专利名称：电光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在底板上制备EL元件而制成的EL(场致发光)显示装置(一种电光装置)。更具体地说，本发明涉及利用半导体元件(一种使用半导体薄膜的元件)的EL显示装置。此外，本发明涉及一种在其显示部分中利用EL显示装置的电子装置。
背景技术：
近年来，用于在底板上形成TFT的技术有了大的改进，并且其在有源阵列型显示装置中的应用不断发展。特别是，利用多硅膜的TFT具有比在利用常规的无定形硅膜的TFT中可获得的场效应迁移率较高的场效应迁移率，借以使TFT可以在较高的操作速度下运行。因此，在底板外部的驱动电路上进行的象素控制可以在作为象素被在同一底板上形成的驱动电路上进行。
通过在同一底板上制备各种电路和元件，这种有源阵列型显示装置可以获得许多优点，例如降低制造成本，减少显示装置的尺寸，提高产量，减少数据处理量等。
此外，对于具有EL显示装置作为自发光元件的有源阵列型EL显示装置的研究正在蓬勃发展。EL显示装置被称为有机EL显示装置(OELD)或者有机发光二极管(OLED)。
EL显示装置是自发光型的，其和液晶显示装置不同。EL元件被以这样的方式构成，其中EL层被夹在一对电极之间。不过，EL层一般具有多层结构。一般地说，由Eastman Kodak公司的Tang等人提出“正空穴输送层/发光层/电子输送层”的多层结构可以作为一种典型的结构。这种结构具有极高的发光效率，因而，正在进行研究和研制的几乎所有的EL显示装置都使用这种结构。
此外，也可以使用这样的结构，例如可以按照顺序在象素电极上形成正空穴注入层/正空穴输送层/发光层/电子输送层，或者按照顺序在象素电极上形成正空穴注入层/正空穴输送层/发光层/电子输送层/电子注入层。荧光色素或其类似物可以被掺杂在发光层中。
在本说明中，所有被提供在一对电极之间的层被统称为EL层。因而，正空穴注入层，正空穴输送层，发光层，电子输送层，电子注入层或其类似物都被包括在EL层中。
然后，一个预定的电压从一对电极被加于具有上述结构的EL层上，使得在光发射层中发生载流子的重新组合，因而发光。附带说明，在本说明中，使EL元件发光这个事实被表述为EL元件被驱动。此外，在本说明中，由阳极，EL层和阴极制成的发光元件被称为EL元件。
作为驱动EL显示装置的一种方法，可以给出一种模拟驱动方法(模拟驱动)。使用图18和19说明一种模拟驱动的EL显示装置。
模拟驱动的EL显示装置的象素部分的结构如图18所示。用于输入门信号的Y个门信号线(G1-Gy)和象素的开关TFT1801的控制极相连。每个象素的开关TFT的源极区域和漏极区域中的一个和X条源信号线(也叫数据信号线)(S1-Sx)相连，而另一个和每个象素的EL驱动TFT1804的控制极以及电容器1808相连。
被包括在每个象素中的EL驱动TFT1804的源极区域和漏极区域中的一个和电源线(V1-Vx)相连，而另一个和EL元件1806相连。电源线(V1-Vx)的电位被叫做电源电位。注意，电源线(V1-Vx)和被包括在每个象素中的电容器1808相连。
EL元件1806包括阳极，阴极和被提供在阳极和阴极之间的EL层。在阳极和EL驱动TFT1804的源极区域或漏极区域相连的情况下，即在阳极是象素电极的情况下，作为相反电极的阴极被保持在恒定的电位。与此相反，在阴极和EL驱动TFT1804的源极区域或漏极区域相连的情况下，即在阴极是象素电极的情况下，作为相反电极的阳极被保持在恒定的电位。
相反电极一般被保持在恒定电位，并且在本发明中，相反电极的电位叫做稳态电位。注意对相反电极给予稳态电位的电源叫做稳态电源。相反电极的稳态电位和象素电极的电源电位之间的电位差是EL驱动电压，并且EL驱动电压被施加于EL层上。
利用模拟方法驱动EL显示装置的定时图如图19所示。一个门信号线被选择的时间间隔叫做一个行周期(L)。此外，直到完成所有门信号线(G1-Gy)的选择的时间间隔叫做一个帧周期(F)。对于图18所示得到情况共有y个门信号线，因此在一个帧周期期间有y个(L1-Ly)行周期。
注意在EL显示装置中在一秒期间有60个或更多的帧周期。换句话说，在一秒期间有60个或更多的图象被显示，如果在一秒期间显示的图象数低于60，则图象闪烁的问题开始变得严重。
在一个帧周期期间行周期的数量随着灰度的增加而增加，因而驱动电路必须以高频操作。
首先，电源线(V1-Vx)被维持在截止电源电位。注意在模拟驱动方法中的截止电源电位是处于使EL元件不发光的范围，并和稳态电位具有相同的强度。注意截止电源电位和稳态电位之间的电位差叫做截止EL驱动电压。在理想情况下，最好截止EL驱动电压是0V，不过，只要使得EL元件1806不发光便是可以接受的。
在第一个行周期L1门信号被输入到门信号线G1。然后模拟视频信号被依次输入到源信号线(S1-Sx)。因此开关TFT(1，1)导通(on)，因而被输入到源信号线S1的模拟视频信号通过开关TFT(1，1)被输入到EL驱动TFT(1，1)的控制极。
然后，电源线V1的电位从截止电源电位变为饱和电源电位。注意，在本说明中，饱和电源电位指的是这样一个电位，其和稳态电位之间具有一个能够使EL元件发光的电位差。注意，这个电位差也叫做饱和电源电压。
当模拟视频信号被输入到EL驱动TFT的控制极并且源极和漏极中的一个被保持在饱和电源电位时，则另一个处于导通电源电位。注意在导通EL驱动电位和稳态电位之间的差被叫做导通EL驱动电压。此外，在本说明中，导通EL驱动电压和截止EL驱动电压被统称为EL驱动电压。
当导通EL驱动电压被加于EL元件上时，象素进行显示。流过EL驱动TFT的沟道形成区域的电流的数量由输入到EL驱动TFT的控制极的模拟视频信号的电压的数量控制。因此导通EL驱动电位的大小由施加于EL驱动TFT(1，1)的控制极上的模拟视频信号控制。因而，施加于EL元件上的导通EL驱动电压值也由施加于EL驱动TFT(1，1)的控制极上的模拟视频信号控制。
接着，模拟视频信号被同样地施加于源信号线S2，因而开关TFT(2，1)导通。因此，被输入到源信号线S2的模拟视频信号通过开关TFT(2，1)被输入到EL驱动TFT(2，1)的控制极。
因此EL驱动TFT(2，1)处于导通状态。然后，电源线V2的电位从截止电源电位改变为饱和电源电位。因此，导通驱动电压被施加到EL元件上，因而进行象素显示，所述导通驱动电压的大小被提供给EL驱动TFT(2，1)的控制极的模拟视频信号控制。
当重复上述操作并完成对源信号线(S1-Sx)的模拟视频信号的输入时，则完成第一行周期(L1)。然后，开始第二个行周期(L2)，因而门信号被输入给门信号线G2。然后，以和第一行周期(L1)相同的方式，按照顺序把模拟视频信号输入到源信号线(S1-Sx)。
模拟视频信号被输入到源信号线S1。开关TFT(1，2)是导通的，因此被输入到源信号线S1的模拟视频信号通过开关TFT(1，2)被输入到EL驱动TFT(1，2)的控制极。
因此，EL驱动TFT(1，2)导通。然后，电源线V1的电位从截止电源电位改变为饱和电源电位。因此，导通驱动电压被施加到EL元件上，因而进行象素显示，所述导通驱动电压的大小被提供给EL驱动TFT(2，1)的控制极的模拟视频信号控制。
当重复上述操作并完成对源信号线(S1-Sx)的模拟视频信号的输入时，则完成第二行周期(L2)。然后，开始第三个行周期(L3)，门信号被输入给门信号线G3。
然后，按照顺序重复上述操作，把门信号完全输入到门信号线(G1-Gy)，这样，便完成了所有的行周期(L1-Ly)。当所有的行周期(L1-Ly)被完成时，便完成了一个帧周期。在一个帧周期期间，所有的象素进行显示，因而形成一个图象。
因而，由EL元件发出的光的数量按照模拟视频信号被控制，并且通过控制发出的光的数量进行灰度显示，这种方法是一种被称为模拟驱动的方法，其中通过改变信号的幅值进行灰度显示。
下面使用图3A和图3B详细说明通过EL驱动TFT的控制极电压控制施加于EL元件的电流数量的状态。
图3A是EL驱动TFT的晶体管特性曲线，标号401叫做Id-Vg特性(也叫Id-Vg曲线)。其中Id是漏极电流，Vg是控制极电压。由所示的曲线可以求出对于任意控制极电压的电流。
由虚线402表示的Id-Vg特性通常在驱动EL元件时使用。图3B示出了由虚线402包围的区域的放大图。
图3B中的阴影区域叫做子门限区域。实际上，这表示在门限电压(Vth)附近或在其以下的控制极电压，在这一区域内，漏极电流相对于控制极电压按照指数规律变化。通过利用这个区域进行电流控制。
开关TFT导通时，输入到象素内的模拟视频信号成为EL驱动TFT的控制极电压。此时，控制极电压和漏极电流按照图3A所示的Id-Vg特性线性地改变。换句话说，漏极区域电位(导通EL驱动电位)按照输入到EL驱动TFT的控制极的模拟视频信号的电压被确定，在EL元件中流过预定的漏极电流，因EL元件发光，其数量相应于所述电流的数量。
因而EL元件发出的光的数量按照视频信号被控制，并通过控制发出的光的数量进行灰度显示。
不过，上述模拟驱动的缺点在于，其相对于TFT特性的改变极弱。例如，假定一个开关TFT的Id-Vg特性和显示相同灰度的相邻象素的开关TFT的特性不同(在全部正偏移或负偏移的情况下)。
在这种情况下，每个开关TFT的漏极电流根据改变的程度而不同，因而不同的控制极电压被施加于每个象素的EL驱动TFT上。换句话说，在每个EL元件中流过不同的电流，结果，发出的光的数量不同，因而不能进行相同的灰度显示。
此外，即使假定相等的控制极电压施加于每个象素的EL驱动TFT上，如果在EL驱动TFT的Id-Vg特性中具有离差，则不能输出相同的漏极电流。此外，由图3A可以清楚地看出，被使用的区域是一个漏极电流相对于控制极电压呈指数变化的区域，因而即使Id-Vg特性有一个微小的偏差，即使在相等的控制极电压下，也能产生大的输出电流的偏差。如果这种情况发生，即使输入相同的电压信号，由附近象素中的EL元件发出的光的数量也会由于Id-Vg特性的微小偏差而具有大的偏差。
实际上，在开关TFT和EL驱动TFT的改变之间具有倍增的效果，因此在调节方面就更加困难。因而模拟驱动相对于TFT特性的离差非常敏感，因而干扰常规的有源阵列型EL显示装置的多彩色显示。
本发明便是根据上述问题作出的，其目的在于提供一种能够进行清楚的多灰度显示的有源阵列型EL显示装置。此外，本发明的另一个目的在于提供一种高性能的电子装置，其中装有有源阵列型EL显示装置作为显示装置。
发明内容
本发明的申请人考虑到上述的模拟驱动的问题是由于这样的事实而产生的，即，EL元件中的电流的数量通过使用子门限区域被控制，其中因为漏极电流随控制极电压的变化而发生指数地变化，使得Id-Vg特性的不一致性的影响容易起作用。
即，当Id-Vg特性不一致时，在子门限区域内，漏极电流随控制极电压的改变发生指数地改变，因此，即使施加相等的控制极电压，也会输出不同的漏极电流。结果，便产生了不能获得所需的灰度显示的缺点。
因此，本发明的申请人考虑不利用子门限区域进行电流的控制，而主要进行EL元件发光的时间的数量的控制来进行EL元件的发出的光的数量的控制。简明地说，利用本发明，通过利用时间控制EL元件发出的光的数量来进行灰度显示。通过控制EL元件发光的时间的数量来进行灰度显示的方法叫做时间分割驱动方法(以后叫做数字驱动)。注意，由时间分割驱动方法进行的灰度显示被称为时分灰度显示。
通过使用上述的结构，即使在TFT的Id-Vg特性具有小的改变，也可以抑制当施加相等的控制极电压时而发生的输出电流数量的改变。因此，可以消除由于Id-Vg特性的不同，使得即使在输入相同的电压信号时，相邻象素的EL元件发出的光的数量具有很大不同的情况。
下面说明本发明的构成。
按照本发明，提供一种包括多个EL元件和具有多个EL元件的象素的电光装置，其中通过控制在一个帧周期期间EL元件发光的时间间隔和EL元件发出的光的亮度来进行灰度显示。
按照本发明，提供一种包括多个EL元件和具有多个EL元件的多个象素的电光装置，其中一个帧周期包括n个子帧周期SF1，SF2，...SFn，所述n个子帧周期SF1，SF2，...SFn分别具有寻址周期Ta1，Ta2，...，Tan，和维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn，在寻址周期Ta1，Ta2，...，Tan对所有的多个象素输入数字数据信号，在维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn期间，按照数字数据信号选择多个EL元件发光或不发光，在维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn当中，在至少一个维持周期Tsp(其中p是大于或等于1并且小于或等于n的自然数)期间由EL元件发出的光的亮度是由EL元件在除去维持周期Tsp的任意的维持周期Tsq(其中q是大于或等于1并且小于或等于n的自然数，除去p之外)期间发出的光的亮度的1/m(其中m是正数)，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m(其中T是正的常数)，并且维持周期Tsq的长度被表示为2-(q-1)T。
按照本发明，其特征在于，多个EL元件每个具有第一电极，第二电极和在第一电极与第二电极之间形成的EL层，并且EL层含有低分子量有机材料或有机聚合物材料。
按照本发明，提供一种包括多个EL元件和具有多个EL元件的多个象素的电光装置，其中一个帧周期包括n个子帧周期SF1，SF2，...SFn，所述n个子帧周期SF1，SF2，...SFn分别具有寻址周期Ta1，Ta2，...，Tan，和维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn，在寻址周期Ta1，Ta2，...，Tan对所有的多个象素输入数字数据信号，在维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn期间，按照数字数据信号选择多个EL元件发光或不发光，在维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn当中，在至少一个维持周期Tsp(其中p是大于或等于1并且小于或等于n的自然数)期间由EL元件发出的光的亮度是由EL元件在除去维持周期Tsp的任意的维持周期Tsq(其中q是大于或等于1并且小于或等于n的自然数，除去p之外)期间发出的光的亮度的1/m(其中m是正数)，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m(其中T是正的常数)，维持周期Tsq的长度被表示为2-(q-1)Tm，多个EL元件每个具有第一电极，第二电极和在第一电极与第二电极之间形成的EL层，并且由EL元件发出的光的亮度由施加在第一电极和第二电极之间的导通EL驱动电压控制。
按照本发明，其特征在于，EL层含有低分子量有机材料或有机聚合物材料。
