用发光元件的发光器件、发光元件的驱动方法及照明设备的制作方法

专利名称：：用发光元件的发光器件、发光元件的驱动方法及照明设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种包括通过施加电流发光的发光元件的发光器件，且尤其是涉及一种包括具有较小亮度退化的发光元件的发光器件，和用于减小亮度退化的发光元件的驱动方法。
背景技术：
：近年来，可以通过施加电流获得高亮度的发光元件如发光二极管(LED)和使用发光有机化合物的发光元件(OLED:有机发光二极管)引起了许多注意。使用发光有机化合物的发光元件的基本结构具有在一对电极之间包括发光有机化合物的层。通过将电压施加到该元件上，使来自一对电极的电子和空穴输送给包括发光有机化合物的层，以使电流流动。然后，发光有机化合物通过复合这些载流子(电子和空穴)而形成激发态，且当激发态返回到基态时产生了发光。要注意的是，单重激发态和三重激发态是可能由有机化合物形成的激发态的类型，且自单重激发态的发光和自三重激发态的发光分别称为荧光和磷光。通常形成为亚微米至几微米薄膜的这种发光元件具有能够被制造成薄而轻的很大优点。另外，从载流子注入到光发射的时间约为微秒或更小，且非常快的响应速度是其中的一个特征。而且，由于在几伏至几十伏电压数量级的直流电压下可以获得足够的发光，所以功耗较小。从这些优点的观点来看，已关注以上描述的发光元件作为下一代平板显示元件。另外，在这种发光元件中，该对电极和包括发光有机化合物的发光层形成为膜状。因此，通过形成大面积的元件能够容易地获得平面光发射。由于这是难以从由白炽灯泡或LED代表的点光源或从由荧光代表的线光源获得的特征，所以发光元件还用作许多用途作为可以应用到照明设备等上的平面源。同时，通过如上所述施加电流发光的发光元件的输出(亮度)由施加的电流量确定。因此，当使发光元件发光时，通常通过将电流量控制为合适的值就可以获得合适的亮度。要注意的是，在这种情况下亮度与电流密度的比称为电流效率。只要该电流效率不变，通过施加恒定电流就可假定获得恒定亮度。然而，事实是电流效率变化了。由于一般的发光元件的电流效率通过施加电流(或发光)逐渐降低，所以甚至当施加恒定电流时其亮度也会逐渐降低。特别地，在使用发光有机化合物的发光元件中，这种亮度退化很显著，其成为开发发光元件的阻力。因此，在这种领域的研究和开发中，当恒定电流保持流动时，为了尽可能多地抑制亮度退化，已在材料和器件结构方面作了许多改进。结果，如今，已进一步开发了在亮度半衰期(luminancehalf-life)中实现好几万小时的发光元件，且许多人说发光元件可以进入实际应用。要注意的是，恒定电流驱动表示保持电流以恒定电流密度流动。然而，由于认识到亮度差(或亮度的不均匀性)甚至百分之几的范围，所以还没有获得足够的可靠性用于需要微小的亮度退化的应用领域，例如，如个人计算机和电视的显示应用或照明应用。虽然对于照明特别需要高的亮度，但鉴于预置的亮度越高、亮度退化进行得就越快的发光元件的当前情形，还没有达到用于实际应用的水平。还没有充分地讨论这种亮度退化的机理。然而，例如，存在其中对于保持恒定电流流动的情况的亮度退化曲线(时间-亮度曲线)符合称为变宽指数函数的函数、并考虑了亮度退化的机理的参考文献(称为非专利文献l)。亮度退化具有杂乱相互缠绕的多个原因，且不幸地，基本上没有阐明。然而，这种函数本身能够非常精确地适合于亮度退化曲线。无论如何，上述的亮度退化，即，基本上认为电流效率的降低是由有机材料的低衰退耐久性和有机薄膜易碎性导致的主要原因，可以说材料和器件结构的改进是不够的。因此，已试图从驱动方法的这一点来抑制亮度退化(例如，参考专利文献l)。在专利文献l中，虽然通过施加反向偏压将亮度半衰期提高到两倍长，但没有显著地抑制亮度退化本身的出现。(非专利文献1)MasahikoIshii等人，AppliedPhysicsLetters,第80巻(18)，3430-3432(2002)(专利文献l)曰本专利特开No.2003-323988
发明内容本发明的目的在于提供一种发光器件，其包括通过设计驱动装置具有较小亮度退化的发光元件。另外，本发明的目的在于提供一种用于减小发光元件亮度退化的驱动方法。如上所述，发光元件显示出了电流效率通过施加电流(发光)而降低，且这是来源于元件的材料和结构不可避免的现象。因此，为了减小亮度退化，可随着时间增加电流量，来校正电流效率随着时间的降低。然而，存在以下可能的原因，当电流量增加太多时会引起亮度对比度增加，而不是减小亮度退化，同时当电流量增加太小时不能够抑制亮度退化。而且，如何适当地增加用于抑制亮度退化的电流量根据发光元件的组成材料和结构显著变化。发明人的大量早期研究最后发现可以用下面的方式克服这些困难。即，在本发明的一个方面中，发光器件包括发光元件和装置，该发光元件包括在阳极和阴极之间的发光层，该装置根据下面的公式(1)用于随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度J。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(J。是发光元件中的电流密度的初值，t是发光时间，且k和p分别是由发光元件的特性确定的正参数(positiveparameter)。而且，在本发明的另一方面中，发光器件包括发光元件和装置，该发光元件包括在阳极和阴极之间的发光层，该装置根据下面的公式(2)用于随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度J。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(J。是发光元件中的电流密度的初值，t是发光时间，且k，和P分别是由发光元件的特性确定的正参数。另外，J表示从O到t的积分。)而且，在本发明的另一方面中，发光器件包括发光元件和装置，该发光元件包括在阳极和阴极之间的发光层，该装置根据下面的公式(3)用于控制在发光元件中流动的电流的电流密度的增加率Y。Y=eXp[{(Y+l)-k't/2}P]…(3)(t是发光时间，且k和P分别是由发光元件的特性确定的正参数。另外，当发光元件中的电流密度的初值由J。表示且发光元件中的电流密度由J表示时，Y-J/J。。)此外，发明人已发现，根据公式(4)，通过增加以占空比(dutyrate)n(0<n<100)驱动的发光元件的电压，电流量会随着时间适当地增加以抑制亮度退化。即，在本发明的另一方面中，发光器件包括发光元件、第一装置和第二装置，该发光元件包括在阳极和阴极之间的发光层，第一装置用于以占空比n(0<n<100)驱动发光元件，且第二装置用于根据下面的公式(4)增加发光元件的电压V。要注意的是，在该情况下通过选择适当的占空比，可以将在发光元件中流动的电流量的增加率控制为适当的比率。V=(J。/g(Q则)"邻')'.，(4)(J。是发光元件中的电流密度的初值，f(t，)是保持时间(reservetime)t，(又为经过时间(passingtime))为变量的单调减函数，且g(Q)是每单位面积的电荷总量Q为变量的单调减函数。另外，Q10。是当由占空比为100和电流密度J。的恒定电流驱动发光元件时流动的每单位面积的电荷总量，当发光元件的驱动时间由t"表示时，Q,。。由公式Qi。。=J。t，，表示。)要注意的是，保持时间t，(又为经过时间)是从某一任意点测量的时间，例如，从驱动发光元件开始逝去的时间，且当具有占空比为100的发光元件的发光时间由t表示时，驱动时间t"是由公式t"=tn/100表示的时间。下面的t，和t"与由上述定义的同义。在该情况下，作为用于将由公式(4)表示的电压施加到发光元件的方法，关心驱动具有与通过以100的占空比和电流密度J。的恒定电流驱动的发光元件相同结构的监测元件并由运算放大器将监测元件的电压施加到发光元件上的方法。因此，本发明包括发光器件，其中第二装置包括具有与发光元件相同结构的监测元件、用于将电流密度J。的恒定电流供给监测元件的恒流源和用于将施加到监测元件的电压施加到发光元件的运算放大器。要注意的是，监测元件不必具有与发光元件相同的结构，只要发光元件的电压V可以根据公式(4)增加就行。要注意的是，因为在使用发光有机化合物的发光元件中相对地表示电流效率降低，所以本发明的方面对于使用发光有机化合物的发光元件特别有用。作为发光有机化合物，优选的是磷光材料。而且，根据本发明的发光器件适合于如需要高亮度和长寿命的照明i殳备的应用。根据以上描述的本发明的概念，本发明可以提供用于减小发光元件的亮度退化的驱动方法。即，本发明包括发光元件的驱动方法，其中施加到发光元件上的电流的电流密度随着时间根据公式(1)至(3)中的任何一个增加，且还包括发光元件的驱动方法，其中以占空比n(0<n<100)驱动发光元件，且根据下面的公式(4)增加发光元件的电压。