显示装置、驱动方法及其电子装置的制作方法

专利名称：显示装置、驱动方法及其电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及上面安装有EL(电致发光)元件、有机EL元件或其它的自发射型显示元件的显示装置。另外，本发明涉及该显示装置的驱动方法。此外，本发明涉及在显示部分提供了该显示装置的电子装置。
背景技术：
最近几年，使用例如发光二极管(LED)的发光元件形成像素的所谓的自发射型显示装置已经成为最近关注的焦点。作为在这种自发射型显示装置中使用的发光元件，有机发光元件(也称作OLED(有机发光二极管)、有机EL元件、电致发光(EL)元件等)吸收了人们的兴趣并且日益用于EL显示器等中。因为例如OLED的发光元件是自发射型，所以它具有像素的可见性高于液晶显示器、不需要背光、响应速度高等优点。
自发射型显示装置包括像素部分和向该像素部分输入信号的外围驱动电路。在像素部分中，按各个像素排列发光元件，并且通过控制发光元件的发光来显示图像。
在像素部分的每个像素中，提供薄膜晶体管(下文中称作TFT)。此处，描述了在每个像素中提供了两个TFTs来控制每个像素中发光元件的发光的像素结构(参考文献1日本专利特许公开第2001-343933号)。
在图39中，表示了像素部分的像素结构。在像素部分10中，布置了数据线(也称作源信号线)S1-Sx，扫描线(也称作栅信号线)G1-Gy和电源线(也称作供给线)V1-Vx，并且提供了x(x是自然数)列和y(y是自然数)行个像素。在每个像素中，包括开关TFT(也称作选通晶体管、开关晶体管、或者SWTFT)11、驱动TFT(也称作驱动晶体管)12、电容器13和发光元件14。
简述像素部分10的驱动方法。在地址周期(address period)，当选择扫描线时开关TFT 11打开，并且此时将数据线的电位通过开关TFT 11写入驱动TFT 12的栅极(也称作栅端)。从一个选择期间完成到下一个选择期间，电容器13保持驱动TFT 12的栅极电位。
此处，在图39的结构中，当驱动TFT的栅-源电压的绝对值(|VGS|)和驱动TFT 12的阈值电压(|Vth|)满足|VGS|＞|Vth|时，驱动TFT 12打开，电流通过电源线和发光元件14的对电极(opposite electrod)之间的电压流动，并且使发光元件14进入发光状态。另外，当该关系满足|VGS|＜|Vth|时，驱动TFT 12关断，不向发光元件14的两端供应电压，并且使发光元件14进入不发光状态(非发光状态)。
在具有图39的结构的像素中，为了表示灰度，大致使用模拟灰度方法或者数字灰度方法。
在模拟灰度方法中，有模拟控制显示元件发光强度的方法和模拟控制显示元件发光时间的方法。通常使用模拟控制显示元件发光强度的方法作为模拟灰度方法。另一方面，在数字灰度方法中，只通过使用像素中的输入信号控制开关元件的开和关来控制发光元件是否发光，从而表示灰度。
与模拟灰度方法相比，数字灰度方法具有强度耐TFT变化、容易精确表示灰度等的优点。但是，在数字灰度方法，因为只有发光和不发光两个状态，所以需要通过结合其它方法来实现多灰度。
作为数字灰度方法中多灰度的表示方法，有时间灰度方法、面积灰度方法等等。面积灰度方法是通过控制每个像素的发光面积来显示灰度的方法。另一方面，时间灰度方法是通过控制显示装置中每个像素的发光周期来表示多灰度的方法。在数字灰度方法的情况中，常常使用适合高清晰度的时间灰度方法。如参考文献1中所公开，在数字时间灰度方法，可以通过在每个像素中除了驱动TFT和开关TFT外还使用擦除晶体管(也称作擦除TFT)来实现更高清晰度的多灰度显示。

发明内容
但是，在这种数字时间灰度方法中整个屏幕的平均亮度不会改变某个灰度的亮度或最大亮度。因此，不能实现具有高对比度的清晰显示。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供可以在发光器件中实现高对比度的清晰显示的显示装置。另外，本发明涉及在显示部分提供了这种显示装置的电子装置。
根据本发明，占空率根据整个屏幕的平均亮度改变。因此，提供用来擦除输入到控制发光元件驱动的TFT栅极的信号的TFT(下文中称作擦除TFT)，并且控制擦除TFT的擦除操作的时间。或者，根据整个屏幕的平均亮度改变阴极电压或阳极电压。或者，改变通过分隔帧周期获得的子帧数量。再或者，改变时间灰度方法。注意在实施方式2中详细说明了擦除TFT。在本说明书中，占空率指在一帧周期中用于显示灰度的显示周期的比例。子帧指通过分隔一帧周期获得的多个周期中的每个周期。子帧数量指通过分隔帧周期获得的多个周期的数量。
本发明的显示装置结构的一个特征是包括将模拟信号转换成数字信号的模-数转换器电路、与该模-数转换器电路连接并计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路、根据该平均灰度水平控制子帧数量的子帧数量控制电路、以及根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压的电位控制电路。
本发明的显示装置结构的另一个特征是包括包含多个像素的显示部分，每个像素包括发光元件、控制向发光元件的电流供应的驱动TFT、和开关TFT、向像素输出视频信号的信号线驱动电路、选择要写入视频信号的像素的扫描线驱动电路、向发光元件供应电流或电压的电源线、计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路、根据该平均灰度水平控制一帧周期中子帧数量的子帧数量控制电路、以及根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压的电位控制电路。
本发明的显示装置结构的再另一个特征是包括将模拟信号转换成数字信号的模-数转换器电路、与该模-数转换器电路连接并计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路、根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或者二进制码数字时间灰度方法的灰度方法选择器电路、以及根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压的电位控制电路。
本发明的显示装置结构的仍再另一个特征是包括包含多个像素的显示部分，每个像素包括发光元件、控制向发光元件的电流供应的驱动TFT、和开关TFT、向像素输出视频信号的信号线驱动电路、选择要写入视频信号的像素的扫描线驱动电路、向发光元件供应电流或电压的电源线、计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路、根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或者二进制码数字时间灰度方法的灰度方法选择器电路、以及根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压的电位控制电路。
本发明的显示装置结构的一个特征是当平均灰度水平变成低于预定值时降低子帧数量。
本发明的显示装置结构的一个特征是当平均灰度水平变成低于预定值时将灰度方法从重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法。
本发明的显示装置结构的一个特征是当平均灰度水平变成高于预定值时电位控制电路降低在发光元件一对电极之间施加的电压。
本发明的显示装置结构的一个特征是当平均灰度水平变成低于预定值时电位控制电路增加在发光元件这对电极之间施加的电压。
本发明的显示装置的驱动方法的一个特征是将输入显示装置的模拟视频信号转换成数字视频信号、计算一帧周期的平均灰度水平、根据该平均灰度水平控制子帧数量、并且根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压或者占空率。
本发明的显示装置的驱动方法的一个特征是将输入显示装置的模拟视频信号转换成数字视频信号、计算一帧周期的平均灰度水平、根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或二进制码数字时间灰度方法、并且根据该平均灰度水平改变在发光元件一对电极之间施加的电压或者占空率。
在本发明中，连接包括电连接、功能连接和直接连接。因此，在本发明公开的结构中，也可以包括预定连接之外的连接。举例来说，可以在元件和另一个元件之间插入至少一个能够电连接的元件(如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻器、或二极管)。另外，可以在元件和另一个元件之间布置至少一个能够功能连接的电路(如逻辑电路(如反相器、NAND电路或NOR电路)、信号转换器电路(如DA转换器电路、AD转换器电路或者γ校正电路)、电位电平变换器电路(如电源电路，如电压阶升电路或电压阶降电路，或者用来改变H信号或L信号电位水平的电平移位电路)、电源、电流源、开关电路、放大器电路(如运算放大器、差分放大器电路、源跟随器电路、缓冲电路、或者可以增加信号幅度或电流量的电路)、信号发生电路、存储电路、控制电路)。或者，进行直接连接而不插入其它元件或其它电路。注意只将直接进行连接而不插入其它元件或其它电路的情况描述为“直接连接”。同时，“电连接”的描述包括电连接(即与另一个插入的元件连接)、功能连接(即与另一个插入的电路连接)、以及直接连接(即不插入另一个元件或电路的连接)。
各种开关都可以用作本发明中使用的开关。作为实例有电开关、机械开关等。即，只要可以控制电流流动，本发明不局限于特殊的开关并且可以使用各种开关。举例来说，开关可以是晶体管、二极管(PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、二极管连接的晶体管等)、或者它们组合的逻辑电路。因此，在使用晶体管作为开关的情况中，因为晶体管只作为开关操作，所以晶体管的极性(导电类型)没有特别限制。但是，在需要较低关断电流(lower off current)的情况中，希望使用具有较低关断电流极性的晶体管。可以使用具有LDD区的晶体管、具有多栅极结构的晶体管等作为具有较低关断电流的晶体管。另外，当要作为开关操作的晶体管在其源端电位接近低电位侧电源(VSS，GND，0V等)的状态下工作时希望使用n-沟道晶体管，而当晶体管在其源端电位接近高电位侧电源(Vdd等)的状态下工作时希望使用p-沟道晶体管。这是因为可以增加栅-源电压的绝对值，使得晶体管容易作为开关工作。注意开关可以是使用n-沟道晶体管和p-沟道晶体管的CMOS型。在CMOS开关的情况中，甚至当情况改变，使得对于开关的控制信号，通过开关输出的电压(即对开关的输入电压)高或低时，开关也能适当地工作。
在本发明中，晶体管可以具有各种模式；因此，可用的晶体管的类型没有特别限制。因此，可以应用使用以无定形硅或多晶硅为代表的非单晶半导体薄膜的薄膜晶体管(TFT)。鉴于此，甚至可以在低制造温度下、低成本地并且在大尺寸和/或透明衬底上进行制造，并且通过晶体管可以发射光。另外，可以应用使用半导体衬底或者SOI衬底形成的MOS晶体管、结型晶体管、双极晶体管等。鉴于此，可以制造出具有很少差异的晶体管、具有高电流供应能力的晶体管、或者具有小尺寸的晶体管，或者可以制造出具有小功耗的电路。另外，可以应用使用化合物半导体，例如ZnO、a-InGaZnO、SiGe或GaAs的晶体管、其薄膜晶体管等。鉴于此，可以在不太高的温度下，甚至在室温下进行制造，并且可以在低热阻衬底如塑料衬底或薄膜衬底上直接形成晶体管。另外，可以应用由喷墨方法或印刷方法形成的晶体管等。鉴于此，可以在室温下、低真空状态中、在大尺寸衬底上进行制造。另外，因为可以不用掩模(模版(reticle))进行制造，所以容易改变晶体管的布局。另外，可以应用使用有机半导体或碳纳米管的晶体管或者其它晶体管。鉴于此，可以在柔性衬底上方形成晶体管。注意非单晶半导体薄膜可以包含氢或卤素。此外，上面提供晶体管的衬底类型没有具体限制，并且可以使用各种类型的衬底。因此，举例来说可以在单晶衬底、SOI衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、纸衬底、赛璐玢衬底、石头衬底、不锈钢衬底、包含不锈钢箔的衬底等上面形成晶体管。或者，在衬底上形成晶体管后，可以将其转移到要布置的另一个衬底上。通过使用这些衬底，可以形成具有有利特性的晶体管或者具有小功耗的晶体管、防破晶体管(break-proof transistor)、或者耐热晶体管。晶体管是至少具有三端(包括栅、漏和源)的元件，并且在漏区和源区之间具有沟道形成区。此处，因为源极和漏极根据晶体管的结构、工作条件等变化，所以难以识别哪个是源极或漏极。因此，在本说明书中，在某些情况中用作源和漏的区域可以不称作源和漏。作为实例，有时将它们称作第一端和第二端。
栅极指栅电极和栅导线(也称作栅线、栅信号线等)的一部分或全部。栅电极指与形成沟道区或LDD(轻掺杂漏区)区重叠并且其间夹有栅绝缘膜的导电膜。栅导线指用来连接不同像素的栅电极的导线、或者用来连接栅电极与另一根导线的导线。
注意存在既用作栅电极又用作栅导线的部分。这种区域可以称作栅电极或者栅导线。即，有栅电极和栅导线彼此不能清晰分辨的区域。举例来说，在沟道区与延伸的栅导线重叠的情况中，重叠区域既用作栅导线又用作栅电极。因此，这种区域可以称作栅电极或者栅导线。
另外，用与栅电极相同的材料形成并与栅电极连接的区域可以称为栅电极。相似地，用与栅导线相同的材料形成并与栅导线连接的区域可以称为栅导线。严格意义上说，这种区域可以不与沟道区重叠，或者可以不具有与另一个栅电极连接的功能。但是，存在着为了提供足够的制造余地该区域用与栅电极相同的材料形成并且与栅电极或栅导线连接的情况。因此，这种区域也可以称作栅电极或者栅导线。
在多栅极晶体管的情况中，举例来说，晶体管的栅电极使用由与栅电极相同的材料形成的导电膜与另一个晶体管的栅电极连接。因为该区域是用于连接栅电极与另一个栅电极的区域，所以它可以称作栅导线，而因为多栅极晶体管可以看作是一个晶体管，所以它又可以称作栅电极。也就是说，只要它由与栅电极或栅导线相同的材料形成并且与其连接，该区域就可以称作栅电极或栅导线。另外，举例来说，连续栅电极与栅导线的导电膜的一部分也可以称作栅电极或栅导线。
注意栅端指栅电极的一部分或者与栅电极电连接的区域的一部分。
注意源极指源区、源电极和源导线(称作源线、源信号线等)的一部分或者全部。源区是包含大量p-型杂质(例如硼或镓)或n-型杂质(例如磷或砷)的半导体区。因此，它不包括包含少量p-型杂质或n-型杂质的区域，即所谓的LDD(轻掺杂漏区)区。源电极是由与源区不同的材料形成并与源区电连接的导电层。注意有将源电极和源区统称作源电极的情况。源导线是用来连接不同像素的源电极的导线，或者用来连接源电极与另一根导线的导线。
但是，存在既用作源电极又用作源导线的部分。这种区域可以称作源电极或者源导线。即，有源电极和源导线彼此不能清晰分辨的区域。举例来说，在源区与延伸的源导线重叠的情况中，重叠的区域既用作源导线又用作源电极。因此，这种区域可以称作源电极或者源导线。
另外，用与源电极相同的材料形成并与源电极连接的区域以及连接源电极和另一个源电极的部分可以各自称为源电极。与源区重叠的部分也可以称作源电极。相似地，用与源导线相同的材料形成并与源导线连接的区域也可以称为源导线。严格意义上说，这种区域可以不具有与另一个源电极连接的功能。但是，有为了提供足够的制造余地该区域用与源电极或源导线相同的材料形成并且与源电极或源导线连接的情况。因此，这种区域也可以称作源电极或者源导线。
