显示器件 【技术领域】
本发明涉及能适当地施行于移动电话机的显示部等的显示器件。背景技术
液晶显示器件具有薄型、轻型而且功耗低的特点。因此，近年来广泛用于膝上型个人计算机、笔记本型个人计算机用的液晶显示器以及移动电话机等的便携式信息终端的信息显示部。
这种现有的液晶显示器件，以从外部电源电路对液晶显示面板内的驱动电路供给必要的电源电压的方式构成。具体而言，现有的电源电路，如图21所示，借助于包含变压器的升压电路140将基准电压升为高电压，再借助于具有串联连接的多个电阻(分压电阻)的分压电路141对该高电压进行分压，经各个电压跟随器142，从各分压点生成用于驱动液晶显示器件的多个驱动电压V1-V3(例如V3＝15V，V2＝5V，V1＝-3V)。
因此，这种现有形态存在以下的问题。
①由于包含变压器的升压电路的转换效率差，存在这部分中的功耗增加的问题。
②另外，由于借助于串联连接的多个分压电阻对升压后地高电压进行分压而获得所希望的多个驱动电压，所以实质上伴之以在分压电阻上的无用功耗。
③另外，由于电源电路是外部电路，所以与液晶显示面板的驱动电路连接的可靠性差。发明的公开
本发明的目的在于解决上述课题，提供在提高电源电路与驱动电路连接的可靠性的同时，显著降低功耗的显示器件。
为解决上述课题，本发明的第1方面所述的发明的特征在于：包括具有像素开关元件和像素电极的单元像素排列成矩阵状的显示部，向扫描线提供扫描信号的扫描侧驱动电路，向信号线提供图像信号的信号侧驱动电路以及输入基准电源电压、由基准电源电压生成上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的驱动用电源电压、将该驱动用电源电压供给上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的电源电路，上述像素开关元件是用在绝缘基板上形成的多晶硅半导体构成的薄膜晶体管；上述电源电路是充电泵式电源电路，并且该电源电路是用多晶硅半导体构成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
借助于采用如上所述的充电泵式电源电路，可以不要现有例那样的分压电路，减少分压电路等的电力损耗，并且还可以实现具有电压转换效率高的电源电路的低功耗液晶显示器件。
另外，借助于将电源电路一体形成在绝缘基板上，没有在外接电源电路上所产生的接触不良，提高了可靠性。另外，还可以求得制造成本的降低。
第2方面所述发明的特征在于：是第1方面所述的显示器件，上述显示部是液晶显示部。
第3方面所述发明的特征在于：是第1方面所述的显示器件，上述显示部是借助于EL元件的发光进行显示的EL显示部，该EL显示部的单元像素除有上述像素开关元件和上述像素电极外，还有控制流向EL元件的电流量的电流控制元件，该电流控制元件是用在上述绝缘基板上形成的多晶硅半导体构成的薄膜晶体管。
第4方面所述发明的特征在于：是第2方面所述的显示器件，上述各单元像素包括其一个电极与上述像素电极连接的电压控制电容以及与该电压控制电容的另一个电极连接、提供补偿电压信号的电压控制电容布线，上述电压控制电容布线与在向各上述像素的写入结束后改变上述补偿电压信号的电位、调制像素电极的电位的补偿电压施加用驱动电路连接，上述电源电路除生成上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的驱动用电源电压外，还生成供给上述补偿电压施加用驱动电路的驱动用电源电压。
根据上述结构，可以依据数字图像信号实现用独立电容耦合驱动方式进行显示的液晶显示器件。而且，作为驱动方式，借助于采用独立电容耦合驱动方式，可以求得功耗降低。
第5方面所述发明的特征在于：是第4方面所述的显示器件，当设上述电压控制电容的电容值为Cs时，Cs满足如下的式1：
Cs＝(Vbias/Vepp)·Ctot...(1)式中，Vbias是由补偿电压变化引起的像素电压的变化，Vepp是补偿电压信号的电压振幅，Ctot是电压控制电容、寄生电容及液晶电容的总和。
当以满足上述式1的方式设定Cs时，可以用最小的电压振幅最佳地驱动液晶。因此，可以使功耗进一步减小。
第6方面所述发明的特征在于：是第5方面所述的显示器件，上述补偿电压信号的电压振幅Vepp由输入上述电源电路的基准电源电压的n(n为自然数)倍表示，这时，n被设定在1≤n≤4的范围内。
根据上述结构，能够实现抑制漏泄电流增加，且有高开口率的液晶显示器件。
第7方面所述发明的特征在于：是第6方面所述的显示器件，上述扫描信号的电压振幅为上述基准电源电压的m倍(m为自然数)，这时的m被设定为使扫描信号的电压振幅在可以向上述单元像素内写入图像信号的电压范围内取最小电压值的值。
根据上述结构，可以使像素开关元件导通，写入图像信号，而且可以将扫描信号设定为最小电压振幅。据此，可以充分地驱动液晶，而且能求得功耗降低。
