元件衬底和发光器件.pdf

无须降低开关晶体管的关态电流，就能够使由驱动晶体管特性变化所造成的象素之间发光元件的亮度变化更小和由布线数增加所造成的制造步骤风险更少。用于象素发光或不发光的视频信号，通过开关晶体管输入到与驱动晶体管串联连接的工作于线性区的电流控制晶体管的栅。由于电流控制晶体管源与漏之间的电压Vds小，故其栅与源之间的电压Vgs小的变化不影响负载中流动的电流。发光元件中流动的电流由工作于饱和区的驱动晶体管确定，因而在光发射过程中，固定的电位被输入到其栅。

1.  一种发光器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
电连接到第二电源的第一晶体管；以及
电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

2.  根据权利要求1的发光器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

3.  根据权利要求1的发光器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

4.  根据权利要求3的发光器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

5.  一种发光器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
电连接到第二电源的第一晶体管；
电连接到信号线的第二晶体管；以及
电连接到第一电源并电连接到第二晶体管的栅电极的第三晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

6.  根据权利要求5的发光器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

7.  根据权利要求5的发光器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

8.  根据权利要求7的发光器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

9.  一种发光器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
第一晶体管；以及
电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的每个栅电极具有相同的电位，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

10.  根据权利要求9的发光器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

11.  根据权利要求9的发光器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

12.  根据权利要求11的发光器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

13.  一种发光器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
用来控制发光元件中流动的电流的电连接到第二电源的第一晶体管；以及
用视频信号来控制发光元件中流动的电流的开通/关断的、电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

14.  根据权利要求13的发光器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

15.  根据权利要求13的发光器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

16.  根据权利要求15的发光器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

17.  一种发光器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
用来控制发光元件中流动的电流的第一晶体管；以及
用视频信号来控制发光元件中流动的电流的开通/关断的、电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的每个栅电极具有相同的电位，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

18.  根据权利要求17的发光器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

19.  根据权利要求17的发光器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

20.  根据权利要求19的发光器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

21.  一种半导体器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
电连接到第二电源的第一晶体管；以及
电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

22.  根据权利要求21的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

23.  根据权利要求21的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

24.  根据权利要求23的半导体器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

25.  一种半导体器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
电连接到第二电源的第一晶体管；
电连接到信号线的第二晶体管；以及
电连接到第一电源并电连接到第二晶体管的栅电极的第三晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

26.  根据权利要求25的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

27.  根据权利要求25的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

28.  根据权利要求27的半导体器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

29.  一种半导体器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
第一晶体管；以及
电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的每个栅电极具有相同的电位，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

30.  根据权利要求29的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

31.  根据权利要求29的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

32.  根据权利要求31的半导体器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

33.  一种半导体器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；
第二电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
用来控制发光元件中流动的电流的电连接到第二电源的第一晶体管；以及
用视频信号来控制发光元件中流动的电流的开通/关断的电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

34.  根据权利要求33的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

35.  根据权利要求33的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

36.  根据权利要求35的半导体器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

37.  一种半导体器件，它包含：
扫描线；
与扫描线相交的信号线；
第一至第n电源线；
第一电源；以及
多个象素，其中该多个象素中的每个包含：
发光元件；
用来控制发光元件中流动的电流的第一晶体管；以及
用视频信号来控制发光元件中流动的电流的开通/关断的、电连接到信号线的第二晶体管；
其中，第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件被串联电连接，
其中，第一晶体管的每个栅电极具有相同的电位，
其中，第一晶体管的栅电极的第一区被电连接到第k电源线，
其中，第一晶体管的栅电极的第二区被电连接到第(k+1)电源线，
其中，n是自然数，且
其中，k是小于n的自然数。

38.  根据权利要求37的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道形成区和第二晶体管的沟道形成区具有相同的导电类型。

39.  根据权利要求37的半导体器件，其中，第一晶体管的沟道长度大于第一晶体管的沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度等于或小于第二晶体管的沟道宽度。