按照本发明，其特征在于，低分子量有机材料由Alq3(3-(8-羟基喹啉脂)铝)(tris-8-quinolinolate-aluminum complex)或TPD(三苯胺的电介质)(triphenylamine dielectric)制成。
按照本发明，其特征在于，有机聚合物材料由PPV(poly-paraphenylene vynylene)，PVK(polyvinyl-carbazole)或聚碳酸酯制成。
按照本发明，一个帧周期可以等于或小于1/60秒。
按照本发明，其特征在于，所述电光装置具有用于存储校正数据的存储器电路，以便对显示进行校正，并且由存储器电路校正的数字视频信号被输入给源信号侧驱动电路。
本发明可以是使用所述电光装置的计算机、视频摄像机或DVD播放器。
在附图中图1是按照本发明的EL显示装置的象素部分的电路图；图2是按照本发明的数字时分灰度显示的定时图；图3A和3B是表示EL驱动TFT的晶体管特性的曲线；图4A和4B表示按照本发明的EL显示装置的电路结构；图5表示本发明的EL显示装置的截面结构的示意图；图6是本发明的数字时分灰度显示的定时图；图7A-7E表示制造本发明的EL显示装置的过程；图8A-8D表示制造本发明的EL显示装置的过程；图9A-9D表示制造本发明的EL显示装置的过程；图10A-10D表示制造本发明的EL显示装置的过程；图11是本发明的EL显示装置的透视图；图12A和12B分别是本发明的EL显示装置的顶视图和截面图；图13A，13B是按照本发明的EL显示装置的象素部分的电路图；图14A，14B是按照本发明的EL显示装置的象素部分的电路图；图15A，15B是按照本发明的EL显示装置的象素部分的电路图；图16A，16B是按照本发明的EL显示装置的象素部分的电路图；图17A-17E是使用本发明的EL显示装置的电子设备；图18是模拟型的EL显示装置的象素部分的电路图；图19是模拟型EL显示装置的定时图；图20是表示补偿前视频信号和补偿后视频信号之间的关系的曲线；图21A和21B是在本发明的EL显示装置中使用的补偿系统；以及图22是表示补偿前视频信号和补偿后视频信号之间的关系的图。
具体实施例方式
下面使用图1和图2说明本发明的数字时分灰度显示。其中将解释按照n位数字数据信号进行2n个灰度显示的情况。
图1表示本发明的EL显示装置的象素部分1500的结构。用于输入门信号的门信号线(G1-Gy)和每个象素的开关TFT1501的控制极相连。此外，每个象素的开关TFT1501的源极区域或漏极区域中的一个和源信号线(S1-Sy)(也叫做数据信号线)相连，用于输入数字信号，而另一个和每个象素的EL驱动TFT1504的控制极以及电容器1508相连。注意在本实施方式中的这种结构具有电容器1508，但是也可以使用不包括电容器1508的结构。本发明不受有无电容器的限制。
EL驱动TFT1504的源极区域和漏极区域中的一个和电源线相连(V1-Vx)，而另一个和EL元件1506相连。电源线(V1-Vx)的电位被称为电源电位。此外，电源线(V1-Vx)还和每个象素的电容器1508相连。注意，数字数据信号是这样一种信号，其中模拟视频信号或数字视频信号被转换成数字信号，用于进行时分灰度显示，并且其含有图象信息。
每个EL元件1506包括阳极，阴极，和被形成在阳极和阴极之间的EL层。在阳极和EL驱动TFT1504的源极区域或漏极区域相连时，即当在阳极是象素电极的情况下，阴极是相反电极。与此相反，在阴极和EL驱动TFT1504的源极区域或漏极区域相连时，即当在阴极是象素电极的情况下，阳极是相反电极。此外，在本说明中相反电极的电位被称为稳态电位。注意对相反电极给予稳态电位的电源被称为稳态电源。
相反电极的稳态电位和象素电极的电源电位之间的电位差是EL驱动电压，并且EL驱动电压被施加于EL层。电源电位通常是恒定的。
图2表示本发明的EL显示装置的数字驱动期间的定时图。首先，一个帧周期(F)被分为n个子帧周期(SF1-SFn)。注意其中象素部分中的所有象素显示一个图象的时间间隔被称为一个帧周期(F)。
在普通的EL显示装置中，在一秒期间形成60或60以上的帧周期，并且在一秒期间显示60或60以上的图象。如果在一秒期间显示的图象数低于60，则例如图象抖动的问题成为显著的。
注意，一个帧周期被进一步划分成的多个周期被称为子帧周期。随着灰度值数量的增加，一个帧周期被划分的数量也增加，因而驱动电路必须以高频驱动。
一个子帧周期被分为寻址周期(Ta)和维持周期(Ts)。寻址周期是在一个子帧周期期间对所有象素输入数字数据信号所需的时间，而维持周期(也被叫做导通周期)是指使EL元件发光的时间间隔。
SF1-SFn的寻址周期(Ta)分别是Ta1-Tan。SF1-SFn的维持周期Ts分别是Ts1到Tsn。
首先，在寻址周期，EL元件1506的相反电极被保持在和电源电位高度相同的稳态电位。在本发明的本实施方式中，在数字驱动的寻址周期中的稳态电位被叫做截止稳态电位。注意，截止稳态电位的高度可以和EL元件不发光的范围内的电源电位的高度相同。注意，在此时的EL驱动电压叫做截止EL驱动电压。在理想情况下，所需的截止EL驱动电压为0V，但是该电压可以是不致使EL元件1506发光的数量级的数值。
然后，门信号被被输入到门信号线G1，使得具有和门信号线G1相连的控制极的开关TFT1501都导通。
在具有和门信号线G1相连的开关TFT1501都导通的状态下，同时对所有的源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。数字数据信号具有“0”或“1”的信息。数字数据信号“0”或“1”中的一个具有电压Hi，而另一个具有电压Lo。
然后，被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过导通状态的开关TFT1501被输入到EL驱动TFT1504的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G1相连的电容器1508因而其电量被保存。
接着，门信号被输入到门信号线G2，因而使具有和门信号线G2相连的所有开关TFT1501都处于导通状态。然后，在具有和门信号线G2相连的开关TFT1501都导通的状态下，同时对所有源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过开关TFT1501被输入到EL驱动TFT1504的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G2相连的电容器1508，并被保存。
通过重复上述的操作直到门信号线Gy，对所有的象素都输入数字数据信号。直到数字数据信号被输入到所有象素的周期叫做寻址周期。
当完成寻址周期的同时，开始维持周期。当维持周期开始时，相反电极的电位从截止稳态电位转变为导通稳态电位。在本发明的本实施方式中，在数字驱动的维持周期中的稳态电位被叫做导通稳态电位。导通稳态电位具有一个在使EL元件发光的值和电源电位之间的电位差。注意，这个电位差叫做导通EL驱动电压。此外，注意截止稳态电位和导通稳态电位被统称为稳态电位。此外，导通EL驱动电压和截止EL驱动电压被统称为EL驱动电压。
在维持周期内，所有开关TFT1501都被设置为截止状态。此时被保存在电容器1508中的数字数据信号被输入到EL驱动TFT1504的控制极。
在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“0”时，EL驱动TFT1504被设置为截止状态。因EL元件1506的象素电极被保持在截止稳态电位。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“0”的数字数据信号的EL元件1506不发光。
在另一方面，在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“1”的情况下，EL驱动TFT1504导通。因而电源电位加于EL元件1506的象素电极。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“1”的数字数据信号的EL元件1506发光。
在完成维持周期时，再次开始寻址周期，并且在数字数据信号被输入给所有的象素时，开始维持周期。此时，周期Ts1到Ts(n-1)中任何一个成为维持周期。此处，周期Ts(n-1)使预定象素导通。
对其余的n-2个子帧周期重复类似的操作，Ts(n-2)，Ts(n-3)......Ts1依次被设置为维持周期，使得预定的象素在各个子帧内导通。
当n子帧周期完成之后，便完成了一个帧周期。
注意，在本发明中，在n个维持周期Ts1，...Tsn当中，在至少一个维持周期期间，由EL元件发出的光的亮度总是被设置为低于在其它的维持周期中由EL元件发出的光的亮度。
如果把这样一个维持周期取作Tsp(其中p是大于或等于1并且小于或等于n的任意数)在所述维持周期期间发出的光的亮度是在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，则在n个维持周期Ts1，...Tsn当中，除去维持周期Tsp的维持周期的长度被表示为2-(n-1)T，其中T是正的常数。此外，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m。注意m是大于1的正数。因此，即使在维持周期Tsp期间由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m，因此可以获得预定的灰度显示。
因而，不管把n个维持周期Ts1，...Tsn中的哪一个取作维持周期Tsp，并且不管取多少个维持周期Tsp，如果在维持周期Ts1，...，Tsn的每个期间发出的光的数量被取为Lm1，...，Lmn，则Lm1∶Lm2∶1m3∶...∶Lm(n-1)∶Lmn＝20∶2-1∶2-2∶......2-(n-2)∶2-(n-1)。注意，SF1到SFn出现的次序可以是任意的。因此，维持周期Ts1，...，Tsn出现的次序也是任意的。通过组合这些维持周期，可以在2n个灰度值当中提供所需的灰度显示。
每个象素的灰度通过在一个帧周期期间选择在哪一个子帧周期期间发光来确定。例如，在n＝8的情况下，假定具有在所有维持周期期间发出的光的象素的亮度被设为100％，则对于在Ts1和Ts2内发光的象素的情况，亮度被表示为75％。在选择Ts3，Ts5和Ts8的情况下，亮度可以被表示为16％。
利用本发明，即使TFT的Id-Vg特性发生轻微改变，当施加相等的控制极电压时，输出电流数量的不一致性可以通过上述结构被抑制。因此，可以避免即使施加相同的输入电压信号，相邻象素的EL元件发出的光的数量由于Id-Vg特性的偏离而相差太大。
此外，在维持周期Tsp中，由EL元件发光的时间的数量可以被设置为2-(p-1)T×m(其中T是正的常数)，其中由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期期间发出的光的亮度的1/m。通过使用上述结构，并通过增加图象的灰度数，位数n便成为较大的，因而，即使被表示为2-(n-1)T的维持周期的长度变得较短，由EL元件发出的光的亮度被调节为在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，维持周期的长度被设置为2-(p-1)T×m，并且还可以使其扩展。
注意，利用本发明的上述结构，电源电位总是被保持恒定，通过寻址周期和维持周期使相反电极的电位改变，截止EL驱动电压或导通EL驱动电压被施加于EL层上。不过，本发明不限于这种结构。此外，相反电极的电位可以一直保持恒定，并通过寻址周期和维持周期来改变电源电位，截止EL驱动电压或导通EL驱动电压可以被施加于EL层上。在这种情况下，EL元件的亮度的调节通过控制电源电位进行。
此外，利用本发明的上述结构，截止EL驱动电压被取为0，使EL元件不发光，但是，截止EL驱动电压也可以被设置为和导通EL驱动电压相同的电压，并且在寻址周期期间也可以发光。在这种情况下，电源电位和稳态电位总是被维持在一个固定的值。不过，在这种情况下，在子帧周期成为发光周期，并且子帧周期的长度被设置为SF1，SF2，...，SFn＝20T，2-1T，...，2-(n-1)T，并且具有1/m的亮度的子帧周期的长度被设置为2-(n-1)T×m。利用上述结构，和在寻址周期内不发光的驱动方法相比，可以获得具有高亮度的图象。
此外，在本发明的本实施方式中，说明了利用非隔行扫描进行装置驱动的情况，但是，本发明的装置也可以利用隔行扫描来驱动。
实施例下面说明本发明的实施例。
下面说明本发明的实施例1。
使用进行利用数字驱动方法进行时分灰度显示的EL显示装置的例子说明本发明的结构。图4示出了本发明的电路结构的例子。
图4A的EL显示装置具有象素部分101，被设置在象素部分101周边的源信号侧驱动电路102，和门信号侧驱动电路103，它们都由在底板上形成的TFT构成。注意，虽然在本发明的实施例1中，EL显示装置分别具有一个源信号侧驱动电路和一个门信号侧驱动电路，不过，在本发明中，也可以使用两个源信号侧驱动电路。此外也可以使用两个门信号侧驱动电路。
源信号侧驱动电路102基本上包括移位寄存器102a，锁存器(A)102b和锁存器(B)102c。此外，时钟脉冲(CK)和启动脉冲(SP)被输入移位寄存器102a，数字数据信号被输入到锁存器(A)102b，锁存信号被输入到锁存器(B)102c。
此外，虽然未示出，门信号侧驱动电路103具有移位寄存器和缓冲器。在缓冲器的输出侧可以提供一个乘法器。
被输入到象素部分101的数字数据信号由时分灰度数据信号产生电路114形成。这种电路，在把作为模拟信号或数字信号的视频信号(一种含有图象信息的信号)转换成用于进行时分灰度显示的数字数据信号的同时，还用于产生用于提供时分灰度显示所需的定时脉冲等。
一般地说，还包括用于把一个帧周期分为相应于n位灰度的多个子帧周期的装置(其中n是等于或大于2的实数)，用于在多个子帧周期中选择寻址周期和维持周期的装置，和用于设置维持周期的装置。
时分灰度数据信号产生电路114也可以被提供在按照本发明的EL显示装置的外部。在这种情况下，其成为这样一种结构，使得在此形成的数字数据信号被输入到本发明的EL显示装置。这样，利用按照本发明的EL显示装置作为显示装置的一种电子装置(EL显示装置)包括本发明的EL显示装置和时分灰度数据信号产生电路作为单独元件。
此外，本发明的EL显示装置中的时分灰度数据信号产生电路114可以以IC芯片或其类似物的形式来实施。在这种情况下，则成为这样一种结构，使得在IC芯片上形成的数字数据信号被输入到按照本发明的EL显示装置。这样，利用本发明的EL显示装置作为显示装置的一种电子装置包括本发明的EL显示装置，其中时分灰度数据信号产生电路利用IC芯片来实施。
