半导体器件.pdf

提供了一种半导体器件，该半导体器件具有向包含EL元件的象素提供电流的晶体管，即使在小信号电流时该晶体管也能够不受变化的影响提供精确的电流。为象素提供电流而预先提供预充电电压，随后快速完成信号写入。预充电电压从提供电压和电流的电路输出，该提供电压和电流的电路向电流源电路提供电流，该电流源电路用于向象素提供电流。用于向电流源电路提供电流的晶体管的栅极电压作为预充电电压被提供给象素。在象素中的晶体管的W/L与在提供电压和电流的电路中的用于提供电流的晶体管的W/L彼此近似相等的情况下，可以提供最佳预充电电压。

1.  一种半导体器件，包括：
提供电压和电流的电路；
电流存储电路；以及
象素，
其中提供电压和电流的电路向电流存储电路提供电流，
其中提供电压和电流的电路向象素提供电压，并且
其中电流存储电路向象素提供电流。

2.  根据权利要求1的半导体器件，其中提供电压和电流的电路通过电压存储电路向象素提供电压。

3.  根据权利要求1的半导体器件，其中从提供电压和电流的电路向象素提供的电压是对该象素的预充电电压。

4.  根据权利要求1的半导体器件，其中该半导体器件被引入到从由显示设备、数码相机、膝上型计算机、移动计算机、便携式图象再现设备、护目镜式显示器、摄像机和移动电话构成的组中选出的电子设备中。

5.  一种半导体器件，包括：
提供电压和电流的电路；
电流存储电路；以及
象素，
其中提供电压和电流的电路具有向电流存储电路提供电流的装置和向象素提供电压的装置，并且
其中电流存储电路具有向象素提供电流的装置。

6.  根据权利要求5的半导体器件，其中提供电压和电流的电路通过电压存储电路向象素提供电压。

7.  根据权利要求5的半导体器件，其中从提供电压和电流的电路向象素提供的电压是对该象素的预充电电压。

8.  根据权利要求5的半导体器件，其中该半导体器件被引入到从由显示设备、数码相机、膝上型计算机、移动计算机、便携式图象再现设备、护目镜式显示器、摄像机和移动电话构成的组中选出的电子设备中。

半导体器件
技术领域
本发明涉及半导体器件，该半导体器件具有通过晶体管控制提供给负载的电流的功能，并尤其涉及包含象素的半导体器件以及向象素提供信号的电路，其中象素包含其亮度随电流变化的电流驱动型发光元件。
背景技术
作为使用以有机发光二极管(OLED，也被称作有机EL元件、电致发光(EL)元件等)为代表的自发光元件的显示器件，根据其驱动方法可分为两种类型：无源矩阵型和有源矩阵型。无源矩阵显示器件结构简单，但是其难以实现大尺寸和高亮度的显示。近年来，有源矩阵显示器件得到了发展，其中提供给发光元件的电流由象素电路中提供的薄膜晶体管(TFT)控制。
有源矩阵显示器件的问题在于提供给发光元件的电流由于驱动TFT的电流特性的变化而变化，导致亮度变化。即，象素电路采用驱动TFT驱动提供给发光元件的电流，因此提供给发光元件的电流随所述驱动TFT的特性变化而变化，使得亮度也变化。考虑到这一点，提出了各种电路，其中即使在象素电路中的驱动TFT的特性发生变化的情况下，不改变提供给发光元件的电流也能够抑制亮度变化(例如，参考专利文献1～4)。
(专利文献1)
专利申请No.2002-517806的PCT国际公布的公开日文翻译。
(专利文献2)
专利申请No.WO01/06484的PCT国际公布单行本。
(专利文献3)
专利申请No.2002-514320的PCT国际公布的公开日文翻译。
(专利文献4)
专利申请No.WO02/39420的PCT国际公布单行本。
专利文献1～3中公开的是用于防止由于象素电路中的驱动TFT的特性变化导致的提供给发光元件的电流值波动的电路结构。这种结构被称作电流写入型象素或者电流输入型象素。专利文献4中公开了用于抑制由于源驱动器电路中的TFT的变化导致的信号电流波动的电路。
图6示出了专利文献1中公开的传统有源矩阵显示器件的第一结构示例。图6中的象素包括源信号线601、第一到第三栅信号线602～604、供电线(current supply line)605、TFT606～609、存储电容器610、EL元件611以及用于输入图象信号的电流源612。
参照图7A～图7E描述了从信号电流写入到发光的操作。在图7A～图7E中，表示各部分的参考数字与图6中所示的一致。图7A～图7E中示意性示出了电流通路。图7D示出了信号电流写入期间流过各通路的电流之间的关系。图7E示出了信号电流写入期间存储电容器610中积累的电压，即TFT608的栅极—源极电压。
首先，向第一栅信号线602和第二栅信号线603输入脉冲以导通TFT606和607。此时流过源信号线601的电流，即信号电流在此处被称作Idata。
电流Idata流过源信号线601，因此，该电流分别流过象素中的通路I₁和I₂。图7D中示出了I₁和I₂之间的关系。不言而喻，Idata＝I₁+I₂是满足的。
在TFT606导通的时刻，存储电容器610中还未保留电荷，因此TFT608截止。相应地，I₂＝0和Idata＝I₁是满足的。那就是说，此时只有由于存储电容器610中的积累电荷的电流流动。
然后，存储电容器610中逐渐开始积累电荷从而在两个电极之间引起电势差(图7E)。当两个电极之间的电势差达到Vth(图7E中的点A)时，TFT608导通，产生I₂。如上所述，由于Idata＝I₁+I₂是满足的，I₁的量逐渐减小而电流继续流动，并且在存储电容器610中积累电荷。
在存储电容器610中，电荷持续积累直到两个电极之间的电势差，即TFT608的栅极-源极电压达到所期望的电压，即允许TFT608流动电流Idata的电压(VGS)。当电流积累完成后(图7E中的点B)，电流I₁停止流动，对应于VGS的电流此时流过TFT608，因此Idata＝I₂是满足的(图7B)。以这种方式获得稳态并且完成信号写入操作。最后，完成对第一栅信号线602和第二栅信号线603的选择从而使TFT606和607截止。上面的操作在此处被称为设定操作。
接下来，开始发光操作。脉冲被输入给第三栅信号线604以使TFT609导通。由于存储电容器610保持已写入的VGS，TFT608导通并且电流Idata从供电线605流过TFT608。因此，EL元件611发光。此时，在TFT608被设定在饱和区域工作地情况下，即使TFT608的源极-漏极电压变化，Idata也能够继续流动。
所述的输出设定电流的操作此处被称作输出操作。通过使用电流写入型象素，流动电流Idata所需要的栅极-源极电压在存储电容器610中保持，因此即使在TFT608的特性等有变化的情况下也能够精确地向EL元件611提供所希望的电流。因此，由于TFT特性变化引起的亮度变化可以被抑制。
