CN1870096A - 显示装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

利用光传感器接收外部光，且根据外部光的强度，第一显示模式和第二显示模式的每一个被转换和利用，第一显示模式表示多灰度级，第二显示模式表示灰度级的数量小于第一显示模式中灰度级的数量。该转换基于外部光强度的数据由显示控制器控制。因此，可以在从黑暗地方或室内的荧光灯下到室外的阳光下的较宽范围内保证清晰度。在第二显示模式中，通过显示控制器，要输入到源极信号线驱动器电路的起始脉冲和时钟脉冲的频率被减小，且驱动电压被减小；因此，帧周期可以长于第一显示模式中的帧周期并且可以减小功耗。

Description

显示装置和电子设备

技术领域

本发明涉及一种通过输入数字视频信号执行图像显示的显示装置。尤其，本发明涉及一种具有发光元件的显示装置。此外，本发明涉及一种利用该显示装置的电子设备。

背景技术

下面将描述一种显示装置，该显示装置在各像素中具有发光元件，并通过控制发光元件的发光来执行图像显示。

在说明书中利用具有这样一种结构的元件(OLED元件)来说明，在这种结构中当产生电场而发光的有机化合物层夹在阳极和阴极之间，作为发光元件；然而，本发明不限于此。在阳极和阴极之间施加电场而发光的任何元件可以被自由地使用。

显示装置由显示器和将信号输入到该显示器的外围电路组成。

至于显示器的构成，其结构图示出在图36中。在图36中，显示器3600由源极信号线驱动器电路3601、栅极信号线驱动器电路3602和像素部分3603组成。像素部分包括以矩阵形式设置的像素。

在像素部分的各像素中，设置了薄膜晶体管(下文称为TFT)。这里描述一种方法，其中两个TFT被设置在各像素中，且各像素的发光元件的发光被控制。

显示器的像素部分的结构示出在图37中。在像素部分3700中，设置了源极信号线S1到Sx、栅极信号线G1到Gy和电源线V1到Vx。并设置了x列(其中x是自然数)和y行(其中y是自然数)的像素。各像素3800具有选择TFT 3801、驱动TFT 3802、存储电容器3803和发光元件3804。

图38中示出图37的像素部分的一个像素的放大图。该像素由源极信号线S1到Sx中的一个源极信号线S、栅极信号线G1到Gy中的一个栅极信号线G、电源线V1到Vx中的一个电源线V、选择TFT 3801、驱动TFT 3802、存储电容器3803和发光元件3804组成。

选择TFT 3801的栅电极连接于栅极信号线G，选择TFT 3801的源极区域或漏极区域之一连接于源极信号线S，而另一个则连接于驱动TFT 3802的栅电极和存储电容器3803的一个电极。驱动TFT 3802的源极区域或漏极区域之一连接于电源线V，而另一个连接于发光元件3804的阳极或阴极。未连接于驱动TFT 3802和选择TFT 3801的存储电容器3803的两个电极中的另一电极连接于电源线V。

在该说明书中，在驱动TFT 3802的源极区域或漏极区域连接于发光元件3804的阳极的情况中，发光元件3804的阳极被称作像素电极，而其阴极被称作反向电极。另一方面，在驱动TFT 3802的源极区域或漏极区域连接于发光元件3804的阴极的情况中，发光元件3804的阴极被称作像素电极，而发光元件3804的阳极被称作反向电极。

另外，施加于电源线V的电势被称为电源电势，而施加于反向电极的电势被称为反向电势。

选择TFT 3801和驱动TFT 3802两者都可以是p沟道TFT或n沟道TFT。

注意到并不需要总是提供存储电容器3803。

例如，当用作驱动TFT 3802的n沟道TFT具有通过栅极绝缘薄膜与栅电极重叠而形成的LDD区域，通常称为栅极电容的寄生电容形成在该重叠区域中。还可以积极地将该寄生电容用作存储电容器，用于存储施加于驱动TFT 3802的栅电极的电压。

下面将描述利用具有上述结构的像素来显示图像的操作。

信号被输入到栅极信号G，且选择TFT 3801的栅电极的电势被改变。通过由此电连接的选择TFT 3801的源极和漏极，信号从源极信号线S被输入到驱动TFT 3802的栅电极。另外，信号被存储在存储电容器3803中。驱动TFT 3802的栅极电压通过输入到驱动TFT 3802的栅电极的信号被改变，因此其源极和漏极被电连接。电源线V的电势通过驱动TFT 3802被提供到发光元件3804的像素电极。在这种情况下，发光元件3804发光。

现描述用具有这种结构的像素表示灰度级的方法。

灰度级的表示方法可粗略地分为模拟方法和数字方法。相比于模拟方法，数字方法具有不受TFT等变化的影响的优点，且适合于多灰度级。

作为数字灰度级表示方法的一个示例，已知了时间灰度级方法。时间灰度级驱动方法是一种通过控制周期而表示灰度级的方法，在该周期中显示装置的各像素发光(参见专利文献1)。

如果显示一图像的周期是一帧周期，则一帧周期被分为多个子帧周期。

无论各像素的发光元件是否设置为发光，即对各子帧周期执行发光或不发光。在一帧周期中发光元件发光的周期被控制，因此表示各像素的灰度级。

图39A和39B中利用时序表详细描述了时间灰度级驱动方法。注意到图39A和39B中示出了利用4位数字视频信号表示灰度级的示例。还注意到图37和图38被称作像素及其像素部分的结构。这里，通过一外部电源(未示出)，在与各电源线V1到Vx的电势(电源电势)具有相同电平的电势和与各电源线V1到Vx的电势具有电势差从而达到发光元件3804发光的电势之间切换反向电势。

在图39A中一帧周期F1被划分为多个子帧周期SF1到SF4。

首先在第一子帧周期SF1中选择栅极信号线G1，且数字视频信号从源极信号线S1到Sx被输入到具有选择TFT 3801的各个像素，该选择TFT具有连接于栅极信号线G1的栅电极。各像素的驱动TFT 3802被所输入的数字视频信号接通或断开。

这里在该说明书中，术语“TFT被接通”表示源极和栅极通过其栅极电压相互电连接。另外，术语“TFT被断开”表示源极和栅极没有通过栅极电压相互电连接。

这时，发光元件3804的反向电势被设置为基本上等于各电源线V1到Vx的电势(电源电势)，因此，即使在驱动TFT 3802被接通的像素中，发光元件3804也不发光。

这里，图39B是示出输入数字视频信号到各像素的驱动TFT 3802的操作的时序图。

在图39B中，源极信号线驱动电路(未示出)采样对应于各源极信号线的信号的周期用附图标记S1到Sx表示。该采样的信号同时被输出到图中的消隐周期的所有源极信号线。由此输出的信号被输入到被栅极信号线选择的像素中的驱动TFT 3802的栅电极。

对于所有的栅极信号线G1到Gy重复前述操作，且完成了写周期Ta1。注意到第一子帧周期SF1的写周期被称为Ta1。通常，第j子帧周期(其中j是自然数)的写周期被称为Taj。

当完成了写周期Ta1时，反向电势发生变化以具有与电源电势之间的电势差达到使发光元件3804发光。显示周期Ts1由此开始。注意到第一子帧周期SF1的显示周期被称为Ts1。通常，第j子帧周期(其中j是自然数)的显示周期被称为Tsj。在写周期Ts1中，各像素的发光元件3804根据所输入的信号发光或不发光。

对于所有的子帧周期SF1到SF4重复上述操作，从而完成了一帧周期F1。这里，子帧周期SF1到SF4的显示周期Ts1到Ts4的长度被适当地设置，且每帧周期F1，通过子帧周期中的其中发光元件3804发光的显示周期的总和来表示灰度级。也就是，通过一帧周期中发光时间的总和来表示灰度级。

通常描述通过输入n位数字视频信号表示2ⁿ个灰度级的方法。在这种情况下，例如，一帧周期被划分为n个子帧周期SF1到SFn，子帧周期SF1到SFn的显示周期Ts1到Tsn的长度的比例被设置为Ts1∶Ts2∶...∶Tsn-1∶Tsn＝2⁰∶2^-1∶...∶2^-(n-2)∶2^-(n-1)。注意到写周期Ta1到Tan的长度相等。

通过计算在一帧周期之内的发光元件3804中选择发光状态的显示周期Ts的总和，确定了在帧周期中像素的灰度等级。例如，如果n是8，且在所有显示周期中像素发光时亮度是100％，如果像素在Ts8和Ts7中发光可以表示1％的亮度，如果选择Ts6、Ts4和Ts1时则可以表示60％的亮度。

注意到一子帧周期可以进一步划分为多个子帧周期。

这里，显示装置必须消耗尽可能少的能量。当显示装置被合并到便携式信息设备等等并被使用时，特别需要低能量消耗。

在这种情况下，通过输入4位数字视频信号，在为了表示2⁴个灰度级的上述显示装置中，减小显示装置的能耗的方法被使用，其中只有高一位信号被用于表示灰度级(参见专利文献2)。

[专利文献1]

日本专利公开号2001-343933

[专利文献2]

日本专利公开号平11-133921

图40A中示出表示2⁴个灰度级的第一显示模式中显示装置的驱动方法的时序图，且图40B中示出通过仅利用高一位信号表示灰度级的第二显示模式中显示装置的驱动方法的时序图。

由于第二显示模式中可以提供一个子帧周期，输入到每个驱动器电路(源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路)的起始脉冲和时钟脉冲的各自的频率被减小，且减小的能耗比在第一显示模式中表示高一位灰度级的情况减小的能耗多。

另外，通过根据执行显示的周期改变发光元件的阴极和阳极之间的电压，在第一显示模式中写周期的时间的总长度大于第二显示模式中写周期的时间的总长度，增加了每帧周期的有效发光周期的比例。

然而，在这种显示装置中，第一显示模式和第二显示模式中各驱动器电路的输入电压相等，因此还不能获得低能耗。

此外，常规的显示装置存在一个问题，即，当其暴露于室外的强光时，外部光超出了发光元件发出的光，则显示变得模糊。例如，图42A和42B中示出利用常规的显示装置的移动电话的情形。关于图42A中示出的屏幕显示器，如图42B所示当屏幕显示器暴露于外部强光时，则感知到屏幕显示器几乎都是黑的。通过利用反射型液晶显示装置，使用了液晶的显示装置解决了该问题。然而，在使用了发光元件的显示装置中，原则上与解决该问题的相同的方法是不能应用的。因此这是一个问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种显示装置，其中根据外部光的强度(即周围的亮度)通过改变图像的灰度级的数量，可以保证在状况的较宽范围之内，从在黑暗位置或室内的荧光灯下到室外的阳光下的清晰度，且甚至其中当执行驱动时进一步减小了功耗，该驱动中减小了要表示的灰度级的数量。

本发明的显示装置具有能显示高灰度等级的第一显示模式和表示两个灰度级且功耗较低的第二显示模式，两种显示模式可以被切换和使用。注意到本发明的显示装置被提供有检测外部光的强度的光传感器，且当检测到强度高于一特定强度值的外部光时，显示模式被切换到第二显示模式，其中灰度级的数量较小，从而允许图像被清楚地感知到。此外，在第二显示模式中，与第一显示模式中不同，包括在显示装置中的信号控制电路的存储器控制器阻止数字视频信号的低位信号被写入存储器。此外，从存储器中读出低位数字视频信号被阻止。通过这种方法，与第一显示模式中的数字视频信号(第一数字视频信号)相比，各驱动器电路将具有减小了数量的信息的数字视频信号(第二数字视频信号)输入到源极信号线驱动器电路。对应于该操作，显示控制器改变起始脉冲和时钟脉冲的频率，起始脉冲和时钟脉冲被输入到各驱动器电路(源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路)使得它们较小并改变驱动电压以使得驱动电压较低。根据上述情况，还可能将关于显示的写周期和显示周期设置得较长并减少功耗。

注意到在显示装置是单色显示装置时，双灰度级显示器表示两种颜色的显示，白色和黑色，在显示装置是彩色显示装置时，则双灰度级显示器表示八种颜色的显示。

此外，与第一显示模式比较，在第二显示模式中一帧周期可以被设置得较长。另外，不必说，当确定显示内容且不需要写入时，起始脉冲和时钟脉冲可以在一帧周期中停止。

此外，当在第二显示模式中驱动显示装置时，操作显示控制器的电压可以被设置得较低，从而减小显示控制器的功耗。

根据上述结构，提供一种显示装置，其在第二显示模式中功耗较低且有效的发光周期的比例较高。

本发明的显示装置的一个特点包括显示器，显示控制器和光传感器，且该显示装置至少具有第一显示模式或第二显示模式。在第一显示模式中，一帧周期被分为多个子帧周期，子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更低的时钟频率以及更小的驱动电压操作，一帧周期或者是发光周期，或者是不发光周期，且由包括在一帧周期中的发光周期表示一位灰度级。外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制。在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在一个子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线。

本发明的显示装置的另一特点包括显示器，显示控制器和光传感器，且该显示装置至少具有第一显示模式或第二显示模式。在第一显示模式中，一帧周期被分为多个子帧周期，子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更低的时钟频率以及更小的驱动电压操作，长于第一显示模式中的一帧周期的一帧周期或者是发光周期，或者是不发光周期，且由包括在一帧周期中的发光周期表示的一位灰度级。外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制。在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在一个子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线从而选择多条栅极信号线。

本发明的显示装置的另一特点包括一显示器，一显示控制器和一光传感器，且该显示装置至少具有第一显示模式或第二显示模式。在第一显示模式中，一帧周期被分为多个子帧周期，子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一帧周期中由发光周期的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，且在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更低的时钟频率以及更小的驱动电压操作，一帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且由包括在一帧周期中的发光时间的总数目表示m位(其中m是小于n的自然数)灰度级。外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制。在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在一个子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线。

注意到可以存在一种结构，其中当第一显示模式被选择时外部光的强度高于当第二选择方式被选择时外部光的强度。

注意到可以存在一种结构，其中本发明的显示装置还包括帧存储器，n位数据(其中n是大于或等于2的自然数)被写入该帧存储器中，从该帧存储器中读出n位数据以在第一显示模式中执行显示，m位数据(其中m是小于n的自然数)被写入该帧存储器中，且从该帧存储器中读出m位数据以在第二显示模式中执行显示。

注意到可以存在一种结构，其中本发明的显示装置还包括在各像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电压大于第二显示模式中施加于发光元件的电压。

