專利名稱：半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有晶體管的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動方法。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及具有半導(dǎo)體器件的有源矩陣發(fā)光器件及其驅(qū)動方法，該半導(dǎo)體器件具有在絕緣體例如玻璃或塑料上形成的薄膜晶體管(以下簡稱TFT)。本發(fā)明還涉及使用這類發(fā)光器件的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來使用發(fā)光元件例如電致發(fā)光(EL)元件的顯示器件的研制很活躍。由于是自發(fā)光，因此發(fā)光元件可見度高且不需要背景光，背景光在液晶顯示器(LCD)等中是必要的，由此能夠減小這類器件的厚度。并且，該發(fā)光器件幾乎沒有視角度限制。術(shù)語EL元件指具有發(fā)光層的元件，在發(fā)光層中可以獲得通過施加電場產(chǎn)生的發(fā)光。當(dāng)從單重激發(fā)態(tài)(熒光)返回基態(tài)以及從三重激發(fā)態(tài)(磷光)返回基態(tài)時發(fā)光層發(fā)出光。本發(fā)明的發(fā)光器件可以使用上述任何一種發(fā)光類型。EL元件一般具有層疊結(jié)構(gòu)，其中發(fā)光層夾在一對電極(陽極和陰極)之間。給出由陽極、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層以及陰極構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)作為典型結(jié)構(gòu)。此外，還存在具有在陽極和陰極之間按順序依次層疊的如下層的結(jié)構(gòu)空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層以及電子傳輸層；空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層以及電子注入層。上述任一種結(jié)構(gòu)都可以用作本發(fā)明的發(fā)光器件使用的EL元件結(jié)構(gòu)。而且，發(fā)光層內(nèi)還可以摻入熒光顏料等。這里，在EL元件的陽極和陰極之間形成的所有層通常都稱為“EL層”。前面提到的空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層、以及電子注入層全都包括在EL層的范疇內(nèi)，由陽極、EL層以及陰極構(gòu)成的發(fā)光元件稱為EL元件?！惆l(fā)光器件中的像素結(jié)構(gòu)展示圖8中。注意使用EL顯示器件用作為典型的發(fā)光器件的例子。圖8中所示的像素具有源極信號線801、柵極信號線802、開關(guān)TFT 803、驅(qū)動器TFT 804、電容器裝置805、EL元件806、電流源線807以及電源線808。下面解釋各個部分之間的連接關(guān)系。這里使用的術(shù)語TFT指具有柵極、源極以及漏極的三端元件，但是由于TFT的結(jié)構(gòu)難以清楚區(qū)分源極和漏極。因此當(dāng)解釋元件之間的連接時，一端，即源極或漏極指第一電極，另一端指第二電極。在需要定義各個元件關(guān)于TFT 的開關(guān)狀態(tài)(例如，當(dāng)解釋TFT的柵極和源極之間的電壓時)的電位的情況下使用術(shù)語源極和漏極。而且，TFT導(dǎo)通態(tài)是指這樣一種狀態(tài)，其中TFT的柵極和源極之間的電壓超過TFT 的閾值，電流在源極和漏極之間流動。TFT截止是指這樣一種狀態(tài)，其中TFT的柵極和源極之間的電壓小于TFT的閾值，沒有電流在源極和漏極之間流動。注意有這樣一種情況，其中即使TFT的柵極和源極之間的電壓小于閾值，仍有微量電流，稱為漏電流在源極和漏極之間流動。但是，該狀態(tài)同樣以截止態(tài)對待。 開關(guān)TFT803的柵電極連接到柵極信號線802，開關(guān)TFT803的第一電極連接到源極信號線801，以及開關(guān)TFT803的第二電極連接到驅(qū)動器TFT804的柵電極。驅(qū)動器TFT804 的第一電極連接到電流源線807，以及驅(qū)動器TFT804的第二電極連接到EL元件806的第一電極。EL元件806的第二電極連接到電源線808。在電流源線807和電源線808之間存在相互電位差。而且，為了在發(fā)光期間保持驅(qū)動器TFT 804的柵極和源極之間的電壓，可以在驅(qū)動器TFT 804的柵電極和具有固定電位的線之間形成電容器裝置805，具有固定電位的線如電流源線807。 如果脈沖輸入到柵極信號線802且開關(guān)TFT 803導(dǎo)通，那么輸入到源極信號線801 的圖像信號輸入到驅(qū)動器TFT 804的柵電極。