40.  根据权利要求39的半导体器件，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率为5或以上。

元件衬底和发光器件
技术领域
本发明涉及到具有发光元件光发射控制系统的发光器件以及包括此控制系统的元件衬底。
背景技术
在采用有机电致发光媒质的显示屏中，已经公开了一种由采用薄膜晶体管的象素组成的平板(例如见专利文献1)。以下参照附图来简要描述一下包括在这种常规熟知平板中的象素的构造和工作。
图7所示的象素包含开关晶体管700，此开关晶体管的栅被连接到扫描线705，其源或漏之一被连接到信号线704，且源或漏中的另一个被连接到驱动晶体管701的栅。驱动晶体管701的源被连接到电源线706，而其漏被连接到发光元件703的阳极。发光元件703的另一端子被连接到反电极707。电容器702被安排来保持驱动晶体管701的栅与源之间的电位差。预定的电压从电源被馈送到电源线706和反电极707，以便在其间具有电位差。
当开关晶体管700被扫描线705的信号开通时，信号线704的视频信号被输入到驱动晶体管701的栅。输入的视频信号与电源线706之间的电位差是驱动晶体管701的栅与源之间的电压Vgs。电流于是被馈送到发光元件703，发光元件703从而发光。
专利文献1：
日本专利申请公开No.Hei 8-234683，pp.5，图1
发明内容
采用由激光退化之类方法形成在玻璃衬底上的多晶硅膜的晶体管，呈现高的场效应迁移率，从而能够实现大的开态电流量。因此，采用多晶硅膜的晶体管通常被认为适用于图7所示的象素。
但采用多晶硅的晶体管的特性由于晶粒边界中的缺陷而容易变化。
在图7所示的象素中，当各个象素中的驱动晶体管701的漏电流不同时，即使输入具有相同电位的视频信号，在各个象素中也出现发光元件703的亮度变化。
开关晶体管700的关态电流需要降低，而其开态电流需要提高以便对电容器702进行充电。但在晶体管制造步骤中同时实现二者是困难的。而且，由于开关晶体管700的转换以及信号线704和扫描线705的电位改变等，驱动晶体管701的Vgs发生变化。这是由驱动晶体管701栅上的寄生电容引起的。
此外，随着分辨率的提高和象素高程的缩小，需要缩小布线之间的间距。但由于平板制造步骤中的尘埃之类而引起诸如布线之间短路之类的图形缺陷，从而增加线形缺陷。
本发明提供了一种发光器件和一种元件衬底，其中，不需要降低开关晶体管的关态电流，不需要提高电容器的电容，寄生电容的影响更小，能够抑制由驱动晶体管特性变化所造成的各个象素之间的发光元件亮度的变化，尽可能抑制了孔径比的降低，并尽可能减小了由于布线数目增加而造成的制造步骤风险。
本发明提供了一种发光器件和一种元件衬底，其中，驱动晶体管的栅电位被固定，且驱动晶体管工作于饱和区以便始终供应电流，并具有下列特点。
工作于线性区的电流控制晶体管与驱动晶体管被串联连接，使象素发光或不发光的视频信号通过开关晶体管被输入到电流控制晶体管的栅。由于电流控制晶体管工作于线性区，故其源与漏之间的电压Vds小，且电流控制晶体管栅与源之间的电压Vgs的小的变化不影响负载(例如发光元件)中流动的电流。发光元件中流动的电流由工作于饱和区的驱动晶体管决定。固定的电位至少在发光元件发光时被输入到驱动晶体管的栅，在本说明书中，这被成为光发射过程中的栅电位固定方法。
于是，能够防止负载(例如发光元件)中流动的电流发生变化，而无须增大提供在电流控制晶体管栅与源之间的电容器地电容或减小开关晶体管的关态电流。而且，电流控制晶体管栅上的寄生电容不影响负载中流动的电流。结果，减少了变化的原因，从而明显地提高了图象质量。由于不需要降低开关晶体管的关态电流，故能够简化晶体管的制造步骤，导致成本的降低和成品率的改善。
但额外提供了用来将固定电位输入到驱动晶体管栅的电源线，伴随着增大了相邻布线之间短路或由该步骤引起的尘埃所造成的短路的危险。于是在本发明中应用了下列构造，且为了减少布线的数目，各个晶体管按新的安排被连接。
本发明提供了一种发光器件，它具有多个象素，各个象素包含用来控制发光元件中流动的电流量的第一晶体管以及用视频信号来控制发光元件中流动的电流的开通/关断的第二晶体管。在此象素中，用来将电流馈送到发光元件的第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件，被串联连接。相邻二个象素之间，第一晶体管的各个栅电极由布线彼此连接，且栅电极被连接到第二电源。亦即，相邻象素中的第一晶体管的栅电极由布线彼此连接，且栅电极被连接到第二电源，因此，至少相邻的二个象素具有相同的栅电位。总之，栅电极被用作布线。用来连接第一晶体管的各个栅电极的布线，被提供在象素部分内。