上述例子涉及用于校正由于象素电路中驱动TFT的变化引起的电流变化的技术，然而，在源驱动电路中也发生同样的问题。专利文献4公开了一种电路结构用于防止由于源驱动电路中的TFT制造变化引起的信号电流的变化。
(专利文献5)
日本专利公开出版物No.2003-66908
专利文献5公开了一种结构，其中不仅提供电流源还另外提供电压源来控制灰度，并且在行选择周期的开始通过电源转换装置使浮动电容的电荷立即被电压源改变，电源转换装置用于转换两个电源向源信号线的输入，然后通过用于实现所希望的亮度的电流源进行灰度显示。
发明内容
然而，由于用于向驱动TFT和发光元件提供信号电流的布线的寄生电容很大，在小信号电流的情况下给布线的寄生电容充电的时间常数变大，这降低了信号写入速度。即，甚至当信号电流提供给晶体管时，也要花很长时间产生在其栅端产生流动该信号电流所需的电压，因此，信号写入速度降低。
在专利文献5中公开的结构中，虽然源信号线的电荷立即变化，但是在行选择周期开始时提供的电压值不在最佳水平。此外，这种结构很复杂。
考虑到前述问题，本发明的目的是提供半导体器件，其中晶体管特性变化的影响被减小并且可以提供预定的电流，因此即使在信号电流很小时也可以充分提高信号写入速度。
根据本发明，为了取得上面的目的，当向象素输入电流时提前提供最佳水平的电压。
本发明提供一种半导体器件，其包括一个其中提供给负载的电流由晶体管控制的电路，该晶体管的源极或漏极连接到电流源电路，以及包括当电流从电流源电路提供到该晶体管时用于控制该晶体管的栅极-源极电压和漏极-源极电压的放大器电路。
根据本发明，从提供电压和电流的电路向电流存储电路提供电流，并且从提供电压和电流的电路向负载提供电压，以及从电流存储电路向负载提供电流。
本发明的半导体器件包括电流存储电路，该电流存储电路设有向负载提供电流的装置；以及提供电压和电流的电路，该电路设有向电流存储电路提供电流和向负载提供电压的装置。
根据本发明的前述结构，提供电压和电流的电路通过电流存储电路向负载提供电压。提供给负载的电压可以用于负载的预充电电压。
对于负载，适当的是被电流或者电流信号控制的元件，典型的有其亮度可以通过电流改变的发光元件。根据本发明，显示器件可以在每个象素中配置这种发光元件，其中象素排列成矩阵。
提供电压和电流的电路具有提供对应于信号的电流的功能，其中信号作为电流或电压输入并提供预充电电压。注意，预充电电压对于由提供电压和电流的电路提供的电流快速写入是处在最佳水平。
电流存储电路具有从存储电流输入端输入电流和从存储电流输出端输出对应于该输入电流的电流的功能。甚至在电流输入完成以后，对应于该电流的信号被存储，因此对应于该输入电流的电流可以从存储电流输出端输出。
本发明可以采用任何种类的晶体管，包括使用以非晶硅和多晶硅为代表的非单晶半导体薄膜的薄膜晶体管(TFT)、使用半导体衬底或者SOI衬底形成的MOS晶体管、结型晶体管、使用有机半导体或者碳纳米管的晶体管等等。此外，晶体管可以布置在任何种类的衬底上，例如单晶衬底、SOI衬底以及玻璃衬底。
注意，在本发明中，连接的意思是电连接。因此本发明中公开的结构可以包括在预定连接之间能够实现电连接的其它附加元件(例如，诸如其它元件或者开关)。
根据本发明，当向象素提供电流时提前提供预充电电压。因此，可以快速完成电流写入。因为预充电电压是从向象素提供电流的电路中输出，所以可以提供最佳预充电电压。
附图说明
图1是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图2是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图3是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图4是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图5是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图6是说明传统象素的结构的框图。
图7A～7E是说明传统象素的操作的框图。
图8是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图9是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图10是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图11是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图12是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图13是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图14是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图15是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图16是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图17是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图18是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图19是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图20是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图21是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图22是说明本发明的半导体器件的操作的框图。