注意到可以存在一种结构，其中本发明的显示装置还包括在各像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电流大于第二显示模式中施加于发光元件的电流。

注意到可以存在一种结构，其中在本发明的第一显示模式中一帧周期由三个周期组成，分别为写入像素的周期，显示周期和擦除周期。

注意到可以存在一种结构，其中在本发明的第二显示模式中一帧周期由三个周期组成，分别为写入像素的周期，显示周期和擦除周期。

注意到可以存在一种结构，其中当利用第二显示模式时，在本发明的显示控制器中用于驱动器电路的电源控制电路输出的电压小于在第一显示模式中的输出电压。

注意到可以存在一种结构，其中在第一显示模式中，灰度级由子帧周期中发光周期的总数目来表示，在第二显示模式中，灰度级由子帧周期中发光周期的总数目来表示。

注意到不同形式的开关可用作本发明的开关，例如，电子开关、机械开关等等。也就是，不限制特定形式的开关，只要它能控制电流的流动，任何开关都能使用。例如，可以是晶体管、二极管(PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、与二极管连接的晶体管等)，或由它们形成的逻辑电路。因此，如果晶体管被用作开关，其极性(导电类型)不受特别限制，因为它仅作为一开关操作。然而，当优选的关断电流较小时，优选使用具有较小关断电流的极性的晶体管。正如具有较小关断电流的晶体管，可以提供具有LDD区域的晶体管或具有多栅极结构的晶体管等等。此外，当在作为开关的晶体管的源极终端的电势对于低电势侧电源(V_ss，GND，0V等)处于断开的状态中操作时希望使用n沟道晶体管，而当在作为开关的晶体管的源极终端的电势对于高电势侧电源(V_dd等)处于断开的状态中操作时希望使用p沟道晶体管。这是因为由于其栅-源电压的绝对值被增加，从而晶体管作为开关容易操作。注意到也可以通过同时使用n沟道和p沟道晶体管来应用于CMOS开关，即使当情况变化时开关能正确地操作，例如当通过开关输出的电压(即对开关的输入电压)高于或低于输出电压时。

注意到在本发明中，“连接”包括电连接的情形和直接连接的情形。因此，在本发明公开的结构中，除了元件之间预定的连接之外，能电连接的其它元件(例如，开关、晶体管、电容器、电感器或二极管)可以置于其间。可替换的，另一元件不置于其间。注意到仅当在没有将电连接的另一元件插入其间的情况下直接执行连接时，其不包括电连接的情形，这种情况称之为“直接连接”。还注意到如果提及“电连接”，其包括电连接的情形和直接连接的情形。

注意到在本发明中，半导体装置是具有包括半导体元件(晶体管、二极管等)的电路的装置。此外，它还可以包括通过利用半导体特性执行功能的任何类型的装置。显示装置为具有显示元件的装置(液晶元件，发光元件等)。还注意到显示装置可以是显示板，其中分别包括显示元件，例如液晶元件或EL元件或用于驱动像素的外围驱动器电路的多个像素形成在基板上。此外，显示装置还可以是柔性印刷电路板(FPC)或印刷线路板(PWB)连接其上的显示板。

注意到在该说明书中，栅极表示包括栅电极和栅极布线(也称为栅极线或栅极信号线)的总体或其部分。栅电极表示导电薄膜，其部分通过栅极绝缘薄膜与形成沟道区域、LDD(轻掺杂漏)区域的半导体等重叠。栅极布线表示分别连接于像素的栅电极或连接栅电极到另一导线的导线。

然而，还存在既作为栅电极又作为栅极布线行使功能的区域。该区域可称为栅电极或栅极布线。也就是，还存在不能清楚地区分栅电极或栅极布线的区域。例如，在提供沟道区域使得当延伸时与提供的栅极布线重叠的情况中，该区域作为栅极布线行使功能，同时，它还作为栅电极行使功能。因此该区域可称为栅电极或栅极布线。

此外，与栅电极形成的材料相同且连接于栅电极的区域也被称为栅电极。同样，与栅极布线形成的材料相同且连接于栅极布线的区域也被称为栅极布线。严格地说，该区域不是必须与沟道区域重叠或不是必须具有连接于另一栅电极的功能。然而，根据制造的余量等等，存在一个与栅电极或栅极布线相同的材料并与栅电极或栅极布线连接的区域，因此该区域也可称为栅电极或栅极布线。

此外，如果为多栅极晶体管，例如，一个晶体管的栅电极和另一晶体管的栅电极在多数情况下可以通过与栅电极相同的材料形成的导电薄膜连接。这种用于连接栅电极的导电薄膜称之为栅极布线。另一方面，由于多栅极晶体管被看作为一个晶体管，这种导电薄膜也可称为栅电极。即，与栅电极和栅极布线相同的材料形成的并设置为使得与它们相连的物体可以称为栅电极或栅极布线。此外，部分相互连接于栅电极和栅极布线的导电薄膜也可称为栅电极或栅极布线。

注意到栅极终端表示栅电极的部分区域或电连接于栅电极的部分区域。

注意到源极表示包括源极区域、源电极和源极布线(也称为源极线或源极信号线)的总体或其部分。源极区域表示半导体区域，其中包括大量p型杂质(硼、镓等)或n型杂质(磷、砷等)。因此，其不包括少量p型或n型杂质的区域，即LDD(轻掺杂漏极)区域。源电极表示区域中的导电层，该区域中由与源极区域中不同的材料形成并设置为使得与源极区域电连接。然而，包括源极区域的源极可称为源电极。源极布线表示分别连接于像素的源电极或将源电极连接于另一导线的导线等等。

然而，还存在既作为源极又作为源极布线行使功能的区域。该区域可称为源电极或源极布线。也就是，还存在不能清楚地区分源电极或源极布线的区域。例如，在提供源极区域使得当延伸时与提供的源极布线重叠的情况中，该区域作为源极布线行使功能，同时，它还作为源电极行使功能。因此该区域可称为源电极或源极布线。

此外，与源电极形成的材料相同且连接于源电极的区域或将源电极连接于另一源电极的部分也被称为源电极。此外，与源极区域重叠的部分也可称为源电极。同样，与源极布线形成的材料相同且连接于源极布线的区域也被称为源极布线。严格地说，该区域不是必须与沟道区域重叠或不是必须具有连接于另一源电极的功能。然而，根据制造的余量等等，存在一个与源电极或源极布线相同的材料并与源电极或源极布线连接的区域，因此该区域也可称为源电极或源极布线。

此外，例如，连接于源电极和源极布线的部分导电薄膜也可称为源电极或源极布线。

注意到源极终端表示源极区域的部分区域、源电极的一部分或电连接于源电极的部分区域。

注意到关于漏极，可以参考源极的描述。

注意到很难在晶体管的结构上区分源极和漏极。此外，依据电路的操作可以转换高电势和低电势。因此，在该说明书中，源极和漏极不被特别指定且参考为第一电极和第二电极。例如，如果第一电极是源极，则第二电极是漏极，或者如果第一电极是漏极，则第二电极是源极。

注意到在本发明中，单词“在…上面”或“在…上方”，例如短语“形成在某物上面”或短语“形成在某物上方”不限于直接接触某物的情况，还包括不直接接触某物且其间插入另一物件的情况。因此，例如，短语“层B形成在层A上面”(或在层A上方)包括层B直接形成在层A上面的情况和另一层(例如层C或层D)直接形成在层A上面，且层B直接形成在该另一层上面的情况。相同情况适应于单词“在…上方”，该单词不限于直接接触某物的情况，还包括有另一物件插入其间的情况。因此，例如，短语“层B在层A的上方”包括层B直接形成在层A上方的情况，和另一层(例如层C或层D)直接形成在层A上面且层B直接形成在该另一层上面的情况。注意到相同情况适应于单词“在…下面”或单词“在…下方”，这些单词包括直接接触某物的情况和不接触某物的情况。

注意到在本发明中，一个像素表示控制亮度的一个元件。作为一个示例，因此，一个像素表示一个彩色元件，该一个彩色元件表示亮度。因此，如果彩色显示装置包括R(红)、G(绿)和B(蓝)色元件，图像中最小的单元由三个像素：R像素、G像素和B像素组成。注意到彩色元件的数目不小于三个，可以使用更多的彩色元件，例如RGBW(W：白色)，增加了黄色、青色或洋红色的RGB等等可以被使用。作为另一示例，在利用多个区域控制一个彩色元件的亮度，这些区域中的一个被称为一个像素。结果，作为一个示例，在由所有区域表示区域灰度级方法的情况中，其中存在用于控制各彩色元件的亮度的多个区域和灰度级，一个像素表示控制亮度的一个区域。因此，在这种情况下，一个彩色元件由多个像素组成。此外，在这种情况下，用于显示的区域的尺寸在像素与像素之间各不相同。此外，稍微不同的信号可以提供给多个区域用来控制一个彩色元件的亮度，即，用于组成一个彩色元件的多个像素，从而增加了视角。

注意到在本发明中，像素可以以矩阵设置(排列)。这里，以矩阵设置(排列)的像素包括以条状栅格图案设置的像素。此外，包括当三种彩色元件用于全彩色显示时，三个彩色元件(例如RGB)的点设置为三角图案的情况。还包括Bayer设置的情况。

注意到在该说明书中，利用有机EL元件作为示例描述发光元件；然而，本发明的内容还应用于除了利用有机EL元件的显示装置之外的显示装置中。例如，可以将其应用到利用对比度通过电或磁效应而改变的显示媒介的显示装置中，例如EL元件(有机EL元件、无机EL元件或包括有机化合物和无机化合物的EL元件)、电子发射元件、液晶元件、电子墨水、光栅光阀(GLV)、等离子体显示器(PDP)、数字微镜装置(DMD)、压电陶瓷显示器和碳纳米管。注意到作为利用EL元件的显示装置，存在EL显示器。作为利用电子发射元件的显示装置，存在场致发射显示器(FED)，表面导电的电子发射体显示器(SED)等等。作为利用液晶元件的显示装置，存在液晶显示器、透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器和反射型液晶显示器。作为利用电子墨水的显示装置，存在电子纸。

根据上述的结构本发明可以抑制显示装置的功耗。此外，在第二显示模式中，即使当用于表示灰度级的子帧数量减少时，每一帧周期的显示周期可以延长；因此，可以提供能显示清楚图像的显示装置以及提供该显示装置的驱动方法。

此外，由于可以增加每一帧周期的发光元件的显示周期，因此施加于发光元件的阳极和阴极之间的电压可以被设置为低于当表示每一帧相同的亮度时的电压。因此可以提供具有高可靠性的显示装置。

本发明不仅可应用于利用OLED元件的显示装置中，还可应用于另一自发光类型的显示装置例如FED和PDP中。

附图说明

图1A和1B是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图2A和2B是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图3是示出本发明的显示装置的显示控制器的结构图；

图4A、4B和4C是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图5是示出本发明的显示装置的驱动方法的图表；

图6A和6B分别是示出本发明的显示装置的驱动方法的图；

图7是示出本发明的显示装置的驱动方法的图；

图8A和8B分别是示出本发明的显示装置的驱动方法的图；

图9A和9B是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图10A、10B和10C是本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图11是示出本发明的显示装置的结构的方框图；

图12是示出本发明的显示装置的结构的方框图；

图13是示出本发明的显示装置的存储器控制器的结构图；

图14是示出本发明的显示装置的驱动方法的图；

图15是示出本发明的显示装置的源极信号线驱动器电路的结构图；

图16是示出本发明的显示装置的栅极信号线驱动器电路的结构图；

图17A和17B是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图18是示出本发明的显示装置的像素的结构图；

图19是示出本发明的显示装置的像素的结构图；

图20是示出本发明的显示装置的像素的结构图；

图21A和21B是本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图22是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图23是示出本发明的显示装置的栅极信号线驱动器电路的结构图；

图24是示出本发明的显示装置的显示控制器的结构图；

图25是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图26是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图27是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图28是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图29A和29B分别是示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图；

图30是示出本发明的显示装置的栅极信号线驱动器电路的结构图；

图31是示出本发明的显示装置的源极信号线驱动器电路的结构图；

图32是示出本发明的驱动TFT的操作状况的图表；

图33是示出本发明的显示装置的像素的结构图；

图34是示出本发明的显示装置的像素的结构图；

图35A到35F是示出本发明的电子设备的视图；

图36是常规显示器的方框图；

图37是示出常规显示装置的像素部分的结构图；

图38是示出常规显示装置的像素部分的结构图；

图39A和39B是示出常规时间灰度级方法的驱动方法的时序图；

图40A和40B是示出常规显示装置的驱动方法的时序图；

图41是常规显示装置的驱动方法的时序图；

图42A和42B是示出常规显示装置的问题的视图；

图43是示出本发明的显示装置的结构的方框图；

图44A和44B是示出提供有本发明的显示装置的移动电话的示例的视图；

图45A和45B是用于本发明的显示装置中的TFT的结构图；

图46A和46B是用于本发明的显示装置中的TFT的结构图；

图47A和47B是用于本发明的显示装置中的TFT的结构图；

图48是显示本发明的显示装置的结构图。

具体实施方式

尽管参考附图通过实施方式和实施例将全面描述本发明，可以理解对于本领域技术人员不同的改变和修改将变得明显。因此，除非这些改变和修改脱离了本发明的范围，否则它们将包括在其中。

(实施方式1)

描述本发明的实施方式1。这里，与常规的示例相同，描述了在第一显示模式中使用4位的示例。

图1A和1B中示出本发明的显示装置的驱动方法的时序图，通常，在显示装置中输入n位数字视频信号(其中n是自然数)，在第一显示模式中可能通过利用n个子帧周期SF1到SFn和n位数字图像信号来表示2ⁿ灰度级，并可能通过转换操作在第二显示模式中利用1位数字图像信号表示2灰度级。本发明的显示装置可以被使用到这种情形。

另外通常，在显示装置中输入n位数字视频信号(其中n是自然数)，在第一显示模式中可能通过输入n位数字图像信号和利用至少n个子帧周期来表示n个灰度级，并可能通过转换操作在第二显示模式中利用1位数字图像信号表示2灰度级。本发明的显示装置可以被使用到这种情形。这里，灰度级的数量没有被设置为子帧数量的2次幂的原因是将对在显示器上的伪轮廓采取措施。其细节已经描述在日本专利公开号2002-149113中。