本发明提供了一种具有象素部分的发光器件，此象素部分包含多个象素，各个象素包含彼此串联连接的第一晶体管、第二晶体管、以及发光元件。象素部分包含沿一个方向延伸的扫描线、沿与扫描线相交的方向延伸的信号线、以及电源线。在相邻象素之间，第一晶体管的各个栅电极由布线彼此连接在象素部分内。亦即，布线用作相邻的第一晶体管的栅电极之间的连接器。
根据本发明的发光器件，第一晶体管与第二晶体管最好具有相同的导电性。第一晶体管的沟道长度最好大于其沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度最好等于或小于其沟道宽度。此外，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率最好为5或以上。
本发明提供了一种具有多个象素的元件衬底，各个象素包含用来控制象素电极中流动的电流量的第一晶体管以及用视频信号来控制象素电极中流动的电流的开通/关断的第二晶体管。在此象素中，用来馈送电流的第一电源、第一晶体管、第二晶体管、以及象素电极，被串联连接。相邻二个象素之间，第一晶体管的各个栅电极由布线彼此连接，且栅电极被连接到第二电源。亦即，相邻象素中的第一晶体管的栅电极由布线彼此连接，且栅电极被连接到第二电源，因此，至少相邻的二个象素具有相同的栅电位。用来连接第一晶体管的各个栅电极的布线，被提供在象素部分内。
本发明提供了一种具有象素部分的元件衬底，此象素部分包含多个象素，各个象素包含彼此串联连接的第一晶体管和第二晶体管。象素部分包含沿一个方向延伸的第一布线、沿与第一布线相交的方向延伸的第二布线、以及第三布线。在相邻象素之间，第一晶体管的各个栅电极由第四布线彼此连接在象素部分内。
根据本发明的元件衬底，第一晶体管与第二晶体管最好具有相同的导电性。第一晶体管的沟道长度最好大于其沟道宽度，且第二晶体管的沟道长度最好等于或小于其沟道宽度。此外，第一晶体管的沟道长度对沟道宽度的比率最好为5或以上。
本发明中的发光器件是一种利用其光发射可由电流或电压控制的发光元件来显示数据的器件，更优选的是借助于组合诸如晶体管之类的有源元件和发光元件而构成的器件。而且，本发明的发光器件包括平板以及其中包括控制器的IC等被安装在平板上的模块。此外，本发明涉及到一种元件衬底，它是发光器件制造步骤中完成平板之前的一种模式，且此元件衬底包含多个象素，各个象素具有用来将电流馈送到发光元件的供应系统。
本发明的发光元件典型为由有机材料或元机材料组成的产生电致发光的元件，即产生荧光或磷光的元件。此发光元件还包括产生冷光的元件，并可以包括由产生电致变色的材料组成的发光二极管或发光元件。此发光元件还包括用于FED(场发射显示器)的电子源元件。
OLED(有机发光二极管)是一种发光元件，且包括阳极、阴极、以及包含当施加电场时产生电致发光的电致发光材料的层(以下成为电致发光层)。此电致发光层被插入在阳极与阴极之间，并由单层或多层组成，可以包含无机化合物。电致发光层中的发光包括当激发的单重态返回到基态时产生的发光(荧光)以及当激发的三重态返回到基态时产生的发光(磷光)。
图1是电路图，示出了是为本发明实施方案模式的象素构造。
图2是电路图，示出了是为本发明实施方案模式的象素构造。
图3是是为本发明实施方案模式的外部电路和平板的示意图。
图4示出了信号线驱动电路的构造例子。
图5示出了是为本发明实施方案模式的象素构造的细节。
图6A-6D示出了其中应用了本发明的电子装置的例子。
图7示出了常规技术。
图8示出了是为本发明实施方案模式的象素部分的构造。
图9A和9B是剖面图，示出了本发明的象素的例子。
图10A和10B示出了本发明发光器件的工作时刻的例子。
图11是剖面图，示出了对应于图5的象素构造。
图12A和12B示出了本发明模块的一种模式。
[实施方案模式1]
图1示出了本发明发光器件的象素的实施方案模式。图1所示的象素包含发光元件104、用作用来控制视频信号到象素的输入的开关元件的晶体管(开关晶体管)101、用来控制发光元件104中流动的电流量的驱动晶体管102、以及用来控制对发光元件104的电流供应的电流控制晶体管103。此外，可以在象素中提供用来储存视频信号电位的电容器105。
此处来解释图1中驱动晶体管102的符号。此符号表示二个接触点被形成在栅电极处的不同于典型连接的晶体管。因此，用此符号来特别表示驱动晶体管102。亦即，栅电极的一端及其另一端被连接到布线。在此构造中，栅电极用作部分布线。
驱动晶体管102和电流控制晶体管103具有相同的导电性。在此实施方案模式中，驱动晶体管102工作于饱和区，而电流控制晶体管103工作于线性区。
驱动晶体管102的沟道长度L可以大于其沟道宽度W，而电流控制晶体管103的沟道长度L可以等于或小于其沟道宽度W。驱动晶体管102的L对W比率为5或以上则更优选。
要指出的是，增强型晶体管或耗尽型晶体管都可以被用作驱动晶体管102。
此外，N型晶体管或P型晶体管都可以被用作开关晶体管101。