说明书中的发光器件表示使用发光元件的图像显示器件或发光器件。另外，具有贴附到发光元件上的连接器例如柔性印刷电路(FPC)、TAB(自动载带键合)带或TCP(载带封装)的模块、具有在TAB带或TCP的尖端处提供印刷布线板的模块、和具有通过COG(玻璃上的芯片)方法直接装配在发光元件上的IC(集成电路)的模块都包括在发光器件中。通过实施本发明，可以获得包括具有较小亮度退化的发光元件的发光器件。在附图中图1A和1B是示出如何获得每单位面积的电荷总量的图；图2A和2B是示出发光元件的电压-电流密度曲线的图；图3是阐明发光元件的结构的图4是示出发光元件的亮度退化曲线的图5是示出在实施例1中的电流密度随着时间变化的图；图6是示出在实施例3中的电流密度的增加率随着时间变化的图；图7A和7B是示出在实施例4中的电压-电流密度曲线的图；图8是示出在实施例4中的S和n变化的图9是说明具有根据本发明的监测元件和发光元件的发光器件的结构图10A和10B是说明可以应用到根据本发明的发光器件上的像素电路的结构图ll是说明在根据本发明的显示器件中的像素电路实例的图；图12是说明在根据本发明的显示器件中像素实例的图；图13是说明在根据本发明的显示器件中显示部分的结构实例的垂直截面图14A和14B是说明在根据本发明的显示器件中的显示部分、扫描线驱动电路和数据线驱动电路的一个结构实例的图15A和15B是说明在根据本发明的显示器件中的显示部分、扫描线驱动电路和数据线驱动电路的多个结构实例的图；以及图16A至16E是说明将本发明应用到电子设备上的图。具体实施例方式以下将利用工作原理和具体的构成结构详细地描述本发明的实施例模式。首先，将描述本发明的工作原理。假设在连续照明之前的发光元件通过施加电流密度J。(在下文，J。称作为电流密度的初值，且L。称为初始亮度)的电流以亮度L。发光。当保持电流密度J。的电流流动到该发光元件(即，恒定电流驱动)时，发光元件的亮度从初始亮度L。逐渐降低。根据非专利文献1,亮度根据由下面的公式(5)表示的"变宽的(stretched)指数函数"降低是公知的。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>…(5)(t是发光时间，且L(t)是相对亮度(亮度L与初始亮度L。的比)。即，L(t)-L/L。，其中L(0)-1。而且，T和P分别是由发光元件确定的正参数，其中T称为衰减时间(单位时间)，且P称为方差因数(无单位)。)在此，利用k-l/T,公式(5)可以重写为下面的/>式(6)。L/L0=exp[-(k't)p…(6)要注意的是，在P=l的情况下，公式(6)可以表达成"L/L。=exp[-(k■t)]，，。由于该公式接近类似第一级反应的反应速率定律，所以当有助于发光的分子对发光没有影响时(实际上，k的单位是[时间—)，从相似性出发可以把k当作速率常数。另外，P是改变指数曲线形状的参数，且特别地，在0〈P^1的范围中，P越小，曲线随着公式(6)的初始退化就越大。其间，发光元件的亮度L通常由使用电流效率Ti和电流密度J的下面的公式(7)表示。另外，在恒定电流驱动的情况下，可以将公式(7)表达为用卜J。赋值的以下公式(8)(J。是电流密度的初值且是恒定值)。L-ti.J…(7)L-T]-Jo…(8)因此，在恒定电流驱动的情况下，下面的公式(9)可以由公式(6)和(8)得出。T]=L0/J0'exp[-(k't)p…(9)在此，L。/J。是"初始亮度/初始的电流密度"，其表示在初始条件下，即在连续照明之前的电流效率n。。因此，该公式(9)示出了"当保持电流以恒定电流密度j。流动时，电流效率n随着时间从n。(=l。/j。)降低"的现象。即，确定的是在恒定电流驱动下由公式(6)表示的亮度退化曲线与由公式(9)表示的电流-效率降低曲线是同义的。只要电流效率T1依照公式(9)降低，在保持施加的恒定电流的方法中亮度也会降低。因此，发明人认为，可以通过以合适的速率增加电流的量来抑制亮度退化。由于当电流的量增加太小时对亮度退化的抑制作用较小，而当电流的量增加太大时产生了亮度对比度大大增加的另一缺陷，所以在此重要的是，如何建立增加电流的量而不4艮多地增加亮度，且以便尽可能多地抑制退化，其是本发明的一个特征。而且，在本发明中，特征之一是如何增加由使用发光时间作变量的函数(公式)表示的电流量，因为仅通过编程就可以容易地获得具有较小亮度退化的发光元件，以便根据这样的公式和提供能够存储发光时间的存储电路来驱动发光元件。首先，当在公式(7)中赋值表示电流效率通式的公式(9)时，可以获得下面的公式(10)。L=L0/J0'exp[-(k,t)p'J…(10)在此，假设在公式(IO)中将亮度L保持在初始亮度L。(即，随着时间没有亮度退化)。在这种情况下，通过在公式(IO)中赋值I^L。并进行变形可以获得下面的公式(1)。J-Jo'exp[(k't,…(1)(J。是发光元件中的电流密度的初值，t是发光时间，且k和P分别是由发光元件的特性确定的正参数。)要注意的是，发光时间表示发光元件发光的时间。当满足公式(9)时，为了将亮度L保持在初始亮度L。，公式(l)理论上是表示如何随着时间从电流密度J。的初值增加电流密度J的公式。因此，通过根据公式(1)增加用于发光元件的电流量，可以获得具有较小亮度退化的发光元件。另外，制造包括发光元件和装置(具体地，能够存储发光时间和根据公式(1)驱动发光元件的程序的存储电路)的发光器件，以便可以获得具有较小亮度退化的发光器件，该装置用于根据公式(1)随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度J。要注意的是，可以通过以初始亮度L。(即，以电流密度的初值J。(=常数)驱动发光元件)由恒定电流驱动预先驱动发光元件，并使得到的亮度退化曲线(时间-亮度曲线)适合于公式(6)，来获得参数k和P。因此，可以由以下步骤获得具有较小亮度退化的发光元件和使用该发光元件的发光器件确定用于实际应用的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度；通过在该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线，从亮度退化曲线获得参数k和e;在公式(1)中赋值获得的参数k和P;根据其中赋值参数k和P的公式(1)编程来增加电流密度J;以及根据该程序驱动发光元件。然而，可从加速试验获得参数k和P。即，只要获得了对于亮度的参数k和P的加速因数，即使实际应用的亮度为1000cd/m2，可以初始亮度为5000cd/m2由恒定电流驱动来驱动发光元件以获得参数k和P，且对于在初始亮度为1000cd/m'下恒定电流驱动的情况可转换获得的参数k和P。如上所述，实施例模式1具有通过应用非常简单的数学公式如公式(1)可以容易地获得具有较小亮度退化的发光元件的优点。上述的公式(9)是表示在恒定电流驱动下电流效率降低的公式。因此，当电流的量随着时间增加时，没有恒定电流驱动，实际上可以比公式(9)更多地加速电流效率的降低(即，可以偏离由公式(9)得出电流效率的降低)。因此，在实施例模式2中，校正电流效率降低的差异，以提供表12示在理论上如何增加用于获得恒定亮度的电流量的理论公式，尽管理论公式略微麻烦。首先，当在公式(9)中赋值k-k，丄时，可以获得下面的公式(ll)。T|=Lo/Jo.exp[-(k，'J0't)p]…(11)在此，在公式(11)的右手侧中，"J。.t，，表示每单位面积的电荷总量Q，其在发光元件中流动直到发光时间t的点。即，无论是否使用恒定电流驱动，相信电流密度n的降低实际上由使用在发光元件中流动的每单位面积的电荷总量Q的下面公式(12)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>另外，每单位面积的电荷总量Q由使用在发光元件中流动的电流的电流密度J的以下积分公式(13)表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(J表示从0到t的积分)因此，可以从公式(12)和(13)获得下面的公式(14)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>该公式(")是可以表示在不仅恒定电流驱动而且其中改变电流量驱动的情况下，电流效率如何根据在发光元件中流动的电荷总量(即，积分条件)降低的公式。即，甚至当电流密度随着时间不恒定而是如由图1A中的时间-电流密度曲线所示改变时，也通过获得每单位面积的电荷总量Q(对应于图1A中阴影区域的面积)能够知道电流效率如何对时间长度降低。当在表示电流效率通式的/A式(7)中赋值该/>式(14)时，可以获得下面的公式(15)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>在此，假设在公式(15)中将亮度L保持在初始亮度L。