图23是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图24是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图25是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图26是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图27是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图28是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图29是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图30是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图31是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图32是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图33是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图34是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图35是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图36是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图37是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图38是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图39是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图40是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图41是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图42是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图43是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图44是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图45是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图46是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图47是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图48是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图49是说明本发明的半导体器件的结构的框图。
图50A～50H是使用本发明的各电子装置的视图。
具体实施方式
[实施方式1]
根据本发明，象素配有能够基于流过发光元件的电流值控制亮度的元件。典型地，可以使用EL元件。有各种已知的EL元件结构，任何元件配置都可以在本发明中使用，只要可以基于电流值控制其发光。即，通过自由组合发光层、电荷输运层和电荷注入层形成EL元件。作为用于EL元件的材料，可以采用低分子量有机材料、中分子量有机材料(没有升华性质的有机发光材料，其中分子的数量是20或更少，或者链接分子的长度是10m或更小)、或者聚合物有机材料。或者，这些有机材料中的每一种可以与无机材料混合或分散在其中。
根据本发明，对应于显示的视频信号电压和对应于显示的视频信号电流提供给布置在象素中的电流源电路、信号线驱动器电路等等。视频信号电压和视频信号电流是彼此相关的。首先，下面描述提供视频信号电压和视频信号电流的电路。
注意，下面描述的电路不仅可以提供视频信号电压和视频信号电流，而且还可以提供其它信号电压和其它信号电流。
提供视频信号电压和视频信号电流的电路可以如图1、图2、图3或者图4的结构。其细节在日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请结合。在本申请中，首先简要描述该电路。
在图1中，信号从原始信号输入端212输入到提供电压和电流的电路211。对应于该信号，信号电流从电流输出端213输出，并且信号电压从电压输出端214输出。电流输出端213和电压输出端214分别通过开关202和201连接到将被设置的电路221的输入端222。
在将被设置的电路221中，使用从提供电压和电流的电路211的电压输出端214提供的信号电压进行预充电，之后，使用从提供电压和电流的电路211的电流输出端213提供的信号电流来设置电流。由此，将被设置的电路221能够提供精确的电流而几乎不受其中晶体管的电流特性变化的影响。
从提供电压和电流的电路211的电压输出端214提供的信号电压，与提供电压和电流的电路211的电流输出端213向将被设置的电路221提供信号电流之后获得的稳态时，即当信号写入完成时的信号电压近似等电势。通过使用从电压输出端214提供的信号电压进行预充电，预充电后当从提供电压和电流的电路211的电流输出端213提供信号电流时可以迅速获得稳态。
即，从提供电压和电流的电路211的电压输出端214提供的信号电压与从提供电压和电流的电路211的电流输出端213提供的信号电流彼此相关。
至于从提供电压和电流的电路211的电流输出端213向将被设置的电路221的输入端222提供的电流，必须考虑电流方向。即，在电流从提供电压和电流的电路211流出(此处称作漏型)的情况下，必须使该电流流入将被设置的电路221(此处称作抽取型)中。在这种情况下，提供电压和电流的电路211的电势高于将被设置的电路221的电势，因此电流从提供电压和电流的电路211流向将被设置的电路221。相反，在电流流向用于提供电压和电流的电路211(抽取型的情况)的情况下，必须使该电流从将被设置的电路221(漏型的情况)中流出。在这种情况下，提供电压和电流的电路211的电势低于将被设置的电路221的电势，因此电流从将被设置的电路221流向提供电压和电流的电路211。
在提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221都是抽取型或者都是漏型的情况下，电流不正常流动，因此不能实现正常操作。因此，必须是提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221其中之一是抽取型而另一个是漏型。
首先，简要描述将被设置的电路221的结构。图5～8示出了漏型的将被设置的电路221的结构实例。图5中充当电流源的晶体管501是P-沟道型，而图8中充当电流源的晶体管801是N-沟道型。由于此处将被设置的电路221是漏型，布线502的电势为高。