图1A示出第一显示模式的情形的时序表，第一显示模式中输入4位信号并表示2⁴灰度级。

在构造一帧周期的子帧周期SF1到SF4的各个显示周期中选择各像素的发光状态或不发光状态。在写周期中反向电势被设置为基本上与电源电势相同，并在显示周期中发生改变，与电源电势之间具有使发光元件发光的电势差。该操作与常规示例相同，因此省略详细地描述。

在图1B中示出第二显示模式情况的时序表，第二显示模式仅利用高一位信号表示灰度级。与对应于图1A显示的第一显示模式中第一位的子帧周期相比，写周期和显示周期被设置得较长。

因此，在第二显示模式中，相比于对应于第一显示模式中第一位的子帧周期的显示周期中选择的发光状态的发光元件的亮度，选择发光状态的发光元件的亮度可以调节得更低。结果，施加于发光元件的阳极和阴极之间的电压可以在第二显示模式的显示周期中被设置得更低。

另外，图2A和2B中示出第二显示模式中帧周期的示例被设置为比第一显示模式中的更长。当使用时间灰度级方法时，帧周期不能被设置这样长。这是因为当帧周期被延长时，子帧周期也成比例被延长，因此感知到闪烁。因此，在第一显示模式中帧周期不能被设置得较长。然而，由于第二显示模式表示2灰度级，由灰度级导致的问题则不会发生。因此，依据发光周期确定帧周期的长度。因此，通过提高像素的电容、减少渗漏等方式可以延长帧周期。当帧周期变得更长时，由于静止图像等情况中屏幕的写的数量被减少，从而获得了低能耗。

图3示出了显示控制器的结构。在图3中，用于发光元件305的电源控制电路控制发光元件的反向电极的电势(反向电势)，使得其保持在一个基本上与写周期中的电源电势相同的电势，但是在显示周期中其与电源电势之间具有使得发光元件发光的电势差。这里，当选择第二显示模式时，对于发光元件305，灰度级控制信号34从CPU 1204被输入到电源控制电路。通过此，在选择的发光状态的像素中，通过在发光元件的发光周期中增加数目，发光元件的反向电极的电势被改变从而减小施加在发光元件两电极之间的电压。

结果，在第二显示模式中发光元件的两个电极之间施加的电压可以更低，因此，由于所施加的电压，施加在发光元件上的应力可能被减小。

驱动电路306的电源控制电路控制施加于各驱动电路的电源电压。这里，当选择第二显示模式时，灰度级控制信号34被输入到驱动器电路306的电源控制电路，从而改变了源极信号线驱动器电路的电源电压以及要输出的栅极信号线驱动器电路的驱动电压。在第二显示模式中，由于各驱动器电路的时钟脉冲的频率小于第一显示模式，因此各驱动器电路可以由较低的驱动电压操作。

这里描述第一和第二显示模式之间转换。本发明的显示装置被提供有用于检测外部光的强度的光传感器1207。光传感器1207检测外部光并根据光强度输出电信号(输出信号35)。在本发明的显示装置中，利用光传感器1207的输出信号35，执行第一和第二显示模式之间的转换。

光传感器1207的输出信号35通过放大器(未示出)被放大并被输入到显示控制器。操作显示控制器使得要显示的图像的灰度级的数量依据光传感器的输出信号35的大小而改变。在光传感器的输出信号35大于或等于一特定值的情况中，也就是，当外部光的强度较高，它操作使得要显示的图像的灰度级的数量较小。也就是，其操作转换到第二显示模式，其中的灰度级的数量较小。另一方面，在光传感器的输出信号35小于一特定值的情况中，即当外部光的强度较低，它操作使得要显示的图像的灰度级的数量较大。也就是其操作转换到第一显示模式，其中的灰度级的数量较大。

特别地，光传感器的输出信号35被输入到CPU 1204并控制在CPU 1204中产生的灰度级控制信号34。如果光传感器的输出信号35大于或等于一特定值，对应于第二显示模式的灰度级控制信号被输出用于减小灰度级的数量。另一方面，如果光传感器的输出信号35小于一特定值，则输出对应第一显示模式的灰度级控制信号以增加灰度级的数量。

通过以这种方式在强外部光例如阳光下减小图像的灰度级的数量，从黑暗地方或室内的荧光灯下到室外的阳光下的大范围中可以清楚地获得图像且可以保证清晰度。

注意到通过光传感器1207的输出选择第二显示模式时，黑色显示图像通常显示在白色背景的图像上，然而通过反之，白色显示图像可以被显示在黑色背景的图像上。由此，显示屏幕的清晰度可进一步被改进，且由于背景图像是黑色，发光部分的面积可以被减小且功耗可以被减小。此外，通过减小白色显示图像的亮度，显示屏幕的清晰度可以进一步得到改进。

注意到尽管在显示装置上进行描述，在该显示装置中转换第一显示模式和第二显示模式的两种显示模式，本发明还可以应用到下述这种情况，除了第一显示模式和第二显示模式之外，一种其中要表示的灰度级的数量较小地被改变的方式被设置，且通过多种方式之间转换来执行显示。

例如，可以提供第三显示模式，其中要表示的灰度级的数量小于第一显示模式的数量并大于第二显示模式的数量。注意到，通常，在输入n位数字视频信号(n是自然数)的显示装置中，可能通过在第三显示模式中利用q个子帧周期SF1到SFq和q位数字图像信号表示2^q灰度级(其中q是满足1＜q＜n的自然数)。另外，还可能通过输入q位数字图像信号和利用至少q个子帧周期来表示q灰度级。注意到要另外提供的显示模式不是仅限于第三显示模式。也可以设置其中要表示的灰度级的数量进一步被更微小地改变的显示法方式。

例如，除了表示2⁴灰度级的第一显示模式和表示2灰度级的第二显示模式，可以提供表示2³灰度级的第三显示模式。图4A到4C中显示这种情况的时序表。图4A显示表示2⁴灰度级的第一显示模式情况下的时序表，图4B显示表示2灰度级的第二显示模式情况下的时序表，且图4C显示通过输入3位信号表示2³灰度级的第三显示模式情况下的时序表。

在第三显示模式中，在构造一帧周期的子帧周期SF1到SF3各自的显示周期中选择各像素的发光状态或不发光状态。这里，在写周期期间反向电势被设置为基本上与电源电势相等，且在显示周期中反向电势被改变，从而与电源电势之间具有使发光元件发光的电势差。这种操作与常规的示例相同，因此省略了详细地描述。

这里，在第一、第二和第三显示模式之间转换与常规方式相同，其基于本发明的显示装置提供的光传感器检测的外部光的光强度而执行。如果光传感器的输出信号较大，即，如果外部光的光强度较高，显示模式被转换到灰度级的数量较小的第二显示模式。另一方面，如果光传感器的输出信号较小，即，如果外部光的光强度较低，显示模式被转换到灰度级的数量较大的第一显示模式。此外，如果光传感器的输出信号居中，即，如果外部光的光强度居中，显示模式被转换到灰度级的数量居中的第三显示模式。

室内或室外的亮度依据发光、天气状况例如天气、时间等等而进行各种改变。例如，发光的房间内的亮度大约是800到1000lux，白天的多云天气的亮度大约为32000lux，而白天的晴天天气的亮度达到100000lux。因此，例如，为了清楚地识别显示图像，通过转换到灰度级的数量较大的第一显示模式在房间内执行显示，白天的晴天天气时通过转换到灰度级的数量较小的第二显示模式来执行显示，白天的多云天气时通过转换到灰度级的数量居中的第三显示模式来执行显示。

通过根据上述外部光的光强度而改变图像灰度级的数量，图像可以被清楚地感知，且保证在从黑暗地方或室内的荧光灯下到室外阳光下的较大范围之内的清晰度。

如上所述，通过设置除了第一显示模式和第二显示模式之外的显示模式，该显示模式中更微小地改变了要表示的灰度级的数量，正如情况所需可以优选地使用该显示模式。例如，在显示运动图像等类似情况下，要表示的灰度级的数量较大的第一显示模式是合适的。在显示包括多种特征的图像例如e-mail，要表示的灰度级的数量较小的第二显示模式是合适的。另外，在显示静止图像例如卡通图像等类似情况下，要表示的灰度级的数量居中的第三显示模式是合适的。注意到第一显示模式中要表示的灰度级的数量期望的是2⁴灰度级或更多。第三显示模式中要表示的灰度级的数量期望的大约是2³灰度级。

注意到尽管在该实施方式中描述一个示例，其中基于外部光的强度转换显示模式，还可以提供选择开关给显示装置，通过该选择开关用户根据应用选择显示模式。此外，即使当通过选择开关选择显示模式时，所选择的显示模式的灰度级的数量可以根据外部光的强度自动地增加或减小。

注意到当第一或第三显示模式中表示灰度级，子帧的数量不特别受限制。另外，各子帧周期的显示周期的长度或用于发光的子帧的长度，即，子帧的选择方式也不受特别的限制。

例如，在第一显示模式中表示2⁴灰度级的情况下，一帧周期可能被划分为四个子帧(SF1至SF4)，子帧SF1至SF4的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4是2⁰∶2¹∶2²∶2³，且基于常规的时间灰度级方法，子帧被用于发光。其一个示例示出在图5中。

此外，作为灰度级的表示方法，灰度级可以由顺序地增加显示周期来表示，该显示周期包括在划分一帧而形成的部分或所有子帧的每一个中。也就是，发光的子帧的数量可以随着灰度等级的增加而增加。在这种情况下，较小灰度等级中发光的子帧也用于较大的灰度等级中发光。在该说明书中这种灰度级方法被称为“重叠时间灰度级方法”。例如，图6A和6B显示将重叠时间灰度级方法应用于第一显示模式中表示2⁴灰度级的情况下的示例。在图6A中，一帧周期被划分为5个子帧(SF1至SF5)，子帧SF1至SF5的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5是2⁰∶2¹∶2²∶2²∶2²，且重叠时间灰度级方法应用于显示周期的长度相等的子帧SF3至SF5。在图6B中，一帧周期被划分为5个子帧(SF1至SF5)，子帧SF1至SF5的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5是2²∶2¹∶2⁰∶2²∶2²，且重叠时间灰度级方法应用于显示周期的长度相等的子帧SF1、SF4和SF5。注意到通过应用重叠时间灰度级方法减小了伪轮廓。

注意到应用重叠时间灰度级方法的子帧不限于显示周期的长度相等的子帧，另外，子帧的出现顺序不限于上述顺序。

与第一显示模式相同，在第三显示模式中也表示灰度级的情况下，可以使用常规的时间灰度级方法或重叠时间灰度级方法。例如图7至图8B中显示常规时间灰度级方法和重叠时间灰度级方法分别应用于第三显示模式表示2³灰度级的情况下的示例。图7示出了一个示例，其中一帧周期被划分为三个子帧(SF1至SF3)，子帧SF1至SF3的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶是2⁰∶2¹∶2²，且其应用常规的时间灰度级方法。图8A示出了一个示例，其中一帧周期被划分为四个子帧(SF1至SF4)，子帧SF1至SF4的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4是2⁰∶2¹∶2¹∶2¹，且重叠时间灰度级方法应用于显示周期的长度相等的子帧SF2至SF4。另外，图8B示出一个示例，其中一帧周期被划分为四个子帧(SF1至SF4)，子帧SF1至SF4的显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5是2¹∶2¹∶2⁰∶2¹，且重叠时间灰度级方法应用于显示周期的长度相等的子帧SF1、SF2和SF4。注意到通过应用重叠时间灰度级方法减小了伪轮廓。

注意到在应用重叠时间灰度级方法的情况下，重叠时间灰度级方法应用的子帧不限于显示周期长度相等的子帧。另外，子帧的出现顺序不限于上述顺序。

注意到作为包括在本发明的显示装置的显示器中的像素部分的结构，图37中显示的具有该结构的像素可以使用在常规的示例中。另外，还可以任意地使用具有另一已知的结构的像素。

还注意到作为包括在本发明的显示装置的显示器中源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路，可以任意地使用具有已知结构的电路。

另外，在第二显示模式中驱动显示装置的过程中，用于驱动显示控制器的电压较低，使得显示控制器的能耗较小。

还注意到本发明不仅应用于利用OLED元件作为发光元件的显示装置中，还应用于另一自发光类型的显示装置例如FED或PDP中。

(实施方式2)

描述本发明的实施方式2。这里，与常规的示例相同，描述第一显示模式中使用4位的示例。

图9A和9B示出本发明的显示装置的驱动方法的时序表。通常考虑输入n位数字视频信号(其中n是自然数)的显示装置。在第一显示模式中利用n个子帧周期SF1至SFn和n位数字图像信号可以表示2ⁿ灰度级。另一方面，在第二显示模式中，通过转换操作利用m位数字图像信号(其中m是小于n的自然数)表示2^m灰度级。

此外通常，在输入n位数字视频信号的显示装置中(其中n是自然数)，在第一显示模式中通过输入n位数字图像信号和利用至少n个子帧周期可以表示n灰度级。另一方面，在第二显示模式中，通过转换操作并利用m位数字图像信号和至少m个子帧周期表示m灰度级(其中m是小于n的自然数)。这里，灰度级的数量不设置为子帧的数量的2次幂的原因是在显示器上对于伪轮廓采取措施。其详细情形描述在日本专利公开号2002-149113中。

图9A示出第一显示模式情况下的时序图，其中输入4位信号且表示2⁴灰度级。

在构造一帧周期的子帧周期SF1到SF4的各个显示周期中选择各像素的发光状态或不发光状态。在写周期中反向电势被设置为基本上与电源电势相同，并在显示周期中发生改变，与电源电势之间具有使得发光元件发光的电势差。该操作与常规的示例相同，因此省略详细地描述。

在图9B中显示第二显示模式情况下的时序图，第二显示模式表示只利用高两位信号的灰度级。比较图9A所示的第一显示模式中的对应于高两位的子帧周期的总和，写周期和显示周期被设置得更长。因此，相比于第一显示模式中对应于高两位的子帧周期的显示周期中选择的发光状态的发光元件的亮度，在第二显示模式中，选择发光状态的发光元件的亮度可以被设置得较低。因此，在第二显示模式的显示周期中发光元件的阳极和阴极之间施加的电压可以被设置得较低。

