专利名称：显示装置及其驱动方法及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括发光元件的显示装置，其显示装置以及电子设备。
背景技术：
近年来，包括以EL(电致发光)元件为代表的发光元件的显示装置已经发展起来，它们以高图像质量、宽视角、外形薄和重量轻等优点被广泛地应用。发光元件具有其亮度与所提供的电流值成比例的特性。因此，为了获得适当的显示灰度，已经提出了使用给发光元件提供恒定电流的恒定装置的显示装置。
日本专利公开号No.2003-323159发光元件具有其电阻值(内电阻值)随着环境温度而变化的特性。具体来说，假定室温为正常温度，当环境温度变得高于正常温度时，电阻值减小，另一方面，当环境温度变得低于正常温度时，电阻值增加。因此，当环境温度变得过高时，电流值增加，导致产生比所需的亮度高的亮度，另一方面，当环境温度变得过低时，电流值减小，导致产生比所需的亮度低的亮度。发光元件的这种特性如图(图33A)中所示的发光元件的V-I特性和温度的关系所示。另外，发光元件具有它的电流值随着时间减小的特性。发光元件的这一特性如图(图33B)中所示的发光元件的V-I特性和时间的关系所示。
由于上述发光元件的特性，当环境温度变化或随时间引起退化时，发光元件的亮度会变化。
发明内容
由于前述原因，本发明提供一种抑制发光元件由环境温度的变化和随时间退化所引起的电流值的波动效应的显示装置。
本发明的显示装置包括源极驱动器、栅极驱动器、以及包括多个像素的像素部分。每个像素包括用于控制视频信号输入到像素的第一晶体管，用于控制发光元件发射/不发射的第二晶体管，以及用于存储视频信号的电容器。
本发明的显示装置包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于给监控元件提供电流的电流源，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，监控元件的第二电极连接到缓冲放大器的输入端，以及发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
本发明的显示装置包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于给监控元件提供电流的电流源，用于存储监控元件的第二电极的电位的电容器，用于连接/断开电流源和电容器的第一开关，用于连接/断开电流源和监控元件的第二开关，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，监控元件的第二电极连接到缓冲放大器的输入端，以及发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
本发明的显示装置包括包括第一电极和第二电极的第一监控元件，包括第一电极和第二电极的第二监控元件，用于给第一监控元件和第二监控元件提供电流的电流源，用于连接/断开电流源和第一监控元件的第一开关，用于连接/断开电流源和第二监控元件的第二开关，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，第一监控元件的第二电极经过第一开关连接到缓冲放大器的输入端，第二监控元件的第二电极经过第二开关连接到缓冲放大器的输入端，以及发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
本发明的显示装置包括多个监控元件，每个监控元件包括第一电极和第二电极，用于给监控元件提供电流的电流源，设置在各监控元件的第二电极与电流源之间的多个开关，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，以及用于驱动发光元件的晶体管，其中每个监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，每个监控元件的第二电极经过多个开关中的一个连接到缓冲放大器的输入端，以及发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
用于驱动本发明的显示装置的方法包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于给监控元件提供电流的电流源，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，包括经过缓冲放大器设置驱动晶体管的源极端到监控元件的第二电极的电位上的步骤。
用于驱动本发明的显示装置的方法包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于给监控元件提供电流的电流源，用于存储监控元件的第一电极的电位的电容器，用于连接/断开电流源和电容器的第一开关，用于连接/断开电流源和监控元件的第二开关，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接在电源上，包括以下步骤，当第一开关和第二开关导通时通过缓冲放大器检测监控元件的第二电极的电位，在被检测电位上设置发光元件的第二电极，当第一开关和第二开关关闭时，在第一开关和第二开关关闭的时刻将监控元件的第二电极的电位存储在电容器中，通过缓冲放大器检测存储在电容器中的监控元件的第二电极的电位，以及在被检测电位上设置发光元件的第二电极。
另外，在具有前述配置的显示装置的驱动方法中，提供给监控元件的电流的周期设置为占一个帧周期的30％。
另外，在具有前述构造的显示装置的驱动方法中，使用了包括具有不同导电类型的晶体管分别作为第一开关和第二开关的显示装置。
此外，在具有前述构造的显示装置的驱动方法中，使用了包括具有相同导电类型的晶体管分别作为第一开关和第二开关的显示装置。
本发明所使用的晶体管不限定于某种类型，它可以是使用以非晶硅或多晶硅为代表的非单晶半导体膜的薄膜晶体管(TFT)，使用半导体衬底或SOI衬底形成的MOS晶体管，结式晶体管，双极(性)晶体管，使用有机半导体或碳纳米管的晶体管，等等。另外，安装晶体管的衬底没有专门地限定为某一种类型，它可以是单晶衬底，SOI衬底，玻璃衬底等等。
应注意到，在本说明书中，连接是指电连接。因此，在本发明披露的结构中，在所示的结构中允许额外地提供能电连接的元件(如其它的元件或开关)。
另外，晶体管的栅电容器等可以替代像素中的电容器。在这种情况下，可以省略电容器。
本发明中所用的开关可以是任意一种开关，如电开关和机械开关，它可以是能控制电流的任何东西。它可以是晶体管、二极管，或者配置有它们的逻辑电路。因此，当使用晶体管作为开关时，由于仅仅作为开关工作，它们的极性(导电类型)没有特别的限定。然而，当截止电流优选较小时，使用具有小截止电流极性的晶体管是有利的。例如，具有LDD区的晶体管具有较小的截止电流。另外，当作为开关的晶体管的源极端的电位接近于低电位侧电源电位(Vss，Vgnd，0V等)时就需要使用N沟道晶体管，以及当源极端的电位接近于高电位侧电源电位(Vdd等)时就需要使用P沟道晶体管，这有助于当增加栅-源电压的绝对值时开关有效地工作。另，CMOS开关能通过使用N沟道和P沟道晶体管而被应用。
根据本发明使用恒定电压装置，与使用恒定电流装置相比减少了发光元件的驱动电压。因此，减少了功耗。
图1是本发明的显示装置的示意图。
图2是监控元件的V-I特性的温度依赖性示意图。
图3是监控元件的V-I特性随时间变化的示意图。
图4是监控元件和发光元件的退化示意图。
图5是本发明的修正功能的示意图。
图6是本发明的修正功能的示意图。
图7是本发明的修正功能的示意图。
图8是适用于本发明的开关结构的示意图。
图9是本发明的修正功能的示意图。
图10是本发明的修正功能的示意图。
图11是本发明的显示装置的示意图。
图12是本发明的显示装置的示意图。
图13是本发明的显示装置的示意图。
图14是本发明的显示装置的示意图。
图15是本发明的显示装置的示意图。
图16是本发明的显示装置的示意图。
图17A和17B是包括在本发明的显示装置中的像素的示意图。
图18是包括在本发明的显示装置中的像素的掩模布局示意图。
图19是包括在本发明的显示装置中的像素的掩模布局示意图。
图20是本发明的显示装置的结构示意图。
图21是包括在本发明的显示装置中的源极驱动器的结构示意图。
图22是包括在本发明的显示装置中的源极驱动器的结构示意图。
图23是包括在本发明的显示装置中的源极驱动器的结构示意图。
图24是包括在本发明的显示装置中的栅极驱动器的结构示意图。
图25是包括在本发明的显示装置中的栅极驱动器的结构示意图。
图26是本发明的温度修正功能的示意图。
图27A和27B是本发明的显示装置的工作示意图。
图28A至28D是时间灰度方法的示意图。
图29是本发明的像素结构的示意图。
图30是本发明的像素结构的示意图。
图31A至31F是每个都具有本发明的显示装置的电子设备的视图。
图32A是发光元件的特性关于电流值随时间波动的曲线示意图，以及图32B是发光元件的特性关于亮度随时间波动的曲线示意图。
图33A是发光元件的V-I特性与温度之间关系的示意图，以及图33B是发光元件的V-I特性与时间之间关系的示意图。
