栅信号线选择脉冲通常需要比输入到源信号线的数字图象信号的电压振幅更大的电压振幅。根据上述状态，使栅信号线选择的电压振幅变得等于或小于数字图象信号的电压振幅变得可能。因而有可能在栅信号线驱动器电路侧减少电力消耗。
另外，驱动器TFT 102的栅电极电势，其归于电容性耦合，根据本发明变得高于VDD。该电势至少升高到VDD，因而有可能通过电容器154和155的优化值使栅信号线选择脉冲的电压振幅更小。
注意，对于这里所示的情形由于操作上的考虑，优选的是电流供给线的电势保持得较高，因而优选的是EL元件104的电极是参考编号105表示阳极，参考编号106表示阴极。该情形是已经讨论的传统实例的颠倒。对于其中结构使用n沟道TFT的情形提供下表面发光，对于其中结构使用p沟道TFT的情形提供上表面发光。
【实施方案样式2】
图25A和25B示出其中部分不同于实施方案样式1结构的结构。如图25A所示，类似于传统部件的部件用于开关TFT 2501、驱动器TFT2502、EL元件2504、电压补偿电路2510、源信号线(S(n))、栅信号线(G(m))和电流供给线(电流)。
图25B是包括电压补偿电路2510的结构的电路图。电压补偿电路2510有第一TFT 2551、第二TFT2552、第一电容装置2553、点儿电容器2554。电压补偿电路在实施方案样式1中由3个TFT和2个电容器构造，但是在实施方案样式2中，电压补偿电路2510由2个TFT和2个电容器构造。另外，在图25B中，参考编号G(m)表示在第m行扫描的栅信号线，参考编号G(m-1)表示第(m-1)行扫描的栅信号线。
第一电容装置2553和第二电容装置2554串联排列。第一电容装置2553的第一电极连接到开关TFT 2501的输出电极，第一电容装置2553的第二电极连接到第二电容装置2554的第一电极。第二电容装置2554的第二电极连接到电流供给线。
第一TFT 2551的栅电极连接到栅信号线G(m-1)，第一TFT 2551的输入电极连接到提供第一电源电势(V1)的信号线，或者电源线。第一TFT 2551的输出电极连接到开关TFT 2501的输出电极。
第二TFT 2552的栅电极连接到开关TFT 2501的输出电极和第一电容装置的第一电极。第二TFT 2552的输入电极连接到提供第二电源电势(V2)的信号线，或者电源线，第二TFT 2552的输出电极连接到第一电容装置的第二电极和第二电容装置的第一电极。
关于电压补偿电路的两个TFT，第一TFT 2551以后称作刷新TFT，第二TFT 2552以后称作补偿TFT。
注意，全部具有同样极性的TFT在这里用作构造像素的TFT 2501、2502、2551和2552。极性可以是n沟道型或者p沟道型。
然而，第一电源电势(V1)和第二电源电势(V2)根据构造像素的TFT的极性彼此不同。如果构造像素的TFT是n沟道TFT，那么V1＜V2，如果构造像素的TFT是p沟道TFT，那么V1＞V2。
如果V1＜V2，V1的电势设为比n沟道TFT的阈值电压足够低的电势，V2的电势设为比n沟道TFT的阈值电压足够高的电势。例如，V1的电势设在信号线L电平的数量级，V2的电势设在信号线H电平的数量级。所述电势对V1＞V2的情形可颠倒。
其次说明电路操作。这里用一个构造像素的TFT全都是n沟道TFT的实例。输入信号，不是输出到源信号线的数字图像信号，就是用于选择栅信号线的信号对于H电平设为VDD，对于L电平设为VSS。另外，这里V1＝VSS且V2＝VDD。另外，电流供给线(电流)的电势设为Vc.
驱动时序通常类似于实施方案样式1中所用的，因而用图11A-11D。图11A示出第(m-1)行栅信号线(G(m-1))的电势，图11B示出第m行栅信号线(G(m))的电势，图11C示出源信号线(S(n))的电势，图11D示出驱动器TFT 2502的栅电极的电势。另外，从第m行栅信号线(G(m))被选择之后，直到第m行栅信号线(G(m))再次被选择的周期1101对应于图9B所示的子帧周期(SF#)。参考编号1102表示的周期是一个水平周期。其中开关TFT 2501的像素由在第m行选择的栅信号线控制的像素用图1A和1B，以及图11A-11D说明。
首先，在第(m-1)行栅信号线(G(m-1))被选择的周期中，即其中图象信号向第(m-1)行的写入实施的周期，第(m-1)行信号线变成H电平，第m行栅信号线变成L电平。因而开关TFT 2501关断，刷新TFT 2551开启。在这一点，V1＝VSS输入到驱动器TFT 2502的栅电极，其关断。
第(m-1)水平周期完成，栅信号线(G(m-1))变成L电平。刷新TFT 2551因此关断。第m水平周期开始，栅信号线(G(m))变成H电平，这样开关TFT 2501开启。输出到源信号线的数字图像信号在这一点写入像素。当数字图像信号是H电平时，开关TFT开启，因而驱动器TFT 2502的栅电极电势升高。
然而，栅信号线(G(m))是H电平，其电势是VDD，数字图像是H电平，其电势是一样的，VDD。出现在开关TFT输出电极的电势受阈值的影响。因而当电势变成(VDD-VthN)时，开关TFT关断，开关TFT的输出电极，即驱动器TFT 2502的栅电极置于浮动状态。
另一方面，开关TFT 2501的输出电极电势升高到(VDD-VthN)。因而补偿TFT 2552开启，输出电极电势升高，接近VDD。在这点电容性耦合由于第一电容装置2553存在于补偿TFT 2552的栅电极和输出电极之间。补偿TFT 2552的栅电极在其电势是(VDD-VthN)时处于浮动状态，因而补偿TFT 2552的输出电极的电势升高引起进一步升高。补偿TFT 2552的栅电极电势变得高于VDD。
结果是，被VthH削弱了一次的数字图像信号由电压补偿电路2510通过开关TFT 2501受到振幅补偿，并输入到驱动器TFT 2502的栅电极。因而正常的栅源电压可加在驱动器TFT 2502上，可流过所需的漏电流。
施加给驱动器TFT 2502的栅电极的电势在栅信号线的选择完成之后，此外，在寻址(写)周期完成之后，通过第一和第二电容装置2553和2554保持。在下一个子帧周期，当第(m-1)行栅信号线(G(m-1))被选择并变成L电平，且驱动器TFT 2502的栅电极电势变成L电平时，刷新TFT 2551开启。驱动器TFT 2502关断。屏幕上的图象显示通过重复上述操作进行。
这里加上第一电容器2553和第二电容器2554的说明。
第一电容器2553置于补偿TFT 2552的栅电极和输出电极之间。第一电容装置2553利用输出电极的电势升高，是用于通过电容性耦合实施栅电极电势上的操作的电容性装置。第二电容装置2554与第一电容装置2553串联排列，电容性耦合在具有固定电势的电流源供给线和驱动器TFT 2502之间形成。第二电容装置2554用于存储驱动器TFT2502栅电极的电势。
第二电容装置2554具有另外的负载的作用，用于电压补偿电路2510的自举操作可靠地进行。如果该负载不存在，那么补偿TFT 2552的栅电极电势由于数字图象信号从源信号线的输入开始攀升。如果电势变得高于阈值，那么补偿TFT 2552的输出电极电势将立即攀升。如果输出电极的电势攀升太快，则自举不能正常地工作。随后，补偿TFT2552输出电极的电势攀升通过使用第二电容装置2554作为负载被延缓了，栅电极在输出电极电势的升高停止之前置于浮动的状态。这样就可以可靠地进行自举操作。