作为显示控制器的结构，可以使用实施方式1中描述的结构。

这里，在第一和第二显示模式之间转换与实施方式1中相同，基于通过为本发明的显示装置提供的光传感器检测的外部光的强度而执行。在光传感器的输出信号大于或等于一特定值的情况中，也就是，当外部光的强度较高，显示模式被转换到灰度级的数量较小的第二显示模式。也就是，它操作转换到灰度级的数量较小的第二显示模式。另一方面，在光传感器的输出信号小于一特定值的情况中，即当外部光的强度较低，显示模式被转换到灰度级的数量较大的第一显示模式。

以这种方式通过根据外部光的强度改变图像的灰度级的数量，可以清楚地感知图像，且保证在从黑暗地方或室内的荧光灯下到室外阳光下的较宽范围之内的清晰度。

注意到尽管在显示装置上进行描述，在该显示装置中转换第一显示模式和第二显示模式的两种显示模式，本发明还可以利用到下述这种情况，除了第一显示模式和第二显示模式之外，设置一种其中要表示的灰度级的数量较小地被改变的方式，且通过多种方式之间转换来执行显示。

例如，可以提供第三显示模式，第三显示模式中要表示的灰度级的数量小于第一显示模式的数量并大于第二显示模式的数量。通常注意到，在输入n位数字视频信号(n是自然数)到显示装置中，可能通过在第三显示模式中利用q个子帧周期SF1到SFq和q位数字图像信号表示2^q灰度级(其中q是满足m＜q＜n的自然数)。另外，还可能通过输入q位数字图像信号和利用至少q个子帧周期来表示q灰度级。注意到要另外提供的显示模式不是仅限于第三显示模式。还可以设定其中要表示的灰度级的数量进一步被更微小地改变的显示模式。

例如，除了表示2⁴灰度级的第一显示模式和表示2²灰度级的第二显示模式，可以提供表示2³灰度级的第三显示模式。图10A到10C中显示这种情况的时序表。图10A显示表示2⁴灰度级的第一显示模式情况下的时序表，图10B显示表示2²灰度级第二显示模式情况下的时序表，且图10C显示通过输入3位信号表示2³灰度级的第三显示模式情况下的时序表。

在第三显示模式中，在构造一帧周期的子帧周期SF1到SF3各自的显示周期中选择各像素的发光状态或不发光状态。这里，在写周期期间反向电势被设置为基本上与电源电势相等，且在显示周期中反向电势被改变，从而与电源电势之间具有使得发光元件发光的电势差。这种操作与常规的示例相同，因此省略了详细地描述。

这里，在第一、第二和第三显示模式之间转换与常规方式相同，其基于本发明的显示装置提供的光传感器检测的外部光的光强度而执行。如果光传感器的输出信号较大，即，如果外部光的光强度较高，显示模式被转换到灰度级的数量较小的第二显示模式。另一方面，如果光传感器的输出信号较小，即，如果外部光的光强度较低，显示模式被转换到灰度级的数量较大的第一显示模式。此外，如果光传感器的输出信号居中，即，如果外部光的光强度居中，显示模式被转换到灰度级的数量居中的第三显示模式。

按上述方式通过根据外部光的强度改变图像的灰度级的数量，可以清楚地感知图像，且保证在从黑暗地方或室内的荧光灯下到室外阳光下的较大范围之内的清晰度。

如上所述，通过设置除了第一显示模式和第二显示模式之外的显示模式，在该显示模式中更微小地改变了要表示的灰度级的数量，正如情况需要可以优选地使用该显示模式。例如，在显示运动图像等类似情况下，要表示的灰度级的数量较大的第一显示模式是合适的。如果显示包括多种特征的图像例如e-mail，要表示的灰度级的数量较小的第二显示模式是合适的。另外，在显示静止图像例如卡通等类似情况下，要表示的灰度级的数量居中的第三显示模式是合适的。注意到第一显示模式中要表示的灰度级的数量期望是2⁴灰度级或更多。第三显示模式中要表示的灰度级的数量期望大约是2³灰度级。

注意到尽管在该实施方式中描述一个示例，其中基于外部光的强度转换显示模式，还可提供选择开关给显示装置，通过该选择开关用户根据应用选择显示模式。此外，即使当通过选择开关选择显示模式时，所选择的显示模式的灰度级的数量可以根据外部光的强度自动地增加或减小。

注意到当第一、第二或第三显示模式中表示灰度级，子帧的数量不特别受限制。另外，各子帧周期的显示周期的长度，或用于发光的子帧的长度，即，子帧的选择方式也不受特别的限制。

[实施例1]

下文描述本发明的第一实施方式。

参考图11描述用于将执行时间灰度级驱动方法的信号输入到源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路的电路。

在本说明书中，要输入到显示装置的图像信号称为数字视频信号。这里注意到描述显示装置的一个示例，显示装置用于显示被输入了4位视频信号的图像，注意本发明不限于4位。

数字视频信号被读入到信号控制电路1201中，且信号控制电路1201将数字图像信号(VD)输出到显示器1200。

还注意在本说明书中，在信号控制电路1201中，在通过数字视频信号的编码进行转换后要输入到显示器中的信号称为数字视频信号。

用于驱动显示器1200的源极信号线驱动器电路1107和栅极信号线驱动器电路1108的信号和驱动电压由显示控制器1202输入。

注意到显示器1200的源极信号线驱动器电路1107由移位寄存器1110、LAT(A)1111和LAT(B)1112组成。此外，尽管没有示出，还可以提供电平移位器、缓冲器等。本发明不限于上述结构。

信号控制电路1201由CPU 1204、存储器A 1205、存储器B 1206和存储器控制器1203组成。

输入到信号控制电路1201的数字视频信号由存储器控制器1203控制被输入到存储器A 1205。这里，存储器A 1205具有能存储用于显示器1200的像素部分1109的所有像素的4位数字视频信号的容量。当一帧周期的信号存储在存储器A 1205中时，由存储器控制器1203顺序地读出每一位的信号，然后作为数字图像信号VD输入到源极信号线驱动器电路。

当开始读出存储在存储器A 1205中的信号时，对应于下一帧周期的数字视频信号开始通过存储器控制器1203被输入并存储到存储器B 1206中。与存储器A 1205相同，存储器B 1206也对于所有显示装置的像素具有能存储4位数字视频信号的容量。

如上所述，信号控制电路1201包括存储器A 1205和存储器B 1206，每一存储器在一帧周期中能存储4位数字视频信号。通过交替利用存储器A 1205和存储器B 1206来采样数字视频信号。

这里描述信号控制电路1201，交替利用该两存储器，即存储器A 1205和存储器B 1206来存储信号。然而，通常，提供能为多帧存储数据的各个存储器，且这些存储器可以被交替地使用。

执行上述操作的显示装置的方框图显示在图12中。显示装置由信号控制电路1201、显示控制器1202、显示器1200和光传感器1207组成。

显示控制器1202提供启动脉冲SP、时钟脉冲CLK、以及显示器1200的驱动电压。

光传感器1207检测外部光，并根据其强度将电信号通过放大器(未示出)输入到CPU 1204。

图12中示出第一显示模式中显示装置的一个示例，其中输入4位数字视频信号，并利用4位数字图像信号表示灰度级。存储器A1205由分别存储数字视频信号的第一位数据到第四位数据的存储器1205_1至1205_4组成。同样，存储器B1206由分别存储数字视频信号的第一位数据到第四位数据的存储器1206_1至1206_4组成。对应于各位的存储器具有多个存储器单元，通过该存储器单元与形成一个屏幕的像素相同多的一位的信号可以被存储。

通常，在利用n位数字图像信号能表示灰度级的显示装置中，存储器A1205由分别存储第一位数据到第n位数据的存储器1205_1至1205_n组成。同样，存储器B1206由分别存储第一位数据到第n位数据的存储器1206_1至1206_n组成。对应于各个位的存储器的每一个都具有能存储与形成一个屏幕的像素相同多的一位的信号的容量。

图13中示出存储器控制器1203的组成。在图13中，存储器控制器1203由灰度级限制电路1301、存储器R/W电路1302、参考振荡电路1303、可变的分频电路1304、x-计数器1305a、y-计数器1305b、x-解码器1306a和y解码器1306b组成。

图11、12示出的存储器A1205和存储器B1206等都共同地称为存储器。另外，存储器由多个存储器元件组成。存储器元件通过地址(x，y)被选择。

来自CPU1204的信号通过灰度级限制电路1301被输入到存储器R/W电路1302。灰度级限制电路1301根据第一显示模式或第二显示模式将信号输入到存储器R/W电路1302。存储器R/W电路1302根据来自灰度级限制电路1301的信号选择是否将对应于每一位的数字视频信号写入到存储器中。同样，读出已经被写入到存储器的数字图像信号的操作被选择。

另外，从CPU 1204被输入到灰度级限制电路1301的信号根据光传感器1207检测的外部光的强度被输出的信号控制。如果光传感器1207的输出信号大于或等于一特定值，即，当外部光的强度较高，从CPU 1204输入一个信号，根据灰度级的数量较小的第二显示模式，灰度级限制电路1301根据所述信号输出一个信号。另一方面，如果光传感器1207的输出信号小于一特定值，即当外部光的强度较低，从CPU 1204输入一个信号，根据灰度级的数量较大的第一显示模式，灰度级限制电路1301根据所述信号输出一个信号。

此外，来自CPU 1204的信号被输入到参考振荡电路1303。来自参考振荡电路1303的信号被输入到可变的分频电路1304，并被转变为具有合适频率的信号。这里，根据第一显示模式或第二显示模式，来自灰度级限制电路1301的信号被输入到可变的分频电路1304。基于该信号，从可变的分频电路1304的信号通过x-计数器1305a和x-解码器1306a选择存储器的x-地址。同样，来自可变的分频电路的信号被输入到y-计数器1305b和y-解码器1306b，并选择存储器的y-地址。

通过利用具有上述结构的存储器控制器1203，根据外部光的强度改变了要表示的灰度级的数量，在输入到信号控制电路的数字视频信号中，当不需要较高的灰度级显示时，要写入到存储器和从存储器读出的信号数据的数量可以被抑制。另外，从存储器读出信号的频率可以被改变。

下面描述显示控制器1202的组成。

图3是本发明的显示控制器的结构图。显示控制器1202由参考时钟产生电路301、可变的分频电路302、水平时钟产生电路303、垂直时钟产生电路304、用于发光元件的电源控制电路305以及用于驱动器电路的电源控制电路306组成。

从CPU 1204输入的时钟信号31被输入到参考时钟产生电路301，并产生一参考时钟。参考时钟通过可变的分频电路302被输入到水平时钟产生电路303和垂直时钟产生电路304。CPU 1204将灰度级控制信号34输入到可变的分频电路302。由灰度级控制信号34改变参考时钟的频率。

注意到参考时钟的频率在可变的分频电路302中被改变的程度可以被任意地确定。

注意到从CPU 1204输入的灰度级控制信号34由根据光传感器1207检测的外部光的强度的输出信号所控制。如果光传感器1207的输出信号大于或等于一特定值，即，当外部光的强度较高，根据灰度级的数量较小的第二显示模式输入灰度级控制信号。另一方面，如果光传感器1207的输出信号小于一特定值，即外部光的强度较低，则输入根据灰度级的数量较大的第一显示模式的信号。

此外，确定水平周期的水平周期信号32从CPU 1204被输入到水平时钟产生电路303，对于源极信号线驱动器电路输出时钟脉冲S_CLK和起始脉冲S_SP。同样，确定垂直周期的垂直周期信号33从CPU 1204被输入到垂直时钟产生电路304，且对于栅极信号驱动器电路输出时钟脉冲G_CLK和起始脉冲G_SP。

在这种情况下，可以根据外部光的强度改变要表示的灰度级的数量，同时当不需要较高灰度级显示时，没有防止从存储器读出较低位信号以及信号控制电路的存储器控制器减小了从存储器中读出信号的频率。根据上述操作，显示控制器降低了要输入到各驱动器电路(源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路)的采样脉冲SP和时钟脉冲CLK的频率，并对于要长时间表示的图像可以设置一子帧周期的写周期和显示周期。

例如，考虑到一显示装置，其中一帧周期被划分为四个子帧周期，子帧周期的各显示周期的比例Ts1∶Ts2∶Ts3∶Ts4被设置为2⁰∶2^-1∶2^-2∶2^-3，且在第一显示模式中利用4位数字图像信号来表示2⁴灰度级。为了简单起见，各子帧周期的显示周期Ts1到Ts4的长度分别假定为8，4，2和1。此外，各子帧周期的写周期Ta1到Ta4的每一长度都假定为1。另外，要考虑在第二显示模式中利用高一位信号表示灰度级的情况。

在这种情况下，每一帧周期的第二显示模式中与灰度级表示相关的位对应的子帧周期占据第一显示模式中与灰度级表示相关的位对应的子帧周期的比例是9/19。

如果不利用本发明的结构，例如，如果利用图41所示的常规的驱动方法，在第二显示模式中，一帧周期的10/19变为不涉及显示的周期。

另一方面，根据上述结构的本发明，在第二显示模式中，要输入到显示器的各驱动电路的时钟信号等的频率被改变，写周期被设置成长度为第一显示模式中写周期的长度的19/9倍，同样，显示周期的长度还被设置为第一显示模式中对应于第一位的子帧周期SF1的显示周期Ts1的长度的19/9倍。在这种情况下，一帧周期可以被子帧周期SF1占据。因此，在第二显示模式中一帧周期内不涉及显示的周期被减小。

在这种情况下，在第二显示模式中每一帧周期的发光元件的发光周期也可以被增加。

注意到在该实施例中，一帧周期被划分为四个子帧周期，且在第一显示模式中利用4位数字图像信号表示2⁴灰度级；然而，一子帧周期还可分为多个子帧周期。例如，一帧周期可被分为六个子帧周期。

发光元件305的电源控制电路控制发光元件的反向电极的电势(反向电势)，使其在写周期中保持基本上与电源电势相等的电势，然而在该显示周期其与电源电势之间具有使得发光元件发光的电势差。这里，对于发光元件305，灰度级控制信号34还被输入到电源控制电路。经由此，在选择发光状态的像素中，改变发光元件的反向电极的电势从而减小施加于发光元件的两电极之间的电压，减小的数量为发光元件的发光周期中增加的数量。此外，由于灰度级控制信号34由根据光传感器1207检测的外部光的强度的输出信号控制，施加于发光元件的两个电极之间的电压可以根据外部光的强度而改变。