此外，时分灰度数据信号产生电路114可以由和象素部分101、源信号侧驱动电路102和门信号侧驱动电路103在同一底板上形成的TFT构成。在这种情况下，只要包括图象信息的视频信号被输入到EL显示装置时，所有处理可以完全在底板上进行。当然，时分灰度数据信号产生电路可以由具有在本发明中用作有源层的多晶硅膜的TFT构成。在这种情况下，具有EL显示装置的电子装置中时分灰度数据信号产生电路被包括在EL显示装置本身，借以试图实现电子装置的小型化。
在象素部分101上，以阵列状态设置有多个象素104。图4B表示象素104的放大图。在图4B中，标号105代表开关TFT。开关TFT105的控制极和用于输入门信号的门信号线106相连。开关TFT105的源极区域和漏极区域中的一个和用于输入数字数据信号的源信号线107相连，而另一个和EL驱动TFT108的控制极相连以及每个象素中的电容器113相连。
此外，EL驱动TFT108的源极区域和电源线111相连，漏极区域和EL元件110相连。电源线111和电容器113相连。当开关TFT105处于未选择方式时(截止状态)，提供电容器113用于保持EL驱动TFT108的控制极电压。
EL元件110包括阳极和阴极，以及被提供在阳极和阴极之间的EL层。在阴极和EL驱动TFT110的源极区域或漏极区域相连的情况下，即在阴极是象素电极的情况下，阳极是相反电极，被保持在一个固定的电位。在另一方面，在阴极和EL驱动TFT110的源极区域或漏极区域相连，换句话说，当阴极作为象素电极时，作为相反电极的阳极被保持在固定电位。
电源线111被保持在电源电位。
注意，在EL驱动TFT108和EL元件110的源极区域或漏极区域之间也可以形成一个电阻本体。通过提供所述电阻本体，从EL驱动TFT提供给EL元件的电流的数量可以被控制，借以避免EL驱动TFT的特性差异的影响。电阻本体可以是一个具有比EL驱动TFT的导通电阻的阻值足够大的阻值的元件，因此对其结构没有限制。注意，导通电阻的阻值是指当TFT导通时流过的漏极电流除TFT的漏极电压而获得的值。所述的电阻本体的阻值可以在1kΩ到50MΩ的范围内选择(最好10kΩ到10MΩ，50kΩ到1MΩ的范围更好)。最好使用具有高阻值的半导体层作为电阻本体，因为其容易制造。
下面参看示意地表示本发明的EL显示装置的截面结构的图5。
在图5中，标号11表示底板，标号12表示作为底层的绝缘膜(以后被称为底膜)。可以使用可以透光的底板例如玻璃底板、石英底板、玻璃陶瓷底板、或晶体玻璃底板作为底板11。但是，必须耐受在制造过程中的最高的处理温度。
底膜12特别是在使用具有可移动的离子的底板或者具有导电性的底板时是特别有效的，不过在石英底板上不需要设置。含硅的绝缘膜可以用作底膜12。注意在本说明中，“含硅的绝缘膜”指的是按照预定比例在硅中添加氧或氮的绝缘膜(SiOxNyx和y是任意整数)，例如氧化硅膜、氮化硅膜或者是氮化氧化硅膜。
标号201表示开关TFT，标号202表示EL驱动TFT，开关TFT由N型沟道TFT构成，EL驱动TFT由P型沟道TFT构成。当EL发光的方向朝向底板的下表面时(在没有被提供TFT或EL层的表面下方)，上述结构是优选的。不过，在本发明中，不限于这种结构。开关TFT和EL驱动TFT两者或者其中任何一个也可以使用P型沟道TFT或N型沟道TFT。
开关TFT201包括有源层，所述有源层包括源区域13、漏区域14、LDD区域15a-15d、绝缘区域16和沟道形成区域17a和17b；控制极绝缘膜18；控制极19a和19b；第一中间层绝缘膜20；源信号线(源信号线的一部分)21以及漏极引线22。控制极绝缘膜18或第一中间层绝缘膜20对于底板上的所有的TFT可以是共用的或者根据电路或元件而可以不同。
在图5所示的开关TFT201中，控制极19a，19b电气相连，换句话说，形成所谓的双控制极结构。当然，不仅能够形成双控制极结构，而且可以形成多控制极结构，例如三控制极结构。多控制极结构指的是这样一种结构，其包括具有两个或多个相互串联的沟道形成区域的有源层。
多控制极结构对于减少截止电流是非常有效的，并且如果开关TFT的截止电流被充分地减少，则可以减少和EL驱动TFT202的控制极相连的电容器所需的电容。即，因为可以减少电容器占据的面积，所以多控制极结构对于增加EL元件的有效发光面积是有效的。
在开关TFT 201中，LDD区域15a-15d被不和控制极19a和19b重叠地设置，其间具有控制极绝缘膜18。这种结构对于减少截止电流值是非常有效的。LDD区域15a-15d的长度(宽度)是0.5-3.5mm，一般为2.0-2.5mm。
更希望在沟道形成区域和LDD区域之间形成一个偏置区域(即由具有和沟道形成区域相同成分的半导体层构成的区域，对其不施加控制极电压)，以便减少截止电流。在具有两个或多个控制极的多控制极结构中，在沟道形成区域之间形成的绝缘区域16(即添加的杂质元素以及浓度和源极区域或漏极区域相同的区域)，对于减少截止电流值是有效的。
EL驱动TFT 202包括具有源极区域26、漏极区域27和沟道形成区域29的有源层，控制极绝缘膜18，控制极30，第一中间层绝缘膜20，源极引线31，和漏极引线32。EL驱动TFT 202是P型沟道TFT。
开关TFT201的漏极区域14和EL驱动TFT202的控制极30相连。更具体地说，EL驱动TFT 202的控制极30通过漏极引线22(可以叫作连接引线)和开关TFT 201的漏极区域14电气相连，但是图中未示出。虽然在本实施例中控制极30是单控制极结构，但是也可以使用多控制极结构。EL驱动TFT的源信号线31和电流输入线(未示出)相连。
EL驱动TFT202是用于控制被施加于EL元件的电流值的元件，并且可以流过相对大的电流。因此，最好是，沟道宽度(W)被设计得大于开关TFT的沟道宽度。此外，最好是把沟道长度(L)设计得如此之长，使得不会通过EL驱动TFT202流过过大的电流。一个希望的值是每个象素的电流为0.5-2mA(最好是1-1.5mA)。
从阻止EL驱动TFT的劣化的观点看来，加厚EL驱动TFT202的有源层(特别是沟道形成区域)的膜的厚度也是有效的(最好50-100nm，更好为60-80nm)。在另一方面，从减少开关TFT201的截止电流的观点看来，使有源层(特别是沟道形成区域)的膜厚变薄也是有效的(最好20-50nm，25-40nm更好)。
上面说明了在象素中形成的TFT的结构。在这种结构中，同时也形成驱动器电路。CMOS电路是形成图5所示的驱动器电路的基本单元。
在图5中，TFT具有这样一种结构，其能够减少热载流子的注入而不过多地减少操作速度，这种TFT被用作CMOS电路的N型沟道TFT204。此处所述的驱动器电路是源信号侧驱动电路和门信号侧驱动电路。当然也可以形成其它的逻辑电路(电平变换器，A/D转换器，信号分配电路等)。
CMOS电路的N型沟道TFT204的有源层包括源极区域35，漏极区域36，LDD区域37和沟道形成区域38。LDD区域37和控制极39重叠，使得控制极绝缘膜18置于其间。
只在漏极区域侧形成LDD区域的原因是为了不降低操作速度。在这种n沟道TFT 204中，不需要担心截止电流值太大，应当关注的是操作速度。因而，需要使LDD区域37和控制极完全重叠，以便把电阻分量减到最小。即，应当忽略所谓的偏移。
在CMOS电路的p型TFT 20中，不需要专门提供LDD区域，由于热载体的注入而引起的劣化完全可以忽略。因此，有源层包括源极区域40，漏极区域41，和勾道形成区域42。控制极绝缘膜18和控制极43被设置在其上。当然。也可以设置和n沟道TFT 204一样的LDD区域来阻止热载体的注入。
N型沟道TFT204和P型沟道TFT205被第一中间层绝缘膜20覆盖，并形成源极引线44，45(源极信号引线的一部分)N型沟道TFT 204和P型沟道TFT 205的漏极区域。通过漏极引线46电气相连。
标号47表示第一钝化膜。其膜厚可以是10nm-1mm(200-500nm最好)。可以使用含有硅的绝缘膜(尤其是氮化氧化硅膜或氮化硅膜最好)作为其材料。其具有保护被形成的TFT免受碱金属和水的影响的作用。在最后被设置在TFT上方(特别是EL驱动TFT)的EL层中含有碱金属例如钠。换句话说，第一钝化膜47也作为保护膜，使得碱金属(易动的离子)不会进入TFT侧。
标号48是第二中间层绝缘膜，并作为拉平膜用于矫平由TFT形成的高度差。最好是利用有机树脂膜例如聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸树脂或BCB(苯环丁烯)作为第二中间层绝缘膜48。这些有机树脂膜的优点在于，其能够容易形成具有良好平整度的平面，而且介电常数低。最好借助于第二中间层绝缘膜48完全吸收由TFT形成的高度差，因为EL层对于粗糙度非常敏感。此外，最好形成厚的低介电常数的材料膜，以便减少在门信号线或数据信号线和EL元件的阴极之间的寄生电容。因此，合适的厚度为0.5-5mm(更好为1.5-2.5mm)。
标号49是象素电极(EL元件的阳极)，其由透明的导电膜制成。在第二中间层绝缘膜48和第一钝化膜47中制成接触孔(开孔)之后，通过所述的孔使该电极和EL驱动TFT202的漏极引线32相连。当象素电极49和漏极27被设置不直接连接时，如图5所示，可以阻止EL层的碱金属通过象素电极进入有源层。
厚度为0.3-1mm的第三中间层绝缘膜50被设置在象素电极49上。膜50由氧化硅膜、氮化氧化硅膜、或有机树脂膜制成。利用刻蚀使第三中间层绝缘膜50在象素电极90上形成开孔，并且把开孔的边缘通过刻蚀而成为锥形。最好是，锥形的角度为10-60度(最好30-50度)。
在第三中间层绝缘膜50上形成EL层51。EL层51可以呈单层结构或多层结构。多层结构在发光效率上是有利的。一般地说，正空穴注入层/正空穴输入层/发光层/电子输送层按照这个顺序被形成在象素电极上。此外，也可以使用其顺序为正空穴输入层/发光层/电子输送层或者顺序为正空穴注入层/正空穴输送层/发光层/电子输送层/电子注入层的结构。在本发明中，可以使用任何已知的结构，并且在EL层内可以掺杂荧光彩色物质等。
例如，可以使用下面的美国专利或专利公开中所述的材料美国专利4356429，4539507，4720432，4769292，4885211，4950950，5059861，5047687，5073446，5061617，5151629，5294869，5294870，以及日本专利公开1998，189525，1996，241048，1996，78159。
EL显示装置大致具有4种彩色显示方法形成相应于红绿蓝的3种EL元件的方法，发白光的EL元件和彩色滤光器组合的方法，发蓝或蓝绿光的EL元件和荧光物质(荧光彩色转换层CCM)组合的方法，以及使相应于RGB的EL元件叠置并同时用透明电极作为阴极(相反电极)的方法。
图5的结构是使用形成相应于红绿蓝的3种EL元件的方法的例子。图5中只示出了一个象素。实际上，具有相同结构形成相应于红绿蓝每种颜色的象素，从而可以进行彩色显示。
本发明不论使用哪一种发光方法都能实施，因而可以使用4种方法。不过，因为荧光物质的响应速度比EL的响应速度慢，并且有后发光问题发生，所以最好不使用利用荧光物质的方法。此外，可以说，如果可能，也不要使用引起亮度降低的彩色滤光器。
EL元件的阴极52被设置在EL层51上。一种含有Mg，Li，或Ca的低逸出功的材料作为阴极52的材料。最好是，使用由MgAg(Mg∶Ag＝10∶1)制成的电极。此外，可以使用MgAgAl电极，LiAl电极，和LiFAl电极也可以使用。
在本说明中，由象素电极(阳极)、EL层和阴极构成的发光元件被称为EL元件206。
需要由每个象素单独地形成由EL层51和阴极52构成的层叠本体。然而，EL层51对水十分弱，因而不能使用常规的光刻技术。因此，最好使用物理掩模材料，例如金属掩模，并按照汽相方法例如真空淀积法、溅射法或等离子体CVD法使其选择地被形成。
也可以使用喷墨方法，丝网印刷方法，旋转涂覆方法等等，作为选择地形成EL层的方法。不过，这些方法在目前不能连续地形成阴极，因此可以说，最好使用除去喷墨方法的上述方法。
标号35是保护电极。其保护阴极52免受外部水等的影响，同时，用于连接每个象素的阴极52。对于保护电极53最好使用低电阻的材料，包括铝(Al)，铜(Cu)或银(Ag)。由保护电极53可以期望获得降低EL层的发热的冷却效果。在形成上述的阴极52之后，不暴露于空气而继续形成保护电极53也是有效的。
标号54是第二钝化膜，最好其厚度为10nm-1mm(200-500nm最好)。设置第二钝化膜的主要目的是保护EL层51免受水的影响。还可以有效地冷却EL层。不过，如上所述，EL层对热很弱，因而应当在低温下形成膜(最好由室温到120℃)。因此，可以说，优选的膜形成方法是等离子体CVD方法，溅射法，真空淀积法，离子涂镀法或溶液涂覆法(旋转涂覆法)。
显然，图5所示的所有TFT都具有在本发明中用作有源层的多晶硅膜。
因此，本发明不限于图5所示的EL显示装置的结构。图5的结构只是用于实施本发明的优选的形式之一。
下面使用图6说明本发明的数字时分灰度显示方法。此处说明按照4位数字数据信号进行24个灰度显示的情况。
本发明的EL显示装置的象素部分的结构和图1所示的相同。用于输入门信号的门信号线(G1-Gy)和每个象素的开关TFT的控制极相连。此外，每个象素的开关TFT的源极区域或漏极区域中的一个和源信号线(S1-Sx)(也叫做数据信号线)相连，用于输入数字信号，而另一个和每个象素的EL驱动TFT的控制极以及电容器相连。注意在实施例2中的这种结构具有电容器，但是也可以使用不包括电容器的结构。本发明不受有无电容器的限制。
EL驱动TFT的源极区域和漏极区域中的一个和电源线相连(V1-Vx)，而另一个和EL元件相连。电源线(V1-Vx)的电位被称为电源电位。此外，电源线(V1-Vx)还和每个象素的电容器相连。
每个EL元件包括阳极，阴极，和被形成在阳极和阴极之间的EL层。在阳极和EL驱动TFT的源极区域或漏极区域相连时，即当在阳极是象素电极的情况下，阴极是相反电极。与此相反，在阴极和EL驱动TFT的源极区域或漏极区域相连时，即当在阴极是象素电极的情况下，阳极是相反电极。此外，在本说明中相反电极的电位被称为稳态电位。
相反电极的稳态电位和象素电极的电源电位之间的电位差是EL驱动电压，并且EL驱动电压被施加于EL层。
图6表示本发明的EL显示装置的数字驱动的定时图。首先，一个帧周期(F)被分为4个子帧周期(SF1-SF4)。注意其中象素部分中的所有象素显示一个图象的时间间隔被称为一个帧周期(F)。
一个子帧周期被分为寻址周期(Ta)和维持周期(Ts)。寻址周期是在一个子帧周期期间对所有象素输入数字数据信号所需的时间，而维持周期(也被叫做导通周期)是指使EL元件发光的时间间隔。
SF1-SF4的寻址周期(Ta)分别是Ta1-Ta4。SF1-SF4的维持周期分别是Ts1到Ts4。
首先，在寻址周期，相反电极被保持在和电源电位高度相同的稳态电位。在本发明的本实施方式中，在数字驱动的寻址周期中的稳态电位被叫做截止稳态电位。注意，截止稳态电位的高度可以和EL元件不发光的范围内的电源电位的高度相同。注意，在此时的EL驱动电压叫做截止EL驱动电压。在理想情况下，所需的截止EL驱动电压为0V，但是该电压可以是不致使EL元件发光的数量级的数值。