(即，随着时间没有亮度退化)。在这种情况下，通过在公式(15)中赋值L-L。并进行变形可以获得下面的公式(2)。J-Jo'exp[(k，铜Pj…(2)(J。是发光元件中的电流密度的初值，t是发光时间，且k，和P分别是由发光元件的特性确定的正参数。另外，J表示从0到t的积分。)公式(2)是理论上表示为了将亮度L保持为初始亮度L。，如何随着时间从电流密度的初值J。增加电流密度J的公式。因此，通过根据公式(2)增加用于发光元件的电流量，可以获得具有相当小的亮度退化的发光元件。另外，制造包括发光元件和装置(具体地，监测电流密度的电流表、能够存储发光时间和流动的电流密度的存储电路、和根据公式(2)驱动发光元件的程序)的发光器件，以便可以获得具有较小亮度退化的发光器件，该装置用于根据公式(2)随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度J。要注意的是，通过以初始亮度L。由恒定电流驱动预先驱动发光元件(即，在电流密度J。(=常数)的初值处驱动发光元件)，并使得到的亮度退化曲线(时间-亮度曲线)适合公式(6)(虽然从匹配(fitting)获得了k和P，但可以由定义k=k，.J。获得k，)，可以获得参数k，和P。因此，可以由以下获得具有较小亮度退化的发光元件和使用该发光元件的发光器件确定用于实际应用的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度；通过以该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线，从亮度退化曲线获得参数k，和P;在公式(1)中赋值获得的参数k，和P;根据其中赋值参数k，和P的公式(1)编程来增加电流密度J;以及根据该程序驱动发光元件。然而，可从加速试验获得参数k，和P。即，只要获得了对于亮度的参数k，和P的加速因数，即使实际应用的亮度为1000cd/m2，可实际以初始亮度为5000cd/n^由恒定电流驱动来驱动发光元件以获得参数k，和P，且对于在初始亮度为1000cd/n^下恒定电流驱动的情况可转换获得的参数k，和P。如上所述，实施例模式2具有理论上以几乎没有亮度退化地保持恒定电流并可以获得的发光元件的优点。在实施例模式3中，将通过近似在实施例模式2中提到的公式(2)中的积分项来提供更简单的理论公式。在发光元件中流动的每单位面积的电荷总量Q由如上所述的公式(13)的积分表示。为了获得该Q的准确值，必须不断地监测电流密度达一时间长度，并如图1A所示积分该电流密度，其是麻烦的。因此，发明人设计了以下近似法的应用。本发明的主要特征是为了减小发光元件的亮度退化，逐渐地增加电流量。因此，将在发光元件中流动的电流密度基本上表达成关于时间的单调增函数。图lB是时间-电流密度曲线，且图1B中的实线示意性地示出了单调增函数。在此，当该单调减函数接近直线时，获得了在图1B中的虚线。当认为该虚线是随着时间电流密度改变(电流密度随着时间的改变接近直线)时，每单位面积的电荷总量Q由下面的公式(16)表示。Q=(Jo+J).t/2…(16)通过对/>式(12)赋值/>式(16)可以获得下面的>^式(17)。"-IVJ。'exp-((Jo+J),k，'t/2"…(17)该公式(17)是在通过单调地增加电流量驱动的情况下，可以近似地表示电流效率如何随着时间降低的>{^式。当在表示电流效率的通式的公式(7)中赋值该公式(17)时，可以获得下面的公式(18)。15L-U/VexpH(Jo+J).k，'t/2)P'J…(18)在此，假设在公式(18)中将亮度l保持在初始亮度l。(即，随着时间没有亮度退化)。在这种情况下，通过在公式U8)中赋值l-l。并进行变形可以获得下面的公式(19)。J=jQ'eXp[{(Jo+J).k，.t/2}p]…(19)然后，可以将公式(19)变形成公式(20)。J/Jo=exp{(J/J0+l)'J0'k，'t/2}p](20)在此，从实施例模式2中提到的定义得知j。k，=k。另外，j/j。是实际流动的电流密度与电流密度初值的比，其以这种方式表示电流密度的增加率。当电流密度的增加率j/j。由y表示时，获得了下面的公式(3)。Y=eXp[{("l)'k-t/2}p]…(3)(t是发光时间，且k和P分别是由发光元件的特性确定的正参数。另外，当发光元件中的电流密度的初值由j。表示和发光元件中的电流密度由j表示时，y=j/j。。)公式(3)是为了将亮度l近似地保持在初始亮度l。，近似地表示相对于发光时间如何改变电流密度的增加率y的公式。因此，通过根据公式(3)增加用于发光元件的电流量，可以获得具有非常小亮度退化的发光元件。另外，制造包括发光元件和装置(具体地，存储电路，其能够存储发光时间和根据公式(3)驱动发光元件的程序)的发光器件，以便可以获得具有较小亮度退化的发光器件，该装置用于根据公式(3)随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度的增加率y。要注意的是，可以通过以初始亮度l。(即，以电流密度的初值j。(-常数)驱动发光元件)由恒定电流驱动预先驱动发光元件，并使得到的亮度退化曲线(时间-亮度曲线)适合公式(6)，来获得参数k和P。因此，可以由以下获得具有较小亮度退化的发光元件和使用该发光元件的发光器件确定用于实际应用的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度；通过在该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线，从亮度退化曲线获得参数k和p;在公式(3)中赋值获得的参数k和P;根据其中赋值参数k和P的公式(3)编程来增加电流密度J;以及根据该程序驱动发光元件。然而，可从加速试验获得参数k和P。即，只要获得了对于亮度的参数k和P的加速因数，即使实际应用的亮度为1000cd/m2,也可实际以初始亮度为5000cd/m'由恒定电流驱动来驱动发光元件以获得参数k和P，且对于在初始亮度为1000cd/n^下恒定电流驱动的情况可转换获得的参数k和P。如上所述，实施例模式3具有在不监测每单位面积流动的电荷总量的条件下可以获得亮度退化非常小的发光元件的优点。在实施例模式4中，注意力集中在了发光元件的电压-电流特性上，并公开了通过控制电压获得具有相当小的亮度退化的发光元件的模式。通过施加电流发光的发光元件的电压-电流特性通常显示出所谓的二极管特性。因此，正向偏压下的电压-电流特性显示出了比欧姆定律(;r"v)陡的曲线。在这种情况下，当流动的电流的电流密度和电压分别由J和V表示时，在实际的亮度区(具体地，IOO至10000cd/m2)中二极管特性可以由下面的公式(21)近似。J=S'Vn…(21)(S和n分别是由发光元件的特性确定的正参数，其中n〉1)当保持电流在发光元件中流动(即，连续发光)时，电流在如图2A所示的二极管特性中随着时间流动开始有困难，其中实线示出了驱动之前的二极管特性，且虚线示出了驱动之后的二极管特性。在这种情况下，发明人已发现，在以上提到的公式(21)中，S是根据每单位面积的电荷总量降低的参数，且n是只随是否施加了电流的保持时间(又为经过时间)降低的参数。即，S和n的降低引起了如图2A所示的变化。要注意的是，从公式(21)的双对数获得下面的公式(22)。因此，在公式(22)中，y截距(logS)根据每单位面积的电荷总量降低，且斜率(n)根据保持时间(又为经过时间)降低。换句话说，预先设置二极管特性的阈值以根据施加的每单位面积的电荷总量移动到较高的电压，且根据保持时间(又为经过时间)将斜率预先设置为更小。1ogJ-n'logV+logS…(22)在此，S是根据每单位面积施加的电荷总量降低的参数，且n是仅随保持时间(又为经过时间)降低的参数。因此，可以将S和n分别表达成每单位面积的电荷总量Q和保持时间t，(又为经过时间)的函数。即，可以获得下面的公式(23)。J,),…(23)(f(t，)和g(Q)分别是单调减函数。)在此，在公式(23)中，g(Q)根据每单位面积的电荷总量变化。因此，例如，具有占空比为100的发光元件和具有占空比n(0<n<100)的发光元件在g(Q)如何变化方面明显不同。图2B示意性地示出了这种现象，其中曲线A示出了驱动之前的二极管特性，曲线B示出了对于以占空比100驱动一时间长度的情况的二极管特性，曲线C示出了对于以占空比n驱动一相同时间长度的情况的二极管特性。概念地，如图2B所示，电流在由每单位面积电荷总量较小的曲线C所示的二极管特性的情况下更容易流动。这由公式(23)中的g(Q)的差产生。即，在由曲线B所示的二极管特性的情况下满足下面的公式(24)，且在由曲线C所示的二极管特性的情况下满足下面的公式(25)。