另外，举例来说，连接源电极与源导线的导电膜的一部分也可以称作源电极或源导线。
注意源端指源区的一部分、源电极或者与源电极电连接的区域的一部分。还注意漏极与源极具有相似的结构。
在本说明书中，显示元件、显示装置和发光器件都可以使用各种模式并且包括各种元件。作为实例有对比度通过电磁功能改变的显示介质，如EL元件(例如有机EL元件、无机EL元件或者包含有机材料或无机材料的EL元件)、发射电子的元件、液晶元件、电子墨水、光栅光阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、数字微镜器件(DMD)、压电陶瓷显示器、或者碳纳米管。另外，使用EL元件的显示装置包括EL显示器；使用发射电子的元件的显示装置包括场发射显示器(FED)或者表面传导电子发射显示器(SED)；使用液晶元件的显示装置包括液晶显示器、透射液晶显示器、半透射液晶显示器、或者反射液晶显示器；并且使用电子墨水的显示装置包括电子纸。显示元件可以发射单色光或者多种颜色，例如红(R)、绿(G)和蓝(B)的光。为了提取光，电极中的任一个是透明的。
在本发明中，可用晶体管的类型没有特别限制，并且可以使用采用以无定形硅或多晶硅的为代表的非单晶半导体薄膜的薄膜晶体管(TFT)、采用半导体衬底或SOI衬底形成的MOS晶体管、结型晶体管、双极晶体管、采用有机半导体或碳纳米管的晶体管、或者其它晶体管。
还注意本发明的晶体管的结构不局限于某种类型，并且可以使用各种结构。举例来说，可以使用具有两个或更多个栅电极的多栅极结构。在多栅极结构的情况中，因为沟道区串联连接，获得串联连接多个晶体管的结构。通过使用多栅极结构，可以降较低关断电流，并且可以增加耐压以提高晶体管的可靠性；并且甚至当晶体管在饱和区工作，漏-源电压波动时，也可以提供平坦的特性曲线而不会引起漏-源电流的波动。另外，还可以使用栅电极被制作成夹住沟道的结构。通过使用这种栅电极被制作成夹住沟道的结构，可以扩大沟道区的面积，从而增加其中流过的电流的值，并且容易形成耗尽层以增加S值。在形成栅电极以夹住沟道的情况中，获得多个晶体管并联连接的结构。另外，可以使用任一种下面结构栅电极在沟道上方形成；栅电极在沟道下方形成；交错结构；反交错结构；将沟道区分成多个区并且并联连接的结构；或者将沟道区分成多个区并且串联连接的结构。另外，沟道(或其一部分)可以与源电极或者漏电极重叠。通过形成沟道(或其一部分)与源电极或者漏电极重叠的结构，可以防止不稳定的工作，否则会在电荷在沟道的一部分中积聚的情况中引起不稳定的工作。另外，可以提供LDD区。通过提供LDD区，可以降较低关断电流，并且可以提高耐压以改善晶体管的可靠性；并且甚至当晶体管在饱和区工作，漏-源电压波动时，也可以提供平坦的特性曲线而不会引起漏-源电流的波动。
注意本发明的晶体管可以在任何类型的衬底上方形成。因此，可以在玻璃衬底、塑料衬底、单晶衬底或者SOI衬底上方形成所有电路。或者，可以使用在某个衬底上形成一些电路而在另一个衬底上形成一些其它电路的结构。即，不需要全部电路都在一个衬底上形成。举例来说，可以使用TFTs在玻璃衬底上形成一些电路，而在单晶衬底上形成一些其它电路，然后通过COG(玻璃上芯片)键合将IC芯片沉积到玻璃衬底上。或者，可以通过TAB(带式自动键合)或者使用印刷板，将IC芯片连接到玻璃衬底上。按照这种方式，当在相同的衬底上形成一些电路时，通过减少元件的数量可以降低成本并且通过减少与元件连接的数量可以改善可靠性。此外，优选不在相同衬底上形成消耗更多功率的具有高驱动电压或高驱动频率的部分，从而可以防止功耗的增加。
在本发明中，一个像素相应于一个可以控制亮度的元件。因此，举例来说，一个像素表示由其表示亮度的一个彩色元件。因此，在由R(红)、G(绿)和B(蓝)彩色元件形成的彩色显示器装置的情况中，图像的最小单位由R像素、G像素和B像素三种像素组成。应当注意彩色元件不局限于三种，并且可以是更多颜色，并且可以使用除RGB以外的其它颜色。通过添加白色，可以使用RGBW(W是白色)。举例来说，可以向RGB中添加例如黄色、青色、品红色的一种或多种颜色。另外，可以添加与RGB中至少一种颜色相似的颜色。举例来说，可以使用R、G、B1和B2。B1和B2都表示蓝色，但是具有不同频率。通过使用这些彩色元件，可以进行与现实更相似的显示并且降低功耗。此外，作为另一个实例，当使用多个区域控制一个彩色元件时，多个区域之一对应于一个像素。因此，举例来说，在实施面积灰度显示的情况中，对一个彩色元件提供多个区域来控制亮度，其整体表达灰度。控制亮度的区域之一相应于一个像素。因此，在该情况中，一个彩色元件由多个像素形成。另外，在该情况中，对显示有贡献的区域根据像素在尺寸上不同。在对一个彩色元件提供的控制亮度的多个区域中，即形成一个彩色元件的多个像素中，通过给每个像素供应略微不同的信号可以扩大视角。应当注意“(对于三种颜色)一个像素”的描述指包括R、G和B三个像素的一个像素。“(对于一种颜色)一个像素”的描述对应于对一个彩色元件提供多个像素，并且统称作一个像素的情况。
注意在本说明书中，可以以矩阵形式提供(布置)像素。此处，当说明以矩阵形式提供(布置)像素时，可以有在纵向或横向中线性或非线性提供像素的情况。因此，举例来说，在用三种彩色元件(例如RGB)进行全色显示的情况中，可以有以条状或三角形图案布置三种彩色元件点的情况。此外，可以有以Bayer布局提供彩色元件的情况。彩色元件不局限于三种并且可以是多种。举例来说，有RGBW(W是白色)、或者RGB加上黄色、青色、品红色、翡翠色和朱红色中的至少一种。显示区域的面积在各彩色元件点之间可以不同。因此，可以降低功耗，并且可以延长显示元件寿命。
注意在本说明书中，术语“半导体器件”指具有包括半导体元件(例如晶体管或二极管)的电路的器件。另外，它还可以指通常可以使用半导体特性工作的器件。术语“显示装置”指包括显示元件(如液晶元件或发光元件)的装置。注意它还可以指在衬底上方形成多个像素或者用来驱动像素的外围驱动电路的显示面板主体，每个像素包括诸如液晶元件或EL元件的显示元件。并且，它可以包括挂接柔性印刷电路(FPC)或印刷线路板(PWB)的器件(如IC、电阻器、电容器、电感器或者晶体管)。此外，它还可以包括例如偏振板或延迟膜的光学片。此外，它可以包括背光(其可以包括导光板、棱镜片、漫射片、反射片、或者光源(如LED或冷阴极管))。另外，术语“发光器件”指特别是包括自发射型显示元件(如EL元件或者在FED中使用的元件)的显示器件。术语“液晶显示装置”指包括液晶元件的显示装置。
在本说明书中，使用一个或多个元素形成导线或电极，所述元素选自铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、钕(Nd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镁(Mg)、钪(Sc)、钴(Co)、锌(Zn)、铌(Nb)、硅(Si)、磷(P)、硼(B)、砷(As)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)和氧(O)；包含选自上述组中的一种或多种元素作为其组分的化合物或合金材料(例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、添加了氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、氧化锌(ZnO)、铝-钕(Al-Nd)、或镁-银(Mg-Ag))；通过结合上述化合物获得的材料等等。或者，它可以通过使用上述化合物和硅的化合物(硅化物)(例如铝硅、钼硅或硅化镍)、或者上述化合物和氮的化合物(例如氮化钛、氮化钽或氮化钼)来形成。
注意在硅(Si)中，可以包含大量n-型杂质(例如磷)或者p-型杂质(例如硼)。当包含这种杂质时，因为硅的电导率增加，所以硅容易用于导线或电极，并且硅用作常规导体。还注意硅可以是单晶硅、多晶形硅(多晶硅)，或者无定形硅。当使用单晶硅或多晶硅时，可以降低电阻。当使用无定形硅时，可以通过简化的制造工艺形成导线或电极。
因为其电导率高，所以铝和银可以降低信号延迟，并且容易蚀刻，从而其加工(图案化)容易进行并且可以进行微制造。因为其电导率高，所以铜可以降低信号延迟。因为可以形成而即使它与例如ITO或IZO或硅的氧化物半导体接触，也不会引起例如材料缺陷的问题，并且容易进行图案化或蚀刻，并且耐热性高，所以钼是所希望的。因为可以形成而即使它与例如ITO或IZO或硅的氧化物半导体接触，也不会引起例如材料缺陷的问题，并且耐热性高，所以钛是所希望的。钨因为其高耐热性而是所希望的。钕因为其高耐热性而是所希望的。尤其是，铝-钕因为耐热性增加并且可以抑制在铝中形成小丘而是特别所希望的。硅因为可以与晶体管半导体层同时形成并且耐热性高而是所希望的。氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、添加了氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、氧化锌(ZnO)和硅(Si)因为它们透光并因此可以用于透光部分，例如它们可以用作像素电极或共用电极而是所希望的。
这些材料可以具有单层结构或者多层结构来形成导线或电极。当采用单层结构，可以简化制造工艺并且可以减少制造天数，导致成本节省。另一方面，当采用多层结构时，可以使用各种材料的优点并且可以降低其缺点，从而形成高性能导线或电极。举例来说，通过在多层结构中包括低阻材料(例如铝)，可以降低导线的电阻。此外，通过包括高耐热性材料，例如当采用在高耐热性材料之间插入不具有高耐热性但具有其它优点的材料的叠层结构时，可以整体增加导线或电极的耐热性。举例来说，希望使用在各自包含钼或钛的层之间插入包含铝的层的叠层结构。另外，如果导线或电极与由不同材料制成的另一根导线或电极部分直接接触时，这些导线或电极可能不利地彼此影响。例如，一根导线或电极的材料可能进入另一根导线或电极中，从而改变其性质，从而不能实现希望的目的，或者在制造中发生问题并且不能正常完成制造步骤。在此情况中，通过插入另一层或用之覆盖可以解决该问题。例如，在氧化铟锡(ITO)与铝接触的情况中，希望在其间插入钛或钼。在硅与铝接触的情况中，希望在其间插入钛或钼。
在本发明中，当描述在一个物体在另一个物体上形成时，不用说指该物体与所述另一个物体直接接触，并且还包括上述两个物体彼此不直接接触，换句话说其间可以夹有再另一种物体的情况。因此，当描述在层A上形成层B时，其指与层A直接接触形成层B的情况，或者与层A直接接触形成另一层(例如层C或层D)，然后与层C或D直接接触形成层B的情况。相似地，当描述一个物体在另一个物体上方或上面形成时，它不一定指该物体与该另一个物体直接接触，并且可以在其间夹有再另一个物体。因此，当描述在层A上方或上面形成层B时，其指与层A直接接触形成层B的情况，或者与层A直接接触形成另一层(例如层C或层D)，然后与层C或D直接接触形成层B的情况。相似地，当描述一个物体在另一个物体下方或下面形成时，它指这些物体彼此直接接触，或者彼此不直接接触。
当整个屏幕的平均亮度低并且在一部分中显示高灰度时，可以增加该部分中的峰值亮度，并且可以提供能够在高对比度下进行清晰图像显示的显示装置。


在附图中
图1表示具有本发明像素结构的显示装置；图2A和2B表示根据本发明的逐行方法的信号线驱动电路；图3A和3B表示根据本发明的逐点方法的信号线驱动电路；图4表示本发明的像素结构；图5表示本发明的像素结构；图6表示本发明的像素结构；图7是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图8是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图9表示本发明的像素结构；图10表示本发明的像素结构；图11表示本发明的像素结构；图12是本发明像素结构的俯视图；图13表示本发明的一个像素的结构；图14是具有本发明像素结构的像素的俯视图；图15是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图16A和16B是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图17表示本发明的像素结构；图18表示本发明的像素电路的驱动电压波形图；图19表示本发明的像素电路的驱动电压波形图；图20A至20F表示本发明的像素电路的驱动电压波形图；图21A至21G表示本发明的像素电路的驱动电压波形图；图22A和22B是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图23A和23B是具有本发明像素结构的显示装置的时间图；图24是表示本发明主要结构的方框图；图25是表示本发明主要结构的方框图；图26是表示本发明主要结构的方框图；图27A和27B表示应用本发明的显示面板的结构；图28表示应用本发明的显示面板的结构；图29表示可以用于具有本发明像素结构的显示装置的发光元件的实例；图30表示可以用于具有本发明像素结构的显示装置的发光元件的实例；图31A至31C表示发光元件的发射结构；图32A至32H表示应用本发明的电子装置；图33A和33B表示本发明的半导体器件的结构；图34A和34B表示本发明的半导体器件的结构；图35A和35B表示本发明的半导体器件的结构；图36A和36B表示在本发明的显示装置中包括的TFT结构；图37A和37B表示本发明的显示装置中包括的TFT结构；图38A和38B表示在本发明的显示装置中包括的TFT结构；图39表示传统的像素结构。
具体实施例方式
将结合

本发明的实施方式和实施方案。注意本领域技术人员容易理解可以以各种方式实施本发明，并且可以做出形式和细节上的各种变化而不会背离本发明的精神和范围。因此，本发明不应局限于下面的实施方式和实施方案的说明。
实施方式1图1表示本发明的显示装置的基本像素矩阵电路。该像素矩阵包括信号线驱动电路101、扫描线驱动电路102和具备多个像素104的像素部分103。另外，与按行布置的扫描线(G1至Gm)、按列布置的信号线(S1至Sn)和电源线407相应，像素104布置成矩阵。
信号线驱动电路101向信号线S1至Sn输出视频信号。扫描线驱动电路102向扫描线G1至Gm输出用来选择按行布置的像素104的信号。然后，在通过从扫描线驱动电路102输出的信号选择的像素行的每个像素104中写入来自信号线驱动电路101的视频信号。注意从信号线驱动电路101输入到信号线S1至Sn的信号不局限于视频信号。举例来说，可以向像素中输入迫使所有列的像素处于不发光状态的信号(擦除信号)。
接下来，说明显示装置的工作。
在对像素104的信号写入操作时，通过扫描线驱动电路102选择要写入信号的像素行。然后，通过信号线S1至Sn从信号线驱动电路101将信号写入所选像素行中每列的像素104。当将信号写到像素104中时，像素存储写入其中的信号。
按照相似的方式，顺序选择像素104，并且将信号写入像素104中。当将信号写入像素部分103的全部像素104中时，完成对像素104的写入周期。
像素104保持写入其中的信号一段时期。因此，在像素的发光操作时，可以维持每个像素的响应写入其中的信号的状态(发光或不发光)。
通过重复写入操作和发光操作可以显示运动的图像。
接着，将参照图4说明图1所示的像素矩阵电路中一个像素的电路结构。一个像素包括驱动TFT 401、开关TFT(也称作用于开关的TFT或SWTFT)402、电容器403、发光元件404、扫描线405、信号线406、电源线407和对电极(opposite electrode)408。