开关晶体管101的栅被连接到扫描线Gj(j＝1到y)。开关晶体管101的源或漏被连接到信号线Si(i＝1到x)，而源或漏中的另一个被连接到电流控制晶体管103的栅。驱动晶体管102的栅被连接到第二电源线Wi(i＝1到x)。
根据此实施方案模式，驱动晶体管被连接成在栅电极与布线之间具有二个接触点，并用栅电极作为部分布线。因此，减小了同一个层上第二电源线Wi(i＝1到x)与信号线Si(i＝1到x)或第一电源线平行排列处的面积。具有上述连接的晶体管减少了布线之间由制造步骤中的尘埃等造成的短路的发生。
驱动晶体管102和电流控制晶体管103各被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)和发光元件104，致使馈自第一电源线Vi(i＝1到x)的电流以驱动晶体管102和电流控制晶体管103的漏电流的形式被馈送到发光元件104。在此实施方案模式中，电流控制晶体管103的源被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，且驱动晶体管102的漏被连接到发光元件104的象素电极。
要指出的是，驱动晶体管102的源可以被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，且电流控制晶体管103的漏可以被连接到发光元件104的象素电极。
发光元件104包含阳极、阴极、以及插入在阳极与阴极之间的电致发光层。如图1所示，当发光元件104的阳极被连接到驱动晶体管102时，阳极是象素电极，而阴极是反电极。发光元件104的反电极和第一电源线Vi(i＝1到x)具有电位差，致使正向偏置电流被馈送到发光元件104。
电容器105二个电极之一被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，而另一电极被连接到电流控制晶体管103的栅。电容器105被提供来储存开关晶体管101不被选择(关断状态)时电容器105二个电极之间的电位差。
要指出的是，虽然图1示出了电容器105被提供在第一电源线Vi(i＝1到x)与电流控制晶体管103的栅之间的构造，但本发明不局限于此。电容器105可以被提供在第二电源线Wi(i＝1到x)与电流控制晶体管103的栅之间，或可以省略电容器105。
在图1中，各个驱动晶体管102和电流控制晶体管103是P型晶体管，且驱动晶体管102的漏被连接到发光元件104的阳极。同时，在各驱动晶体管102和电流控制晶体管103是N型晶体管的情况下，驱动晶体管102的源被连接到发光元件104的阴极。在此情况下，发光元件104的阴极是象素电极，而其阳极是反电极。
接着来描述图1所示象素的驱动方法。图1所示象素的工作可以被分成写入周期和数据保持周期。首先，当在写入周期中扫描线Gj(j＝1到y)被选择时，其栅连接到第一扫描线Gj(j＝1到y)的开关晶体管101被开通。然后，输入到信号线Si(i＝1到x)的视频信号通过开关晶体管101被输入到电流控制晶体管103的栅。注意，由于驱动晶体管102的栅被连接到第二电源线Wi(i＝1到x)，故驱动晶体管102始终处于开通状态。
当电流控制晶体管103被视频信号开通时，电流通过第一电源线Vi(i＝1到x)被馈送到发光元件104。此时电流控制晶体管103工作于线性区，因此，发光元件104中流动的电流由工作于饱和区的驱动晶体管102和发光元件104的V-I特性确定。发光元件104以对应于馈送的电流量的亮度而发光。
当电流控制晶体管103被视频信号关断时，没有电流被馈送到发光元件104，发光元件104因而不发光。
在数据保持周期中，借助于控制扫描线Gj(j＝1到y)的电位，开关晶体管101被关断，在写入周期中已经写入的视频信号的电位从而被储存。在写入周期中，当电流控制晶体管103被开通时，视频信号的电位被储存在电容器105中，因此，电流被继续馈送到发光元件104。同时，当电流控制晶体管103在写入周期中被关断时，视频信号的电位被储存在电容器105中，因此，没有电流被馈送到发光元件104。
本发明的元件衬底相当于在本发明的发光器件的制造步骤中完成发光元件之前的模式。
用于本发明的发光器件的晶体管可以是采用单晶硅或SOI衬底的晶体管、采用多晶硅或非晶硅的薄膜晶体管、或采用有机半导体或碳纳米管的晶体管。此外，提供在本发明发光器件的象素中的晶体管可以是单栅晶体管、双栅晶体管、或具有二个以上栅电极的多栅晶体管。
根据上述构造，由于电流控制晶体管103工作于线性区，故其源与漏之间的电压Vds小，且电流控制晶体管103的栅与漏之间的电压Vgs的小的变化不影响发光元件104中流动的电流。发光元件104中流动的电流由工作于饱和区的驱动晶体管102确定。因此，能够防止发光元件104中流动的电流发生变化，而无须增大提供在电流控制晶体管103的栅与源之间的电容器105的电容，或无须减小开关晶体管101的关态电流。而且，电流控制晶体管103的栅上的寄生电容不影响发光元件104中流动的电流。结果，减少了变化的原因，并能够提高图象质量。