注意到在该实施例中描述两种显示模式，第一显示模式和第二显示模式的情况；然而，如果显示模式设置为第一和第二显示模式之外的显示模式，在该该显示模式中改变要表示的灰度级的数量，发光元件的反向电极的电势也可以同样地被改变。

例如，考虑采到下述情况，除表示2⁴灰度级的第一显示模式和表示2灰度级的第二显示模式之外，提供表示2³灰度级的第三显示模式。在第三显示周期中，通过操作显示控制器，每一帧周期发光元件的显示周期可以比第一显示模式中的长。因此关于第三显示周期，施加于发光元件的两电极之间的电压可以被减小。然而，施加于发光元件的两电极之间的电压不能低于第二显示模式中的情形。因此关于第一、第二和第三显示模式，对于发光元件305，发光元件的反向电极的电势可以被电源控制电路改变。注意到图14中示出关于第一、第二和第三显示模式反向电极的电势。比较显示模式中每一帧周期中各个显示周期的长度，第二显示周期中的显示周期最长，随之其后的是第三显示模式中的显示周期，最后是第一显示模式中的显示周期。因此，可以控制反向电极的电势使得第二显示周期中的电势最高，第三显示模式随后，最后是第一显示模式。

在这种情况下，第二和第三显示模式中，施加于发光元件的两电极之间的电压的大小可以被减小，因此，由于该施加的电压，发光元件上的应力可以被减小。

对于驱动器电路306的电源控制电路控制要输入到各驱动器电路的电源电压。这里，对于驱动器电路306，灰度级控制信号34也被输入到电源控制电路，从而改变了要输出到驱动器电路的电源电压。在第二显示模式中，每一驱动器电路的时钟脉冲的频率小于第一显示模式中的每一驱动器电路的时钟脉冲的频率，因此在一较低的电源电压下可以操作各驱动器电路。此外，由于可以由根据光传感器1207检测的外部光的强度的输出信号控制灰度级控制信号34，因此根据外部光的强度可以改变驱动器电路的电源电压。

注意到驱动器电路306的电源控制电路可以采用一种已知的结构，例如日本专利号3110257中公开的技术。

此外，在驱动第二显示模式中的显示装置时，为了减小显示控制器的功耗可以提供将驱动显示控制器的电压设置得较低的装置。

上述信号控制电路1201、存储器控制器1203、CPU 1204、存储器1205和1206以及显示控制器1202可以形成在与显示器1200的像素相同的基板上，或由LSI芯片形成，然后通过COG被附着在显示器1200上，或可以利用TAB被附着在基板上，或形成在不同于显示器的基板的基板上，并利用导线与显示器相连。

[实施例2]

在该实施例中，描述一种显示装置，当通过光传感器1207的输出选择表示2灰度级的第二显示模式时，该显示装置提供一种反转显示图像的亮和暗之间的对比度的装置。图43中示出该实施例的显示装置的方框图。比较实施例1中描述的显示装置的示例，不同之处在于数字图像信号从信号控制电路1201不直接输入到显示器1200，而是通过开关4301被输入。开关4301包括一反相器电路4302，且通过转换该开关4301，可以选择数字图像信号是按原来的被输入到显示器，还是被输入为具有反转的对比度。结果，通常，白色背景图像和黑色显示图像被反转使得白色显示图像可以被显示在黑色背景图像上。由于背景图像是黑色，因此进一步改进了显示屏幕的清晰度，同时减小了发光部分的面积，从而减小了功耗。此外，通过增加白色显示图像的亮度，从而进一步改进了显示屏的清晰度。

注意到显示控制器、存储器控制器和显示器部分的结构等等都可以采用实施例1中描述的结构。

提供有图43中所示的显示装置的移动电话的示例示出在图44A和44B中。图44A中示出的移动电话由第一机壳4401、第二机壳4402、显示屏4403、扬声器4404、天线4405、铰链4406、键盘4407、麦克风4408和光敏元件4409组成。本发明的显示装置设置在第一机壳4401内。

图44A示出当外部光较弱时的显示器。在显示屏4403中，黑色字符显示在白色背景图像上。当外部光较弱时，眼睛的灵敏度可以适应显示屏的发光亮度。

图44B示出当外部光较强时的显示器。当外部光较强时，外部光超过了白色背景图像的亮度，因此外部光的强度由光传感器4409检测，且图像的对比度被反转，使得背景图像是黑色而字符是白色。通过显示类似的具有黑色背景图像，白色字符可以被清楚地感知。此外，显示黑色背景图像能减少发光部分的区域以便于减少耗能。此外，通过增加白色字符的亮度，显示屏的清晰度可以进一步提高。

注意到尽管本实施例表述移动电话的示例，但是本发明不限于此，且本发明可以应用于利用显示装置的各种电子设备中，例如便携式信息终端、个人计算机、摄像机和图像再现装置。

注意到该实施例可以自由地结合实施例1的内容被实施。

[实施例3]

在该实施例中描述本发明的显示装置的源极信号线驱动器电路的结构示例。该源极信号线驱动器电路的结构示例示出在图15中。

源极信号线驱动器电路由移位寄存器1501、扫描方向转换电路、LAT(A)1502和LAT(B)1503组成。注意到尽管图15中只说明了对应于从移位寄存器1501的输出之一的部分LAT(A)1502和部分LAT(B)1503，但是具有各自相同结构的LAT(A)1502和LAT(B)1503对应于来自移位寄存器1501的每一个输出。

移位寄存器1501由时钟反相器、反相器和NAND电路组成。源极信号线驱动器电路的起始脉冲S_SP被输入到移位寄存器1501。根据源极信号线驱动器电路的时钟脉冲S_CLK和源极信号线驱动器电路的反相时钟脉冲S_CLKB，其是一个极性与时钟脉冲S_CLK极性相反的信号，通过改变在导电状态和不导电状态之间的时钟反相器的状态，采样脉冲从NAND电路顺序地输出到LAT(A)1502。

扫描方向转换电路由开关构成，其功能是将移位寄存器1501的扫描方向在左和右方向之间转换。在图15中，如果扫描方向转换信号L/R对应于Lo信号时，移位寄存器1501从左到右顺序地输出采样脉冲。另一方面，如果扫描方向转换信号L/R对应于Hi信号时，则从右到左顺序地输出采样脉冲。

LAT(A)1502的各级由时钟反相器和反相器组成。

这里，“LAT(A)1502的各级”表示用于接收要输入到一个源极信号线的图像信号的LAT(A)1504。

这里，从实施例1中描述的信号控制电路输出的数字图像信号VD通过分成p(其中p是自然数)个信号被输入。也就是，对应于p个源极信号线各自输出的信号并行地被输入。当同时通过缓冲器将采样脉冲输入到LAT(A)1502的p级的时钟反相器时，各自输入的信号在被分成p个之后同时在LAT(A)1502的p级中被采样。

这里描述将信号电压输出给x源极信号线的源极信号线驱动器电路，每一水平周期顺序地从移位寄存器输出x/p采样脉冲。根据各采样脉冲，LAT(A)1502的p级同时采样各自的数字图像信号，该数字图像信号对应于p个源极信号线的输出。

在该说明书中，输入到源极信号线驱动器电路的数字图像信号被分为p-相并行信号，且利用一个采样脉冲同时接收p个数字图像信号，这种方法称为p分割驱动(p division drive)。图15中执行4分割驱动。

通过执行上述分割驱动，源极信号线驱动器电路中的移位寄存器的采样上可以存在一余量。从而增加了显示装置的可靠性。

当一水平周期中所有的信号被输入到LAT(A)1502的各级时，输入锁存脉冲LS和极性与锁存脉冲LS相反的反相锁存脉冲LSB，输入L到AT(A)1502各级的信号全部被输出到LAT(B)1503的各级中。

注意到“LAT(B)1503的各级”表示将信号从LAT(A)1502的各级输入到LAT(B)。

LAT(B)1503的各级由时钟反相器和反相器组成。从LAT(A)1502的各级输出的各个信号存储在LAT(B)1503中，并输出到源极信号线S1到Sx。

注意到尽管此处未示出，但可以任意地提供电平移动器、缓冲器等等。

从在本发明的实施方式中描述的显示控制器输入将要输入到移位寄存器1501、LAT(A)1502和LAT(B)1503的起始脉冲S_SP、时钟脉冲S_CLK等。

在本发明中，将具有较少位数的数字图像信号输入到源极信号线驱动器电路的LAT(A)的操作由信号控制电路执行。同时，减少要输入到源极信号线驱动器电路的移位寄存器的时钟脉冲S_CLK、起始脉冲S_SP等的频率以及减小操作源极信号线驱动器电路的驱动电压的操作由显示控制器执行。

在这种情况下，在第二显示模式中减少由源极信号线驱动器电路采样数字图像信号的操作，从而降低显示装置的功耗。

注意到本发明的显示装置可以自由地采用具有已知结构的源极信号线驱动器电路，以及具有本实施例结构的源极信号线驱动器电路。

此外，依据源极信号线驱动器电路的结构，要从显示控制器输入到源极信号线驱动器电路的信号线的数量以及驱动电压的电源线的数量被改变。

注意到该实施例可以自由地结合实施例1和实施例2实施。

[实施例4]

在该实施例中描述本发明的显示装置的栅极信号线驱动器电路的结构示例。

栅极信号线驱动器电路由移位寄存器、扫描方向转换电路等组成。注意到尽管此处未示出，但可以任意地提供电平移动器、缓冲器等等。

起始脉冲G_SP、时钟脉冲G_CLK、驱动电压等被输入到移位寄存器中，且栅极信号线选择信号被输出。

利用图16表述栅极信号线驱动器电路的结构。移位寄存器1601由时钟反相器1602和1603、反相器1604和NAND电路1607组成。起始脉冲G_SP被输入到移位寄存器1601。根据时钟脉冲G_CLK和极性与时钟脉冲G_CLK极性相反的反相时钟脉冲G_CLKB，通过改变在导电状态和不导电状态之间的时钟反相器1602和1603的状态，采样脉冲从NAND电路1607顺序地输出。

扫描方向转换电路由开关1605、开关1606组成，其功能是将移位寄存器的扫描方向在左和右方向之间转换。在图16中，如果扫描方向转换信号U/D对应于Lo信号时，移位寄存器从左到右顺序地输出采样脉冲。另一方面，如果扫描方向转换信号U/D对应于Hi信号时，则从右到左顺序地输出采样脉冲。

从移位寄存器输出的采样脉冲被输入到NOR电路1608，且操作由使能信号ENB执行。执行该操作以避免下述情况发生，即由于采样脉冲的迟钝同时选择邻近的栅极信号线。从NOR电路1608输出的信号通过缓冲器1609和1610被输出到每一栅极信号线G1到Gy中。

注意到尽管此处没有示出，但可以任意地提供电平移动器、缓冲器等。

从实施方式中描述的显示控制器中输入将要输入到移位寄存器的起始脉冲G_SP、时钟脉冲G_CLK、驱动电压等。

在本发明中，在第二显示模式中，减少要输入到栅极信号线驱动器电路的移位寄存器的时钟脉冲G_CLK、起始脉冲G_SP等的频率以及减小操作栅极信号线驱动器电路的驱动电压的操作由显示控制器执行。

在这种情况下，在第二显示模式中减小栅极信号线驱动器电路中采样的操作，从而降低显示装置的功耗。

注意到本发明的显示装置可自由地采用具有已知结构的栅极信号线驱动器电路，以及具有该实施例的结构的栅极信号线驱动器电路。

此外，依据栅极信号线驱动器电路的结构，要从显示控制器输入到栅极信号线驱动器电路的信号线的数量以及驱动电压的电源线的数量被改变。

该实施例可以自由地结合实施例1至实施例3实施。

[实施例5]

至于利用时间灰度级方法的显示装置，除了上文描述的写周期和显示周期是分离的方法之外，已经提出了一种同时执行写和显示的驱动方法。这已经明确地公开在日本专利公开号2001-343933中。根据该方法，除了常规的选择TFT和驱动TFT，提供一种擦除TFT从而可以增加灰度级的数量。

特别地，提供多个栅极信号线驱动电路，通过第一栅极信号线驱动电路执行写操作，在对所有线完成写操作之前，通过第二栅极信号线驱动电路执行擦除操作。如果大约是4位，这没有多大影响，然而，如果灰度级的数量是6位或更多，或如果必须增加子帧的数量以采取措施防止伪轮廓，这是一个非常有效的措施。本发明还应用于利用这种驱动方法的显示装置。

实现该驱动方法的像素结构的示例示出在图18、图19和图20中。

图18示出提供擦除TFT的示例。图18示出的像素由第一栅极信号线1801、第二栅极信号线1802、源极信号线1803、电源线1804、选择TFT 1805、存储电容器1806、驱动TFT 1807、发光元件1808和擦除TFT 1809组成。

选择TFT 1805的栅电极连接于第一栅极信号线1801，其第一电极连接于源极信号线1803，且其第二电极连接于存储电容器1806的第二电极、擦除TFT1809的第二电极和驱动TFT 1807的栅电极。驱动TFT 1807的第一电极连接于电源线1804，且其第二电极连接于发光元件1808的阳极。擦除TFT 1809的栅电极连接于第二栅极信号线1802，且其第一电极连接于电源线1804。

接下来描述图18示出的像素结构的操作。当写信号时，第一栅极信号线1801的电势高于源极信号线1803的最高电势或电源线1804的电势，由此选择第一栅极信号线1801，接通选择TFT 1805，信号从源极信号线1803输入到存储电容器1806。结果，根据存储在存储电容器1806内的信号，驱动TFT 1807的电流得到了控制，电流从电源线1804流到发光元件1808。因此发光元件1808发光。

当擦除一个信号时，第二栅极信号线1802的电势高于源极信号线1803的最高电势或电源线1804的电势，由此选择第二栅极信号线1802，接通擦除TFT1809，且断开驱动TFT 1807。结果，电流被阻止从电源线1804流到发光元件1808。因此形成不发光周期从而可以自由地控制发光周期的长度。

尽管图18中使用擦除TFT 1809，但是还可使用另一种方法。这是因为不发光周期可以被迫地通过阻止电流被提供到发光元件1808而形成。因此，可以通过在电流从电源线1804流向发光元件1808的路径中的某处设置开关并且控制开关的接通/断开而形成不发光周期。可替换的，可以控制驱动TFT 1807的栅极-源极电压而迫使断开驱动TFT 1807。