电容器503和803分别保持晶体管501和晶体管801的栅极-源极电压。注意，根据晶体管501和801的栅极电容，并不必须提供电容器503和803。参考标号504表示连接到图5中的电容器503的布线或者连接到图8中的电容器803的布线。参考标号805表示连接到图8中的电容器803的布线。
在图8中，晶体管801的源端不是连接到恒定电势线，而是连接到将被设置的电路221的输入端222。因此，晶体管801的源极电势可以对应于操作状态而变化。考虑到这一点，优选布线805连接到晶体管801的源端，以使即便晶体管801的源极电势变化时晶体管801的栅极-源极电压也不变。此外，晶体管801的栅端和漏端可以相互连接。
将被设置的电路221中的晶体管可以通过使用从提供电压和电流的电路211中提供的信号来提供预定电流，从而可以进行电流设置。将被设置的电路221中的晶体管作为电流源向其它电路或元件等提供预定电流。在图5和8中为了简单起见省略了将被设置的电路221中的晶体管(晶体管501和801)在设定电流之后向其提供电流的其它电路或元件等。
在很多情况下为了保持电容器503和803的电荷而提供开关，但是在图5和8中为了简单起见也将其省略。
即为了简单起见，图5和8示出了当通过从提供电压和电流的电路211提供的信号进行电流设置时，将被设置的电路221的结构。
图9和10示出了抽取型的将被设置的电路221的结构实例。在图10中晶体管1001是P-沟道型，而在图9中晶体管901是N-沟道型，这两个晶体管都作为电流源。在这一点上，图5和8中的描述可以在此应用。在图9中布线902连接到晶体管901的源极或者漏极。参考标号903表示电容器，904表示连接到电容器903的布线。在图10中布线902连接到晶体管1001的源极或者漏极。电容器1003的一端连接到布线904和晶体管1001的栅极，电容器1003的另一端连接到布线1005。
下面描述提供电压和电流的电路211。提供电压和电流的电路211具有提供对应于作为电流或电压输入的信号的电流以及提供预充电电压的功能。预充电电压对于由提供电压和电流的电路211所提供的电流的快速写入处于最佳水平。
提供电压和电流的电路211可以采用各种结构。其详细内容在日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请结合。
图11中示出了其中的一例。在图11中，向N-沟道型晶体管1101提供电流以控制晶体管5101的栅极电势。即，晶体管5101的栅端连接到晶体管1101的栅端，并且晶体管5103的栅端连接到晶体管5105的栅端。此外，晶体管1101的源极或漏极与晶体管5101的源极或漏极通过布线5102相互连接。晶体管5103的源极或漏极与晶体管5105的源极或漏极通过布线5104相互连接。因此，对应于提供给晶体管1101的电流的电流在晶体管5101、5103和5105中流动。此处假设晶体管1101的沟道宽度W与沟道长度L之比为W51/L51，晶体管5101的沟道宽度W与沟道长度L之比为W52/L52，晶体管5103的沟道宽度W与沟道长度L之比为W53/L53，晶体管5105的沟道宽度W与沟道长度L之比为W54/L54，并且此外，满足(W51/L51)＝(W52/L52)/ε以及(W53/L53)＝(W54/L54)/ζ。因此，晶体管5101和5103中流动的电流是提供给晶体管1101的电流的ε倍。晶体管5105中流动的电流是提供给晶体管5103的电流的ζ倍。
晶体管1101的栅极电势通过放大器电路1201输出到电压输出端214。然而，本发明并不仅限于此，在不需要阻抗变换的情况下可以不提供放大器电路1201。
优选调整晶体管1101的比例W51/L51，晶体管5101的比例W52/L52，晶体管5103的比例W53/L53、晶体管5105的比例W54/L54，以及图9中晶体管901的比例W21/L21，从而使得由提供电压和电流的电路211的电压输出端214提供的信号电压与提供电压和电流的电路211的电流输出端213提供信号电流后达到稳态时，即当信号写入完成时的信号电压近似等电势。即，优选满足(W21/L21)＝(W51/L51)×ε×ζ。因此，晶体管1101的栅极-源极电压和晶体管901的栅极-源极电压变得近似相等，这意味着从电压输出端214提供信号电压通常对应于预充电操作。这样，在预充电之后当从提供电压和电流的电路211的电流输出端213提供信号电流时，可以快速达到稳态。
提供电压和电流的电路211可以采用其它各种结构。在日本专利申请No.2003-273765中描述了各种结构，其在此引入作为参考。该参考文献的内容可以与本申请结合。
下面描述的是在提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221之间插入电流存储电路231的情况，如图2所示。
如图2所示，信号电流从提供电压和电流的电路211的电流输出端213输出，经过开关203输出到电流存储电路231，从而执行了电流设置并且电流值存储在电流存储电路231中。此时，信号电压从提供电压和电流的电路211的电压输出端214输出到将被设置的电路221。即，在将被设置的电路221中进行预充电。然后，信号电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221并且电流在其中设置。应当注意，从电流存储电路231输出到将被设置的电路221的电流与从提供电压和电流的电路211的电流输出端213输出到电流存储电路231的电流成比例。根据电流存储电路231的结构，上述的电流可以近似相等。
在图1的情况中，必须是提供电压和电流的电路211和电路221其中之一是抽取型并且另一个是漏型。在图2的结构中，除了考虑提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221的类型之外，也必须考虑电流存储电路231的类型。
首先，考虑一种情况，其中在电流从提供电压和电流的电路211的电流输出端213输入到电流存储电路231的情况下和电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221的情况下，电流存储电路231的类型是相同的。例如，在电流存储电路231是漏型的情况下，提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221中的每一个都需要是抽取型的。相反，例如，在电流存储电路231是抽取型的情况下，提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221中的每一个都需要是漏型的。即，提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221必须是相同类型的。