开关TFT 402的栅电极与扫描线405连接。开关TFT 402的源区和漏区之一与信号线406连接，并且另一个与驱动TFT 401的栅电极和电容器403连接。
电容器403中彼此相对的电极之一与电源线407连接，并且另一个电极与开关TFT 402的源区或漏区，以及驱动TFT 401的栅电极连接。为了当不选择开关TFT 402(关断状态)时保持驱动TFT 401的栅电位，提供电容器403。因此，只要提供电容器403能够保持驱动TFT401的栅电位，布局不限于图4所示的布局。注意在举例来说使用驱动TFT 401的栅电容可以保持驱动TFT 401的栅电位时，可以省略电容器403。
与驱动TFT 401的源区或漏区连接的电极之一与电源线407连接，并且另一个电极与发光元件404连接。
发光元件404包括阳极、阴极和在所述阳极和阴极之间提供的有机化合物层。在发光元件404中，与驱动TFT 401的源区或漏区连接的电极称作像素电极，并且发光元件404的另一个电极称作对电极。由输入到对电极408和电源线407的电位确定发光元件404的阳极和阴极。具有高电位的电极用作阳极，并且具有低电位的电极用作阴极。此处，发光元件404的对电极408设置在低电源电位下。低电源电位是满足关系低电源电位＜高电源电位的电位，在电源线407处设置高电源电位作为参考。举例来说，可以设置GND、0V等作为低电源电位。
接下来，参考图4说明像素的操作方法。选择扫描线405来开启开关TFT 402，并且从信号线406将信号输入到驱动TFT 401的栅极。驱动TFT 401响应输入信号开启或者关断，并且当驱动TFT 401开启时，电流从电源线407流入发光元件404。此时，采用电容器403保持与从信号线406输入的信号对应的电位。
为了使发光元件404发光，向发光元件404施加在电源线407处设置的高电源电位和在发光元件404的对电极408处设置的低电源电位之间的电位差，以向发光元件404中馈送电流。此时，设置高电源电位和低电源电位的电位，使得它们之间的电位差变成等于或高于发光元件404的正向阈值电压。
在本发明中，当整个屏幕具有低的平均亮度并且在一些像素中显示高灰度时，将电源线407处的高电源电位设置得更高。结果，施加到发光元件404上的电位差增加，并且流向发光元件404的电流量增加，这会增加显示高灰度的像素的峰值亮度。或者，可以通过将发光元件404的对电极408处的低电源电位设置得更低来增加施加到发光元件404上的电位差，而不用改变电源线407处的高电源电位。进一步或者，可以通过将电源线407处的电位设置得更高并且将发光元件404的对电极处的电位设置得更低来增加施加到发光元件404上的电位差。
接着，说明输入到信号线406的信号和电源线407处的电位之间的关系。在向信号线406输入H电平信号的情况中，设置H电平的电位高于通过从输入给电源线407的电位减去驱动TFT 401的阈值电位的绝对值而计算的电位。然后，驱动TFT 401关断，并且电流不流向发光元件404。如果这用公式来表示，并且驱动TFT 401的阈值电压为Vth、电源线407的电位为Vdd，并且使驱动TFT 401关断(使发光元件不发光)的信号为Vhd，Vhd可以表达为满足Vhd＞Vdd-|Vth|的电位。当Vhd设置得太高时，功耗增加。因此，举例来说，优选将Vhd设置成比Vdd高大约1-3V的电位。
另外，在向信号线406输入L电平(低电平)的情况中，设置L电平的电位低于从输入给电源线407的电位减去驱动TFT 401的阈值电位的绝对值而计算的电位。然后，开启驱动TFT 401，并且电流流向发光元件404。优选地，将获得充分开启或关断驱动TFT 401的两种状态的任一个状态的信号输入驱动TFT 401的栅极。因此，输入驱动TFT 401栅极的L电平信号的电位是使驱动TFT 401在线性区工作的电位。因为驱动TFT 401在线性区工作，所以向发光元件404的电极直接施加输入给电源线407的电位是理想的。
此时，说明输入给扫描线405的信号与输入给信号线406的信号之间的关系。当扫描线405开启(选择)时，将输入给扫描线405的H电平的信号(称作Vhsw)设置成比输入给信号线406并且关断驱动TFT401的H电平的信号(称作Vhd)高出开关TFT 402的阈值电压(称作Vth)或者以上的电位。如果Vhd＞Vhsw-Vth，输入到驱动TFT 401栅极的信号为Vhsw-Vth，并且不能将完全关断驱动TFT 401的H电平的信号输入到驱动TFT 401栅极。因此，不能完全关断驱动TFT 401，并且结果，发光元件404可能发光。另一方面，当输入到扫描线405的H电平信号的电位太高，功耗增加。因此，优选将输入给扫描线405的H电平的信号设置成比输入给信号线406的H电平的信号高出大约1-3V。
另外，当扫描线405关断(不选择)时，优选将输入给扫描线405的L电平的信号(称作VLSW)设置在比输入给信号线406的L电平的信号低的电位。作为原因，将说明输入给扫描线405的L电平的信号与输入给信号线406的L电平的信号具有相同电位的情况。举例来说，当n沟道型开关TFT 402是耗尽型(正常开启)时，开关TFT 402的阈值电压是负值。因此，当输入给扫描线405的L电平的信号与输入给信号线406的L电平的信号具有相同电位时，开关TFT 402开启。结果，将输入给信号线406的用来在其它行的像素中写入的L电平的信号输入到已经完成信号写入的像素的驱动TFT 401的栅极，这会引起驱动TFT 401工作。
在图4中，开关TFT 402和驱动TFT 401每个都具有单栅极结构，但是本发明不限于这种结构，并且可以使用多栅极结构，例如双栅极结构或者三栅极结构。在单栅极结构中，一个TFT具有一个栅电极。在多栅极结构中，一个TFT具有多个栅极，两个或多个TFTs串联连接，并且连接每个TFT的栅电极。通过使用多栅极结构，与使用单栅极结构的情况相比可以降较低关断电流。
另外，开关TFT 402使用n-沟道TFT，并且驱动TFT 401使用p-沟道TFT；但是本发明不限于这种结构，并且可以使用n-沟道TFT或者p-沟道TFT。举例来说，在使用n-沟道TFT作为驱动TFT时，当向信号线输入H电平信号时驱动TFT开启，并且当向信号线输入L电平信号时驱动TFT关断。
接下来，将参考图7的时间图说明通过选择一个帧周期的子帧来表达灰度。在图7中，水平方向表示时间通道(time passage)，而纵坐标方向表示扫描线的扫描级的序号。
当用本发明的显示装置显示图像时，在显示周期重复进行屏幕的重写(地址)操作和显示(维持)操作。对于重写操作的数量没有特别限制，但是优选1秒钟大约进行60次或以上重写操作，使得观看显示图像的人不会在图像中感觉到闪烁。此处，将对于一个屏幕(一帧)重写和显示操作的周期称作一个帧周期。维持(发光)周期是发光元件响应像素中写入的信号而发光到地址周期的周期。当表示n位灰度时，将n个维持周期的长度比设置为20∶21∶...∶2n-2∶2n-1。根据发光元件发光的维持周期，确定一个帧周期中每个像素发光的周期长度，从而表示灰度。
图7是表示显示4位灰度情况的时间图。一个帧周期按时间分隔成四个子帧701、702、703和704，分别包括地址周期701a、702a、703a和704a，以及维持周期701b、702b、703b和704b。被施加发光信号的发光元件在维持周期处于发光状态。各子帧维持周期的长度比，第一子帧701∶第二子帧702∶第三子帧703∶第四子帧704满足23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。这样就允许发光元件显示4位灰度。位数和灰度不限于本实施方式中所示。举例来说，一个帧周期可以包括八个子帧，从而显示8位灰度。
下面将说明一个帧周期的操作。首先，在子帧701中，从第一行到最后一行顺序进行写入操作。因此，写入周期的起始时间根据行变化。维持周期701b在已经终止地址周期701a的行中顺序开始。在维持周期701b中，施加发光信号的发光元件保持发光状态。子帧701在已经终止维持周期701b的行中顺序改变成下一子帧702。在子帧702中，按照与子帧701的情况中相同的方法，从第一行到最后一行顺序进行写入操作。重复进行上述操作，直至子帧704的维持周期704b，然后终止。在终止子帧704的操作后，开始下一帧的操作。因此，所有子帧中发光时间的总和对应于一个帧周期中每个发光元件的发光时间。通过改变每个发光元件的发光时间并且在一个像素内以各种方式组合发光元件，可以形成具有不同亮度或不同色度的各种显示颜色。
尽管在本实施方式中从最长到最短长度的维持周期依次排列子帧701至704，但是它们不必一定按照以此顺序排列。举例来说，可以从最短长度到最长的维持周期依次排列子帧。或者，可以以随机的顺序排列子帧，而不管维持周期的长度。另外，可以进一步将这些子帧分成多个子帧。
接下来说明平均亮度。平均亮度是通过加和一个帧周期中所有像素的发光时间并且除以像素数而计算的亮度。
在本实施方式中，当整个屏幕中平均亮度低时，增加施加到电源线407上的电位。或者，通过降低发光元件404的对电极408的电位，增加施加到发光元件404两端上的电压。进一步或者，可以改变电源线407和对电极408二者的电位。结果，当整个屏幕变暗，并且在一个部分中显示亮图像时，可以高对比度地显示清晰图像。
当整个屏幕的平均亮度高时，降低施加到电源线407上的电位。或者，通过增加发光元件404的对电极408的电位，降低施加到发光元件404两端上的电压。进一步或者，可以改变电源线407和对电极408二者的电位。当按照这种方式，在整个屏幕中显示亮图像时，因为即使在平均亮度有点降低时也可以维持总的亮显示，所以可以降低功耗。
此处，说明向像素写入视频信号的方法。
作为向像素写入视频信号的方法，存在着在所选行的像素中一次全部写入信号的逐行方法，或者在所选行的像素中逐一写入信号的逐点方法。
参考图2A和2B更详细地说明图1的信号线驱动电路101。图2A的信号线驱动电路包括脉冲输出电路201、第一锁存电路202和第二锁存电路203。使用图2B中所示的详细结构说明图2A中所示的信号线驱动电路的操作。
脉冲输出电路201包括多级触发器电路(FF)215等，向其中输入时钟信号(S-CLK)、时钟反相信号(S-CLKB)和起动脉冲信号(S-SP)。根据这些信号的定时输出取样脉冲。
将从脉冲输出电路201输出的取样脉冲输入第一锁存电路202中。根据输入取样脉冲的时间将视频信号(视频数据)输入第一锁存电路202中，并且存储在各级中。由取样脉冲操作第一锁存电路202中各级的锁存电路。
当第一锁存电路202结束存储数字视频信号直至最后级时，在水平回扫周期中将锁存脉冲输入第二锁存电路203中，并且将保持在第一锁存电路202中的数字视频信号一起传送到第二锁存电路203。此后，将保持在第二锁存电路203中的一行视频信号同时输出到信号线S1至Sn。
当通过保持在第二锁存电路203中的数字视频信号进行对像素的写入时，脉冲输出电路201再次输出取样脉冲。重复上述操作以处理一个帧周期的视频信号。
参照图3A和3B，说明使用逐点方法的信号线驱动电路。图3A中所示的信号线驱动电路包括脉冲输出电路301和开关组302。开关组302包括多级开关。多级开关相应于各个信号线。使用图3B中所示的详细结构说明图3A中所示的信号线驱动电路的操作。
开关组302中的每级开关一端与输入视频信号的导线连接并且另一端与对应的信号线连接。
脉冲输出电路301包括多级触发器电路(FF)314等，向其中输入时钟信号(S-CLK)、时钟反相信号(S-CLKB)和起动脉冲信号(S-SP)。根据这些信号的定时输出取样脉冲。
将从脉冲输出电路301输出的取样脉冲输入开关组302中。将视频信号开关组302中，并且根据输入取样脉冲的定时开启开关组302中的各个开关，据此将视频信号输入到信号线。
使用具有n-沟道开关TFT和p-沟道驱动TFT的像素电路结构的情况说明了本实施方式。
接下来，参考图5说明开关TFT和驱动TFT都是p-沟道类型的情况。
对与图4的元件具有相同结构的元件给出相同的附图标记。使用p-沟道开关TFT 502作为开关TFT代替使用图4所示的n-沟道开关TFT 402。对于连接关系，可以参考图4的说明。
下面将说明驱动方法。
说明扫描线405和信号线406的关系。向扫描线405输入使开关TFT 502开启的L电平的信号或者使开关TFT 502关断的H电平的信号。同时，向信号线406输入使驱动TFT 401开启的L电平的信号或者使驱动TFT 401关断的H电平的信号。
此处，希望输入到扫描线405的L电平的信号电位低于输入到信号线406的L电平的信号。至于其原因，可以参考图4中信号线406和扫描线405的关系。举例来说，假定输入到扫描线405的L电平的信号和输入到信号线406的L电平的信号具有相同的电位。然后，在p-沟道开关TFT 502是增强型(正常关断)的情况中，可以向驱动TFT401的栅极输入比输入到信号线406的L电平信号的电位高的电位。
另外，输入到扫描线405的H电平的信号优选电位高于输入到信号线406的H电平的信号。至于原因，按照与上面相同的方法，可以参考图4中信号线406和扫描线405的关系。举例来说，假定输入到扫描线405的H电平的信号和输入到信号线406的H电平的信号具有相同的电位。然后，在p-沟道开关TFT 502是耗尽型(正常开启)的情况中，因为阈值电压Vth是正值，所以开关TFT 502开启，并且将输入到信号线406的H电平信号的电位输入到驱动TFT 401的栅极。另一方面，当输入到扫描线405的信号的电位设置成太高，功耗增加。因此，举例来说，电位高于输入到信号线406的H电平信号的电位大约1-3V是优选的。
在图4和5中，表示了电压输入电压驱动方法。或者，可以使用图6中所示的具有电压输入电流驱动方法的像素电路结构。
在图6的像素电路结构中，对与图4的元件具有相同结构的元件给出与图4相同的附图标记。驱动TFT 401的第一端与发光元件404连接，并且驱动TFT 401的第二端与电流发生器609的输出端连接。电流发生器609的输入端与电源线407电连接。发光元件404的第二端与对电极408连接。
下面将说明驱动TFT 401和电流发生器609的操作。从信号线406向驱动TFT 401的栅极输入使驱动TFT 401开启的L电平的信号。然后，一定量的电流从电流发生器609流入发光元件404的对电极408中，使发光元件404发光。
实施方式2
将参考表示4位灰度的图8的时间图说明实施方式2的操作方法。从第一行到第m行实施信号写入操作。然后，维持周期在已经终止了写入操作的行中起动。下一子帧在已经终止了维持周期的行中顺序起动，并且从第一行再次进行信号写入操作。此处，在一个信号写入操作和下一个信号写入操作之间进行信号擦除操作，以提供不发光周期。通过提供如上所述的擦除操作，控制了维持周期。
在图9中表示了按照上述方式操作的像素的电路结构。包括驱动TFT 901、开关TFT 902、电容器903、发光元件904、第一扫描线905、信号线906、电源线907、对电极908、擦除TFT 909和第一扫描线910。
开关TFT 902的栅电极与第一扫描线905连接。开关TFT 902的源区和漏区之一与信号线906连接，并且另一个与驱动TFT 901的栅电极、电容器903和擦除TFT 909的源区或漏区连接。
电容器903的一侧与电源线907连接，并且另一侧与开关TFT902的源区或漏区、驱动TFT 901的栅电极、以及擦除TFT 909的源区或漏区连接。提供电容器903，从而当开关TFT 902处于未选择状态(关断状态)时保持驱动TFT 901的栅电位。