然后，门信号被被输入到门信号线G1，使得具有和门信号线G1相连的控制极的开关TFT都导通。
在具有和门信号线G1相连的控制极的开关TFT都导通的状态下，同时对所有的源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。数字数据信号具有“0”或“1”的信息。数字数据信号“0”或“1”中的一个具有电压Hi，而另一个具有电压Lo。
然后，被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过导通状态的开关TFT被输入到EL驱动TFT的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G1相连的电容器因而其电量被保存。
接着，门信号被输入到门信号线G2，因而使具有和门信号线G2相连的控制极的开关TFT都处于导通状态。然后，在具有和门信号线G2相连的控制极的开关TFT都导通的状态下，同时对源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过开关TFT被输入到EL驱动TFT的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G2相连的电容器，并被保存。
通过重复上述的操作直到门信号线Gy，对所有的象素都输入数字数据信号。直到数字数据信号被输入到所有象素的周期叫做寻址周期。
当完成寻址周期的同时，开始维持周期。当维持周期开始时，相反电极的电位从截止稳态电位转变为导通稳态电位。在本发明的本实施方式中，在数字驱动的维持周期中的稳态电位被叫做导通稳态电位。导通稳态电位具有一个在使EL元件发光的值和电源电位之间的电位差。注意，这个电位差叫做导通EL驱动电压。此外，注意截止稳态电位和导通稳态电位被统称为稳态电位。此外，导通EL驱动电压和截止EL驱动电压被统称为EL驱动电压。
在维持周期内，所有开关TFT都被设置为截止状态。此时被保存在电容器中的数字数据信号被输入到EL驱动TFT的控制极。
在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“0”时，EL驱动TFT被设置为截止状态。因EL元件的象素电极被保持在截止稳态电位。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“0”的数字数据信号的EL元件不发光。
在另一方面，在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“1”的情况下，EL驱动TFT导通。因而电源电位加于EL元件的象素电极。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“1”的数字数据信号的EL元件发光。
在完成维持周期时，再次开始寻址周期，并且在数字数据信号被输入给所有的象素时，开始维持周期。此时，周期Ts1到Ts3中任何一个成为维持周期。此处，周期Ts3使预定象素导通。
对其余的2个子帧周期重复类似的操作，Ts2和Ts1依次被设置为维持周期，使得预定的象素在各个子帧内导通。
当4子帧周期完成之后，便完成了一个帧周期。
注意，在本发明中，在4个维持周期Ts1，...Ts4当中，在至少一个维持周期期间，由EL元件发出的光的亮度被设置为总是低于在其它的维持周期中由EL元件发出的光的亮度。在实施例2中，在维持周期Ts3与Ts4期间由EL元件发出的光的亮度是在维持周期Ts1和Ts2期间由EL元件发出的光的亮度的一半。换句话说，在维持周期Ts3和Ts4期间导通EL驱动电压是在其它维持周期Ts1和Ts2的期间的导通EL驱动电压的一半。
维持周期Ts1和Ts2的长度，即除去具有发出的光的亮度是Ts1和Ts2发出的光的亮度的一半的维持周期Ts3和Ts4之外的维持周期的长度，分别被表示为T和2-1T，其中T是正的常数。此外，维持周期Ts3和Ts4的长度分别被表示为2-2T×2和2-3T×2。即维持周期Ts1到Ts4的长度的比是1∶2-1∶2-1∶2-2。因此，即使在维持周期Ts3和Ts4期间由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期Ts1和Ts2中发出的光的亮度的1/2，维持周期Ts3和Ts4对所有维持周期的长度的比是发出的光的亮度不被设置为一半的情况下的两倍。因此，即使在维持周期Ts3和Ts4中EL元件发出的光的亮度是其它维持周期的一半，维持周期Ts3和Ts4的长度比被设置为两倍，可以获得所需的灰度显示。
因而，即使在维持周期Ts3和Ts4由EL元件发出的光的亮度是其它维持周期的亮度的一半，不论使维持周期Ts1到Ts4中的哪一个的亮度减少，并且也不管使亮度减少多少，并不管形成多少个低亮度的维持周期，如果在维持周期Ts1到Ts4的每个维持周期期间，由EL元件发出的光的数量被取为Lm1，...，Lm4，则Lm1∶Lm2∶lm3∶Lm4＝20∶2-1∶2-2∶2-3。注意，SF1到SF4出现的次序可以是任意的。因此，维持周期Ts1，...，Ts4出现的次序也是任意的。通过组合这些维持周期，可以在24个灰度值当中提供所需的灰度显示。
每个象素的灰度通过在一个帧周期期间选择在哪一个子帧周期期间发光来确定。例如，在n＝4的情况下，假定具有在所有维持周期期间发出的光的象素的亮度被设为100％，则对于在Ts1和Ts2内发光的象素的情况，亮度被表示为80％。在选择Ts2，Ts3和Ts4的情况下，亮度可以被表示为47％。
利用本发明，即使TFT的Id-Vg特性发生轻微改变，当施加相等的控制极电压时，输出电流数量的不一致性可以通过上述结构被抑制。因此，可以避免即使施加相同的输入电压信号，相邻象素的EL元件发出的光的数量由于Id-Vg特性的偏离而相差太大。
此外，在维持周期Tsp中，其中发出的光的亮度是在其它维持周期Ts1-Tsn期间发出的光的亮度的1/m，如果其它维持周期Ts1-Tsn的长度被取为2-(n-1)T，其中T是正的常数，则EL元件发光的时间的数量可以取为2-(p-1)T×m。按照上述结构，通过调节在维持周期Tsp由EL元件发出的光的亮度使其成为在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，和在维持周期Tsp期间发出的光的亮度不被调节为1/m时的情况相比，维持周期Tsp对所有的维持周期的长度比，可以扩展m倍。因此，按照增加的灰度数，即使位数n变得较大和维持周期的长度变得较短，通过降低由EL元件发出的光的亮度，维持周期的长度可以被扩展。
此外，在实施例2中说明的是利用非隔行扫描进行驱动的例子，但是，也可以使用隔行扫描进行驱动。
注意实施例2可以和实施例1自由组合。
在本实施例中，说明用于同时制造象素部分的TFT和象素部分周围的驱动电路部分的方法。关于驱动电路，为了便于说明，图中示出了作为基本单元的CMOS电路。
首先，制备底板501，在其表面上设置底膜(未示出)，如图7A所示。在本实施例中，厚度为200nm的氮化氧化硅膜和厚度为100nm的另一个氮化氧化硅膜被层叠在晶体玻璃上并用作底膜。此时，最好在接触晶体玻璃底板的膜中氮的浓度被保持为10-25重量％。当然，可以在石英底板上直接形成元件而不用任何底膜。
此后，通过已知的膜形成方法在底板501上形成厚度为45nm的无定形硅膜502。不必限制于无定形硅膜。而是，在本实施例中，可以使用具有无定形结构的半导体膜(包括微晶半导体膜)。其中也可以使用具有无定形结构的复合半导体膜，例如无定形硅锗膜。
关于从此处到图7C的步骤，可以完全引用由本申请人申请的日本待审专利公开1998，2477735。该专利公开中披露了一种关于使半导体膜晶体化的技术，其中使用例如Ni元素作为催化剂。
首先，形成具有开孔503a和503b的保护膜504。在本实施例中，使用厚度为150nm的氧化硅膜。通过旋转涂覆方法在保护膜504上形成含有Ni的层505。关于含有镍的层的形成，可以参考上述的专利公开。
此后，如图7B所示，在惰性气体内在570℃下进行14小时的热处理，无定形硅膜502结晶。此时，晶体化从和Ni接触的区域506a，506b(以后叫做Ni添加区域)开始和底板平行地进行。结果，形成具有晶体结构的多晶硅膜507，其中聚集着杆状的晶体并形成线。
此后，如图7C所示，属于第15族的一种元素(最好是磷)被添加到Ni添加区域506a，506b，同时剩下保护膜504作为掩模。因而形成以高的浓度添加有磷的区域508a，508b(以后叫做磷添加区域)。
此后，在惰性气体中在600℃下进行12小时的热处理，如图7C所示。通过所述热处理除去在多晶硅膜507中的Ni。并且几乎所有的Ni最后被磷添加区域508a，508b捕获，如箭头所示。据认为这是由磷引起的金属元素(在本实施例中是Ni)的聚集效应而产生的现象。
利用这种处理，在多晶硅膜509中残留的镍的浓度被减少到至少2×1017原子/cm3，这是由SIMS(二级离子质谱仪)测量的。虽然镍是半导体的致命物质，但是当其被减少到这一数量时对TFT的特性没有负面影响。此外，因为这个浓度是当前SIMS分析的测量极限，实际上，其具有更低的浓度(小于2×1017原子/cm3)。
这样可以获得被催化剂晶体化并使催化剂减少到不影响TFT的操作的多晶硅膜509。此后，通过成形处理只形成使用多晶硅膜509的有源层510-513。此时，应当通过使用上述的多晶硅膜形成在随后的成形中进行掩模对准所用的标记(图7D)。
此后，通过等离子体CVD方法形成厚度为50nm的氮化氧化硅膜，如图7E所示，然后，在氧化环境中在950℃下进行1小时的热处理和热氧化处理。氧化气体可以是氧气或者是其中加有卤素的氧气。
在这种热氧化处理中，在有源层和氮化氧化硅膜之间的界面内进行氧化，并且其厚度大约为15nm的多晶硅膜被氧化，使得形成厚度大约为30nm的氧化硅膜。即，形成厚度为80nm的控制极绝缘膜514，其中30nm的氧化硅膜和50nm的氮化氧化硅膜被层叠在一起。通过热氧化处理使有源层510-513的膜厚成为30nm。
此后，如图8A所示，形成光刻胶掩模515，通过控制极绝缘膜514的介质加入p型杂质元素(以后成为p型杂质元素)。作为p型杂质元素，一般使用第13族中的元素，例如硼或锗。这被称为沟道掺杂处理，是用于控制TFT的门限电压的一种处理。
在本实施例中，利用离子掺杂方法加入硼，其中进行等离子激发而不发生乙硼烷(B2H6)的质量分离。当然，也可以使用进行质量分离的离子植入方法。按照这个方法，形成包含浓度为1×1015-1×1018原子/cm3(最好5×1016-5×1017原子/cm3)的硼的杂质区域516-518。
此后，形成光刻胶掩模519a，519b，如图8B所示，通过控制极绝缘膜514的介质加入n型杂质元素(以后成为n型杂质元素)。作为n型杂质元素，一般使用第15族中的元素，例如磷或砷。在本实施例中，利用等离子掺杂方法，其中进行等离子激发而不发生磷化氢(PH3)的质量分离。被加入的磷的浓度为1×1018原子/cm3。当然，也可以使用进行质量分离的离子植入方法。
如此调整剂量，使得被包括在用这种方法形成的n型杂质区域520，521中的n型杂质元素的浓度为2×1016-5×1019原子/cm3(最好5×1017-5×1018原子/cm3)。
此后，进行激活添加的n型杂质元素和p型杂质元素的处理，如图8C所示。这不需要限制激活方法，不过，因为设置有控制极绝缘膜514，所以最好使用利用电热的炉子进行的的退火处理。此外，最好在尽可能高的温度下进行热处理，因为存在已经破坏有源层和在图8A的处理中作为沟道形成区域的控制极绝缘膜之间的界面的可能性。
因为在本实施例中使用加有高的热阻的晶体玻璃，所以利用800℃的热处理炉进行1小时的激活处理。可以保持一定处理温度在氧化环境中进行热氧化，或者在惰性气体中进行热处理。
这个处理净化n型杂质区域520，521的边缘，即，n型杂质区域520，521和没有添加n型杂质元素的n型杂质区域520，521周围的区域(由图8A的处理形成的p型杂质区域)之间的边界(结)。这意味着，当稍后制成TFT时，LDD区域和沟道形成区域可以形成良好的结。
此后，形成厚度为200-400nm的导电膜，并进行成形，使得形成控制极522-525。按照控制极522-525的宽度，决定每个TFT的长度。
控制极可以由单层导电膜制成，不过，在需要时最好使用多层膜例如两层膜或三层膜。已知的导电膜可以用作控制极的材料。特别是，可以使用从由具有导电性的Al，Ta，Ti，Mo，W，Cr，和Si构成的组中选择的元素制成的膜；由上述元素的氮化物制成的膜(一般为氮化钽膜，氮化钨膜，或氮化钛膜)；或上述元素组合的合金膜(一般为Mo-W合金，Mo-To合金)或者上述元素的硅化物膜(一般为硅化钨膜，硅化钛膜)。当然，这些膜可以具有单层或多层的结构。
在本实施例中，使用厚度为50nm的氮化钨(WN)的多层膜和厚度为350nm的钨(W)膜。这些膜可以通过溅射方法形成。当惰性气体Xe，Ne或其类似物作为溅射气体被加入时，可以阻止由于应力而引起的膜的剥离。
此时，如此形成控制极523和525，使得其分别和n型杂质区域520和521的一部分重叠，从而把控制极绝缘膜514夹在中间。这个重叠的部分以后成为和控制极重叠的LDD区域。按照所示的截面图，控制极524a和524b是分开的，实际上它们彼此电气相连。
此后，利用控制极522-525作为掩模以自调整的方式加入n型杂质元素(在本实施例中使用磷)，如图9A所示。此时，进行调整，使得被加入磷而形成的杂质区域527-533中磷的浓度是n型杂质区域520和521中的磷的浓度的1/2到1/10(一般为1/3到1/4之间)。特别是，最好在1×1016到5×1018原子/cm3(一般为3×1017到3×1018原子/cm3)。
此后，如图9B所示，形成光刻胶掩模534a-534d，使得盖住控制极，然后添加n型杂质元素(在本实施例中是磷)，从而形成含有高浓度的磷的杂质区域535-541。此处也使用氢化磷(PH3)进行离子掺杂，并被调节，以便在这些区域的磷的浓度为1×1020到1×1021原子/cm3(最好是2×2020到5×1021原子/cm3)通过这种处理形成n勾道TFT的源极区域或漏极区域，并且开关TFT剩下由图9A的处理形成的n型杂质区域530-532的部分。
此后，如图9C所示，除去光刻胶掩模534a-534d，并形成新的光刻胶掩模543。然后加入p型杂质元素(本实施例中使用硼)，从而形成含有高浓度的硼的杂质区域544和545。此处按照使用乙硼烷(B2H6)离子掺杂方法，加入硼而获得的浓度为3×1020到3×1021原子/cm3(一般为5×1020到1×1021原子/cm3)。
已经被添加到杂质区域544和545的磷的浓度为1×1020到1×1021原子/cm3。此处加入的硼的浓度至少是所加入的磷的3倍。因此，已经形成的n型杂质区域完全转换为p型的，因而作为p型杂质区域。