图34是本发明的显示装置的示意图。
图35A和35B分别是本发明的显示装置的示意图。
图36是本发明的显示装置的示意图。
图37是本发明的显示装置的示意图。
具体实施例方式
尽管将通过具体实施方式
和参照附图的具体实施例对本发明进行全面的描述，但是应该理解各种变化和变型对于本领域普通技术人员是显而易见的。因此，除非这些变化和变型脱离本发明的精神，否则都将被认为包括在本发明内。
以下在根据本发明用于温度和退化的修正基本原理上参照图1进行描述。图1所示为包括用于温度和退化修正的电路的显示装置的示意图。
本发明的显示装置包括栅极驱动器107，源极驱动器108和像素部分109。像素部分109包括多个像素106。另外，本发明的显示装置包括用于修正温度和退化的电路(以下称为修正电路)。
现在描述修正电路的基本结构。它包括电流源101，监控元件102，缓冲放大器103，驱动TFT 104，以及发光元件105。值得注意的是，监控元件102是由具有与发光元件105相同的电流特性的发光元件形成的。当采用EL元件作为这些发光元件时，例如，作为监控元件102的EL元件和作为发光元件105的EL元件利用同样的材料和条件形成。
电流源101为监控元件102提供恒定电流。也就是说，监控元件102的电流值在所有时间都是恒定的。当环境温度在这样的条件下变化时，监控元件102本身的电阻值变化。当监控元件102的电阻值变化时，由于其电流值恒定，监控元件102的两电极之间的电势差就变化。通过检测监控元件102的两电极之间的电势差，检测出环境温度的变化。特别是，监控元件102的电极的电位固定在恒定的电位，即图1中的阴极110的电位不变化，因此，连接到电流源101的监控元件102的另一电极的电位变化，即阳极111的电位被检测。
图2所示为监控元件的V-I特性与温度的依赖关系。监控元件102在低温(如-20℃)、室温(如25℃)和高温(如70℃)的V-I特性分别由线201、202和203表示。在室温下，电流源101供给监控元件102的电流值为I0，V0的电压提供给监控元件。同时，低温时提供电压V1以及高温时提供电压V2。
包含这些监控元件102电压变化的数据提供给缓冲放大器103，其基于阳极111的电位依次设置将要提供给发光元件105的电位。也就是说，如图2所示当环境温度变低时，设置电位以致将电压V1提供给发光元件105，而当环境温度变高时，设置电位以致将电压V2提供给发光元件105。因而，将要输入到发光元件105的电源电位能根据温度的变化进行修正。也就是说，能够抑制由温度变化引起的电流值的波动。
图3所示为监控元件102的V-I特性随时间变化的示意图。监控元件102的初始特性如线301所示，而退化的监控元件102的特性如线302所示。注意初始的特性和退化后的特性是在相同的温度条件下测量的。当电流I0在初始特性的条件下流入监控元件102时，电压V3提供给监控元件102而电压V4提供给退化的监控元件102。因而，如果电压V4提供给有类似退化的发光元件105，则发光元件105的明显退化能被减小。在这种方式中，监控元件102随同发光元件105一起退化，因此，发光元件105的退化能被修正。
由于缓冲放大器103将发光元件105的阳极设定为与监控元件102的阳极111的变化电势相同的电位，可利用使用运算放大器的电压跟随器电路。这是因为，电压跟随器电路的非反相输入端具有高的输入阻抗，而它们的输出端具有低的输出阻抗，这允许输入端和输出端在相同的电位上，以及在没有电流从电流源101流向电压跟随器电路时电流能从输出端输出。
现在参照图11描述在此实施方式中的具有修正电路的显示装置的具体结构。显示装置包括栅极驱动器1107，源极驱动器1108和像素部分1109。源极驱动器包括脉冲输出电路1119，第一锁存器电路1110和第二锁存器电路1111。当给第一锁存器电路输入信号时，第二锁存器电路能输出信号。由栅信号线选择的像素1106中的开关晶体管1112被导通，其中信号从栅极驱动器1107输入到该栅极信号线。然后，从第二锁存器电路1111输出的信号经过源信号线S1到Sm写入存储电容器1113。根据写入存储电容器1113的信号，使驱动晶体管1104导通/关闭，以决定发光元件发光或不发光。也就是说，发光元件1105的阳极经过导通的驱动晶体管1104设置到电源线V1到Vm的电位上，以此给发光元件1105供给电流以发射光。
在本发明中，电流从基本电流源1101提供给并行连接的监控元件1102a到1102n。检测这些监控元件1102a到1102n各自的阳极电位，电源线V1到Vm的电位通过电压跟随器电路1103设置。如此，就能提供具有温度修正功能和退化修正功能的显示装置。
这种具有温度修正功能和退化修正功能的驱动方法也称为恒定亮度。
应注意的是，可以适当地选择监控元件的数量。不用说，如图11所示，可以提供单个监控元件或多个监控元件。当使用单个监控元件时，基本电流源1101仅仅需要被提供以给每个像素中的发光元件1105提供的电流值，因此，能够减小功耗。可选择的是，当设置多个监控元件时，监控元件的差异能被平均化。
还应注意，在图11所示的结构中，每个像素中的发光元件1105的阴极被设置为GND，然而，本发明不限于此。
另外，电源线的电位可以设置为RGB的每个像素。图12示出了那种情况的例子。与图11中显示装置相同的部分以相同的参考标记示出。另外，由于其具体的工作过程与图11中的相同，所以省略了详细描述。
另外，像素1106不限于这样的结构，可以采用图29或30的结构。图29所示的像素2906包括开关晶体管2901，驱动晶体管2902，擦除晶体管2903，电容器2904和发光元件2905。图30所示的像素3007包括开关晶体管3001，控制晶体管3002，驱动晶体管3003，擦除晶体管3004，电容器3005和发光元件3006。
在图12所示的显示装置中，连接到信号线S1的像素是用于R(红色)发射光的像素，连接到信号线S2的像素是用于G(绿色)发射光的像素，连接到信号线S3的像素是用于B(蓝色)发射光的像素。基本电流源1201a为监控元件1202a提供电流。电压跟随器电路1203a检测监控元件1202a的阳极的电位，以及电源线V1设置在被检测的电位。基本电流源1201b为监控元件1202b提供电流。电压跟随器电路1203b检测监控元件1202b的阳极的电位，以及电源线V2设置在被检测的电位。基本电流源1201c为监控元件1202c提供电流。电压跟随器电路1203c检测监控元件1202c的阳极的电位，以及电源线V3设置在被检测的电位。照此，能为每个RGB设置电位，因此，当根据每个RGB的EL材料的温度特性或退化特性不同时，发光元件能被设置到想要的电位。即，能为每个RGB修正电源电位。
在这个实施方式中，将对进一步提高了退化修正精度的结构进行描述。
当显示装置用于长时间使用时，监控元件与发光元件之间的退化速度将不同。使用的时间越长，变化变得越大，将导致退化修正的较低功能。
现在参照图4进行描述，在这种情况下退化速度变化。监控元件102和发光元件105的初始V-I特性如线401所示，而显示装置经过一段时间的使用已经退化的监控元件102的V-I特性如线402所示。另外，显示装置经过一段时间的使用已经退化的发光元件105的V-I特性如线403所示。照此，监控元件102和发光元件105之间的退化速度不同。这是因为当显示装置显示图像时，电流是恒定地提供给监控元件102的。然而，由于每个像素中的发光元件105不是一直发光，监控元件102与发光元件105之间的退化随时间而不同。也就是说，发光元件的退化速度要慢于监控元件。
这里，在监控元件102的初始特性中，当电流I0流进监控元件102时，电压V5提供给监控元件。在发光元件105退化后提供电压V6，而在监控元件102退化后提供电压V7。换句话说，为了给已经退化的发光元件105提供电流I0，需要提供电压V6，而为了给已经退化的监控元件102提供电流I0需要提供电压V7。
当监控元件102的阳极111的电位V7在这样的条件下被检测、以及发光元件通过缓冲放大器103设置到被检测电位V7时，施加输送电流I0到发光元件所需要的比V6高的电压，这将导致较大的功耗。此外，由于每个像素中发光元件的退化速度彼此不同，当提供过大的电压时荧屏灼伤变得突出。
在这个实施方式中，使每个发光元件的退化速度更接近监控元件的退化速度，以便提高退化修正的精度。
因此，在这个实施方式中，在显示装置的每个像素中发光元件的发射周期的平均时间长度期间内，提供电流给监控元件。优选的是，在显示装置的图像显示周期的10％到70％期间，提供电流给监控元件。
已经由实验知道，显示装置每个像素中的发光元件的发射/不发射周期的平均比率是3∶7。因此，在显示装置的图像显示周期的30％期间提供电流给监控元件。
图5示出了能够设置监控元件发射周期的修正电路的结构。它包括电流源501，监控元件502，电压跟随器电路503，驱动晶体管504，发光元件505，电容器506，第一开关507和第二开关508。
当恒定电流提供给监控元件502时，第一开关507和第二开关508被导通。然后，电流流向监控元件502，以及监控元件502的阳极509的电位在电容器506中积累。同时，该电位输入到电压跟随器电路503的非反相输入端，以及从它们的输出端输出相同的电位。照此，由于环境温度改变而使其V-I特性发生变化的发光元件105能被设置在理想的电位。