第8方面所述发明的特征在于：它包括单元像素排列成矩阵状的显示部，向扫描线提供扫描信号的扫描侧驱动电路，向信号线提供数字图像信号的信号侧驱动电路以及输入基准电源电压、由基准电源电压生成上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的驱动用电源电压、将该驱动用电源电压供给上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的电源电路；上述单元像素被分为多个副像素，各副像素的每一个都具有副像素电极和由用在绝缘基板上形成的多晶硅半导体构成的薄膜晶体管形成的副像素开关元件；上述电源电路是充电泵式电源电路，并且该电源电路是由多晶硅半导体构成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
根据上述结构，可以实现依据数字图像信号进行灰度显示的显示器件。
第9方面所述发明的特征在于：是第8方面所述的显示器件，上述显示部是液晶显示部。
第10方面所述发明的特征在于：是第8方面所述的显示器件，上述显示部是借助于EL元件的发光进行显示的EL显示部，该EL显示部的副像素除有上述副像素开关元件和上述副像素电极外，还有控制流向EL元件的电流量的电流控制元件，该电流控制元件是用在上述绝缘基板上形成的多晶硅半导体构成的薄膜晶体管。
第11方面所述发明的特征在于：是第8方面所述的显示器件，上述单元像素内的副像素电极的面积被形成为与各上述数字图像信号的加权相对应的大小。
根据上述结构，可以进行提高显示品质的灰度显示。
第12方面所述发明的特征在于：是第8方面所述的显示器件，具有对每个副像素布设上述扫描线，对所有副像素共同布设上述信号线的布线结构。
作为副像素的布线结构，可以考虑对每个副像素布设信号线，而对所有副像素共同布设扫描线的布线结构。但是，当将这样的布线结构应用于全色显示的显示器件中的R、G、B的副像素的布线结构时，布线的连接条数增多，有可能导致因连接管脚数的急剧增多而引起的接触不良增加，还导致显示缺陷等类的图像品质的降低。关于这一点，若是本发明的布线结构，即使应用于全色显示的显示器件中的R、G、B的副像素，由于布线的连接条数不那么多地增加，所以可以消除上述问题。
第13方面所述发明的特征在于：是第9方面所述的显示器件，上述各副像素具有其一个电极与上述副像素电极连接的电压控制电容以及与该电压控制电容的另一电极连接、提供补偿电压信号的电压控制电容布线，上述电压控制电容布线与在向上述副像素的写入结束后改变上述补偿电压信号的电位、调制副像素电极的电位的补偿电压施加用驱动电路连接，上述电源电路除生成上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路的驱动用电源电压外，还生成供给上述补偿电压施加用驱动电路的驱动用电源电压。
根据上述结构，可以依据数字图像信号实现用独立电容耦合驱动方式进行灰度显示的液晶显示器件。而且，作为驱动方式，借助于采用独立电容耦合驱动方式，可以求得功耗降低。
第14方面所述发明的特征在于：是第13方面所述的显示器件，上述单元像素内的副像素电极的面积被形成为与各上述数字图像信号的加权相对应的大小。
根据上述结构，可以进行提高了显示品质的灰度显示。
第15方面所述发明的特征在于：是第13方面所述的显示器件，上述单元像素内的副像素开关元件被制成其导通电流的能力分别与上述数字图像信号的加权相对应的大小。
根据上述结构，借助于像素晶体管获得与副像素电极的大小相对应的导通电流能力，可以充分地写入图像信号。另外，对像素晶体管的导通电流能力的设定，可以用改变沟道宽度，或改变沟道长度，或者同时改变沟道宽度和沟道长度两者的方式来进行。
第16方面所述发明的特征在于：是第13方面所述的显示器件，上述单元像素内的各电压控制电容被形成为其电容值分别与上述数字图像信号的加权相对应的大小。
根据上述结构，能尽可能地减小各副像素的电极电位的变动，求得显示品质的提高。
第17方面所述发明的特征在于：是第13方面所述的显示器件，在上述扫描线之中的前级扫描线和上述像素电极之间形成存储电容。
根据上述结构，在多个副像素的每一个中，可以得到必要的负载电容。因此，可以提高各副像素的保持特性，防止图像品质降低。
第18方面所述发明的特征在于：是第1方面所述的显示器件，上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路是用多晶硅半导体构成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
这样，借助于将周边驱动电路全部制成内置驱动电路，可以大幅度减小功耗，另外，还可以求得显示器件整体的轻量、薄型化。
第19方面所述发明的特征在于：是第1方面所述的显示器件，上述信号侧驱动电路用单晶硅半导体形成，上述扫描侧驱动电路是用多晶硅半导体形成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
根据上述结构，与将信号侧驱动电路制成为用多晶硅半导体形成的内置电路相比，晶体管的膜压增大，因而能够减小电容，降低信号侧驱动电路中的功耗。
第20方面所述发明的特征在于：是第4方面所述的显示器件，上述扫描侧驱动电路、上述信号侧驱动电路以及补偿电压施加用驱动电路都是用多晶硅半导体构成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
