CN102713735B

CN102713735B - 显示设备及其驱动方法

Info

Publication number: CN102713735B
Application number: CN201080061885.6A
Authority: CN
Inventors: 胁本研一; 早川昌彦
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: JP5764703B2; WO2011089834A1; KR101883331B1; JP2011170342A; JP6009621B2; KR20170062558A; JP6284992B2; JP2015194763A; US20110175874A1; JP2012212182A; JP2014222365A; CN102713735A; JP2017033001A; JP5600612B2; KR101744906B1; JP5132834B2; KR20120127442A; TW201137839A; TWI518665B

Abstract

液晶显示设备包括设置于液晶显示面板的端部附近的光学传感器、设置在液晶显示面板的显示区域中的像素、以及监测像素。光学传感器监测从液晶显示面板侧面传递来的光的亮度。其晶体管截止状态电流较低的像素和监测像素被提供有显示静态图像的电位，光学传感器至少检测透射监测像素的液晶层的光，且当亮度变化率达到预定值时，位于液晶显示面板的显示区域中的像素和监测像素再次被提供电位，从而保持静态图像被显示。

Description

显示设备及其驱动方法

技术领域

本发明涉及可显示静态图像的显示设备和用于驱动该显示设备的方法。

背景技术

已知一种有源矩阵显示设备，其中以矩阵设置多个像素、并且为每一个像素而提供显示元件和连接至该显示元件的开关晶体管。

进一步，其中各自包括用作沟道形成区的金属氧化物的多个晶体管被用作连接至像素电极的开关元件的有源矩阵显示设备已经引起注意（专利文献1和专利文献2）。

可被应用至有源矩阵显示设备的显示元件的示例包括液晶元件和其中使用了电泳方法等的电子墨水。向其应用了液晶元件的有源矩阵显示设备利用了液晶元件的诸如良好的灰阶和高速操作之类的特性，从而其已被广泛地用于动态图像或静止图像的显示应用。

大多数电子墨水具有即使在停止电源提供后仍保持显示图像的性质，即，它们是具有所谓存储性质的显示元件。因此，应用了电子墨水的有源矩阵显示设备具有极低功耗的特性。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本公开专利申请No.2007-123861

[专利文献2]日本公开专利申请No.2007-096055

发明内容

对于包括于常规有源矩阵显示设备中的开关晶体管，使用了引起高截止状态电流的硅基材料，从而写入像素的信号通过该晶体管泄露且即使当该晶体管处于截止状态时写入像素的信号被丢失。因此，在其中显示元件不具有存储性质的情况下，即使在显示相同图像时也需要频繁地将信号写入常规有源矩阵显示设备中，且难以减少功耗。

进一步，大部分具有存储性质的显示元件在低速操作，且当为像素而设置的开关晶体管在高速操作时不能跟随该开关晶体管；因此，难以显示动态图像和表达良好的灰度色度。

鉴于上述技术背景作出本发明。本发明的目的在于提供具有低功耗的液晶显示设备，其可显示动态图像并表现出良好的灰阶，该显示设备具有这样的结构：通过该结构，当显示静态图像时减少了执行写入至像素的次数，且该显示设备具有用于确定执行写入的时序的装置。

本发明的一个实施例是一显示设备，其中在用于显示液晶显示设备的静态图像的方法中在由光学传感器确定的时序执行用于保持显示的像素电位的重新写入，以及用于驱动该显示设备的方法。

在本说明书中公开的本发明的一个实施例是一显示设备，其包括液晶显示面板；电连接至该液晶显示面板的驱动电路的显示控制电路；电连接至该显示控制电路的背光源部分；监测像素，对于为该液晶显示面板而设置的亮度监测器执行显示；以及电连接至该显示控制电路的光学传感器。提供该光学传感器从而检测透射该监测像素的液晶层的光。

在本说明书中公开的本发明的另一个实施例是一显示设备，其包括液晶显示面板；电连接至该液晶显示面板的驱动电路的显示控制电路；监测像素，对于为该液晶显示面板而设置的亮度监测器执行显示；以及电连接至该显示控制电路的光学传感器。提供该光学传感器从而检测由该监测像素所反射的光。

该光学传感器对于在可见光波长范围内的光具有敏感度，且优选地对于该范围具有峰值敏感度。

为亮度监测器执行显示的监测像素被形成在显示区域外部，且在透射或由该监测像素反射的光的行进方向中设置光学传感器。使用这样的结构，可改进光学传感器的检测敏感度。此时，光可通过光导板进入光学传感器。

在本说明书中所公开的本发明的另一个实施例是用于驱动显示设备的方法，包括步骤：对液晶显示面板的显示区域中的像素提供电位从而显示静态图像；对液晶显示面板的监测像素提供电位从而显示静态图像；由光学传感器至少检测从背光源透射监测像素的液晶层的光；以及当由该光学传感器所检测到的光的亮度变化率达到预定值时再次向液晶显示面板的显示区域中的像素和监测像素提供电位，从而该静止图像保持被显示。

在本说明书中所公开的本发明的另一个实施例是用于驱动显示设备的方法，包括步骤：对液晶显示面板的显示区域中的像素提供电位从而显示静态图像；对液晶显示面板的监测像素提供电位从而显示静态图像；由第一光学传感器检测来自液晶显示面板外部的光；由第二光学传感器至少检测从液晶显示面板外部透射监测像素的液晶层并由液晶显示面板的内部部分所反射的光；以及从由第一光学传感器检测到的光亮度的变化率和由第二光学传感器检测到的反射光的亮度的变化率之间的差异来计算由于液晶显示面板的像素电位的减少引起的发射光亮度的变化率，且当由于液晶显示面板的像素电位的减少引起的发射光亮度的变化率达到预定值时对液晶显示面板的显示区域和监测像素再次提供电位，从而静态图像保持被显示。

在用于驱动显示设备的上述方法中，优选的是当电位被重新写入像素时逐渐增加像素电位，从而图像的质量并不是快速地而是逐渐地被恢复。

可提供具有低功耗的液晶显示设备，其具有可减少当显示静态图像时执行写入像素的次数的结构，且具有用于确定执行写入的时序的装置。

附图简述

图1是示出液晶显示设备的框图。

图2A到2C各自示出液晶显示设备和光学传感器之间的位置关系。

图3示出液晶显示设备中的像素的等效电路的示例。

图4示出液晶显示设备的操作。

图5A和5B示出液晶显示设备的操作。

图6示出液晶显示设备的操作。

图7是示出液晶显示设备的立体图。

图8A和8B各自是液晶显示设备的像素部分的俯视图和截面图。

图9是液晶显示设备的像素部分的截面图。

图10是液晶显示设备的像素部分的截面图。

图11A和11B各自是液晶显示设备的像素部分的俯视图和截面图。

图12A到12D各自示出可被应用于液晶显示设备的晶体管的一个模式。

图13A到13E示出用于制造可被应用于液晶显示设备的晶体管的方法的一个模式。

图14是示出液晶显示设备的像素部分的示例的俯视图。

图15A到15D是液晶显示设备的像素部分的截面图。

图16是液晶显示设备的像素部分的截面图。

图17A和17B各自是显示设备的外部视图和充放电控制电路的框图。

用于实现本发明的最佳模式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的各个实施例。然而，本发明并不限于以下描述，且本领域技术人员容易理解的是可以各种方法修改此处公开的模式和细节。因此，本发明不应被解释为限于这些实施例的描述。

[实施例1]

在这个实施例中，将参考附图而描述具有静态图像模式和动态图像模式的液晶显示设备。进一步，将描述在静态图像模式中用于确定对像素的重新写入操作的时序(timing)的装置。

首先，将参考图1中所示的透射液晶显示设备的框图而描述本说明书的显示设备100的组件。本实施例的显示设备100包括至少图像处理电路110、显示面板120、和背光源部分130。注意，除了背光源部分130，可采用半透射液晶显示设备的结构。

本实施例的显示设备100被提供来自连接至显示设备100的外部设备的控制信号、图像信号、和电源电位。起动脉冲SP和时钟信号CK被提供作为控制信号、图像信号Data被提供作为图像信号、且高电源电位Vdd、低电源电位Vss、和共用电位Vcom被提供作为电源电位。

注意，高电源电位V_dd是高于基准电位的电位，而低电源电位V_ss是低于或等于基准电位的电位。期望的是高电源电位Vdd和低电源电位Vss中的每一个都是薄膜晶体管可操作的电位。注意，在某些情况下，高电源电位Vdd和低电源电位Vss一起被称为电源电压。

公共电位Vcom可以是任何电位，只要它用作相对于提供到像素电极的图像信号的电位的基准即可。例如，公共电位可以是地电位。

注意，图像信号Data可根据点反转驱动、源极线反转驱动、栅极线反转驱动、帧反转驱动等适当地反转以输入到显示面板120。注意，在其中图像信号是模拟信号的情况下，其可通过A/D转换器等被转换为将被提供至显示设备100的数字信号。采用这样的结构，可易于检测图像信号之间的差异。

接着，将参考附图而描述在本发明的一个实施例中的图像处理电路和外围设备。

图像处理电路110包括存储器电路111、比较电路112、以及显示控制电路113。图像处理电路110从被输入的图像信号Data产生显示面板信号和背光源信号。显示面板信号是用于控制显示面板120的图像信号，且背光源信号是用于控制背光源部分130的信号。

存储器电路111包括用于存储多个帧的图像信号的多个帧存储器。存储器电路111中所包括的帧存储器的数量没有具体限制，并且存储器电路111可以是可存储多个帧的图像信号的元件。帧存储器可使用存储器元件（诸如动态随机存取存储器（DRAM）或静态随机存取存储器（SRAM））来形成。

帧存储器可采用任何结构，只要为每一个帧周期存储图像信号。存储在帧存储器中的图像信号由比较电路112和显示控制电路113选择性地读取。注意，图中的帧存储器111b每一个示意性地示出用于一个帧的存储区域。

比较电路112是选择性地读出存储在存储器电路111中的连续帧中的图像信号、比较每一个帧中的图像信号、并且检测其差异的电路。

选择电路115采用其中，例如，设置了由晶体管形成的多个开关的结构。选择电路115是这样的电路：其从由比较电路112所检测到的图像信号之间的差异存在或不存在而确定图像信号是动态图像信号或静态图像信号，并选择是否从存储器电路111中的帧存储器将图像信号输出至显示控制电路113。