图19示出当迫使断开驱动TFT 1807的情况下的示例。图19显示的像素由第一栅极信号线1901、第二栅极信号线1902、源极信号线1903、电源线1904、选择TFT 1905、存储电容器1906、驱动TFT 1907、发光元件1908和擦除二极管1909组成。

选择TFT 1905的栅极连接于第一栅极信号线1901，其第一电极连接于源极信号线1903，且其第二电极连接于存储电容器1906的第二电极、擦除二极管1909的第二电极和驱动TFT  1907的栅电极。驱动TFT 1907的第一电极连接于电源线1904，且其第二电极连接于发光元件1908的阳极。擦除二极管1909的第一电极连接于第二栅极信号线1902。

注意到存储电容器1906具有存储驱动TFT 1907的栅极电势的功能。因此，其连接于驱动TFT 1907的栅电极和电源线1904之间，然而，本发明不限于此，只要其被设置成存储驱动TFT 1907的栅极电势即可。此外，如果驱动TFT 1907的栅极电势可以通过利用驱动TFT1907的栅极电容等被存储，因此存储电容器1906可以被省略。

接下来描述图19所示的像素结构的操作。当写信号时，第一栅极信号线1901的电势高于源极信号线1903的最高电势或电源线1904的电势，由此选择第一栅极信号线1901，接通选择TFT 1905，且信号从源极信号线1903输入到存储电容器1906。结果，根据存储在存储电容器1906中的信号，驱动TFT 1907的电流被控制，且电流从电源线1904流到发光元件1908。因此发光元件1908发光。

当擦除信号时，第二栅极信号线1902的电势高于源极信号线1903的最高电势或电源线1904的电势，由此选择第二栅极信号线1902，接通擦除二极管1909，电流从第二栅极信号线1902流到驱动TFT 1907的栅电极。由此，断开驱动TFT 1907。因此，电流被阻止从电源线1904流向发光元件1908。结果，形成不发光周期使得可以自由地控制发光周期的长度。

当存储信号时，第二栅极信号线1902的电势低于源极信号线1903的最高电势或电源线1904的电势，由此不选择第二栅极信号线1902。因此断开擦除二极管1909从而存储驱动晶体管1907的栅极电势。

注意到擦除二极管1909可以是任何元件，只要其具有纠正特性即可。其可以是PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管或齐纳二极管。

另外，擦除二极管可以是二极管连接的晶体管(其栅极和漏极被连接)。图20是这种情况下的电路图。二极管连接的晶体管2009被用作擦除二极管1909。尽管在这里使用N沟道晶体管，但是本发明不限于此。还可以使用P沟道晶体管。

图17A示出当显示器执行第一显示模式的时序图。在图17A中，利用第二栅极信号线驱动器电路在第四位执行擦除以缩短发光周期。

图17B示出当第二显示模式中执行显示时的时序图。在图17B中显示的第二显示周期中，不需要通过第二栅极信号线驱动器电路执行擦除，因此，不需要输入起始脉冲G_SP和时钟脉冲G_CLK到第二栅极信号线驱动器电路。

该实施例可以自由地结合实施例1至实施例4。

[实施例6]

此外，已经提出类似于实施例5中的同时执行写和显示的另一种方法。图21A和21B分别显示这种情况中第一显示模式中的时序表和第二显示模式中的时序表。这种情况下像素结构与图38示出的常规的像素结构相同。根据图21A和21B示出的驱动方法，在第一显示模式的一个栅极选择周期期间同时选择多行，且在第二显示模式中的一个栅极选择周期期间选择仅一行。

下面特别描述第一显示模式的驱动方法。如图22所示，一个栅极选择周期被分为多个子栅极选择周期(图22的情况中被分为三个)。然后，在各个子栅极选择周期中，各栅极信号线的电势较高，由此选择各栅极信号线，且相应的信号被输入到源极信号线。例如在一个栅极选择周期中，在第一子栅极选择周期中选择第i行，在第二子栅极选择周期中选择第j行，在第三子栅极选择周期中选择第k行。然后，在下一栅极选择周期中，在第一子栅极选择周期中选择第i+1行，在第二子栅极选择周期中选择第j+1行，在第三子栅极选择周期中选择第k+1行。根据此，可以实现在一个栅极选择周期中似乎是同时选择三行的操作。

图23中示出当实现该实施例中驱动方法时的栅极信号线驱动器电路的组成示例。例如，如果一个栅极选择周期被分为三个子栅极选择方法，第一移位寄存器2301、第二移位寄存器2302和第三移位寄存器2303被准备。注意到至于移位寄存器，例如，使用实施例5中描述的栅极信号线驱动器电路(图16)中示出的移位寄存器1601。分别在起始脉冲G_SP1、G_SP2和G_SP3操作移位寄存器2301、2302和2303并其分别输出采样脉冲。接下来，各个采样脉冲和用于划分一个栅极选择周期G_CP1、G_CP2和G_CP3的信号被分别输入到AND电路2304、2305和2306中，从而执行逻辑AND操作。最后，AND电路2304、2305和2306的各个输出被输入到OR电路2307，从而执行逻辑OR操作。然后，仅在OR电路2307的输出信号为Hi的周期中选择栅极信号线。

起始脉冲G_SP1、G_SP2和G_SP3和用于划分一个栅极选择周期G_CP1、G_CP2和G_CP3的信号从显示控制器被发送。图24示出该实施例中的显示控制器的组成示例。在图24所示的示例中，为各个移位寄存器提供用于产生各个起始脉冲和用于划分一个栅极选择周期的各信号的垂直时钟产生电路2404_1、2404_2和2404_3。根据此，可以独立操作各个移位寄存器。

接下来，图25、26和27中示出栅极信号线驱动器电路的时序表。图25示出通过利用移位寄存器2301选择第i行的栅极线的情形。

这里注意到划分一个栅极选择周期的信号是一个周期为一个栅极选择周期的信号，且划分一个栅极选择周期G_CP1的信号仅在一个栅极选择周期的第一1/3周期中是Hi信号，在一个栅极选择周期的余下2/3周期中是Lo信号。同样，划分一个栅极选择周期G_CP2的信号仅在一个栅极选择周期的中间1/3周期中是Hi信号，在一个栅极选择周期的余下2/3周期中是Lo信号。划分一个栅极选择周期G_CP3的信号仅在一个栅极选择周期的最后1/3周期中是Hi信号，在一个栅极选择周期的余下2/3周期中是Lo信号。

例如，要考虑只有移位寄存器2301的第i行的采样脉冲是Hi信号的情况。这里，AND电路关于移位寄存器的第i行的采样脉冲和用于划分一个栅极选择周期的信号的相应输出信号被表示为AND1_i、AND2_i和AND3_i。由于仅移位寄存器2301的第i行的采样脉冲是Hi信号，当用划分一个栅极选择周期G_CP1的信号执行逻辑AND操作时，可以获得只在一个栅极选择周期的第一1/3周期中是Hi的信号。此外，由于移位寄存器2302和2303的第i行的各自的采样脉冲是Lo信号，当用划分一个栅极选择周期的各信号执行逻辑AND操作时，可以获得在一个栅极选择周期是Lo的信号。最后，执行AND1_i、AND2_i和AND3_i的逻辑OR操作，从而可以获得一个栅极选择周期的仅在第一1/3周期是Hi的信号。因此，仅在一个栅极选择周期的第一1/3周期中选择第j行的栅极信号线。

图26示出通过利用移位寄存器2302的选择第j行栅极线的情况。例如，要考虑仅移位寄存器2302的第j行的采样脉冲是Hi信号的情形。这里，AND电路关于移位寄存器的第j行的采样脉冲和用于划分一个栅极选择周期的信号的各个输出信号被表示为AND1_j、AND2_j和AND3_j。由于仅移位寄存器2302的第j行的采样脉冲是Hi信号，当用划分一个栅极选择周期G_CP2的信号执行逻辑AND操作时，可以获得只在一个栅极选择周期的中间1/3周期中是Hi的信号。此外，由于移位寄存器2301和2303的第j行的各自的采样脉冲是Lo信号，当用划分一个栅极选择周期的各信号执行逻辑AND操作时，可以获得在一个栅极选择周期是Lo的信号。最后，执行AND1_j、AND2_j和AND3_j的逻辑OR操作，从而可以获得一个栅极选择周期的仅在中间1/3周期中是Hi的信号。因此，仅在一个栅极选择周期的中间1/3周期中选择第j行的栅极信号线。

图27示出通过利用移位寄存器2303的选择第k行栅极线的情况。例如，要考虑仅移位寄存器2303的第k行的采样脉冲是Hi信号的情形。这里，AND电路关于移位寄存器的第k行的采样脉冲和用于划分一个栅极选择周期的信号的各个输出信号被表示为AND1_k、AND2_k和AND3_k。由于仅移位寄存器2303的第k行的采样脉冲是Hi信号，当用划分一个栅极选择周期G_CP3的信号执行逻辑AND操作时，可以获得只在一个栅极选择周期的最后1/3周期中是Hi的信号。此外，由于移位寄存器2301和2302的第k行的各自的采样脉冲是Lo信号，当用划分一个栅极选择周期的各自的信号执行逻辑AND操作时，可以获得在一个栅极选择周期是Lo的信号。最后，执行AND1_k、AND2_k和AND3_k的逻辑OR操作，从而可以获得一个栅极选择周期的仅在最后1/3周期中是Hi的信号。因此，仅在一个栅极选择周期的最后1/3周期中选择第k行的栅极信号线。

此外，图30示出栅极信号线驱动器电路的另一组成示例。例如，如果一个栅极选择周期被划分为三个子栅极选择方法，准备第一移位寄存器3001、第二移位寄存器3002和第三移位寄存器3003，且移位寄存器3001、移位寄存器3002和移位寄存器3003分别置于像素部分3000的两侧上。移位寄存器3001将移位寄存器3001输出的采样脉冲和划分一个栅极选择周期G_CP1的信号输入到AND电路3004。然后，仅在AND电路3004的输出信号是Hi的周期中选择栅极信号线。同时，移位寄存器3002和3003分别将从该相应移位寄存器输出的各个采样脉冲和用于划分一个栅极选择周期G_CP2的信号和用于划分一个栅极选择周期G_CP3的信号输入到AND电路3005和AND电路3006，且其输出被输入到OR电路3007。然后，仅在OR电路3007的输出信号是Hi的周期中选择栅极信号线。注意到开关3008和3009分别连接于AND电路3004的输出线和栅极信号线之间以及OR电路3007的输出线和栅极信号线之间。这些开关由从显示控制器传送的开关控制信号G_SW控制，并接通连接于栅极信号线的开关，在这里AND电路3004和OR电路3007各自的输出信号为Hi，从而选择了栅极信号线。

注意到分别连接于栅极信号线的两端的一对开关3008和3009被控制以专有地操作。例如，当利用移位寄存器3001选择第i行的栅极信号线时，在连接于第i行的栅极信号线的开关之间接通开关3008并断开开关3009。结果，只有移位寄存器3001的输出被输入到第i行栅极信号线。当利用移位寄存器3002选择第j行栅极信号线时，在连接于第j行的栅极信号线的开关之间接通开关3009并断开开关3008。结果，只有移位寄存器3002的输出被输入到第j行栅极信号线。

如上所述，通过利用该实施例的栅极信号线驱动器电路，在一个栅极选择周期期间可以选择三行的栅极信号线。

要注意到在转换各显示模式中可以改变起始脉冲和用于划分一个栅极选择周期的信号的时序。例如，如果提供表示2⁴灰度级的第一显示模式、表示2灰度级的第二显示模式和表示2³灰度级的第三显示模式，图28和图29A、图29B示出了显示模式中的起始脉冲和用于划分一个栅极选择周期的信号的各个时序表的示例。注意到图28示出的示例，图29A和29B描述如果在第一和第三显示模式中在一个栅极选择周期同时选择多行，在第二显示模式中的一个栅极选择周期中选择仅一行。

在第一和第三显示模式中采用图28中示出的信号的时序表。图28与图25到27中所用的相同。根据此，在一个栅极选择周期期间可以选择多条栅极信号线，要输入到栅极信号线驱动器电路的移位寄存器的时钟脉冲G_CLK和起始G_SP等的频率被减小，且操作栅极信号线驱动器电路的驱动电压被减小。

此外，第二显示模式中采用图29A和291B中示出的信号的时序表。图29A示出输入公共起始脉冲G_SP到移位寄存器的三级的方法。至于划分一个栅极选择周期的信号，其与图28所示的相同。根据此，通过利用对于一个栅极选择周期的各个1/3周期的移位寄存器的三级而选择相同的栅极信号线。即在一个栅极选择周期中可以选择一行的栅极信号线。图29B示出通过仅利用移位寄存器的三级中的一级来选择栅极信号线的方法。例如，关于起始脉冲，仅在一个栅极选择周期期间将G_SP1设定为Hi信号，而G_SP2和G_SP3总是被设置为Lo信号。此外，关于用于划分一个栅极选择周期的信号，G_CP1总是设定为Hi信号，而G_CP2和G_CP3总是被设置为Lo信号。根据此，通过利用第一移位寄存器2301在一个栅极选择周期中选择一行的栅极信号线。

注意到通常，如果一个栅极选择周期被划分为a个子栅极选择周期(其中a是大于或等于2的自然数)，准备移位寄存器的a个级，且栅极信号驱动器电路可以由与本实施例相同的方式组成。

图31示出当实现该实施例的驱动方法的源极信号线驱动器电路的组成示例。图31说明第i列源极信号线驱动器电路。例如，如果如图22所示，一个栅极选择周期被划分为三个子栅极选择周期，准备三对第一锁存电路和第二锁存电路。在第一锁存电路和第二锁存电路的每对中，不同行的视频信号被存储。例如，第i行的视频信号存储在第一锁存电路A3102和第二锁存电路A3103中，第j行的视频信号存储在第一锁存电路B3104和第二锁存电路B3105中，第k行的视频信号存储在第一锁存电路C3106和第二锁存电路C3107中。然后，通过转换开关3115来选择要输入到第i列的源极信号线的一行视频信号，并通过电平移动器3108被输入。注意到转换开关的操作被控制使得对于三个子栅极选择周期的每一个接通不同的开关。例如，图10A到10C和图23中示出用于栅极信号线驱动器电路中的划分一个栅极选择周期G_CP的信号的使用，仅存储在第一锁存电路A3102和第二锁存电路A3103中的第i行的视频信号在一个栅极选择周期的第一1/3周期中被输入到源极信号线。同样，仅存储在第一锁存电路B3104和第二锁存电路B3105中的第j行的视频信号在一个栅极选择周期的中间1/3周期中被输入到源极信号线。仅存储在第一锁存电路C3106和第二锁存电路C3107中的第k行的视频信号在一个栅极选择周期的最后1/3周期中被输入到源极信号线。