当监控元件502不发射光时，第一开关507和第二开关508被关闭，监控元件502的阳极509的电位被保持在电容器506中。这时，第二开关508和第一开关507同时被关闭，或至少在第一开关507之前关闭。这是因为，如果第一开关507在第二开关508关闭之前被关闭，则已经积累了监控元件502的阳极电位的电容器的电位就会波动。
照此，也在非发射周期中，监控元件502的阳极509的电位在当第二开关508关闭的时刻，被输入到电压跟随器电路503的非反相输入端。然后，相同的电位从电压跟随器电路503的输出端输出，因此在当第二开关508关闭的时刻提供给监控元件502的电流能被提供给发光元件。
在此结构中，可在电流提供给监控元件的周期内实现温度修正功能，因此，退化修正和温度修正两者都能实现。在这个实施方式中，退化修正的功能尤其出色。
通过实验得知，在显示装置的时间灰度显示中，在一个帧周期中每个像素的发射/不发射周期的平均比率是30∶70。因此，在显示装置显示图像期间，提供给为其恒定地提供电流的监控元件的电流量，与提供给每个发光元件的电流量的平均比率是100∶30。这样，通过设置提供电流给监控元件的周期以便占据一个帧周期的30％，能使监控元件的退化速度更接近像素中发光元件的退化速度。也就是说，能提高退化修正的精度。
另外，在前述结构中，当给每个RGB设置用于退化修正的监控元件时，退化修正功能和温度修正功能能具有甚至于提高的精度。在RGB之间EL的寿命或退化速度变化的情况下，或在RGB之间EL元件的温度特性变化的情况下，温度修正和退化修正最好通过相应地给用于RGB的每个发光元件设置监控元件来完成。另外，当用于RGB的每个监控元件的发射周期根据用于RGB的每个发光元件发射/不发射周期(占空比)的平均值进行设置时，退化修正的精度能进一步提高。也就是说，监控元件和每个发光元件的退化速度的平均值能近似相等，将使退化修正获得更高的精度。另外，由于监控元件能使用同样颜色的EL材料形成，发光元件的温度修正精度也能提高。如图12所示，当它应用于显示装置能获得这样的结构。
在这个实施方式中，将参照图6描述保持温度修正精度的同时提高退化修正精度的显示装置结构。
显示装置包括电流源601，监控元件602a，监控元件602b，电压跟随器电路603，驱动晶体管604，发光元件605，开关606a和开关606b。
简要地描述具有此结构的修正电路的工作过程。开关606a和606b交替地导通。然后，电流必定流入监控元件602a或602b。然后，通过电压跟随器电路603检测监控元件602a和602b的阳极的电位，以及将发光元件605设置在所检测的电位。可替换的，通过设置开关606a和606b具有相同长度的导通周期，能够延迟监控元件602a和602b随时间的退化速度。
另外，由于电流恒定地提供给监控元件602a或602b，以及检测监控元件的阳极的电位以便使发光元件的阳极设置在被检测的电位，也能恒定地进行温度修正。
图7示出了能够以这样一种方式工作的示例性开关。开关701起着图6中的开关606a和606b的作用。开关701的一端a与电流源601连接，开关701的一端b与监控元件602a的阳极连接，以及开关701的一端c与监控元件602b的阳极连接。当电流从电流源601提供给监控元件602a时，开关710的端a和端b彼此连接。另一方面，当电流提供给监控元件602b时，开关710的端a和端c彼此连接。
图8所示为开关701的具体结构。开关701包括模拟开关801和802，以及反相器803。控制信号输入到模拟开关801和802的控制输入端，因此模拟开关801或模拟开关802被导通。以此，它能决定向监控元件602a和602b中的哪一个提供电流。
另外，开关606a和606b的功能可以通过使用图9所示的晶体管实现。使用P-沟道开关晶体管901和N-沟道开关晶体管902。开关晶体管901的源极端和开关晶体管902的漏极端连接到电流源601。开关晶体管901的漏极端连接到监控元件602a的阳极。开关晶体管902的源极端与监控元件602b的阳极连接。控制信号输入到晶体管的栅极端。然后，由于开关晶体管901和902具有不同的导电类型，所以它们中的一个被导通。如此，能选择监控元件602a或602b。图13示出了这个结构应用于显示装置的具体结构示例。图9中的晶体管901对应于图13中的晶体管1302b，而图9中的晶体管902对应于图13中的晶体管1302a。控制信号从控制线1301输入到晶体管的栅极端，因此P-沟道晶体管1302b和N-沟道晶体管1302a交替地导通。
注意当使用图10中所示的具有相同导电类型的晶体管，也能获得类似的功能。控制信号直接输入到开关晶体管1001的控制输入端，而控制信号是经反相器输入到开关晶体管1002的。然后，将要输入到开关晶体管1002的控制信号反相，这样就可以选择开关晶体管中的一个。应注意到图10所示为使用P-沟道晶体管1001和1002的例子，然而，仅使用N-沟道晶体管也能获得相似的功能。图14所示为前述结构应用于显示装置的具体结构示例。图10中的晶体管1001对应于图14中的晶体管1402b，而图10中的晶体管1002对应于图14中的晶体管1402a。从控制线1401将控制信号输入到晶体管1402b的栅极端。另一方面，控制信号被反相以便交替地导通晶体管1402b和1402a。
注意所选择的监控元件不限于两个，如果设置多个监控元件，能进一步延迟退化速度。如此，通过设置三个监控元件以及顺序地选择监控元件以便流过电流，能使发光元件的退化速度更接近监控元件的退化速度。
图15所示为进一步提高了退化修正的结构。为了使像素1106中发光元件的退化速度更接近监控元件的退化速度，用于给像素部分1109的一列提供信号的源极信号线连接到晶体管1501a至1501n的源极端，从而设置晶体管1502a至1502n的导通/关闭。因此，能使某列中的每个监控元件和每个发光元件的发射/不发射周期的比率相等。注意在图15的结构中，信号线S1连接到开关晶体管1501a至1501n，用于传输信号给晶体管以便设置监控元件的导通/关闭。
图16所示实施例的显示装置包括发光元件1614和监控元件1606。发光元件1614和监控元件1606设置在同一衬底1610上。也就是说，它们在相同的制作条件下以相同的制作步骤制作，以及相对于环境温度的变化和随时间的退化具有相同的特性。本发明的显示装置包括时间测量电路1601，存储电路1602，修正数据发生电路1603，电源电路1604和恒定电流源1605。这些电路可以与发光元件1614和监控电路1606一起设置在同一衬底1610上，或者设置在另外的衬底上。
设置在衬底1610上的像素部分1609包括排列成矩阵的多个像素，每个像素包括发光元件1614和至少两个晶体管(图16中仅示出了驱动晶体管1613)。发光元件1614的亮度和发射/不发射由设置在衬底1610上的驱动器控制(第一栅极驱动器1608，第二栅极驱动器1611和源极驱动器1612作为示例示出)。
监控元件1606以单个或多个设置在衬底1610上。包括一个或更多的监控元件1606的监控电路1607可以设置在像素区1609的内部或外部。然而，监控电路1607期望设置在像素部分1609的外部以免图像显示受到不利的影响。
从恒定电流源1605提供恒定电流给监控元件1606。在这样的条件下，当环境温度变化或随时间产生退化时，监控元件1606的电阻值本身变化。于是，由于监控元件1606的电流值在任何时候都是恒定的，因此监控元件1606两个电极之间的电位差改变。
在前述构造的情况下，作为监控元件1606的两个电极中之一的反电极1615的电位改变，同时连接到恒定电流源1605的监控元件1606的另外一个电极(这里称为第一电极)的电位改变。监控元件1606的第一电极改变了的电位被输出到缓冲放大器。
时间测量电路1601具有测量从电源电路1604提供电源给包括发光元件1614的面板的时间的功能，或具有通过采样施加到像素区1609中每个像素的视频信号来测量发光元件1614的发射周期的功能。在后一种功能的情况下，像素区1609具有多个发光元件1614，它们中的每一个具有不同的发射周期。这样，最好能计算每个发光元件1614的发射周期，并采用它们的平均值。可替换的是，期望计算从多个发光元件1614中选择出的几个发光元件1614的发射周期，并采用它们的平均值。时间测量电路1601向修正数据发生电路1603输出包含通过前述功能中的一个获得的时间数据的信号。
存储电路1602是用于存储发光元件1614的V-I特性随时间变化的电路。即，存储电路1602沿着时间的经过在每一点上存储发光元件1614的V-I特性，优选为10,000到100,000小时。存储电路1602基于修正数据发生电路1603提供的信号，将在该点上相应于时间经过的发光元件1614的V-I特性的数据输出到修正数据发生电路1603。
修正数据发生电路1603基于监控元件1606的输出和存储电路1602的输出，计算发光元件1614工作的最佳电压条件。即，计算出用于获得所需亮度的最佳电压条件。然后，将含有这些数据的信号输出到电源电路1604。