栅信号线选择脉冲通常需要比输入到源信号线的数字图象信号的电压振幅更大的电压振幅。根据上述状态，使栅信号线选择的电压振幅变得等于或小于数字图象信号的电压振幅变得可能。因而有可能在栅信号线驱动器电路侧减少电力消耗。
另外，对于图25A和25B所示的结构用在实际电路中的情形，图26A-26C示出用于将所需电势加到每个节点的结构。刷新TFT 2551和补偿TFT 2552的输入电极的连接位置在结构上不同，在别的方面它们是类似的。
实施方案
本发明的实施方案在下面说明。
【实施方案1】
进行包含使用具有附加擦除机制的像素的擦除周期的SES驱动的实例在实施方案1中说明。
图2A和2B示出具有实施方案1的擦除机制的像素结构。如图2A所示，像素有开关TFT 201、驱动器TFT 202、EL元件204、源信号线(S)、栅信号线(G)、和电流供给线(电流)，其类似于传统部件，并有类似于实施方案样式1的电压补偿电路的电压补偿电路210。除了栅信号线(G)，实施方案1中像素还有擦除栅信号线(Ge)。注意，谈到擦除栅信号线(Ge)，实施方案1中常规栅信号线称作写栅信号线。
图2B是包含电压补偿电路210的结构的电路图。电压补偿电路210有第一TFT 251、第二TFT 252、第三TFT 253、第一电容器254、和第二电容器255。另外，参考符号G(m)表示在第m行扫描的写栅信号线，参考符号G(m-1)表示在第(m-1)行扫描的栅信号线。参考符号Ge(m)表示在第m行扫描的擦除栅信号线。
第一电容器254和第二电容器255串联排列。第一电容器254的第一电极连接到开关TFT 201的输出电极，第一电容器254的第二电极连接到第二电容器255的第一电极。第二电容器255的第二电极连接到电流供给线。
第一TFT 251的栅电极连接到写栅信号线G(m-1)，第一TFT 251的输入电极连接到写栅信号线G(m)，第一TFT 251的输出电极连接到开关TFT 201的输出电极。
第二TFT 252的栅电极连接到写栅信号线G(m-1)，第二TFT 252的输入电极连接到写栅信号线G(m)。第二TFT 252的输出电极连接到第一电容器254的第二电极，和第二电容器255的第一电极。
第三TFT 253的栅电极连接到开关TFT 201的输出电极，第三TFT253的输入电极连接到擦除栅信号线Ge(m)。第三TFT 253的输出电极连接到第一电容器254的第二电极，和第二电容器255的第一电极。
注意全部具有同样极性的TFT在这里用于构造像素的TFT 201、202、和251-253。极性可以是n沟道或p沟道型。
其次说明电路操作。这里用其中构造像素的TFT都是n沟道TFT的实例。对于从源信号线输入的信号、选择写栅信号线的信号和选择擦除栅信号线的信号，输入信号的振幅设为VDD(H电平)-VSS(L电平)。此外，作为初始状态，源信号线(S)的电势和栅信号线(G)的电势都设为VSS，电流供给线(电流)的电势和擦除栅信号线的电势都设为VDD。
另外，TFT的阈值电压都取作VthN。图12A-12E是说明图2A和2B所示的本发明的电路操作的时序图。图12A示出第(m-1)行栅信号线(G(m-1))的电势，图12B示出第m行写信号线(G(m))的电势，图12C示出源信号线(S(n))的电势，图12D示出驱动器TFT 102的栅电极的电势，图12E示出擦除栅信号线的电势。另外，从第m行写栅信号线(G(m))被选择之后，直到第m行写信号线(G(m))再一次被选择的周期1201对应于图9F所示的子帧周期。参考编号1202表示的周期是一个水平周期。图2A和2B，图12A-12E用在操作的说明。
第(m-1)行栅信号线(G(m-1))被选择并变成H电平，进行数字图像信号到第(m-1)行像素的写入。在第m行像素的这一点，H电平输入到第一TFT 251和第二TFT 252的栅电极，其开启。第一电容器254的两个电极变得等于第m行栅信号线的电势，即VSS。同时，驱动器TFT 202的栅电极电势也变成VSS。
然后完成第(m-1)行栅信号线(G(m-1))选择周期，其电势变成L电平，第一TFT 251和第二TFT 252置于关状态。第m行栅信号线(G(m))被选择并变成H电平，开关TFT 201开启。在这一点源信号线(S(n))的电势，即数字图像信号，输入到驱动器TFT 202的栅电极，其开启。数字图像信号同时输入到第三TFT 253的栅电极，其开启。
在其中第三TFT 253和驱动器TFT 202的栅电极的电势变成(VDD-VthN)的这一点，开关TFT 201的栅和源之间的电压变得等于阈值电压VthN，结果是开关TFT 201置于关的状态。驱动器TFT 202的栅电极和第三TFT 253的栅电极因而临时地置于浮动状态。
另一方面，当第三TFT 253开启时，第三TFT 253的输出电极侧的电势升高。电容性耦合在这一点由于第一电容器254存在于第三TFT253的输出电极和驱动器TFT 202的栅电极之间。驱动器TFT 202的栅电极处于浮动的状态，因而驱动器TFT 202的栅电极电势随着第三TFT 253的输出电极电势的升高再一次从(VDD-VthN)升高，变成高于VDD的电势。严格地说，它变成高于(VDD+VthN)的电势。
结果是，被VthN削弱了一次的数字图像信号通过开关TFT 201通过电压补偿电路受到振幅补偿，并施加到驱动器TFT 202的栅电极。驱动器TFT 202因而正常地开启，可得到所需的漏电流。
施加到驱动器TFT 202的栅电极的电势之后由电容器254和255保持，电流流动，EL元件204发光。
在具有擦除周期的子帧周期，第m行擦除栅信号线(Ge(m))的电势变成L电平，第三TFT 253的输入电极侧的电势下降。驱动器TFT 202的栅电极电势由于通过第一电容器254的电容性耦合同时也下降。结果是，驱动器TFT 202的栅电极电势落到阈值电压之下，驱动器TFT 202关断，到EL元件204的电流被切断。之后EL元件不发光。
在下一个子帧周期，当第(m-1)行栅信号线(G(m-1))被选择时，第一TFT 251和第二TFT 252开启，驱动器TFT 202的栅电极电势变得等于第m行栅信号线(G(m))的电势，即L电平。第m行擦除栅信号线(Ge(m))的电势再一次变成H电平，第m行栅信号线被选择，进行数字图像信号的写入。图像显示通过相继重复这些过程进行。
【实施方案2】
制造具有实施方案样式1和2所示的像素的发光装置的实例在实施方案2中说明。
发光装置的示意图示于图20A。像素部分2001置于衬底2000的中心部分。尽管图20A中没有特别示出，像素的结构与图1A和1B所示的一样。在像素部分2001的周围形成用于控制源信号线的源信号线驱动器电路2002和用于控制栅信号线的栅信号线驱动器电路2007。栅信号线驱动器电路2007之一还可以如上所述只形成于像素部分2001的一侧。
从外面输入用于驱动源信号线驱动器电路2002和栅信号线驱动器电路2007的信号通过FPC 2010输入。从FPC 2010输入的信号具有小的电压振幅，因而通过电平转移器2006进行电压振幅的变换，然后它们输入到实施方案2中的源信号线驱动器电路2002和栅信号线驱动器电路2007。