与驱动TFT 901的源区或漏区连接的电极之一与电源线907连接，并且另一个电极与发光元件904连接。
发光元件904包括阳极、阴极和在所述阳极和阴极之间提供的有机化合物。在发光元件904中，与驱动TFT 901的源区或漏区连接的电极称作像素电极，并且发光元件904的另一个电极称作对电极。由对电极和电源线907的电位确定发光元件904的阳极和阴极。具有高电位的电极用作阳极，并且具有低电位的电极用作阴极。
在擦除TFT 909的源区和漏区之一中，不与驱动TFT 901的栅电极连接那个与电源线907连接。擦除TFT 909的栅电极与用来擦除的第二扫描线910连接。
随后，说明图9的电路的操作。首先，选择第一扫描线905来开启开关TFT 902，并且从信号线906将信号输入电容器903。然后，响应该信号控制驱动TFT 901的电流，并且电流经过发光元件904从电源线907流入发光元件904的对电极。
当要擦除信号时，选择第二扫描线910以开启擦除TFT 909，并且将电源线907的电位输入驱动TFT 901的栅极。结果，关断驱动TFT 901。然后，电流不流过发光元件904。因此，可以提供不发光周期并且可以自由控制维持周期的长度。
在图9中，开关TFT 902和擦除TFT 909每个都是n-沟道TFT，并且驱动TFT 901是p-沟道TFT；但是本发明不限于这种结构。它们每个都可以是n-沟道型或者p-沟道型，并且可以使用任何组合。但是，在驱动TFT 901的源区或漏区与发光元件904的阳极连接的情况中，驱动TFT 901希望是p-沟道TFT。另外，在驱动TFT 901的源区或漏区与发光元件904的阴极连接的情况中，驱动TFT 901希望是n-沟道TFT。
此外，开关TFT 902、驱动TFT 901和擦除TFT 909可以使用多栅极结构，例如双栅极结构或者三栅极结构，以及单栅极结构。
只要提供电容器903能够保持驱动TFT 901的栅电位，其布局不限于图9所示的布局。注意在使用驱动TFT 901的栅电容等可以保持驱动TFT 901的栅电位的情况中，可以省略电容器903。
按照上述方式，按各行写入信号，并且在下一个信号写入操作起动前擦除像素的信号。按照这种方式，控制了维持周期的长度。
在整个屏幕的平均亮度高的情况中，事先设置所有擦除操作的时间；换句话说，在不与写入周期重叠的周期中实施擦除操作。因此，缩短了每个子帧中的维持周期，降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而屏幕显示的亮度变化很少。同时，在低平均亮度的情况中，通过往回设置所有擦除操作的定时可以增加占空率，这就增加了整个屏幕的平均亮度。因此，高对比度地清晰屏幕显示成为可能。
实施方式3在实施方式3中，将说明在像素结构与实施方式2中不同的情况下实施像素的信号擦除操作的情况。
图10表示了在强制关断驱动TFT情况中像素结构的一个实例。提供了开关TFT 1002、驱动TFT 1001、擦除二极管1009和发光元件1004。开关TFT 1002的源区和漏区之一与信号线1006连接，并且另一个与驱动TFT 1001的栅电极、电容器1003和擦除二极管1009连接。开关TFT 1002的栅电极与第一扫描线1005连接。驱动TFT 1001的源区和漏区之一与与电源线1007连接，并且另一个发光元件1004连接。擦除二极管1009的输入端与第二扫描线1010连接。擦除二极管1009的输出端与驱动TFT 1001的栅电极、电容器1003和开关TFT1002的源区或漏区连接。
电容器1003中彼此相对的电极之一与电源线1007连接，并且另一个电极与开关TFT 1002的源区或漏区、驱动TFT 1001的栅电极、以及擦除二极管1009的输出端连接。电容器1003用来保持驱动TFT1001的栅电位。此处，电容器1003提供在驱动TFT 1001的栅电极和电源线1007之间；但是本发明不限于此。只要电容器1003能够保持驱动TFT 1001的栅电位，可以任何地方提供电容器1003。在使用驱动TFT 1001的栅电容等可以保持驱动TFT 1001的栅电位的情况中，可以省略电容器1003。
与驱动TFT 1001的源区或漏区连接的电极之一与电源线1007连接，并且另一个电极与发光元件1004连接。
作为操作方法，选择第一扫描线1005以开启开关TFT 1002，并且从信号线1006将信号输入到电容器1003。然后，响应该信号，控制驱动TFT 901开启或关断，并且电流从电源线1007流入发光元件1004。
当要擦除信号时，选择第二扫描线1010(此处，施加高电位)。然后，开启擦除二极管1009，使得电流从第二扫描线1010流入驱动TFT1001的栅极。结果，关断驱动TFT 1001。然后，电流不从电源线1007流向发光元件1004。因此，可以提供不发光周期并且可以自由控制发光周期的长度。
此时，如果设置第二扫描线1010的电位足够高，甚至在耗尽型和增强型的情况中，也可以正常关断驱动TFT 1001。举例来说，优选设置第二扫描线1010的电位比使驱动TFT 1001关断的H电平的视频信号的电位高出擦除二极管1009的阈值电位。
当保持信号时，不选择第二扫描线1010(此处，提供等于或者低于视频信号的信号L电位的电位)。因此，擦除二极管1009关断，并且保持驱动TFT 1001的栅电位。
注意擦除二极管1009可以是具有整流性质的任何元件，并且可以是PN结、PIN结、肖特基结、或者齐纳二极管。
另外，使用二极管连接的TFT(栅极和漏极的连接)也可以用作二极管。该情况的电路图如图11所示。使用具有二极管连接的TFT作为擦除二极管1011。此处，使用n-沟道TFT，但是本发明不限于此。也可以使用p-沟道TFT。
按照这种方式，在提供不发光周期的情况中，不向发光元件供应电流，使得强制保持不发光状态。因此，在从电源线1007到发光元件1004的电流路径中某个地方可以布置开关，使得通过控制开关开启和关断制造不发光状态。或者，可以控制驱动TFT 1001的栅-源电压，使得驱动TFT 1001被强制关断。
注意可以根据时间改变子帧的出现顺序。举例来说，可以在第一帧和第二帧之间改变子帧的布置顺序。此外，可以根据位置改变子帧的出现顺序。例如，可以在像素A和像素B之间改变子帧的出现顺序。此外，组合上述内容，可以根据时间和位置改变子帧的出现顺序。另外，子帧的出现顺序可以是任一种顺序或者是随机顺序。
尽管在本实施方式中，在一个帧周期中提供了维持周期、地址周期和不发光周期，但是本发明不限于此。也可以提供其它操作周期。举例来说，可以提供对发光元件施加极性与正常极性相反的电压的周期，即反向偏置周期。通过提供反向偏置周期，可以提高显示元件的可靠性。
按照上述方式，按各行写入信号，并且在下一个信号写入操作起动前擦除像素的信号。按照这种方式，控制了维持周期的长度。
在整个屏幕的平均亮度高的情况中，事先设置所有擦除操作的时间。因此，缩短了各个子帧中的维持周期，降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而屏幕显示的亮度变化很少。同时，在低平均亮度的情况中，通过往回设置所有擦除操作的定时可以增加占空率，这就增加了整个屏幕的平均亮度。因此，高对比度地清晰屏幕显示成为可能。
实施方式4在实施方式4中，将参考图12和图13说明在像素结构与实施方式2和3中不同的情况下实施像素的信号擦除操作的情况。
图12是像素结构的俯视图。提供了像素部分1211、信号线驱动电路1212、用于写入的扫描线驱动电路1213和用于擦除的扫描线驱动电路1214。在像素部分1211中，按列布置多个信号线和电源线。另外，在像素部分1211中按行布置多个扫描线。在像素部分1211中，布置各自包括发光元件的多个电路。
图13是表示一个像素结构的图。图13中所示的电路包括第一晶体管1301、第二晶体管1302和发光元件1303。
第一晶体管1301和第二晶体管1302的每个都是包括栅电极、漏区和源区的三端元件。在漏区和源区之间插入沟道区。因为用作源区的区域和用作漏区的区域根据晶体管的结构、操作条件等变化，所以难以确定哪个区域是源区或漏区。因此，在本实施方式中，分别将用作源或漏的区域表示为晶体管的第一电极和晶体管的第二电极。
提供扫描线1311和用于写入的扫描线驱动电路1313，使其通过开关1318彼此电连接或者彼此不连接。提供扫描线1311和用于擦除的扫描线驱动电路1314，使其通过开关1319彼此电连接或者彼此不连接。提供信号线1312，使其通过开关1320与信号线驱动电路1315或者电源1316电连接。第一晶体管1301的栅极与扫描线1311电连接。第一晶体管1301的第一电极与信号线1312电连接，而第一晶体管1301的第二电极与第二晶体管1302的栅电极连接。第二晶体管1302的第一电极与电源线1317电连接，而第二晶体管1302的第二电极与包括在发光元件1303中的一个电极电连接。此外，开关1318可以包括在用于写入的扫描线驱动电路1313中。开关1319可以包括在用于擦除的扫描线驱动电路1314中。另外，开关1320可以包括在信号线驱动电路1315中。可以在第二晶体管1302的栅极和电源线1317之间提供电容器。
晶体管、发光元件等在像素中的配置没有特别限制。举例来说，可以使用如图14的俯视图中所示的配置。在图14中，第一晶体管1401的第一电极与信号线1404连接，而第一晶体管1401的第二电极与第二晶体管1402的栅电极连接。第二晶体管1402的第一电极与电源线1405连接，而第二晶体管1402的第二电极与发光元件的电极1406连接。扫描线1403的一部分用作第一晶体管1401的栅电极。第二晶体管1402的栅导线与电源线1405重叠的区域1407用作电容器。
接下来说明驱动方法。图15表示了随着时间通道的一个帧周期的操作。在图15中，水平方向表示时间通道，而垂直方向表示扫描线的扫描级的序号。
如图15所示，将一个帧周期分布四个子帧1501、1502、1503和1504，分别包括地址周期1501a、1502a、1503a和1504a，以及维持周期1501b、1502b、1503b和1504b。被施加发光信号的发光元件在维持周期处于发光状态。第一子帧1501∶第二子帧1502∶第三子帧1503∶第四子帧1504的维持周期的长度比满足23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。这样就允许发光元件显示4位灰度。位数和灰度水平不限于本实施方式中所示。举例来说，一个帧周期可以包括16个子帧，从而显示16位灰度。
一个帧周期的操作可以参考实施方式1中图7的说明。
当打算在已经终止写入操作并且已经起动维持周期的行中强制终止维持周期时，在终止写入操作直至子帧1504中的最后一行之前，优选在维持周期1504b后提供擦除周期1504c，从而强制停止发光。强制停止发光的行在某一周期内不发光(该周期称作不发光周期1504d)。就在最后一行中终止地址周期后，从第一行顺序开始下一子帧(或下一帧)的地址周期。这样可以防止子帧1504中的地址周期与下一子帧的地址周期重叠。
尽管在本实施方式中从维持周期的最长到最短长度依次排列子帧1501至1504，但是它们不必一定按照以此顺序排列。举例来说，可以从最短长度到最长的维持周期依次排列子帧。或者，可以以随机的顺序排列子帧，不管维持周期的长度。另外，可以进一步将这些子帧分成多个子帧。换句话说，在供应相同的视频信号期间，可以多次进行扫描线的扫描。
此处，将说明图13中所示电路的地址周期和擦除周期中的操作。
首先，说明地址周期中的操作。在写入周期中，第n行(n是自然数)中的扫描线1311借助开关1318与用于写入的扫描线驱动电路1313电连接，并且不与用于擦除的扫描线驱动电路1314电连接。信号线1312借助开关1320与信号线驱动电路1315电连接。在此情况下，将选择信号输入到与第n行(n是自然数)中的扫描线1311连接的第一晶体管1301的栅极，从而开启第一晶体管1301。此时，将视频信号同时输入到第一至最后一列的信号线中。此外，从每个信号线1312中输入的视频信号在列中彼此无关。将从信号线1312中输入的视频信号借助与各信号线连接的第一晶体管1301输入到第二晶体管1302的栅电极。此时，根据输入到第二晶体管1302的信号确定发光元件1303是否发光。举例来说，当第二晶体管1302是p-沟道型时，发光元件1303通过向第二晶体管1302的栅电极输入低电平信号而发光。另一方面，当第二晶体管1302是n-沟道型时，发光元件1303通过向第二晶体管1302的栅电极输入高电平信号而发光。
接下来将说明在擦除周期中的操作。在擦除周期中，第n行(n是自然数)中的扫描线1311借助开关1319与用于擦除的扫描线驱动电路1314电连接，并且不与用于写入的扫描线驱动电路1313电连接。信号线1312借助开关1320与电源1316电连接。在此情况下，通过向与第n行中的扫描线1311连接的第一晶体管1301的栅极输入选择信号，开启第一晶体管1301。此时，将擦除信号同时输入到第一至最后一列的信号线中。将从信号线1312中输入的擦除信号借助与信号线连接的第一晶体管1301输入到第二晶体管1302的栅电极。此时，通过向第二晶体管1302输入的信号停止从电源线1317流向发光元件1303的电流供应。这就强制使发光元件1303不发光。举例来说，当第二晶体管1302是p-沟道型时，通过向第二晶体管1302的栅电极输入高电平信号，发光元件1303不发光。另一方面，当第二晶体管1302是n-沟道型时，通过向第二晶体管1302的栅电极输入低电平信号，发光元件1303不发光。
此外，在擦除周期中，通过上述操作向第n行(n是自然数)输入擦除信号。但是，如上所述，第n行有时保持在擦除周期中而另一行(称作第m行)(m是自然数)处于写入周期。在此情况下，因为需要向第n行输入擦除信号，并且需要使用同一列的信号线向第m行输入写入信号，所以优选进行下述操作。
就在第n行中的发光元件1303通过上述擦除周期中的操作停止发光后，扫描线1311和用于擦除的扫描线驱动电路1314彼此断开，而信号线1312通过切换开关1320而与信号线驱动电路1315连接。与信号线1312和信号线驱动电路1315彼此连接一样，扫描线1311与用于写入的扫描线驱动电路1313彼此连接。然后，从用于写入的扫描线驱动电路1313向第m行的扫描线输入选择信号，并且第一晶体管1301开启。同时，从信号线驱动电路1315向第一至最后一列的信号线1312输入视频信号。第m行中的发光元件根据该视频信号发光或不发光。
如上所述在终止第m行中的地址周期后，擦除周期立即在第(n+1)行中起动。因此，扫描线1311和用于写入的扫描线驱动电路1313彼此断开，而信号线1312通过切换开关1320与电源1316连接。另外，扫描线1311和用于写入的扫描线驱动电路1313彼此断开，而扫描线1311和用于擦除的扫描线驱动电路1314连接。然后，从用于擦除的扫描线驱动电路1314向第(n+1)行的扫描线输入选择信号，以开启第一晶体管1301，同时从电源1316输入擦除信号。在按照这种方式终止了第(n+1)行中的擦除周期后，地址周期立即在第(m+1)行中起动。相似地，交替重复擦除周期和地址周期，直至最后一行的擦除周期。
尽管在本实施方式中，在第n行的擦除周期和第(n+1)行的擦除周期之间提供了第m行的地址周期，但是本发明不局限于此。第m行的地址周期可以提供在第(n-1)行的擦除周期和第n行的擦除周期之间。
接下来，将参考图16A和图16B的时间图说明地址周期和擦除周期的时间。此处，为了简化起见，将说明表示3位灰度(8灰度)的情况。
如图16A和图16B所示，将一个帧周期分成在整个子帧周期SF1至SF3。子帧周期SF1至SF3的长度由2的幂确定。即，在此情况下，设置SF1∶SF2∶SF3＝4∶2∶1(22∶21∶20)。