L。。是电流在具有占空比为100的元件中流动的电流密度，而L是电流在具有占空比n的元件中流动的电流密度。另夕卜，Q,。。是在占空比为100的元件中流动的每单位面积的电荷总量，而Qn是在具有占空比n的元件中流动的每单位面积施加的电荷总量。J鹏-g(Q柳)'Vf(。…(24)Jn=g(Qn).Vf(t,)…(25)在此，当通过恒定电流驱动来驱动具有占空比为100的发光元件时，J是恒定的电流密度J。。因此，将公式(24)表达成下面的公式(26)。Jo-g(Q，oo).Vf(t')…(26)由于f(t，)和g(Qlfl。)都是单调减函数，所以公式(26)中的电压V从初始电压V。移动到Vt(V。<Vt)，如图2B所示。在此，当将施加到具有占空比为100的元件上的电压V,经由緩冲放大器等施加到具有占空比为n的元件上时，公式(25)和(26)共同具有电压V。因此，可以从公式(25)和(26)获得下面的公式(27)。Jn={g(Qn)/g(CM}.Jo…(27)在公式(27)中，g(Q)是单调减函数，且(^。。〉Qn。因此，一直满足g(Qn)>g(Q"。)。另外，随着驱动时间越长，g(Qn)和g(Qm)之间的差逐渐变大。因此，由公式(27)得知，随着驱动时间越长，Jn逐渐增加。图2B示意性地示出了L如何增加。另外，驱动时间越长，曲线B和C相互离开越远，且因此Jn逐渐增加。由于通过控制占空比n即Qn可以控制该增加率，所以可以获得通过逐渐地增加电流量来减小亮度退化的本发明的目的。因此，将表示在恒定电流驱动期间以100的占空比施加到发光元件上的电压的以下公式(4)(其可以通过变形公式(26)获得)应用到被以占空比n(019<n<100)驱动的发光元件上以逐渐地增加电流量，以^便可以减小亮度退化。V-歸Q咖)严)…(4)(J。是发光元件中的电流密度的初值，f(t，)是其中保持时间t，(又为经过时间))为变量的单调减函数，且g(Q)是其中每单位面积的电荷总量Q为变量的单调减函数。另外，Qm是当发光元件由以占空比为100和电流密度J。的恒定电流驱动时流动的每单位面积的电荷总量，当发光元件的驱动时间由t，，表示时，Qm由公式Q"。-J。t表示。)在这种情况下，作为将由公式(4)表示的电压施加到发光元件上的方法，例如，存在由占空比为100和电流密度J。的恒定电流驱动来驱动具有与发光元件相同结构的监测元件，并通过运算放大器将监测元件的电压施加到发光元件上的方法。然而，本发明并不限于这种方法。在实施例模式5中，将描述发光元件的实施例。虽然可以将本发明应用到通过施加电流发光的任一发光元件上，但将在实施例模式5中描述使用发光有机化合物的发光元件。要注意，需要的是发光元件具有至少一个透明(透光的)电极。因此，事实上，不仅能够应用其中透明(透光的)电极形成在基板上方并从基板侧提取光的常规元件结构，而且能够应用其中从与基板相对一侧提取光的结构和其中从电极的两侧提取光的结构。对于根据本发明的发光元件，以下将描述可以使用的材料和结构。图3是发光元件的典型结构，其中阳极301、发光层302和阴极303堆叠在基板300上。发光层302至少包括发光有机化合物和低分子量化合物、聚合物、没有分在低分子量化合物或聚合物中的中等分子量化合物，如低聚物和枝状物(dendrimer)，并可以使用无机化合物来形成发光层302。而且对于发光有机化合物，可以使用低分子量化合物、聚合物和没有分在低分子量化合物或聚合物中的中等分子量化合物，如低聚物和枝状物(dendrimer)。在实施例模式5的图3中，发光层302包括空穴注入层312、空穴传输层312、包括发光有机化合物的层313、电子传输层314和电子注入层315。然而，不一定局限于这种结构。要注意的是，空穴注入层是具有从阳极接收空穴功能的层，空穴传输层是具有将空穴传输到包括发光有机材料的层的功能的层，电子注入层是具有从阴极接收电子的功能的层，且空穴传输层是具有将电子传输到包括发光有机材料的层的功能的层。首先，将具体地举例说明可以用于这些相应层的材料。然而，不认为可以应用到本发明中的材料局限于这些材料。作为可以用于空穴注入层的空穴注入材料，酞菁染料化合物是有效的。例如，可以使用酞菁(缩写为H2-Pc)、铜酞菁(缩写为Cu-Pc)和敝菁氧钒(vanadylphthalocyanine)(缩写为V0Pc)。另夕卜，还可以使用受到化学掺杂的导电聚合物，如掺杂有聚磺苯乙烯(缩写为PSS)和聚苯胺(缩写为PAni)的二羟基噢吩(缩写为PED0T)。而且，无机半导体如氧化钼(Mo0x)、氧化钒(V0x)或氧化镍(Ni0x)的薄膜和无机绝缘体如氧化铝(A1203)的超薄膜也是有效的。另外，还可以使用芳族胺化合物，如4，4，，4"-三(N，N-二苯基-氨基)-三苯胺(缩写为TDATA)、4,4，，4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(缩写为MTDATA)、N-N，-二(3-甲基苯基)-N，N，-二苯基-l，l，-联苯-4，4，-二胺(缩写为TPD)、4，4，-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写为oc-NPD)和4，4，-二^-(4-(N，N-二-m-甲苯基)氦基)苯基-N-苯基氨基]联苯(缩写为DNTPD)。而且，可用受主物质掺杂这些芳族胺化合物。例如，可使用掺杂有其为受主的2，3,5，6-四氟代-7，7，8，8-四氰基喹啉并二甲烷(2，3，5，6-tetrafluoro-7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane2，3,5，6-四氟代-7，7，8，8-四氰基全啉并二曱烷(缩写为F4-TCNQ)的VOPc和掺杂有其为受主的MoOx的ot-NPD。作为可以用于空穴传输层的空穴传输材料，芳族胺化合物是合适的，且例如，可以使用以上提到的TDATA、MTDATA、TPD、ot-NPD和DNTPD。可以使用用于电子传输层的电子传输材料包括金属络合物，如三(8-羟基唾啉)铅(tris(8-quinolinolato)aluminum)(缩写为Alq丄三(4一甲基一8-羟基会啉)铝(tris(4-methyl-8-quino1inolato)aluminum)(缩写为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinato)beryllium)(缩写为BeBq2)、二(2-曱基-8-羟基喹啉)-(4-苯基盼)-铝(bis(2-methyl-8-quino1inolato)-(4一phenylphenolato)—aluminum)(缩写为BAlq)、二[2-(2-羟苯基)-苯并哺唑]锌(bis[2-(2-hydroxyphenyl)-benzoxazolato]zinc)(缩写为Zn(BOX)2)和二[2-(2-羟苯基)-苯并噢唑]锌(Ms[2-(2-hydroxyphenyl)-benzothiazolato]zinc)(缩写为Zn(BTZ)2)。而且，除了金属络合物之外，可以4吏用梦恶二唑(oxadiazole)衍生物，如2-(4-联苯基)-5-(4-特-丁基苯基)-1，3，4-噹二哇(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazole)(缩写为PBD)和1，3_二[5-(p-特-丁基苯基)-1，3，4-哺二唑-2-基]苯(1，3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-l，3，4一oxadiazole-2-yl]benzene)(缩写为0XD-7);三唑衍生物，如3-(4-特-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三峻(3-(4-tert-butylphenyl)-4-pheny卜5-(4-biphenylyl)-1，2，4-triazole)(缩写为TAZ)和3-(4-特-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(3-(4—tert-butylphenyl)_4-(4一ethylphenyl)-5-(4一biphenylyl)一l，2，4-triazole)(缩写为p-EtTAZ);咪峻衍生物，如2，2，，2"-(1，3，5-三苯代甲基苯)三-[l-苯基-lH-苯基咪唑](2，2，，2，，-(1，3，5-benzenetriyl)tris-[l一phenyl-lH-benzimidazole])(缩写为TPBI)和菲咯啉衍生物，如红菲咯啉(缩写为BPhen)和咯铜灵(bathocuproin)(缩写为BCP)。