图13是示出源信号线驱动器电路结构的图。源信号线驱动器电路有移位寄存器1303、缓冲器1304、第一锁存电路1305、和第二锁存电路1306。缓冲器在图20A和20B中没有示出，但是对于例如移位寄存器的负载下游大的情形，可以形成缓冲器，如图13所示。
源侧时钟信号(SCLK)、源侧时钟反信号(SCLKb)、源侧起始脉冲(SSP)、扫描方向开关信号(LR)、扫描方向开关反信号(LRb)、数字图像信号(数据1-3)输入到源信号线驱动器电路。在这些信号中，时钟信号和起始脉冲在通过电平转移电路1301和1302进行振幅变换之后输入。
移位寄存器的结构示于图14A和14B中。在图14A的框图中参考编号1400表示的框是用于输出采样脉冲的一个级部分的脉冲输出电路。图14A的移位寄存器由n阶(其中n是自然数，1＜n)脉冲输出电路构造。
图14B是详细示出脉冲输出电路的结构的图。TFT 1407、1408、1409和1410是为了扫描方向的转变而形成的开关TFT。左和右扫描方向的转换通过扫描方向开关信号(LR)和扫描方向开关反信号(LRb)进行。
对于向前的扫描方向，取样脉冲输出按顺序是第一级、第二级、...、第(n-1)级、和第n级。对于反向扫描，取样脉冲输出按顺序是第n级、第(n-1)级、...、第二级、和第一级。
脉冲输出电路主体由TFT 1401-1406、和电容器1411组成。在某个第k级的脉冲输出电路中(其中k是自然数，1＜k＜n)，来自第(k-1)级脉冲输出电路的输出脉冲或来自第(k+1)级脉冲输出电路的输出脉冲分别输入到TFT 1401和1404的栅电极、以及TFT 1402和1403的栅电极。注意，当k＝1时，即在脉冲输出电路的初始级，起始脉冲(SP)输入到TFT 1401和TFT 1404的栅电极，当k＝n，即在脉冲输出电路的最后级，起始脉冲(SP)输入到TFT 1402和1403的栅电极。
在向前的方向扫描时，H电平输入到扫描方向开关信号(LR)，L电平输入到扫描方向转换反信号(LRb)。TFT 1407和1410因而开启，来自第(k-1)级脉冲输出电路的输出信号输入到TFT 1401和1404的栅电极。另一方面，来自第(k+1)级脉冲输出电路的输出脉冲输入到TFT 1402和1403的栅电极。
向前扫描的情形在这里用作实例以说明详细的电路操作。请参考图15所示的时序图。
在某一个第k级脉冲输出电路中，来自第(k-1)级脉冲输出电路的输出脉冲输入到TFT 1401和1404栅电极，其变成H电平(如果k＝1，即对于初始级，输入起始脉冲)。TFT 1401和1404开启(参考图15，参考编号1501)。TFT 1405的栅电极电势被推到VDD侧(参考图1 5，参考编号1502)，在电势变成VDD-VthN的这一点，TFT 1401关断并置于浮动状态。TFT 1405的源和栅之间的电压在这一点大于阈值，TFT 1405开启。另一方面，脉冲不再输入到TFT 1402和1403的栅电极，其保留在L电平并因而处于关状态。TFT 1406的栅电极电势因而是L电平，它被关断。这样脉冲输出电路的输出终端(SR out)的电势根据输入到TFT 1405的输入电极的时钟信号(SCLK或SCLKb)被推到VDD侧，变成H电平(参考图15，参考编号1503)。然而，在这个状态下，脉冲输出电路的输出终端(SR out)的电势相对于TFT 1405的栅电极的电势VDD-VthN进一步下降一个阈值，只得到到VDD-2(VthN)的增加。
这里电容器1411在TFT 1405的输出电极和栅电极之间形成，此外，TFT 1405的栅电极处于浮动状态。TFT 1405的栅电极电势因而随着脉冲输出电路的输出终端(SR out)的电势的升高，即随着TFT 1405的输出电极电势的升高被电容器1411从VDD-VthN提起。根据这个操作，TFT 1405的栅电极的最终电势变得高于VDD+VthN(参考图15，参考编号1502)。脉冲输出电路的输出终端(SR out)的电势不受TFT1405的阈值影响，并正常地增加到VDD(参考图15，参考编号1503)。
脉冲从第(k+1)级脉冲输出电路类似地输出(参考图15，参考编号1504)。第(k+1)级输出脉冲回到第k级并输入到TFT 1402和1403的栅电极。TFT 1402和1403的栅电极电势变成H电平，TFT 1402和1403开启。TFTF 1405的栅电极电势拉下到VSS侧，TFT 1405关断。同时，TFT 1406的栅电极电势变成H电平，TFT 1406开启。第k级脉冲输出电路的输出终端(SR out)的电势变成L电平。
具有VDD-VSS之间振幅的脉冲然后一个接一个通过直到最终级的类似操作输出。对于反向扫描电路操作也是类似的。
在最终级，返回脉冲不从下一个级输入，因而时钟信号继续通过TFT 1405输出(参考图15，参考编号1507)。因而最终级脉冲输出电路的输出脉冲不能用作取样脉冲。类似地，对于反向扫描的情形，初始级输出脉冲是最后级输出脉冲，因而不能用作取样脉冲。在实施方案2所示的电路中，移位寄存器因而用数目等于必要的级数目加二的脉冲输出电路构造。在两端的脉冲输出电路作为伪级(图13中缓冲器1304没有连接到的脉冲输出电路对应伪级)。即是如此，有必要在下一个水平周期开始之前通过某种方法停止最终的输出，因而最终的输出在下一个水平周期的起始脉冲通过用起始脉冲作为初始级输入和终止级周期输入来输入的这一点停止。
图16A和16B示出用在实施方案2的发光装置中的缓冲器1304的结构。如图16A所示，这是具有四个级1601-1604的结构。只有第一个级是单输入、单输出型。第二个和后面的级是双输入、双输出型。
初始级单元1601的电路结构示于图16B。信号输入到TFT 1652和1654的栅电极。TFT 1651的栅电极连接到输入电极。如果H电平输入到TFT 1652和1654的栅电极，将TFT置于开的状态，那么TFT 1653的栅电极电势变成L电平，结果是，输出终端(out)变成L电平。如果L电平输入到TFT 1652和1654的栅电极，TFT关断。TFT 1651的输入电极和栅电极连接，TFT 1651正常开启，因而TFT 1653的栅电极电势升高。类似于上述移位寄存器的情形，由于电容器1655，有电容性耦合，因而输出变成H电平。
注意TFT 1651和TFT 1652的关系如下：TFT 1651的输入电极和栅电极连接，因而当TFT 1652开启时，TFT 1651和TFT 1652都处于开状态。对于TFT 1653的栅电极电势有必要在该状态变成L电平，因而有必要将TFT 1651的沟道宽度设计得小于TFT 1652的宽度。如果TFT 1653只有一个栅电极具有荷电的能力，因而TFT 1651的沟道宽度可以设为最小值就足够了。而且，由于VDD、TFT 1651、TFT 1652、和VSS之中在TFT 1652开着的时候的贯穿路径引起的电流消耗的增加可以通过使TFT 1651更小而减少到最小值。