电源电路1604为发光元件1614提供基于修正数据发生电路1603提供的信号修正的电源电位。
应注意的是，在使用包括发光元件1614的显示面板显示彩色图像的情况下，最好在每个像素中设置具有不同发射光谱的EL层。典型的是，设置对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)中的每个颜色的EL层。这样的情况下，最好为红、绿和蓝中的每个颜色相应地设置监控元件1606，以便单独地修正每个颜色的电源电压。
执行EL退化的加速测试以计算出加速因子。然后，经过估算长周期的退化特性获得的数据存储到存储电路1602中。
根据具有前述构造的本发明，由环境温度的变化和随时间的退化引起的发光元件的电流波动效应，能通过使用监控元件设置发光元件的最佳电压条件来抑制。另外，由于本发明不需要用户的控制，甚至在产品分配给终端用户后也能通过持续地执行修正而确保产品有较长的使用寿命。
在这个实施方式中，描述了当使用实施方式1到3中的显示装置不显示图像时，用于周期中像素中的发光元件随时间退化的修正方法。
在开始阶段发光元件随时间退化的速度很快，随时间推移将变慢。这样，在使用发光元件的显示装置中，引起全部发光元件随时间初始退化的初始老化过程最好在发光元件调节亮度之前(例如出货之前)进行。预先通过进行这样的初始老化过程以引起发光元件随时间的初始急剧退化，能够防止以后发光元件的退化快速发展。因此，诸如由发光元件随时间的退化引起的荧屏灼伤现象就能够减少。
注意到，通过控制发光元件仅仅在某个期间内发射光来进行初始老化过程。优选通过施加比平常更高的电压来进行。从而，随时间的初始退化能在短时间内发生。
当本发明的显示装置使用充电型电池工作时，理想的是在显示装置没有使用但在充电时，执行所有像素的照明/闪烁过程、通过其反转正常图像(如待机图像)的对比的图像显示过程、以较低频率点亮的像素的照明/闪烁过程，其通过采样视频信号被检测，等等。前述为了减小荧屏灼伤而在显示装置没有使用时工作的过程被称作闪现(flashout)过程。当执行此闪现过程时，即使在此过程后发生荧屏灼伤，灼伤图像的最亮区域和最暗区域之间的差异可以设置为具有少于5个灰度等级，更优选的是1个或以下的灰度等级。另外，为了减小荧屏灼伤，除了上述过程之外，最好还执行防止图像长时间固定的过程。
现在参照图17至19描述具有低功耗的显示装置的结构。本发明的显示装置包括多个像素10，每个像素在其中源极线Sx(x是自然数，1＝x＝m)与栅极线Gy(y是自然数，1＝y＝n)交迭、并有绝缘体夹入在它们之间的区域内包括多个元件(参见图17A)。像素10包括发光元件13，电容器16，和两个晶体管。两个晶体管中的一个是用于控制输入到像素10的视频信号的开关晶体管11(下文中表示为TFT 11)，以及另一个是用于控制发光元件13的发射/不发射的驱动晶体管12(下文中表示为TFT 12)。TFT 11和12每个都是包括栅电极、源电极、和漏电极三端的场效应晶体管。
TFT 11的栅电极连接到栅极线Gy，源电极和漏电极中的一个连接到源极线Sx，以及它们中的另一个连接到TFT 12的栅电极。TFT 12的源电极和漏电极中的一个经过电源线Vx(x是自然数，1＝x＝m)连接到第一电源17，另一个连接到发光元件13的像素电极。发光元件的反电极连接到第二电源18。电容器16连接到TFT 12的栅电极和源电极之间。TFT 11和12的导电类型没有特别的限制，可以使用N-沟道型或P-沟道型晶体管。如结构中所示，TFT 11是N-沟道型晶体管而TFT 12是P-沟道型晶体管。第一电源17和第二电源18的电位也没有特别的限制，它们设置在彼此不同的电平以给发光元件13提供正向偏压或反向偏压。
具有前述结构的本发明的显示装置在每个像素10中包括两个晶体管。根据这种结构，设置在每个像素10中的晶体管的数目能被减小，因此设置的布线数目也必然会被减小。这样，能获得高孔径比、高分辨率和高产量。当实现了高孔径比时，根据发光区域的增加可减小发光元件的亮度。即，电流密度能被减小。这样，驱动电压能被减小，从而获得低的功耗。另外，驱动电压的减小能获得较高的可靠性。
形成TFT 11和12的半导体可以是任何的非晶形半导体(非晶硅)，微晶半导体，多晶半导体(多晶硅)，以及有机半导体。微晶半导体可以由硅烷气体(SiH4)和氟气(F2)、或者使用硅烷气体和氢气形成。可替换的，它可以通过使用前述的气体并随后用激光照射形成薄膜来获得。TFT 11和12的每个栅电极利用导电材料形成单层或多层。例如，可以使用氮化钨(WN)和钨(W)顺序的叠层结构，钼(Mo)、铝(Al)和Mo顺序的叠层结构，或者氮化钼(MoN)和Mo顺序的叠层结构。
连接到包括在TFT 11和12中的杂质区域(源电极和漏电极)的导电层(源/漏布线)是利用导电材料形成的单层或多层。例如，可以使用钛(Ti)、铝硅(Al-Si)、钛(Ti)顺序的叠层结构，钼(Mo)、铝硅(Al-Si)、钼(Mo)顺序的叠层结构，或者氮化钼(MoN)、铝硅(Al-Si)、氮化钼(MoN)顺序的叠层结构。
图18为具有前述结构的像素10的布局。该布局中示出了TFT 11和12、电容器16和与发光元件13的像素电极相对应的导电层19。图17B示出了图18的布局沿线A-B-C的截面结构。TFT 11和12、发光元件13和电容器16形成在具有如玻璃和石英的绝缘表面的衬底20上。
发光元件13对应于导电层19(像素电极)，电致发光层33和导电层34(反电极)的叠层。当导电层19和34都透射光时，发光元件13在导电层19和导电层34的两个方向上都发光。即，发光元件13向两侧发光。另一方面，当导电层19和34的一个透射光而另一个遮挡光时，发光元件13仅仅在导电层19或导电层34的一个方向上发光。即，发光元件13在顶侧或底侧发光。图17B示出了发光元件13向底侧发光的情况下的截面结构。
电容器16设置在TFT 12的栅电极和源电极之间，并存储TFT 12的栅-源电压。电容器16以设置在与TFT 11和12中包括的半导体层处在相同层的半导体层21、设置在与TFT 11和12的栅电极处在相同层的导电层22a和22b(下文一起表示为导电层22)、以及设置在半导体层21和导电层22之间的绝缘层，而形成电容。
另外，电容器16以设置在与TFT 11和12的栅电极处在相同层的导电层22、设置在与连接到TFT 11和12的源电极和漏电极的导电层24至27处在相同层的导电层23、以及设置在导电层22和导电层23之间的绝缘层，来形成电容。
根据这样的结构，电容器16能够具有足够大的电容值以存储TFT 12的栅-源电压。另外，电容器16设置在构成电源线的导电层的下面，因此，电容器16的布局不会引起孔径比的减小。
每个均对应于TFT 11和12的源/漏布线的导电层23至27为500至2000nm厚，或更优选为500至1300nm厚。导电层23至27构成了源极线Sx和电源线Vx。因此，通过以上述的厚度形成导电层23至27，能够抑制电压降效应。应注意到当导电层23至27形成得厚时，布线电阻会很小。然而，当导电层23至27形成得非常厚时，将难于精确地执行构图处理或使表面具有更多不规则性。即，考虑到易于进行的构图处理和表面的不规则性，导电层23至27的厚度应控制在上述的范围内。
另外，绝缘层28和29(下文中一起表示为第一绝缘层30)覆盖TFT 11和12，第二绝缘层31设置在第一绝缘层30上，设置了对应于形成在第二绝缘层31上像素电极的导电层19。假设没有形成第二绝缘层31，每个均对应于源/漏布线的导电层23至29与导电层19形成在同一层。然后，形成有导电层19的区域限定为没有形成导电层23至29的区域。然而，第二绝缘层31的提供增加了形成有导电层19的区域的余量，能获得高孔径比。当采用顶部发射结构时，这样的结构是相当有效的。当获得高的孔径比时，驱动电压根据发光区域的增加而减小，从而减小了功耗。
值得注意的是，每个第一绝缘层30和第二绝缘层31是通过使用无机材料如氧化硅和氮化硅、有机材料如聚酰亚胺和丙烯酸等形成的。第一绝缘层30和第二绝缘层31可以使用相同材料或不同材料形成。至于绝缘层，可以应用硅氧烷材料或包括硅氧烷的材料。硅氧烷包括硅(Si)和氧(O)的键合形成的骨架，其包括至少包含氢的有机基团作为取代基(如烃基和芳烃)。可替换的是，氟基团可以作为取代基。可替换的是，氟基团和至少包含氢的有机基团可作为取代基使用。
在相邻的像素10之间，设置了分隔层32(也称作隔堤(bank))(参见图19)。电容器16上的分隔层32的宽度35对于覆盖设置在底部上的布线足够宽。特别是，宽度35为7.5至27.5μm，或更优选为10至25μm。如此，通过形成狭窄的分隔层32，可以获得高的孔径比。当获得高的孔径比时，根据发光区域的增加可减小驱动电压，从而减小了功耗。
注意到该布局中，像素的孔径比大约为50％。在图19中，在列方向(纵向)像素10的长度表示为宽度38，而在行方向(横向)像素10的长度表示为宽度37。分隔层32可以通过使用无机材料或有机材料形成。然而，当电致发光层设置得与分隔层32接触时，分隔层32希望形成为具有连续可变化的曲率半径，以致于不在电致发光层中产生针孔。