可以用于电子注入层的电子注入材料包括以上提到的电子传输材料，如Alq3、Almq]、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、PBD、0XD-7、TAZ、p-EtTAZ、TPBI、BPhen和BCP。另外，经常使用绝缘体的超薄膜，例如，碱金属卣化物如LiF或CsF，碱土金属卣化物如CaF2,或碱金属氧化物如Li20。而且，碱金属络合物如乙酰丙酮化锂(缩写为Li(acac))和8-羟基会啉(8-quino1inolato-lithium)(缩写为Liq)是有效的。而且，这些电子注入材料可用施主物质掺杂，且可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属等作为施主物质。具体地，可以使用掺杂锂为施主的BCP和掺杂锂为施主的Alq3。这里是可以用作发光有机化合物的材料。然而，发光有机化合物材料并不局限于本发明中的这些，可使用任何的发光有机化合物。例如，通过使用2,5,8,11-四-特-t-丁基二萘嵌苯(缩写为TBP)、9，10-二苯蒽(9,10-diphenylanthracene)(缩写为DPA)等作为辅助材料并将该辅助材料分散在合适的主材料中，可以获得蓝至蓝绿发光。而且可以从苯乙烯基亚芳香基的衍生物如4，4，-二(2，2-二苯基乙烯基)联苯(缩写为DPVBi)和蒽的衍生物如9，10-二-2-萘基蒽(缩写为DNA)和9，10-二(2-萘基)-2-1-丁基蒽(缩写为t-BuDNA)获得蓝至蓝绿发光。另外，可使用聚合物，如聚(9，9-二辛基氟烯)。例如，通过使用香豆素染料如香豆素30或香豆素6、二[2-(4，6-二氟代苯基)吡啶-N，C2](甲基吡啶)铱(bis[2-(4，6-difluorophenyl)pyridinato-N，C2〗(picolinato)iridium)(缩写为FIrpic)、二(2-苯基吡啶-N，C2)(乙酰丙酮)铱(bis(2-phenylpyridinato-N，C2)(acetylacetonato)iridium)(缩写为Ir(ppy)2(acac))等作为辅助材料并将该辅助材料分散在合适的主材料中，可以获得蓝-绿至绿发光。另外，通过将以上提到的5wt%或更多的高浓度的二萘嵌苯或TBP分散在合适的主材料中，还可以获得蓝-绿至绿发光。而且从金属络合物如BAlq、Zn(BTZ)2和二(2-甲基-8-羟基会啉)氯镓bis(2-methy卜8-quinolinolato)chlorogallium(Ga(mq)2C1)，可以获得蓝-绿至绿发光。另外，可使用聚合物，如聚(p-亚苯基亚乙烯基)。例如，通过使用红荧烯(rubrene)、4-(二氰基亚曱基)-2-[p-(二甲基氨基)苯乙烯基]-6-甲基-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-[p-(dimethylamino)styryrl〗一6-methyl-4H-pyran)(缩写为DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)enyl-4H-p比喊(4一(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(9一julolidyl)enyl-4H-pyran)(缩写为DCM2)、二[2-(2-噻吩基)吡啶](乙酰丙酮)铱(Ir(thp)2(acac))(bis[2-(2-thienyl)pyridinato〗(acetylacetonato)iridium(Ir(thp)2(acac)))、二一(2-笨基喹啉)(乙酰丙酮)铱(Ir(pq)2(acac))(bis-(2-phenylquino1inato)(acetylacetonato)iridium(Ir(pq)2(acac)))等作为辅助材料并将该辅助材料分散在合适的主材料中，可以获得黄至橙色发光。而且从金属络合物如二(8-羟基喹啉)锌(bis(8-quinolinolato)zinc)(缩写为Znq2)和二(2_肉桂酰-8-羟基奮啉)锌(bis(2-cinnamoyl-8-quino1inolato)zinp)(缩写为Znsq2)，可以获得黄至橙色发光。另外，可使用聚合物，如聚(2，5-二烷氧基的-1，4-亚苯基亚乙烯基)。例如，通过使用4-(二氰基亚苯基)-2，6-二^-(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-他喃(4-(dicyanomethylene)-2，6-Ms[p-(dimethylamino)styryrl]-4H-pyran)(缩写为BisDCM)、4-(二氰基亚甲基)-2，6-二[2-(久洛尼定基-9-yl)enyl]-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2，6-bis[2-(julolidyl-9一y1)enyl]-4H-pyran)(缩写为DCM1)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)enyl-4H-p比喻(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(9-julolidyl)eny卜4H-pyran)(缩写为DCM2)、二[2-(2-噢喻基)吡咬](乙酰丙酮)铱(Ir(thp)2(acac))(bis[2—(2-thienyl)pyridinato](acetylacetonato)iridium(Ir(thp)2(acac)))、二-(2-苯基喹啉)(乙酰丙酮)铱(Ir(pq)2(acac))(bis-(2-phenylquinolinato)(acetylacetonato)iridium(Ir(pq)2(acac)))、二[2-(2-苯并嚷吩)吡咬-N，C3](乙酰丙酮)铱(bis[2-(2-benzothienyl)pyridinato-N，C3](acetylacetonato)iridium)(缩写为Ir(btp)2(acac))等作为辅助材料并将该辅助材料分散在合适的主材料中，可以获得橙色至红色发光。而且从金属络合物如二(8-羟基会啉)锌(bis(8-quinolinolato)zinc)(缩写为Znq2)和二(2-肉桂酰-8-羟基全啉)锌(bis(2-cinnamoyl-8-quino1inolato)zinc)(缩写为Znsq2)，可以获得黄至橙发光。另外，可使用聚合物，如聚(3-烷基瘗吩)。另外，在以上提到的发光有机化合物之中，尤其优选使用磷光材料，如FIrpic、Ir(ppy)2(acac)、Ir(thp)2(acac)、Ir(pq)2(acac)和Ir(btp)2(acac)。由于在将应用本发明的发光元件中随着时间增加电流的量，所以功耗增加大。然而，当使用这些磷光材料时，通常可以减小功耗。要注意的是，可使用产生比发光有机化合物的波长短的发光颜色的材料或具有比发光有机化合物的能隙大的材料作为在上述组成物中的合适主材料。具体地，主材料可以从由以上提到的实例代表的空穴传输材料和电子传输材料中适当地选择。而且，可使用4，4，-二(N-咔唑基)-联苯(缩写为CBP)、4,4，，4"-三(N-咔唑基)-三苯胺(缩写为TCTA)和1，3，5-三[(4-(N-呼唑基))苯基]苯(缩写为TCPB)。另一方面，优选使用具有较大功函数的导电材料，作为在发光元件中形成阳极301的材料。当从阳极301侧提取光时，可使用透明的导电材料，如氧化铟锡(IT0)、氧化铟锌(IZ0)、氧化锌(ZnO)和掺杂氧化硅的氧化铟锡。当使阳极301具有光阻挡效应时，可以使用如TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt或Cr的单层膜，氮化钛膜和包括铝作为其主要成分的膜的叠层，氮化钛膜、包括铝作为其主要成分的膜和氮化钛膜的三层结构等用于阳极301。可选地，可在反射电极如Ti或Al上层叠以上提到的透明导电材料。另外，优选使用具有较小功函数的导电材料作为形成阴极303的材料，具体地，可以使用碱金属如Li和Cs、碱土金属如Mg、Ca和Sr、包4舌这些金属的合金(例如，Mg:Ag和Al:Li)和稀土金属如Yb和Er来形成阴极303。另外，可将另一导电材料(例如，铝)层叠在导电材料上。当使用电子注入层如LiF、CsF、CaFz或Li20时，可以使用的普通的导电薄膜如铝。当从阴极303侧提取光时，可使用包括碱金属如Li或Cs或碱土金属如Mg、Ca或Sr的超薄膜和透明导电膜(例如，IT0、IZ0或Zn0)的层叠结构。可选地，阴极303可具有以上提到的掺杂施主物质(例如，碱金属或碱土金属)的电子传输材料的层和透明导电膜(例如，ITO、IZO或ZnO)的层叠结构。