这样，借助于将周边驱动电路全部制成内置驱动电路，可以大幅度减小功耗，另外，还可以求得显示器件整体的轻量、薄型化。
第21方面所述发明的特征在于：是第1方面所述的显示器件，具有向上述扫描侧驱动电路和上述信号侧驱动电路提供控制信号的电平移位器电路，该电平移位器电路是用多晶硅半导体构成的、在上述绝缘基板上一体形成的内置电路。
根据上述结构，能够进一步求得显示器件整体的轻量、薄型化。附图的简单说明
图1是示出具有本发明的液晶显示器件的移动电话机1的电学结构的方框图。
图2是实施形态1的液晶显示器件的整体结构图。
图3是实施形态1的液晶显示器件的驱动波形图。
图4是充电泵式电源电路的具体电路图。
图5是用于说明电源电路的充电泵工作原理的图。
图6是示出Vbias的范围的曲线图。
图7是示出Vbias向右侧移动的状态的曲线图。
图8是示出扫描信号的电压振幅Vgpp的范围的图。
图9是实施形态2的液晶显示器件的整体结构图。
图10是示出实施形态2的液晶显示器件的单元像素的结构的电路图。
图11是示出实施形态2的液晶显示器件的信号侧驱动电路的具体结构的方框电路图。
图12是示出实施形态2的液晶显示器件的图像数据的数据列的图。
图13是原理性地示出实施形态2的液晶显示器件的副像素的配置状态的图。
图14是实施形态2的液晶显示器件的像素电极电位的位移时序图。
图15是示出实施形态3的液晶显示器件的单元像素的结构的图。
图16是实施形态3的液晶显示器件的1个副像素的等效电路图。
图17是实施形态3和现有例各自的电容结构图，图17(a)、(b)是现有例的电容结构图，图17(c)是本发明的电容结构图。
图18是实施形态3的液晶显示器件的驱动波形图。
图19是示出实施形态4的液晶显示器件的局部结构的方框图。
图20是实施形态5的液晶显示器件的结构图。
图21是现有例的电源电路的结构图。实施发明的优选形态
(实施形态1)
图1是示出具有本发明的液晶显示器件的移动电话机1的电学结构的方框图。在图1中，2是通过执行电话功能程序控制移动电话机的各部分的工作的CPU(中央处理装置)。3是通信部，该通信部3与天线4连接，具有对发送信号调制以及对接收信号解调的功能。5是随机存取存储器(RAM)，该RAM例如是用户设定数据等的存储用存储器。6是只读存储器(ROM)，CPU2所执行的发送和接收的各种电话功能程序等预先被存储在该ROM6中。7是声音处理部，该声音处理部7能够对被通信部3解调的接收信号进行译码，经话筒8输出声音，另一方面，还能够对从微音器9输入的送话用的声音信号进行压缩编码，在CPU2的控制下，通过通信部3进行发送。10是具有数码键和功能键等的操作部。11是液晶显示器件，在该液晶显示器件11中，进行相应于电话功能的菜单或数码键、功能键的操作的显示。
12是电池，来自该电池12的直流电源供给电源电路13，产生为移动电话机各部(液晶显示器件12除外)所需的驱动电压，供给移动电话机各部。
另外，如后所述，液晶显示器件12以如下方式构成：电池12与之直接连接，由液晶显示器件12内的电源电路产生并提供液晶显示器件12内的驱动电路所需要的驱动电压。
图2是液晶显示器件12的电路图。该液晶显示器件12是采用电容耦合驱动方式的有源矩阵模式液晶显示器件。液晶显示器件12包括：液晶显示部20，向扫描线GL提供扫描信号的扫描侧驱动电路21，向信号线SL提供图像信号的信号侧驱动电路22，向补偿电压施加用信号布线26提供补偿电压的补偿电压施加用驱动电路23，向各驱动电路21、22、23提供驱动用电源电压的电源电路24，将由外部提供的低振幅控制信号转换为在各驱动电路21、22、23中可以使用的高振幅控制信号提供给各驱动电路21、22、23的电平移位器电路25。液晶显示部20具有排列成矩阵状的多条扫描线GL和多条信号线SL，以及排列成矩阵状的单元像素45。单元像素45包括像素电极M、与像素电极M连接的像素开关元件Tr以及用于进行电容耦合驱动的电压控制电容Cs。电压控制电容Cs的一个电极与像素电极M连接，另一电极与补偿电压施加用信号布线26连接。上述像素开关元件Tr是用多晶硅半导体构成的薄膜晶体管(TFT)。
在扫描侧驱动电路21中，21a是传输时钟输入端子，21b是启动脉冲输入端子，21c是移位寄存器。另外，在补偿电压施加用驱动电路23中，23a是传输时钟输入端子，23b是启动脉冲输入端子，23c是移位寄存器。另外，在信号侧驱动电路22中，22a是传输时钟输入端子，22b是启动脉冲输入端子，22c是移位寄存器，22d是图像信号输入端子，22e是传输门元件。
另外。Vc是在对置基板上形成的对置电极电位，28是由玻璃构成的有源基板，27是夹持在有源基板28和对置基板之间的液晶层。
另外，在本实施形态1中，电源电路24、扫描侧驱动电路21、补偿电压施加用驱动电路23、信号侧驱动电路22以及电平移位器电路25都是用多晶硅半导体构成的、在上述像素开关元件Tr制造工序的同时一体制作在有源基板28上的内置电路。
在图3中，示出了该液晶显示器件的驱动方法的驱动波形图。在图3中，Vg1、Vg2是第1和第2扫描信号，Vs是图像信号，Vd是像素电极电位，Vc是对置电极电位。扫描信号Vg1由使开关元件4导通的电位(Vgt)和使之关断的电位(Vgb)构成。另外，补偿电压信号Vg2由2值偏置电位(Ve(+)、Ve(-))构成。在该电容耦合驱动方法中，设对置电极为恒定电位，对源极施加偏移电位，以此补偿穿通电压引起的电位ΔV。另外，借助于采用电容耦合驱动方法能够降低图像信号电压，降低信号侧驱动电路22的功耗。