[实施方案模式2]
此实施方案模式所述的是本发明发光器件的一种不同于图1所示的象素构造。
图2所示的象素包含发光元件204、开关晶体管201、驱动晶体管202、电流控制晶体管203、以及用来强迫关断电流控制晶体管203的晶体管(擦除晶体管)206。此外，可以在象素中提供电容器205。
驱动晶体管202和电流控制晶体管203具有相同的导电性。在本发明中，驱动晶体管202工作于饱和区，而电流控制晶体管203工作于线性区。
驱动晶体管202的沟道长度L可以大于其沟道宽度W，而电流控制晶体管203的沟道长度L可以等于或小于其沟道宽度W。驱动晶体管202的L对W比率最好为5或以上。
要指出的是，增强型晶体管或耗尽型晶体管都可以被用作驱动晶体管202。此外，N型晶体管或P型晶体管都可以被用作开关晶体管201和擦除晶体管206。
开关晶体管201的栅被连接到第一扫描线Gaj(j＝1到y)。开关晶体管201的源或漏被连接到信号线Si(i＝1到x)，而源或漏中的另一个被连接到电流控制晶体管203的栅。擦除晶体管206的栅被连接到第二扫描线Gej(j＝1到y)。擦除晶体管206的源或漏之一被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，而另一被连接到电流控制晶体管203的栅。驱动晶体管202的栅被连接到第二电源线Wi(i＝1到x)。
根据此实施方案模式，驱动晶体管202被连接成在栅电极与布线之间具有二个接触点，并用栅电极作为部分布线。因此，减小了同一个层上第二电源线Wi(i＝1到x)与信号线Si(i＝1到x)或第一电源线平行排列处的面积。具有上述连接的晶体管减少了布线之间由制造步骤中的尘埃等造成的短路危险。
驱动晶体管202和电流控制晶体管203各被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)和发光元件104，致使来自第一电源线Vi(i＝1到x)的电流以驱动晶体管202和电流控制晶体管203的漏电流的形式被馈送到发光元件204。在此实施方案模式中，电流控制晶体管203的源被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，且驱动晶体管202的漏被连接到发光元件204的象素电极。
要指出的是，驱动晶体管202的源可以被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，且电流控制晶体管203的漏可以被连接到发光元件204的象素电极。
发光元件204包含阳极、阴极、以及插入在阳极与阴极之间的电致发光层。如图2所示，当发光元件204的阳极被连接到驱动晶体管202时，阳极是象素电极，而阴极是反电极。发光元件204的反电极和第一电源线Vi(i＝1到x)具有电位差，致使正向偏置电流被馈送到发光元件204。
电容器205二个电极之一被连接到第一电源线Vi(i＝1到x)，而另一电极被连接到电流控制晶体管203的栅。
电容器205被提供来储存开关晶体管201不被选择(关断状态)时电容器205二个电极之间的电位差。要指出的是，虽然图2示出了电容器205被提供在第一电源线Vi(i＝1到x)与电流控制晶体管203的栅之间的构造，但本发明不局限于此。电容器205可以被提供在第二电源线Wi(i＝1到x)与电流控制晶体管203的栅之间，或可以省略电容器205。
在图2中，各个驱动晶体管202和电流控制晶体管203是P型晶体管，且驱动晶体管202的漏被连接到发光元件204的阳极。同时，在各驱动晶体管202和电流控制晶体管203是N型晶体管的情况下，驱动晶体管202的源被连接到发光元件204的阴极。在此情况下，发光元件204的阴极是象素电极，而其阳极是反电极。
图2所示象素的工作可以被分成写入周期、数据保持周期、以及擦除周期。在写入周期和数据保持周期中，开关晶体管201、驱动晶体管202、以及电流控制晶体管203的工作与图1所示的相同。
在擦除周期中，第二扫描线Gej(j＝1到y)被选择来开通擦除晶体管206，第一电源线Vi(i＝1到x)的电位于是通过擦除晶体管206被馈送到电流控制晶体管203的栅。因此，电流控制晶体管203被关断，从而能够强迫发光元件204进入不被供应电流的状态。
[实施方案模式3]
本实施方案模式所述的是具有薄膜晶体管(TFT)驱动的有源矩阵象素的发光器件的构造和驱动。