具体地，可将ITO层叠在掺杂锂为施主的BCP的层或者掺杂锂为施主的Alq3的层上。而且，在根据本发明的上述的发光元件的制造中，认为不限制发光元件中各层的层叠。只要能够层叠，可选择任何的方法，例如，真空蒸发、旋涂、喷墨或浸渍涂覆。将参考图9描述具有发光元件和监测元件的显示器件中的一种模式。这种显示器件具有扫描线驱动电路108、数据线驱动电路109和像素部分lll。在像素部分lll中，设置(arrended)像素110，其中像25素110中的每一个都包括开关晶体管106、驱动晶体管1(M、电容元件107和发光元件。数据线驱动电路109具有脉冲输出电路112、第一锁存电路(latchcircuit)113和第二锁存电路114。在该数据线驱动电路109中，当数据输入到第一锁存电路113时，第二锁存电路114会输出数据。像素部分111包括连接到扫描线驱动电路108的扫描线Gl至Gn和连接到数据线驱动电路109的数据线Dl至Dm。从扫描线驱动电路108输入信号的扫描线G1将信号传给像素110中的开关晶体管106的栅极。由扫描线G1选择的开关晶体管106导通，并将从第二锁存电路114输出到数据信号线Dl的数据信号写入电容元件107中。写入电容元件107中的该数据信号使驱动晶体管104工作，以控制发光元件105的发光态或非发光态。即，当在导通态经由驱动晶体管104将电源线VI至Vm的电位施加到发光元件105上时，发光元件105处于发光态。可以适当地选择监测元件102的数目，且可以是一个。可选地，可设置多个监测元件。示于图9中的显示器件具有n(n〉1)个监测元件102，使得n等于一行像素110的数目。n个监测元件102的结构能够使各个监测元件的特性变化平均。示于图9中的n个监测元件102与电流源101并行连接。当通过数据信号使得发光元件105处于发光或非发光态时，n个监测元件102通过恒定电流驱动不断地发光。检测连接到这n个监测元件102的电流源101的电极的电位，并通过电压产生电路103将电位供给电源线Vl至Vm。电压产生电路103具有电压跟随器电路。在这个结构中，当显示器件的温度改变、同时通过恒定电流驱动驱动n个监测元件102时，n个监测元件102的电阻值也改变了。由于电阻值的变化改变了n个监测元件102中每一个的两个电极之间的电位，所以可以通过电压产生电路103检测电位。以这种方式，可以将显示器件的温度变化反映到发光元件105的驱动条件上。另外，而且当n个监测元件102的发光特性随着时间改变时，n个监测元件102的电阻值也改变了。因此，可以以相同的方式将n个监测元件102的发光特性的变化反映到发光元件105的驱动条件上。lll/例如，可通过合并;l红(IO、绿(G)或蓝(B(的发光l或者接近红(R)、绿(G)或蓝(B)的发光色的发光元件来形成像素部分111。在这种情况下，可通过使用产生红(R)、绿(G)或蓝(B)的发光色或者接近红(R)、绿(G)或蓝(B)的发光色的一种发光元件来形成n个监测元件102。通过使用产生红(R)、绿(G)或蓝(B)的发光色或者接近红(R)、绿(G)或蓝(B)的发光色的每个发光元件以相同的方式形成监测元件。可选地，可以通过使用产生白光的发光元件来形成像素部分lll。在这种情况下，还可通过使用白发光元件以相同的方式形成n个监测元件。图IOA和IOB示出了可以应用到示于图9中的显示器件的像素110上的其它实例。在示于图10A中的像素中，提供了用于擦除的擦除晶体管115和栅极线Ry，用于开关晶体管106和驱动晶体管104。发光元件105的一侧连接到驱动晶体管104上，而另一侧连接到相对的电源116上。由于擦除晶体管115不能够使电流强制地流入发光元件105中，所以在不等待信号写入像素110中数据信号的开始或写入周期之后立即提供发光周期。这使得能够改善占空比，并强制控制发光周期和非发光周期，其适合于显示视像。在图10B中，串联连接晶体管118和晶体管119，以用作驱动晶体管。示出了像素110的结构，在像素110的结构中还提供了连接到晶体管118的栅极上的电源线Vax(x是自然数，lSx^n)。电源线Vax连接到电源117上。在该像素110中，通过将晶体管118的栅极连接到在恒定电位的电源线Vax上，将晶体管118的栅极电位控制成晶体管118在饱和区中工作的电位。由于晶体管119工作在线性区，所以包括有关像素110发射或非发射信息的视频信号施加在晶体管119的栅极上。由于工作在线性区的晶体管119的源极-漏极电压小，所以源极-漏极电压中的微小波动对在发光元件105中流动的电流值没有影响。因此，在发光元件中流动的电流值由在饱和区工作的晶体管119确定。上述的结构改善了由于晶体管119的特性变化引起的发光元件105的亮度不勻性，并由此可以增强图像质量。如上所述，在这种显示器件中，用于补偿温度和亮度退化的电路包括电源、监测元件和电压产生电路。即，可以使发光元件和等效于发光元件的监测元件两个都在不同的驱动条件下工作，并控制其使得在像素部分中提供的发光元件和监测元件中流动的电荷总量之间的比率满足恒定关系。将参考附图描述使用实施例模式6中描述的发光元件的显示器件的一个结构实例。图11示出了提供有两个晶体管作为实例的像素110的结构。在该像素110中，提供了彼此相交的数据线Dx(x是自然数，1Sx^n)和扫描线Gy(y是自然数，lSy^n)，绝缘膜介于它们之间。像素110具有发光元件105、电容元件107、开关晶体管106和驱动晶体管104。提供开关晶体管106用于控制视频信号的输入，并提供驱动晶体管104用于控制发光元件105的发射和非发射。这些晶体管是场效应晶体管，例如，可以使用薄膜晶体管。开关晶体管106具有连接到扫描线Gy的栅极，源极和漏极，其中源极和漏极中之一连接到数据线Dx，另一个连接到驱动晶体管104的栅极。驱动晶体管104的源极和漏极中之一经由电源线Vx(x是自然数，1^ySm)连接到第二电源121上，且另一个连接到发光元件105上。没有连接到第一电源120的发光元件105的一个端子连接到第二电源121上。电容元件107提供在驱动晶体管104的栅极和源极之间。开关晶体管106和驱动晶体管104可以是n沟道晶体管或p沟道晶体管。示于图11中的像素IIO示出了其中开关晶体管106和驱动晶体管104分别是n沟道晶体管和p沟道晶体管的情况。也没有特别地限制笫一电源120的电位或第二电源121的电位。控制第一电源120和第二电源121的电位彼此不同，以便将正向电压或反向电压施加到发光元件105上。图l2示出了该像素110的平面图。设置开关晶体管106、驱动晶体管l(M和电容元件107。通过在第一电极211上堆叠发光层来形成连接到驱动晶体管104的发光元件105，第一电极211是发光元件105的一个电极。为了使孔径比更大，提供电容元件107以与电源线Vx交叠。另外，图13示出了相应于图12中所示的截面线A-B-C的截面结构。开关晶体管106、驱动晶体管104、发光元件105和电容元件107提供在具有绝缘表面的基板200如玻璃或石英上。为了减小截止电流，优选开关晶体管106具有多栅极结构。可以将各种半导体应用到形成开关晶体管106和驱动晶体管104的沟道部分的半导体。例如，可以使用包括硅作为其主要成分的非晶半导体、半非晶半导体(也称为微晶半导体)或多晶半导体。另外，可以使用有机半导体。利用硅烷气体(SiH4)和氟气体(F2)或者利用硅烷气体和氢气体形成半非晶半导体。可选地，能够通过如激光束照射的电磁能照射结晶化由物理淀积法如溅射或化学淀积法如气相生长形成的非晶半导体的这种方式来获得多晶半导体。对于开关晶体管106和驱动晶体管104的栅极，优选采用其中WN更接近基板的氮化钨(WN)和鴒(W)的层叠结构、钼(Mo)、铝(Al)和钼(Mo)的层叠结构或其中MoN更接近基板的氮化钼(MoN)、钼(Mo)的层叠结构。通过使用导电材料形成连接到开关晶体管106或驱动晶体管104的源极或漏极的布线204、205、206和207，以具有单层结构或层叠结构。例如，采用钛(Ti)、铝-硅(A1-Si)和钛(Ti)的层叠结构、Mo、A1-Si和Mo的层叠结构或MoN、Al-Si和MoN的层叠结构。这些布线204、205、206和207形成在第一绝缘层203上。发光元件105具有对应于像素电极的第一电极211、发光层212和对应于相对电极的第二电极213的层叠结构。第一电极211具有被分隔层(partitionlayer)210环绕的端部。堆叠发光层212和第二电极213,使得在分隔层210的开口部分与第一电极211重叠。该重叠部分用作发光元件105。当第一电极211和第二电极213两个都具有透光性质时，发光元件105在朝着第一电极211的方向上和朝着第二电极213的方向上发光。即，发光元件105进行双向光发射。