另外，分隔层32遮挡光。根据这样的结构，相邻像素10的边界变得更清晰，因此能显示高分辨率的图像。由于分隔层32是有颜色的，因此它遮挡光。
本发明的显示装置包括多个前述像素10呈矩阵排列的像素区40，第一栅极驱动器41，第二栅极驱动器42和源极驱动器43(参见图20)。第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42设置在像素区40的相对侧或像素区40的一侧。
源极驱动器43包括脉冲输出电路44，锁存器45和选择电路46。锁存器45包括第一锁存器47和第二锁存器48。选择电路46包括晶体管49(下文中表示为TFT 49)和模拟开关50。TFT 49和模拟开关50对于源极线Sx相应地设置在每一列中。反相器51产生通过将WE(写入/擦除)信号反相获得的信号，当WE信号由外部提供时无需设置它。
TFT 49的栅电极连接到选择信号线52，以及其源电极和漏电极中的一个连接到源极线Sx而另一个连接到电源53。模拟开关50设置在第二锁存器48和源极线Sx之间。即，模拟开关50的输入节点连接到第二锁存器48，其输出节点连接到源极线Sx。模拟开关50的两个控制节点之一连接到选择信号线52，而另一个经反相器51连接到选择信号线52。电源53的电位具有关闭像素10中包括的TFT 12的电平，当TFT 12是N-沟道TFT时它是L电平，而当TFT 12是P-沟道TFT时它是H电平。
第一栅极驱动器41包括脉冲输出电路54和选择电路55。第二栅极驱动器42包括脉冲输出电路56和选择电路57。选择电路55和57连接到选择信号线52。注意包括在第二栅极驱动器42中的选择电路57经过反相器58连接到选择信号线52。即，经过选择信号线52输入到选择电路55和57的WE信号是彼此反相的。
选择电路55和57的每一个包括三态缓冲器，三态缓冲器的输入节点连接到脉冲输出电路54或脉冲输出电路56，而其控制节点连接到选择信号线52。三态缓冲器的输出节点连接到栅极线Gy。当从选择信号线52传输的信号具有H电平时，三态缓冲器工作，而当从选择信号线52传输的信号具有L电平时它是在浮置状态。
包括在源极驱动器43中的脉冲输出电路44、包括在第一栅极驱动器41中的脉冲输出电路54、以及包括在第二栅极驱动器42中的脉冲输出电路56，对应于具有多个触发器电路的移位寄存器或译码器电路。当采用译码器电路用于每个脉冲输出电路44、54和56时，源极线Sx或栅极线Gy能随机地选择。当源极线Sx或栅极线Gy能随机地选择时，能抑制采用时间灰度方法产生的伪轮廓。
值得注意的是，源极驱动器43的构造不限于上述那些，另外可设置电平移动器和缓冲器。也应注意到第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42的构造不限于上述那些，另外可设置电平移动器和缓冲器。另外，尽管没有示出，每个源极驱动器43、第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42包括保护电路。包括保护电路的驱动器的构造将在以下实施例2中描述。
另外，本发明的显示装置包括电源控制电路63。电源控制电路63包括用于给发光元件13提供电源的电源电路61，和控制器62。电源电路61经过TFT12和电源线Vx连接到发光元件13的像素电极。另外，电源电路61经过电源线连接到发光元件13的反电极。
当正向偏压施加到发光元件从而提供电流使发光元件13发光时，第一电源17和第二电源18设置为具有一电位差，以使第一电源17的电位高于第二电源18的电位。另一方面，当反向偏压施加到发光元件13时，第一电源17和第二电源18设置为具有一电位差，以使第一电源17的电位低于第二电源18的电位。这样的电位设置是通过从控制器62给电源电路61提供预定信号实现的。
根据本发明，使用电源控制电路63将反向偏压施加到发光元件13，因此可抑制发光元件13随时间的退化从而提高可靠性。发光元件13可能具有初始缺陷，即由于外来物质的附着而使其阳极和阴极短路，阳极或阴极的极微小突出部分产生的针孔，或电致发光层的不规则性。这样的初始缺陷干扰了依据信号的发射/不发射，并会产生如下问题，即由于几乎全部电流流向短路区域而使所有的元件不发光，或者仅仅特定像素发光或不发光，以致不能进行满意的图像显示。然而，根据本发明的结构，反向偏压能够施加到发光元件，因此电流仅局部地流向阳极和阴极的短路部分，以致于在短路部分中发热。结果，短路部分通过氧化或碳化可以被绝缘。这样，即使当初始缺陷发生时也可通过消除缺陷而使实现满意的图像显示。注意这样的初始缺陷的绝缘最好在出货之前完成。另外，不仅是初始缺陷，而且还可能是阳极和阴极随时间产生短路的其它缺陷。这样的缺陷称作渐进式缺陷。然而，根据本发明，反向偏压能以规则的间隔施加到发光元件，因此，这样可能的渐进式缺陷就能被消除，并且能够进行满意的图像显示。注意反向偏压施加到发光元件13的时序没有特别的限制。
本发明的显示装置还包括监控电路64和控制电路65。监控电路64依照环境温度工作。控制电路65包括恒流源和缓冲器。在所示的构造中，监控元件64包括监控发光元件66(下文中表示为发光元件66)。
控制电路65基于监控电路64的输出为电源控制电路63提供用于改变电源电位的信号。电源控制电路63基于控制电路65提供的信号，改变将要提供给像素区40的电源电位。根据具有前述构造的本发明，能够抑制由环境温度改变引起的电流值的波动，从而提高可靠性。
根据使用恒定电压驱动的本发明的显示装置，发光元件的亮度为500cd/m2，像素孔径比为50％时的功耗为1W或更小(950mW)。另一方面，根据恒定电流驱动的显示装置，发光元件的亮度为500cd/m2，像素孔径比为25％时的功耗为2W(2040mW)。即，通过采用恒定电压驱动，能够减小功耗。特别是，通过采用恒定电压驱动，功耗能被抑制到1W或更小，更优选为0.7W或更小。
注意前述功耗值仅仅是像素区的，不包括驱动电路部分的功耗。另外，采用时间灰度方法时两者都呈现了70％的显示占空比为。
注意如上所述，本发明的晶体管可以是任何类型，可以形成在任何衬底上。因此，图20所示的整个电路可以形成在任意类型的衬底上，如玻璃衬底，塑料衬底，单晶衬底以及SOI衬底。可替换的是，图20中的电路的一部分可以形成在某一衬底上，而另一部分可以形成在另一衬底上。即，不是图20中的整个电路都必须形成在同一衬底上。例如，这样的结构可以应用在图20，其中像素区40和第一栅极驱动器41通过使用TFT形成在玻璃衬底上，而源极驱动器43(或它的一部分)形成在单晶衬底上，因此IC芯片可以通过COG(玻璃上芯片)粘接而连接到玻璃衬底上。可替换的是，IC芯片可以通过TAB(带式自动接合)或使用印刷板连接到玻璃衬底上。
现在参照图21至23描述包括在本发明的显示装置中的源极驱动器43的构造。源极驱动器43包括脉冲输出电路44，NAND 71，第一锁存器47，第二锁存器48以及选择电路46(第一锁存器47，第二锁存器48以及选择电路46在图中整体表示为SLAT)(参见图21)。脉冲输出电路44具有多个单元电路(SSR)70级联连接的构造。脉冲输出电路44被提供以时钟信号(SCK)，时钟回信号(SCKB)以及启动脉冲(SSP)。第一锁存器47被提供以数据信号(DataR，DataG，DataB)。第二锁存器48被提供以锁存脉冲(SLAT)，以及通过使锁存脉冲反相获得的脉冲(SLATB)。选择电路46被提供以写入/擦除信号(SWE或写入/擦除信号，下文中也表示为WE信号)，以及通过反转WE信号获得的信号(SWEB)。
脉冲输出电路44中包括的单元电路70包括多个晶体管和逻辑电路(参见图22)。向其提供时钟信号和时钟回信号的单元电路70的输入节点具有作为保护电路的电阻72。同样，被输入以数据信号的第一锁存器47的输入节点具有分别作为保护电路的电阻76至78(见图23)。另外，尽管图21中未示出，选择电路46的较低级具有电平移动器73和缓冲器74，缓冲器74的较低级具有保护电路75。保护电路75包括每个源极线的4个晶体管79至82。注意根据连接到源极线Sx的像素中将要发射的颜色，设置提供给缓冲器74的电源电位83至85。
源极驱动器43包括连接到脉冲输出电路44的输入节点的第一保护电路(对应图中的电阻72)，连接到第一锁存器47的输入节点的第二保护电路(对应图中的电阻76至78)，设置在选择电路46的较低级的第三保护电路(对应图中的晶体管79至82)，根据这样的构造，由静电引起的元件的退化和击穿能被抑制。
现在参照图24至25描述第一栅极驱动器41的构造。第二栅极驱动器42具有与第一栅极驱动器41类似的构造，因此，在此省略它的描述。第一栅极驱动器41包括脉冲输出电路54，电平移动器(GLS)86以及选择电路55(参见图24)。脉冲输出电路54的构造与包括在源极驱动器43中的脉冲输出电路44的构造类似，并且它具有多个单元电路(SSR)70级联连接的构造，其输入节点具有保护电路。
选择电路55包括三态缓冲器87和保护电路88(参见图25)。三态缓冲器87的作用是防止当第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42中的一个为栅极线Gy充电或放电时，被其它驱动器的输出干扰其工作。因此，除了三态缓冲器以外，选择电路55还可以是模拟开关、时钟反相器等等，只要其具有上述作用。保护电路88包括元件组89和90。