液晶显示部20的像素开关元件Tr仅在从扫描侧驱动电路21对扫描线GL施加的扫描信号Vg1为导通电位(Vgt)的期间呈导通状态。这时，从信号侧驱动电路22传送至信号线SL的图像信号Vs经导通状态的开关元件Tr施加至像素电极M。当扫描信号Vg1变化为关断电位(Vgb)，开关元件Tr呈关闭状态时，像素电极电位Vd借助于液晶电容和电压控制电容器Cs而保持住，但是，它根据经电压控制电容Cs和补偿电压施加用信号布线26，由补偿电压施加用驱动电路23施加的补偿电压信号Vg2的电位而移位。当一幅画面扫描结束，转变为下一帧时，图像信号Vs对其中心电位Vsc发生极性反转，同样的动作反复进行。这样，就进行了电容耦合驱动方式的显示。
这里，应当注意的是，本实施形态的各驱动电路21、22、23，其驱动电压是基准电源电压VDD的整倍数。即，电源电路24由充电泵式电源电路构成，其构成方式是，以基准电源电压VDD为基础，变换成VDD整倍数的驱动用电源电压，对各驱动电路21、22、23提供驱动用电源电压。
图4是充电泵式电源电路24的具体电路图，图5是用于说明电源电路的充电泵工作原理的图。在本实施形态1中，电源电路24由基准电源电压VDD生成3种驱动电压V1、V2、V3。如图4所示，该电源电路24具有3个充电泵电路CP1、CP2、CP3。充电泵电路CP1是将基准电压Vin升压2倍的电路，充电泵电路CP2是将基准电压Vin升压6倍的电路，充电泵电路CP3是将基准电压Vin升压-2倍的电路。而且，由充电泵电路CP1升压2倍的驱动电压V1供给信号侧驱动电路22。由充电泵电路CP2升压6倍的驱动电压V2供给扫描侧驱动电路21和补偿电压施加用驱动电路23。另外，由充电泵电路CP3升压-2倍的驱动电压V3供给扫描侧驱动电路21和补偿电压施加用驱动电路23。
这里，参照图5对充电泵电路的升压原理进行简单说明。还有，以3倍升压为例进行说明。首先，合拢开关SW1、SW3，断开开关SW2，这时基准电压Vin被施加至电容器C1上，电容器C1充电至其端子间电压为VDD。接着，合拢开关SW2、SW4、SW6，断开开关SW1、SW3、SW5，这时，电容器C1的充电电压VDD与基准电压VDD之和2VDD被施加至电容器C2上，电容器C2充电至其端子间电压为2VDD。接着，合拢开关SW1、SW5、SW7，断开开关SW2、SW3、SW4、SW6，这时，电容器C2的充电电压2VDD与基准电压VDD之和3VDD被施加至电容器C3上，电容器C 3充电至其端子间电压为3VDD。因此，当设电容器C3的端子间电压为输出电压时，就能够输出将基准电压升压3倍的电压。根据这样的原理，充电泵电路CP1将基准电压VDD升压2倍，充电泵电路CP2将基准电压VDD升压6倍。
还有，在本实施形态中，设基准电压VDD＝1.8V，于是V1＝3.6V，V2＝10.8V，V3＝-3.6V。
借助于采用这种充电泵式的电源电路24，可以不要现有例那样的分压电路，能够减少分压电路等的电力损耗，同时可以实现具有电压转换效率良好的电源电路的低功耗液晶显示器件。另外，如上所述，借助于将电源电路24一体形成在基板28上，没有在外接的电源电路中所产生的接触不良，在可靠性得到提高的同时，还能求得制造成本降低。
另外，借助于使用这种电源电路24，在采用电容耦合驱动方式的有源矩阵型液晶显示器件中，可以将电压控制电容的值取最佳值，并且可以在能够驱动液晶的范围内将扫描信号的电压振幅取最小的电压振幅，进一步减小功耗。
下面具体地进行说明。
(1)电压控制电容的最优化
在本实施形态的液晶显示器件中，电压控制电容Cs由如下的式1决定：
Cs＝(Vbias/Vepp)·(Ctot) ... (1)其中，Vepp是补偿电压的电压振幅，Vbias是由补偿电压变化引起的像素电压变化，Ctot是液晶电容C1c、晶体管寄生电容Cgd及电压控制电容Cs的总和。
这里，由于补偿电压施加用电路23的电源电压取基准电源电压VDD的整数倍，所以补偿电压的电压振幅Vepp(参照图6)为基准电源电压VDD的n倍，即，Vepp＝n·VDD(其中n为自然数)。因此，上述式1可用下式表示：
Cs＝(Vbias/VDD)·(Ctot)·(1/n) ...... (2)这里，在本实施形态中，n被设定在1≤n≤4的范围内。据此，可以构成使开口率增大、能抑制漏泄电流增加、显示特性得到提高的液晶显示器件。下面详述其理由。
首先，对上述式1的导入进行说明。在驱动液晶之际，当考虑液晶的最小电压振幅Vspp时，Vbias在图6所示的范围内。而且，在本发明这样的电容耦合驱动方式下，借助于从电压控制电容的一个电极施加补偿电压Vepp，可以将信号线所必须的振幅设定得与液晶的振幅电压(Vspp)相同。因此，Vbias成为Vbias＝(Cs/Ctot)·Vepp。将此式变形，就导出了上述式1。然后，如果以满足由上述式1导出的第2式的方式来设定Cs，则能够最优化地驱动液晶。
