JP7055799B2 - Display system - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、表示システムに関する。特に、携帯情報端末等の低消費電力が要求される電子機器に用いられる表示システムに関する。One embodiment of the present invention relates to a display system. In particular, the present invention relates to a display system used for electronic devices such as mobile information terminals that require low power consumption.
なお、本発明の一形態は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一形態は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。It should be noted that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical fields. The technical field of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition (composition of matter).
液晶や有機EL(Electro Luminescence)などを表示素子に用いた表示装置が広く普及している。表示装置はさまざまな電子機器に組み込まれ使用されるが、中でも携帯情報端末などバッテリを主な電源供給源とする電子機器に用いられる場合、低消費電力であることが強く求められる。Display devices that use liquid crystals, organic EL (Electroluminescence), etc. as display elements are widely used. Display devices are incorporated and used in various electronic devices, but when used in electronic devices such as mobile information terminals whose main power supply source is a battery, low power consumption is strongly required.
表示装置の消費電力を低減する技術の一つとして、アイドリングストップ駆動(以下、IDS駆動という)が提案されている。IDS駆動は、表示素子を駆動するトランジスタにオフ電流が小さいトランジスタを適用し、表示画像を書き換える必要がない場合(例えば、静止画を表示する場合)、一時的に表示画像の書き換え動作を行わない技術である。As one of the techniques for reducing the power consumption of the display device, idling stop drive (hereinafter referred to as IDS drive) has been proposed. In the IDS drive, a transistor having a small off-current is applied to the transistor that drives the display element, and when it is not necessary to rewrite the display image (for example, when displaying a still image), the display image is not temporarily rewritten. It is a technology.
特許文献1および特許文献2には、オフ電流が小さいトランジスタとして、チャネル形成領域に酸化物半導体(Oxide Semiconductor)を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタという)を適用し、IDS駆動を行う方法が開示されている。
また、オフ電流が小さいことを利用して、OSトランジスタを不揮発性の記憶装置に適用した例が開示されている(特許文献3)。Further, an example in which an OS transistor is applied to a non-volatile storage device by utilizing the small off-current is disclosed (Patent Document 3).
表示装置は、例えば、画素アレイおよび画素アレイを駆動するゲートドライバやソースドライバを有する表示ユニット、表示ユニットに画像データや制御信号等を供給するコントローラICなど、複数の部品から構成される。また、携帯情報端末等の電子機器に用いられる表示装置は、タッチセンサユニットを有することが多い。The display device is composed of a plurality of components such as a pixel array, a display unit having a gate driver and a source driver for driving the pixel array, and a controller IC for supplying image data, control signals, and the like to the display unit. In addition, display devices used in electronic devices such as personal digital assistants often have a touch sensor unit.
ここで、上述のIDS駆動は、ゲートドライバ、ソースドライバの動作を止め、画素アレイの書き換え動作を一時的に行わない技術である。IDS駆動を行っている期間は、コントローラICから画像データや制御信号等を供給する必要がないため、コントローラICの一部の回路に対して電源供給を遮断(以下、パワーゲーティングという)し、表示装置の消費電力を低減できる余地があった。Here, the above-mentioned IDS drive is a technique for stopping the operation of the gate driver and the source driver and temporarily not performing the rewriting operation of the pixel array. Since it is not necessary to supply image data, control signals, etc. from the controller IC during the IDS drive period, the power supply to some circuits of the controller IC is cut off (hereinafter referred to as power gating) and displayed. There was room to reduce the power consumption of the device.
また、表示装置が表示する画像の種類によっては、表示画像を書き換える頻度を少なくすることができる。表示画像を書き換える頻度は、1秒間に書き換える回数という意味で、以下、フレーム周波数という。例えば、ゲームやTV放送など高いフレーム周波数が求められるものに対して、メールに代表される文章作成などでは、高いフレーム周波数が必要とされない。表示装置が表示する画像の種類によって、フレーム周波数を低くすることで、表示装置の消費電力を低減できる余地があった。Further, depending on the type of image displayed by the display device, the frequency of rewriting the displayed image can be reduced. The frequency of rewriting the display image means the number of times of rewriting per second, and is hereinafter referred to as a frame frequency. For example, in contrast to games and TV broadcasts that require a high frame frequency, text creation represented by e-mail does not require a high frame frequency. Depending on the type of image displayed by the display device, there was room for reducing the power consumption of the display device by lowering the frame frequency.