显示控制电路113是这样的电路：其对显示面板120提供由选择电路115所选择的图像信号和控制信号（具体地，用于控制诸如起动脉冲SP或时钟信号CK之类的控制信号的提供和停止的转换的信号）并对背光源部分130提供背光源信号（具体地，其对于背光源控制电路提供用于控制背光源的点亮和消光的信号）。

注意，在其中由为本实施例的液晶显示设备所提供的软件来确定图像资源是用于显示动态图像还是静态图像的情况下，不需要存储器电路111、比较电路112、和选择电路115的操作。可选地，可采用其中不设置这些电路的结构。

背光源部分130包括背光源控制电路和发光部分。可取决于显示设备100的所意在的用处而选择发光部分的结构。例如，在其中显示全色彩图像的情况下，包括三原色光的光源可被用作发光部分。在这个实施例中，例如，白光发光元件（如，LED）被用于发光部分。注意，在本说明书中，被用作背光源部分130的发光部分也被简称为背光源。

注意，背光源部分130的背光源控制电路被提供有背光源信号，其控制背光源和来自显示控制电路113的电源电位。

显示面板120包括像素部分122和开关元件127。在这个实施例中，显示面板120包括第一衬底和第二衬底，且为第一衬底设置驱动电路部分121、像素部分122、和开关元件127。为第二衬底设置公共连接部分（也被称为公共触点）和公共电极部分128（也被称为对电极部分）。注意，公共连接部分电连接第一衬底和第二衬底，且可被设置在第一衬底上。

在像素部分122中，设置多个栅极线124和多个信号线125，且以矩阵设置多个像素123以由栅极线124和信号线125所围绕。注意，在这个实施例中所描述的显示面板120中，栅极线124被从栅极线驱动电路121A延伸，且信号线125被从信号线驱动电路121B延伸。

像素123各自包括晶体管、连接至晶体管的像素电极、电容器、和显示元件。在这个实施例中，液晶元件被用作显示元件。

液晶元件的示例是通过液晶的光调制动作来控制透光和不透光的元件。这样的元件可使用一对电极和液晶层来形成。液晶的光调制动作受控于施加至液晶的电场（即，垂直电场）。

具体地，例如，以下可用于液晶元件：向列液晶、胆甾液晶、近晶液晶、盘状液晶、热致液晶、溶致液晶、低分子液晶、聚合物分散液晶、铁电液晶、反铁电液晶、主链液晶、侧链高分子液晶、和香蕉形液晶等。另外，例如，以下方法可被用于驱动液晶：TN(扭转向列)模式、STN（超扭曲向列）模式、IPS（共面切换）模式、VA（垂直对准）模式、OCB（光学补偿双折射）模式、ECB（电控双折线）模式、FLC（铁电液晶）模式、AFLC（反铁电液晶）模式、PDLC（聚合物分散液晶）模式、PNLC（聚合物网络液晶）模式、主客模式。

驱动电路部分121包括栅极线驱动电路121A和信号线驱动电路121B。栅极线驱动电路121A和信号线驱动电路121B每一个是用于驱动包括多个像素的像素部分122的驱动电路，且包括移位寄存器电路（也被称为移位寄存器）。

注意，栅极线驱动电路121A和信号线驱动电路121B可在与像素部分122或开关元件127相同的衬底上形成。可选地，栅极线驱动电路121A和信号线驱动电路121B可被形成在另一个衬底上。

受控于显示控制电路113的高电源电位Vdd、低电源电位Vss、起动脉冲SP、时钟信号CK、以及图像信号Data（数据）被提供到驱动电路部分121。

端子部分126是输入端子，其对驱动电路部分121提供从图像处理电路110的显示控制电路113输出的预定信号（诸如高电源电位Vdd、低电源电位Vss、起动脉冲SP、时钟信号CK、图像信号Data、或公共电位Vcom）等。

根据从显示控制电路113输出的控制信号，开关元件127为公共电极部分128提供公共电位Vcom。可使用晶体管作为开关元件127。可采用以下结构：晶体管的栅电极连接至显示控制电路113、晶体管的源电极和漏电极中的一个通过端子部分126连接至公共电位Vcom、且晶体管的源电极和漏电极中的另一个连接至公共电极部分128。注意，可在与驱动电路部分121或像素部分122相同的衬底上形成开关元件127。可选地，可在另一个衬底上形成开关元件127。

公共连接部分电连接公共电极部分128和连接至开关元件127的源电极或漏电极的端子。

作为公共连接部分的特定示例，可使用其中绝缘球涂敷有薄金属膜的金属导电粒子或导电粒子，从而制成电连接。注意，可在第一衬底和第二衬底之间设置两个或更多个公共连接部分。

公共电极部分128与像素部分122中的多个像素电极相交迭。进一步，公共电极部分128和像素部分122中所包括的像素电极可具有各种开口图案。

接着，将描述其中图像处理电路110处理信号的步骤。

在这个实施例中，取决于帧之间的差异而确定显示控制电路113的操作和选择电路115的操作。在其中比较电路112检测到任何像素中的帧之间的差异的情况下，比较电路112判断该图像信号不是用于显示静态图像的且在检测到差异的连续帧周期中的图像信号是用于显示动态图像的。

另一方面，在其中通过在比较电路112中比较图像信号在所有像素中没有检测到差异的情况下，从中未检测到差异的帧周期中的图像信号被判断为用于显示静态图像的信号。

此处，动态图像是指通过快速切换按时间被划分成多个帧的多个图像来用人眼识别为动态图像的图像。具体地，通过每秒至少60次（60帧）地切换图像，这些图像被人眼识别为平衡的动态图像。反之，静态图像是指用在连续帧（例如，在第n帧和第(n+1)帧中）中没有变化的图像信号显示的图像，而在动态图像的情况下被按时间分割为多个帧周期的多个图像被快速切换来操作。

换言之，取决于连续帧中的图像信号之间的差异的存在或不存在，由比较电路112确定连续帧中的图像信号是用于显示动态图像的图像信号还是用于显示静态图像的图像信号。注意，比较电路112可被设置以从差异的绝对值判断差异的检测。

在其中比较电路112在连续帧之间没有检测到差异的情况下，即，其中显示静态图像的情况下，选择电路115停止从存储器电路111中的帧存储器到显示控制113的输出。采用了其中图像信号没有被从帧存储器输出到显示控制电路113的结构，藉此可减少显示设备的功耗。

在这个实施例中，比较电路112检测连续帧中图像信号之间的差异，从而判断图像信号是用于显示静态图像还是动态图像的信号；然而，显示设备可具有转换所显示的图像的模式的功能。转换所显示的图像的模式的功能对应于转换动态图像模式和静态图像模式的功能，这以此方式进行：显示设备的操作模式由用户手动选择或在使用外部连接端子的情况下选择。

在其中显示设备具有如上功能的情况下，还有可能选择电路115根据从模式切换电路输入的信号来将图像信号输出至显示控制电路113。

例如，假设当采用静态图像模式时，模式切换信号从模式选择电路输入至选择电路115。然后，即使在比较电路112没有检测到连续帧周期的图像信号之间的差异的情况下，静态图像模式可被变化至动态图像模式，其中从存储器电路111输入至选择电路115的图像信号被连续地输出至显示控制电路113。在当采用动态模式时，模式转换信号从模式转换电路输入至选择电路115的情况下，通过与上文相反的操作，动态图像模式可被转换为静态图像模式。作为结果，在本实施例的显示设备中，动态图像中的一帧被显示为静态图像。

注意，如上所述，在其中对本实施例的显示设备提供软件判断图像资源的模式（该图像资源是用于显示动态图像还是静态图像）的情况下，存储器电路111、比较电路112、和选择电路115并不执行上述操作。在其中软件判断图像资源的模式的情况下，用于控制图像模式的信号和图像信号一起被直接输入到显示控制电路113且因此显示被控制。

显示设备可具有确定图像资源的模式由是由上述电路（硬件）判断的还是由软件判断的并在合适时在其中转换的附加功能。注意，在其中图像资源的模式的判断是仅由软件判断的显示设备中，可省略存储器电路111、比较电路112、和选择电路115。

在这个实施例中所述的显示设备中，可设置可检测显示设备所在的环境的亮度的光学传感器116。显示控制电路113可根据由光学传感器116所检测到的亮度而改变显示面板120的驱动方法。

例如，当光学传感器116检测到微弱外部光，即，当光学传感器116检测到显示设备被置于黑暗环境中时，光学传感器116将信号直接或通过另一个电路传送至显示控制电路113，且显示控制电路113控制背光源的亮度从而节省电力并改进识别准确度。在透光的液晶显示设备的情况下，在黑暗地方亮度优选地被控制为较低，因为黑暗地方的识别准确度高于明亮地方的识别准确度。在半透光的液晶显示设备的情况下，已经被关闭的背光源优选地被打开从而显示器的识别准确度可被改进。在其中环境的黑暗和明亮被反向变化的情况下，优选地以与上述相反的方式控制背光源。

接着，将描述在静态图像模式中对像素重新写入信号的操作（即，刷新操作）。

在本发明的一个实施例中，为显示设备的像素123设置减少了截止状态电流的晶体管。当晶体管处于截止状态时，连接至截止状态电流被减少的晶体管的显示元件和累积在电容器中的电荷较少可能被通过处于截止状态的晶体管被泄露。因此，在晶体管进入截止状态前被写入信号的状态可被保持达长时间段。

然而，晶体管没有作为完全非易失性晶体管，因为即使截止状态电流量可能极小还是有截止状态电流流动；因此，在需要时应该重复执行写入像素从而保持显示。晶体管的截止状态电流具有温度依赖性，且当温度被增加时截止状态电流被增加。以此方式，当晶体管的截止状态电流由于显示设备的操作环境而变化时，还改变了像素可保持预定电位的周期；因此，需要用于保持显示的信号的重新写入（即，刷新操作）的最优间隔段并不是不变的。