驅(qū)動器TFT 804的柵極和源極之間的電壓和驅(qū)動器TFT 804的源極和漏極之間流動的電流量(以下稱為漏電流)由輸入圖像信號的電位決定。該電流提供給EL元件806，EL元件806發(fā)光。由多晶硅(以下稱為P-Si)形成的TFT比由非晶硅(以下稱為Α-Si)形成的TFT 具有更高的場效應(yīng)遷移率，且導(dǎo)通電流大，因此很適合用作發(fā)光器件中使用的晶體管。相反，由P-Si形成的TFT由于晶粒邊界的缺陷具有電特性易于離散(dispersion) 的問題。如果TFT閾值有離散，例如圖8中的驅(qū)動器TFT 804的閾值每一像素有離散，由于對應(yīng)于TFT閾值離散，TFT的漏電流值離散，那么即使相同的圖像信號輸入到不同的像素， EL元件806的亮度也將有差異。這對于使用模擬灰度方法的顯示器件尤其成為一個問題。最近已經(jīng)提出可以糾正這類TFT的閾值離散。
圖10所示結(jié)構(gòu)可以作為這種提議的一個例子(參考專利文獻(xiàn)1)。[專利文獻(xiàn)1]國際公開號99-48403小冊子(p.25，圖3，圖4)。圖IOA所示的像素具有源信號線1001、第一到第三柵極信號線1002到1004、TFT 1005至1008、電容器裝置1009 (C2)和1010 (C1)、EL元件1011、電流源線1012，以及電源線 1013。TFT 1005的柵電極連接到第一柵極信號線1002，TFT 1005的第一電極連接到源信號線1001以及TFT 1005的第二電極連接到電容器裝置1009的第一電極。電容器裝置 1009的第二電極連接到電容器裝置1010的第一電極，電容器裝置1010的第二電極連接到電流源線1012。TFT 1006的柵電極連接到電容器裝置1009的第二電極和電容器裝置1010 的第一電極，TFT1006的第一電極連接到電流源線1012，TFT 1006的第二電極連接到TFT 1007的第一電極和TFT 1008的第一電極。TFT 1007的柵電極連接到第二柵極信號線1003， TFT 1007的第二電極連接到電容器裝置1009的第二電極。TFT 1008的柵電極連接到第三柵極信號線1004，TFT 1008的第二電極連接到EL元件1011的第一電極。EL元件1011的第二電極連接到電源線1013，且與電流源線1012具有相互電位差。使用圖IOA和IOB以及圖IlA至IlF說明了動作。圖IOB展示了輸入到源信號線 1001和第一至第三柵極信號線1002至1004的圖像信號，并展示了脈沖時序。圖IOB被分成部分I至VIII，對應(yīng)于圖IlA至IlF所示的每個動作。而且，使用四個TFT的結(jié)構(gòu)作為圖 IOA和IOB所示像素的例子，四個TFT都是ρ型TFT。因此當(dāng)?shù)碗娖叫盘栞斎胫罷FT的柵電極時TFT導(dǎo)通，當(dāng)高電平信號輸入時截止。而且，盡管這里展示的輸入到源極信號線1001的圖像信號具有脈沖波形，以便僅為了表明輸入周期，但預(yù)定的模擬電位也可以用于模擬灰度方法。首先，低電平輸入到第一和第三柵極信號線1002和1004，并且TFT 1005和1008 導(dǎo)通(部分I)。然后第二柵極信號線1003變成低電平，TFT 1007導(dǎo)通。如圖IlA所示，電荷堆積在電容器裝置1009和1010中。當(dāng)電容器裝置1010的兩個電極之間的電位差，換言之當(dāng)電容器裝置1010維持的電壓超過TFT 1006的閾值IVthI時，TFT 1006導(dǎo)通(第II部分)。之后第三柵極信號線1004變?yōu)楦唠娖?，TFT 1008截止。因此積累在電容器裝置 1009和1010中的電荷再一次移動，電容器裝置1010中存儲的電壓立刻變成等于IvthI。如 IlB所示，此時電流源線1012的電位和源極信號線1001的電位都是電位VDD，因此電容器裝置1009中保持的電壓也變?yōu)榈扔贗vthI。因此TFT 1006很快截止。如上所述，電容器裝置1009和1010中保持的電壓變?yōu)榈扔趞Vth|之后，第二柵極信號線1003變?yōu)楦唠娖剑琓FT 1007截止(第IV部分)。因此通過該動作|Vth|存儲在電容器裝置1009中，如圖IlC所示。等式⑴為此時存儲在電容器裝置IOlO(C1)中的電荷仏。同樣地，等式(2)為此時存儲在電容器裝置1009(C2)中的電荷仏。[等式(1)].........................(1)Q1 = C1X |Vth|[等式(2)]Q2 = C2X |Vth|........................(2) 然后，如圖IlD所示，進(jìn)行圖像信號的輸入(第V部分)。圖像信號輸出到源極信號線1001，源極信號線1001的電位從電位Vdd變?yōu)閳D像信號的電位Vllata(這里TFT 1006是 P溝道TFT，因此VDD>VData)。如果TFT 1006的柵電極電位取為電位Vp，在結(jié)點的電荷取為 Q，那么由于守恒定律電容器裝置1009和1010中包括的電荷為等式(3)和等式0)。[等式(3)]Q+A = C1X (VDD-VP)...........................(3)[等式G)]Q-Q2 = C2X (Vp-Vnata)...........................(4)由等式(1)到0)，TFT 1006的柵電極的電位Vp可以由等式(5)表示。[等式(5)]