图16C示出用在第二和以后级的单位电路的结构。到TFT 1652的栅电极的输入类似于初始级，此外，以前级输入用作到TFT 1651的栅电极反向输入。这样，TFT 1651和1652分别专有地开和关，在图16B的结构中，VDD、TFT 1651、TFT 1652、和VSS之间的贯穿路径可以消除。
图17A-17D示出用在实施方案2的发光装置中的起始脉冲电平转移电路(B)和时钟信号电平转移电路(A)的结构。基本结构有四个级，初始级的电平转移电路、第二和以后级的缓冲器，类似于前述缓冲电路。输入具有VDDL0-VSS的振幅的信号，得到具有VDD-VSS的振幅的输出信号(其中这里|VDDL0|＜|VDD|)。
关于时钟信号电平转移电路，初始级是单输入、单输出型，而第二和后续的级是双输入、单输出型。时钟信号电平转移电路用于使交互输入变成反向输入。
起始脉冲电平转移电路具有类似于前述缓冲器的结构。
用在电平转移电路的初始级的单位电路示于图17C，而用于第二和后续级的单位电路结构示于图17D。电路结构和操作分别类似于图16B和16C所示的那样。唯一不同的一点是初始级信号输入的振幅是VDDL0-VSS。
当输入到TFT 1752的栅电极的信号是H电平时TFT 1752开启(对于输入信号振幅的绝对值|VDDL0-VSS|一定大于TFT 1752的阈值的绝对值|VthN|的情形)。TFT 1753的栅电极电势拉下到VSS侧，因而L电平出现在输出终端(out)。另一方面，如果输入到TFT 1752的栅电极的信号是L电平，那么TFT 1752关断，TFT 1753的栅电极电势通过TFT 1751推到VDD侧。接下来的操作类似于前述缓冲器的操作。
这种电平转移电路结构具有一个特征，即在控制连接到高电势侧(VDD侧)的TFT 1751时输入信号不直接输入到栅电极。随后，无论TFT 1751的阈值是多少，即使输入信号的振幅很小，TFT 1753的栅电极电势也可提起来。因而得到高振幅变换增益。
图18示出用在实施方案2的发光装置中的第一锁存电路和第二锁存电路的结构。如图21A所示，组成包括其中两个反相器连接在一个环形的存储部分的结构，和用于控制存储时序的开关是作为传统CMOS锁存电路实例的通用结构。此外，使用D-FF(双稳态)电路的图21B的结构还可作为实例给出。图21C是最简单的DRAM结构，存储部分由反相器和电容器构造。输入到第一锁存电路(LAT1)和第二锁存电路(LAT2)的反相器的信号的电势由电容器存储。图21C中最简单的结构用在实施方案2中。
图18所示的锁存电路如此构造以至于一个n沟道TFT代替图21C的模拟开关，由四个n沟道TFT和电容器组合的NMOS反相器代替CMOS反相器。
如果数字图像信号从TFT 1850的输入电极输入(数据in)，取样脉冲输入到栅电极(脉冲in)，开启TFT 1850，然后数字图像信号输入到由TFT 1851-1854和电容器1855组成的反相器，极性反转，信号输出。另外，数字图像信号用电容器1856存储。
数字图像信号根据锁存脉冲(LAT)输入时序通过类似的操作也写入并存储在第二锁存电路中。
图19是示出栅信号线驱动器电路的电路结构的图。栅信号线驱动器电路有移位寄存器1903和缓冲器1904。
栅侧时钟信号(GCLK)、栅侧时钟反信号(GLKb)、和栅侧触发信号(GSP)输入到栅信号线驱动器电路。输入信号在用电平转移电路1901和1902进行振幅变换之后输入。
注意，移位寄存器1903、缓冲器1904、起始脉冲电平转移电路1901、和时钟信号电平转移电路1902类似于源信号线驱动器电路中所用的那样，因而它们的结构和操作的说明在此省略。
图19中，由参考符号α表示的行的栅信号线作为伪级形成，因为像素的第一行不能得到前面一行的栅信号线选择脉冲输入。
这里介绍的并由实施方案样式1和2所示的像素和驱动器电路制造的显示装置只用单极性TFT构造，因而可以消除制造过程中掺杂工艺的部分。此外，减少掩模的数目变得可能。如上所述，还可能的是解决由于通过使用提供自举方法的电路扩大的信号振幅引起的消耗电流的增加的问题。
【实施方案3】
具有擦除栅信号线的像素在实施方案1中说明，但是用这类像素，写栅信号线的选择时序不同于擦除栅信号线的选择时序。因而，图20B所示安置在像素部分两侧上的栅信号线驱动器电路之一可以作为写栅信号线驱动器电路构造，另一个可以作为擦除栅信号线驱动器电路构造。电路结构可以类似于实施方案2中说明的那样，因而其详细的说明在此省略。
【实施方案4】
本实施方案给出制造用于驱动配备在同样衬底上形成的像素部分的周围和像素部分中的电路的TFT的方法的说明。
首先，如图6A所示，基膜5002由诸如在玻璃衬底5001上的氧化硅膜，氮化硅膜、氮氧化硅膜的绝缘膜形成。衬底5001由硼硅酸钡玻璃、其典型的实例是Corning # 7059玻璃或Corning # 1737玻璃(Corning公司的产品)或硼硅酸铝玻璃形成。基膜5002是，例如，(没有图示)由SiH4、NH3、和N2O通过等离子体CVD形成为10-200nm(优选的50-100nm)厚度的氮氧化硅膜和由SiH4和N2O通过等离子体CVD形成为50-200nm(优选的100-150nm)厚度的氢氮氧化硅膜(silicon oxynitride hydride fi1m)的叠层。
具有非晶结构的半导体膜通过激光晶化或已知的热晶化方法晶化以形成结晶半导体膜。结晶半导体膜产生岛状半导体层5003-5005。岛状半导体层5003-5005的每个具有25-80nm(优选的30-60nm)的厚度。在结晶半导体膜材料的选择上没有限制，但是优选的是使用硅或锗硅(SiGe)合金。
当结晶半导体膜通过激光晶化形成时，使用脉冲振荡型或连续波准分子激光器、YAG激光器、或YVO4激光器。发自如上面给出的这些激光器的激光器的激光通过光学系统在照射半导体膜之前理想地聚集成线形光束。晶化的条件由操作者适当地设定。然而，如果用准分子激光器，脉冲振荡频率设为30Hz，激光能量密度设为100-400mJ/cm2(典型地200-300mJ/cm2)。如果用YAG激光器，采用其二次谐波，脉冲振荡频率设为1-10kHz，同时设定激光能量密度为300-600mJ/cm2(典型地350-500mJ/cm2)。激光聚集成具有100-1000μm，例如400μm的宽度的线形光束以照射整个衬底。衬底用光束以80-98％的重叠比互相重叠的线形激光照射。
其次，栅绝缘膜5006形成，以便于覆盖岛状半导体层5003-5005。栅绝缘膜5006由含硅的绝缘膜通过等离子体CVD或溅射形成为40-150nm的厚度。在本实施方案中，使用具有120nm的厚度氮氧化硅膜。不必说，栅绝缘膜不限于氮氧化硅膜，而可以是其它含硅的绝缘膜的单层或叠层。例如，如果氧化硅膜用于栅绝缘膜，膜通过等离子体CVD形成，其中TEOS(tetraethyl orthosilicate，四乙基正硅酸酯)与O2混合，反应压力设为40Pa，衬底温度为300-400℃，频率设定高达13.56MHz，用于电力放电的电源密度设为0.5-0.8W/cm2。这样形成的氧化硅膜可提供当其受到随后在400-500℃的热处理时具有优良性能的栅绝缘膜。
在栅绝缘膜5006上，形成用于形成栅电极的第一导电膜5007和第二导电膜5008。本实施方案中，第一导电膜5007时具有50-100nm厚度的Ta膜，第二导电膜5009是具有100-300nm厚度的W膜(图A)。