首先，在第一子帧周期中逐行向像素输入信号。但是在此情况下，仅在前半次扫描线选择周期中实际选择扫描线。在后半次扫描线选择周期中，不选择扫描线，并且不向像素输入信号。从第一行至最后一行重复进行该操作。此处，地址周期是从在第一行选择扫描线到在最后一行选择扫描线的周期。因此，地址周期的长度在任何子帧周期中是相同的。
随后，起动第二子帧周期。相似地，逐行向像素输入信号。也在此情况下，仅在前半次扫描线选择周期中进行。从第一行至最后一行重复进行该操作。
此时，对每个像素的阴极导线施加恒定的电压。因此，某个子帧周期中像素的维持周期定义为从在某个子帧周期中将信号写入像素中到在下一个子帧周期中开始向像素写入信号的周期。因此，维持周期的定时在各行中是不同的，但是维持周期的长度在各行中相等的。
接着，将解释第三个子帧周期。首先考虑的是与第一个和第二个子帧周期相似，在前半次扫描线选择周期中选择扫描线并且将信号写入像素中的情况。在此情况下，当开始将信号写入最后一行附近的像素中时，已经开始将信号写入下一帧周期中第一行的像素中的周期，即地址周期。结果，将信号写入第三个周期中最后一行附近的像素中与向下一个帧周期的第一个子帧周期中某个像素的信号写入重叠。不可能将两行的不同信号同时正常地写入两个不同行的像素中。因此，在第三个子帧周期中，在后半次扫描线选择周期中选择扫描线。因此，在第一个子帧周期(该子帧周期属于下一个帧周期)中，在前半次扫描线选择周期中选择扫描线，从而可以避免同时向两个不同行的像素中写入信号。
如上所述，当某个子帧周期中的地址周期与另一个子帧周期中的地址周期重叠时，使用多个次扫描线选择周期来分配地址周期。因此，可以防止选择扫描线的时间实际上重叠，并且可以将信号正常写入像素中。结果，在某行处于地址周期的同时，不管灰度的位数如何，可以在另一行进行EL元件的发光。因此，可以自由控制维持周期的长度。
在整个屏幕的平均亮度高的情况中，事先设置所有擦除操作的时间。因此，缩短了各个子帧中的维持周期，降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而屏幕显示的亮度变化很少。另外，在低平均亮度的情况中，通过往回设置所有擦除操作的定时可以增加占空率，这增加了整个屏幕的平均亮度。因此，高对比度地清晰屏幕显示成为可能。
实施方式5接着，将说明通过改变三角波的角度来控制EL显示装置的一个帧周期中维持周期的方法。
首先，参考图17说明本发明的显示装置的像素结构。该像素包括反相器1701、电容器1702、第一开关1703、第二开关1704、发光元件1705、信号线1707、第一扫描线1708和第二扫描线1709。反相器1701是包括n-型晶体管和p-型晶体管的两个晶体管的CMOS反相器。
电容器1702的一个电极与信号线1707连接，并且另一个电极与第二开关1704的一端以及反相器1701中包括的n-型和p-型晶体管的栅电极连接。发光元件1705与第二开关1704的另一端以及n-型和p-型晶体管中每一个的源区或漏区连接。在高电位侧电源Vdd和反相器1701中包括的p-型晶体管的源区或漏区之间提供第一开关1703。通过第一扫描线1708控制第一开关1703，并且通过第二扫描线1709控制第二开关1704。低电位侧电源Vss与反相器1701中包括的n-型晶体管的源区或漏区连接。设置高电位侧电源Vdd高于低电位侧电源Vss。
在图18中，说明图17的像素的时间图。在地址周期中，当选择包括像素的行时，图17中所示的第一开关1703和第二开关1704开启。然后，从信号线1707输入模拟视频信号Vs。因为第二开关1704开启，反相器1701的输入侧和输出侧连接。此时，点A处的电位为Vk。因此，在电容器1702中存储对于电压(Vk-Vs)的电荷。此处，Vk表示当反相器1701的输入和输出电位(称作“逻辑阈值电位”)相等时的电位。当选择另一行时，第一开关1703和第二开关1704关断，使得电流不会流向发光元件1705。
在维持周期中，第一开关1703开启并且第二开关1704关断。然后，从信号线1707三角波电位。此时，因为电容器1702保持模拟视频信号和逻辑阈值电位之间的电位差，所以由三角波控制发光元件1705的开和关。举例来说，当A点处的电位高于Vk时，向反相器1701的输出侧输入电位Vss。此时，发光元件1705不发光。相反，当A点处的电位低于Vk时，向反相器1701的输出侧输入电位Vdd。此时，发光元件1705发光。
按照这种方式，通过在地址周期向信号线1707输入的视频信号和在维持周期向信号线1707输入的三角波之间的电位差可以控制显示周期。与连接反相器1701的一侧相反的发光元件1705的对电位(opposite potential)优选设置成电位基本上等于或高于地址周期中的逻辑阈值电位，使得电流不会流向发光元件1705。
图19表示了在维持周期向像素电路输入的三角波电位的波形图。此处，三角波电位指具有电位从高电位到低电位线性降低并且从低电位到高电位线性增加的波形的电位。明显地可以设置从低电位到高电位线性增加并且从高电位到低电位线性降低的三角波电位。当整个屏幕的平均亮度低并且只明亮显示了一部分屏幕时，增加三角波的角度，从而延长作为三角波1901的白色显示的发光周期。另一方面，当整个屏幕的平均亮度高时，降低三角波的角度，从而缩短作为三角波1902的白色显示的发光周期。按照这种方式，通过改变三角波的角度控制了最大亮度的强度，并且可以实施高对比度地清晰图像显示。另外，当平均亮度高时，可以降低与输入视频信号相应的显示亮度。因此，可以在维持视觉质量的情况下实现长寿命的有机EL元件。
在有机EL元件中，因为材料的特性和恶化条件甚至当向发光元件施加相同量的电压时，也会根据每种颜色而不同，所以根据每种颜色，可以从发光元件获得的亮度在一些情况中会变化。因此，在包括具有不同彩色元件的像素的显示装置中，可以根据每种颜色向像素施加不同的电位。此外，可以改变三角波的波形的斜率。
举例来说，在图20A至20C中表示了对于R(红)、G(绿)和B(蓝)每种彩色元件改变视频信号的电位宽度的情况。当将用于彩色元件R的像素看作参考并且从对于彩色元件G的像素的发光元件获得的亮度高时，降低与G的视频信号的灰度水平相应的电位。当从对于彩色元件B的像素的发光元件获得的亮度低时，增加与B的视频信号的灰度水平相应的电位。按照这种方式，当表示相同的灰度时，对于每种彩色元件的像素可以改变发光时间。
接下来，在图20D至20F中表示了根据每种彩色元件改变三角波的角度的情况。当将从对于彩色元件R的像素中的发光元件获得的亮度看作参考并且从对于彩色元件G的像素的发光元件获得的亮度高时，设置向G的信号线输入的三角波电位比向R的信号线输入的三角波电位更陡峭。换句话说，三角波电位的幅度增加。当从对于彩色元件B的像素的发光元件获得的亮度低时，设置向G的信号线输入的三角波电位没有向R的信号线输入的三角波电位陡峭。换句话说，三角波电位的幅度降低。按照这种方式，当显示相同灰度时，对于各彩色元件的像素可以改变发光时间。除了RGB三种颜色的组合外，可以添加翡翠绿色，使得可以根据四种颜色中的每种颜色改变三角波的角度。代替使用翡翠绿色，可以加入朱红色。另外，可以组合包括发射白光的EL元件的像素。通过按照这种方式增加彩色元件的数量，还可以改善图像质量和色彩再现性。可以加入RGB三种颜色中的第四种彩色元件不限于上述的颜色，并且明显可以使用其它的互补色。
用三角波电压说明了本实施方式，但是本发明不限于此。例如，可以设置如图21A中所示的波形2101一样线性增加的电位。
另外，可以设置从高电位到低电位以模拟方式改变的电位。例如，可以设置如波形2102一样线性降低的电位(图21B)。
可以像波形2103一样设置从低电位到高电位线性增加并且从高电位到低电位纪线性降低的三角波电位(图21C)。
波形不一定线性改变。同波形2104一样，可设置从高电位到低电位按曲线降低并且从低电位到高电位按曲线增加的三角波电位(图21D)。同波形2105一样，可以设置波形与全波整流电路的输出波形一个周期对应的电位(图21E)。可以设置通过颠倒波形2105顶部和底部而形成的波形2106(图21F)。
通过设置这种波形，可以自由设置关于视频信号的发光时间。因此，可以应用γ校正等。此处，γ校正指发光周期根据灰度水平的增加而非线性增加的校正。当亮度线性增加时，人眼难以按比例地觉察到亮度已经变高。人眼甚至更难觉察到亮度变高时的亮度差。因此，为了人眼能觉察到亮度差，要求根据灰度水平的增加延长发光周期，即需要进行γ校正。
另外，在像素的发光周期中，可以连续设置多个上述波形2101至2106的脉冲。例如，如波形2107所示，可以在像素的发光周期中连续设置两次波形2101的脉冲(图21G)。
按照这种方式，可以在一个帧周期中分隔发光时间。结果，视觉上提高了帧频率，并且可以防止屏幕的闪烁。
如上所述，通过在模拟时间灰度方法中，改变三角波的角度来控制维持周期，在高对比度下清晰的图像显示成为可能。
在图17中，可以改变施加给发光元件1705的电压，使得显示出清晰的图像。举例来说，降低发光元件阴极侧的电位，同时增加在发光元件两个电极之间施加的电压。或者，增加发光元件阳极侧的电位，同时增加在发光元件两个电极之间施加的电压。再或者，降低发光元件阴极侧的电位并且增加阳极侧的电位，同时增加在发光元件两个电极之间施加的电压。此外，可以改变在发光元件两个电极之间施加的电压和三角波的角度。结果，在高对比度下清晰的图像显示成为可能。
实施方式6在实施方式6中，将说明根据平均亮度通过增加和减少子帧的数量或位数来改变最大亮度的方法。此处，说明了5位和3位的情况，但是本发明不局限于此。
图22A和22B表示了表示本发明的显示装置的驱动方法的时间图。图22A表示了输入5位信号以表达25个灰度的情况。
在一个帧周期F1中包括的子帧周期SF1至SF5中，对每个像素选择发光状态(维持周期)Ts1至Ts5或者不发光状态(地址周期)Ta1至Ta5。此处，如图4所示，将发光元件404的对电位设置成几乎等于地址周期中电源线407的电位，从而使电流不会流向发光元件404。在维持周期中，改变发光元件404的对电位，使得引起发光元件404发光的、电源电位与发光元件404的对电位之间的电位差上升。
在图22B中，表示了用3位信号表示灰度的情况的时间图。每个子帧包括地址周期和维持周期。因为地址周期是不会有助于发光的不发光周期，所以维持周期基本上是通过从一个帧周期中减去地址周期所计算的周期。为了通过增加维持周期来提高亮度，可以减小所述地址周期。因此，当显示图像，例如在暗的整个屏幕中部分包括白色物体的焰火时，举例来说可以通过将位数从5位减少至3位来增加维持周期。通过按照这种方式根据图像的平均亮度增加和降低位数，从而改变最大亮度，在高对比度下清晰的图像显示在EL显示装置中成为可能。
接着，将说明在相同的位数下增加或降低子帧数量的情况。甚至在相同的位数下，在一些情况中，为了抑制假轮廓等，分隔高阶位(higher-order bit)。例如，将8位中的2个高阶位各分成两个子帧。因此，子帧周期的长度比从高阶位依次变成64∶64∶32∶32∶16∶8∶4∶2∶1，因此可以分成10个子帧。注意它们不一定从高阶位排列。
因为每个子帧周期包括地址周期和维持周期，在维持周期变长的情况中，子帧的数量降低，使得寻址数量降低。因此，当显示屏的平均亮度低并且明亮地表示其一部分时，例如在8位的情况中，子帧的数量从10降低至8；因此维持周期增加；换句话说占空率增加。因此，整个显示屏的平均亮度增加。结果，在高对比度下清晰的图像显示成为可能。
实施方式7在实施方式7中，将说明组合二进制码数字时间灰度方法和重叠时间灰度方法的方法。
此处，重叠时间灰度方法是通过顺序添加各个子帧中包括的发光周期来表示灰度的方法。即，当灰度水平增加时，用于发光的子帧数量增加。因此，小灰度水平下用于发光的子帧也用于在大的灰度水平下发光。结果，重叠时间灰度方法不使用离散的子帧，因此理论上可以抑制假轮廓的产生。
图23A和23B分别表示了二进制码数字时间灰度方法和重叠时间灰度方法的时间图。一个帧周期包括维持周期和地址周期。举例来说，在表示16位灰度的情况下，在图23A的二进制码数字时间灰度方法中，子帧被加权成2的幂，并且设置子帧的亮度比为8∶4∶2∶1。在图23B的重叠时间灰度方法中，通过加权平均所有子帧设置亮度。在重叠时间灰度方法中，可以进行γ校正。在此情况下，根据可见性进行子帧的加权，并且根据可见性，通过提供灰度水平之间的亮度差可以在所有发光区平滑地显示灰度。
在本实施方式中，重叠时间灰度方法用作正常的方法。在进行γ校正的情况中，因为根据可见性进行加权，所以可以实现从低灰度水平向高灰度水平的平滑渐变。在整个显示屏的平均亮度低并且明亮地显示其一部分的情况中，将重叠时间灰度方法转换成二进制码数字时间灰度方法。在显示相同灰度水平的情况中，寻址数量在二进制码数字时间灰度方法中比在重叠时间灰度方法中可以降低得更多。举例来说，在如图23B所示的重叠时间灰度方法的情况中，显示16位灰度需要15次寻址。另一方面，在如图23A所示的二进制码数字时间灰度方法的情况中，只需要4次寻址。因此，在整个显示屏的平均亮度低并且明亮地显示其一部分的情况中，将重叠时间灰度方法转换成二进制码数字时间灰度方法；因此可以在明亮显示的区域中进行更亮的显示并且在高对比度下清晰的图像显示成为可能。另外，因为寻址数量降低，可以降低功耗。
实施方式8实施方式8说明当平均亮度低并且明亮地显示其一部分时，通过改变电位和子帧的数量能够在高对比度下清晰显示的结构。
图24是本发明的方框图，其包括将模拟视频信号转换成数字视频信号的模-数转换器电路2401、使用数字视频信号计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路2402、根据该平均灰度水平控制子帧数量的子帧数量控制电路2403；将从子帧数量控制电路2403输出的信号转换成驱动电路输入规格的显示控制器2404；使用从显示控制器2404输出的信号显示图像的显示器2407；以及根据来自显示控制器2404输出信号电位的平均灰度的水平改变电位的电位控制电路2406。
当平均灰度计算电路2402中计算的平均灰度水平低于任意水平时，通过子帧数量控制电路2403减少子帧的数量，并且电位控制电路2406改变电位，使得显示器阳极和阴极之间的电位差变大。当降低子帧数量时，如实施方式6中所述，地址周期降低；因此可以相应地延长显示周期。因此，在平均亮度低且明亮地显示图像显示时，可以增加明亮显示部分的亮度。此外，因为通过电位控制电路2406将电压设置成更高，所以可以在明亮区域进行更亮的发光。
本发明不限上述结构，并且在显示控制器2404中可以结合电位控制电路2406。
此外，在本实施方式中，当平均亮度高并且在整个屏幕中进行明亮显示时，如实施方式2中所述，事先在每个子帧中设置擦除操作的定时；因此缩短了每个子帧中的显示周期并且降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而显示屏的亮度几乎没有变化。另外，通过缩短显示器2407中发光元件的电压应力周期，可以减轻发光元件的恶化。
采用上述结构，当显示例如焰火、利器的瞬间闪烁的图像时，在高对比度下清晰的显示成为可能。
实施方式9图25表示了与实施方式8不同的结构。
下面各项具有与图24中相同的结构将模拟视频信号转换成数字视频信号的模-数转换器电路2401、通过平均每个像素数字视频信号的灰度水平计算帧周期整个屏幕上平均灰度水平的平均灰度计算电路2402、根据该平均灰度水平控制子帧数量的子帧数量控制电路2403；将从子帧数量控制电路2403输出的信号转换成驱动电路输入规格的显示控制器2404；以及使用从显示控制器2404输出的信号显示图像的显示器2407。在本实施方式中，使用测量显示器2407屏幕平均亮度的电流测量电路2508和根据电流测量电路2508的测量结果控制亮度的电压控制电路2506代替使用电位控制电路2406。