但是，若在式2的条件下将n取任意值，即，将Cs取为任意值，则产生以下的问题。即，当Cs取任意值(相当于n取任意值)时，Vbias会左右移位，若向右侧移位，则如图7所示，摆动在A、B之间进行，不能显示白色。相反，若向左侧移位，则黑色不十分黑。即，不能得到最佳的对比度。当然，图7是常白模式的情形，在常黑模式的场合，随着Vbias的左右移位，会发生与上述相反的现象。另一方面，如果增大摆幅，虽然能够解决这一问题，但增加了功耗。于是，为了以最小的功耗、并且以最小的摆幅得到充分的对比度，本发明使上述式2得到满足，并且将n设定在1≤n≤4的范围内。
然后，通过对n进行这样的限制，可以产生以下的效果。即，n一大，Cs就变小，因而漏泄电流增大。另一方面，n一小，Cs就变大，从而，因电压控制电容器用的电极面积增大而开口率减小。因此，借助于设定上述1≤n≤4的范围，能够实现抑制漏泄电流增大，且有高开口率的液晶显示器件。
(2)扫描信号的电压振幅Vgpp的最优化
由于扫描侧驱动电路21的电源电压为基准电源电压VDD的整数倍，所以扫描信号的电压振幅Vgpp为基准电源电压VDD的m倍，即Vgpp＝m·VDD(其中，m为自然数)。然后，将m设定为使电压振幅Vgpp在可以向单元像素内写入图像信号的电压范围内为最小电压值的值。据此，能够减小电压振幅Vgpp，能够降低功耗。例如，在VDD＝1.8(V)的场合，Vepp＝n·VDD＝2×1.8(V)，Vgpp＝m·VDD＝7×1.8(V)。
下面参照图8进行说明。另外，在图8中，Von表示导通容限，Voff表示关断容限，Vth表示TFT的阈值电压，Vspp表示液晶的最小振幅，V1c表示液晶的导通电压，Voffset表示失调电压(影像信号中心与对置电压之差)，Vsc表示信号中心，Vgpp表示扫描信号振幅。例如，当m＝6时，变为在阈值电压Vth以下，不能使液晶显示处于导通状态。另一方面，当m＝8时，虽然能使液晶显示处于导通状态，但是从功耗的观点考虑，是不合适的。为了以最小的电压振幅驱动液晶，可以理解m＝7是必要的。
这样一来，由于能够以最小振幅驱动扫描信号的电压振幅Vgpp，所以能求得功耗降低。
因此，在本发明中，借助于在电容耦合驱动方式的液晶显示器件中求得电压控制电容最优化，以及补偿电压的电压振幅Vepp和扫描信号的电压振幅Vgpp的最优化，可以既保持液晶的显示品质，又能够以最小电压振幅驱动液晶，因而可以求得功耗的大幅度降低。
另外。输入液晶显示器件的图像数据可以是模拟信号，也可以是数字信号。输入图像数据是数字信号时，可以使用具有数/模转换电路的信号侧驱动电路22。
另外，在不使用数/模转换电路的场合，如果采取由写入时间和保持时间组成的多个子帧构成1帧，凭借上述保持时间的积累效应进行灰度显示的PWM(脉宽调制)驱动方式(例如参照特开平5-107561号公报)，也可以直接将数字信号提供给信号线SL进行数字驱动。
(实施形态2)
图9是实施形态2的液晶显示器件的电路图，图10是示出单元像素的结构的电路图。本实施形态2的液晶显示器件类似于实施形态1，对与其对应的部分标以相同的参照符号。本实施形态2的特征在于采用面积灰度显示方式。另外，还示出了本实施形态2中所用的数字图像信号为4位数据结构，可以显示16级灰度的有源矩阵型的液晶显示器件。
本实施形态2的液晶显示器件由于采用面积灰度显示方式，所以单元像素45由多个(在本实施形态2中为4个)副像素P1、P2、P3、P4构成。副像素P1具有副像素电极M1、由薄膜晶体管(TFT)构成的副像素晶体管Tr1以及用于进行电容耦合驱动的电压控制电容器C1。其他副像素P2～P4，与副像素P1一样，由副像素电极M2～M4、副像素晶体管Tr2～Tr4以及电压控制电容器C2～C4构成。
在本实施形态2中，上述副像素M1～M4的电极面积比被形成为与数字图像数据的加权相对应的大小。即，副像素电极M1的面积∶副像素电极M2的面积∶副像素电极M3的面积∶副像素电极M4的面积＝1∶2∶4∶8。然后，4位像素数据的第1位位数据对应于副像素P1，第2位位数据对应于副像素P2，第3位位数据对应于副像素P3，第4位位数据对应于副像素P4。由于这样的副像素电极为与数字信号的加权相对应的大小，所以可以相应于数字图像数据进行16级灰度显示。还有，所谓副像素电极的电极面系指有效地对光调制有贡献的部分的面积，例如，在透射型的场合，意味着从电极面积中去除被遮光体覆盖部分的面积后的有效面积。
另外，各单元像素45为如下布线结构：扫描线GL对每个副像素分别布线，而信号线SL对所有副像素共同布线。还有，作为副像素的布线结构，不限于上述布线结构，也可以制成对每个副像素布设信号线SL，而对所有副像素共同布设扫描线GL的布线结构。但是，当将这种布线结构应用于全色显示的液晶显示器件中的R、G、B的副像素布线结构时，布线的连接条数增多，这有可能导致由连接管脚数的急剧增加而引起的接触不良增加，还导致显示缺陷等类的图像品质的降低。关于这一点，若用本实施形态的布线结构，即使应用于全色显示的液晶显示器件中的R、G、B的副像素的布线结构，由于布线的连接条数增加得不那么多，所以可以消除上述问题。