然后，假设在电流从提供电压和电流的电路211的电流输出端213输入到电流存储电路231的情况下和电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221的情况下，电流存储电路231的类型是相反的。例如，在当电流从提供电压和电流的电路211输入到电流存储电路231时电流存储电路231是漏型的，而当电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221时电流存储电路231是抽取型的情况下，提供电压和电流的电路211需要是抽取型并且将被设置的电路221需要是漏型。相反，例如，在当电流从提供电压和电流的电路211输入到电流存储电路231时电流存储电路231是抽取型的，而当电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221时电流存储电路231是漏型的情况下，提供电压和电流的电路211需要是漏型并且将被设置的电路221需要是抽取型。即，提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221必须是相反类型的。
下面描述图2中的提供电压和电流的电路211。提供电压和电流的电路211可以采用各种结构。其详细内容在日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请结合。
图12中示出了图2中的提供电压和电流的电路211的一个例子。在图12中，从原始信号输入端212向P-沟道晶体管1203提供电流以控制P-沟道晶体管1203和晶体管5201的栅极电势。这样，晶体管5201的栅极—源极电压变化，因此提供给晶体管5201的电流变化。晶体管5201和晶体管1203通过布线5202相互连接。
从电流存储电路231输出的电流流入将被设置的电路221中的晶体管501。从电流存储电路231输出到将被设置的电路221的电流的大小是从提供电压和电流的电路211向电流存储电路231输入的电流的κ倍。
晶体管5201的栅极电势输出到电压输出端214。注意，可以在原始信号输入端212和电压输出端214之间设置诸如电压跟随器电路的放大器电路1201，而在不需要阻抗变换的情况下，也可以不提供放大器电路1201。
优选调节晶体管5201的比例W81/L81以及晶体管501的比例W23/L23，以使从提供电压和电流的电路211的电压输出端214提供的信号电压与从电流存储电路231向将被设置的电路221提供信号电流后获得稳态时，即当信号写入完成时的信号电压近似等电势。即，优选满足(W23/L23)＝κ×(W82/L82)。由此，晶体管5201的栅极-源极电压和晶体管501的栅极-源极电压近似相等，这意味着从电压输出端214提供信号电压通常对应于预充电操作。这样预充电之后当从电流存储电路231的电流输出端233提供信号电流时，可以快速达到稳态。
接下来，描述图2中电流存储电路231的结构。电流存储电路231具有从存储电流输入端232输入电流并且从存储电流输出端233输出对应于该输入电流的电流的功能。甚至在电流输入完成后，对应于该电流的信号被存储，从而对应于该输入电流的电流能够从存储电流输出端233被输出。电流存储电路231可以采用任何结构，只要其具有前面提到的功能即可。
图13中示出了抽取型的电流存储电路231，图14中示出了漏型的电流存储电路231。参考标号5501表示晶体管，5502表示电容器，5503～5505表示开关。
可以以适当选择抽取型或者漏型这种方式配置电流存储电路231。
提供电压和电流的电路211和电流存储电路231可以采用各种结构。其详细内容在日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请相结合。
在图2中，信号电流通过电流输出端213从提供电压和电流的电路211提供给电流存储电路231，然而，并不仅限于这种结构，信号电压和信号电流都可以如图1所示那样输入到电流存储电路231。
图3输出了信号电压和信号电流被输入给电流存储电路231的情况。
如图3所示，信号从原始信号输入端242输入到提供电压和电流的电路241。对应于该信号，信号电压从提供电压和电流的电路241的第二电压输出端343通过开关303输出到电流存储电路231，这即是预充电操作。接下来，信号电流从电流输出端243输出到电流存储电路231，从而进行电流设置并且在电流存储电路231中存储电流值。信号电压从提供电压和电流的电路241的电压输出端244输出到将被设置的电路221。即，在将被设置的电路221中进行预充电。然后，信号电流从电流存储电路231输出到将被设置的电路221并且在其中设置电流。注意，从电流存储电路231输出到将被设置的电路221的电流与从提供电压和电流的电路241的电流输出端243输出到电流存储电路231的电流成比例。根据电流存储电路231的结构，上面提到的电流可以近似相等。
根据电流存储电路231和将被设置的电路221的各自的类型，即抽取型或漏型、构成这些电路的晶体管的导电类型等，分别调整从提供电压和电流的电路241的电压输出端244输出的电压和从该电路241的第二电压输出端343输出的电压是必须的。
即，设置从提供电压和电流的电路241的电压输出端244输出的电压以便能够对将被设置的电路221进行预充电操作，而设置从提供电压和电流的电路241的第二电压输出端343输出的电压以便能够对电流存储电路231进行预充电操作。
如上所述，通过调整提供给各晶体管的电流、晶体管的导电类型、晶体管的尺寸以及电流存储电路231和将被设置的电路221的类型，即抽取型或者漏型，产生各个电压。
其详细内容在日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请相结合。
上面描述的是图2中的情况，其中电流存储电路231置于提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221之间，因此在向将被设置的电路221输入电流之前信号电流被存储。或者，可以在提供电压和电流的电路211和将被设置的电路221之间放置电压存储电路251。图4中示出了一种结构，其中是在图2的结构中附加提供了电压存储电路251。参考标号204表示开关，252表示输入端，以及253表示输出端。
注意，本发明并不仅限于此，可以在图3的结构中附加提供电压存储电路251。此外，在图3的结构中可以将电压存储电路251放置在提供电压和电流的电路241与电流存储电路231之间。