举例来说，通过电流测量电路2508测量从图4中的发光元件404的对电极流出的电流，并且从电流值获得显示器2407的平均亮度信息。基于该平均亮度信息和发光元件404的对电极与电源线407之间的电位差控制电压控制电路2506，并且图4中的发光元件404的对电极的电位波动。
当由平均灰度计算电路2402计算的平均灰度水平低于任意水平时，通过子帧数量控制电路2403减少子帧的数量，并且电压控制电路2506改变电位，使得显示器阳极和阴极之间的电位差变大。当降低子帧数量时，如实施方式6中所述，地址周期降低；因此可以相应地增长显示周期。因此，在平均亮度低且明亮地显示图像显示时，可以增加明亮显示部分的亮度。此外，因为通过电压控制电路2506将显示器阳极和阴极之间的电压设置成高，所以可以在明亮区域中进行更亮的发光。
本发明不局限于上述结构，并且在显示控制器2404中可以结合电压控制电路2506和电流测量电路2508。
此外，在本实施方式中，当平均亮度高并且在整个屏幕中进行明亮显示时，如实施方式2中所述，事先在每个子帧中设置擦除操作的时间；因此缩短了每个子帧中的显示周期并且降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而显示屏的亮度几乎没有变化。另外，因为可以缩短显示器2407中发光元件的电压应力，所以可以减轻发光元件的退化。
采用上述结构，当显示例如焰火、利器的瞬间闪烁的图像时，在高对比度下清晰的显示成为可能。
实施方式10实施方式10说明当平均亮度低并且只明亮地显示一部分时，通过改变电位和时间灰度方法能够在高对比度下清晰显示的结构。
图26是本发明的方框图，其包括将模拟视频信号转换成数字视频信号的模-数转换器电路2601、通过平均每个像素数字视频信号的灰度计算一帧周期的整个屏幕上平均灰度的平均灰度计算电路2602、当平均灰度水平变成某个水平或以下时从重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法的灰度方法选择器电路2603、将从灰度方法选择器电路2603输出的信号转换成驱动电路输入规格的显示控制器2604；使用从显示控制器2604输出的信号显示图像的显示器2607；以及测量从显示控制器2604输出的信号电位并且根据平均亮度水平改变电位的电位控制电路2606。
在正常显示中使用重叠时间灰度方法，并且如实施方式7所示，根据可见性设置每个子帧的宽度。当由平均灰度计算电路2602计算的平均灰度水平低于任意水平时(在平均亮度低、整个屏幕是暗的并且只明亮显示一部分的情况中)，通过灰度方法选择器电路2603将重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法。按照这种方式，当平均灰度水平高于任意水平时，因为使用重叠时间灰度方法，甚至在显示运动图像时也可以抑制假轮廓的产生，并且可以高清晰度地显示图像。当平均灰度水平低于任意水平时，因为使用二进制码数字时间灰度方法，所以可以降低一帧周期中的地址周期，并且使高灰度的像素更亮。
当灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法时，通过电位控制电路增加施加到显示器2407中的发光元件上的电压。例如，降低发光元件阴极侧的电位以增加施加在发光元件两个电极之间的电压。或者，增加发光元件阳极侧的电位以增加施加在发光元件两个电极之间的电压。再或者，降低发光元件阴极侧的电位同时增加阳极侧的电位以增加施加在发光元件两个电极之间的电压。通过按照这种方式控制电位，可以在高灰度的像素中进行更高亮度的发光，并且可以增加峰值亮度。通过增加峰值亮度，在高对比度下清晰的屏幕显示成为可能。
通过按照上述方式，根据灰度方法改变灰度方法并波动电位，可以进一步提高峰值亮度，并且在更高对比度下清晰的屏幕显示成为可能。
此外，在本实施方式中，当平均亮度水平高于任意水平的并且在整个屏幕中进行明亮显示时，如实施方式2中所述，事先在每个子帧中设置擦除操作的时间，从而缩短了每个子帧中的显示周期并且降低了整个屏幕的平均亮度。结果，可以降低功耗而显示屏的亮度几乎没有变化。另外，因为可以缩短显示器2607中发光元件的电压应力，所以可以减轻发光元件的退化。
实施方式11实施方式11将参考图27A和27B说明通过实施方式1至10中所示的驱动方法操作的显示面板的结构。
图27A是显示面板的俯视图，并且图27B是图27A沿着线A-A’截取的剖视图。提供了由虚线示出的信号线驱动电路1801、像素部分1802和扫描线驱动电路1806。另外，提供了密封衬底1804和密封剂1805。密封剂1805围绕的内部是空间1807。
导线1808是传送输入扫描线驱动电路1806和信号线驱动电路1801中的信号的导线。导线1808从作为外部输入端的FPC(柔性印刷电路)1809接收视频信号、时钟信号、起动信号等。在FPC 1809和显示面板之间的连接部分上方，通过COG(玻璃上芯片)等方法安装IC芯片(具备存储电路、缓冲电路等的半导体芯片)1819。应当指出尽管此处只显示了FPC，但是可以向FPC附加印刷线路板(PWB)。
参考图27B说明其剖面结构。在衬底1810上方形成像素部分1802和外围驱动电路(扫描线驱动电路1806和信号线驱动电路1801)。此处，阐述信号线驱动电路1801和像素部分1802。
信号线驱动电路1801可以具有包括p-沟道TFT 1820和n-沟道TFT 1821的CMOS结构。尽管在本实施方式中，在显示面板中同一衬底上方形成外围驱动电路，但是本发明不限于此，并且可以在IC芯片等上形成全部或部分外围驱动电路，然后由COG等安装。
像素部分1802具有多个形成像素的电路，每个像素包括开关TFT 1811和驱动TFT 1812。驱动TFT 1812的源或漏电极与第一电极1813连接。另外，形成绝缘体1814，以覆盖第一电极1813的端部。此处，使用正光敏丙烯酸树脂膜形成绝缘体1814。
为了提高电极或者包含后面形成的有机化合物的发光层的覆盖度，将绝缘体1814的上边缘部分或者下边缘部分形成为具有曲率的曲面。举例来说，在使用正光敏丙烯酸作为用于绝缘体1814的材料时，优选仅将绝缘体1814的上边缘形成为具有曲率半径(0.2微米至3微米)的曲面。在蚀刻剂中不会因光溶解的负型树脂或者在蚀刻剂中因光溶解的正型树脂都可以用作绝缘体1814。
在第一电极1813上面，形成包含有机化合物(电致发光层)1816和第二电极1817的层。优选使用具有高功函的材料形成用作阳极的第一电极1813。例如，可以使用单层薄膜，例如ITO(氧化铟锡)膜、氧化铟锌(IZO)膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜或者Pt膜；氮化钛膜和主要含铝的膜的叠层；或者氮化钛膜、主要含铝的膜和氮化钛膜的三层结构。应当注意叠层结构作为导线可以降低电阻并且实现良好的欧姆接触。
通过使用蒸发掩模的蒸气沉积方法或者喷墨方法形成包含有机化合物的层1816。对于包含有机化合物的层1816，部分使用元素周期表第四族中的金属配合物，并且可以与这种金属配合物组合使用低分子量材料或者高分子量材料。通常，有机化合物在许多情况以单层或叠层的形式用作用于包含有机化合物的层的材料；但是本实施方式中包括在由有机化合物形成的膜中部分使用无机化合物的结构。另外，还可以使用公知的三线态材料。
作为在包含有机化合物的层1816上方形成的第二电极(阴极)1817的材料，可以使用具有低功函的材料(Al、Ag、Li、Ca、或者这些元素的合金，如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、或者Ca3N2)。在通过第二电极1817发出在电致发光层1816中产生的光的情况中，优选使用金属薄膜和透明导电膜(例如ITO(氧化铟和氧化锡的合金)、氧化铟和氧化锌的合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)的叠层作为第二电极(阴极)1817。
随后，用密封剂1805将密封衬底1804附加到衬底1810上，使得将发光元件1818提供在由衬底1810、密封衬底1804和密封剂1805围成的空间1807中。也可以用密封剂1805填充空间1807，以代替用惰性气体(氮气、氩气等)填充空间1807。
优选环氧树脂用于密封剂1805。另外，优选该材料尽可能不传送湿气和氧气。可以使用玻璃衬底、石英衬底、由FRP(玻璃纤维增强的塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯薄膜、聚酯、丙烯酸等形成的塑料衬底作为密封衬底1804。
因此，可以形成由本发明驱动方法操作的显示面板。
如图27A和27B所示，通过在相同衬底的上方形成信号线驱动电路1801、像素部分1802和扫描线驱动电路1806，可以实现显示装置成本的降低。另外，通过将无定形硅用于在信号线驱动电路1801、像素部分1802和扫描线驱动电路1806中使用的晶体管的半导体层，可以进一步降低成本。
显示面板的结构不限于图27A中所示的结构，其中在相同衬底的上方形成信号线驱动电路1801、像素部分1802和扫描线驱动电路1806，并且可以使用在IC芯片上形成与信号线驱动电路1801对应的图28所示的信号线驱动电路1901并且通过COG、TAB等方法安装到显示面板上的结构。图28中的衬底1900、像素部分1902、扫描线驱动电路1903、FPC 1905、IC芯片1906、密封衬底1908和密封剂1909分别与图27A中的衬底1810、像素部分1802、扫描线驱动电路1806、FPC 1809、IC芯片1819、密封衬底1804和密封剂1805相应。
也就是说，只通过COG等在IC芯片上形成需要快速操作的信号线驱动电路。通过使用诸如硅晶片的半导体芯片作为IC芯片，可以进一步实现高速操作和低功耗。可以在IC芯片上只形成扫描线驱动电路并且安装到显示面板上来代替使用信号线驱动电路。
因为如此制造的显示面板使用本发明的驱动方法，所以举例来说在整个屏幕是暗的并且明亮显示一部分的情况中，当显示例如焰火、利器的瞬间闪烁的图像时，在高对比度下清晰的显示成为可能。
此外，图29中说明了能够用于发光元件1818的发光元件的实例。换句话说，将参考图29说明能够用于实施方式1至10中所述像素的发光元件的结构。
在元件结构中，依次在衬底2901上方堆叠阳极2902、由空穴注入材料形成的空穴注入层2903、由空穴传输材料形成的空穴传输层2904、发光层2905、由电子传输材料形成的电子传输层2906、由电子注入材料形成的电子注入层2907和阴极2908。此处，发光层2905有时仅由一种发光材料形成，但是可以由两种或多种材料形成。另外，本发明的元件结构不局限于这种结构。
除了如图29所示堆叠功能层的叠层结构外，可以使用各种元件，例如使用高分子量化合物的元件或者使用从三线激发态发光的三线态发光材料形成发光层的高效元件。另外，还可以使用通过空穴阻挡层等控制载流子复合区而将发光区分成两个区域实现的白色发光元件。
在图29所示的本发明元件的制造方法中，首先在具备阳极(ITO)2902的衬底2901上方依次沉积空穴注入材料、空穴传输材料和发光材料。然后，通过蒸气沉积来沉积电子传输材料和电子注入材料，并且通过蒸气沉积最后形成阴极2908。
下面将说明适合空穴注入材料、空穴传输材料、电子传输材料、电子注入材料和发光材料的材料。
作为空穴注入材料，在有机化合物中卟啉化合物、酞菁(以下简称“H2Pc”)、酞菁铜(以下简称“CuPc”)等是高效的。另外，电离势的值小于所用空穴传输材料并且具有空穴传输功能的材料也可以用作空穴注入材料。还有经受化学掺杂的导电高分子化合物材料，即用聚苯乙烯磺酸盐(以下简称“PSS”)掺杂的聚乙烯二氧噻吩(以下简称“PEDOT”)、聚苯胺等。另外，在阳极平面化方面绝缘高分子化合物是高效的，并且通常使用聚酰亚胺(以下简称“PI”)。此外，还使用无机化合物，即氧化铝的超薄膜(以下简称“铝氧”)以及例如金或铂的金属薄膜。
作为空穴传输材料，最广泛使用的是芳香胺基化合物(即，具有苯环-氮键的化合物)。作为广泛使用的材料，有4，4’-二(二苯氨基)-联苯(以下简称“TAD”)、其衍生物，例如4，4’-二[N-(3-甲苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(以下简称“TPD”)或者4，4’-二[N-(1-荼基)-N-苯基氨基]-联苯(以下简称“α-NPD”)。此外，可以使用星爆式(star burst)芳香胺化合物，例如4，4’，4”-三(N，N-二苯氨基)三苯胺(以下简称“TDATA”)或者4，4’，4”-三[N-(3-甲苯基)-N-苯氨基]三苯胺(以下简称“MTDATA”)。
作为电子传输材料，常常使用金属配合物，即具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属配合物，例如Alq、BAlq、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(以下简称“Almq”)或二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(以下简称“Bebq”)。此外，可以使用具有噁唑基或噻唑基配体的金属配合物，例如双[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(以下简称“Zn(BOX)2”)或双[2-(2-羟苯基)苯并噻唑]锌(以下简称“Zn(BTZ)2”)。此外，除了金属配合物外，噁二唑衍生物，例如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑(以下简称“PBD”)或OXD-7、三唑衍生物，例如TAZ或3-(4-叔丁苯基)-4-(4-乙苯基)-1，2，4-三唑(以下简称“p-EtTAZ”)、或者菲咯啉衍生物，例如红菲咯啉(以下简称“BPhen”)或BCP也都具有电子传输性质。
作为电子注入材料，可以使用上述电子传输材料。另外，常常使用金属卤化物，如氟化钙、氟化锂或氟化铈，或者如氧化锂的碱金属氧化物的绝缘体的超薄膜。此外，碱金属配合物，例如乙酰丙酮锂(以下简称“Li(acac)”)或8-羟基喹啉锂(以下简称“Liq”)也是高效的。
作为发光材料，以及上述金属配合物，例如Alq、Almq、BeBq、BAlq、Zn(BOX)2、或Zn(BTZ)2，各种荧光颜料是高效的。作为荧光颜料，有蓝色的4，4’-二(2，2-二苯基-乙烯基)-联苯、桔红色的4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃等等。三线态发光材料是可获得的，主要是铂或铱作为中心金属的配合物。作为三线态发光材料，三(2-苯基吡啶)铱、二(2-(4’-tryl)吡啶-N，C2’)乙酰丙酮铱(以下简称“acaclr(tpy)2”)、2，3，7，8，12，13，17，18，-八乙基-21H，23H-卟啉铂等是公知的。
通过结合上述具有各种功能的材料，可以制造出高可靠性的发光元件。
另外，可以使用以与图29中相反的顺序在衬底上堆叠的层的如图30所示的发光元件。即，在元件结构中，依次在衬底2901上方堆叠阴极2908、由电子注入材料形成的电子注入层2907、由电子传输材料形成的电子传输层2906、发光层2905、由空穴传输材料形成的空穴传输层2904、由空穴注入材料形成的空穴注入层2903和阳极2902。