另外，本实施形态2的液晶显示器件与实施形态1一样，使用了电容耦合驱动方式(对置电极电位恒定)。若对其具体结构加以说明，其结构如下：该电压控制电容布线26对每个单元像素45进行布线，上述各电压控制电容C1～C4的一个电极经与该电压控制电容布线26连接的共用连接线30与各条电压控制电容布线26相连接。据此，可以防止因穿通电压引起的显示品质的降低。另外，借助于设置这样的独立的电压控制电容布线26，与在扫描线上叠加扫描信号和补偿电压的结构(例如特开平2-157815号公报)相比，可以使扫描侧驱动电路21低电压化。
另外，如后所述，补偿电压施加用驱动电路23，如图14所示，以如下方式构成：在构成单元像素的所有副像素的写入结束后，改变补偿电压信号，对各副像素的像素电极电位一起进行调制。据此，例如，与对每个副像素布设电压控制电容布线26、并且将电压控制电容C1～C4分别与各电压控制电容布线26相连接的结构相比，可以减少电压控制电容器布线26的布线条数，因而可以求得开口率提高和驱动控制的简化。另外，能够使1个水平扫描频率(这里，所谓1个水平扫描，意味在本实施形态这样的电容耦合驱动方式下，在副像素的写入结束后，改变补偿电压，调制副像素电极的电位)减小，求得功耗降低。另外，在本实施形态这样的采用电容耦合驱动方式的驱动方法中，若对每个副像素进行反转驱动(若将1个副像素看成是通常的1个像素，则相当于1H反转驱动)，由于电容耦合，灰度特性(γ特性)不呈线性，而呈凹凸状的非线性。因此，导致显示品质变坏。关于这一点，如本实施形态这样，借助于对每个单元像素进行反转驱动(若将1个副像素看成是通常的1个像素，则相当于4H反转驱动)，可以提高γ特性的线性，求得显示品质的改善。
另外，也可以取代补偿电压施加用驱动电路23，而使扫描侧驱动电路21具有施加补偿电压的功能，并将电压控制电容器布线26连接到扫描侧驱动电路21上，这样一来，便能够减少补偿电压施加用驱动电路23这部分大小的电路面积。
这里，由于取副像素电极的面积比＝1∶2∶4∶8，所以电压控制电容也以成为与此相对应的电容值的方式而构成。即，电压控制电容C1的电容值∶电压控制电容C2的电容值∶电压控制电容C3的电容值∶电压控制电容C4的电容值＝1∶2∶4∶8。据此，能将像素电极电位的变动抑制得很小，可以得到良好的图像品质。
另外，各副像素晶体管Tr1～Tr4被设定为使导通电流的能力与数字图像信号的加权相对应的大小。具体而言，在本实施形态中，各副像素晶体管Tr1～Tr4的沟道宽度为与副像素的电极大小相对应的大小，即成为1∶2∶4∶8的沟道宽度比。依据这样的结构，可以恰当地进行写入。还有，代替使各副像素晶体管Tr1～Tr4的沟道宽度不同，可以将沟道长度设定成与数字图像信号的加权相对应的大小。另外，也可以使沟道宽度和沟道长度这两者不同，将导通电流的能力设定成与数字图像信号的加权相对应的大小。
图11是示出信号侧驱动电路的具体结构的方框电路图。本实施形态2的信号侧驱动电路22A由移位寄存器40、闩锁数字图像信号的第1闩锁电路41、以及闩锁第1闩锁电路的输出的第2闩锁电路42、例如由EX-OR实现的极性反转电路43构成。该信号侧驱动电路22A，与上述实施形态1的信号侧驱动电路22一样，用多晶硅半导体构成，是在副像素晶体管Tr1～Tr4的制造工艺的同时，一体制作在有源基板28上的内置电路。
图12是示出图像数据的数据列的图，图13是原理性地示出副像素的配置状态的图，图14是像素电极电位的位移时序图。在图13中，(i，j)表示与第i条信号线SLi和第j条扫描线GLj关连的副像素。还有，作为一个例子，示出了对应于VGA(640×480个像素)的液晶面板的结构。当然，副像素为其面积与数字信号加权相对应的大小，设副像素为同一大小绘出的图13的配置状态与实际的配置状态不相同。但是，作为显示动作的说明，由于只要能够根据信号线SL和扫描线GL确定出全部副像素中的哪一个副像素就已足够，所以使用了图13的原理图。另外，图14(a)示出了第n个像素的时序图，图14(b)示出了第n+1个像素的时序图。
首先，关于图像信号，借助于外部的数据转换电路(未图示)，图12(1)所示的原来的图像数据预先被转换成图12(2)所示的图像数据列。即，图12(2)所示的图像数据被供给第1闩锁电路41的输入数据线。在图12(2)中，位数据d(i，j)表示与第i条信号线SLi和第j条扫描线GLj有关的副像素的数据。由图12(1)、(2)可知，1个像素为4位数据，该4位数据被分配在每连续4行的1排数据中。例如，如以由副像素(1，1)、副像素(1，2)、副像素(1，3)、副像素(1，4)构成的像素[1，1]为例进行说明，则副像素(1，1)的位数据d(1，1)被分配在第1排数据列，副像素(1，2)的位数据d(1，2)被分配在第2排数据列，副像素(1，3)的位数据d(1，3)被分配在第3排数据列，副像素(1，4)的位数据d(1，4)被分配在第4排数据列，并且是各第1～第4排数据列的第1个位数据。对于其他单元像素也进行这样的单元像素的4位图像数据的分配。