为了在任何环境中保持显示，以有规律的时间间隔进行刷新操作；因此，像素可保持电位。然而，假设最为苛刻的操作环境，间隔应该适应于这样的操作环境，且当刷新操作的间隔是不变的时，电力无法被充分地节省。为了进一步节省电力，优选地根据操作环境而在需要时进行刷新操作。

为了实现此，可采用通过监测实际显示状态并检测状态变化而确定刷新操作的时序的装置。具体地，使用了检测从液晶显示面板传递来的光的亮度的光学传感器117。

光学传感器117直接地或通过另一个电路，连接至显示控制电路113。当从液晶显示设备传递来的光的亮度的变化率达到或超过预定值时，执行显示区域和监测像素中的像素的刷新操作（随后将要描述）。注意，这个实施例的光学传感器具有至少光电转换部分，且并不必须具有放大、算术等的功能。放大、算术等可在另一个电路中进行。

可使用对于可见光具有敏感度的光接收元件作为光学传感器。优选的是对于可见光波长范围内的光具有峰值敏感度。光接收元件的光接收部分被设置为传送来自液晶显示设备侧的光。

图2A到2C各自示意地示出液晶显示设备和光学传感器之间的位置关系。注意，没有示出晶体管、偏振板等。图2A示出透射液晶显示设备的示例。其上形成晶体管的第一衬底710和位于第一衬底710相对侧的第二衬底720夹持液晶层730，且背光源部分740被设置在第一衬底710侧。例如，光电传感器750被设置在第二衬底720上，且透射液晶层730的来自背光源的光通过由箭头所示的光学路径进入光电传感器。此处，光学传感器750对应于图1中的光学传感器117。

此时，光可通过光导板780进入光学传感器750。通过使用光导板780，可在给定位置设置光学传感器750（见图2B）。光学传感器的数量不限于一个，且可设置多个光学传感器。光学传感器的位置和尺寸并不被特定地限制，只要它们被设置在液晶显示面板的显示区域外。

在包括液晶层的区域760中（区域760用虚线表示且位于光学传感器750下），形成监测像素来改进光的检测敏感度。光学传感器主要检测透射监测像素的液晶显示层730的光。这个监测像素被形成在位于显示区域之外被覆盖有外壳700的区域中，且位于该区域上的光学传感器750被设置在光从外壳700的开口部分770不直接被传递至的位置。此处，监测像素的数量并不限于一个，且根据光学传感器的位置和数量而设置多个监测像素。监测像素的尺寸和数量是任选的，且可根据光学传感器的敏感度和液晶显示面板的设计而由操作者来确定。

监测像素被提供电位从而执行显示，且使用该光学传感器监测所透射的光随时间的变化。例如，在常白液晶设备的情况下，存在由于像素电位的减少引起的黑显示被变化至白显示的过程，且在当其变化率达到预定值时的时序可执行刷新操作。在常黑液晶设备的情况下，存在由于像素电位的减少引起的白显示变化至黑显示的过程。毋庸赘言，这些白显示和黑显示并不必须是全白显示和全黑显示，只要至少在中间色状态监测到该变化即可。滤色器可被包括在监测像素中。

液晶显示元件采用常白模式还是常黑模式由液晶和偏振板之间的关系所确定。例如，在其中偏振板被设置在正交尼科耳棱镜状态中且组合使用TN液晶的情况下，采用常白模式；在其中偏振板被设置在正交尼科耳棱镜状态中且组合使用IPS液晶或VA液晶的情况下，采用常黑模式。

图2C示出半透射液晶显示设备的示例，且除了用于检测外部光的光学传感器外，可采用类似于透射液晶显示设备的结构。其上形成晶体管的第一衬底810和位于第一衬底810相对侧的第二衬底820夹持液晶层830，且背光源部分840被设置在第一衬底810侧。在第二衬底上设置光学传感器580a。进一步，为刷新操作设置用于检测外部光的光学传感器580b。此处，光学传感器850a对应于图1中的光学传感器117，且用于检测外部光的光学传感器580b还用作光学传感器116。

在区域860中形成监测像素，且监测像素完全由包括开口部分870的外壳800所覆盖。即使在其中使用半透射液晶显示设备作为反射类型的情况下，监测像素具有改进光学传感器上的光的检测敏感度的效果。此处，光学传感器的数量、用于检测外部光的光学传感器的数量、以及监测像素的数量均不限于一个，且每一个可被设置为多个。

在其中背光源操作且半透射液晶显示设备被用作透射类型的情况下，半透射液晶显示设备的操作与透射液晶显示设备的操作一样。另一方面，在其中半透射液晶显示设备被用作反射类型的情况下，例如，透射液晶层830传送并被反射的光通过图中箭头所示的光路径进入光学传感器580a。每一个被反射的光的亮度取决于外部光的亮度。

即，由光学传感器850a随时间所检测到的来自液晶显示面板侧的被反射的光的亮度变化是由于外部光的变化以及像素的电位减少引起的。因此，从用于检测外部光的光学传感器850b所检测到的外部光的亮度的变化率和由光学传感器580a所检测到的经反射的光的亮度的变化率之间的差异计算出来由于像素电位下降引起的所反射的光亮度的变化率。因此，可确定刷新操作的时序。

在观看者可易于感知到图像质量的劣化之前的时机可执行这个刷新操作。注意，在本实施例的液晶显示设备中，保持像素电位的时间段极长且图像质量没有快速劣化。因此，即使当图像质量实际劣化时，由于图像质量缓慢劣化，观看者在一些情况下不可感知到劣化。因此，如果执行刷新操作从而快速地恢复图像质量，观看者感知到恢复且感觉到不自然的显示状态。为了避免如此，可执行刷新操作来逐渐增加像素电位；因此，图像质量可被逐渐恢复从而观看者不可易于感知图像质量的变化。

接着，将参考图3中的显示设备的等效电路图和图4中的时序图而描述提供至像素的信号。

如图3中所示，像素123被设置有晶体管214、显示元件215、和电容器210。注意，在这个实施例中，液晶元件被用作显示元件215。

晶体管214的栅电极连接至设置在像素部分中的多个栅极线124中的一个。晶体管214的源电极和漏电极中的一个连接至多个信号线125中的一个。晶体管214的源电极和漏电极中的另一个连接至电容器210的一个电极和显示元件215的一个电极。

使用这样的结构，电容器210可保持施加至显示元件215的电压。注意，可采用其中未设置电容器210的结构。电容器210的另一个电极可被连接至电容器线（此处未示出）。

开关元件127的源电极和漏电极中的一个连接至电容器210的另一个电极和显示元件215的一个电极。开关元件127的源电极和漏电极中的另一个通过公共连接部分连接至端子126B。开关元件127的栅电极连接至端子126A。

在图4的时序图中，示出了由显示控制电路113向栅极线驱动电路121A提供的时钟信号GCK和起始脉冲GSP。此外，示出了显示控制电路113向信号线驱动电路121B提供的时钟信号SCK和起始脉冲SSP。注意，为描述时钟信号输出时的时序，用图4中的简单矩形波示出时钟信号的波长。

在图4中，示出了信号线125的电位、像素电极的电位、端子126A的电位、端子126B的电位、以及公共电极部分的电位。

图4中的周期401对应于写入用于显示动态图像的图像信号的周期。在周期401中，执行操作以使图像信号和公共电位被提供到像素电路部分中的像素和公共电极部分。

进一步，周期402对应于显示静态图像的周期。在周期402中，停止向像素电路部分中的像素和公共电极提供图像信号和公共电位。注意，在图4中的周期402中提供每一个信号，从而停止了驱动电路部分的操作；然而，优选的是需要时通过刷新操作防止图像的劣化从而保持静态图像。在这个实施例中，描述了使用光学传感器用于确定时序的方法。

在周期401中，在所有时间提供时钟信号作为时钟信号GCK，且根据竖直同步频率提供脉冲作为起始脉冲GSP。进一步，在周期401中，在所有时间提供时钟信号作为时钟信号SCK，且根据一个门选周期提供脉冲作为起始脉冲SSP。

进一步，在周期401中，通过信号线125向每一行的像素提供图像信号Data，且根据栅极线124的电位向像素电极提供信号线125的电位。

另外，在周期401中，显示控制电路向连接至开关元件127的栅电极的端子126A提供使得开关元件127被导通的电位，且通过端子126B向公共电极部分提供公共电位。

另一方面，在周期402中，停止了时钟信号GCK、起始脉冲GSP、时钟信号SCK、和起始脉冲SSP的提供。进一步，在周期402中，还停止了已经被提供至信号线125的图像信号Data的提供。在其中时钟信号GCK和起始脉冲GSP的提供均被停止的周期402中，像素中的晶体管214被截止；因此，像素电极进入浮动状态。

在周期402中，显示控制电路向连接至开关元件127的栅电极的端子126A提供使得开关元件127截止的电位，且公共电极部分进入浮动状态。

在周期402中，显示元件215的像素电极和公共电极部分进入浮动状态；因此，在周期402中在不提供另一个电位的情况下可显示静态图像。

停止向栅极线驱动电路121A和信号线驱动电路121B供应时钟信号和起动脉冲，藉此可实现低功耗。

特定地，对于像素的晶体管214和开关元件127使用截止状态电流被减少的晶体管，可防止施加至显示元件215的两个端子的电压随时间被降低。

接着，将参考图5A和5B而描述在动态图像被变化至静态图像的周期（图4的周期403）和其中静态图像被变化至动态图像的周期（图4的周期404）中的显示控制电路的操作。图5A和5B每一个是从显示控制电路输出的高电源电位Vdd、时钟信号（此处，GCK）、起始脉冲信号（此处，GSP）、和端子126A的电位的时序图。

在其中动态图像变化至静态图像的周期中显示控制电路的操作被图示在图5A中。显示控制电路停止起始脉冲GSP的提供（图5A中的E1）。接着，停止起始脉冲GSP的提供且，然后，在脉冲输出达到移位寄存器的最后级之后停止多个时钟信号GCK的提供（图5A中的E2）。然后，电源电压的高电源电位Vdd变化至低电源电位Vss（图5A中的E3）。此后，端子126A的电位变成使开关元件127截止的电位（图5A中的E4）。