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括多個像素，每個像素包括 源極信號線；第一柵極信號線； 第二柵極信號線； 復(fù)位電源線； 電流源線； 第一晶體管； 第二晶體管； 第三晶體管； 第四晶體管； 電容器裝置；以及發(fā)光元件， 其中第一晶體管的柵電極電連接到第一柵極信號線； 第一晶體管的第一電極電連接到源極信號線； 第一晶體管的第二電極電連接到電容器裝置的第一電極； 電容器裝置的第二電極電連接到第二晶體管的第一電極； 第二晶體管的第一電極電連接到第二晶體管的柵電極； 電容器裝置的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極； 第二晶體管的第二電極電連接到復(fù)位電源線； 第三晶體管的第一電極電連接到電流源線； 第三晶體管的第二電極電連接到發(fā)光元件的第一電極； 第四晶體管的柵電極電連接到第二柵極信號線；第四晶體管的第一電極電連接到源極信號線或第一晶體管的第二電極；以及第四晶體管的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第一晶體管的第二電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管形成在電流源線和第三晶體管的第一電極之間，或形成在第三晶體管的第二電極和發(fā)光元件的第一電極之間；以及擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中第二晶體管與第三晶體管具有相同的極性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件應(yīng)用于以下的組中選擇的一種電子設(shè)備攝像機、數(shù)碼相機、護(hù)目鏡型顯示器、膝上型計算機、游戲機、便攜式信息終端、DVD播放器與移動電話。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括多個像素，每個像素包括 源極信號線；第一柵極信號線； 第二柵極信號線； 復(fù)位電源線； 電流源線； 第一晶體管； 第二晶體管； 第三晶體管； 電容器裝置； 二極管；以及發(fā)光元件， 其中第一晶體管的柵電極電連接到第一柵極信號線； 第一晶體管的第一電極電連接到源極信號線； 第一晶體管的第二電極電連接到電容器裝置的第一電極； 電容器裝置的第二電極電連接到第二晶體管的第一電極； 第二晶體管的第一電極電連接到第二晶體管的柵電極； 電容器裝置的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極； 第二晶體管的第二電極電連接到復(fù)位電源線； 第三晶體管的第一電極電連接到電流源線； 第三晶體管的第二電極電連接到發(fā)光元件的第一電極；二極管的第一電極電連接到第二晶體管的第一電極以及第三晶體管的柵電極；以及二極管的第二電極電連接到第二柵極信號線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第一晶體管的第二電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管形成在電流源線和第三晶體管的第一電極之間，或形成在第三晶體管的第二電極和發(fā)光元件的第一電極之間；以及擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中第二晶體管與第三晶體管具有相同的極性。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件應(yīng)用于以下的組中選擇的一種電子設(shè)備攝像機、數(shù)碼相機、護(hù)目鏡型顯示器、膝上型計算機、游戲機、便攜式信息終端、DVD 播放器與移動電話。