Ta膜通过溅射形成，其中Ta作为靶用Ar溅射。该情形中，适量的Xe或Kr加入到Ar中减轻Ta膜的内应力，这样防止Ta膜的剥落。α相Ta膜的电阻率大约是20μΩcm，可用于栅电极。另一方面，β相Ta膜的电阻率大约是180μΩcm，不适合于栅电极。当大约10-50nm厚度的基础(base)由具有近似于α相Ta膜的晶体结构的氮化钽(TaN)形成时，可以容易地得到α相Ta膜。
W膜用W作为靶通过溅射形成。另外，W膜可以用六氟化钨(WF6)通过热CVD形成。在任一情形中，W膜必须具有低电阻率以便于用W膜作为栅电极。W膜理想的电阻率是20μΩcm或更低。W膜的电阻率可通过增加晶粒尺寸减小，但是如果W膜中有太多诸如氧的杂质元素，就阻碍晶化以提高电阻率。因此，当W膜通过溅射形成时，用具有99.9999％纯度的W靶，并要给予非常的小心，以便不允许空气中的杂质混合到待形成的W膜中。结果是，W膜可具有9-20μΩcm的电阻率。
虽然在本实施方案中第一导电膜5007是Ta膜，第二导电膜5008是W膜，但是没有特别的限制。导电膜可由选自包含Ta、W、Mo、Al、和Cu的组中的任何元素或者主要包含上列元素的化合物材料或合金材料形成。半导体膜、典型地用诸如磷的杂质元素掺杂的多晶半导体膜可以替换使用。除了本实施方案中所示的以外其它第一和第二导电膜的理想材料组合包括：第一导电膜5007的氮化钽(TaN)和第二导电膜5008的W；第一导电膜5007的氮化钽(TaN)和第二导电膜5008的Al；第一导电膜5007的氮化钽(TaN)和第二导电膜5008的Cu。
其次，形成抗蚀剂掩模5009，以进行用于形成电极和导线线路的第一刻蚀处理。本实施方案中，采用ICP(诱导耦合等离子体)刻蚀，其中CF4和CL2作为刻蚀气体混合，500W的RF(13.56MHz)功率在1Pa的压力下给予线圈电极以产生等离子体。衬底侧(样品台)也接受100W的RF(13.56MHz)功率从而施加基本上负的自偏压。当使用CF4和Cl2的混合物时，W膜和Ta膜刻蚀到同样的程度。
在上述刻蚀条件下，如果抗蚀剂掩模适当地成型，第一导电膜和第二导电膜通过施加在衬底侧的偏压的作用在边缘周围是锥形的。锥形部分的角度是15°-45°。为了刻蚀导电膜，而不在栅绝缘膜中留下任何残余物，刻蚀时间延长10-20％。W膜对氮氧化硅膜的选择比是2-4(典型地是3)，因而氮氧化硅膜曝光的区域通过过刻蚀处理刻蚀大约20-50nm。用这种方法，包括第一导电层5010a-5013a和第二导电层5010b-5013b的第一形状导电层5010-5013通过第一刻蚀处理由第一导电膜和第二导电膜形成。在这一点，没有用第一形状导电层5010-5013覆盖的栅绝缘膜5006的区域被刻蚀并减薄大约20-50nm(图6B)。
首先实施第一掺杂处理用于给出N型导电性的杂质元素的掺杂(图6B)。采用离子掺杂或离子注入。在离子掺杂中，剂量设为1×1013-5×1014原子/cm2，加速电压设为60-100keV。给出N型导电性的杂质元素属于15族，典型地，磷(P)或砷(As)。这里用磷(P)。这种情形中，导电层5010-5013作为掩模，阻止给出N型导电性的元素，第一杂质区5014-5016以自对准的方式形成。第一杂质区5014-5016各包含给出N型导电性的处于1×1020-1×1021原子/cm3的浓度的杂质元素。
其次，如图6C所示，实施第二刻蚀工艺。类似地用ICP刻蚀法，其中CF4、Cl2和O2作为刻蚀气体混合，500W的RF(13.56MHz)功率在1Pa的压力下施加给线圈型电极以产生等离子体。50W的RF功率施加给衬底侧(样品台)，向上面施加比起第一刻蚀工艺中低的自偏压。根据这些条件，作为第二导电层的W膜各向异性地刻蚀，作为第一导电膜的Ta膜以低于W膜的刻蚀速率各向异性地刻蚀以形成第二形状导电层5017-5020(第一导电层5017a-5020a和第二导电层5017b-5020b)。参考编号5006指栅绝缘膜，没有被第二形状导电层5017-5020覆盖的区域刻蚀成大约20-50nm的膜厚度，以形成薄区。
W膜和Ta膜对于CF4和Cl2的混合气体的刻蚀的反应可以从产生的自由基或离子样品以及反应产物的蒸气压推导出来。比较W和Ta的氯化物和氟化物之间的蒸气压，作为W的氟化物的WF6具有非常高的蒸气压，而其它，即WCl5、TaF5、和TaCl5具有大约同样程度的蒸气压。因此，W膜和Ta膜都用CF4和Cl4的混合气体刻蚀。然而，当适量的O2加入该混合气体中时，CF4和O2互相反应以变成CO和F，产生大量的F自由基或F离子。结果是，其氟化物具有高蒸气压的W膜以提高的刻蚀速率刻蚀。另一方面，当F离子数目上增加时Ta膜的刻蚀速率没有增加得很多。因为Ta比W更容易氧化，O2的加入导致Ta膜表面的氧化。Ta的氧化物不与氟或氯反应，因而Ta膜的刻蚀速率进一步减小。这样刻蚀速率的差异引入到W膜和Ta膜之间，从而W膜的刻蚀速率设置得比Ta膜的刻蚀速率快。
然后进行第二掺杂处理(图6D)。在第二掺杂处理中，膜用给出N型导电性的杂质元素以小于第一掺杂处理的剂量在高加速电压下掺杂。例如，加速电压设为7-120keV，剂量设为1×1013原子/cm2，以在形成于图6B的岛状半导体层中的第一杂质区内部形成新的杂质区。当第二导电层5017b-5020b用作阻止杂质元素的掩模时，第一导电层5017a-5020a下的区域也用杂质元素掺杂。这样形成的是与第一导电层重叠的第二杂质区5021-5023。
其次，如图7A所示，实施第三刻蚀工艺。本实施方案中，采用ICP刻蚀装置，Cl2用作刻蚀气体。
刻蚀进行70秒，设定Cl2的流速为60(sccm)，350W的RF功率在1Pa的压力下施加到线圈形电极上以产生等离子体。RF功率也施加到衬底侧(样品台)，从而施加基本上负的自偏压。通过第三刻蚀工艺，刻蚀第一导电层以减少区域，由此形成第三形状导电层5024-5027(第一导电层5024a-5027a和第二导电层5024b-5027b)。第二杂质区5021-5023包括与第一导电层重叠的第二杂质区5028a-5030a和不被第一导电层覆盖的第三杂质区5028b-5030b。
通过上述步骤，在分别的岛状半导体层中形成杂质区。与岛状半导体层重叠的第三形状导电层5024-5026作为TFT的栅电极起作用。第三形状导电层5027作为岛状源信号线起作用。
激活用于掺杂岛状半导体层以控制导电类型的杂质元素。激活步骤用退火炉通过热退火实施。其它激活可采用的方法包括激光退火和快速热退火(RTA)。热退火在400-700℃，典型地500-600℃，在有1ppm或更少，优选地0.1ppm或更少的氧浓度的氮气氛中进行。本实施方案中，衬底在500℃受热处理4小时。然而，如果用于第三形状导电层5024-5027的导线线路材料不耐热，则激活理想地在形成夹层绝缘膜(主要含硅)以保护导线线路和其它线之后进行。
另一次热处理在含3-100％氢的气氛中300-450℃进行1-12小时，由此氢化岛状半导体层。氢化步骤用热激活的氢终结半导体层中的悬挂键。另外，可以采用等离子体氢化(使用通过等离子体激活的氢)。