经由以上步骤，可停止向驱动电路部分121供应信号，同时驱动电路部分121不发生故障。在动态图像变化至静态图像中的故障导致噪声，且受到噪声影响的静态图像被保持。因此，安装有其中故障较少可能被导致的显示控制电路的显示设备可显示其质量基本没有被劣化的静态图像。

接着，在其中静态图像变化至动态图像的周期中显示控制电路的操作被图示在图5B中。显示控制电路将端子126A的电位变化为使开关元件127导通的电位（图5B中的S1）。然后，电源电压从低电源电位Vss变成高电源电位Vdd（图5B中的S2）。接着，在时钟信号的提供之前施加高电平电位，且然后提供多个时钟信号GCK（图5B中的S3）。接着，提供起动脉冲信号GSP（图5B中的S4）。

通过上述步骤，可重新开始向驱动电路部分121提供驱动信号，同时驱动电路不发生故障。连线的电位按顺序变回到显示动态图像时的电位，从而可驱动驱动电路部分而不发生故障。

图6示意性示出在其中显示动态图像的周期601中和在其中显示静态图像的周期602中，每个帧周期的图像信号写入的频率。在图6中，“W”指示其中写入图像信号的周期，而“H”指示其中保持图像信号的周期。此外，周期603是图6中的一个帧周期；然而，周期603可以是不同的周期。

因此，在本实施例的显示设备的结构中，在周期604中写入在周期602中显示静态图像的图像信号，且在周期604中被写入的图像信号在周期602中被保持。

通过上述步骤，在本实施例所述的显示设备中，动态图像模式和静态图像模式可被自动地彼此转化，且可在其中显示静态图像的周期中减少图像信号的写入频率。作为结果，可减少显示静态图像时的功耗。

当显示静态图像时，并非通过设定时间而是通过用光学传感器监测实际显示状态而确定刷新操作的时序。进一步，以对于操作环境而言适合的间隔执行刷新操作，藉此可进一步减少功耗。

可与其他实施例中所述的任一结构适当组合地实现本实施例。

[实施例2]

在图7中，示出液晶显示模块1190的结构。液晶显示模块1190包括背光源部分1130；设置在与背光源部分1130相交迭的位置处的滤色器；其中液晶元件被以矩阵设置的显示面板1120；以及显示面板1120被置于两者之间的偏振板1125a和偏振板1125b。背光源部分1130是发出均匀白光的表面发射背光源部分。例如，背光源部分1130可包括被置于光导板端部的白色LED1133和被设置在光导板和显示面板1120之间的漫射板1134。此外，用作外部输入端子的柔性印刷电路（PFC）1126电连接至设置在显示面板1120中的端子部分。

在图7中，用箭头示意性地示出三种色彩的光1135（R、G和B）。从背光源部分1130发出的光由与显示面板1120的滤色器相交迭的液晶元件所调制并通过液晶显示模块1190到达观看者，从而观看者感知到图像。

进一步，图7示意性地示出其中外部光1139透射显示面板1120上的液晶元件并由位于液晶元件下的电极所反射的状态。透射液晶元件的光的亮度由图像信号所调制；因此，观看者还可通过外部光1139的反射光感知图像。

图8A是显示区域的平面图且示出其一个像素。图8B是沿图8A的线Y1-Y2和Z1-Z2所取的截面图。

在图8A中，多个源极连线层（包括源或漏电极层1405a）被设置为平行（在图中的垂直方向中延伸）地彼此间隔。多个栅极连线层（包括栅电极层1401）被设置为在与源极连线层基本垂直的方向（图中的水平方向）中延伸且彼此间隔。电容器连线层1408被配置为与多个栅极连线层相邻且在基本与栅极连线层平行的方向中延伸，即，在与源极连线层基本垂直的方向中（在图中的水平方向）。

图8A和8B中的液晶显示设备是半透射液晶显示设备，其中像素区域包括反射区域1498和透射区域1499。在反射区域1498中，反射电极层1446被堆叠在透光导电层1447上方作为像素电极层，且在透射区域1499中，仅透光导电层1447被设置为像素电极层。注意，其中透光导电层1447和反射电极层1446被依序堆叠在层间膜1413上的示例被图示于图8A和8B中。然而，可采用其中反射电极层1446和透光导电层1447被依序堆叠在层间膜1413上的示例。绝缘膜1407、绝缘膜1409、和绝缘膜1413被设置在晶体管1450上。透光导电层1447和反射电极层1446通过设置在绝缘膜1407、绝缘膜1409、和绝缘膜1413中的开口（接触孔）电连接至晶体管1450。在透射区域1499中，用作滤色器层的着色层1416被设置在绝缘膜1409和层间膜1413之间。

如图8B中所示，公共电极层1448（也被称为对电极层）被形成在第二衬底1442上且面对着位于第一衬底1441上的透光导电层1447和反射电极层1446，中间设置有液晶层1444。注意，在图8A和8B的液晶显示设备中，在透光导电层1447和反射电极层1446、与液晶层1444之间，设置有取向膜1460a。取向膜1460b被设置在公共电极层1448和液晶层1444之间。取向膜1460a和1460b是绝缘层，具有控制液晶的取向的功能，且因此并不是必须设置的，这取决于液晶的材料。

晶体管1450是具有底栅结构的倒交错晶体管的示例且包括栅电极层1401、栅绝缘层1402、半导体层1403、源或漏电极层1405a、和源或漏电极层1405b。此外，与栅电极层1401在同一步骤中被形成的电容器连线层1408、栅绝缘层1402、以及与源或漏电极层1405a和源或漏电极层1405b在同一步骤中被形成的导电层1449被堆叠以形成电容器。注意，优选地设置使用铝（Al）、银（Ag）等反射导电膜形成的反射电极层1446，从而覆盖电容器连线层1408。

在这个实施例中的半透射液晶显示设备，通过控制晶体管1450的导通和截止，在透射区域1499中执行动态图像的彩色显示且在反射区域1498中执行静态图像的单色（黑和白）显示。

在透射区域1499中，通过来自设置在第一衬底1441侧上的背光源的入射光进行图像显示。当用作滤色器的着色层1416被设置在液晶显示设备中时，来自背光源的光透射着色层1416，藉此可在透射区域中执行彩色显示。例如，在执行全色彩显示的情况下，可使用示出红色（R）、绿色（G）、或蓝色（B）的材料形成滤色器，或可使用示出黄色、青色、品红等的另一种材料形成滤色器。

在图8A和8B中，用作滤色器的着色层1416被设置在保护绝缘膜1409和层间膜1413之间。由于着色层1416用作滤色器，可使用仅透射以彩色着色的光的材料形成的透光树脂层。考虑所包括的着色材料的浓度和光的透射率之间的关系，可按需调节着色层1416的最优厚度。在其中透光彩色树脂层的厚度根据彩色而变化的情况下或者在由于晶体管而存在表面不平坦度的情况下，可堆叠透射可见光范围内的绝缘层（所谓无色、透明绝缘层）用于层间膜表面的平坦化。

在其中着色层1416被直接形成在第一衬底1441侧的情况下，可更准确地控制形成区域且这个结构可调节为具有微图案的像素。可选地，着色层1416可被用作层间膜。

可使用感光或不感光的有机树脂通过涂覆法形成着色层1446。

另一方面，在反射区域1498中，通过由反射电极层1446反射从第二衬底1442入射的外部光而执行图像显示。

图9和图10中示出在液晶显示设备中，反射电极层1446被形成为具有不平坦度的示例。图9示出其中反射区域1498中的绝缘膜1413的表面被形成为具有不平坦形状以使反射电极层1446具有不平坦形状的示例。层间膜1413的表面的不平坦形状可通过执行选择性蚀刻而被形成。例如，具有不平坦形状的层间膜1413可通过在光敏有机树脂上进行光刻步骤而被形成。图10示出其中突出的结构本体被设置在反射区域1498中的绝缘膜1413上从而反射电极层1446具有不平坦形状的示例。注意在图10中，通过堆叠绝缘层1480和绝缘层1482形成突出的结构本体。例如，氧化硅、氮化硅等的无机绝缘层可被用作绝缘层1480，且诸如聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂之类的有机树脂可被用作绝缘层1482。首先，通过溅射法在层间膜1413上形成氧化硅膜，且通过涂覆法在氧化硅膜上形成聚酰亚胺树脂膜。使用氧化硅膜作为蚀刻终止层来蚀刻聚酰亚胺树脂膜。使用经蚀刻的聚酰亚胺树脂作为掩模来蚀刻氧化硅膜，从而包括绝缘层1480和绝缘层1482的堆叠的突出结构本体可被形成为如图10中所示。

当反射电极层1446具有如图9和图10中所示的不平坦表面时，来自外侧的入射光被不规则地反射，从而可进行更良好的图像显示。相应地，改善了图像显示的可见度。

注意，图8A和8B、图9、和图10每一个示出其中在反射区域1498中进行单色显示的示例；然而，还可在反射区域1498中进行彩色显示。图11A和11B示出在透射区域1499和反射区域1498中均进行全色显示的示例。

图11A和11B示出其中在第二衬底1442和公共电极层1448之间设置滤色器1470的示例。通过在反射电极层1446和位于观看者侧的第二衬底1442之间设置滤色器1470，被反射电极层1446反射的光透射滤色器1470，从而可进行彩色显示。

滤色器可被设置在第二衬底1442的外侧（与液晶层1444相对的一侧上）。

注意还是在图9和图10中，如果滤色器1470替代着色层1416被设置为如图11B中所示，可在反射区域1498中进行全色显示。

[实施例3]

在本实施例中，描述可应用于本说明书中所公开的液晶显示设备的晶体管的另一示例。对于可应用于本说明书中所公开的液晶显示设备的晶体管的结构没有特定限制；例如，可采用具有顶栅结构或底栅平面结构的交错型或平面型。晶体管可具有其中形成一个沟道形成区的单栅结构、其中形成两个沟道形成区的双栅结构、或者其中形成三个沟道形成区的三栅结构。可选地，晶体管可具有双栅结构，其包括位于沟道形成区上方和下方的两个栅电极层，栅绝缘层被夹在其中。图12A至12D每一个示出晶体管的截面结构的示例。图12A到12D所示的晶体管每一个包括氧化物半导体。使用氧化物半导体的优势在于可以相对简单和低温的工艺获得高迁移率和低截止态电流：然而，毋庸赘言可使用另一种半导体。