首先，当将图12(2)所示的图像数据提供给输入数据线时，闩锁脉冲就与其同步地依次从移位寄存器40输出。据此，第1排数据的各位数据依次被第1闩锁电路41闩锁。这样，在1排数据的各位数据被第1闩锁电路41闩锁后，闩锁脉冲被共同地供给所有的第2闩锁电路42。据此，来自第1闩锁电路41的排数据被第2闩锁电路42闩锁，并且经信号线SL...输出至液晶显示部20。第1扫描线GL1与此同步地被选择。据此，第1排数据被写入与第1扫描线GL1连接的各副像素电极。接着，按照同样的动作，第2排数据、第3排数据、第4排数据被写入。然后，在第4排数据的写入结束后(即属于第1行的单元像素的写入结束后)，如图14(a)所示，补偿电压经电压控制电容布线26移位至高电位侧。据此，属于第1行的单元像素的像素电极电位被调制成规定的电位。其结果是，对属于第1行的单元像素施加了相对于对置电极电位Vc为正极性的电位。
另外，这时如果注意像素[1，1]，则是通过第1排的写入，位数据d(1，1)被写入副像素(1，1)中。同样地，通过第2排～第4排的写入，位数据d(1，2)被写入副像素(1，2)中，位数据d(1，3)被写入副像素(1，3)中，位数据d(1，4)被写入副像素(1，4)中。接着，借助于补偿电压向高电位侧移位，被调制成与位数据d(1，1)～位数据d(1，4)对应的副像素电极电位而显示出来，像素[1，1]以规定的灰度进行显示。
例如，当位数据d(1，1)＝“1”，位数据d(1，2)＝“0”，位数据d(1，3)＝“0”，位数据d(1，4)＝“0”时，只有副像素(1，1)处于开态，副像素(1，2)、副像素(1，3)和副像素(1，4)处于关态。因此，像素[1，1]以1 6级灰度之中的1级明亮度显示。另外，例如，当位数据d(1，1)＝“1”，位数据d(1，2)＝“1”，位数据d(1，3)＝“0”，位数据d(1，4)＝“0”时，副像素(1，1)和副像素(1，2)处于开态，副像素(1，3)和副像素(1，4)处于关态。因此，像素[1，1]以16级灰度之中的3级明亮度显示。
上面的例子对像素[1，1]进行了说明，关于其他像素也能进行同样的显示动作，以规定的灰度级数的明亮度进行显示。这样，可以进行与影像信号相应的灰度显示。
接着，进行第5～第8排数据的写入，即属于第2行的单元像素的写入。该第5～第8排数据的写入基本上与上述第1～第4排数据的写入动作相同。但是，在第5～第8排数据的写入结束后(即属于第2行的单元像素的写入结束后)，如图14(b)所示，补偿电压经电压控制电容布线26移至低电位侧。据此，属于第2行的单元像素的像素电极电位被调制成规定的电位。其结果是，对属于第2行的单元像素，施加了相对于对置电极电位Vc为负极性的电位。
以后进行同样的动作，进行每4排极性变换一次的4H反转驱动(就单元像素来看，对每单元像素进行极性反转驱动)。因此，可以防止闪烁的发生。
另外，在上述例子中，对4位(16级灰度)的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以由5个、6个或更多个副像素构成单元像素，进行5位(32级灰度)、6位(64级灰度)或其他的多级数灰度显示。
另外，在上述例子中，对黑白显示的液晶显示器件进行了说明，但是，对具有R(红色)G(绿色)B(蓝色)副像素的全色显示的液晶显示器件也能应用本发明。在应用于全色显示的液晶显示器件的场合，可以以如下方式构成：以单元像素45、45、45作为RGB的副像素，由3个单元像素45、45、45构成1个像素，将在水平方向(液晶显示面板的横向)排列的单元像素分配成各RGB的副像素。
(实施形态3)
本实施形态3的特征在于：对每个副像素，除电压控制电容外，还形成了存储电容。根据这种结构，可以增大负载电容，可以改善像素电极电位的良好保持特性。另外，据此可以求得图像品质的改善。
下面参照图15和图16对本实施形态的形态进行具体说明。
图15是示出实施形态3的液晶显示器件的单元像素的结构的图，图16是1个副像素的等效电路图。还有，对与实施形态2对应的部分标以相同的参照符号，其详细说明从略。对本实施形态的液晶显示器件的副像素P1，除电压控制电容C1外，还在副像素电极和前级扫描线GL之间形成了存储电容60。其他的副像素P2～P4具有与副像素P1相同的结构。还有，用Cs1表示存储电容60的电容值。另外，将液晶电容27的电容值表示为C1c，将电压控制电容C1～C4的电容值表示为Cc。
现有的附加电容的结构，或是设置在电压控制电容布线上(图17(a))，或是设置在前级扫描线间(图17(b))。与此相对照，本实施形态为在电压控制电容布线和前级扫描线两者之上设置了附加电容(图17(c))的结构。据此，能够增大附加于液晶的电容值，可以得到良好的保持特性。
特别是在将单元像素分割、制成具有多个副像素的结构的本实施形态的液晶显示器件中，仅凭在各副像素内形成的电压控制电容难以确保足够的电容值，因此，借助于除这样的电压控制电容外，另外形成存储电容的结构，可以确保必要的足够容值。
下面寻求本实施形态中的最佳驱动条件。
表1给出了本实施形态的最佳驱动条件的求法。
表1 设定值(必要条件) 理由补偿电压：Vepp 3.6V基准电压(＝1.8V)的整数倍偏置电压：Vb 1.5V由液晶的T～V特性决定的最佳偏压值存储电容：Cs1 0.13pF栅极线宽(＝6μm)液晶负载电容：Ctot(＝C1c+Cs1+Cc) ≥0.25pF确保液晶盒的保持特性