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括多個像素，每個像素包括 源極信號線；第一柵極信號線； 第二柵極信號線； 復(fù)位電源線； 電流源線； 第一晶體管； 第二晶體管； 第三晶體管； 第一電容器裝置； 第二電容器裝置；以及發(fā)光元件， 其中第一晶體管的柵電極電連接到第一柵極信號線； 第一晶體管的第一電極電連接到源極信號線； 第一晶體管的第二電極電連接到第一電容器裝置的第一電極； 第一電容器裝置的第二電極電連接到第二晶體管的第一電極； 第二晶體管的第一電極電連接到第二晶體管的柵電極；第一電容器裝置的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極； 第二晶體管的第二電極電連接到復(fù)位電源線； 第三晶體管的第一電極電連接到電流源線； 第三晶體管的第二電極電連接到發(fā)光元件的第一電極；第二電容器裝置的第一電極電連接到第二晶體管的第一電極以及第三晶體管的柵電極；以及第二電容器裝置的第二電極電連接到第二柵極信號線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第一晶體管的第二電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管形成在電流源線和第三晶體管的第一電極之間，或形成在第三晶體管的第二電極和發(fā)光元件的第一電極之間；以及擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中第二晶體管與第三晶體管具有相同的極性。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件應(yīng)用于以下的組中選擇的一種電子設(shè)備攝像機、數(shù)碼相機、護(hù)目鏡型顯示器、膝上型計算機、游戲機、便攜式信息終端、DVD 播放器與移動電話。
19.一種半導(dǎo)體器件，包括多個像素，每個像素包括 源極信號線；第一柵極信號線； 第二柵極信號線； 第三柵極信號線； 復(fù)位電源線； 電流源線；第一晶體管； 第二晶體管； 第三晶體管； 第四晶體管； 第五晶體管； 第一電容器裝置； 第二電容器裝置；以及發(fā)光元件， 其中第一晶體管的柵電極電連接到第一柵極信號線；第一晶體管的第一電極電連接到源極信號線；第一晶體管的第二電極電連接到第一電容器裝置的第一電極；第一電容器裝置的第二電極電連接到第二晶體管的第一電極；第二晶體管的第一電極電連接到第二晶體管的柵電極；第一電容器裝置的第二電連接到第三晶體管的柵電極；第二晶體管的第二電極電連接到復(fù)位電源線；第三晶體管的第一電極電連接到電流源線；第三晶體管的第二電極電連接到發(fā)光元件的第一電極；第四晶體管的柵電極電連接到第二柵極信號線；第四晶體管的第一電極電連接到源極信號線或第一晶體管的第二電極；第四晶體管的第二電極電連接到第二晶體管的第一電極以及第三晶體管的柵電極;第二電容器裝置的第一電極電連接到第一晶體管的第二電極；第二電容器裝置的第二電極電連接到第三晶體管的第二電極；第五晶體管的柵電極電連接到第三柵極信號線；第五晶體管的第一電極電連接到第三晶體管的第二電極；以及第五晶體管的第二電極連接到等于或小于發(fā)光元件的第二電極的電位的電源電位。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第三晶體管的柵電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線； 擦除晶體管的第一電極電連接到電流源線；以及擦除晶體管的第二電極電連接到第一晶體管的第二電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，還包括 擦除柵極信號線；以及擦除晶體管， 其中擦除晶體管形成在電流源線和第三晶體管的第一電極之間，或形成在第三晶體管的第二電極和發(fā)光元件的第一電極之間；以及擦除晶體管的柵電極電連接到擦除柵極信號線。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中第二晶體管與第三晶體管具有相同的極性。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體器件應(yīng)用于以下的組中選擇的一種電子設(shè)備攝像機、數(shù)碼相機、護(hù)目鏡型顯示器、膝上型計算機、游戲機、便攜式信息終端、DVD 播放器與移動電話。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動方法。阻止發(fā)光器件中的不規(guī)則顯示以增加發(fā)光器件的圖像質(zhì)量，發(fā)光器件中的不規(guī)則顯示是由于每一像素的供給電流到發(fā)光元件的TFT閾值離散形成的。在電容器裝置(108)中存儲從復(fù)位信號線(110)的電位加上或減去TFT(105)的閾值電壓后得到的電位。其中相應(yīng)的閾值電壓加入到圖像信號的電壓施加到TFT(106)的柵電極。像素內(nèi)的TFT鄰近地排列，且不易形成TFT特性離散。即使每一像素中TFT(106)的閾值不同，TFT(105)的閾值被抵銷，并且可以提供給EL元件(109)預(yù)定的漏極電流。
文檔編號G09G3/20GK102176300SQ20091022172
公開日2011年9月7日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者木村肇, 棚田好文 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所