图12A中所示的晶体管2410是多个底栅薄膜晶体管的其中一个，且也被称为倒交错薄膜晶体管。

在具有绝缘表面的衬底2400上，晶体管2410包括，栅电极层2401、栅绝缘层2402、氧化物半导体层2403、源电极层2405a、和漏电极层2405b。此外，设置覆盖晶体管2410并堆叠在氧化物半导体层2403上的绝缘层2407。在绝缘层2407上形成保护绝缘层2409。

图12B中所示的晶体管2420是被称为沟道保护结构的底栅结构之一且也被称为倒交错薄膜晶体管。

在具有绝缘表面的衬底2400上，晶体管2420包括，栅绝缘层2402、氧化物半导体层2403、用作覆盖氧化物半导体层2403的沟道保护层的绝缘层2427、源电极层2405a、以及漏电极层2405b。形成保护绝缘层2409来覆盖晶体管2420。

图12C中所示的晶体管2430是底栅薄膜晶体管，且在具有绝缘表面的衬底2400上，包括栅电极层2401、栅绝缘层2402、源电极层2405a、漏电极层2405b、以及氧化物半导体层2403。设置了覆盖晶体管2430并与氧化物半导体层2403相接触的绝缘层2407。在绝缘层2407上形成保护绝缘层2409。

在晶体管2430中，栅绝缘层2402被设置在衬底2400和栅电极层2401上并与两者相接触，且源电极层2405a和漏电极层2405b被设置在栅绝缘层2402上并与之相接触。进一步，在栅绝缘层2402、源电极层2405a、和漏电极层2405b上设置氧化物绝缘层2403。

图12D中所示的晶体管2440是一种顶栅薄膜晶体管。在具有绝缘表面的衬底2400上，晶体管2440包括，绝缘层2437、氧化物半导体层2403、源电极层2405a、漏电极层2405b、栅绝缘层2402、和栅电极层2401。连线层2436a和连线层2436b被设置为分别与源电极层2405a和漏电极层2405b接触并分别电连接至源电极层2405a和漏电极层2405b。

在本实施例中，氧化物半导体层2403被用作如上所述的晶体管中所包括的半导体层。作为被用于氧化物半导体层2403的氧化物半导体材料，可使用如下金属氧化物中的任意：作为四元素金属氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物；作为三元素金属氧化物的In-Ga-Zn-O基金属氧化物、In-Sn-Zn-O基金属氧化物、In-Al-Zn-O基金属氧化物、Sn-Ga-Zn-O基金属氧化物、Al-Ga-Zn-O基金属氧化物、以及Sn-Al-Zn-O基金属氧化物；作为二元素金属氧化物的In-Zn-O基金属氧化物、Sn-Zn-O基金属氧化物、Al-Zn-O基金属氧化物、Zn-Mg-O基金属氧化物、Sn-Mg-O基金属氧化物、和In-Mg-O基金属氧化物；In-O基金属氧化物；Sn-O基金属氧化物；和Zn-O基基金属氧化物。进一步，Si可包含在氧化物半导体中。此处，例如，In-Ga-Zn-O基氧化物半导体是含至少In、Ga和Zn的氧化物半导体，并且对组分比没有特定限制。进一步，In-Ga-Zn-O基氧化物半导体可包含除In、Ga和Zn之外的元素。

可使用由化学式InMO₃(ZnO)_m(m>0)表示的薄膜作为氧化物半导体层2403。在此，M表示从Ga、Al、Mn、以及Co中选择的一种或多种金属元素。例如，M可以是Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。

在各自包括氧化物半导体层2403的晶体管2410、2420、2430、和2440中，截止状态中的电流值（截止状态电流之）可较小。因此，可扩展图像数据等的电信号的保持周期，且写入操作之间的间隔可被设置为更长。因此，可降低刷新操作的频率，这导致抑制功耗的效果。

此外，包括氧化物半导体层2403的晶体管2410、2420、2430、和2440的每一个可以高速操作，因为它们可实现相对更高的场效应迁移率。因此，通过为液晶显示设备的像素部分使用这种晶体管，可提供高质量的图像。此外，由于在一个衬底上，可使用晶体管形成驱动电路部分和像素部分，可减少液晶显示设备的组件的数量。

作为具有绝缘表面的衬底2400，可使用由钡硼硅玻璃、铝硼硅玻璃等制成的玻璃衬底。

在底栅晶体管2410、2420、和2430中，可在衬底和栅电极层之间设置用作基膜的绝缘膜。该基膜具有防止杂质元素从衬底扩散的功能，并且可形成为具有使用选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一种或多种膜的单层或层叠结构。

可使用诸如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪之类的金属材料或包括这些材料中的任一种作为其主要组分的任何合金材料来形成具有单层结构或层叠结构的栅电极层2401。

可通过等离子体CVD法、溅射法等来使栅绝缘层2402形成为具有使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、或氧化铪层中的一个或多个的单层结构或叠层结构。例如，通过等离子体CVD法，形成厚度大于或等于50nm且小于或等于200nm的氮化硅层（SiN_y(y>0)）作为第一栅绝缘层、且在第一栅绝缘层上形成厚度大于或等于5nm 且小于或等于300nm的氧化硅层（SiO_x(x>0)）作为第二栅绝缘层，从而形成整体厚度200nm的栅绝缘层。

可使用例如，包括选自Al,Cr,Cu,Ta,Ti,Mo,或W的元素的膜、包括选自这些元素中的任意的合金的膜作为被用于源电极层2405a和漏电极层2405b的导电膜。可选地，可采用其中在Al,Cu等金属层上和/或下堆叠Ti,Mo,W等的高熔点金属层的结构。当使用了添加了防止Al膜中产生小丘或须(whisker)的元素（Si,Nd,Sc等）的Al材料时，可增加耐热性。

可分别使用类似于源电极层2405a和漏电极层2405b的材料用于诸如连线层2436a和连线层2436b之类连接至源电极层2405a和漏电极层2405b的导电膜。

可选地，可使用导电金属氧化物形成将成为源电极层2405a和漏电极层2405b（包括使用与源和漏电极层一样的层形成的连线层）的导电膜。导电金属氧化物的示例是氧化铟（In₂O₃）、氧化锡（SnO₂）、氧化锌（ZnO）、氧化铟和氧化锡的合金（In₂O₃-SnO₂，简称为ITO）、氧化铟和氧化锌的合金（In₂O₃-ZnO）、以及包含硅的这种金属氧化物材料。

可使用无机绝缘膜（其典型示例为氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、和氧氮化铝膜），作为绝缘层2407、2427、和2437。

可使用诸如氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、或氮氧化铝膜之类的无机绝缘膜作为保护绝缘层2409。

可在保护绝缘层2409上形成平坦化绝缘膜，从而减少由晶体管的结构引起的表面不平坦度。可使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸、或苯并环丁烯之类的有机材料作为平坦化绝缘膜。作为这样的有机材料的可选项，可能使用低介电常数材料（低k材料）等。注意，可通过堆叠使用这些材料形成的多个绝缘膜来形成平面化绝缘膜。

如上所述，在这个实施例中，通过使用包括氧化物半导体层的晶体管可提供高性能液晶显示设备。

[实施例4]

在这个实施例中，将参考图13A到13E而详细描述包括氧化物半导体层的晶体管的示例以及用于制造包括氧化物半导体层的晶体管的方法的示例。

图13A至13E示出晶体管的截面结构的示例。图13A到13E中所示的晶体管2510是具有底栅结构的倒交错薄膜晶体管，这类似于图12A中所示的晶体管2410。

在这个实施例中被用作半导体层的氧化物半导体是i-型（本征）氧化物半导体或基本i-型（本征）氧化物半导体。该i-型（本征）氧化物半导体或基本i-型（本征）氧化物半导体以如下方式获得：尽可能将用作施主的氢从氧化物半导体中移除，且该氧化物半导体被高度提纯从而尽可能少地包含非氧化物半导体主要组分的杂质。换言之，不是通过添加杂质而是通过尽可能移除诸如氢或水之类的杂质而被高度提纯，根据本发明的一个实施例的氧化物半导体具有被制成i-型（本征）半导体或被制成接近于本征的特征。相应地，包括于晶体管2510中的氧化物半导体层是被高度提纯且被制成电i-型（本征）的氧化物半导体层。

此外，高度提纯的氧化物半导体包括极少的载流子(接近零)，并且载流子浓度低于1×10¹⁴/cm³、优选低于1×10¹²/cm³、更优选低于1×10¹¹/cm³。

由于氧化物半导体中的载流子的数量相当地小，因此可减小晶体管的截止状态电流。优选的是截止状态电流尽可能地小。

具体地，在包括氧化物半导体层的晶体管中，在室温时每微米沟道宽度的截止电流密度可小于或等于10aA/μm（1×10^-17A/μm）、进一步小于或等于1aA/μm（1×10^-18A/μm）、进一步小于或等于10zA/μm（1×10^-20A/μm）。

当处于截止状态的电流值（截止状态电流值）极小的晶体管被用作实施例1的像素部分中的晶体管时，在显示静态图像时刷新操作的次数可较小。

此外，在包含氧化物半导体层的晶体管2510中，几乎观察不到导通状态电流的温度依赖性，且截止状态电流保持极低。

下文中将参考图13A-13E来描述在衬底2505上制造晶体管2510的工艺。

首先，在具有绝缘表面的衬底2505上形成导电膜，且然后，通过第一光刻步骤和蚀刻步骤形成栅电极层2511。注意，可通过喷墨法形成抗蚀剂掩模。通过喷墨法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；由此可降低制造成本。

可使用类似于实施例3中所述的衬底2400的衬底用作具有绝缘表面的衬底2505。在本实施例中，玻璃衬底被用作衬底2505。

可在衬底2505与栅电极层2511之间设置用作基膜的绝缘膜。该基膜具有防止杂质元素从衬底2505扩散的功能，并且可形成为具有使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一种或多种的单层或层叠结构。