可选地，当第一电极211和第二电极213中的一个具有透光性质且另一个具有光阻挡效应时，发光元件105在朝着第一电极211的方向或在朝着第二电极213的方向上发光。即，发光元件105进行顶部发射或底部发射。图13示出了用于发光元件105进行底部发光的情况下的截面结构。电容元件107设置在驱动晶体管104的栅极和源极之间，用于保持栅极-源极电压。电容元件107具有由提供在与形成开关晶体管106和驱动晶体管104的半导体层相同的层中的半导体层201、提供在与开关晶体管106和驱动晶体管104的栅极相同的层中的导电层202a和202b(在下文中，统称为导电层202)、以及半导体层201和导电层202之间的绝缘膜形成的电容。而且，电容元件具有由提供在与形成开关晶体管106和驱动晶体管104的栅极相同的层中的导电层202、提供在与连接到开关晶体管106和驱动晶体管104的源极和漏极的布线204、205、206和207相同的层中的布线208、以及导电层202和布线208之间的绝缘膜形成的电容。这使得电容元件107能够获得足够的电容来保持驱动电压的栅极-源极电压。另外，通过形成与形成电源线的导电层重叠的电容元件107，来抑制由于电容元件107的布局引起的孔径比减小。连接到开关晶体管106或驱动晶体管104的源极或漏极上的布线204、205、206、207和208具有500至2000nm的厚度，优选500至1300nm。由于布线204、205、206、207和208包括数据线Dx和电源线Vx，所以可以通过4吏布线204、205、206、207和208的厚度如上所述更厚来抑制由于电压降引起的影响。第一绝缘层203和第二绝缘层209利用无机材料如氧化硅或氮化硅、无机材料如聚酰亚胺或丙烯酸形成。第一绝缘层203和第二绝缘层209可利用相同的材料形成，或可利用彼此不同的材料形成。作为有机材料，可使用硅氧烷材料，例如，使用具有由硅和氧之间的键形成的框架结构且包括取代基至少为氬的有机基团(例如，烷基基团或芳烃)。作为取代基，可使用氟基团。可选地，可使用包括至少氢的有机基团和氟基团作为取代基。将描述一种其中装配了像素部分111、扫描线驱动电路108和数据线驱动电路109的面板，其是实施例模式6中的显示器件的一种模式。具有每个都包括发光元件105、扫描线驱动电路108、数据线驱动电路109和连接膜217的多个像素的像素部分111提供在基板200上(参考图14A)。连接膜217连接到外部电路。图14B是沿着线A-B的面板的截面图，其示出了提供在像素部分111中的驱动晶体管104，发光元件105、电容元件107和提供在数据线驱动电路109中的晶体管。通过在像素部分111、扫描线驱动电路108和数据线驱动电路109的周围提供密封材料214并提供相对的基板216来进行发光元件105的密封。这种密封是用于保护发光元件105不受潮湿的工艺，并在此使用用覆盖材料(例如，玻璃、陶瓷、塑料或金属)密封的方法。然而，可使用利用热固性树脂或可紫外线固化树脂密封的方法，或利用具有高性能的薄膜作为阻挡层如金属氧化物或金属氮化物密封的方法。优选将形成在基板200上的元件利用与非晶半导体相比具有良好特性例如良好迁移率的结晶半导体(多晶硅)形成。当使用结晶半导体时，实现了在同一表面上的单片电路。由于在上述的面板中减小了连接的外部IC的数目，所以实现了尺寸、重量、厚度上的减小。在图14B所示的结构中，发光元件105具有透光性质的第一电极211和具有光阻挡效应的第二电极213。因此，发光元件105朝着基板200发光。如图15A所示，发光元件105的第一电极211和第二电极213可以分别具有光阻挡效应和透光性质，作为与图14B中所示结构不同的结构。在这种情况下，发光元件105进行顶部发光。可选地，如图15B所示，第一电极211和第二电极213两个都可以是透光电极，使得从两侧发光作为与图14B和15A中所示的结构不同的结构。在这些模式中的每一个中，监测元件可具有与发光元件的结构相同的结构。要注意的是，像素部分111可通过使用具有形成在绝缘面上的非晶半导体(非晶硅)作为沟道部分的晶体管形成，而扫描线驱动电路108和数据线驱动电路109可通过使用驱动器IC形成。驱动器IC可通过COG方法装配在基板上或可装配在连接到基板200的连接膜217上。非晶半导体可以容易地通过CVD形成在大面积的基板上，且由于结晶工艺不是必需的而能够提供廉价的面板。另外，在这种情况下，当导电层通过由喷墨代表的液滴排出法(dropletdischargemethod)形成时，变得能够提供更廉价的面板。在本实施例模式中，将参考图16A至16E描述通过使用根据本发明的发光器件完成的各种电子设备。作为通过使用根据本发明的发光器件制造的电子设备的实例，可以给出电视、摄像机、数字照相机、护目镜型显示器(安装头部的显示器)、导航系统、放声器件(如车内音频系统或音频机)、个人计31算机、游戏机、个人数字助理(如移动计算机、蜂窝电话、便携式游戏机或电子书籍)、装备有记录介质的图像再现器件(具体地，装备有显示器件的器件，其可以再现记录介质如数字通用光盘(DVD)并显示图像)和发光设备。图16A至16E示出了这些电子设备的具体实例。图16A是显示器件，其包括框体9001、支座9002、显示部分9003、扬声器部分9004和视频输入端子9005。使用根据本发明形成的发光器件用于显示部分9003来制造显示器件。要注意的是，显示器件包括用于显示信息如用于计算机、用于接收TV广播和用于显示广告的所有器件。图16B是个人计算机，其包括主体9101、框体9102、显示部分9103、键盘9104、外部连接端口9105和指示鼠标(pointingmouse)9106。对于显示部分9103使用具有根据本发明发光元件的发光器件来制造计算机。图16C是摄像机，其包括主体9201、显示部分9202、框体9203、外部连接端口9204、遥控接收部分9205、图像接收部分9206、电池9207、声音输入部分9208、操作键9209和目镜部分9210。对于显示部分9202使用具有根据本发明的发光元件的发光器件来制造摄像机。图16D是桌照明设备，其包括照明部分9301、灯罩9302、可变臂9303、支座9304、基座9305和电源9306。对于发光部分9301，>使用通过使用根据本发明的发光元件形成的发光器件来制造桌照明设备。要注意的是，照明设备包括固定到天花板上的照明设备和壁桂照明设备。由于照明设备需要高的亮度，所以这种照明设备作为根据本发明的发光器件的应用实例来说是特别优选的实施例。另外，由于可以通过使用至少一个发光元件制造照明设备，所以照明设备还具有发光元件的电流密度可以依照由数学公式如公式(1)至(3)的程序很容易控制的优点，以及发光元件的电压可以依照由数学公式如公式(4)的程序很容易控制的优点。图16E是蜂窝电话，其包括主体9401、框体9402、显示部分9403、声音输入部分9404、声音输出部分9405、操作键9406、外部连接端口9407和天线9408。对于显示部分9403，使用具有根据本发明的发光元件的发光器件来制造蜂窝电话。如上所述，可以获得使用发光器件的电设备和照明设备，该发光器件具有根据本发明的发光元件。可以非常广泛地应用具有根据本发明的发光元件的发光器件，并可以将这种发光器件应用到所有领域的电设备中。在本实施例中，将通过使用实施例模式l中提到的公式(1)来具体地描述制造具有较小亮度退化的发光元件的实例。首先，制造了使用发光有机材料的发光元件。由于该元件结构如图3所示，所以将引用图3中的附图标记来描述该结构。首先，在具有绝缘表面的基板300上形成阳极301。利用为透明导电膜的ITO作为材料，通过賊射形成了110nm膜厚的阳极301。使阳极301成形为具有2mmx2mm的大小。在清洗并干燥具有阳极301形成于其上的基板之后，形成发光层302。首先将具有形成于其上的阳极301的基板固定在真空淀积系统的基板支架中，阳极301的表面向下形成，并通过使用电阻加热真空蒸发淀积50nm膜厚的DNTPD。该淀积的DNTPS用作空穴注入层311。然后，以相同的方式淀积了10nm膜厚的空穴传输材料oc-NPD，作为空穴传输层312。而且，通过共同蒸发(co-evaporating)Alqj和香豆素6形成了37.5nm膜厚的包括发光有机化合物的层313。要注意的是，在共同蒸发时控制了香豆素6与Alq3的比为1:0.005(质量比)。因此，Alq3和香豆素6分别用作主材料和发光有机化合物。接下来，通过真空蒸发淀积了37.5mn的电子传输材料Alq3，作为电子传输层314。而且，作为电子注入层315，通过真空蒸发淀积了1nm的CaF2。上述的层用作发光层302。最后，形成阴极303。在本实施例中，通过使用电阻加热真空蒸发淀积了150nm的铝(Al)作为阴极。在本实施例中，首先，确定了用于实际应用的亮度为1000cd/m2。另外，当电流施加到了根据本实施例制造的发光元件上时，用于发出具有IOOOcd/m2亮度的光所需要的电流密度是9.25mA/cm2。