如图7B所示，其次由100-200nm厚度的氮氧化硅膜形成第一夹层绝缘膜5031。由有机绝缘材料在其上形成第二夹层绝缘膜5032。之后，形成接触孔，对应第一夹层绝缘膜5031、第二夹层绝缘膜5032和栅绝缘膜5006。形成由导线线路材料制成的膜，由此连接导线线路5033-5037和连接电极5038通过形成图形形成。然后，通过形成图形形成像素电极5039以便于与连接电极5038接触。
本实施方案中包括导线线路5033-5037和连接电极5038和衬底指有源矩阵衬底。
第二夹层绝缘膜5032是有机树脂制成的膜。可用的有机树脂的实例包括聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸树脂、和BCB(benzocyclobutene，苯并环丁烯)。因为平面化是第二夹层绝缘膜5032的作用中的重要方面，能很好地平整表面的丙烯酸树脂特别优选。本实施方案中，丙烯酸膜足够厚以消除TFT引起的水平差异。膜的适当厚度是1-5μm(优选地2-4μm)。
接触孔通过干刻或湿刻形成，包括分别到达具有N型导电性的杂质区5014-4016、源信号线5027、栅信号线(没有图示)、电源供给线(没有图示)、和栅电极5024-5026(没有图示)的接触孔。
另外，三层结构的叠层膜，其中100nm厚Ti膜、含Ti的300nm厚Al膜、150nm厚Ti膜通过溅射e导线5033-5038顺序形成。当然，也可以用其它导电膜。
本实施方案中，像素电极(反射电极)5039由MgAg等形成具有200nm的厚度，然后形成图形。形成像素电极5039与连接电极5038接触。
其次，如图7C所示，含诸如丙烯酸树脂的有机材料的绝缘膜形成到1-3μm的厚度，在膜内对应于像素电极5039位置的位置上开一个孔径。这样形成第三夹层绝缘膜5040。当形成孔径时，优选的是刻蚀侧壁以便于变成锥形。如果孔径的侧壁不够光滑，水平差异可使EL层的退化成为严重的问题。
EL层5041和对面电极(透明电极)5042通过真空蒸发顺序形成。EL层的厚度设为80-120nm(典型地100-120nm)。像素电极(透明电极)5042的厚度设为110nm。
在该步骤中，EL层和像素电极(透明电极)在红光像素，然后在绿光像素，然后在蓝光像素中形成。EL层对溶液有低的抵抗性，阻止了光刻法的使用。因而一种颜色的EL层和像素电极(透明电极)不能和其它颜色的EL层和像素电极(透明电极)一起形成。然后EL层和像素电极(透明电极)在一种颜色的像素中选择性地形成，同时用金属掩模覆盖其它两种颜色的像素。
根据R、G、和B，这里形成的是三类EL元件。另外可以用与滤色器组合的白色发光EL元件，与荧光体(荧光颜色转换层：CCM)组合的蓝色和蓝绿色发光元件。
注意，已知的材料可用于EL层5041。考虑到驱动电压的话，优选的已知材料是有机材料。
通过上述步骤，形成MgAg制成的阴极和EL层与透明导电膜制成的阳极。然后，钝化膜由氮化硅作为保护膜5043形成具有50-300nm的厚度。保护膜5043保护EL免于湿气等的影响。
实际上，到达图7C状态的装置用高度密封几乎不允许气体透过(住处叠层膜或UV老化树脂)的保护膜或透光密封包装(封装)，以便于进一步避免暴露于外界空气。密封内部的空间可以设为惰性气氛或吸湿物质(例如氧化钡)可以放在那儿以改善EL元件的可靠性。
在通过包装或其它工艺确保了密封性之后，附联连接器(柔性印刷电路：FPC)用于将外部信号终端与衬底上形成的元件或电路引出的终端相连。本技术说明中处于可运输状态的装置称作显示装置。
通过遵循本实施方案所示的工艺，制造有源矩阵衬底所需光掩模的数目会减少至4个(岛状半导体层图形形成、包括栅导线线路、岛状源导线线路、和电容导线线路的第一导线线路图形形成、接触孔图形形成、包括连接电极的第二导线线路图形形成)。结果是，工艺过程切短了以减少制造成本并提高产量。
【实施方案5】
用n沟道TFT构造周边的驱动器电路和像素的情形的实例在实施方案4中说明，但是还有可能用p沟道TFT实现本发明。
对于n沟道TFT称作重叠区的杂质区在与栅电极重叠的区域形成以控制热载流子退化等。相反，对于p沟道TFT的情形几乎没有由于热载流子退化造成的影响，因而没有特别的必要形成重叠区。因而有可能用更简单的工艺步骤进行制造。
在由诸如玻璃的材料制成的绝缘衬底6001上形成基膜6002，然后如图22A根据实施方案4形成岛状半导体层6003-6005、栅绝缘膜6006、以及导电层6007和6008。导电层6007和6008在这里示为叠层结构，但是也可以用单层结构，没有特别的问题。
其次，如图22B所示，由抗蚀剂形成掩模6009，进行第一刻蚀工艺。各向异性刻蚀在实施方案4中通过利用叠层结构导电层的材料性能引起的选择性实施。然而，这里不是特别必要形成变成重叠区的区域，因而可以实施正常的刻蚀。由于在这一点刻蚀变得薄了20-50nm量级的总量的区域在栅绝缘膜6006中形成。
其次，实施用于添加给予岛状半导体层p型导电性的杂质元素的第一掺杂工艺。导电层6010-6012用作阻止杂质元素的掩模，杂质区以自对准的方式形成。硼(B)等典型地用作给出p型导电性的杂质元素。这里杂质区通过用硼烷(B2H6)离子掺杂形成，半导体层中的杂质浓度设为2×1020-2×1021原子/cm3。
然后除去抗蚀剂掩模，得到图22C的状态。然后根据实施方案4中图7B向上的工艺步骤继续制造。
注意，因为形成像素和周边驱动器电路的TFT是p沟道TFT，优选的是实施方案5中形成一种结构，其是实施方案4所示EL元件结构的相反。即，用在实施方案4中图7B的像素电极5032用透明电极形成，并用作EL元件阳极。此外，形成EL层之后，由诸如MgAg的材料形成反射电极，并用作EL元件的阴极。EL元件中产生的光因而向着上面用这种结构形成了TFT的衬底发射。
【实施方案6】
在实施方案4所示的工艺中，构造驱动器电路和像素的TFT是具有常规单栅结构的TFT，但是本发明还可以用具有夹在有源层中的多个栅电极结构的TFT实现，如图24C。制造工艺的说明在下面说明。
在由硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等，典型地Corning公司#7059玻璃或#1737玻璃制成的衬底7001上由导电材料形成导电膜，通过图24A所示的图形形成下栅电极7002。在用于形成下栅电极的材料上没有特别的限制，只要它是导电材料。典型地用诸如Ta和W的材料。
其次形成第一绝缘膜7003。第一绝缘膜7003用氮氧化硅形成10-50nm的厚度。
在第一绝缘膜7003形成的时候表面如图24A所示有不平坦性，由下栅电极7002引起。考虑以后的制造工艺，优选的是实施不平坦性的平整化。CMP(化学机械抛光)在这里用作平整化装置。CMP是一种通过对待抛光的物体表面进行化学处理、使表面容易到抛光状态、然后进行机械抛光得到致密、光滑表面的方法。
在第一绝缘膜7003上形成氧化硅膜或氮氧化硅膜作为具有0.5-1μm厚度的平整化膜7004。例如，通过氯化硅气体的热分解得到发烟(fumed)氧化硅颗粒分散在KOH水溶液中的混合物可用作平整化膜7004的CMP抛光剂(浆)。0.5-1μm量级的总量通过用CMP抛光从平整化膜7004的表面上除去，平整化表面。