通过利用这种源极信号线驱动器电路，三行的视频信号可以在一个栅极选择周期期间被输入到源极信号线。通过使用图10A到10C和图23中显示的源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路，可以实现在一个栅极选择周期中选择多条栅极信号线的驱动方法。

通过利用上述的驱动方法，可以增加每一帧周期的发光元件的发光周期，从而改善亮度。此外，可以减小被输入到各驱动器电路(源极信号线驱动器电路和栅极信号线驱动器电路)的移位寄存器的时钟脉冲、起始脉冲等各自的频率，且可以减小操作各驱动器电路的驱动电压。另外，因为可以简化电路的结构，因此其可以应用于一种廉价的显示装置中。

注意到关于这种驱动方法的细节，已经在日本专利公开号2001-324958、日本专利公开号2002-108264、日本专利公开号2002-4501等等中公开，它们的内容可以结合在该申请中。

注意到在该实施例的第二显示模式中划分一个帧周期，然而，该划分不是必要被执行。

注意到在该实施例的第二显示模式中，在一个栅极选择周期中仅选择一行，然而，在第二显示模式中的一个栅极选择周期可以同时选择多行。

注意到本实施例可以自由地与实施例1至4组合在一起。

[实施例7]

另外，根据上述方法，通过恒定的电压驱动进行时间灰度级操作。换句话说，像素中的驱动TFT在线性区域内操作。因此，外部电源电压按原状被施加到发光元件。然而，在该方法中存在一下面的缺点；当发光元件退化以改变所施加的电压和亮度之间的特征时，引起老化从而损坏了显示质量。因此，存在恒定的电流驱动，也就是饱和区域中操作像素内的驱动TFT的驱动方法使得驱动TFT被用作电流源。即使在这种情况下，通过控制驱动TFT的操作周期，可以进行时间灰度级。这已经在日本专利公开号2002-108285中进行描述。本发明可以被应用于这种恒定的电流时间灰度级方法。驱动TFT的操作点示出在图32中。当进行恒定的电流驱动时，在饱和区域中操作驱动TFT，其中存在一个操作点3205。当进行恒定的电压驱动时，在线性区域中操作驱动TFT，其中存在一个操作点3206。

注意到该实施例可以自由地结合实施例1至6被实施。

[实施例8]

上文描述的是时间灰度级方法用作灰度级表示方法的示例，然而，本发明可以应用于另一灰度级表示方法的情况。例如，即使在使用区域灰度级方法的驱动方法的情况下也可应用本发明。图33和34示出在应用区域灰度级方法的情况下像素结构的示例。像素具有一个特点，即一个像素包括多个发光元件，每个发光元件可以被单独控制，通过该像素执行区域灰度级方法。图33和34中示出的发光元件3311和发光元件3411包括三个发光元件，其中的两个可以被单独控制。相对的，可以被单独控制的两个发光元件之一可以发出1单位的亮度，而另一个可以发出2单位的亮度。根据这一点，即使当发光元件被二进制的发光和不发光驱动时，在一个像素中也可以表示0，1，2和3单位的亮度。

图33是一结构示例，其中提供多条源极信号线，被输入信号的源极信号线和该信号被控制从而改变发光的发光元件的数量以表示灰度级。在图33中，通过增加栅极信号线3301的电势，选择栅极信号线3301，接通第一选择TFT3305和第二选择TFT 3306，且第一源极信号线3302和第二源极信号线3303各自的信号被输入到第一存储电容器3307和第二存储电容器3308。结果，根据各自的信号，第一驱动TFT 3309和第二驱动TFT 3310的电流得到了控制，且电流从电源线3304流到发光元件3311。

这时，依据输入到第一和第二源极信号线的信号，发光的发光元件3311在数量上被改变。例如，当一Hi信号输入到第一源极信号线3302，而一Lo信号输入到第二源极信号线3303时，仅第一驱动TFT 3309被接通，从而两个发光元件发光。另一方面，当一Lo信号输入到第一源极信号线3302，而一Hi信号输入到第二源极信号线3303时，仅第二驱动TFT 3310被接通，从而一个发光元件发光。另外，当Hi信号输入到第一源极信号线3302和第二源极信号线3303时，第一驱动TFT 3309和第二驱动TFT 3310都被接通，从而三个发光元件发光。

图34是一结构示例，其中提供多条栅极信号线，被输入信号的栅极信号线被控制从而改变发光的发光元件的数量以表示灰度级。在图34中，通过增加第一栅极信号线3401和第二栅极信号线3402的电势，选择第一栅极信号线3401和第二栅极信号线3402，接通第一选择TFT 3405和第二选择TFT 3406，且第一源极信号线3403的信号被输入到第一存储电容器3407和第二存储电容器3408。结果，根据信号，第一驱动TFT 3409和第二驱动TFT 3410的电流被控制，且电流从电源线3404流到发光元件3411。

这时，依据第一和第二栅极信号线之间选择的栅极信号线，发光的发光元件3411在数量上被改变。例如，当只选择第一栅极信号线3401时，只接通第一选择TFT 3405，且仅第一驱动TFT 3409的电流被控制，从而两个发光元件发光。另一方面，当只选择第二栅极信号线3402时，仅第二开关TFT 3406被接通，仅第二驱动TFT 3410的电流被控制，从而一个发光元件发光。另外，当第一栅极信号线3401和第二栅极信号线3402都被选择时，第一选择TFT 3404和第二选择TFT 3406被接通，且第一驱动TFT 3409和第二驱动TFT 3410各自的电流被控制，从而三个发光元件发光。

通过利用这种像素电路，本发明可以应用于一区域灰度级方法。

注意到该实施例可以只有结合实施例1至7被实施。

[实施例9]

在该实施例中描述由组成本发明的显示装置的TFT的结构。在该实施例中，描述非晶硅(a-Si:H)薄膜用作TFT的半导体层的情况。图45A和45B中示出顶部栅极TFT的情形，图46A和46B以及图47A和47B中示出底部栅极TFT的情形。

图45A示出具有顶部栅极结构的TFT的截面，其中非晶硅用于其半导体层。如图45A所示，底部薄膜4502形成在基板4501上。在底部薄膜4502上形成像素电极4503。此外，第一电极4504与像素电极4503以相同的材料形成在相同层中。

玻璃基板、石英基板、陶瓷基板等可以用作基板。氮化铝(AlN)、氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅(SiO_xN_y)等的一层或其叠层可以用作底部薄膜4502。

导线4505和导线4506形成在底部薄膜4502上，且像素电极4503的端部由导线4505覆盖。在导线4505和导线4506上，具有n型导电性的n型半导体层4507和具有n型导电性的n型半导体层4508分别形成。此外，半导体层4509形成在底部薄膜4502上的导线4505和导线4506之间，半导体层4509部分在n型半导体层4507和n型半导体层4508上延伸。注意到半导体层由具有非晶体，例如非晶硅(a-Si:H)或微晶半导体(μ-Si:H)的半导体薄膜形成。然后，栅极绝缘薄膜4510形成在半导体层4509上，且在第一电极4504上绝缘薄膜4511以与栅极绝缘薄膜4510相同的材料形成在相同层中。注意到氧化硅薄膜、氮化硅薄膜等等可用作栅极绝缘薄膜4510。

此外，在栅极绝缘薄膜4510上形成栅电极4512。然后，在第一电极4504上，第二电极4513以与栅电极相同的材料形成在相同层中，其间插入了绝缘薄膜4511。形成电容器4519，其中绝缘薄膜4511插入在第一电极4504和第二电极4513之间。此外，形成层间绝缘薄膜4514以覆盖像素电极4503的端部、驱动晶体管4518和电容器4519。

在层间绝缘薄膜4514和对应于层间绝缘薄膜4514的开口的像素电极4503上，形成了包括有机化合物4515和反向电极4516的层。发光元件4517形成在这样的区域中，即其中包括有机化合物4515的层插入像素电极4503和反向电极4516之间。

注意到图45A中的第一电极4504可以是图45B所示的第一电极4520。第一电极4520以与导线4505和4506相同的材料形成在相同的层中。

图46A和46B示出显示装置面板的部分截面，其中具有底部栅极结构的TFT将非晶硅用作半导体材料。

底部薄膜4602形成在基板4601上。栅电极4603形成在底部薄膜4602上。此外，第一电极4604以与栅电极相同的材料形成在相同层中。添加磷的多晶硅可用作栅电极4603的材料。除了多晶硅之外，是金属和硅的化合物的硅化物也可被使用。

然后，形成栅极绝缘薄膜4605以覆盖栅电极4603和第一电极4604。氧化硅薄膜、氮化硅薄膜等可用作栅极绝缘薄膜4605。

在栅极绝缘薄膜4605上形成半导体层4606。此外，半导体层4607以与半导体层4606相同的材料形成在相同层中。

玻璃基板、石英基板、陶瓷基板等可用作基板。氮化铝(AlN)、氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅(SiO_xN_y)等等的一层或其叠层可以用作底部薄膜4602。

具有n型导电性的N型半导体层4608和4609形成在半导体层4606上，且n型半导体层4610形成在半导体层4607上。

导线4611和4612分别形成在n型半导体层4608和4609上，且在n型半导体层4610上导电层4613以与导线4611和4612相同的材料形成在相同层内。

半导体层4607、n型半导体层4610和导电层4613构成第二电极。注意到电容器4620形成为具有这种结构，其中栅极绝缘薄膜4605插入在第二电极和第一电极4604之间。

导线4611的一个端部被延伸，像素电极4614形成在延伸的导线4611上。

此外，形成层间绝缘薄膜4615以覆盖像素电极4614的端部、驱动晶体管4619和电容器4620。

然后，包括有机化合物4616和反向电极4617的层形成在像素电极4614和层间绝缘膜4615上。显示元件4618形成在这样的区域中，其中包括有机化合物4616的层夹在像素电极4614和反向电极4617之间。

不是必须提供形成电容器的第二电极的一部分的半导体层4607和n型半导体层4610。也就是，第二电极可以是导电层4613，因此电容器可以被形成，其中栅极绝缘薄膜插入在第一电极4604和导电层4613之间。

注意到，在图46A中形成导线4611之前通过形成像素电极4614，电容器4622可以形成为具有一种结构，其中栅极绝缘薄膜4605插入由像素电极4614形成的第二电极4621和第一电极4604之间，如图46B所示。

必须注意到图46A和46B示出相反交错的沟道蚀刻型TFT；然而可以使用沟道保护型TFT。参考图47A和47B描述沟道保护型TFT的情况。

图47A中示出的沟道保护型TFT与图46A所示的沟道蚀刻型的驱动TFT4619的不同之处在于，作为蚀刻掩膜的绝缘体4701被提供于半导体层4606内的沟道形成区域上。与图46A相同的其它部分由相同的附图标记表示。

同时，图47B中显示的沟道保护型TFT与图46B示出的沟道蚀刻型的驱动TFT4619的不同之处在于，作为蚀刻掩膜的绝缘体4701被提供在半导体层4606内的沟道形成区域上。与图46B相同的其它部分由相同的附图标记表示。

通过将非晶硅半导体薄膜用作构成本发明的像素的TFT的半导体层(例如沟道形成区域、源区和漏区)，从而减小了制造成本。

注意到本发明的像素结构使用的晶体管结构和电容器结构不限于上述结构，且还可以使用不同的结构。

例如，该实施例中描述非晶硅(a-Si:H)薄膜用作TFT的半导体层，然而本发明不限于此。多晶硅(p-Si)薄膜也可用作半导体层。

注意到各种类型的晶体管可用作本发明的晶体管。因此，可用于本发明的晶体管类型不受限制。因此，可以应用利用非晶硅或多晶硅为代表的非晶半导体膜的薄膜晶体管(TFT)，利用半导体基板或SOI基板形成的MOS晶体管，结晶体管，双极性晶体管，利用化合物半导体例如ZnO或a-InGaZnO的晶体管，利用有机半导体或碳纳米管的晶体管，或其它的晶体管。注意到非晶半导体薄膜可以包含氢或卤素。关于晶体管布置其上的基板，各种类型的基板可以被使用并且不限于特定的一种。因此，晶体管可以提供在例如单一晶体基板、SOI基板、玻璃基板、石英基板、塑料基板、纸质基板、玻璃纸基板，石质基板等等上。此外，形成在特定基板上的晶体管可以被转移且设置在另一基板上。

还注意到TFT的结构可以使用各种形式且不限于特定的结构。例如，栅极数量至少为两个的多栅极结构可以被使用。通过采用多栅极结构，可以减小关断电流，对晶体管的耐压性可以被改善以提高可靠性，且当在饱和区域操作时，即使当漏源电压改变，漏-源电流也不改变太多，从而可以实现平坦特性时。此外，还可以使用栅电极置于沟道上方和下方的结构，通过采用栅电极置于沟道上方和下方的结构，沟道区域得以增加，从而电流值得以增加，耗尽层可以容易地形成以增加S值。此外，可以存在栅电极置于沟道上方的结构，栅电极置于沟道下方的结构，交错的TFT结构，以及反向交错的TFT结构。此外，沟道区域可以被划分为多个区域，且可以并行或者串行相连。此外，源电极或漏电极可以与沟道(或其部分)重叠。通过采用源电极或漏电极与沟道(或其部分)重叠的结构，由于部分沟道中电荷的积累可以防止操作的不稳定。此外可以提供LDD区域。通过提供LDD区域，关断电流可以被减小，且晶体管的耐压性可以被改善以提高可靠性，且当在饱和区域操作时，即使当漏源电压改变时，漏-源电流不会改变太多，从而可以实现平坦特性时。