第一栅极驱动器41包括连接到脉冲输出电路54的输入节点的第一保护电路和设置在选择电路55的较低级上的第二保护电路88。根据这样的构造，能抑制由静电引起的元件的退化和击穿。更特别的是，输入到输入节点的时钟信号或数据信号可能具有噪声，其给元件瞬间施加高电压或低电压。然而，根据具有保护电路的本发明，能够抑制元件的故障、退化或击穿。
注意保护电路不仅可以由电阻和晶体管构成，而且可以是一个或多个从电阻、电容和整流器中选择出的元件。整流器为其栅电极和漏电极彼此连接的晶体管，或为二极管。
简要描述保护电路的工作过程。这里，描述包括在第一栅极驱动器41的保护电路88的工作过程。
首先，由于噪声效应等，三态缓冲器87的输出节点提供具有高于VDD电压的信号。然后，由于它们的栅-源电压的关系，元件组89被关闭而元件组90被导通。然后，存储于三态缓冲器87中的电荷释放到电源线以传送VDD，因此栅极线Gx的电位变为VDD或VDD+a。
另一方面，如果三态缓冲器87的输出节点提供具有低于VSS电压的信号，由于它们的栅-源电压的关系使元件组89被导通而元件组90被关闭。然后，栅极线Gx的电位变为VSS或VSS-a。
如此，即使当由于噪声等，从三态缓冲器87的输出节点提供的电压瞬时变得高于VDD或低于VSS，提供给栅极线Gx的电压没有变为高于VDD或低于VSS。因此，能够抑制由噪声、静电引起的元件的故障、退化或击穿。
本发明的显示装置包括设置在连接膜如FPC(柔性印刷电路)和第一栅极驱动器41、第二栅极驱动器42或源极驱动器43之间的保护电路101。至于源极驱动器43，如SCK、SSP、DataR、DataG、DataB、SLAT和SWE的信号经过连接膜由外部提供，以及保护电路设置在用于传输这些信号的布线和连接膜之间。至于第一栅极驱动器41，如GCK、GISP、PWC和WE的信号经过连接膜由外部提供，以及保护电路设置在用于传输这些信号的布线和连接膜之间。此实施方式能够自由地结合前述的实施方式实现。
本发明的温度修正功能通过使用依据环境温度工作的监控电路64、控制电路65和电源控制电路63实现(参见图26)。监控电路64包括所示构造中的发光元件66。发光元件66的电极中的一个以恒定电位连接到电源(构造中所示为接地)，而另一个连接到控制电路65。控制电路65包括恒流源91和放大器92。电源控制电路63包括电源电路61和控制器62。注意电源电路61最好是所提供的电源电位可以改变的可变电源。
下面描述使用发光元件66检测环境温度变化的机构。从恒流源91在发光元件66的两个电极之间提供恒定电流。即，发光元件66的电流值总是恒定的。当环境温度在这种条件下变化时，发光元件66本身的电阻值改变。当发光元件66的电阻值改变时，由于发光元件66的电流值总是恒定的，发光元件66的两电极之间产生电势差。通过检测发光元件66两电极之间的电势差，就能检测环境温度的变化。更具体的，处于固定电位的发光元件66的电极的电位保持不变，因此，连接到恒流源91的相对电极的电位变化被检测。包含发光元件这种电位变化数据的信号提供给放大器92，从而通过放大器92放大以及输出到电源控制电路63。电源控制电路63基于监控电路64的输出，经过放大器92改变提供给像素区40的电源电位。因此，电源电位能依据温度的变化而被修正。即，能够抑制由温度引起的电流值的波动。
值得注意的是，多个发光元件66设置在所示的构造中，然而，本发明不限于此。设置在监控电路64中的发光元件66的数目没有特别的限制。另外，甚至当利用发光元件66时，晶体管可以串联到发光元件66。在这种情况下，串联到发光元件66的晶体管按需要被导通。另外，尽管发光元件66作为监控电路64使用，但本发明不限于此，可以使用其它公知的温度传感器。在使用公知的温度传感器的情况下，它可以设置在与像素区40相同的衬底上，或通过使用IC外部连接。本发明的温度修正功能不需要用户的控制，因此，它可以在显示装置分配到终端用户后持续实现修正。此实施方式能够自由地结合前述的实施方式实现。
本发明的显示装置的工作过程参照图20、27A和27B进行描述。首先，描述源极驱动器的工作过程(参见图20和27A)。脉冲输出电路44被输入以时钟信号(SCK)、时钟反相信号(SCKB)和启动信号(SSP)。依据这些信号的时序，采样脉冲输出到第一锁存器47。输入有数据的第一列至最后列的第一锁存器47依据采样脉冲输入的时序来存储视频信号。锁存脉冲输入之后，存储在第一锁存器47中的视频信号立即传输到第二锁存器48。
现在，描述在每个周期中选择电路46的工作过程，假设从选择信号线52传输的在L电平的WE信号的周期为T1，而从选择信号线52传输的在H电平的WE信号的周期为T2。周期T1和T2每个对应水平扫描周期的半个周期，以及周期T1称之为第一子栅极选择周期而周，期T2称之为第二子栅极选择周期。
在周期T1中(第一子栅极选择周期)，从选择信号线52传送的WE信号是L电平，TFT 49导通而模拟开关50被关闭。然后，多个信号线S1到Sn经设置在每列中的TFT 49电连接到电源53。即，多个信号线S1到Sn具有与电源53相同的电位。这时，包括在像素10中的TFT 11被导通，电源53的电位经TFT 11传输到TFT 12的栅电极。然后，TFT 12被关闭，发光元件13的两个电极具有相同的电位。即，没有电流在发光元件13的两个电极之间流过，因此它就不发光。照此，不管输入到信号线的视频信号如何，电源53的电位都被传输到TFT 12的栅电极，其关闭TFT 11以使发光元件13的两个电极具有相同的电位，这种过程被称为擦除操作。
在周期T2中(第二子栅极选择周期)，从选择信号线52传输的WE信号是H电平，TFT 49被关闭而模拟开关50被导通。存储在第二锁存器48的一行视频信号立即传输到多个信号线S1到Sn。这时，像素10中的TFT 11被导通，视频信号经TFT 11传输到TFT 12的栅电极。然后，根据输入的视频信号，TFT 12被导通或关闭，因此发光元件13的两个电极具有不同的电位或相同的电位。特别是，当TFT 12被导通时，发光元件13的两个电极具有不同的电位，因此电流流入发光元件13。即，发光元件13发光。注意流入发光元件13的电流与TFT 12的源-漏电流具有相同的值。另一方面，当TFT 12被关闭时，发光元件13的两个电极具有相同的电位，因此没有电流流入发光元件13。即，发光元件13不发光。如此，TFT 12根据视频信号被导通或关闭，引起发光元件13的两个电极具有不同电位或相同电位，这种工作过程被称为写入操作。
现在，描述第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42的工作过程。脉冲输出电路被输入G1CK、G1CKB和G1SP。依据这些信号的时序，脉冲顺序地输出到选择电路55。脉冲输出电路56被输入G2CK、G2CKB和G2SP。依据这些信号的时序，脉冲顺序地输出到选择电路57。图27B示出了给选择电路55和57的i、j、k和第p行(i、j、k和p是自然数，满足1＝i、j、k、p＝n)的每一个提供的脉冲电位。
现在，类似于源极驱动器43工作过程的描述，描述每个周期内第一栅极驱动器41中的选择电路55和第二栅极驱动器42中的选择电路57的工作过程，假设从选择信号线52传输的在L电平的WE信号周期为T1，而从选择信号线52传送的在H电平的WE信号周期为T2。注意图27B的时序图中，已接收来自第一栅极驱动器41的信号的栅极线Gy(y是自然数，满足1＝y＝n)的电位表示为Gy41，而已接收来自第二栅极驱动器42的信号的栅极线的电位表示为Gy42。不用说，Gy41和Gy42表示相同的布线。
在周期T1中(第一子栅极选择周期)，从选择信号线52传送的WE信号是L电平。然后，第一栅极驱动器41中的选择电路55被输入L电平的WE信号，因此选择电路55进入浮置状态。另一方面，第二栅极驱动器42中的选择电路57被输入通过使WE信号反相获得的H-电平信号，因此选择电路57进入工作状态。即，选择电路57传输H-电平信号(行选择信号)到第i行的栅极线Gi，因此栅极线Gi具有与H-电平信号相同的电位。即，第i行的栅极线Gi被第二栅极驱动器42选择。结果，像素10中的TFT 11被导通。然后，源极驱动器43中的电源53的电位传输到TFT 12的栅电极，因此TFT 12被关闭，发光元件13的两个电极具有相同的电位。即，擦除操作在发光元件13不发光的周期内进行。
在周期T2中(第二子栅极选择周期)，从选择信号线52传送的WE信号是H电平。然后，第一栅极驱动器41中的选择电路55被输入H电平的WE信号，因此选择电路55处于工作状态。即，选择电路55传输H-电平信号到第i行的栅极线Gi，因此栅极线Gi具有与H-电平信号相同的电位。即，第i行的栅极线Gi被第一栅极驱动器41选择。结果，像素10中的TFT 11被导通。然后，视频信号从源极驱动器43中的第二锁存器48传输到TFT 12的栅电极，因此TFT 12被导通或关闭，以及发光元件13的两个电极具有不同或相同的电位。即，在这个周期中，在发光元件13发光或不发光时进行写操作。另一方面，第二栅极驱动器42中的选择电路57被输入L-电平信号，因此它处于浮置状态。