图3是外部电路的方框图和平板的示意图。图3所示的有源矩阵显示器件包含外部电路3004和平板3010。外部电路3004包含A/D转换单元3001、电源单元3002、以及信号发生单元3003。A/D转换单元3001将以模拟信号形式输入的图象数据信号转换成数字信号(视频信号)，并将其馈送到信号线驱动电路3006。电源单元3002从电池或电源插座供应的功率产生具有预定电压的功率，并将产生的功率馈送到信号线驱动电路3006、扫描线驱动电路3007、发光元件3011、信号发生单元3003等。功率、图象信号、同步信号等被输入到信号发生单元3003。信号发生单元3003转换各种信号，并产生时钟信号等，用来驱动信号线驱动电路3006和扫描线驱动电路3007。
来自外部电路3004的信号和功率，通过FPC从平板3010中的FPC连接部分3005被输入到内部电路等。
平板3010包含安装FPC连接部分3005、内部电路、以及发光元件3011的衬底3008。内部电路包含信号线驱动电路3006、扫描线驱动电路3007、以及象素部分3009。虽然在图3中采用了实施方案模式1所述的象素，但本发明各个实施方案模式所述的任何一种象素构造都可以被用于象素部分3009。
象素部分3009被排列在衬底3008的中心，而信号线驱动电路3006和扫描线驱动电路3007被排列在象素部分3009外围。发光元件3011和发光元件3011的反电极被形成在象素部分3009的整个表面上。
图4是方框图，更详细地示出了信号线驱动电路3006。信号线驱动电路3006包含包括多级D触发器4001的移位寄存器4002、数据锁存电路4003、锁存电路4004、电平移位器4005、缓冲器4006等。此处假设时钟信号(S-CK)、倒相时钟信号(S-CKB)、起始脉冲(S-SP)、视频信号(DATA)、以及锁存脉冲(LatchPulse)被输入到信号线驱动电路3006。
首先，根据时钟信号、倒相时钟信号、以及起始脉冲的时刻，取样脉冲被相继从移位寄存器4002输出。此取样脉冲被输入到数据锁存电路4003，并根据此时刻，视频信号被接受从而被储存。此操作从第一列被相继执行。
当在末级数据锁存电路4003中完成视频信号的储存时，锁存脉冲在水平返回周期中被输入，且储存在数据锁存电路4003中的视频信号被立即传输到锁存电路4004。然后，在移位寄存器4005中被电平移位，并在被立即全部输出到信号线S1-Sn之前，在缓冲器4006中被调节。此时，H电平(高电平)或L电平(低电平)信号被输入到由扫描线驱动电路3007选择的行中的各个象素，从而控制发光元件3011的发光或不发光。
虽然本实施方案模式所示的有源矩阵显示器件包含各自独立制作的平板3010和外部电路3004，但也可以被集成制作在同一个衬底上。虽然发光元件被用于本实施方案模式的显示器件中，但也可以采用本实施方案模式之外的显示元件。此外，不一定要在信号线驱动电路3006中提供电平移位器4005和缓冲器4006。
[实施方案模式4]
本实施方案模式所述的是参照附图的本发明发光器件的一种模式。
图8示出了本发明的元件衬底的构造，其中，象素部分3009、扫描线驱动电路3007、信号线驱动电路3006、以及FPC连接部分(外部输入端子)3005，被排列在衬底3008上。如实施方案模式1和2所述，在象素部分3009中，多个各包括以TFT为典型的晶体管的象素3000和连接到此晶体管的象素电极3013，被提供和排列成矩阵。
根据象素电极3013的排列来形成发光元件，从而完成发光元件。
在象素部分3009中，第一扫描线5004和第二扫描线5003被平行排列，而用来传送视频信号的信号线5001和用来将电功率馈送到发光元件的第一电源线5002，沿与第一和第二扫描线5004和5003相交的方向被排列。至于第二电源线5011，驱动晶体管被连接成在栅电极与布线之间具有二个接触点，并用栅电极作为部分布线。因此，减小了同一个层上第二电源线5011与信号线5001和第一电源线5002平行排列处的面积。
通常，根据象素数目的增加，另一层上的栅电极与布线之间的接触点的数目被增加，导致另一层上的栅电极与布线之间的接触缺陷增加以及线形缺陷增加。但在本实施方案模式中，为向第二电源线5011馈送功率而提供了布线3012，且第二电源线5011借此被彼此连接在相对侧上，并通过此相对侧将来自象素部分3009外部的功率馈送到象素部分3009中的第二电源线5011，导致缺陷减少。借助于如上所述从二侧馈送功率，在仅仅在每列的一个点处具有接触缺陷的情况下，不出现线形缺陷，从而能够大幅度减少线形缺陷的出现。
图5示出了象素构造的细节，其中提供了视频信号线5001、第一电源线5002、第二电源线5011、以及排列在被第一扫描线5004和第二扫描线5003环绕的区域中的TFT。
在本实施方案模式中，视频信号线5001、第一电源线5002、以及第二电源线5011被形成在同一个导电膜上，而第一扫描线5004和第二扫描线5003被形成在同一个导电膜上。参考号5005表示开关晶体管，且部分第一扫描线5004用作其栅电极。根据此构造，能够减小同一层上平行排列布线处的面积。