电压存储电路251可以采用各种结构。电压存储电路251具有被输入电压并且输出对应于该被输入电压的电压的功能。甚至在电压输入完成后，对应于该电压的信号被存储，由此可以输出对应于该输入电压的电压。只要其具有前述的功能，任何结构都可以应用于电压存储电路251。图15中示出了一个例子。其详细内容日本专利申请No.2003-273765中公开，其内容可以与本申请结合。在图15中，电容器1501作为存储电压的元件，并且提供了放大器电路1502。注意，放大器电路1502是用于输出近似等于输入电势的电势的电路，优选为电压跟随器电路。然而，本发明并不仅限于此，任何电路都可以使用，只要其执行阻抗变换即可。在不需要阻抗变换的情况下，可以不提供放大器电路1502。
上面描述的是用于提供视频信号电压和视频信号电流的电路。下面，将这些提供视频信号电压和视频信号电流的电路应用到显示器件。其结构和对应物如下所述。
图16示出了应用这些提供频信号电压和视频信号电流的电路的显示器件的标准结构。多个象素5309aa和5309ab连接到信号线5302a。信号线5302a通过开关201连接到电压存储电路251，并通过开关202连接到电流存储电路231。提供电压和电流的电路211的电压输出端214通过开关204连接到电压存储电路251，并且该电路211的电流输出端213连接到电流存储电路231。信号从提供电压和电流的电路211的原始信号输入端212输入。
图16中的结构采用了图4中的结构。即，图4中的提供电压和电流的电路211对应于图16中的提供电压和电流的电路211，图4中的电流存储电路231对应于图16中的电流存储电路231，图4中的电压存储电路251对应于图16中的电压存储电路251，并且将被设置的电路221对应于图16中的象素5309aa和5309ab。
下面描述图16中的显示器件的操作方法。如图17所示，信号从原始信号输入端212输入并且电流从电流输出端213提供到电流存储电路231。此时，视频信号电压通过电压存储电路251提供给信号线5302a以及象素5309aa～5309ab。该视频信号电压是预充电电压。
然后，停止从提供电压和电流的电路211提供信号并且开始从电流存储电路231向信号线5302a提供视频信号电流，同时从电压存储电路251向信号线5302a提供视频信号电压。然后，当向信号线5302a提供视频信号电流时停止从电压存储电路251提供视频信号电压，如图19中所示。通过前面的操作，提供了视频信号电压，并且随后向象素提供了视频信号电流。由此，可以快速达到稳态，因而可以减少晶体管的变化的影响。
在图16～19中，布线1601和1602控制向信号线5302a提供视频信号电压的时序，然而本发明并不仅限于此。例如，在图20所示的结构中，可以像图21所示的那样提供视频信号电压，并且之后可以像图22所示的那样提供视频信号电流。由此，可以减少布线的数量。在这种情况下，由于不要求电压存储电路251存储信号电压，因此电压存储电路251只需要具有提供足够大的信号的功能，即变换阻抗的功能。在从提供电压和电流的电路211提供足够的视频信号电压的情况下，不需要提供电压存储电路251，如图23所示。在这种情况下，采用图2中的结构。注意在图20中参考标号2001表示布线。
图24中所示的结构采用了图1中的结构。使用从提供电压和电流的电路211提供的视频信号电压进行预充电，并且之后提供视频信号电流。在图24中参考标号2401表示布线。
图25中的结构采用了图3中的结构。在图25的结构中，甚至对于从提供电压和电流的电路241向电流存储电路231提供电流，也使用从第二电压输出端343提供的视频信号电压进行预充电。注意，可以如图20和23所示的那样，可以减少布线的数量以及可以不提供电压存储电路251。
下面描述图16、20等中的电流存储电路231的结构实例，其与图13和14中所示的电流存储电路231具有相同的结构。图26是图16和20中的电流源电路的视图。如图26所示，电流源电路5307至少包括电流输入端2602、时序控制端2603以及电流输出端2601。此处，开关5305连接到电流输出端2601。
图27详细示出了图26中的结构实例。通过接通开关2703和2704同时关断开关2705，电流通过电流输入端2602输入到电流源晶体管2701和存储电容器2702。电流输入完成后，即达到稳态后，在存储电容器2702中存储了适当的电压，从而可以减小电流源晶体管的电流特性变化的影响。随后，开关2703和2704关断且开关2705接通，从而通过电流输出端2601输出电流。
注意，在图27中，通过电流输入端2602输入到电流源电路5307的视频电流信号以及通过电流输出端2601从电流源电路5307输出的视频电流信号可以近似相等。这取决于电路结构。即，用于通过电流输入端2602输入电流的晶体管和用于通过电流输出端2601输出电流的晶体管是相同的，因此这两个电流近似相等。
因此，通过采用图28所示的结构，其中包括电流源晶体管2801和镜像晶体管2806，它们的沟道宽度W与沟道长度L的比值互不相同，则这两个电流互不相同。在这种情况下，通过电流输入端2602输入到电流源电路5307的视频电流信号以及通过电流输出端2601从电流源电路5307输出的视频电流信号相互成比例。在图28中，参考标号2802表示电容器，2803和2804表示开关。
在图29所示的结构中，开关2907能够控制电流源晶体管2901和多晶体管2906的工作以便作为多栅晶体管工作。基于开关2907的ON/OFF的定时，通过电流输入端2602输入到电流源电路5307的视频电流信号以及通过电流输出端2601从电流源电路5307输出的视频电流信号成比例或者近似相等。注意，在图29中参考标记2902表示电容器，2903～2905表示开关。
在日本专利申请No.2002-380252和日本专利申请No.2003-055018中描述了如图29所示的电流源电路的操作，其在此引入作为参考。该参考文献的内容可以与本申请结合。
在图27～29中经过电流输入端2602的电流和经过电流输出端2601的电流都流向电流源电路，然而本发明并不仅限于此。经过电流输入端2602的电流和经过电流输出端2601的电流可以以彼此相反的方向流动。
在图27～29中，电流源晶体管的导电类型是N-沟道型；然而本发明并不仅限于此。例如，图30所示的结构包括P-沟道型的电流源晶体管并采用了图27的结构。在图28和29的结构中，也可以基于相同的原理也可以改变电流源晶体管的导电类型。
在图27～30中，电流流向电流源电路；然而，本发明并不仅限于此。即使在电流方向发生改变的情况下，也能够容易地修改电流源电路。例如，即使在电流方向改变的情况下，通过将电流源晶体管的导电类型改变成相反的导电类型就不需要改变电路中的连接。在图30中，参考标号3001表示晶体管，3002表示电容器，3003～3005表示开关。