また、コントローラICのパワーゲーティングを行う場合、コントローラICの一部の回路においては、電源供給を遮断する前に、電源供給が遮断された状態でもデータが消失しない不揮発性レジスタへ、データを格納(セーブ)する(以下、パワーゲーティングの事前準備という)必要がある。表示画像を書き換える必要がなくなってからパワーゲーティングの事前準備を行うと、パワーゲーティングを行うことができる時間が短くなってしまうため、パワーゲーティングの事前準備を行うタイミングを、ニューラルネットワークを用いて予測することができる。ニューラルネットワークのパラメータ(重み係数ともいう)を、表示装置が表示する画像の種類によって適切に変更することで、パワーゲーティングを行うことができる時間をできる限り長くし、表示装置の消費電力を低減できる余地があった。Further, when power gating of a controller IC is performed, in some circuits of the controller IC, data is stored in a non-volatile register in which data is not lost even when the power supply is cut off, before the power supply is cut off. It is necessary to save) (hereinafter referred to as "preparation for power gating"). If power gating preparations are made after the display image does not need to be rewritten, the time during which power gating can be performed will be shortened. Therefore, the timing of power gating preparations is predicted using a neural network. be able to. By appropriately changing the parameters (also called weighting factors) of the neural network according to the type of image displayed by the display device, the time during which power gating can be performed can be as long as possible and the power consumption of the display device can be reduced. There was room.
表示装置に、表示装置が表示する画像の種類を分類するアプリケーションプロセッサ(ホストともいう)を加えた表示システムにおいて、消費電力を低減することを課題の一つとする。また、表示品質に影響を及ぼさない範囲で、フレーム周波数を低くすることができる表示システムを提供することを課題の一つとする。また、一部回路の電源供給を遮断しても表示品質に影響を及ぼさない表示システムを提供することを課題の一つとする。One of the issues is to reduce power consumption in a display system in which an application processor (also referred to as a host) for classifying the types of images displayed by the display device is added to the display device. Another issue is to provide a display system capable of lowering the frame frequency within a range that does not affect the display quality. Another issue is to provide a display system that does not affect the display quality even if the power supply of some circuits is cut off.
本発明の一形態は、新規な表示システムを提供することを課題の一つとする。または、消費電力が低い、新規な表示システムを提供することを課題の一つとする。または、本発明の一形態は、新規な表示システムを有する電子機器を提供することを課題の一つとする。または、消費電力が低い、新規な表示システムを有する電子機器を提供することを課題の一つとする。One of the problems of one embodiment of the present invention is to provide a novel display system. Another issue is to provide a new display system with low power consumption. Alternatively, one of the objects of the present invention is to provide an electronic device having a new display system. Alternatively, one of the issues is to provide an electronic device having a new display system with low power consumption.
なお、本発明の一形態は、必ずしも上記の課題の全てを解決する必要はなく、少なくとも一つの課題を解決できるものであればよい。また、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。これら以外の課題は、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から自ずと明らかになるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。It should be noted that one embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of the above problems, but may solve at least one problem. Moreover, the description of the above-mentioned problem does not prevent the existence of other problems. Issues other than these are self-evident from the description of the description, claims, drawings, etc., and it is possible to extract issues other than these from the description of the specification, claims, drawings, etc. It is possible.