栅电极层2511可被形成为具有使用诸如钼、钛、钽、钨、铝、铜、钕、或钪之类的金属材料或包括这些材料中的任意作为其主要组分的合金材料的单层结构或层叠结构。

接着，在栅电极层2511上形成栅绝缘层2507。可通过等离子体CVD法、溅射法等来使栅绝缘层2507形成为具有使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、或氧化铪层中的一个或多个的单层结构或层叠结构。

对于本实施例中的氧化物半导体，使用通过移除杂质形成为i型或基本i型半导体的氧化物半导体。这样的高度提纯的氧化物半导体高度敏感于界面状态或界面电荷；因此，氧化物半导体层和栅绝缘层之间的界面是重要的。对此理由，要与高度提纯氧化物半导体接触的栅绝缘层需具有高质量。

例如，使用微波（例如，2.45GHz的频率）的高密度等离子体CVD是优选的，因为可形成具有高耐压性的致密的高质量绝缘层。高度提纯的氧化物半导体和高质量的栅绝缘膜彼此紧密地接触，藉此可减小界面状态密度，并且可获取良好的界面特性。

毋庸赘言，只要使用的方法能够形成作为栅绝缘层的高质量绝缘层，就可采用诸如溅射法、或等离子体CVD法的其它成膜方法。另外，有可能使用其与氧化物半导体层的界面的质量和特性通过在形成绝缘层之后执行的热处理而得以改进的绝缘层作为栅绝缘层。在任何情况下，形成了可减少与氧化物半导体的界面态密度且具有良好膜质量的绝缘层，作为栅绝缘层。

进一步，为了在栅绝缘层2507和氧化物半导体膜2530中尽可能少地包含氢、羟基、和水分，优选在溅射装置的预热腔中对衬底2505（其中衬底2505上形成有栅电极层2507，或者衬底2505上形成有直至栅绝缘层2507的多个层）进行预热作为氧化物半导体膜形成的预处理，以使吸收到衬底2511中的诸如氢气或水分的杂质被移除。作为为预热腔设置的排气单元，低温泵是优选的。要注意，可省略该预热处理。可类似地在衬底2505上进行这个预热处理，在衬底2505上，在绝缘层2516形成之前，直至源电极层2515a和漏电极层2515b的多个层被形成。

接着，在栅绝缘层2507上形成厚度大于或等于2nm且小于或等于200nm，优选大于或等于5nm且小于或等于30nm的氧化物半导体膜2530（参见图13A）。

要注意，在通过溅射法形成氧化物半导体膜2530之前，优选通过其中引入氩气并产生等离子体的反溅射去除粘附在栅绝缘层2507的表面上的粉末物质（还称作颗粒或灰尘）。反溅射指的是其中在氩气氛中通过使用RF电源将电压施加到衬底侧，且电离的氩与衬底碰撞，从而修饰衬底表面的一种方法。注意，可使用氮气氛、氦气氛、氧气氛等来代替氩气氛。

可使用实施例3中所述的氧化物半导体，诸如四组分金属氧化物、三组分金属氧化物、二组分金属氧化物、In-O-基金属氧化物、Sn-O-基金属氧化物、或Zn-O-基金属氧化物之类，作为用于氧化物半导体膜2530的氧化物半导体。进一步，Si可包含在上述氧化物半导体中。在本实施例中，通过使用In-Ga-Zn-O基金属氧化物靶的溅射法来形成氧化物半导体膜2530。此阶段的截面图对应于图13A。可选地，可在稀有气体（通常是氩）气氛、氧气氛、或包含稀有气体（通常是氩）和氧的混合气氛中通过溅射法形成氧化物半导体膜2530。

作为用于通过溅射法形成氧化物半导体膜2530的靶，例如，可使用具有组分比In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO=1:1:1[摩尔比]的金属氧化物等。可选地，可使用具有组分比为In₂O₃∶Ga₂O₃∶ZnO=1∶1∶2[摩尔比]的金属氧化物。氧化物靶的填充率高于或等于90%且低于或等于100%，优选高于或等于95%且低于或等于99.9%。通过使用具有高填充率的金属氧化物靶，所沉积的氧化物半导体层具有高密度。

优选的是，从中移除了诸如氢、水、羟基、或氢化物之类的杂质的高纯度气体被用作用于沉积氧化物半导体膜2530的溅射气体。

衬底被保持在处于减小压力下的沉积腔中，且衬底温度被设置成高于或等于100°C且低于或等于600°C，优选高于或等于200°C且低于或等于400°C。当衬底被加热时进行沉积，藉此可减少在所形成的氧化物半导体膜中的杂质浓度。另外，减少了由于溅射引起的对于氧化物半导体膜的损坏。可用以下方式在衬底2505上形成氧化物半导体膜2530：在去除沉积腔中残留的水分的同时向沉积腔引入去除了氢和水分的溅射气体，且使用如上所述的靶。为了去除残留在沉积腔中的水分，优选使用例如低温泵、离子泵、或钛升华泵的截留真空泵。另外，排气单元可以是设置有冷槽（cold trap）的涡轮分子泵。在用低温泵排气的沉积腔中，移除氢原子、包含氢原子的诸如水（H₂O）的化合物（更优选地，还有包含碳原子的化合物）等，藉此可减少在沉积腔中形成的氧化物半导体膜中的杂质浓度。

作为沉积条件的一个示例，衬底与靶之间的距离为100mm、压力为0.6Pa、直流（DC）功率为0.5kW、且气氛是氧气氛（氧流速的比例是100％）。要注意，优选使用脉冲直流电源，因为可减少在沉积中产生的粉末物质（也称作颗粒或灰尘）并且膜厚可以是均匀的。

然后，通过第二光刻步骤和时刻步骤将氧化物半导体膜2530处理成岛状氧化物半导体层。可通过喷墨法形成用于形成岛状氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。通过喷墨法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；由此可降低制造成本。

在栅绝缘层2507中形成接触孔的情况下，可在处理氧化物半导体膜2530的同时进行形成接触孔的步骤。

要注意，氧化物半导体膜2530的蚀刻可以是干法蚀刻、湿法蚀刻、或干法和湿法蚀刻两者。作为用于氧化物半导体膜2530的湿法蚀刻的蚀刻剂，例如，可使用磷酸、乙酸、和硝酸的混合溶液。可选地，可使用ITO-07N（由KANTO化学公司(KANTO CHEMICAL CO.,INC.)生产）。

接着，氧化物半导体层经受第一热处理。氧化物半导体层可通过该第一热处理来脱水或脱氢。第一热处理的温度高于或等于400°C且低于或等于750°C，或者高于或等于400°C且低于衬底的应变点。此处，将衬底引入作为热处理装置之一的电炉，并且在氮气氛中，在450°C下对氧化物半导体层进行热处理达1小时；由此，形成氧化物半导体层2531（见图13B）。

要注意，热处理装置不限于电炉，且可被设置为具有通过来自诸如电阻加热元件的加热元件的热传导或热辐射对要处理的对象进行加热的设备。例如，可使用诸如气体快速热退火（GRTA）装置或灯快速热退火（LRTA）装置之类的快速热退火（RTA）装置。LRTA装置是用于通过从诸如卤素灯、卤化金属灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯之类的灯发射的光（电磁波）辐射来对要处理的物体加热的装置。GRTA装置是用于使用高温气体来进行热处理的装置。作为高温气体，可使用不与要通过热处理处理的对象发生反应的、诸如氮或如氩的稀有气体等的惰性气体。

例如，可执行GRTA作为第一热处理，通过GRTA将衬底移入加热到高达650°C至700°C的温度的惰性气体中，加热数分钟，并且从加热到高温的惰性气体中移出。

注意，在第一热处理中，优选在氮或诸如氦、氖或氩之类的稀有气体中不包含水、氢等。优选的是，引入热处理装置的氮或稀有气体（诸如氦、氖、或氩）的纯度是6N（99.9999％）或更高，优选为7N（99.99999％）或更高（即，杂质浓度为1ppm或更低，优选为0.1ppm或更低）。

进一步，在通过第一热处理将氧化物半导体层加热之后，高纯度氧气、高纯度N₂O气体、或极干燥空气（露点低于或等于-40°C，优选低于或等于-60°C）可被引入同一个炉中。被引入热处理装置的氧气或N₂O气体的纯度优选为6N或更高、更优选为7N或更高（即，氧气或N₂O气体中的杂质浓度优选为1ppm或更低、更优选为0.1ppm或更低）。优选的是特定地在这些气体中不含有水、氢等。通过氧气或N₂O气体的作用，可提供作为氧化物半导体主要组分、且通过脱水或脱氢用于移除杂质的步骤的同时已经被消除的氧。通过这个步骤，氧化物半导体层被高度提纯且被制成电i型（本征）氧化物半导体。

可对未被处理成岛状氧化物半导体层的氧化物半导体膜2530进行氧化物半导体层的第一热处理。在此情况下，在第一热处理之后从加热装置取出衬底，并且随后进行光刻步骤。

要注意，只要第一热处理是在氧化物半导体层的沉积后进行的，则除了上述定时外，第一热处理可在以下定时中的任一定时进行：在氧化物半导体层上形成源电极层和漏电极层后；以及在源电极层和漏电极层上形成绝缘层后。

进一步，在栅绝缘层2507中形成接触孔的情况下，可在对氧化物半导体膜2530进行第一热处理之前或之后进行接触孔的形成。

进一步，还可使用以如下方式形成的氧化物半导体层：氧化物半导体被沉积两次，且在其上进行两次热处理。通过这样的步骤，可不依赖于基底组件而形成c-轴对齐地垂直于膜表面且具有较大厚度的晶体区（单晶区）。例如，沉积大于或等于3nm且小于或等于15nm的厚度的第一氧化物半导体膜，且在具有氮气氛、氧气氛、稀有气体气氛或干燥空气气氛中在高于或等于450°C且低于或等于850°C、优选高于或等于550°C且低于或等于750°C的温度下进行第一热处理，从而形成在包括表面的区域中具有晶体区（包括板状晶体）的第一氧化物半导体膜。然后，形成具有比第一氧化物半导体膜的厚度大的厚度的第二氧化物半导体膜，且在高于或等于450°C且低于或等于850°C、优选高于或等于600°C且低于或等于700°C的温度下进行第二热处理。通过这样的步骤，在整个第二氧化物半导体膜中，可使用将第一氧化物半导体膜用作籽晶从下部向上部进行晶体成长，藉此可形成具有厚晶体区的氧化物半导体层。