参考号5006表示擦除晶体管，部分第二扫描线5003用作其栅电极。参考号5007对应于驱动晶体管，而5008对应于电流控制晶体管。驱动晶体管5007具有弯曲的有源层，致使其沟道长度L/沟道宽度W大于电流控制晶体管5008的沟道长度L/沟道宽度W。参考号5009对应于在与电致发光层或阴极(二者都未示出)重叠的区域(发光区)中发光的象素电极。
图11是沿其中半导体层10-13被形成在衬底3008上的图5的A-A’线所截取的垂直剖面图。各个半导体层最好被夹在诸如氮化硅膜和氮氧化硅膜之类的具有高气体势垒特性的无机绝缘膜之间。顶栅晶体管被用于本实施方案模式中，但也可以采用底栅晶体管。驱动晶体管的栅电极5010被连接到布线3012，以第一层间绝缘膜15插入其间。象素电极5009被连接到布线16，以第二层间绝缘膜17插入其间。
如本实施方案模式所述，驱动晶体管被连接成在栅电极与布线之间具有二个接触点，并用栅电极作为部分布线，从而减小了同一层上第二电源线与信号线和第一电源线平行排列处的面积。这导致减少了由相邻象素中布线之间的短路所造成的故障的出现。例如在其上形成信号线或电源线的层的步骤之前和之后由尘埃所引起的布线之间的短路的出现。
本发明的俯视平面图仅仅是实施方案例子，本发明不局限于此。
[实施方案模式5]
本实施方案所述的是象素的剖面结构。图9A是象素的剖面图，其中，驱动晶体管9021是P型晶体管，且从发光元件9022发射的光被传输到阳极9023侧。
在图9A中，发光元件9022的阳极9023被电连接到驱动晶体管9021，且电致发光层9024和阴极9025按此顺序被层叠在阳极9023上。熟知的材料可以被用于阴极9025，只要此材料是功函数低的光反射导电膜即可。例如，最好用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。电致发光层9024可以由单层或多层组成。在由多层构成的情况下，空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、以及电子注入层按此顺序被层叠在阳极9023上。要指出的是，不一定要提供所有的这些层。阳极9023可以由诸如ITO和掺有2-20％的氧化锌(ZnO)的氧化铟导电膜之类的透光的透明导电膜组成。
阳极9023、电致发光层9024、以及阴极9025的重叠区域相当于发光元件9022。在图9A所示象素的情况下，如空心箭头所示，从发光元件9022发射的光被传输到阳极9023侧。
图9B是象素的剖面图，其中，驱动晶体管9001是N型晶体管，且从发光元件9002发射的光被传输到阳极9005侧。在图9B中，发光元件9002的阴极9003被电连接到驱动晶体管9001，且电致发光层9004和阳极9005按此顺序被层叠在阴极9003上。熟知的材料可以被用于阴极9003，只要此材料是功函数低的光反射导电膜即可。例如，最好用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。电致发光层9004可以由单层或多层组成。在由多层构成时，电子注入层、电子输运层、发光层、空穴输运层、以及空穴注入层按此顺序被层叠在阴极9003上，要指出的是，不一定要提供所有的这些层。阳极9005可以由诸如ITO和掺有2-20％的氧化锌(ZnO)的氧化铟透明导电膜之类的透光的透明导电膜组成。
阴极9003、电致发光层9004、以及阳极9005的重叠区域相当于发光元件9002。在图9B所示象素的情况下，如空心箭头所示，从发光元件9002发射的光被传输到阳极9005侧。
要指出的是，虽然在本实施方案中，驱动晶体管被电连接到发光元件，但电流控制晶体管可以被插入在驱动晶体管与发光元件之间。
[实施方案模式6]
参照图10A和10B所述的是采用本发明象素构造的驱动时刻的例子。
图10A示出了采用数字时间灰度方法来显示4位灰度的例子。保持周期Ts1-Ts4的时间长度的比率被设定为Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4＝2³∶2²∶2¹∶2⁰＝8∶4∶2∶1。
接着描述操作。首先，在写入周期Tb1中，从第一行相继选择第一扫描线，从而开通开关晶体管。接着，视频信号从信号线被输入到各个象素，根据视频信号的电位而控制各个象素的发光或不发光。一旦在行中完成了视频信号的写入，此行就立即进行到数据保持周期Ts1。相同的操作一直进行到最后行，于是完成了周期Ta1。随后，从其中已经完成了数据保持周期Ts1的行相继开始写入周期Tb2。
在具有短于写入周期的数据保持周期的子帧周期(此处对应于第四子帧周期)中，擦除晶体管2102被提供成下一个写入周期在数据保持周期之后不立即开始。在擦除周期中，使发光元件处于不发射的状态。