此后，如图9D所示，在除去光刻胶掩模543之后，形成第一中间层绝缘膜546。作为第一中间层绝缘膜546，使用包括硅的绝缘膜，其呈单层结构或作为单层结构的组合的多层结构的形式。最好是，膜的厚度为400nm-1.5μm。在本实施例中，使用的结构是在200nm厚的氮化硅膜上叠置800nm厚的氧化硅膜。
此后，激活被添加的各种浓度的n型或p型杂质元素。最好使用炉子退火方法作为激活方法。在本实施例中，在电炉中在550℃的氮气中进行4小时的热处理。
此外，在含有3-100％的氢的300-450℃的环境中进行1-12小时的热处理，从而进行氢化。这是一种通过利用热激活的氢使半导体膜中的悬挂键进行氢终止的处理。作为另外一种氢化方法，也可以进行等离子体氢化(使用由等离子体激活的氢)。
氢化处理可以在形成第一中间层绝缘膜546期间进行。更具体地说，可以在形成200nm厚的氧化的氮化硅膜之后进行上述的氢化处理，然后，可以形成其余的800nm厚的氧化硅膜。
此后，如图10A所示，在第一中间层绝缘膜546和控制极绝缘膜514中形成连接孔，并形成源极引线547-550和漏极引线551-553。在本实施例中，该电极由3层结构的多层膜构成，其中利用溅射方法连续形成100nm厚的钛膜、300nm厚的含有钛的铝膜、和150nm厚的钛膜。当然，也可以使用其它的导电膜。
此后，形成厚度为50-500nm(一般200-300nm)的第一钝化膜554。在本实施例中使用300nm厚的氧化氮化硅膜作为第一钝化膜554。这也可以利用氮化硅膜代替。
此时，在形成氧化氮化硅膜之前使用含有氢的例如H2或NH3等气体进行等离子体处理是有效的。用这种处理激活的氢被供给第一中间层绝缘膜546，并通过进行热处理可以改善第一钝化膜554的膜的质量。与此同时，因为对第一中间层绝缘膜546加入的氢扩散到下侧，因而有源层可以被有效地氢化。
此后，如10B所示，形成由有机树脂制成的第二中间层绝缘膜555。作为有机树脂，可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸和BCB(苯环丁烯)。特别是，因为第二中间层绝缘膜555主要用于矫平由TFT形成的高度差，所以最好使用矫平性能良好的丙烯酸。在本例中，形成厚度为2.5μm的丙烯酸膜。
此后，对第二中间层绝缘膜555和第一钝化膜553中形成到达漏极引线553的连接孔，并形成保护电极556。可以使用几乎全部用铝制成的导电膜作为保护电极556。保护电极556可以利用真空淀积方法制成。
此后，形成厚度为500nm的包括硅的绝缘膜(在本实施例中为氧化硅膜)，然后在相应于象素电极的位置形成开孔，并形成第三中间层绝缘膜557。当形成开孔时，通过使用湿刻法可以容易地形成锥形的侧壁。如果开孔的侧壁没有足够缓和的斜坡，则由于高度差引起的EL层的劣化可能导致严重的问题。
此后，形成相反电极(MgAg电极)558(EL元件的阴极)利用真空淀积法形成MgAg电极558。使它的厚度是180-300nm(一般200-250nm)。
接着，利用真空淀积法在不暴露于空气的条件下形成EL层559。EL层559的膜厚为800-200nm(一般100-120nm)，并且象素电极(阳极)560的膜厚可以是110nm。
在这种处理中，EL层和象素电极(阳极)对于相应于红绿蓝的各个象素按照顺序被形成。不过，由于EL层对溶液的耐受程度差，所以它们必须相互独立地被形成而不能使用光刻技术。因而，最好使用金属掩模盖住其余的象素而只留下所需的一个，并对于所需的象素选择地形成EL层和象素电极(阳极)。
具体地说，首先设置掩模盖住除去相应于红色象素之外的所有的象素，利用掩模选择地形成发红光的EL层和象素电极(阳极)。然后，设置掩模盖住除去相应于绿色象素之外的所有的象素，利用掩模选择地形成发绿光的EL层和象素电极(阳极)。此后，如上所述，设置掩模盖住除去相应于蓝色象素之外的所有的象素，利用掩模选择地形成发蓝光的EL层和象素电极(阳极)。在这种情况下，对于各个颜色使用不同的掩模而不用同一个掩模。最好是，在不间断真空的条件下进行这些处理，直到对于所有象素都形成EL层。
可以使用已知的材料形成EL层559。作为已知的材料，最好是考虑到驱动电压的有机材料。例如，EL层可以由4层结构构成，其中包括正空穴注入层，正空穴输送层，发光层，和电子注入层。在本实施例中，形成氧化锡铟膜作为EL层的象素电极(阳极)。可以使用对氧化铟混合2-20％的氧化锌的(ZnO)的透明的导电膜。也可以使用其它已知的材料。
在最后阶段，形成厚度为300nm的由氮化硅膜制成的第二钝化膜561。
这样，便制成了如图10C所示的结构的EL显示装置。实际上，所示的装置被利用气密性的保护膜(多层膜，紫外线固化的树脂膜等)或壳体例如陶瓷密封壳封装(密封)，使得当制成如图10C所示的产品时不暴露于空气中。在这种情况下，通过在壳体内部充以惰性气体或者放置吸湿材料(例如氧化钡)可以改善EL层的可靠性(寿命)。
本实施例可以和实施例2自由组合。
下面参照图11的透视图说明本实施例的EL显示装置的结构。
本实施例的的EL显示装置包括象素部分2202、控制极信号侧驱动电路2203、和源极侧驱动电路2204，它们都被形成在玻璃底板2201上。象素部分2202的开关TFT2205是n勾道TFT，并被设置在和控制极侧驱动电2203相连的控制极引线2206和与源极侧驱动电路2204相连的源极引线2207的交点。此外，开关TFT 2205的漏极和EL驱动TFT2208的控制极相连。
EL驱动TFT2208的源极侧和电流输入线2209相连。提供有电容器2216，其和EL驱动TFT2208的控制极以及电流输入线2209相连。在本实施例中，电源电位被附加于电流输入线2209。此外，公共电位被附加于EL元件2211的相反电极(本实施例中为阴极)上。
然后，在作为外部输入和输出端子的FPC2212上，提供用于向驱动电路传送信号的输入引线(连接引线)2213，2214，以及和电流输入线2209相连的输入-输出引线2214。
下面按照图12A和图12B说明包括壳体材料的本实施例的EL组件。注意，在需要时，将引用图11中的标号。
在玻璃底板2201上，形成有象素部分2202，控制极信号侧驱动电路2203和源极信号侧驱动电路2204。来自各个驱动电路的每种引线通过输入和输出引线2213到2215以及FPC2212和外部装置相连。
此时，底板2304被这样设置，使得至少覆盖象素部分2202，最好覆盖象素部分2202和驱动电路2203和2204。注意保护底板2304通过密封材料2305以这样的方式被固定到玻璃底板2201上，使得和玻璃底板2201一道形成封闭的空间。此时，EL元件处于被完全封闭在所述的封闭的空间中的状态下，因而完全和外部的空气隔离。由玻璃底板2201，保护底板2304和密封材料2305构成的密闭空间被称为小室2306。通过设置多个保护底板2304，可以形成多个小室2306。
保护底板2304的材料性质最好是绝缘材料例如玻璃或聚合物。例如，非晶体玻璃(硼硅酸盐玻璃，石英等)，晶体玻璃，陶瓷玻璃，有机树脂(丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂或环氧树脂等)或硅酮树脂。此外，可以使用陶瓷。此外，当密封材料2305是绝缘材料时，也可以使用金属材料例如不锈钢合金。
关于密封材料2305的性质，可以使用环氧树脂，丙烯酸树脂等。此外，也可以使用热塑树脂或光塑树脂作为黏合剂。不过，需要使用能够最大限度地阻止氧和湿气透过的材料。
最好对小室2306注入封装材料。作为封装材料，可以使用PVC(聚氯乙烯)，环氧树脂，硅树脂，PVB(聚乙烯醇缩丁醛)，EVA(乙烯乙酸乙烯酯)，丙烯酸和聚酰亚胺等。
在小室2306中填充干燥剂也是有效的。可以使用在日本专利申请公开9-148066中披露的干燥剂作为干燥剂。一般可以使用钡的氧化物。
注意，如图12B所示，象素部分具有多个象素，每个象素分别具有绝缘的EL元件。并且所有这些EL元件具有保护电极2307作为公共电极。在本实施例中所示的情况是，最好连续地形成不暴露于空气的EL层，阴极(MgAg电极)和保护电极。而如果EL层和阴极通过使用相同的掩模材料制成，并且只有保护电极可以由不同的掩模材料制成，则将利用图12B所示的结构。
此时，需要只在象素部分上提供EL层和阴极。不需要在驱动电路上设置EL层和阴极。当然，即使当在驱动电路上提供EL层和阴极时也不会发生问题。不过，考虑到EL层中包括碱金属这个事实时，最好EL层和阴极不被提供在驱动电路上。
保护电极2307通过由和象素电极相同的材料制成的连接引线2309的介质和由标号2308表示的区域中的输入输出引线2310相连。输入输出引线2310是电流输入线，其用于向保护电极2307提供EL驱动电位，并通过导电膏材料2311的介质和FPC2212相连。
注意本实施例所示的结构可以和和实施例1以及实施例2的结构自由组合。
在实施例5中，将说明按照本发明的EL显示装置的象素的结构。
在按照本发明的EL显示装置的象素部分上，多个象素被设置成阵列型的结构。图13A表示象素的电路图的一个例子。在象素1000中，提供有开关TFT1001，如图13A所示。注意，在本发明中，作为开关TFT1001，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。在图13A中，使用N型沟道TFT作为开关TFT1001。
开关TFT1001的控制极和门信号线1002相连，用于输入门信号。开关TFT1001的源极区域和漏极区域中的一个和数据信号线(也称为源信号线)1003相连，用于输入数字数据信号，而另一个和EL驱动TFT1004的控制极相连。
EL驱动TFT1004的源极区域和漏极区域中的一个和电源线1005相连，而另一个和EL元件1006相连。
EL元件1006包括阳极，阴极，和被提供在阳极和阴极之间的EL层。注意，按照本发明，在阳极是象素电极阴极是相反电极的情况下，EL驱动TFT1004的源极区域或者漏极区域和EL元件1006的阳极相连。与此相反，在阳极是相反电极而阴极是象素电极的情况下，EL驱动TFT的源极区域或漏极区域和EL元件1006的阴极相连。
注意，作为EL驱动TFT1004，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。不过，在EL元件1006的阳极是象素电极而阴极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1004是P型沟道TFT。此外，与此相反，在EL元件1006的阴极是象素电极而阳极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1004是N型沟道TFT。在图13A中，使用P型沟道TFT作为EL驱动TFT1004。EL元件1006的阴极和稳态电源1007相连。
此外，在开关TFT1001处于非选择的状态下(截止状态)，可以提供电容器用于保持EL驱动TFT1004的控制极电压。在提供有电容器的情况下，电容器被连接在开关TFT1001的不和源信号线相连的源极区域或漏极区域以及电源线1005之间。在图13A所示的电路图中，电源线1005和源信号线1003并行地设置。
此外，在EL驱动TFT1004的有源层中可以提供LDD区域，并且可以形成这样一个区域(Lov区域)，其中LDD区域和控制极通过控制极绝缘膜重叠。通过在有源层的漏极区域侧中形成Lov区域，不论EL驱动TFT1004是N型沟道TFT或者是P型沟道TFT，在EL驱动TFT1004的控制极和Lov区域之间可以形成电容，并且可以存储EL驱动TFT1004的控制极电压。具体地说，在EL驱动TFT1004是N型沟道TFT的情况下，通过在有源层的漏极区域的一侧形成Lov区域，可以使导通电流增加。
为了使用EL驱动TFT的Lov区域作为用于保存EL驱动TFT1004的控制极电压的电容器，在象素尺寸是22μm×22μm，控制极绝缘膜的厚度是800埃，以及控制极绝缘膜的相对介电常数是4.1的情况下，所需的电容值大约为19.8fF。因而，作为Lov区域的面积(通过控制极绝缘膜LDD区域和控制极重叠的面积)，大约需要66μm2。
注意，在图13A所示电路图中，或者开关TFT1001或者EL驱动TFT1004可以被制成多控制极结构(一种具有两个或多个串联连接的沟道形成区域的有源层的结构)。图14A表示一个象素的电路图，其中在图13A中所示的象素的开关TFT1001被制成多控制极结构。
提供的开关TFT1001a和开关TFT1001b串联连接。除去开关TFT1001a和开关TFT1001b之外，所示的结构和图13A所示的相同。通过把开关TFT制成多控制极结构，可以减少截止电流，并且尤其是可以不用形成电容器便可存储EL驱动TFT1004的控制极电压。因此，可以不必形成用于存储EL驱动TFT1004的控制极电压的电容器。注意，在图14A中，采用双控制极结构。不过，本发明不限于双控制极结构。可以使用任何多控制极结构。
此外，虽然没有示出，在EL驱动TFT被制成多控制极结构的情况下，可以抑制由于发热而引起的EL驱动TFT的劣化。
接着，图13B表示按照本发明的象素的电路图的另一个例子。在图13B中，在象素1100中，提供有开关TFT1101。注意，在本发明中，作为开关TFT1101，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。在图13B中，使用N型沟道TFT作为开关TFT1101。开关TFT1101的控制极和门信号线1102相连，用于输入门信号。开关TFT1101的源极区域和漏极区域中的一个和数据信号线(也称为源信号线)1103相连，用于输入数字数据信号，而另一个和EL驱动TFT1104的控制极相连。
此时，EL驱动TFT1104的源极区域和漏极区域中的一个和电源线1105相连，而另一个和EL元件1106相连。
EL元件1106包括阳极，阴极，和被提供在阳极和阴极之间的EL层。注意，在本发明中，在阳极是象素电极阴极是相反电极的情况下，EL驱动TFT1104的源极区域或者漏极区域和EL元件1106的阳极相连。与此相反，在阳极是相反电极而阴极是象素电极的情况下，EL驱动TFT1104的源极区域或漏极区域和EL元件1106的阴极相连。注意，作为EL驱动TFT1104，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。不过，在EL元件1006的阳极是象素电极而阴极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1104是P型沟道TFT。此外，与此相反，在EL元件1106的阴极是象素电极而阳极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1104是N型沟道TFT。在图13B中，P型沟道TFT用于EL驱动TFT1104。EL元件1106的阴极和稳态电源1107相连。