接着，在栅绝缘层2507和氧化物半导体层2531上形成要成为源电极层和漏电极层的导电膜（包括从与源电极层和漏电极层同一层形成的连线）。可使用实施例3中所描述的用于源电极层2405a和漏电极层2405b的材料，作为用作源电极层和漏电极层的导电膜。

在第三光刻步骤中在导电膜上形成抗蚀剂掩模，并进行选择性蚀刻，从而形成源电极层2151a和漏电极层2515b。然后，去除抗蚀剂掩模（参见图13C）。

紫外光、KrF激光、或ArF激光优选被用于在用于形成第三光刻步骤中的抗蚀剂掩模的曝光。稍后完成的晶体管的沟道长度L根据在氧化物半导体层2531上彼此相邻的源电极层与漏电极层的底部端部之间的距离来确定。在沟道长度L小于25nm的情况下，使用具有极短的数纳米至数十纳米波长的极紫外光来进行在第三光刻步骤中用于抗蚀剂掩模的形成时的曝光。用极紫外光的曝光导致高分辨率和大景深。因此，稍后完成的晶体管的沟道长度L可大于或等于10nm且小于或等于1000nm，且可增加电路的操作速度，并且进一步截止状态电流极小，并因此可实现低功耗。

为了减少光掩模的数量和光刻步骤中的步骤的数量，可使用通过多色调掩模形成的抗蚀剂掩模进行蚀刻步骤。通过其光被透射以具有多个亮度的使用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度。由于抗蚀剂掩模可通过灰化来改变形状，可进行多个蚀刻步骤，通过该多个蚀刻步骤，可由一个光刻步骤提供不同图案。由此，可减少曝光掩模的数量，并且还可减少相应的光刻步骤的数量，因此可实现工艺的简化。

要注意，优选将蚀刻条件优化成在蚀刻导电膜时氧化物半导体层2531不被蚀刻且不被分割。然而，难以获得其中仅蚀刻导电膜而氧化物半导体层2531根本不被蚀刻的蚀刻条件。在一些情况下，在蚀刻导电膜时，仅氧化物半导体层2531的一部分被蚀刻成具有槽部（凹部）的氧化物半导体层。

在本实施例中，Ti膜被用作导电膜且In-Ga-Zn-O基氧化物被用作氧化物半导体层2531；因此，可使用氨双氧水溶液（氨、水、以及双氧水溶液的混合溶液）被用作蚀刻剂。

接着，形成与氧化物半导体层的一部分接触的用作保护绝缘膜的绝缘层2516。在形成绝缘层2516之前，可进行使用诸如N₂O、N₂、或Ar之类的气体的等离子体处理来移除在氧化物半导体层的露出的表面上吸收的水等。

可适当地通过其使诸如水或氢之类的杂质不进入绝缘层2516的方法（诸如溅射法）来形成厚度为至少1nm的绝缘层2516。当氢被包含在绝缘层2516中时，氢可进入氧化物半导体层，或氧可被氢从氧化物半导体层中提取出来。在这样的情况下，可减少在被背沟道侧上的氧化物半导体层的电阻（位于背沟道侧上的氧化物半导体层可具有n-型导电率）且可形成寄生沟道。因此，用通过其使得绝缘层中不含有氢和含氢杂质的方法来形成绝缘层2516是重要的。

在本实施例中，通过溅射法形成厚度为200nm的氧化硅膜作为绝缘层2516。成膜时的衬底温度可高于或等于室温且低于或等于300°C，且在本实施例中为100°C。可在稀有气体（通常为氩）气氛下、氧气氛下、或稀有气体和氧的混合气氛下通过溅射法来形成氧化硅膜。可使用氧化硅靶或硅靶作为靶。例如，可使用硅靶，通过在含氧气氛中的溅射法形成氧化硅膜。对于被形成为与氧化物半导体层接触的绝缘层2516，优选地使用几乎不包括诸如水分、氢离子和OH-之类的杂质且阻止这样的杂质从外部进入的无机绝缘膜。通常，可使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜等。

为了在沉积氧化物半导体膜2530的同时移除残留在绝缘层2516的沉积室中的水分，优选地使用截留真空泵（诸如低温泵）。当绝缘层2516沉积在使用低温泵排气的沉积腔中时，可减小绝缘层2516中的杂质浓度。此外，作为用于去除残留在绝缘层2516的沉积腔中的水分的排气单元，可使用设置有冷槽的涡轮分子泵。

优选的是，从中移除了诸如氢、水、羟基、或氢化物之类的杂质的高纯度气体被用作用于沉积绝缘层2516的溅射气体。

接着，在惰性气体气氛或氧气气氛中进行第二热处理（优选在高于或等于200°C且低于或等于400°C、例如高于或等于250°C且低于或等于350°C的温度下）。例如，在氮气氛下、在250℃下执行第二热处理达一小时。在第二热处理中，部分的氧化物半导体层（沟道形成区）在与绝缘层2516相接触的状态中被加热。

通过上述步骤，可提供氧，其为氧化物半导体的主要组分，并与诸如氢、水、羟基、或氢化物（也被称为氢化合物）之类的杂质通过在氧化物半导体膜上进行的第一热处理而一起被减少。因此，氧化物半导体层被高度提纯且被制成电i型（本征）半导体。

通过以上步骤，形成晶体管2510（参见图13D）。

当具有很多缺陷的氧化硅层被用作氧化物绝缘层时，通过在形成氧化硅层后进行的热处理，包括在氧化物半导体层中的诸如氢、水、羟基、或氢化物之类的杂质可被扩散至氧化硅层。即，可进一步减少氧化物半导体层中的杂质。

可进一步在绝缘层2516上形成保护绝缘层2506。例如，通过RF溅射法形成氮化硅膜。RF溅射法优选作为保护绝缘层的成膜方法，因为其实现高的批量生产率。几乎不包含诸如水分之类的杂质且可防止杂质从外部进入的无机绝缘膜，诸如氮化硅膜或氮化铝膜，被优选地用作保护绝缘层。在本实施例中，使用氮化硅膜形成保护绝缘层2506（参见图13E）。

被用于保护绝缘层2506的氮化硅膜被以如下方式形成：在其上直至绝缘层2516的多个层被形成的衬底2505被加热至高于或等于100℃且低于或等于400℃，引入包含从中移除了氢和水的高纯度氮的溅射气体，且使用硅靶。还是在这个情况下，类似于绝缘层2516，优选地形成保护绝缘层2506，同时残留在处理腔中的水分被移除。

在形成保护绝缘层后，可在高于或等于100°C且低于或等于200°C下在空气中进一步进行热处理达长于或等于1小时且短于或等于30小时。该热处理可在固定温度下进行。可选地，下列温度变化被设为一个循环且可被重复数次：温度从室温增加至加热温度且然后减少至室温。

如上所述，使用包括用这个实施例制造的高度提纯的氧化物半导体层的晶体管，可进一步减少截止状态中的电流值（截止状态电流值）。因此，显示设备中的像素的电位可被保持达较长时间段，且刷新操作的频率可极低；因此，可增强抑制功耗的效果。

此外，由于包括高度提纯的氧化物半导体层的晶体管具有高场效应迁移率，高速操作是可能的。因此，通过为液晶显示设备的像素部分使用这种晶体管，可提供高质量的图像。进一步，通过使用该晶体管，可在和像素部分相同的衬底上形成驱动电路部分，且可减少液晶显示设备的组件数量。

[实施例5]

在这个实施例中，将参考图14、图15A到15D、和图16而描述像素结构，其能增加在半透射液晶显示设备中每一个像素中所反射的光和所透射的光的量。

图14示出在本实施例中所述的像素的平面结构。图15A和15B示出分别沿用图14中的虚线表示的X1-X2的部分和沿Y1-Y2的部分的截面结构。在本实施例所述的像素中，在衬底1800上，在像素电极部分中堆叠透光导电层1823、绝缘膜1824、和反射电极1825，且透光导电层1823和反射电极1825连接至设置于绝缘膜1827、绝缘膜1828、和有机区膜1822中的接触孔1855中的晶体管1851的漏电极1857。漏电极1857与电容器连线1853相交迭，两者之间放置有栅极绝缘膜1829，从而形成存储电容器1871（见图15A）。

晶体管1851的栅电极1858连接至连线1852，且晶体管1851的源电极1856连接至连线1854。其他实施例中的任意中所描述的晶体管可被用作晶体管1851。

外部光由反射电极1825所反射，从而像素电极可用作反射液晶显示设备的像素电极。反射电极1825被设置有多个开口部分1826。在开口部分1826中，反射电极1825不存在，且结构本体1820和透光导电层1823突出。背光源发出的光透射穿过开口部分1826，从而像素电极可用作透射液晶显示设备的像素电极。

图16是示出不同于图15B的示例的截面图，这是本发明的一个实施例，具有其中结构本体1820和透光导电层1823没有在开口部分1826中突出的结构。在图15B中，背光源出口1841和开口部分1826具有几乎相同的尺寸，而在图16中，背光源出口1841和开口部分1826具有不同的尺寸且距离背光源入口1842有不同距离。因此，在图15B中透光区域的面积可被制成大于图16中的面积，且可以说图15B中的截面形状是优选的。

结构本体1820被形成在开口部分1826的下层中从而与开口部分1826相交迭。图15B是沿图14中Y1-Y2部分的截面示图，其示出像素电极和结构本体1820的结构。图15C是部分1880的放大示图，且图15D是部分1881的放大示图。

所反射的光1832是由反射电极1825所反射的外部光。有机树脂膜1822的顶部表面是具有不平坦形状的弯曲表面。通过反射位于反射电极1825上具有不平坦形状的弯曲表面，可增加反射区域的面积，且减少了所显示的图像之外的物体的反射，从而可改进所显示的图像的可见度。在截面形状中，在具有弯曲表面的反射电极1825最为弯曲的点处的角度θR（由彼此面对的两个倾斜平面所形成）可大于或等于90°，优选地大于或等于100°且小于或等于120°（见图15D）。