如此，栅极线Gy在周期T1(第一子栅极选择周期)中被第二栅极驱动器42选择，而在周期T2(第二子栅极选择周期)中被第一栅极驱动器41选择。即，第一栅极驱动器41和第二栅极驱动器42以互补的方式控制栅极线。另外，擦除操作在第一子栅极选择周期和第二子栅极选择周期中的一个内进行，而写操作在另一个内进行。
应注意的是，在第i行的栅极线Gi被第一栅极驱动器41选择的周期内，第二栅极驱动器42不在工作状态(选择电路57处于浮置状态)，或传输行选择信号到除第i行外的其它行的栅极线。类似地，在第i行的栅极线Gi接收来自第二栅极驱动器42的行选择信号的周期内，第一栅极驱动器41处于浮置状态，或传输行选择信号到除第i行外的其它行的栅极线。
根据执行前述操作的本发明，能将发光元件13强制关闭，因此，甚至当灰度级的数目提高时也能提高占空比。另外，尽管发光元件13能被强制关闭，也不需要设置用于释放电容器16的电荷的TFT。这样，能获得高的孔径比。当获得高的孔径比时，发光元件的亮度随着发光区域的增加而减小，这有助于功耗的减小。即，能够减小驱动电压以减小功耗。
注意本发明不限于前述将栅极选择周期分成两半的实施方式。栅极选择周期可以分成3个或更多的周期。此实施方式能够自由地结合前述的实施方式实现。
另注意在栅极选择周期的前半个周期(第一子栅极周期)内输入擦除信号到像素，而在栅极选择周期的后半个周期(第二子栅极周期)内输入视频信号到像素，然而，本发明不限于此。在栅极选择周期的前半个周期(第一子栅极周期)内输入视频信号到像素，而在栅极选择周期的后半个周期(第二子栅极周期)内输入擦除信号到像素也是可能的。
可替换的是，在栅极选择周期的前半个周期(第一子栅极周期)内输入视频信号到像素，以及在栅极选择周期的后半个周期(第二子栅极周期)内输入另一视频信号到像素。对应于不同子帧的信号可以在每个周期中输入。结果，无需擦除周期来设置子帧周期，从而使发射周期连续排列。在这种情况下由于不需要设置擦除周期，因此能提高占空比。
现在参照其纵坐标表示扫描线而横坐标表示时间的时序图(图28A和28C)、以及第i行中的栅极线Gi(1＝i＝m)的时序图(图28B和28D)，对本发明的显示装置的工作过程进行描述。在时间灰度级法中，一个帧周期包括多个子帧周期SF1、SF2、……、SFn(n是自然数)。
多个子帧周期中的每个包括多个进行写入操作或擦除操作的写入周期Ta1、Ta2、……、Tan中的一个，以及多个发光周期Ts1、Ts2、……、Tsn中的一个。多个写入周期中的每个包括多个栅极选择周期。多个栅极选择周期的每个包括多个子栅极选择周期。每个栅极选择周期被分割的数目没有特别的限制，然而，优选是2至8个，或更优选的是2至4个。发光周期的长度Ts1Ts2……Tsn设置为满足，如2(n-1)2(n-2)……2120。即，发光周期Ts1、Ts2、……、Tsn对于每一位设置为具有不同的长度。
下面描述在不提供AC驱动周期FRB的情况下显示3位灰度级(8灰度级)的时序图(参见图28A和28B)。在这种情况下，一帧周期分成3个子帧周期SF1到SF3。子帧周期SF1至SF3中的每个包括写入周期Ta1至Ta3中的一个和发光周期Ts1至Ts3中的一个。每个写入周期包括多个栅极选择周期。多个栅极选择周期中的每个包括多个子栅极选择周期。这里，每个栅极选择周期包括两个子栅极选择周期用于进行擦除操作的第一子栅极选择周期，和用于进行写入操作的第二子栅极选择周期。
注意擦除操作是用于使发光元件不发光的操作，它仅仅在子帧周期中必要的时候执行。
下面描述在提供AC驱动周期FRB的情况下的时序图(参见图28C和28D)。AC驱动周期FRB包括在其中仅仅进行擦除操作的写入周期TaRB，并包括通过使提供给发光元件的电位电平反相而将反相偏压同时施加到整个发光元件上的反相偏压施加周期RB。
注意不必要在每个帧周期都提供AC驱动周期FRB，可以每几个帧周期提供。另外，不需要从子帧周期SF1至SF3分别提供AC驱动周期FRB，可以在某个子帧周期中的发光周期Ts1至Ts3中提供。
另外，子帧周期的顺序不限于上述子帧周期从高次位到低次位的依次排列，它们可以随机地设置。进一步，子帧周期的顺序可以是每个帧周期随机的。
另外，从子帧周期中选择的一个或多个周期可以分割成多个周期。在这种情况下，一个或多个被分割的子帧周期中的每个，以及一个或多个未分割的子帧周期中的每个包括多个写入周期Ta1、Ta2、……、Tam(m是自然数)中的一个，以及多个发光周期Ts1、Ts2、……、Tsm中的一个。
本发明也能通过使用恒流驱动应用到显示装置。在这个实施例中，将参照图34描述通过检测多个监控元件随时间的退化程度，其检测结果用于视频信号或电源电位的修正，对发光元件随时间的退化进行修正的情况。
在这个实施例中，使用多个(至少两个)监控元件。这里，使用两个监控元件3401和3402。一个监控元件3401由恒流源3403提供恒定电流，而另一个监控元件3402由恒流源3404提供恒定电流。通过设定来自恒流源3403和恒流源3404的电流具有不同的值，使提供给监控元件3401和3402每个的总电流有不同的值。然后，监控元件3401和3402具有不同的随时间退化的程度。
监控元件3401和3402连接到运算电路3405，在其中计算出监控元件3401的输出和监控元件3402的输出的差(电压值)。
通过运算电路3405计算出的电压值提供给视频信号发生电路3406。视频信号发生电路3406基于运算电路3405提供的电压值修正提供给每个像素的视频信号。根据这样的构造，能修正发光元件随时间的退化。
另外，在晶体管的栅电极以固定电位连接到电源线Vax、并且操作饱和区的晶体管以视频信号控制发光元件的发光/不发光的情况下，视频信号的修正不是必须的，而只是电源线Vax的电位需要根据来自运算电路3405的电压值而变化。注意电源线Vax连接到电源电路3407。这样，电源电路3407基于来自运算电路3405的电压值修正电源线Vax的电位。
此实施例中具有前述构造的显示装置能够依据发光元件随时间的退化进行修正。
注意用于防止缓冲放大器的电位波动等的电路，优选设置在监控元件3401和运算电路3405之间、以及监控元件3402和运算电路3405之间。还应注意，具有恒定电流驱动的构造的像素包括，例如，使用如图35A所示的电流镜电路的像素，使用如图35B所示其它构造的像素等等。
现在参照图36描述应用本发明的无源矩阵显示装置。无源矩阵显示装置包括形成在衬底上的像素部分，列信号线驱动电路3602(具有电流源3602至3607和开关3608至3611)，行信号线驱动电路3603(具有开关3612至3615)，和每个设置在像素部分外围的用于控制驱动电路3602和3603的控制器3630。像素部分包括排列成列的x列信号线C1至Cx，设置成行的y行信号线L1至Ly，以及排列成矩阵的多个发光元件(x和y是自然数)。列信号线驱动电路3602和行信号线驱动电路3603构造为LSI芯片，并经FPC连接到形成在衬底上的像素部分。另外，监控电路3640设置在形成像素部分的衬底上。
图37是列信号线驱动电路3602的构造例子。恒压源3701具有产生恒定电压的作用，它可以是如已知的具有小温度系数的带隙调节器的恒压源。使用运算放大器3702、晶体管3703和电阻器3704，将恒压源3701产生的电压转换为具有小温度系数的恒定电压。使用配置有晶体管3705至3709和电阻3714至3718的电流镜电路，将已转换的电流反相和分支，再经过开关3710至3713提供给列信号线。
此实施例的显示装置依据温度的变化或发光元件随时间的退化，利用监控电路3640修正输入到列信号线驱动电路3602的图像数据，或者在恒压源3701中产生的电压，因此防止了由温度的变化或发光元件随时间的退化引起的不利后果。
具有像素区包括发光元件的显示装置的电子设备，包括电视机(电视机或电视接收机)，数码相机，数码摄像机，蜂窝电话机(蜂窝电话)，便携式信息终端如PDA，便携式游戏机，显示器，个人电脑，声音再现设备如汽车音响，具有记录介质的图像再现设备如家用游戏机等等。本发明的显示装置能应用到这些电子设备的显示部分。这样的电子设备具体的例子参照图31A至31F进行描述。
图31A所示的运用本发明的显示装置的便携式信息终端包括主体9201，显示部分9202等等，通过本发明能减少它的功耗。图31B所示的运用本发明的显示装置的数码摄像机包括显示部分9701和9702等等，通过本发明能减少它的功耗。图31C所示的运用本发明的显示装置的蜂窝电话终端包括主体9101，显示部分9102等等，通过本发明能少它的功耗。图31D所示的运用本发明的显示装置的便携式电视机包括主体9301，显示部分9302等等，通过本发明能减少它的功耗。图31E所示的运用本发明的显示装置的便携式电脑包括主体9401，显示部分9402等等，通过本发明能减少它的功耗。图31F所示的运用本发明的显示装置的电视机包括主体9501，显示部分9502等等，通过本发明能减少它的功耗。在前述的电子设备中，由于功耗量的减少使用它们的电池能确保电子设备长时间的工作，因此不需要电池充电。