此处作为例子的是显示具有4位灰度的图象，但位和灰度的数目不局限于此。此外，不一定要按顺序从Ts1到Ts4执行光发射。也可以随机执行，或被分成多个周期。
图10B示出了写入脉冲和擦除脉冲的例子。擦除脉冲可以每行被输入，并如擦除脉冲1所示在擦除周期中由电容器之类储存，或如擦除脉冲2所示，H电平可以在擦除周期中被保持输入。图10B所示的脉冲是N型晶体管被用作开关晶体管和擦除晶体管情况下的例子。在P型晶体管被用作开关晶体管和擦除晶体管情况下，图10B所示脉冲的H电平/L电平被反转。
[实施方案模式7]
本发明的发光器件能够被用于各种电子装置的显示部分。特别是本发明的发光器件可以合乎需要地被用于要求低功耗的移动装置。
图12A和12B示出了在装配连接到外部电路的连接布线之后的根据本发明的发光器件。图12A是俯视平面图，其中，象素部分1202、信号线驱动电路1201、以及扫描线驱动电路1203被形成在第二衬底1204上。用实施方案模式1-6来形成这些电路。第二衬底1204被密封材料1205面对第一衬底1210固定。玻璃衬底(通称为非碱衬底，包含铝硅酸盐玻璃或钡硼硅酸盐玻璃)被典型地用作这些衬底，也可以采用其他塑料衬底。在采用塑料衬底的情况下，硬涂层最好被淀积在塑料衬底的表面上，或气体势垒层最好被形成在其上，以便防止吸收水汽。
图12B是沿图12中A-A’线截取的示意垂直剖面图，其中，象素部分1202和信号线驱动电路1201被形成在第一衬底1210上。在本实施方案模式中，用N型晶体管1223和P型晶体管1224来构成信号线驱动电路1201，但也可以仅仅用N型晶体管或P型晶体管来构成。此外，虽然所有的电路元件和象素部分1202可以被集成制作，但仅仅诸如移位寄存器之类的信号选择电路可以被集成制作，而其它可以用外部IC芯片来安装。
象素部分1202包含开关晶体管1211和驱动晶体管1212，而其它的晶体管在图12A和12B中被省略。但实施方案模式1-6所示的晶体管被排列在象素部分1202中。
连接到驱动晶体管1212的发光元件1218，由第一电极1213、第二电极1216、以及包含有机化合物且插入其间的发光层1215构成。发光元件1218被形成在晶体管上，以层间绝缘膜插入其间。当透光电极被用于发光元件1218的第一电极1213或第二电极1216时，发光器件能够将光发射到第一衬底1210侧或第二衬底1204侧。而且，当透光电极被用于二个电极时，发光器件能够将发光元件的光发射到二侧，亦即能够实现双侧发射的显示器件。
钝化层1208被形成在发光元件1218上，且第二衬底1204被密封树脂1230固定其上。为了更牢固的密封，可以在衬底外围用密封材料1205形成密封图形。在对外部电路的连接部分中，连接布线1228被从驱动电路侧引出，并在第一衬底1210端部处用各向异性导电材料固定到柔性印刷电路(FPC 1209)。以这种方式来提供模块。
其中安装了这种模块的电子装置包括便携式信息终端(移动电话、移动计算机、便携式游戏机、电子记事本等)、摄象机、数码相机、风镜式显示器、显示器、导航系统等。图6A-6D示出了这些电子装置的具体例子。
图6A示出了一种监视器件，它包括机箱6001、声音输出部分6002、显示部分6003等。本发明的模块能够被安装作为显示部分6003以完成此监视器件。此监视器件包括个人计算机、电视广播接收、广告显示器之类的所有信息显示器件。
图6B示出了一种移动计算机，它包括主体6101、光笔6102、显示部分6103、操作按钮6104、外部接口6105等。本发明的模块能够被安装作为显示部分6103以完成此移动计算机。
图6C示出了一种游戏机，它包括主体6201、显示部分6202、操作按钮6203等。本发明的模块能够被安装作为显示部分6202以完成此游戏机。
图6D示出了一种移动电话，它包括主体6301、声音输出部分6302、声音输入部分6303、显示部分6304、操作开关6305、天线6306等。本发明的模块能够被安装作为显示部分6304以完成此移动电话。
如上所述，本发明显示器件的应用范围是如此的广阔，以至于能够被应用于各种领域的电子装置。
能够防止发光元件中流动的电流被改变，而无须增大提供在电流控制晶体管的栅与源之间的电容器的电容，或无须降低开关晶体管的关态电流。而且，电流控制晶体管栅上的寄生电容不影响发光元件中流动的电流。结果，减少了变化的原因，从而明显地提高了图象质量。由于无须降低开关晶体管的关态电流，故能够简化晶体管的制造步骤，导致成本降低和成品率改善。
根据本发明，多个接触点被形成在栅电极上，以便用栅作为部分布线，并利用另一布线层将栅电极连接成能够减小同一层上布线被平行排列处的面积。具有这种布线结构的晶体管导致制造步骤中由尘埃等造成的布线缺陷的出现减少。