这样得到表面被平整化了的状态，如图34B所示。然后可以根据实施方案4形成TFT，形成周边电路和像素。
这里制造的TFT有重叠的栅电极和下栅电极，夹住有源层。对于要求快速相应的情形，诸如开关电路，信号可以输入到下栅电极7002和栅电极7006。通过将信号输入到两个栅电极，有源层中沟道区的损耗进行地很快，电场效应迁移率增加，可提高电流容量。这样可预计有快速相应的性能。
另一方面，对于要求性能的均匀性和低泄漏电流的情形，如像素部分驱动器TFT，信号可以输入到栅电极而下栅电极保持在某一固定的电势。术语某一固定电势指当电势加在TFT的栅电极时TFT可靠地保持在关的状态。典型地，如果TFT时n沟道TFT，下栅电极连接到诸如VSS的低电势侧电源，如果TFT是p沟道TFT，则连接到诸如VDD的高电势电源。该情形中，当与不具有下栅电极结构的TFT相比，阈值电压的离散可以减小。此外，因为还可预料泄漏电流的减小，所以它是有效的。
【实施方案7】
本发明的半导体装置可应用于用于各种电子设备的显示装置的制造。这类显示设备包括便携式信息终端(电子笔记本、可移动计算机、便携式电话等)、视频相机、数码相机、个人计算机、电视、便携式电话等。图23A-23G示出它们的实例。
图23A示出由支架3001、支撑台3002、显示部分3003等组成的OLED显示器。本发明的半导体装置可应用于显示部分3003的制造。
图23B示出由机体3011、显示部分3012、声音输入部分3013、操作开关3014、电池3015、图像接收部分3016等组成的视频相机。本发明的半导体装置可应用于显示部分3012的制造。
图23C示出由机体3021、支架3022、显示部分3023、键盘3024等组成的笔记本个人计算机。本发明的半导体装置可应用于显示部分3023的制造。
图23D示出由机体3031、输入笔3032、显示部分3033、操作按钮3034、外部界面3035等组成的便携式信息终端。本发明的半导体装置可应用于显示部分3033的制造。
图23E示出声音再现系统，具体的是机上音响设备，其由机体3041、显示部分3042、操作开关3043和3044等组成。本发明的半导体装置可应用于显示部分3042的制造。此外，虽然在本实例中说明了机上音响设备，本发明还可用于便携式或家用音响设备。
图23F示出由机体3051、显示部分(A)3052、眼罩部分3053、操作开关3054、显示部分(B)3055、电池3056等组成的数码相机。本发明的半导体装置可应用于显示部分(A)3052和显示部分(B)3055的制造。
图23G示出由机体3061、声音输出部分3062、声音输入部分3063、显示部分3064、操作开关3065、天线3066等组成的便携式电话。本发明的半导体装置可应用于显示部分3064的制造。
注意，上述给出的实例仅仅是实例，本发明不限于这些应用。
本发明的发光装置中，像素部分和周边驱动器电路用单极性TFT集成地形成。掺杂工艺的部分可以删除，此外，掩模的数目可以减少，其有助于产出量的增加和成本的减少。
此外，本发明的发光装置拥有对应自举方法的新型结构，用于驱动像素的电压振幅可以做得更小。这有助于发光装置电力消耗的减少。

Claims (32)

1.一种包括多个像素的发光装置，其中：
每个像素有源信号线、栅信号线、电流供给线、开关晶体管、驱动器晶体管、发光元件、和电压补偿电路；
开关晶体管、驱动器晶体管、和电压补偿电路用单极性晶体管构造；
开关晶体管的栅电极电连接到栅信号线；
开关晶体管的输入电极电连接到源信号线；
开关晶体管的输出电极电连接到驱动器晶体管的栅电极上；
驱动器晶体管的输入电极电连接到电流供给线；以及
驱动器晶体管的输出电极电连接到发光元件的一个电极上。
2.一种包括多个像素的发光装置，其中：
每个像素有源信号线、栅信号线、电流供给线、开关晶体管、驱动器晶体管、发光元件、电压补偿电路；
开关晶体管、驱动器晶体管、和电压补偿电路用单极性晶体管构造；
开关晶体管的栅电极电连接到栅信号线；
开关晶体管的输入电极电连接到源信号线；
开关晶体管的输出电极电连接到驱动器晶体管的栅电极上；
驱动器晶体管的输入电极电连接到电流供给线；
驱动器晶体管的输出电极电连接到发光元件的一个电极上；
电压补偿电路电连接到开关晶体管的输出电极和驱动器晶体管的栅电极；以及
电压补偿电路放大或变换从开关晶体管输入电极输入的信号，并将放大或变换的信号加到驱动器晶体管的栅电极上。
3.一种包括多个像素的发光装置，其中：
在第m行(其中m是自然数，且1≤m)扫描的多个像素的每一个具有源信号线、在第m行扫描的栅信号线、电流供给线、开关晶体管、驱动器晶体管、发光元件、和电压补偿电路；
开关晶体管、驱动器晶体管、和电压补偿电路用单极性晶体管构造；
电压补偿电路有第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器、和第二电容器；
开关晶体管的栅电极电连接到在第m行扫描的栅信号线；
开关晶体管的输入电极电连接到源信号线；
开关晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第一电极；
第一电容器的第二电极电连接到第二电容器的第一电极；
第二电容器的第二电极电连接到电流供给线；
第一晶体管的栅电极电连接到在第(m-1)行扫描的栅信号线；
第一晶体管的输入电极电连接到在第m行扫描的栅信号线；
第一晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第一电极；
第二晶体管的栅电极电连接到在第(m-1)行扫描的栅信号线；
第二晶体管的输入电极电连接到在第m行扫描的栅信号线；
第二晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第二电极；
第三晶体管的栅电极电连接到开关晶体管的输出电极；
第三晶体管的输入电极电连接到电流供给线；
第三晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第二电极；
驱动器晶体管的栅电极电连接到第一晶体管的输出电极和第三晶体管的栅电极；
驱动器晶体管的输入电极电连接到电流供给线；
驱动器晶体管的输出电极电连接到发光元件的一个电极；以及
电压补偿电路放大或变换从开关晶体管输入电极输入的信号，并将放大或变换的信号加到驱动器晶体管的栅电极上。
4.一种包括多个像素的发光装置，其中：
在第m行(其中m是自然数，且1≤m)扫描的多个像素的每一个具有源信号线、在第m行扫描的栅信号线、电流供给线、开关晶体管、驱动器晶体管、发光元件、和电压补偿电路；
开关晶体管、驱动器晶体管、和电压补偿电路用单极性晶体管构造；
电压补偿电路有第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器、和第二电容器；
开关晶体管的栅电极电连接到在第m行扫描的写栅信号线；
开关晶体管的输入电极电连接到源信号线；
开关晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第一电极；
第一晶体管的栅电极电连接到在第(m-1)行扫描的写栅信号线；
第一晶体管的输入电极电连接到在第m行扫描的栅信号线；