此外，在开关TFT1101处于非选择的状态下(截止状态)，可以提供电容器用于保持EL驱动TFT1104的控制极电压。在提供有电容器的情况下，电容器被连接在开关TFT1101的不和源信号线相连的源极区域或漏极区域以及电源线1105之间。在图13B所示的电路图中，电源线1105和门信号线1102并行地设置。
此外，在EL驱动TFT1104的有源层中可以提供LDD区域，使得可以形成这样一个区域(Lov区域)，其中LDD区域和控制极通过控制极绝缘膜重叠。通过在有源层的漏极区域侧中形成Lov区域，不论EL驱动TFT1004是N型沟道TFT或者是P型沟道TFT，在EL驱动TFT1004的控制极和Lov区域之间可以形成电容，并且可以存储EL驱动TFT1004的控制极电压。具体地说，在EL驱动TFT1004是N型沟道TFT的情况下，通过在有源层的漏极区域的一侧形成Lov区域，可以使导通电流增加。
注意，在图13B所示电路图中，或者开关TFT1101或者EL驱动TFT1104可以被制成多控制极结构。图14B表示一个象素的电路图，其中在图13B中所示的象素的开关TFT1101被制成多控制极结构。
提供开关TFT1101a和开关TFT1101b串联连接。除去开关TFT1101a和开关TFT1101b之外，所示的结构和图13B所示的相同。通过把开关TFT制成多控制极结构，可以减少截止电流。并且尤其是可以不用形成电容器便可存储EL驱动TFT1004的控制极电压。因此，可以不必形成用于存储EL驱动TFT1004的控制极电压的电容器。注意，在图14B中，采用双控制极结构。不过，本发明不限于双控制极结构。可以使用任何多控制极结构。
此外，虽然没有示出，在EL驱动TFT被制成多控制极结构的情况下，可以抑制由于发热而引起的EL驱动TFT的劣化。
图15A表示按照本发明的象素的电路图的另一个例子。在图15A中，象素1200和象素1210彼此相邻，在图15A中，标号1201和1211表示开关TFT。注意，在本发明中，作为开关TFT1201和1211，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。在图15A中，使用N型沟道TFT作为开关TFT1201和1211。开关TFT1201、1211的控制极和门信号线1202相连，用于输入门信号。开关TFT的源极区域和漏极区域中的一个和数据信号线(以后称为源信号线)1203以及1204相连，用于输入数字数据信号，而另一个分别和EL驱动TFT1204、1214的控制极相连。
然后，EL驱动TFT1204、1214的源极区域和漏极区域中的一个和电源线1220相连，而另一个分别和EL元件1205、1215相连。用这种方式，在实施例5中，两个相邻的象素共用一个电源线1220。结果，和图13以及14所示的结构相比，可以减少电源线的数量。当相对于整个象素部分的布线率小时，在沿着EL层发光的方向提供导线的情况下，可以抑制由导线引起的光屏蔽。
EL元件1205和1215包括阳极，阴极，和被分别提供在阳极和阴极之间的EL层。注意，按照本发明，在阳极是象素电极阴极是相反电极的情况下，EL驱动TFT1204、1214的源极区域或者漏极区域和EL元件1205、1215的阳极相连。与此相反，在阳极是相反电极而阴极是象素电极的情况下，EL驱动TFT1204、1214的源极区域或漏极区域和EL元件1205、1215的阴极相连。注意，作为EL驱动TFT1204、1214，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。不过，在EL元件1205、1215的阳极是象素电极而阴极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1204、1214是P型沟道TFT。此外，与此相反，在EL元件1205、1215的阴极是象素电极而阳极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1204、1214是N型沟道TFT。在图15A中，使用P型沟道TFT作为EL驱动TFT1204、1214。EL元件1205、1215的阴极和稳态电源1206、1216相连。
此外，在开关TFT1201、1211处于非选择的状态下(截止状态)，可以提供电容器用于存储EL驱动TFT1204、1214的控制极电压。在提供有电容器的情况下，电容器可以被连接在不和源信号线相连的开关TFT1201的源极区域和漏极区域中的一个以及电源线1220之间。
此外，在EL驱动TFT1204、1214的有源层中可以提供LDD区域，因而，可以形成这样一个区域(Lov区域)，其中LDD区域和控制极通过控制极绝缘膜重叠。通过在有源层的漏极区域侧中形成Lov区域，不论EL驱动TFT1204是N型沟道TFT或者是P型沟道TFT，在EL驱动TFT1204以及1214的控制极和Lov区域之间可以形成电容，并且可以存储EL驱动TFT1204、1214的控制极电压。具体地说，在EL驱动TFT1204、1214是N型沟道TFT的情况下，通过在有源层的漏极区域的一侧形成Lov区域，可以使导通电流增加。
注意，在图15A所示电路图中，或者开关TFT1201、1211或者EL驱动TFT1204、1214可以被制成多控制极结构。图16A表示一个象素的电路图，其中在图15A中所示的象素的开关TFT1201、1211被制成多控制极结构。
提供开关TFT1201a和开关TFT1201b串联连接。提供开关TFT1211a和开关TFT1211b也串联连接。除去开关TFT1201a和开关TFT1201b以及开关TFT1211a和开关TFT1211b之外，所示的结构和图15A所示的相同。通过把开关TFT制成多控制极结构，可以减少截止电流。并且尤其是可以不用形成电容器便可存储EL驱动TFT1204、1214的控制极电压。因此，可以不必形成用于存储EL驱动TFT1204、1214的控制极电压的电容器。注意，在图16A中，采用双控制极结构。不过，本发明不限于双控制极结构。可以使用任何多控制极结构。
此外，虽然没有示出，在EL驱动TFT被制成多控制极结构的情况下，可以抑制由于发热而引起的EL驱动TFT的劣化。
图15B表示按照本发明的象素的电路图的另一个例子。在图15B中，象素1300和象素1310彼此相邻。在图15B中，标号1301和1311代表开关TFT。注意，在本发明中，作为开关TFT1301、1311，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。在图15B中，使用N型沟道TFT作为开关TFT1301、1311。开关TFT1301、1311的控制极和门信号线1302、1312相连，用于输入门信号。开关TFT1301、1311的源极区域和漏极区域中的一个和数据信号线(也称为源信号线)1303相连，用于输入数字数据信号，而另一个分别和EL驱动TFT1304、1314的控制极相连。
此时，EL驱动TFT1304、1314的源极区域和漏极区域中的一个和电源线1320相连，而另一个和EL元件1305、1315分别相连。用这种方式，在实施例5中，两个相邻的象素共用一个电源线1320。结果，和图13以及14所示的结构相比，可以减少电源线的数量。当相对于整个象素部分的布线率小时，在沿着EL层发光的方向提供导线的情况下，可以抑制由导线引起的光屏蔽。此时，在图16B所示的电路图中，电源线1320和门信号线1302、1312平行地设置。
EL元件1305、1315包括阳极，阴极，和分别被提供在阳极和阴极之间的EL层。注意，按照本发明，在阳极是象素电极阴极是相反电极的情况下，EL驱动TFT1304、1314的源极区域或者漏极区域和EL元件1305、1315的阳极相连。与此相反，在阳极是相反电极而阴极是象素电极的情况下，EL驱动TFT1304、1314的源极区域或漏极区域和EL元件1305、1315的阴极相连。注意，作为EL驱动TFT1304、1314，可以使用N型沟道TFT或P型沟道TFT。不过，在EL元件1305、1315的阳极是象素电极而阴极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1304、1314是P型沟道TFT。此外，与此相反，在EL元件1305、1315的阴极是象素电极而阳极是相反电极的情况下，最好EL驱动TFT1304、1314是N型沟道TFT。在图15B中，使用P型沟道TFT作为EL驱动TFT1304、1314，使得EL元件1305、1315的阴极和稳态电源1306、1316相连。
此外，在开关TFT1301、1311处于非选择的状态下(截止状态)，可以提供电容器用于存储EL驱动TFT1304、1314的控制极电压。在提供有电容器的情况下，电容器被连接在不和源信号线相连的开关TFT1301和1311的源极区域或漏极区域以及电源线1320之间。
此外，在EL驱动TFT1304、1314的有源层中可以提供LDD区域，使得可以形成这样一个区域(Lov区域)，其中LDD区域和控制极通过控制极绝缘膜重叠。通过在有源层的漏极区域侧中形成Lov区域，不论EL驱动TFT1304、1314是N型沟道TFT或者是P型沟道TFT，在EL驱动TFT1304以及1314的控制极和Lov区域之间可以形成电容，因而可以存储EL驱动TFT1304、1314的控制极电压。具体地说，在EL驱动TFT1304、1314是n型沟道TFT的情况下，通过在有源层的漏极区域的一侧形成Lov区域，可以使导通电流增加。
注意，在图15B所示电路图中，或者开关TFT1301、1311或者EL驱动TFT1304、1314可以被制成多控制极结构。图16B表示一个象素的电路图，其中在图15B中所示的象素的开关TFT1301、1311被制成多控制极结构。
提供开关TFT1301a和开关TFT1301b串联连接。此外，提供开关TFT1311a和开关TFT1311b也串联连接。除去开关TFT1301a和开关TFT1301b以及开关TFT1311a和开关TFT1311之外，所示的结构和图15B所示的相同。通过把开关TFT制成多控制极结构，可以减少截止电流，并且尤其是可以不用形成电容器便可存储EL驱动TFT1304、1314的控制极电压。因此，可以不必形成用于存储EL驱动TFT1304、1314的控制极电压的电容器。注意，在图16B中，采用双控制极结构。不过，实施例5不限于双控制极结构。可以使用任何多控制极结构。
此外，虽然没有示出，在EL驱动TFT被制成多控制极结构的情况下，可以抑制由于发热而引起的EL驱动TFT的劣化。
注意，在实施例5中，在EL驱动TFT的漏极区域和EL元件的象素电极之间可以提供一个电阻。通过提供所述电阻，从EL驱动TFT提供给EL元件的电流的数量可以被控制，借以避免EL驱动TFT的特性对变化的影响。所述电阻可以是一个呈现比EL驱动TFT的导通电阻的阻值足够大的阻值的元件。因此，所述的或类似的结构没有以任何方式限制。注意，导通电阻的阻值是指当TFT导通时流过的漏极电流除TFT的漏极电压而获得的值。所述的电阻的阻值可以在1kΩ到50MΩ的范围内选择(最好10kΩ到10MΩ，50kΩ到1MΩ的范围更好)。当使用具有高阻值的半导体层作为电阻时，有助于电阻的制造，因而最好使用这种半导体层。
实施例5所示的结构可以和实施例1-3自由组合。
在由电光装置显示图象时具有许多需要补偿的情况。例如，具有通过加强由自发光元件发出的光而进行的γ补偿。此外，当处理为在CRT中进行γ补偿而施加的信号时，有时需要进行反γ补偿。在实施例6中，将说明一种能够补偿在本发明中使用的数字视频信号的补偿系统。
下面说明一种对4位数字视频信号提供补偿的例子。注意实施例6不限于所述的位数。在实施例6中使用的补偿系统在视频信号被输入到图4A所示的时分灰度数据信号发生电路114之前对视频信号进行补偿。注意，要求被补偿的视频信号是数字信号，因此当视频信号是模拟信号时，首先被转换成数字信号，然后再进行补偿。
图20的曲线的横轴表示在被输入到补偿系统之前的视频信号(补偿前视频信号)，纵轴表示从补偿系统输出之后的视频信号(补偿后视频信号)。当把这种类型的补偿施加于视频信号时，在时分灰度数据信号产生电路之前，形成图21A和21B所示的补偿系统。
图21A是由本发明使用的补偿系统的一个例子。在图21A所示的补偿系统中，形成有和视频信号的位数相同的非易失存储器901-904。
补偿前视频信号的每一位的信息按照顺序被输入到in1-in4。注意，补偿前视频信号的第一位(最低有效位，LSB)被输入到in1，补偿前视频信号的第4位(最高有效位，MSB)被输入到in4。
具有4位信息的补偿前视频信号被输入到所有的非易失存储器901-904。
作为相应于输入的补偿前视频信号的输出的补偿后视频信号信息的第一位被存储在非易失存储器901中。因此，被输入到非易失存储器901的补偿前视频信号被转换成补偿后视频信号的第一位，然后在out1输出。注意作为相应于输入的补偿前视频信号的输出的补偿后视频信号信息在本发明中被称为补偿数据。
作为相应于输入的补偿前视频信号的输出的补偿后视频信号信息的第2-4位被以同样方式存储在非易失存储器902-904中。因此，被输入到非易失存储器902-904的补偿前视频信号被转换成补偿后视频信号的第2-4位，然后在out2-out4输出。
被转换成补偿后视频信号的补偿前视频信号的具体状态如图22所示。对于被输入到in1-in4的补偿前视频信号具有(0000)信息的情况，从非易失存储器901-904中输出所有位都为0的信息。因此，从out1-out4输出的补偿后视频信号含有(0000)的信息。
对于被输入到in1-in4的补偿前视频信号具有(1000)信息的情况，从非易失存储器901，903，和904中输出0信息。此外，从非易失存储器902输出1信息。从out1-out4输出的补偿后视频信号含有(0100)的信息。
此外，对于被输入到in1-in4的补偿前视频信号具有(1111)信息的情况，从非易失存储器901到904中输出全部为1信息。因此，从out1-out4输出的补偿后视频信号含有(1111)的信息。
因而，例如图20所示的补偿可以通过使用非易失存储器901-904的补偿系统施加于视频信号。
图21B示出了和图21A不同的一种本发明使用的补偿系统的另一个例子。在图21B所示的补偿系统中，形成数量和视频信号的位数相同的非易失存储器911-914和存储使用非易失存储器921-924。
补偿前视频信号的每一位的信息按照顺序被输入到in1-in4。注意，补偿前视频信号的第一位(最低有效位，LSB)被输入到in1，补偿前视频信号的第4位(最高有效位，MSB)被输入到in4。
具有4位信息的补偿前视频信号被输入到所有的存储使用非易失存储器921-924。
作为相应于输入的补偿前视频信号的输出的补偿后视频信号信息的第一位被存储在非易失存储器921中。作为相应于输入的补偿前视频信号的输出的补偿后视频信号信息的第2-4位被以同样方式存储在非易失存储器922-924中。然后，在存储使用非易失存储器921-924中存储的信息分别被读入非易失存储器911-914，并以固定的周期被存储。