注意到形成为各导线和电极，其包含从包括铝(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)的组中选择的一个或多个元素、由上述组中选出的一种或多种元素的化合物或合金材料作为其主要成分(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，钕铝：Al-Nd，或镁银：Mg-Ag)，或者组合上述化合物获得的材料。可替换的，其被形成包含上述化合物和硅(硅化物)(例如铝硅、钼硅或硅化镍)，或上述化合物和氮的化合物(例如氮化钛、氮化钽或氮化钼)。注意到在硅(Si)中有大量n型杂质(例如磷)或p型杂质(例如硼)。当包括这种杂质时，由于提高硅的导电性且硅用作正常的导体，硅可以容易地用于导线或电极。还注意到硅可以是单晶硅，多晶硅或非晶硅。当使用单晶硅或多晶硅时，可以减小电阻。当使用非晶硅时可以简化制造步骤。注意到由于其导电率较高，铝和银可以减小信号延迟，且较容易被蚀刻，因此对其构图容易被执行且能够执行微加工。铜可以减小信号延迟，这是由于其导电率较高。钼是人们希望的，因为它可以在不引起例如材料的缺陷的问题的情况下被形成，即使它接触氧化物半导体例如ITO或IZO或硅时，对其构图或蚀刻可以容易地被执行，且其耐热性较高。钛是人们希望的，因为它可以在不引起例如材料的缺陷的问题的情况下被形成，即使它接触氧化物半导体例如ITO或IZO或硅时，且其耐热性较高。钨是人们希望的，因为其耐热性较高。钕是人们希望的，因为其耐热性较高。尤其，铝钕合金是人们希望的，由于耐热性增加且可以抑制在铝中形成突起。硅是人们希望的，因为它与晶体管的半导体层同时形成，且其耐热性较高。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)是人们希望的，由于它们传输光并因此可以在传输光的部分中被使用；例如，它们可用作像素电极或公共电极。

注意到这些材料可以具有单层结构或多层结构以形成导线或电极。当采用单层结构时，可以简化制造步骤以及减少制造天数，导致节省成本。另一方面，当采用多层结构时，可以利用各个材料的优点，且其缺点可以被减少，从而形成高性能的导线或电极。例如，通过在多层结构中包括低电阻材料(例如铝)，可以减小导线的电阻。此外，通过包括高耐热性材料，例如，当采用其中不具有高耐热性但是有其它优点的材料插入在高耐热性材料之间的多层结构时，总体上可以提高导线或电极的耐热性。例如，希望使用多层结构，其中包含铝的层插入在分别包含钼或钛的层之间。此外，如果导线或电极部分直接接触由不同材料制成的另一导线或电极，这些导线或电极可能相互之间有不利的影响。例如，一种导线或电极的材料可以进入另一导线或电极的材料以改变其特性，从而阻碍了实现预期的目的，或在制造过程中出现问题，并且不能正常地完成制造步骤。在这种情况下，可以通过插入一层或者用另一层覆盖一层来解决问题。例如，如果氧化铟锡(ITO)要与铝接触，希望钛或钼插入其间。另外，如果硅要与铝接触，希望钛或钼插入其间。

注意到该实施例可以自由地结合实施例1至8实施。

[实施例10]

检测外部光的强度的光传感器可以提供给显示器作为其部件或可以整体形成在该显示器中。如果其整体形成在显示器中，其显示器表面还可以用作光传感器的接收表面，这在设计上具有较大的影响。也就是，在没有意识到与显示装置相连的光传感器的情况下可以执行基于外部光的强度的灰度级控制。

这里，图48中示出一结构示例，其中光传感器整体形成在显示器上。注意到图48示出像素由发光元件和TFT组成的情况，该发光元件由于电致发光而发光(OLED元件)，且TFT控制发光元件的操作。

在图48中，提供了形成在具有光传输特性的基板4800上的驱动TFT 4801和电容器4802，由发光材料形成的第一电极(像素电极)4811、有机化合层4812，和由光透射材料形成的第二电极(反向电极)4813。在形成在第二电极4813上的绝缘薄膜4803上，提供由层叠p型层4822、实质固有的i型层4823和n型层4824而形成的光电转换元件4820、连接于p型层的电极4821和连接于n型层的电极4825。

在该实施例中，光电转换元件4820被用作光传感器元件。发光元件4810和光电转换元件4820形成在相同的基板4800上，且从发光元件4810发出的光构成图像，且用户能看到它。另一方面，光电转换元件4820具有检测外部光并将对应于外部光的强度的电信号发送给控制器(CPU)的功能。按照这种方式，发光元件和光传感器(光电转换元件)可以形成在相同的基板上，这有利于减小装置的尺寸。

注意到光电转换元件4820也可形成在绝缘薄膜4804上。

注意到本实施例可自由地结合实施例1至9实施。

[实施例11]

整个该说明书中，发光元件是具有下述结构的元件(OLED元件)，在该结构中在产生电场而发光的有机化合物层插入在阳极和阴极之间，然而，本发明不限于此。

此外，在该说明书中，发光元件不但是利用当从单重态激子跃迁到基态时发光(荧光)的元件，而且是利用从三重态激子跃迁到基态时发光(磷光)的元件。

作为有机化合物层，存在空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层等等。发光元件的基本结构是阳极、发光层和阴极这种顺序的叠层。除此之外，存在阳极、空穴注入层、发光层、电子注入层和阴极这种顺序的叠层结构，以及存在阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极这种顺序的叠层结构等等。

注意到有机化合物层不限于具有叠层结构的层，其中空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等被清楚地区分开。也就是，有机化合物层可以具有包括这样一层的结构，即其中形成空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等各自的材料被混合。

此外，无机材料也可被混合。

此外，低分子材料、高分子材料和中分子材料中的任何材料可用于OLED元件的有机化合物层。

注意到该说明书中，中分子材料不具有出众的特性，且其分子的数目是20或更少，或者其分子链的长度为10μm或更短。

注意到该实施例可以自由地结合实施例1至10实施。

[实施例12]

该实施例参考图35A至35F描述使用本发明的显示装置的电子设备。

图35A是利用本发明的显示装置的便携式信息终端的示意图。便携式信息终端由主体3501a、操作开关3501b、电源开关3501c、天线3501d、显示部分3501e、外部输入端口3501f和光传感器3501g组成。本发明的显示装置可用于显示部分3501e中。根据本发明，可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的便携式信息终端。

图35B是利用本发明的显示装置的个人计算机的示意图。个人计算机由主体3502a、外壳3502b、显示部分3502c、操作开关3502d、电源开关3502e、外部输入端口3502f和光传感器3502g组成。本发明的显示装置可用于显示部分3502c中。根据本发明可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的个人计算机。

图35C是利用本发明的显示装置的图像再现装置的示意图。图像再现装置由主体3503a、外壳3503b、记录媒体3503c、显示部分3503d、音频输出部分3503e、操作开关3503f和光传感器3503g组成。本发明的显示装置可用于显示部分3503d中。根据本发明可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的图像再现装置。

图35D是利用本发明的显示装置的电视机的示意图。该电视机由主体3504a、外壳3504b、显示部分3504c、操作开关3504d和光传感器3504e组成。本发明的显示装置可用于显示部分3504c中。根据本发明，可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的电视机。

图35E是利用本发明的显示装置的头戴式显示器的示意图。头戴式显示器由主体3505a、监视器部分3505b、头带3505c、显示部分3505d、光学系统3505e和光传感器3505f组成。本发明的显示装置可用于显示部分3505d中。根据本发明可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的头戴式显示器。

图35F是利用本发明的显示装置的摄像机的示意图。该摄像机由主体3506a、外壳3506b、连接部分3506c、图像接收部分3506d、目镜部分3506e、电池3506f、音频输入部分3506g、显示部分3506h和光传感器3506i组成。本发明的显示装置可用于显示部分3506h中。根据本发明可以形成显示部分，即使在强外部光的情况下其清晰度较高，从而提供方便使用的摄像机。

本发明还可应用于除上述所用的电子设备之外的多种电子设备中。

注意到本实施例可自由地结合实施例1至11实施。

本发明基于2005年5月20日在日本专利局申请的日本专利申请序列号2005148838，在此结合其全部内容作为参考。

Claims (27)

1、一种显示装置，包括：，

显示器；

显示控制器；和

光传感器；

其中该显示装置具有第一显示模式和第二显示模式；

其中在第一显示模式中，一个帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，

其中在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更小的时钟频率以及更小的驱动电压操作，一个帧周期或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间的总数目表示一位灰度级，

其中外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制，和

其中在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线。

2、根据权利要求1的显示装置，其中当第一显示模式被选择时的外部光的强度高于当第二显示模式被选择时的外部光的强度。

3、根据权利要求1的显示装置，其中显示装置还包括帧存储器，n位数据(其中n是大于或等于2的自然数)被写入该帧存储器中，从该帧存储器中读出n位数据以在第一显示模式中执行显示，一位数据被写入该帧存储器中，且从该帧存储器中读出该一位数据以在第二显示模式中执行显示。

4、根据权利要求1的显示装置，其中该显示器还包括在每一像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电流大于第二显示模式中施加于发光元件的电流。

5、根据权利要求1的显示装置，其中在第一显示模式中一个帧周期具有写入像素的周期、显示周期和擦除周期。

6、根据权利要求1的显示装置，其中当选择第二显示模式时，在显示控制器中用于驱动器电路的电源控制电路输出的电压小于在第一显示模式中的输出电压。

7、根据权利要求1的显示装置，其中显示装置被加入到从下面组中选择的电子设备中，该组由便携式信息终端、个人计算机、摄像机和图像再现装置组成。

8、一种显示装置，包括：

显示器；

显示控制器；和

光传感器；

其中该显示装置具有第一显示模式和第二显示模式，

其中在第一显示模式中，一个帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，

其中在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更小的时钟频率以及更小的驱动电压操作，长于第一显示模式中的一个帧周期的一个帧周期或者是发光周期，或者是不发光周期，且由在一个帧周期中包括的发光时间表示一位灰度级，

其中外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制，和

其中在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线。

9、根据权利要求8的显示装置，其中当第一显示模式被选择时的外部光的强度高于当第二选择方式被选择时的外部光的强度。

10、根据权利要求8的显示装置，其中显示装置还包括帧存储器，n位数据(其中n是大于或等于2的自然数)被写入该帧存储器中，从该帧存储器中读出n位数据以在第一显示模式中执行显示，一位数据被写入该帧存储器中，且从该帧存储器中读出该一位数据以在第二显示模式中执行显示。

11、根据权利要求8的显示装置，其中该显示器还包括在每一像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电流大于第二显示模式中施加于发光元件的电流。

12、根据权利要求8的显示装置，其中在第一显示模式中一个帧周期具有写入像素的周期，显示周期和擦除周期。

13、根据权利要求8的显示装置，其中当利用第二显示模式时，在显示控制器中用于驱动器电路的电源控制电路输出的电压小于在第一显示模式中的输出电压。

14、根据权利要求8的显示装置，其中显示装置被加入到从下面组中选择的电子设备中，该组由便携式信息终端、个人计算机、摄像机和图像再现装置组成。

15、一种显示装置，包括：

显示器；

显示控制器；和

光传感器；

其中该显示装置具有第一显示模式和第二显示模式；

其中在第一显示模式中，一个帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，

其中在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更小的时钟频率以及更小的驱动电压操作，一个帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且由包括在一个帧周期中的发光时间的总数目表示m位(其中m是小于n的自然数)灰度级，

其中外部光由光传感器接收，且第一显示模式和第二显示模式根据外部光的强度由显示控制器控制，和

其中在一个栅极选择周期中通过将一个栅极选择周期划分为多个子栅极选择周期并通过在子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线。

16、根据权利要求15的显示装置，其中当第一显示模式被选择时的外部光的强度高于当第二选择方式被选择时的外部光的强度。

17、根据权利要求15的显示装置，其中显示装置还包括帧存储器，n位数据(其中n是大于或等于2的自然数)被写入该帧存储器中，从该帧存储器中读出n位数据以在第一显示模式中执行显示，m位数据(其中m是小于n的自然数)被写入该帧存储器中，且从该帧存储器中读出该m位数据以在第二显示模式中执行显示。

18、根据权利要求15的显示装置，其中显示器还包括在每一像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电压大于第二显示模式中施加于发光元件的电压。

19、根据权利要求15的显示装置，其中在第一显示模式中一个帧周期具有写入像素的周期、显示周期和擦除周期。

20、根据权利要求15的显示装置，其中当利用第二显示模式时，在显示控制器中用于驱动器电路的电源控制电路输出的电压小于在第一显示模式中的输出电压。

21、根据权利要求15的显示装置，其中显示装置被加入到从下面组中选择的电子设备中，该组由便携式信息终端、个人计算机、摄像机和图像再现装置组成。

22、一种驱动显示装置的方法，该显示装置包括显示器和光传感器，该方法包括：

根据由光传感器接收的外部光的强度，在第一显示模式和第二显示模式之间选择显示模式；

在所选择的显示模式中，在一个栅极选择周期中，通过将一个栅极选择周期分为多个子栅极选择周期并通过在该子栅极选择周期中选择一行的栅极信号线来选择多条栅极信号线，

其中在第一显示模式中，一个帧周期被分为多个子帧周期，多个子帧周期中的每一个或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间的总数目表示n位(其中n是大于或等于2的自然数)灰度级，

其中在第二显示模式中，显示器由比第一显示模式中更低的时钟频率以及更小的驱动电压操作，一个帧周期或者是发光周期，或者是不发光周期，且在一个帧周期中由发光时间表示一位灰度级。

23、根据权利要求22的方法，其中当第一显示模式被选择时的外部光的强度高于当第二选择方式被选择时的外部光的强度。

24、根据权利要求22的方法，其中显示装置还包括帧存储器，n位数据(其中n是大于或等于2的自然数)被写入该帧存储器中，从该帧存储器中读出n位数据以在第一显示模式中执行显示，m位数据(其中m是小于n的自然数)被写入该帧存储器中，且从该帧存储器中读出该m位数据以在第二显示模式中执行显示。

25、根据权利要求22的方法，其中该显示器还包括在每一像素中的发光元件，且在第一显示模式中施加于发光元件的电压大于第二显示模式中施加于发光元件的电压。

26、根据权利要求22的方法，其中在第一显示模式中一个帧周期具有写入像素的周期、显示周期和擦除周期。

27、根据权利要求22的方法，其中显示装置被加入到从下面组中选择的电子设备中，该组由便携式信息终端、个人计算机、摄像机和图像再现装置组成。

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