结构本体1820包括位于开口部分1825侧上的背光源出口1841和位于背光源（未示出）侧上的背光源入口1842。结构本体1820的上部位于反射电极1825的表面上方且从反射电极1825的端部突出。结构本体1820的顶部表面和反射电极的上端部之间的距离H大于或等于0.1μm且小于或等于3μm，优选地大于或等于0.3μm且小于或等于2μm。背光源入口1842被形成为具有比背光源出口1841更大的面积。反射层1821被形成在结构本体1820的侧表面上（该表面上既没有形成背光源出口1841也没有形成背光源入口1842）。可使用具有透光性质的材料，诸如氧化硅（SiO_x）、氮化硅（SiN_x）、或氧氮化硅（SiNO）之类，形成结构本体1820。可使用具有高反射率的诸如铝（Al）或银（Ag）之类的材料形成反射层1821。

从背光源发出的被透射的光1831通过背光源入口1842进入结构本体1820。入射透射光1831中的一些直接从背光源出口1841发出，一些通过反射层1821被反射向背光源出口1841，且一些进一步被反射为返回背光源入口1842。

此时，根据通过背光源出口1841到背光源入口1842的结构本体1820的截面的形状，彼此面对的位于右和左的侧表面是倾斜表面。由侧表面形成的角度θT被制成小于90°，优选地大于或等于10°且小于或等于60°，从而从背光源入口1842入射的透射光1831可被有效地导入背光源出口1841。

在常规的半透射液晶显示设备中，当在像素电极部分中用作反射电极的电极面积为SR且在像素电极部分中用作透射电极的电极面积（开口部分1826的面积）为ST，两个电极的总面积比例为100%（SR+ST=100％）。在具有在本实施例中所述的像素结构的半透射液晶显示设备中，由于用作透射电极的电极面积ST对应于背光源入口1842的面积，在不增加开口部分1826的面积或背光源的亮度的情况下，所透射的光的量可被增加。换言之，从外观上看（inappearance），电极面积SR和电极面积ST的总体的比例可以是100％或更多。

根据本实施例，在不增加功耗的情况下，可获得具有明亮的且高质量显示的半透射液晶显示设备。

[实施例6]

在本实施例中，将描述包括任一以上实施例中所述的液晶显示设备的电子设备的示例。

注意，本实施例描述了可向其应用本发明的一个实施例中的显示设备及其驱动方法的一个示例。本发明的一个实施例还可被应用至具有显示静态图像功能的其他显示设备。

图17A示出电子书阅读器（也称为e-book reader），该电子书阅读器可包括外壳9630、显示部分9631、操作键9632、太阳能电池9633、以及充电和放电控制电路9634。该电子书阅读器设置有太阳能电池9633和显示面板，以使太阳能电池9633和该显示面板可自由地打开和关闭。在该电子书阅读器中，向显示面板、背光源部分、或图像处理电路供应来自太阳能电池的电力。图17A中的电子书阅读器可具有在显示部分上显示各种信息（例如，静止图像、活动图像、以及文本图像）的功能、在显示部分上显示日历、日期、时间等的功能、操作或编辑显示部分上所显示的信息的功能、通过各种软件（程序）控制处理的功能等。注意，在图17A中，包括电池9635和DCDC转换器（下文被简称为转换器9636）的结构被示为充电和放电控制电路9634的示例。

当使用半透射液晶显示设备作为显示部分9631时，在其中假设在相对较亮的调节下使用的情况下，图17A中所示的结构是优选的，因为通过太阳能电池9633的发电和电池9635中的充电可被有效地进行。注意，为了对电池9635有效地充电，太阳能电池9633设置在外壳9630的一表面和后表面中的每一个上的结构是优选的。注意，使用锂离子电池作为电池9635是有利的，因为例如可实现尺寸的减小。

参考图17B中的框图来描述图17A所示的充电和放电控制电路9634的结构和操作。在图17B中示出太阳能电池9633、电池9635、转换器9636、转换器9637、开关SW1至SW3、以及显示部分9631，并且电池9635、转换器9636、转换器9637、以及开关SW1至SW3对应于充电和放电控制电路9634。

首先，描述在太阳能电池9633使用外部光发电的情况下的操作的示例。太阳能电池发电的电压通过转换器9636来增大或降低，以使该电力具有用于对电池9635充电的电压。然后，当来自太阳能电池9633的电力用于显示部分9631的操作时，开关SW1导通，并且该电力的电压通过转换器9637来提升或降低以成为显示部分9631所需的电压。此外，当不进行在显示部分9631上的显示时，开关SW1截止，而开关SW2导通，从而可进行对电池9635的充电。

接着，描述不由太阳能电池9633使用外部光发电的情况下的操作。通过导通开关SW3，由转换器9637提升或降低累积在电池9635中的电力的电压。然后，来自电池9635的电力被用于显示部分9631的操作。

注意，虽然太阳能电池9633被描述为用于充电的装置的示例，但是可用另一装置来进行对电池9635的充电。此外，可使用太阳能电池9633和用于充电的另一装置的组合。

本申请基于2010年1月20日向日本专利局提交的日本专利申请系列号2010-010473，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims

1.一种显示设备，包括：

液晶显示面板；

功能性地连接至所述液晶显示面板的驱动电路的显示控制电路；

位于所述液晶显示面板中的监测像素，所述监测像素用于监测在静止图像的显示期间的图像劣化；和

功能性地连接至所述显示控制电路的光学传感器，所述光学传感器被配置为检测所述监测像素的亮度。

2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示控制电路被配置为根据所述亮度的变化率来控制所述驱动电路。

3.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述液晶显示面板包括显示区域，且

其中所述显示控制电路被配置为根据所述亮度的变化率来提供电位至所述显示区域中的像素。

4.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，

其中所述光学传感器被配置为检测由所述监测像素所反射的光。

5.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，

其中所述光学传感器具有对可见光波长范围内的光的峰值敏感度。

6.一种显示设备，包括：

液晶显示面板；

功能性地连接至该显示控制电路的背光部分；

功能性地连接至所述显示控制电路的光学传感器，所述光学传感器被配置为检测通过所述监测像素所传送的光。

7.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，所述显示控制电路被配置为根据通过所述监测像素所传送的所述光的亮度的变化率，来控制所述驱动电路。

8.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，所述液晶显示面板包括显示区域，且

其中所述显示控制电路被配置为根据通过所述监测像素所传送的所述光的亮度的变化率来提供电位至所述显示区域中的像素。

9.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，还包括位于液晶显示面板中的第二监测像素，其中所述光学传感器被配置为检测由所述第二监测像素所反射的光。

10.如权利要求9所述的显示设备，其特征在于，所述显示控制电路被配置为根据通过所述监测像素所传送的所述光的亮度的变化率和由所述第二监测像素所反射的光的亮度的变化率之间的差异来控制所述驱动电路。

11.如权利要求9所述的显示设备，其特征在于，还包括第二光学传感器，所述第二光学传感器被配置为检测来自所述液晶显示面板的外部的光。

12.如权利要求6所述的显示设备，其特征在于，

13.如权利要求1或6所述的显示设备，其特征在于，

其中所述监测像素被设置在所述液晶显示面板的显示区域外。

14.如权利要求1或6所述的显示设备，其特征在于，还包括光导板，其中所述光学传感器被配置为检测通过所述光导板的光。

15.如权利要求1或6所述的显示设备，其特征在于，

其中所述监测像素包括包含半导体层的晶体管，所述半导体层包括氧化物半导体。

16.一种包括如权利要求1或6所述的显示设备的电子设备。

17.一种用于驱动显示设备的方法，包括以下步骤：

提供第一电位至位于液晶显示面板的显示区域中的像素，用于显示第一静态图像；

提供第二电位至位于液晶显示面板中的监测像素，用于显示第二静态图像；

由光学传感器至少检测从背光源通过所述监测像素的液晶层所传送的光；和

当由所述光学传感器所检测到的光的亮度变化率达到某值时向所述液晶显示面板的显示区域中的像素提供第三电位并向所述监测像素提供第四电位，从而所述第一静态图像和所述第二静态图像保持被显示。

18.如权利要求17所述的用于驱动显示设备的方法，其特征在于，通过所述液晶层所传送的光通过光导板由所述光传感器所检测到。

19.一种用于驱动显示设备的方法，包括以下步骤：

提供第一电位至液晶显示面板的显示区域中的像素，用于显示第一静态图像；

提供第二电位至液晶显示面板中的监测像素，用于显示第二静态图像；

由第一光学传感器检测来自所述液晶显示面板外部的第一光；

由第二光学传感器至少检测通过所述监测像素的液晶层所传送并由所述液晶显示面板的内部所反射的第二光；和

从由所述第一光学传感器所检测到的所述第一光的亮度的变化率和由所述第二光学传感器所检测到的所述第二光的亮度的变化率之间的差异来计算由于所述液晶显示面板的像素电位的减少引起的所反射的光的亮度的变化率；且

当由于所述液晶显示面板的像素电位的减少引起的所反射的光的亮度的变化率达到某值时，向所述液晶显示面板的显示区域中的像素提供第三电位并向所述监测像素提供第四电位，从而所述第一静态图像和所述第二静态图像保持被显示。

20.如权利要求19所述的用于驱动显示设备的方法，其特征在于，

其中所述第二光学传感器检测通过第二监测像素的液晶层所传送并由所述液晶显示面板的电极所反射的第三光。

21.如权利要求17或19所述的用于驱动显示设备的方法，其特征在于，

被提供至所述像素的所述第三电位逐渐地增加。

22.如权利要求19所述的用于驱动显示设备的方法，其特征在于，

其中当背光源工作用于显示所述第一静态图像和所述第二静态图像时，所述第二光学传感器检测通过第二监测像素所传送的第三光，且

当所述第三光的亮度变化率达到某值时，向所述液晶显示面板的显示区域中的所述像素提供第三电位并向所述监测像素提供第四电位，从而所述第一静态图像和所述第二静态图像保持被显示。