然后，被输入到非易失存储器911的补偿前视频信号被转换成补偿后视频信号的位1并从out1输出。此外，被输入到非易失存储器912-914的补偿前视频信号以以类似方式被转换成补偿后视频信号的位2-4并从out2-out4输出。
这样，补偿前视频信号可以按照图21B所示的补偿系统被转换成补偿后视频信号。注意，和非易失存储器相比，可以用高速操作易失存储器，因此，和图21A所示的补偿系统相比，可以用较快的速度操作图21B所示的补偿系统。
图21A和21B所示的补偿系统具有存储电路，例如非易失存储器，易失存储器，或存储使用非易失存储器，它们的数量和视频信号的位数相同，因而，这些存储器电路也可以被形成在同一个IC芯片中。此外，它们也可以使用和EL显示装置在同一底板上的半导体构成。
注意在实施例6的补偿系统中的存储电路中存储的补偿数据不限于实施例6中使用的那一种。
本发明的EL显示装置中的EL元件的EL层中使用的材料不限于有机的EL材料，而可以使用无机的EL材料。不过，目前的无机EL材料具有非常高的驱动电压，因此，要使用的TFT必须具有能够承受这种驱动电压的耐压特性。
此外，如果在将来研制出具有较低的驱动电压的无机EL材料，则可以应用于本发明。
本实施例的结构可以和实施例1到6的任何一种结构自由组合。
在本发明中用作EL层的有机材料可以是低分子量有机材料或者是聚合物(高分子量)有机材料。已知的低分子量有机材料有Alq3(3-(8-羟基喹啉脂)铝)(tris-8-quinolinolate-aluminum)，TPD(三苯胺的衍生物)(triphenylamine dielectric)或其类似物。δ-共聚物材料可以作为聚合物有机材料的例子。一般地说，可以使用例如PPV(polyphenylene vanylene)，PVK(polyvinyl-carbazole)或聚碳酸酯。
聚合物(高分子)有机材料可以利用简单的薄膜成形方法形成，例如旋转涂覆方法(也叫做溶液涂覆方法)，浸渍法，分配方法，印刷方法和喷墨方法等。聚合物有机材料和低分子有机材料相比，具有高的耐热性。
此外，在被包括在本发明的EL显示装置的EL元件中的EL层具有电子输送层和空穴输送层的情况下，电子输送层和空穴输送层可以由无机材料制成，例如由非晶硅或非晶Si1-xCx等非晶半导体。
在非晶半导体中，具有大的俘获电平，同时，非晶半导体在其和其它层接触的界面上形成大量的接口电平。因此，EL元件可以在低的电压下发光，同时，可以试图提供高的亮度。
此外，掺杂剂(杂质)被加入有机EL层中，可以改变有机EL层发出的光的颜色。这些掺杂剂包括DCM1，尼罗红，ruberen，香豆素6，TPB和quinacridon。
此外，实施例8的结构可以和实施例1到7中任何一种结构自由组合。
下面说明用于驱动图1所示的本发明的EL显示装置的另一种方法。其中将说明按照n位数字驱动方法提供2n个灰度级的情况，注意对于本发明的本实施例所述的情况，其定时图和图2相同，因此可以参照图2。
图1表示本发明的EL显示装置的象素部分1500的结构。用于输入门信号的门信号线(G1-Gy)和每个象素的开关TFT1501的控制极相连。此外，每个象素的开关TFT1501的源极区域和漏极区域中的一个和源信号线(S1-Sx)(也叫做数据信号线)相连，用于输入数字信号，而另一个和每个象素的EL驱动TFT1504的控制极以及电容器1508相连。注意在本实施方式中的这种结构具有电容器1508，但是也可以使用不包括电容器1508的结构。本发明不受有无电容器的限制。
EL驱动TFT1504的源极区域和漏极区域中的一个和电源线相连(V1-Vx)，而另一个和EL元件1506相连。电源线(V1-Vx)的电位被称为电源电位。此外，电源线(V1-Vx)还和每个象素的电容器1508相连。注意，数字数据信号是这样一种信号，其中模拟视频信号或数字视频信号被转换成数字信号，用于进行时分灰度显示，并且其含有图象信息。
每个EL元件1506包括阳极，阴极，和被形成在阳极和阴极之间的EL层。在阳极和EL驱动TFT1504的源极区域或漏极区域相连时，即当在阳极是象素电极时，作为相反电极的阴极被保持在恒定电位。与此相反，在阴极和EL驱动TFT1504的源极区域或漏极区域相连时，即当在阴极是象素电极时，作为相反电极的阳极被保持在恒定电位。
相反电极的稳态电位和象素电极的电源电位之间的电位差是EL驱动电压，EL驱动电压被施加于EL层上。
首先，一个帧周期(F)被分为n个子帧周期(SF1-SFn)。注意其中象素部分中的所有象素显示一个图象的时间间隔被称为一个帧周期(F)。
子帧周期被分为寻址周期(Ta)和维持周期(Ts)。寻址周期是在一个子帧周期期间对所有象素输入数字数据信号所需的时间，而维持周期(也被叫做导通周期)是指使EL元件发光的时间间隔。
SF1-SFn的寻址周期(Ta)分别是Ta1-Tan。SF1-SFn的维持周期分别是Ts1到Tsn。
首先，在寻址周期，电源线(V1-Vn)被保持在具有和稳态电位相同高度的电源电位。在本说明中，在数字驱动寻址周期中的电源电位被叫做截止电源电位。注意，截止电源电位的高度可以被设置为和EL元件1506不发光的时间间隔内的稳态电位的数值相同。注意，在此时的EL驱动电压叫做截止EL驱动电压。在理想情况下，所需在截止时的EL驱动电压为0V，但是该电压可以是不致使EL元件1506发光的数量级的数值。
然后，门信号被被输入到门信号线G1，使得和门信号线G1相连的开关TFT1501都导通。
在具有和门信号线G1相连的开关TFT1501都导通的状态下，依次对源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。
然后，被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过导通状态的开关TFT1501被输入到EL驱动TFT1504的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G1相连的电容器1508，因而其电量被保存。
接着，门信号被输入到门信号线G2，具有和门信号线G2相连的所有开关TFT1501都导通。然后，在具有和门信号线G2相连的开关TFT1501都导通的状态下，依次对源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。被输入到源信号线(S1到Sn)的数字数据信号通过开关TFT1501被输入到EL驱动TFT1504的控制极。此外，数字数据信号也被输入到和门信号线G2相连的所有象素的电容器1508，并被保存。
通过重复上述的操作直到门信号线Gy，对所有的象素都输入数字数据信号。直到数字数据信号被输入到所有象素的周期叫做寻址周期。
当完成寻址周期的同时，开始维持周期。当维持周期开始时，电源线(V1-Vx)的电位从截止电源电位转变为导通电源电位。在实施例9中，在数字驱动的维持周期期间的电源电位被叫做导通电源电位。导通电源电位具有一个在使EL元件发光的值和稳态电位之间的电位差。注意，这个电位差叫做导通EL驱动电压。还注意截止电源电位和导通电源电位被统称为电源电位。此外，导通EL驱动电压和截止EL驱动电压被统称为EL驱动电压。
在维持周期中，所有开关TFT1501都处于截止状态。此时，被保存在电容器1508中的数字数据信号被输入到EL驱动TFT1504的控制极。
在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“0”时，EL驱动TFT1504被设置为截止状态。因而EL元件1506的象素电极被保持在截止电源电位。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“0”的数字数据信号的EL元件1506不发光。
在另一方面，在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“1”的情况下，EL驱动TFT1504导通。因而导通电源电位加于EL元件1506的象素电极。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“1”的数字数据信号的EL元件1506发光。
在完成维持周期时，再次开始寻址周期，并且在数据信号被输入给所有的象素时，开始维持周期。此时，周期Ts1到Ts(n-1)中任何一个成为维持周期。此处周期Ts(n-1)使预定象素导通。
此后假定对其余的n-2个子帧周期重复类似的操作，使得Ts(n-2)，Ts(n-3)......Ts1依次被设置为维持周期，从而预定的象素在各个子帧内导通。
当n子帧周期完成之后，便完成了一个帧周期。
注意，从n个维持周期Ts1，...Tsn当中，在至少一个维持周期期间，由EL元件发出的光的亮度被设置为总是低于在其它的维持周期中由EL元件发出的光的亮度。
如果把这样一个维持周期取作Tsp(其中p是大于或等于1并且小于或等于n的任意数)在所述维持周期期间发出的光的亮度是在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，则从n个维持周期Ts1，...Tsn当中，除去维持周期Tsp的维持周期的长度被表示为2-(n-1)T。此外，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m。注意m是大于1的正数。因此，即使在维持周期Tsp期间由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，维持周期Tsp的长度被表示为2-(p-1)T×m，因此可以获得预定的灰度显示。
因而，不管把n个维持周期Ts1，...Tsn中的哪一个取作维持周期Tsp，并且不管取多少个维持周期Tsp，如果在维持周期Ts1，...，Tsp的每个期间EL元件发出的光的数量被取为Lm1，...，Lmn，则Lm1∶Lm2∶lm3∶...∶Lm(n-1)∶Lmn＝20∶2-1∶2-2∶......2-(n-2)∶2-(n-1)。注意，SF1到SFn出现的次序可以是任意的。因此维持周期Ts1，...，Tsn出现的次序也是任意的。通过组合这些维持周期，可以在2n个灰度值当中提供所需的灰度显示。
每个象素的灰度通过在一个帧周期期间选择在哪一个子帧周期期间发光来确定。例如，在n＝8的情况下，假定具有在所有维持周期期间发出的光的象素的亮度被设为100％，则对于在Ts1和Ts2内发光的象素的情况，亮度被表示为75％。在选择Ts3，Ts5和Ts8的情况下，亮度可以被表示为16％。
利用本发明，即使TFT的Id-Vg特性发生轻微改变，当施加相等的控制极电压时，输出电流数量的不一致性可以通过上述结构被抑制。因此，可以避免即使施加相同的输入电压信号，相邻象素的EL元件发出的光的数量由于Id-Vg特性的偏离而相差太大。
此外，在维持周期Tsp中，由EL元件发光的时间的数量可以被设置为2-(p-1)T×m(其中T是正的常数)，其中由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期期间发出的光的亮度的1/m。通过使用上述结构，并通过增加图象的灰度数，位数n便成为较大的，因而，即使被表示为2-(n-1)T的维持周期的长度变得较短，由EL元件发出的光的亮度被调节为在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，维持周期的长度被设置为2-(p-1)T×m，并且还可以使其扩展。
注意，利用本发明的上述结构，相反电极的电位总是被保持恒定，通过寻址周期和维持周期使象素电极的电位改变，截止EL驱动电压或导通EL驱动电压被施加于EL层上。不过，本发明不限于这种结构。此外，象素电极的电位可以一直保持恒定，并通过寻址周期和维持周期来改变相反电极的电位，截止EL驱动电压或导通EL驱动电压可以被施加于EL层上。在这种情况下，EL元件的亮度的调节通过控制相反电极电位进行。
此外，利用本发明的上述结构，截止EL驱动电压被取为0，使EL元件不发光，但是，截止EL驱动电压也可以被设置为和导通EL驱动电压相同的电压，并且在寻址周期期间也可以发光。在这种情况下，电源电位和稳态电位总是被维持在一个固定的值。不过，在这种情况下，子帧周期成为发光周期，并且子帧周期的长度被设置为SF1，SF2，...，SFn＝20T，2-1T，...，2-(n-1)T，具有1/m的亮度的子帧周期的长度被设置为2-(n-1)T×m。利用上述结构，和在寻址周期内不发光的驱动方法相比，可以获得具有高亮度的图象。
此外，在本发明的本实施方式中，说明了利用非隔行扫描进行装置驱动的情况，但是，本发明的装置也可以利用隔行扫描来驱动。
此外，实施例9可以和实施例1以及实施例3-8的任何一个的结构组合。
下面说明用于驱动图1所示的本发明的EL显示装置的另一种不同的方法。其中将说明按照4位数字驱动方法提供24个灰度级的情况，注意对于本发明的本实施例所述的情况，其定时图和本发明的实施例2所示的情况相同，因此可以参照图6。
实施例10的EL显示装置的象素部分的结构和图1所示的相同。用于输入门信号的门信号线(G1-Gy)和每个象素的开关TFT的控制极相连。此外，每个象素的开关TFT的源极区域或漏极区域中的一个和源信号线(S1-Sx)相连，用于输入数字数据信号，而另一个和每个象素的EL驱动TFT的控制极以及电容器相连。注意在本实施10方式中的这种结构具有电容器，但是也可以使用不包括电容器的结构。本发明不受有无电容器的限制。
EL驱动TFT的源极区域和漏极区域中的一个和电源线相连(V1-Vx)，而另一个和每个象素的EL元件相连。电源线(V1-Vx)的电位被称为电源电位。此外，电源线(V1-Vx)还和每个象素的电容器相连。
每个EL元件包括阳极，阴极，和被形成在阳极和阴极之间的EL层。在阳极和EL驱动TFT的源极区域或漏极区域相连时，即当在阳极是象素电极时，作为相反电极的阴极被保持在恒定电位。与此相反，在阴极和EL驱动TFT的源极区域或漏极区域相连时，即当在阴极是象素电极并被保持在恒定电位时，阳极是相反电极。此外，在本说明中，相反电极的电位被叫做稳态电位。
相反电极的稳态电位和象素电极的电源电位之间的电位差是EL驱动电压，EL驱动电压被施加于EL层上。
图6表示本实施例的EL显示装置的数字驱动的定时图。首先，一个帧周期(F)被分为4个子帧周期(SF1-SF4)。
子帧周期被分为寻址周期(Ta)和维持周期(Ts)。寻址周期是在一个子帧周期期间对所有象素输入数字数据信号所需的时间，而维持周期(也被叫做导通周期)是指使EL元件发光的时间间隔。
SF1-SF4的寻址周期(Ta)分别是Ta1-Ta4。SF1-SF4的维持周期分别是Ts1到Ts4。