首先确定驱动液晶面板所希望的条件。在本实施形态中，将施加于电压控制电容布线上的补偿信号的振幅Vepp定为3.6V。这是由于液晶面板的控制器多用1.8V的电压驱动，据此，将其他信号电压设计成1.8V的整倍数对电源的设计效率有利。亦即，借助于使Vepp为来自以控制器控制用电压为代表的外部所施加的基准电压的整倍数，作为电源电路可以使用以充电泵为代表的高效率DC/DC转换器。因此，可以降低作为系统的功耗。
其次，由补偿电压Vepp确定施加于液晶的偏置电压值。该值由液晶的电压-透射率特性决定，当如图18所示，将该值设定为正好是透射率变化的中心点时，所需信号电压的振幅值最小。在本实施形态中，该值被设定为1.5V。
接着确定在前级的扫描线间形成的存储电容的值。该值由扫描电极的信号线宽度决定。在本实施形态中，由于将扫描电极的宽度设定为6μm，所以将存储电容的值设计为0.13pF。
接着，根据下面的式(3)确定控制电容Cc的值。
Cc＝{(Vbias/Vepp-Vbias)}·(C1c+Cs1) ... (3)其中，Vbias是由补偿电压变化引起的像素电压的变化量，Vepp是补偿电压信号的电压振幅，C1c是液晶电容，Cs1是存储电容。
将上述值和由像素电极大小决定的液晶电容C1c代入该式(3)进行计算，最后求C1c、Cs1和Cc的总和，以使其成为满足液晶保持特性的电容量来进行设计。在本实施形态中，考虑TFT的关断电阻，将总和设计成0.25pF以上的值。
在表2中示出了该组合。
表2副像素 C1c 液晶电容 Cs1 存储电容 Cc电压控制电容 Ctot 负载电容 M1 0.024 0.13 0.11 0.26 M2 0.048 0.13 0.13 0.31 M3 0.096 0.13 0.16 0.39 M4 0.192 0.13 0.23 0.55
通过使本实施形态的液晶电容C1c、存储电容Cs1、电压控制电容Cc、以及全部电容的总和Ctot为表2所示的组合，制作了液晶显示器件。据此，对所有的副像素可以使用同一偏置电压进行驱动，并且可以确保所有副像素内的必要充分的保持特性。
还有，有源基板上的扫描侧驱动电路和信号侧驱动电路的电路元件以及像素开关元件最好使用多晶硅薄膜晶体管。据此，可以使副像素内的晶体管小型化，使设计容易。同时也使在有源基板上内置驱动电路变得容易，有助于成本降低和小型化。
还有，在上述例子中，以将1个像素分割为多个副像素，使各副像素以满足上面的表2所示条件的方式构成，但是，上述电压控制电容的电容值的最优化方法也可应用于不是副像素结构的通常的单元像素。
(实施形态4)
图19是示出实施形态4的液晶显示器件的局部结构的方框图。70是电压检测电路，71是来自电源电路24的驱动用电源电压的补偿电路。电池12的电源电压电平被电压检测电路70检测，检测出的信号被提供给补偿电路71。据此，补偿电路71根据检测信号补偿驱动用电源电压的电平。因此，即使电池12的电源电压有变动，也总能够得到规定的驱动用电源电压。其结果是，驱动电路21、22、23可以以无误动作的最佳状态进行驱动，得到所希望的液晶显示。
(实施形态5)
图20是实施形态5的显示器件的整体结构图。本实施形态5与实施形态1类似，对对应的部分标以相同的参照符号。实施形态5的显示器件是有源矩阵型EL(电致发光)显示器件。在图20中，80是EL元件，81是对EL元件80提供驱动电流的电流供给线。另外，Tra是作为像素开关元件的开关晶体管，Trb是具有作为控制流向EL元件的电流量的电流控制元件的功能的驱动用晶体管。在本实施形态5中，开关晶体管Tra和驱动用晶体管Trb的任何一种都是用在基板28上形成的多晶硅半导体构成的薄膜晶体管。还有，电流供给线81与恒流源(未图示)相连接。该恒流源的驱动用电源可以以由电源电路24提供的方式构成，或者也可以以由外部电源电路提供的方式构成。
这样，本发明不限于液晶显示器件，也可以应用于EL显示器件。但是，由于EL显示器件不能应用电容耦合驱动，所以省略了上述实施形态的液晶显示器件的电压控制电容、电压控制电容布线、补偿电压施加用驱动电路等与电容耦合驱动有关的结构。因此，其他的与副像素结构的液晶显示器件有关的本发明也能应用于EL显示器件。
(其他事项)
在上述实施形态中，电平移位器电路25是用多晶硅半导体形成的内置电路，但是，也可以用由单晶硅半导体形成的IC芯片构成电平移位器电路，将其安装在基板上。
另外，在上述实施形态中，信号侧驱动电路22是用多晶硅半导体形成的内置电路。但是，也可以用由单晶硅半导体形成的IC芯片构成信号侧驱动电路，将其安装在基板上。如果这样做，与制成内置电路相比，晶体管的膜压增大，可以减小电容，降低信号侧驱动电路的功耗。而且，在内置电路的场合，当有缺陷存在时不能进行修补，而在IC芯片的场合，仅更换坏了的IC芯片就可以了，因而成品率得到提高。产业上利用的可能性
根据以上的本发明的结构，可得到以下的效果。
(1)借助于采用充电泵式电源电路，可以不要现有例那样的分压电路，减少分压电路等的电力损耗，并且还可以实现具有电压转换效率高的电源电路的低功耗液晶显示器件。
(2)借助于将电源电路一体形成在绝缘基板上，没有外接电源电路中所产生的接触不良，提高了可靠性。另外，还可以求得制造成本的降低。
(3)在电容耦合驱动方式的液晶显示器件中，借助于求得补偿电压的电压振幅和扫描信号的电压振幅的最优化，可以在最大限度地降低功耗的同时，保持显示品质和提高开口率。