另外，为了传出发光元件发出的光，阳极和阴极至少之一需要是透明的。TFT和发光元件在衬底上方形成。有具有其中通过对着衬底的表面传出发射光的上发射结构；具有其中通过衬底侧上的表面传出发射光的下发射结构；以及具有其中通过衬底侧上的表面和对着衬底的表面传出发射光的双发射结构的发光元件。本发明的像素结构可以应用于具有任何发射结构的发光元件。
参考图31A说明具有上发射结构的发光元件。
在衬底2800上面形成驱动TFT 2801，并且形成第一电极2802，使之与驱动TFT 2801的源电极接触。在其上方形成包含有机化合物的层2803和第二电极2804。
第一电极2802是发光元件的阳极，而第二电极2804是发光元件的阴极。也就是说，在包含有机化合物的层2803夹在第一电极2802和第二电极2804之间的区域中形成发光元件。
优选使用具有高功函的材料形成用作阳极的第一电极2802。举例来说，可以使用单层薄膜，例如氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜或者Pt膜；氮化钛膜和主要含铝的膜的叠层；或者氮化钛膜、主要含铝的膜和氮化钛膜的三层结构。叠层结构作为导线可以降低电阻并且实现良好的欧姆接触，并且第一电极2802可以用作阳极。通过使用反射光的金属膜，可以形成不透光的阳极。
优选使用由具有低功函的材料(Al、Ag、Li、Ca、它们的合金，例如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、或者Ca3N2)形成的金属薄膜和透明导电膜(氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)等)的叠层形成用作阴极的第二电极2804。通过按照这种方式使用薄金属膜和透明导电膜，可以形成能透光的阴极。
因此，可以从图31A中箭头所示的上表面传出发光元件的光。即，在图27A和27B中所示的显示面板中应用发光元件的情况中，光向密封衬底1804侧发射。因此，当在显示装置中使用具有上发射结构的发光元件时，使用能透光的衬底作为密封衬底1804。
另外，在提供光学膜的情况中，可以在密封衬底1804上提供光学膜。
另外，在图4中所示的像素结构的情况中，可以使用由具有低功函的材料(例如MgAl、MgIn或AlLi)形成金属膜来形成第一电极2802，使得第一电极2802可以用作阴极。另外，可以使用透明导电膜(例如ITO(氧化铟锡)膜或氧化铟锌(IZO)膜)形成第二电极2804。采用该结构，可以提高上发射的透过率。
参考图31B说明具有下发射结构的发光元件。因为除了其发射结构外的结构是等同的，所以使用与图31A相同的附图标记。
优选使用具有高功函的材料形成用作阳极的第一电极2802。举例来说，可以使用透明导电膜，例如ITO(氧化铟锡)膜或氧化铟锌(IZO)膜。通过使用透明导电膜，可以形成能透光的阳极。
优选使用由具有低功函的材料(Al、Ag、Li、Ca、它们的合金，例如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、或者CaN)形成的金属薄膜形成用作阴极的第二电极2804。通过按照这种方式使用光反射金属膜，可以形成不能透光的阴极。
因此，可以从图31B中箭头所示的下表面传出发光元件的光。即，在图27A和27B中所示的显示面板中应用发光元件的情况中，光向衬底1810侧发射。因此，当在显示装置中使用具有下发射结构的发光元件时，使用能透光的衬底作为衬底1810。
另外，在提供光学膜的情况中，可以在衬底1810上方提供光学膜。
参考图31C说明具有双发射结构的发光元件。因为除了其发射结构外的结构是等同的，所以使用与图31A相同的附图标记。
优选使用具有高功函的材料形成用作阳极的第一电极2802。举例来说，可以使用透明导电膜，例如ITO(氧化铟锡)膜或氧化铟锌(IZO)膜。通过使用透明导电膜，可以形成能透光的阳极。
优选使用由具有低功函的材料(Al、Ag、Li、Ca、它们的合金，例如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、或者Ca3N2)形成的金属薄膜和透明导电膜(氧化铟锡(ITO)、氧化铟和氧化锌的合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)的叠层形成用作阴极的第二电极2804。通过按照这种方式使用薄金属膜和透明导电膜，可以形成能透光的阴极。
因此，可以从图31C中箭头所示的两个表面传出发光元件的光。即，在图27A和27B中所示的显示面板中应用发光元件的情况中，光向衬底1810侧和密封衬底1804侧发射。因此，当在显示装置中使用具有双发射结构的发光元件时，使用能透光的衬底作为衬底1810和密封衬底1804。
另外，在提供光学膜的情况中，可以在衬底1810和密封衬底1804的上方提供光学膜。
因为如此制造的显示面板使用本发明的驱动方法，所以举例来说在整个屏幕是暗的并且明亮显示一部分的情况中，例如当显示焰火、利器的瞬间闪烁的图像时，在高对比度下清晰的显示成为可能。
实施方式12本发明可以用于各种电子装置。具体地说，本发明可以用于电子装置的显示部分。作为这种电子装置的实例，有摄像机、数字照相机、护目镜(goggle)显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现装置(例如汽车音频或音频部件组)、计算机、游戏机、便携式信息终端(例如便携式电脑、移动电话、便携式游戏机或电子书)、具备记录介质的图像再现装置(具体地说，用于再现记录介质，如数字通用光碟(DVD)并具有显示再现的图像的显示器的装置)等等。
图32A表示显示设备，其包括外壳15001、衬底15002、显示部分15003、扬声器部分15004、视频输入端15005等。当在显示部分15003使用本发明的显示设备具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，显示设备可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。注意显示设备包括所有用于信息显示的显示装置，例如用于个人电脑、电视广播接收器或者广告显示器。
图32B表示照相机，其包括主体15101、显示部分15102、图像接收端口15103、操作键15104、外部连接端口15105、快门按钮15106等。当在显示部分15102中使用本发明的照相机具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，照相机可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32C表示计算机，其包括主体15201、外壳15202、显示部分15203、键盘15204、外部连接端口15205、定位鼠标15206等。当在显示部分15203中使用本发明的计算机具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，计算机可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32D表示便携式电脑，其包括主体15301、显示部分15302、开关15303、操作键15304、红外端口15305等。当在显示部分15302中使用本发明的便携式电脑具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，便携式电脑可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32E表示具有记录介质的便携式图像再现装置(具体地说，DVD播放机)，其包括主体15401、外壳15402、显示部分A 15403、显示部分B 15404、记录介质(例如DVD)读出部分15405、操作键15406、扬声器部分15407等。显示部分A 15403可以主要显示图像，而显示部分B 15404可以主要显示字符。当在显示部分A 15403和显示部分B 15404中使用本发明的便携式图像再现装置具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，便携式图像再现装置可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32F表示包括主体15501、显示部分15502和臂部分15503的护目镜型显示器。当在显示部分15502中使用本发明的护目镜型显示器具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，护目镜型显示器可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32G表示摄像机，其包括主体15601、显示部分15602、外壳15603、外部连接端口15604、遥控接收部分15605、图像接收部分15606、电池15607、音频输入部分15608、操作键15609等。当在显示部分15602中使用本发明的摄像机具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，摄像机可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
图32H表示移动电话，其包括主体15701、外壳15702、显示部分15703、音频输入部分15704、音频输出部分15705、操作键15706、外部连接端口15707、天线15708等。当在显示部分15703中使用本发明的移动电话具有低平均亮度并且在一部分中显示高灰度时，移动电话可以增加该部分中的峰值亮度，使得可以进行高对比度下的清晰图像显示。
按照这种方式，本发明可以应用于各种电子装置。
实施方案1将参考

使用本发明的EL驱动方法的显示装置的制造方法。在本实施方案中，说明使用薄膜晶体管形成由排列像素形成的显示部分和用来控制扫描信号和图像信号的驱动电路的实例。
优选使用硅或含硅晶形半导体形成图33A中所示的半导体层510和511。举例来说，可以使用通过激光退火等使硅膜结晶而获得的单晶硅、多晶硅等。或者，只要表现出半导体特性，可以使用金属氧化物半导体、无定形硅或有机半导体。
在任何情况下，在具有绝缘表面的整个衬底表面，或其一部分(面积大于定义为晶体管半导体区面积的区域)上方提供首先形成的半导体层。然后，通过光刻技术在半导体层上方形成掩模图案。通过使用该掩模图案蚀刻半导体层，形成半导体层510和511，每个具有特定的岛形并且包括TFT的源和漏区及沟道形成区。根据布局设计适当地确定半导体层510和511。
形成如图33A所示的半导体层510和511的光掩模，具有如图33B所示的掩模图案530。该掩模图案530的形状根据用于光刻工艺的抗蚀剂是正型还是负型而不同。在使用正抗蚀剂的情况中，作为阻光部分形成如图33B所示的掩模图案530。掩模图案530具有除去多边形顶点A的形状。另外，角B具有提供多个角，从而不会形成直角的形状。在该光掩模图案中，除去角，使得每个除去的角(直角三角形)的一边举例来说具有10微米或以下的长度。
如图33A所示的半导体层510和511反映如图33B所示的掩模图案530。在此情况下，可以按照形成与原始图案相似的图案或者转移图案的角比原始图案的角变得更圆的方式，转移掩模图案530。即，可以提供比掩模图案530具有更圆且更平滑形状的角部分。
在半导体层510和511的上方形成至少部分包含二氧化硅或氮化硅的绝缘层。形成这种绝缘层的一个目的是形成栅绝缘层。然后，形成栅导线512、513和514，以部分覆盖如图34A所示的半导体层。对应于半导体层510，形成栅导线512。对应于半导体层510和511，形成栅导线513。对应于半导体层510和511，形成栅导线514。通过在绝缘层上方沉积金属层或高导电的半导体层，然后通过光刻技术将图案印刷到绝缘层上来形成栅导线。
形成这种栅导线的光掩模具有如图34B所示的掩模图案531。按照每个除去的角(直角三角形)一边为10微米或以下，或者一边为线宽的1/5至1/2的方式，除去该掩模图案531的角。图34A中所示的栅导线512、513和514反映图34B所示的掩模图案531。在此情况下，可以按照形成与原始图案相似的图案或者转移图案的角比原始图案的角变得更圆的方式，转移掩模图案531。即，可以提供比掩模图案531具有更圆且更平滑形状的角部分。具体地说，通过除去边缘，使得除去的角(直角三角形)的一边为线宽的1/5至1/2，使栅导线512、513和514的每个角形成得略圆。也就是说，当从上面观看时，栅导线512、513和514的角的外围是曲线。具体地说，为了使角的外围形成得略圆，除去一部分栅导线，其对应于直角等腰三角形，每个具有彼此成直角以形成边的两条第一直线和使之与所述两条第一直线成大约45度角的第二直线。在除去该三角形后，在每根残留的栅导线中形成两个钝角。因此，优选通过适当地调整掩模设计或蚀刻条件，使得在每个钝角部分中，形成每个与第一直线和第二直线接触的曲线来蚀刻栅导线。注意彼此相等的直角等腰三角形的两边的每一边具有导线宽度1/5至1/2的长度。另外，也使角的内周沿着角的外围变得略圆。通过使凸出部分的角形成得略圆，可以在用等离子体干蚀刻中抑制由于过放电而产生颗粒。另外，通过使凹陷部分的角形成得略圆，可以获得甚至当在洗涤时产生颗粒，它们也可以被洗去而不会聚集在角中的作用。因此，可以显著提高产率。
层间绝缘层是在栅导线512、513和514后形成的层。层间绝缘层由例如二氧化硅的无机绝缘材料，或者例如聚酰亚胺或丙烯酸树脂的有机绝缘材料形成。可以在层间绝缘层和栅导线512、513和514之间提供例如氮化硅或氮化硅氧化物的另一绝缘层。此外，还可以在层间绝缘层的上方提供例如氮化硅或氮化硅氧化物的绝缘层。这种绝缘层可以防止半导体层和栅绝缘层受到会不利地影响TFT的杂质(如外来金属离子或湿气)的污染。
在层间绝缘层的预定位置中形成开孔。举例来说，在与位于层间绝缘层下方的栅导线和半导体层相应的位置中提供开孔。通过使用掩模图案的光刻技术形成具有单层或多层金属或金属化合物的导线层，然后蚀刻成所需的图案。然后，如图35A所示，使导线515至520形成为部分覆盖半导体层。导线使特定的元件彼此连接，这指导线不是线性连接特定的元件，而是连接成使得由于布局限制包括角。另外，线宽在接触部分或其它部分中改变。至于接触部分，如果接触孔的宽度等于或者宽于线宽，接触部分的导线形成得比其它部分的宽度更宽。
形成导线515至520的光掩模具有如图35B所示的掩模图案532。也在此情况下，形成每根导线，使之具有在除去的三角形一边为10微米或以下，或者具有线宽1/5至1/2的长度的条件下，除去L-形边缘处的角(直角三角形)，从而使角变圆的图案。也就是说，当从上面观看时，导线的角的外围是曲线。具体地说，为使角的外围形成得略圆，除去一部分导线，其相应于直角等腰三角形，具有彼此成直角以形成边的两条第一直线和使之与所述两条第一直线成大约45度角的第二直线。在除去该三角形后，在残留的导线层中形成两个钝角。因此，优选通过适当地调整掩模设计或蚀刻条件，使得在每个钝角部分中，形成每个与第一直线和第二直线接触的曲线来蚀刻栅导线。注意彼此相等的直角等腰三角形的两边的每一边具有导线宽度1/5至1/2的长度。另外，也使角的内周沿着角的外围变得略圆。通过使凸出部分的角形成得略圆，可以在用等离子体干蚀刻中抑制由于过放电而产生颗粒。另外，通过使凹陷部分的角形成得略圆，可以获得甚至当在洗涤时产生颗粒，它们也可以被洗去而不会聚集在角中的作用。因此，可以显著提高产率。当导线的角形成得略圆时，可以预期电导保持。此外，当平行地形成多根导线时，容易洗去灰尘。此外，在图35A中，形成N-沟道晶体管521至524和P-沟道晶体管525和526。N-沟道晶体管523和P-沟道晶体管525、N-沟道晶体管524和P-沟道晶体管526分别构成反相器527和反相器528。包括这六个晶体管的电路形成SRAM。可以在这些晶体管的上层中形成诸如氮化硅或氧化硅的绝缘层。