在这个实施例中，参照图32A和32B描述本发明的显示装置在室温下工作的实验结果。图32A所示为关于电流值随时间(260小时)的波动下发光元件的特性。图32B所示为关于亮度随时间(260小时)的波动下发光元件的特性。在图32A和32B两个图中，样品A是包括本发明的修正功能的显示面板，而样品B和C是不包括修正功能的显示面板。样品A和B采用恒压驱动而样品C采用恒流驱动。
在图32A和32B两个图中，横坐标表示时间(小时)。图32A的纵坐标表示通过标准化实际电流值获得的值(％)，而图32B的纵坐标表示通过标准化实际亮度获得的值(％)。
注意在所有样品中，监控元件的占空比是100％，而发光元件的占空比大约为64％。另外，尽管监控元件总的电流值与发光元件的总的电流值相等，但是，监控元件的瞬时电流值与发光元件的不相等。
从图32A中明显看出样品A的电流值随时间逐渐增大；样品B的电流值有很大程度的波动，并随时间逐渐减小；样品C的电流值没有过多的波动，甚至在某个时间段过去以后电流值基本上恒定。由于监控元件的占空比是100％而发光元件的占空比大约为64％，样品A的电流值随时间逐渐增大，这意味着监控元件随时间退化比发光元件更快。
另外，从图32B中明显看出样品A的亮度没有过多地随时间波动，且亮度基本上保持恒定；样品B的亮度有很大程度的波动，且电流值随时间逐渐减小；以及样品C的电流值没有过多的波动，然而，与样品B类似地亮度随时间逐渐减小。
根据图32A和32B的结果，应用本发明的样品A的电流值逐渐增大，然而，它的亮度恒定。这是因为，尽管电流值逐渐增大，而退化进行得比电流值增大的量快+Δ。即，由修正功能增大的电流值量+Δ与随时间退化引起的电流值的减小量相抵消，因此应用本发明的样品A能够有基本恒定的亮度。
根据前述的工作过程，本发明具有修正功能的显示装置能够保持恒定的亮度，因此，它能够称为恒定亮度显示装置。
另外，如本发明具有修正功能的显示装置的驱动方法能够称为恒定亮度驱动方法(恒定亮度方法，恒定发光方法，亮度控制方法，控制亮度方法，或亮度控制方法)。根据这样的驱动方法，发光元件能够在上面描述的通过预先计算由修正功能增加的电流值的量和随时间退化减小的电流值的量，以及应用具有足够电平的电压以抵消差值的情况下被驱动。
本申请具有2004年5月21日在日本专利局的申请号为2004-152626的申请的优先权，在此引入该申请的全部作为参考。
权利要求
1.一种显示装置，包括包括第一电极和第二电极的监控元件；用于给监控元件提供电流的恒流源；缓冲放大器；包括第一电极和第二电极的发光元件；以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源，其中监控元件的第二电极连接到缓冲放大器的输入端，以及其中发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
2.一种电子设备，包括以权利要求1所述的显示装置作为显示部分。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中电子设备是照相机。
4.根据权利要求2所述的电子设备，其中电子设备是个人电脑。
5.根据权利要求2所述的电子设备，其中电子设备是蜂窝电话。
6.根据权利要求2所述的电子设备，其中电子设备是便携式信息终端。
7.一种显示装置，包括包括第一电极和第二电极的监控元件；用于给监控元件提供电流的电流源；用于存储监控元件的第二电极的电位的电容器；用于连接/断开电容器和电流源的第一开关；用于连接/断开电流源和监控元件的第二开关；缓冲放大器；包括第一电极和第二电极的发光元件；以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源，其中监控元件的第二电极连接到缓冲放大器的输入端，以及其中发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
8.一种电子设备，包括以权利要求7所述的显示装置作为显示部分。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中电子设备是照相机。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其中电子设备是个人电脑。
11.根据权利要求8所述的电子设备，其中电子设备是蜂窝电话。
12.根据权利要求8所述的电子设备，其中电子设备是便携式信息终端。
13.一种显示装置，包括包括第一电极和第二电极的第一监控元件；包括第一电极和第二电极的第二监控元件；用于给第一监控元件和第二监控元件提供电流的电流源；用于连接/断开电流源和第一监控元件的第一开关；用于连接/断开电流源和第二监控元件的第二开关；缓冲放大器；包括第一电极和第二电极的发光元件；以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源，其中第一监控元件的第二电极经过第一开关连接到缓冲放大器的输入端，其中第二监控元件的第二电极经过第二开关连接到缓冲放大器的输入端，以及其中发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
14.一种电子设备，包括以权利要求13所述的显示装置作为显示部分。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中电子设备是照相机。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其中电子设备是个人电脑。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其中电子设备是蜂窝电话。
18.根据权利要求14所述的电子设备，其中电子设备是便携式信息终端。
19.一种显示装置，包括多个监控元件，每个包括第一电极和第二电极；用于给监控元件提供电流的电流源；设置在电流源和各个监控元件的第二电极之间的多个开关；缓冲放大器；包括第一电极和第二电极的发光元件；以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，其中各个监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源，其中各个监控元件的第二电极经过其中一个开关连接到缓冲放大器的输入端，以及其中发光元件的第二电极经过驱动晶体管连接到缓冲放大器的输出端。
20.一种电子设备，包括以权利要求19所述的显示装置作为显示部分。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其中电子设备是照相机。
22.根据权利要求20所述的电子设备，其中电子设备是个人电脑。
23.根据权利要求20所述的电子设备，其中电子设备是蜂窝电话。
24.根据权利要求20所述的电子设备，其中电子设备是便携式信息终端。
25.一种显示装置的驱动方法，该显示装置包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于为监控元件提供电流的电流源，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源；所述方法包括步骤将驱动晶体管的源极端经过缓冲放大器设置在监控元件的第二电极的电位。
26.一种显示装置的驱动方法，该显示装置包括包括第一电极和第二电极的监控元件，用于为监控元件提供电流的电流源，用于存储监控元件第一电极的电位的电容器，用于连接/断开电流源和电容器的第一开关，用于连接/断开电流源和监控元件的第二开关，缓冲放大器，包括第一电极和第二电极的发光元件，以及用于驱动发光元件的驱动晶体管，监控元件的第一电极和发光元件的第一电极以固定电位连接到电源；所述方法包括步骤当第一开关和第二开关导通时，通过缓冲放大器检测监控元件的第二电极的电位；设置发光元件的第二电极在所检测的电位；当第一开关和第二开关关闭时，在第一开关和第二开关关闭的时刻将监控元件的第二电极的电位存储在电容器中，通过缓冲放大器检测存储在电容器中的监控元件的第二电极的电位；以及设置发光元件的第二电极在所检测的电位上。
27.根据权利要求26的驱动方法，其中电流提供给监控元件的周期占一个帧周期的30％。
全文摘要
发光元件具有其电阻值(内电阻值)随着环境温度而变化的特性。具体来说，假定室温为正常温度，当环境温度变得高于正常温度时，电阻值减小，当环境温度变得低于正常温度时，电阻值增加。因此，当环境温度变化或由上述发光元件的特性引起的随时间退化时，亮度变化。因此，本发明提供了一种抑制由环境温度变化或随时间退化引起的发光元件的电流波动效应。显示装置包括监控元件，提供电流的电流源。施加到监控元件的电压是提供给发光元件的。
文档编号G09G3/30GK1755756SQ20051008178
公开日2006年4月5日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月21日
发明者早川昌彦, 山崎优, 安藤由香里, 宫川惠介, 小山润, 岩渊友幸, 纳光明, 安西彩, 山崎舜平 申请人:株式会社半导体能源研究所