因此，通过保持将恒定电流以电流密度为9.25mA/cn^施加到发光元件上，来进行在1000cd/n^的初始亮度下的恒定电流驱动测试。图4示出了在这种情况下的亮度退化曲线。图中的实线表示实际的数据，且水平轴和垂直轴分别表示时间和相对亮度(当初始亮度由L。表示且亮度由L表示时，对应于L/L。)。接下来，使获得的数据适合于公式(6)。其结果由图中的虚线表示，其示出了很高精确度的适合。从该匹配获得了公式(6)中的参数k和P的值。将其结果示于下面的表l中。<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>因此，由公式(l)得知，当使本实施例中的发光元件在1000cd/m2的亮度初始下发光时，通过根据以下的公式(1，)相对于发光时间t增加电流密度J可以获得具有较小亮度退化的发光元件。要注意的是，公式(l，)可以用如图5的图表表示，其中水平轴和垂直轴分别表示发光时间t[h]和电流密度J[mA/cm2]。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula>(J是电流密度[mA/cm2]，且t是发光时间[h]。)/3[-]0.00001990.6531因此，由公式(2)得知，当使本实施例中的发光元件在1000cd/m2的亮度初始下发光时，通过根据以下的公式(2，)相对于发光时间t增加电流密度J可以获得具有较小亮度退化的发光元件。J=9.25.exp[(0.0000199._fjdt)06531].■(2，)(J是电流密度[mA/cm2]，且t是发光时间[h]。)在本实施例中，将通过使用实施例模式3中提到的公式(3)来具体地描述制造具有较小亮度退化的发光元件的实例。使用了在实施例1和2中使用的相同的发光元件。因此，可使用实施例1中的表l中的值作为参数k和P。因此，由公式(3)得知，当使本实施例中的发光元件在1000cd/m2的亮度初始下发光时，通过根据以下的公式(3，)相对于发光时间t增加电流密度的增加率Y可以获得具有较小亮度退化的发光元件。要注意的是，公式(3，)可以用如图6的图表表示，其中水平轴和垂直轴分别表示发光时间t[h]和电流密度的增加率Y(=J/J。)[-]。Y=exp[{0.00009207,(Y+l)'t}06531]■,,(3')(Y是电流密度的增加率[-]，且t是发光时间[h].)在本实施例中，将通过使用实施例模式4中提到的公式(4)来具体地描述制造具有较小亮度退化的发光元件的实例。使用了在实施例1至3中使用的相同的发光元件。首先，在以下情况的每一个中测量了这种发光元件的电压-电流密度特性A:在连续照明之前；B:在不照明保持备用1000小时之后；和C:在照明1000小时之后，同时保持电流在9.25mA/cm2的恒定电流密度下流动。结果示于图7A中，其中水平轴和垂直轴分别表示电压和电流密度。如图7A所示，不仅在照明(C)之后而且在不照明保持备用之后(B)，电流开始流动困难。接下来，在实际的亮度区(100至10000cd/m2;电流密度为1至100mA/cm2)中，使图7A中的数据用公式(22)匹配。将结果示于图7B中。从图7B确定，由公式(22)使发光元件的电压-电流密度很精确M^匹配于直线。而且，从图7B中的配合线(fitting)获得了对于曲线A、B和C中每一个的公式(22)中的S和n的值。在下面的表3中获得了该结果。另外，表3用图表表示在图8中。(表3)<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>首先，如由图8清楚可见的，n在不照明保持备用1000小时时降低，此外，n的降低率在照明1000小时、同时保持电流流动的情况下稍微不同。即，n是不论是否施加了电流几乎都只随着时间降低的参数。更具体地，可以将n表达为保持时间t，的函数(又为经过时间)(n=f(t，))。因此，通过进行相同的实验达另一保持时间(又为经过时间)而不是1000小时并对照保持时间t，(又为经过时间)标定n的值，还可以获得f(t，)。另一方面，如由图8清楚可见的，S通过保持备用1000小时几乎不改变，且是仅通过施加电流降低的参数。由于S不依赖于时间但依赖于施加的电流，所以希望S是每单位面积施加的电荷总量Q的函数(S=g(Q))。在本实施例中，由在9.25mA/cm2的恒定电流密度下驱动10小时获得了Q=33300[C/cm2]。因此，对于施加每单位面积的电荷总量而不是33300[C/cm1并对照施加的每单位面积的电荷总量Q标定S的值的情况下，还可以通过进行相同的实验获得g(Q)。通过在公式(4)中赋值由此获得的f(t，)和g(Q)，并将电压施加到根据公式(4)以占空比n(0<n<100)驱动的发光元件上，在以占空比n(0〈n〈100)驱动的发光元件中流动的电流密度逐渐增加，使得可以减小亮度退化。虽然已参考附图、借助实例全面地描述了本发明，但要理解的是，各种改变和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，除非这种改变和修改脱离了下文定义的本发明的范围，否则它们应当解释为包括于其中。权利要求1.一种驱动包括发光元件的照明设备的方法，包括以下步骤确定该发光元件的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度J0；编程以随着时间增加电流密度J；以及根据该程序施加电流到该发光元件，其中该电流的电流密度J根据下面的公式(1)随着时间增加，J＝J0·exp[(k·t)β]…(1)其中J0是发光元件中的电流密度的初值，其中t是发光时间，其中k由以下公式k＝1/τ表示，其中τ是衰减时间，其中β是方差因数，以及其中k和β分别是由发光元件的特性确定的正参数。2.根据权利要求1的驱动照明设备的方法，还包括以下步骤通过在该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线；从亮度退化曲线获得参数k和P;以及在公式(1)中赋值获得的参数k和P。3.—种驱动包括发光元件的照明设备的方法，包括以下步骤确定该发光元件的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度J。；编程以随着时间增加电流密度J;以及根据该程序施加电流到该发光元件，其中该电流的电流密度J根据下面的公式(2)随着时间增加，J=Jfl'exp[(k，'fjdt)p]…(2)其中J。是发光元件中的电流密度的初值，其中t是发光时间，其中k由以下公式k-l/T表示，其中T是衰减时间，其中k，由以下^5^式k=k，.J。表示，其中P是方差因数，以及其中k，和P分别是由发光元件的特性确定的正参数，且J表示从0至t的积分。4.根据权利要求3的驱动照明设备的方法，还包括以下步骤通过在该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线；从亮度退化曲线获得参数k，和P;以及在公式(2)中赋值获得的参数k，和P。5.—种驱动包括发光元件的照明设备的方法，包括以下步骤确定该发光元件的亮度；测量获得该亮度所需的电流密度J。；编程以随着时间增加电流密度J;以及根据该程序施加电流到该发光元件，其中根据下面的公式(3)控制该电流的电流密度的增加率y。Y=exp[{(Y+l)'k't/2}"…(3)其中t是发光时间，其中k由以下公式1^1/t表示，其中t是衰减时间，其中P是方差因数，以及其中k和P分别是由发光元件的特性确定的正参数，且其中当发光元件中的电流密度的初值由J。表示和发光元件中的电流密度由J表示时，y=J/J。。6.根据权利要求5的驱动照明设备的方法，还包括以下步骤通过在该电流密度由恒定电流驱动驱动发光元件来测量亮度退化曲线；从亮度退化曲线获得参数k和P;以及在公式(3)中赋值获得的参数k和P。7.根据权利要求1至6中的任何一个的驱动照明设备的方法，该方法还包括步骤将发光时间存储到存储电路。全文摘要本发明涉及使用发光元件的发光器件、发光元件的驱动方法及照明设备。本发明的一个目的在于提供一种发光器件，其包括通过设计驱动装置具有较小亮度退化的发光元件。另外，本发明的一个目的在于提供一种用于减小发光元件的亮度退化的驱动方法。在本发明中，根据下面的公式(1)随着时间增加在发光元件中流动的电流的电流密度J，其中J₀是发光元件中的电流密度的初值，t是发光时间，且k和β分别是由发光元件的特性确定的正参数。J＝J₀·exp[(k·t)^β]…(1)文档编号H05B37/02GK101616528SQ200910164548公开日2009年12月30日申请日期2005年8月12日优先权日2004年8月13日发明者安部宽子,山崎舜平,濑尾哲史申请人:株式会社半导体能源研究所