通过自由结合任何上述实施方式可以实现本实施方案。
实施方案2在实施方案2中，将说明本发明的显示装置中包括的TFT的结构。在本实施方案中说明使用无定形硅(α-Si:H)膜作为TFT半导体层的情况。图36A和36B表示上栅极TFTs而图37A至38B表示下栅极TFTs。
图36A表示了半导体层由无定形硅形成的上栅极TFT的剖视图。如图36所示，在衬底3801上方形成基膜3802。另外，在基膜3802上方形成像素电极3803。另外，在像素电极3803同一层中并且由与之相同的材料形成第一电极3804。
衬底可以是玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底等。可以使用单层氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO2)、氧氮化硅(SiOxNy)等或者它们的叠层作为基膜3802。
在基膜3802上方形成导线3805和3806，并且用导线3805覆盖像素电极3803的端部。在导线3805和3806的上方形成具有n-型导电型的n-沟道半导体层3807和n-沟道半导体层3808。在导线3805和3806之间的基膜3802上方形成半导体层3809。半导体层3809的一部分在n-沟道半导体层3807和n-沟道半导体层3808的上方延伸。这些半导体层由非晶态的半导体膜，例如无定形硅(α-Si:H)或微晶半导体(μ-Si:H)形成。在半导体层3809的上方形成栅绝缘膜3810。另外，在第一电极3804的上方形成在栅绝缘膜3810同一层中并由与之相同的材料形成的绝缘膜3811。应当指出二氧化硅膜、氮化硅膜等都可以用作栅绝缘膜3810。
在栅绝缘膜3810的上方形成栅电极3812。另外，在第一电极3804的上方形成在栅电极3812同一层中并且由与之相同的材料形成的第二电极3813，其间插入绝缘膜3811。夹有绝缘膜3811的第一电极3804和第二电极3813形成电容器3819。形成层间绝缘膜3814，使之覆盖像素电极3803的端部、驱动TFT 3818和电容器3819。
在层间绝缘膜3814和在层间绝缘膜3814的开孔处提供的像素电极3803的上方形成包含有机化合物的层3815和对电极3816。在于像素电极3803和对电极3816之间夹有包含有机化合物的层3815的区域中形成发光元件3817。
另外，如图36A所示的第一电极3804可以由如图36B所示的第一电极3820形成。在导线3805和3806同一层中并且由与之相同的材料形成第一电极3820。
图37A和37B表示使用半导体层由无定形硅形成的下栅极TFT的显示装置中面板部分的剖视图。
在衬底3901的上方形成基膜3902。此外，在基膜3902的上方形成栅电极3903。在栅电极3903同一层中并且由与之相同的材料形成第一电极3904。栅电极3903可以由添加了磷的多晶硅形成。除了多晶硅外，还可以使用是金属和硅的化合物的硅化物。
形成栅绝缘膜3905，使得覆盖栅电极3903和第一电极3904。使用二氧化硅膜、氮化硅膜等作为栅绝缘膜3905。
在栅绝缘膜3905的上方形成半导体层3906。另外在半导体层3906同一层中并且由与之相同的材料形成半导体层3907。
衬底可以是玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底等。可以使用单层氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO2)、氧氮化硅(SiOxNy)等或者它们的叠层作为基膜3902。
在半导体层3906的上方形成具有n-型导电型的n-沟道半导体层3908和3909，并且在半导体层3907的上方形成n-沟道半导体层3910。
分别在n-沟道半导体层3908和3909的上方形成导线3911和3912。在n-沟道半导体层3910的上方形成在导线3911和3912同一层中并且由之与相同的材料形成的导电层3913。
由半导体层3907、n-沟道半导体层3910和导电层3913形成第二电极。应当注意由第二电极和第一电极3904之间夹有栅绝缘膜3905的结构形成电容器3920。
导线3911的一个端部延伸，并且与延伸的导线3911的顶部接触形成像素电极3914。
形成层间绝缘膜3915，使得覆盖像素电极3914的端部、驱动TFT3919和电容器3920。
在像素电极3914和层间绝缘膜3915的上方形成包含有机化合物的层3916和对电极3917。在于像素电极3914和对电极3917之间夹有包含有机化合物的层3916的区域中形成发光元件3918。
并不总是需要提供半导体层3907和n-沟道半导体层3910作为电容器3920一部分。即，在电容器中，导电层3913可以用作第二电极，并且栅绝缘膜可以夹在第一电极3904和导电层3913之间。
在图37A中，通过在形成导线3911之前形成像素电极3914，可以形成如图37B所示的电容器3922，具有由与像素电极3914相同的材料形成的第二电极3921和第一电极3904夹住栅绝缘膜3905的结构。
应当注意在图37A和37B中，表示了反交错沟道蚀刻型TFT，但是不用说也可以使用沟道保护型TFT。参考图38A和38B说明使用沟道保护型TFT的情况。
图38A中所示的沟道保护型TFT与图37A中所示沟道蚀刻型驱动TFT 3919不同，在于在形成半导体层3906的沟道的区域中提供了绝缘体4025作为蚀刻掩模。其它共用部分由相同的附图标记表示。
类似地，图38B中所示的沟道保护型TFT与图37B中所示的沟道蚀刻型驱动TFT 3919不同，在于在形成半导体层3906的沟道的区域中提供了绝缘体4025作为蚀刻掩模。其它共用部分由相同的附图标记表示。
通过将无定形半导体膜用于形成本发明的像素的TFTs的半导体层(沟道形成区、源区、漏区等)，可以降低制造成本。
应当注意可以用于本发明的像素结构的TFT和电容器的结构不限上述结构，并且各种结构都可以用于晶体管和电容器。
在本实施方案中作为实施例说明了使用无定形硅(α-Si:H)作为TFT的半导体层的情况，但是本发明不限于此。可以使用多晶(p-Si)膜作为半导体层。
通过自由组合任何实施方式1-12与实施方案1可以实现本实施方案。
本申请基于2005年7月27日在日本专利局提交的日本专利申请第2005-217957号，该申请全部内容引入本文作参考。
权利要求
1.一种显示装置，包括将模拟视频信号转换成数字视频信号的模-数转换器电路；与该模-数转换器电路连接并计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路；根据该平均灰度水平控制子帧数量的子帧数量控制电路；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压的电位控制电路。
2.根据权利要求1的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，减少子帧的数量。
3.根据权利要求1的显示装置，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，电位控制电路降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
4.根据权利要求1的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，电位控制电路增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
5.一种包括如权利要求1所述的显示装置的电子装置。
6.一种显示装置，包括包含多个像素的显示部分，每个像素包括发光元件、控制向发光元件的电流供应的驱动薄膜晶体管、以及开关薄膜晶体管；输出视频信号的信号线驱动电路；选择要写入视频信号的像素的扫描线驱动电路；向发光元件供应电流的电源线；计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路；根据该平均灰度水平控制一帧周期中子帧数量的子帧数量控制电路；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压的电位控制电路。
7.根据权利要求6的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，减少子帧的数量。
8.根据权利要求6的显示装置，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，电位控制电路降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
9.根据权利要求6的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，电位控制电路增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
10.一种包括如权利要求6所述的显示装置的电子装置。
11.一种显示装置，包括将模拟视频信号转换成数字视频信号的模-数转换器电路；与该模-数转换器电路连接并计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路；根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或者二进制码数字时间灰度方法的灰度方法选择器电路；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压的电位控制电路。
12.根据权利要求11的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，将灰度方法从重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法。
13.根据权利要求11的显示装置，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，电位控制电路降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
14.根据权利要求11的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，电位控制电路增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
15.一种包括如权利要求11所述的显示装置的电子装置。
16.一种显示装置，包括包含多个像素的显示部分，每个像素包括发光元件、控制向发光元件的电流供应的驱动薄膜晶体管、以及开关薄膜晶体管；输出视频信号的信号线驱动电路；选择要写入视频信号的像素的扫描线驱动电路；向发光元件供应电流的电源线；计算一帧周期平均灰度水平的平均灰度计算电路；根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或者二进制码数字时间灰度方法的灰度方法选择器电路；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压的电位控制电路。
17.根据权利要求16的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，将灰度方法从重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法。
18.根据权利要求16的显示装置，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，电位控制电路降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
19.根据权利要求16的显示装置，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，电位控制电路增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
20.一种包括如权利要求16所述的显示装置的电子装置。
21.一种显示装置的驱动方法，包括如下步骤将输入显示装置的模拟视频信号转换成数字视频信号；计算一帧周期的平均灰度水平；根据该平均灰度水平控制子帧数量；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压。
22.根据权利要求21的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，减少子帧的数量。
23.根据权利要求21的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，增加子帧的数量。
24.根据权利要求21的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
25.根据权利要求21的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
26.一种显示装置的驱动方法，包括如下步骤将输入显示装置的模拟视频信号转换成数字视频信号；计算一帧周期的平均灰度水平；根据该平均灰度水平选择重叠时间灰度方法或二进制码数字时间灰度方法；以及根据该平均灰度水平改变施加在发光元件一对电极之间的电压。
27.根据权利要求26的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，将灰度方法从重叠时间灰度方法改变成二进制码数字时间灰度方法。
28.根据权利要求26的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，将灰度方法从二进制码数字时间灰度方法改变成重叠时间灰度方法。
29.根据权利要求26的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成低于预定值时，增加施加在发光元件一对电极之间的电压。
30.根据权利要求26的显示装置的驱动方法，其中当平均灰度水平变成高于预定值时，降低施加在发光元件一对电极之间的电压。
全文摘要
通过根据显示屏的平均亮度控制显示装置的灰度，进行清晰的显示。另外，本发明的目的是通过根据显示屏平均亮度的控制以进行适当显示提供而发光元件的退化降低的显示装置。一种显示器，包括多个像素，每个像素包括发光元件、驱动TFT和开关TFT；计算帧周期中所有像素平均亮度的平均灰度计算电路；根据计算的平均亮度水平控制子帧数量的子帧数量控制电路；以及根据计算的平均亮度水平改变施加在发光元件两端上的电位的电位控制电路。
文档编号H05B33/08GK1904989SQ200610108069
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者木村肇 申请人:株式会社半导体能源研究所