前面描述了各种结构的电流源电路，但是本发明并不仅限于此。关于标准结构、电流源晶体管的数量、其导电类型和布置，电流的方向等，可以采用通过组合各部件或各部件的原理获得的其它结构。简而言之，只要其能用作电流源电路，任何结构都可以采用。
此外，可以容易地修改各部分的开关的布置或数量，或者与其对应的连接。开关的布置和数量并不是唯一限定的，只要这些开关能正常工作即可。例如，可以将多个开关集成为一个，或者通过改变连接来增加或减少开关的数量。
在专利申请No.WO03/038793、WO03/038794、WO03/038795、WO03/038796以及WO03/038797的PCT国际公布中描述了电流源电路的结构，它们在此引入作为参考。这些参考文献的内容可以应用到本发明或者与本发明相结合。
[实施方式2]
在实施方式1中，描述的是电路连接到一条信号线的情况，即一列的情况。在布置多列的情况下，象素以二维的方式排列并且也提供多个提供电压和电流的电路211。
在提供多个提供电压和电流的电路211的情况下，必须向每个提供电压和电流的电路211的原始信号输入端212提供信号。下面描述用于控制向每个提供电压和电流的电路211的原始信号输入端212提供信号的驱动器电路。
图31示出了最标准的驱动器电路。为了简单起见，此处描述提供了三列的提供电压和电流的电路的情况。提供电压和电流的电路211a～211c分别通过开关3101a～3101c连接到原始信号供给线3104。驱动器电路3103顺序选择开关3101a～3101c。相应地，由原始信号电流源电路3102提供的视频信号被顺序提供给提供电压和电流的电路211a～211c。
然而，在这种情况下，在选择开关并且将视频信号从原始信号电流源电路3102提供给一个提供电压和电流的电路之后，接着将视频信号提供给另一个提供电压和电流的电路。考虑到这一点，甚至在停止向原始信号输入端212a～212c提供每一个信号之后，也要求提供电压和电流的电路211a～211c持续从电流输出端213a～213c和电压输出端214a～214c分别提供视频信号电流和视频信号电压。为此，提供电压和电流的电路211a～211c中的每个都需要有存储信号的功能。
示出了具有存储信号功能的提供电压和电流的电路的例子。图32示出了一种结构，其中在图12的提供电压和电流的电路中附加提供了信号存储功能。在图32中，附加提供了电容器3202，并且开关3201防止电容器3202中保持的信号漏失。
相似地，图33～39示出的结构，其中在提供电压和电流的电路中附加提供信号存储功能。在图33中，参考标号5601表示晶体管。在图35中，参考标号5701表示晶体管，该晶体管5701通过布线5102连接到晶体管5101。在图36中，参考标号701和702表示晶体管，703表示连接到晶体管702的布线，1201a和1201b表示放大器电路，3601表示开关。在图37中，参考标号3701表示开关，3702表示电容器，5803、5806、5808和5809表示晶体管，5804和5807表示布线。在图38中，参考标号3801表示开关，3802表示电容器，5901、5903和5905表示晶体管，5902和5904表示布线。在图39中，参考标记3901表示开关，3902表示电容器。
配置提供电压和电流的电路，以便放置保持存储状态的开关或例如电容器的存储装置，从而分别从电流输出端213和电压输出端214持续提供视频信号电流和视频信号电压。
注意，可以使用晶体管的栅电容代替电容器等。
至于具有存储信号功能的提供电压和电流的电路，在从原始信号输入端输入信号期间不需要从电流输出端和电压输出端输出信号的情况下，可以采用其它结构。图40示出了其一实例。当信号从原始信号输入端212输入时，开关4001和4003接通而开关4002关断。然后，信号在电容器4004中保持。当电流从电流输出端213输出时，开关4001和4003关断而开关4002接通。
用于通过原始信号输入端212输入信号的晶体管5201和用于通过电流输出端213输出该信号的晶体管是相同的，因此，在这种方式中这两个电流近似相等。由此，消除了晶体管的特性变化的影响。
关于不具有信号存储功能的提供电压和电流的电路，可以采用图41中所示的结构。即，在提供电压和电流的电路输出信号期间，需要通过具有信号存储电路的电路持续进行信号输入。因此，在信号从原始信号电流源电路3102顺序提供给电流源电路4131a～4131c期间，预先提供和存储的信号被持续提供给提供电压和电流的电路211a～211c。
注意，驱动器电路的结构并不仅限于图31中所示的那种。例如，如图42所示，可以有多个原始信号电流源3102a和3102b连接到原始信号供给线3104a和3104b，并且信号可以分别通过开关3101aa、3101ab、和3101ba输入到多列的提供电压和电流的电路211a～211c。
或者，如图43所示，可以有多个原始信号电流源3102c和3102d连接到原始信号供给线3104c和3104d，来自开关3101da的电流和来自开关3101db的电流加起来而获得的电流可以输入到提供电压和电流的电路214a，来自开关3101ea的电流和来自开关3101eb的电流加起来而获得的电流可以输入到提供电压和电流的电路214b。
或者，如图44所示，具有原始信号输入端212z的提供电压和电流的电路211z可以用作原始信号电流源电路以便向提供电压和电流的电路211a～211c输入信号。在这种情况下，提供电压和电流的电路211z首先从电流输出端213z输出预充电电压，然后输出信号电流。因此，可以快速完成信号写入。参考标号4401和4402表示开关。
图45示出了结合图31和16的结构的例子。参考标号201a、201b、202a和202b表示开关，5309aa、5309ab、5309ba和5309bb表示象素。此外，5302a和5302b表示信号线，251a和251b表示电压存储电路，231a和231b表示电流存储电路。
图46～49示出了使用晶体管解释的例子。图46～49中分别示出了用于一列的电路图。
在图46中，近似等于从原始信号电流源电路3102提供的视频信号电流的电流输入到象素中的晶体管4601a和4601b。因此，优选晶体管4605的W/L以及晶体管4601a和4601b中每一个的W/L彼此近似相等。因此，可以从电压跟随器电路4606向象素提供最佳预充电电压。参考标号4602和4604表示布线，4603表示晶体管，4607表示放大器电路，4608和4609表示开关。
图47对应于没有电压跟随器电路4606的图46中的电路。即，图47是图20的电路图。
在图48中，图16中的电流存储电路231是电流镜像型。因此，从原始信号电流源电路3102提供的视频信号电流和输入到象素中晶体管4601a和4601b中的信号电流不必彼此相等。此处假设晶体管4803的W/L是晶体管4804的W/L的A倍，优选将晶体管4605的W/L设计为是晶体管4601a和4601b的每一个W/L的A倍。因此，可以从电压跟随器电路4606向象素提供最佳预充电电压。