第一晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第一电极；
第二晶体管的栅电极电连接到在第(m-1)行扫描的写栅信号线；
第二晶体管的输入电极电连接到在第m行扫描的栅信号线；
第二晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第二电极；
第三晶体管的栅电极电连接到开关晶体管的输出电极；
第三晶体管的输入电极电连接到在第m行扫描的擦除栅信号线；
第三晶体管的输出电极电连接到第一电容器的第二电极；
驱动器晶体管的栅电极电连接到第一晶体管的输出电极和第三晶体管的栅电极；
驱动器晶体管的输入电极电连接到电流供给线；
驱动器晶体管的输出电极电连接到发光元件的一个电极；以及
电压补偿电路放大或变换从开关晶体管输入电极输入的信号，并将放大或变换的信号加到驱动器晶体管的栅电极上。
5.根据权利要求3的发光装置，其中第一电容器是第三晶体管的栅电极和第三晶体管的输入电极或输出电极之间的电容。
6.根据权利要求4的发光装置，其中第一电容器是第三晶体管的栅电极和第三晶体管的输入电极或输出电极之间的电容。
7.根据权利要求3的发光装置，其中第一电容器是一种电容，其组成包括：选自包括有源层材料栅电极材料、和导线材料的组中的两种材料；以及两种材料之间的绝缘膜。
8.根据权利要求4的发光装置，其中第一电容器是一种电容，其组成包括：选自包括有源层材料栅电极材料、和导线材料的组中的两种材料；以及两种材料之间的绝缘膜。
9.根据权利要求1的发光装置，其中从源信号线输入到开关晶体管输入电极的信号的电压振幅等于或小于输入到驱动器晶体管栅电极的信号的电压振幅。
10.根据权利要求2的发光装置，其中从源信号线输入到开关晶体管输入电极的信号的电压振幅等于或小于输入到驱动器晶体管栅电极的信号的电压振幅。
11.根据权利要求3的发光装置，其中从源信号线输入到开关晶体管输入电极的信号的电压振幅等于或小于输入到驱动器晶体管栅电极的信号的电压振幅。
12.根据权利要求4的发光装置，其中从源信号线输入到开关晶体管输入电极的信号的电压振幅等于或小于输入到驱动器晶体管栅电极的信号的电压振幅。
13.根据权利要求1的发光装置，其中
构造源信号线驱动器电路、栅信号线驱动器电路、和多个像素的多个单极性晶体管中的每一个有：
下栅电极；
接触下栅电极形成的第一绝缘膜；
接触第一绝缘膜形成的有源层；
接触有源层形成的第二绝缘膜；以及
接触第二绝缘膜形成的栅电极；
有源层有沟道形成区域；以及
栅电极和下栅电极放在它们通过沟道形成区重叠的位置。
14.根据权利要求2的发光装置，其中：
构造源信号线驱动器电路、栅信号线驱动器电路、和多个像素的多个单极性晶体管中的每一个有：
下栅电极；
接触下栅电极形成的第一绝缘膜；
接触第一绝缘膜形成的有源层；
接触有源层形成的第二绝缘膜；以及
接触第二绝缘膜形成的栅电极；
有源层有沟道形成区域；以及
栅电极和下栅电极放在它们通过沟道形成区重叠的位置。
15.根据权利要求3的发光装置，其中：
构造源信号线驱动器电路、栅信号线驱动器电路、和多个像素的多个单极性晶体管中的每一个有：
下栅电极；
接触下栅电极形成的第一绝缘膜；
接触第一绝缘膜形成的有源层；
接触有源层形成的第二绝缘膜；以及
接触第二绝缘膜形成的栅电极；
有源层有沟道形成区域；以及
栅电极和下栅电极放在它们通过沟道形成区重叠的位置。
16.根据权利要求4的发光装置，其中：
构造源信号线驱动器电路、栅信号线驱动器电路、和多个像素的多个单极性晶体管中的每一个有：
下栅电极；
接触下栅电极形成的第一绝缘膜；
接触第一绝缘膜形成的有源层；
接触有源层形成的第二绝缘膜；以及
接触第二绝缘膜形成的栅电极；
有源层有沟道形成区域；以及
栅电极和下栅电极放在它们通过沟道形成区重叠的位置。
17.根据权利要求13的发光装置，其中栅电极和下栅电极电连接。
18.根据权利要求14的发光装置，其中栅电极和下栅电极电连接。
19.根据权利要求15的发光装置，其中栅电极和下栅电极电连接。
20.根据权利要求16的发光装置，其中栅电极和下栅电极电连接。
21.根据权利要求13的发光装置，其中固定电势V0输入到下栅电极。
22.根据权利要求14的发光装置，其中固定电势V0输入到下栅电极。
23.根据权利要求15的发光装置，其中固定电势V0输入到下栅电极。
24.根据权利要求16的发光装置，其中固定电势V0输入到下栅电极。
25.根据权利要求21的发光装置，其中：
如果多个单极性晶体管的每一个有n沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthN，则固定电势V0满足不等式V0＜VthN；并且
如果多个单极性晶体管的每一个有p沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthP，则固定电势V0满足不等式VthP＜V0。
26.根据权利要求22的发光装置，其中：
如果多个单极性晶体管的每一个有n沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthN，则固定电势V0满足不等式V0＜VthN；并且
如果多个单极性晶体管的每一个有p沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthP，则固定电势V0满足不等式VthP＜V0。
27.根据权利要求23的发光装置，其中：
如果多个单极性晶体管的每一个有n沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthN，则固定电势V0满足不等式V0＜VthN；并且
如果多个单极性晶体管的每一个有p沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthP，则固定电势V0满足不等式VthP＜V0。
28.根据权利要求24的发光装置，其中：
如果多个单极性晶体管的每一个有n沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthN，则固定电势V0满足不等式V0＜VthN；并且
如果多个单极性晶体管的每一个有p沟道型极性且晶体管的最小阈值电压是VthP，则固定电势V0满足不等式VthP＜V0。
29.根据权利要求1的发光装置，其中发光装置用于从包括电子笔记本、可移动计算机、便携式电话、视频相机、数码相机、个人计算机和电视的组中选出的电子设备。
30.根据权利要求2的发光装置，其中发光装置用于从包括电子笔记本、可移动计算机、便携式电话、视频相机、数码相机、个人计算机和电视的组中选出的电子设备。
31.根据权利要求3的发光装置，其中发光装置用于从包括电子笔记本、可移动计算机、便携式电话、视频相机、数码相机、个人计算机和电视的组中选出的电子设备。
32.根据权利要求4的发光装置，其中发光装置用于从包括电子笔记本、可移动计算机、便携式电话、视频相机、数码相机、个人计算机和电视的组中选出的电子设备。
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