首先，在寻址周期，电源线(V1-Vx)被保持在和稳态电位高度相同的电源电位。在本说明中，在数字驱动的寻址周期中的电源电位被叫做截止电源电位。注意，截止电源电位的高度可以和EL元件不发光的范围内的稳态电位的高度相同。注意，在此时的EL驱动电压叫做截止EL驱动电压。在理想情况下，所需的截止EL驱动电压为0V，但是该电压可以是不致使EL元件1506发光的数量极的数值。
然后，门信号被被输入到门信号线G1，使得具有和门信号线G1相连的所有开关TFT都导通。
在具有和门信号线G1相连的开关TFT都导通的状态下，按顺序对源信号线(S1-Sx)输入数字数据信号。数字数据信号具有“0”或“1”的信息。数字数据信号“0”或“1”中的一个具有电压Hi，而另一个具有电压Lo。
然后，被输入到源信号线(S1到Sx)的数字数据信号通过导通状态的开关TFT被输入到EL驱动TFT的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G1相连的电容器因而其电量被保存。
接着，门信号被输入到门信号线G2，因而使具有和门信号线G2相连的开关TFT都处于导通状态。然后，在具有和门信号线G2相连的开关TFT都导通的状态下，按顺序对源信号线(S1-S4)输入数字数据信号。被输入到源信号线(S1到S4)的数字数据信号通过开关TFT被输入到EL驱动TFT的控制极。此外，数字数据信号还被输入到所有象素的和门信号线G2相连的电容器，并被保存。
通过重复上述的操作直到门信号线Gy，对所有的象素都输入数字数据信号。直到数字数据信号被输入到所有象素的周期叫做寻址周期。
当完成寻址周期的同时，开始维持周期。当维持周期开始时，电源线(V1-Vx)电位从截止电源电位转变为导通电源电位。在本发明的本实施方式中，在数字驱动的维持周期中的电源电位被叫做导通电源电位。导通电源电位具有一个在使EL元件发光的值和稳态电位之间的电位差。注意，这个电位差叫做导通EL驱动电压。此外，还注意截止电源电位和导通电源电位被统称为电源电位。此外，导通EL驱动电压和截止EL驱动电压被统称为EL驱动电压。
在维持周期内，所有开关TFT都被设置为截止状态。此时被保存在电容器中的数字数据信号被输入到EL驱动TFT的控制极。
在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“0”时，EL驱动TFT被设置为截止状态。因而EL元件的象素电极被保持在截止电源电位。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“0”的数字数据信号的EL元件1506不发光。
在另一方面，在本发明的本实施方式中，在数字数据信号具有信息“1”的情况下，EL驱动TFT导通。因而EL元件的象素电极具有导通电源电位。结果，被包括在该象素中的被施加有具有信息“1”的数字数据信号的EL元件发光。
在完成维持周期时，再次出现寻址周期，并且在数字数据信号被输入给所有的象素时，开始维持周期。此时，周期Ts1到Ts3全部成为维持周期。此处，周期Ts3使预定象素导通。
对其余的2个子帧周期重复类似的操作，Ts2和Ts1依次被设置为维持周期，使得预定的象素在各个子帧内导通。
当4子帧周期完成之后，便完成了一个帧周期。
注意，在本发明中，在4个维持周期Ts1，...Ts4当中，在至少一个维持周期期间，由EL元件发出的光的亮度被设置为总是低于在其它的维持周期中由EL元件发出的光的亮度。在本实施例中，在维持周期Ts3与Ts4期间由EL元件发出的光的亮度是在维持周期Ts1和Ts2期间由EL元件发出的光的亮度的一半。换句话说，在维持周期Ts3和Ts4期间导通EL驱动电压是在其它维持周期Ts1和Ts2的期间的导通EL驱动电压的一半。
维持周期Ts1和Ts2的长度，即除去具有发出的光的亮度是Ts1和Ts2发出的光的亮度的一半的维持周期Ts3和Ts4之外的维持周期的长度，分别被表示为T和2-1T。此外，维持周期Ts3和Ts4的长度分别被表示为2-2T×2和2-3T×2。即维持周期Ts1到Ts4的长度的比是1∶2-1∶2-1∶2-2。因此，即使在维持周期Ts3和Ts4期间由EL元件发出的光的亮度是在其它维持周期Ts1和Ts2中发出的光的亮度的1/2，维持周期Ts3和Ts4对所有维持周期的长度的比是发出的光的亮度不被设置为一半的情况下的两倍。因此，即使在维持周期Ts3和Ts4中EL件发出的光的亮度是其它维持周期的一半，维持周期Ts3和Ts4的长度比被设置为两倍，可以获得所需的灰度显示。
因而，在本实施例中，即使在维持周期Ts3和Ts4由EL元件发出的光的亮度是其它维持周期的亮度的一半，不论使维持周期Ts1到Ts4中的哪一个的亮度减少，并且也不管使亮度减少多少，并不管形成多少个低亮度的维持周期，如果在维持周期Ts1到Ts4的每个维持周期期间，由EL元件发出的光的数量被取为Lm1，...，Lm4，则Lm1∶Lm2∶lm3∶Lm4＝20∶2-1∶2-2∶2-3。注意，SF1到SF4出现的次序可以是任意的。因此维持周期Ts1，...Ts4出现的次序也是任意的。通过组合这些维持周期，可以在24个灰度值当中提供所需的灰度显示。
每个象素的灰度通过在一个帧周期期间选择在哪一个子帧周期期间发光来确定。例如，在n＝4的情况下，假定具有在所有维持周期期间发出的光的象素的亮度被设为100％，则对于在Ts1和Ts2内发光的象素的情况，亮度被表示为80％。在选择Ts2，Ts3和Ts4的情况下，亮度可以被表示为47％。
利用本发明，即使TFT的Id-Vg特性发生轻微改变，当施加相等的控制极电压时，输出电流数量的不一致性可以通过上述结构被抑制。因此，可以避免即使施加相同的输入电压信号，相邻象素的EL元件发出的光的数量由于Id-Vg特性的偏离而相差太大。
此外，在维持周期Tsp中，其中发出的光的亮度是在其它维持周期Ts1-Tsn期间发出的光的亮度的1/m，如果其它维持周期Ts1-Tsn的长度被取为2-(n-1)T，其中T是正的常数，则EL元件发光的时间的数量可以取为2-(p-1)T×m。按照上述结构，通过调节在维持周期Tsp由EL元件发出的光的亮度使其成为在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，和在维持周期Tsp期间发出的光的亮度不被调节为1/m时的情况相比，维持周期Tsp对所有的维持周期的长度比，可以扩展m倍。因此，按照图象增加的灰度数，即使位数n变得较大和维持周期的长度变得较短，通过降低由EL元件发出的光的亮度，维持周期的长度可以被扩展。
此外，在本实施例中说明的是利用非隔行扫描进行驱动的例子，但是，也可以使用隔行扫描进行驱动。
此外，实施例10的结构可以和实施例1，以及3-8的结构组合。
通过实施本发明而制成的EL显示装置(EL组件)和液晶显示装置相比的优点在于，在亮的位置具有良好的视觉性能，这是由其自发光性能确定的。因此，本发明可用于直视型的EL显示装置(指具有EL组件的显示装置)的显示部分。作为EL显示装置，有个人计算机监视器，TV接收监视器，广告显示监视器等等。
本发明可用于包括显示装置作为构成部件的的所有电子设备，在这些设备中包括上述的EL显示装置。
作为所述的电子设备，有EL显示装置，视频摄像机；数字照相机；护目镜型显示器；汽车导航系统；个人计算机；便携信息终端(例如易动计算机，便携电话或电子书)；以及装有记录介质的图象播放装置(尤其是装有显示器的装置，其可以回放并显示记录介质，例如压缩盘(CD)，激光盘(LD)或者数字视频盘(DVD))。这些电子装置的例子示于图17中。
图17A是一种个人计算机，其具有主体2001，壳体2002，EL显示装置2003和键盘2004。本发明可以用于显示装置2003。
图17B是一种视频摄像机，其具有主体2101，显示装置2102，声音输入部分2103，操作开关2104，电池2105，和图象接收部分2106。本发明可以用于显示装置2102中。
图17C是连接在人的头部的EL显示装置的一部分(右侧)，其具有主体2301，信号电缆2302，头固定带2303，显示监视器2304，光学系统2305，和显示装置2306。本发明可以用作显示装置2306。
图17D是装有记录介质的图象播放装置(特别是DVD播放装置)，其具有主体2401，记录介质(例如CD，LD，DVD)2402，操作开关2403，显示装置(a)2404和显示装置(b)2405。显示装置(a)2404主要显示图象信息，显示装置(b)2405主要显示字符信息，本发明可以用作显示装置(a)2404和显示装置(b)2405。本发明可以用于装有记录介质的图象播放装置例如CD播放装置和游戏机。
图17E是一种便携式计算机，其具有主体2501，照相机部分2502，图象接收部分2503，操作开关2504和显示装置2505。本发明可以用作EL显示装置2505。
如果在将来EL材料的亮度增加，本发明将可以应用于前型或后型投影器中。
因而，本发明的应用范围极为广泛，如上所述，可以用于所有领域的电子装置。本实施例的电子设备可以使用实施例1到10的自由组合而得到的任何结构来实施。
利用本发明的上述结构，可以按照施加于EL元件上的EL驱动电压调节EL元件的发光亮度，并且可以利用在红绿蓝颜色的亮度之间的好的平衡显示生动的图象。此外，即使由EL驱动TFT控制的电流的数量由于施加的电压的增大而增加，也可以抑制EL驱动TFT的劣化。
利用本发明，利用上述结构，即使在TFT的Id-Vg特性具有小的改变，也可以抑制当施加相等的控制极电压时而发生的输出电流的改变。因此，可以避免由于Id-Vg特性的不同，使得即使在输入相同的电压信号时，相邻象素的EL元件发出的光的数量具有很大不同的情况。
此外，在维持周期Tsp中，其中发出的光的亮度是在其它维持周期Ts1-Tsn期间发出的光的亮度的1/m，如果其它维持周期Ts1-Tsn的长度被取为2-(n-1)T(其中T是正的常数，)，则EL元件发光的时间的数量可以取为2-(p-1)T×m。按照上述结构，通过调节在维持周期Tsp由EL元件发出的光的亮度使其成为在其它维持周期中发出的光的亮度的1/m，和在维持周期Tsp期间发出的光的亮度不被调节为1/m时的情况相比，维持周期Tsp对所有的维持周期的长度比可以扩展m倍。因此，按照增加的灰度数，即使位数n变得较大和维持周期的长度变得较短，通过降低由EL元件发出的光的亮度，维持周期的长度可以被扩展。
权利要求
1.一种发光装置，包括在一个绝缘表面上的至少一个薄膜晶体管；在所述薄膜晶体管上的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述薄膜晶体管电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
2.一种发光装置，包括在一个绝缘表面上的一个第一薄膜晶体管；所述第一薄膜晶体管包括一个第一栅极和一个第一有源层，二者之间有一个栅极绝缘膜；和一个第二栅极和一个第二有源层，二者之间有所述栅极绝缘膜；在所述绝缘表面上的一个第二薄膜晶体管；在所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管上的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述第二薄膜晶体管电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
3.一种发光装置，包括在一个绝缘表面上的一个第一薄膜晶体管；所述第一薄膜晶体管包括一个第一有源层和一个第二有源层；在所述第一有源层上的一个第一栅极，二者之间有一个栅极绝缘膜；和在所述第二有源层上的一个第二栅极，二者之间有所述栅极绝缘膜；在所述绝缘表面上的一个第二薄膜晶体管；在所述第一薄膜晶体管和所述第二薄膜晶体管上的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述第二薄膜晶体管电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
4.一种发光装置，包括包括一个第一薄膜晶体管的一个第一像素；包括一个第二薄膜晶体管的一个第二像素；一个电源线，与所述第一薄膜晶体管的一个源区和一个漏区中的一个以及所述第二薄膜晶体管的一个源区和一个漏区中的一个电连接；在所述第一薄膜晶体管上的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述第一薄膜晶体管的所述源区和所述漏区中的另一个电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
5.一种发光装置，包括在一个绝缘表面上的至少一个薄膜晶体管；在所述薄膜晶体管上的包括硅的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述薄膜晶体管电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
6.一种发光装置，包括在一个绝缘表面上的至少一个薄膜晶体管；在所述薄膜晶体管上的包括有机树脂的一个第一绝缘膜；一个第一电极，通过形成在所述第一绝缘膜中的一个接触孔与所述薄膜晶体管电相连；一个第二绝缘膜，包括在所述第一绝缘膜上的有机树脂并覆盖所述第一电极的一个边缘部分；一个发光元件，包括在所述第一电极上的一种有机材料；以及所述发光元件上的一个第二电极，其中所述第二绝缘膜的一个边缘部分具有锥形。
7.根据权利要求1-4中任何一项的发光装置，其中所述第一绝缘膜包括从氧化硅、氮化氧化硅和氮化硅中选择的一种材料。
8.根据权利要求5的发光装置，其中包括硅的所述第一绝缘膜是一种膜，包括从氧化硅、氮化氧化硅和氮化硅中选择的一种材料。
9.根据权利要求1-4中任何一项的发光装置，其中所述第一绝缘膜包括从聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸树脂和BCB(苯环丁烯)中选择的有机树脂。
10.根据权利要求6的发光装置，其中包括在所述第一绝缘膜中的有机树脂是从聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸树脂和BCB(苯环丁烯)中选择的一种有机树脂。
11.根据权利要求1-6中任何一项的发光装置，其中所述发光装置用于以下电子设备个人计算机、视频摄像机、头戴式EL显示器、DVD和便携式计算机。
12.根据权利要求1-6中任何一项的发光装置，其中所述锥形的角度是10至60度。
全文摘要
本发明披露了一种用于进行时分灰度显示并能够任意地设置EL元件发光的时间间隔的电光装置。从n个维持周期Ts1，Ts2，...，Tsn当中，在至少一个维持周期期间由EL元件发出的光的亮度被设置为总是低于在其它维持周期期间发出的光的亮度，并且所述维持周期通过使亮度被降低的数量被扩展。按照上述结构，所述维持周期可以通过降低由EL元件发出的光的亮度的设置来进行扩展。
文档编号H01L21/84GK1855527SQ20061008473
公开日2006年11月1日 申请日期2000年10月26日 优先权日1999年10月26日
发明者小山润 申请人:株式会社半导体能源研究所