在图49中，图45中的提供电压和电流的电路211a和211b的各电流源部分是电流镜像型。因此，从原始信号电流源电路3102提供的视频信号电流和输入到象素中的晶体管4601a和4601b的信号电流不必彼此相等。注意，近似等于从晶体管4904输出的信号电流的电流被输入到象素中的晶体管4601a和4601b。因此，优选设计晶体管4904的W/L近似等于晶体管4601a和4601b的每一个的W/L。因此，可以从电压跟随器电路4606向象素输出最佳预充电电压。
电路结构并不仅限于此；可以采用结合各个电路的各种结构。
应当注意，象素结构可以采用任何结构，只要其是电流输入型即可。此外，象素中布置的负载不限于EL元件。例如，可以在象素中布置作为负载的元件，诸如电阻器、晶体管、EL元件、其它发光元件，包含有晶体管、电容器和开关的电流源电路，连接到任何电路的布线、信号线、信号线和连接到该信号线的象素。该象素可以包括EL元件、用于FED的元件或者使用电流工作的其它元件。
在前面提到的各种结构中，每个开关的布置不限于前述的布置。只要该开关正常工作，可以采用任何布置。
只要该开关能够控制电流，可以使用任何开关，例如电开关或机械开关。它可以是晶体管、二极管或者利用它们构成的逻辑电路。因此，在使用晶体管作为开关的情况下，由于其只是作为开关工作，所以其极性(导电类型)并不被唯一限定。但是，当希望关断电流小时，优选使用具有小关断电流的极性的晶体管。例如，具有LDD区域的晶体管具有小关断电流。当作为开关的晶体管的源端的工作电势更接近低电势侧的电源(Vss，Vgnd，0V等)时，理想的是使用N-沟道型晶体管，当该源端的工作电势更接近高电势侧的电源(Vdd等)时，理想的是使用P-沟道型晶体管。由于该晶体管的栅极-源极电压的绝对值可以增加，这可以使开关有效地工作。或者，可以通过使用N-沟道型和P-沟道型晶体管而采用CMOS型开关。
[实施方式3]
使用本发明的各电子设备包括摄像机、数码相机、护目镜式显示器(头戴式显示器)、导航系统、声音再现设备(汽车音频设备和音响)，膝上型计算机、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、移动电话、便携式游戏机、电子本等)、包括记录介质的图象再现设备(更具体地，能够再现例如数字多用光盘(DVD)的记录介质并且显示再现图象的设备)，等等。这些电子设备的具体例子在图50A～50H中示出。
图50A示出了发光设备，其包括外壳13001、支撑底座13002、显示部分13003、扬声器部分13004、视频输入端13005等。本发明可以应用到配置该显示部分13003的电子电路中。使用本发明完成图50A中所示的发光器件。由于该发光设备是自发光型，其不需要背光；因此可以获得比液晶显示器的显示部分更薄的显示部分。注意，该发光设备包括所有用于个人计算机的、用于电视广播接收机的、用于广告显示器等的信息显示设备。
图50B示出了数码相机，其包括主体13101、显示部分13102、图象接收部分13103、操作键13104，外部连接端口13105、快门13106等。本发明可以应用于配置显示部分13102的电子电路。使用本发明完成图50B所示的数码相机。
图50C示出了笔记本个人计算机，其包括主体13201、外壳13202、显示部分13203、键盘13204、外部连接端口13205、指针鼠标13206等。本发明可以应用于配置显示部分13203的电子电路。使用本发明完成图50C中所示的膝上型计算机。
图50D示出了移动计算机，其包括主体13301、显示部分13302、开关13303、操作键133304、红外端口13305等。本发明可以应用于配置显示部分13302的电子电路。使用本发明完成图50D中所示的移动计算机。
图50E示出了配有记录介质的便携式图象再现设备(具体地，DVD再现设备)，其包括主体13401、外壳13402、显示部分A13403、显示部分B13404、记录介质(例如DVD)读取部分13405、操作键13406、扬声器部分13407等。显示部分A13403主要显示图象数据，而显示部分B13404主要显示字符数据。本发明可以应用于配置显示部分A13403和B13404的电子电路。注意家庭游戏机等也包括在配有记录介质的图象再现设备中。使用本发明完成图50E中所示的DVD再现设备。
图50F示出了护目镜式显示器(头戴式显示器)，其包括主体13501、显示部分13502、支架部分13503等。本发明可以应用于配置显示部分13502的电子电路。使用本发明完成图50F中所示的护目镜式显示器。
图50G示出了摄像机，其包括主体13601、显示部分13602、外壳13603、外部连接端口13604、远程控制接收部分13605、图象接收部分13606、电池13607、音频输入部分13608、操作键13609、目镜部分13610等。本发明可以应用于配置显示部分13602的电子电路。使用本发明完成图50G中所示的摄像机。
图50H示出了移动电话，其包括主体13701、外壳13702、显示部分13703、音频输入部分13704、音频输出部分13705、操作键13706、外部连接端口13707、天线13708等。本发明可以应用于配置显示部分13703的电子电路。注意，在显示部分13703中通过在黑色背景上显示白色字符，可以减少移动电话的电流损耗。使用本发明完成图50H中所示的移动电话。
当在未来提高了发光材料的亮度时，发光器件将可以应用到前端投射式或者后面投射式投影机，这种投影机通过透镜等放大和投射含有图象数据的输出光。
上述电子设备更可能用于显示通过通讯路径，例如Internet和CATV(有线电视)传输的数据。尤其是，更频繁地显示移动图象数据。由于发光材料的响应速度很高，发光设备优选用于移动图象显示。
由于发光器件在发光部分中消耗电能，理想的数据显示是使得发光部分尽可能小。因此，在发光器件用于主要显示字符数据的便携式信息终端的显示部分，尤其是移动电话、声音再现设备等的显示部分时，优选在无发光部分作为背景的发光部分显示字符数据。
如上所述，本发明的应用范围相当广泛，其可以应用于所有领域中的电子装置。本实施方式中的电子装置可以采用实施方式1和2中所示的任何结构的半导体器件。
本发明基于2003年8月15日在日本专利局提出的序列号为no.2003-294023的日本专利申请，其内容在此引入作为参考。
虽然已经通过实施方式并参照附图充分描述了本发明，应当理解，对于本领域的技术人员各种改变和修改是显而易见的。因此，除非这种改变和修改脱离权利要求书所限定的本发明的范围，否则其将被认为是包含在本发明中。