本発明の一形態は、アプリケーションプロセッサと、表示装置と、を有する表示システムである。表示装置は、コントローラと、表示ユニットと、タッチセンサユニットとを有し、アプリケーションプロセッサは、コントローラに、画像データ及び制御信号を出力し、コントローラは、アプリケーションプロセッサに、タッチセンサユニットが検出したタッチ情報を出力する。アプリケーションプロセッサは、画像データ及びタッチ情報から、表示ユニットのフレーム周波数を指示する第1の信号を生成し、第1の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。One embodiment of the present invention is a display system including an application processor and a display device. The display device includes a controller, a display unit, and a touch sensor unit. The application processor outputs image data and control signals to the controller, and the controller outputs the touch information detected by the touch sensor unit to the application processor. Is output. The application processor generates a first signal indicating the frame frequency of the display unit from the image data and the touch information, and the first signal is one of the control signals.
また、上記形態において、表示ユニットは、ゲートドライバと、ソースドライバとを有し、アプリケーションプロセッサは、画像データ及びタッチ情報から、ゲートドライバ及びソースドライバのいずれか一方または双方の動作を一時的に停止する第2の信号を生成し、第2の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the display unit has a gate driver and a source driver, and the application processor temporarily stops the operation of either or both of the gate driver and the source driver from the image data and the touch information. The second signal is generated, and the second signal is one of the control signals.
また、上記形態において、コントローラは、フレームメモリと、画像処理部と、レジスタとを有し、フレームメモリは、画像データを格納する機能を有し、画像処理部は、画像データを処理する機能を有し、レジスタは、画像処理部が処理を行うためのパラメータを格納する機能を有する。フレームメモリは、フレームメモリへの電源供給が遮断されている状態で、画像データを保持する機能を有し、レジスタは、レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、パラメータを保持する機能を有する。アプリケーションプロセッサは、画像データ及びタッチ情報から、フレームメモリ、画像処理部、およびレジスタに対する電源供給を一時的に遮断する第3の信号を生成し、第3の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the controller has a frame memory, an image processing unit, and a register, the frame memory has a function of storing image data, and the image processing unit has a function of processing image data. The register has a function of storing parameters for the image processing unit to perform processing. The frame memory has a function of holding image data when the power supply to the frame memory is cut off, and the register has a function of holding parameters when the power supply to the register is cut off. Have. The application processor generates a third signal from the image data and touch information that temporarily cuts off the power supply to the frame memory, the image processing unit, and the register, and the third signal is one of the control signals. It is characterized by that.
また、上記形態において、レジスタは、揮発性レジスタと、保持回路とを有し、保持回路は、揮発性レジスタのデータを格納する機能を有し、揮発性レジスタは、保持回路が格納したデータを読み込む機能を有する。レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、保持回路は、格納したデータを保持する機能を有し、アプリケーションプロセッサは、画像データ及びタッチ情報から、保持回路が揮発性レジスタのデータを格納するタイミングを指示する第4の信号を生成し、第4の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the register has a volatile register and a holding circuit, the holding circuit has a function of storing the data of the volatile register, and the volatile register stores the data stored in the holding circuit. It has a function to read. The holding circuit has a function of holding the stored data in a state where the power supply to the register is cut off, and the application processor stores the data of the volatile register from the image data and the touch information. A fourth signal indicating timing is generated, and the fourth signal is one of the control signals.
また、上記形態において、第4の信号は、アプリケーションプロセッサが画像データをコントローラに出力しているタイミングで、出力されることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the fourth signal is output at the timing when the application processor outputs the image data to the controller.
また、上記形態において、アプリケーションプロセッサは、ニューラルネットワークを有する。Further, in the above embodiment, the application processor has a neural network.
また、上記形態において、アプリケーションプロセッサは、画像データ及びタッチ情報から、ニューラルネットワークのパラメータを変更する機能を有する。Further, in the above embodiment, the application processor has a function of changing the parameters of the neural network from the image data and the touch information.
また、上記形態において、ニューラルネットワークは、アナログメモリを用いた積和演算回路を有する。Further, in the above embodiment, the neural network has a product-sum calculation circuit using an analog memory.
また、上記形態において、アナログメモリを構成するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を含む。Further, in the above embodiment, the transistor constituting the analog memory contains a metal oxide in the channel forming region.
また、上記形態において、表示ユニットは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する。Further, in the above embodiment, the display unit has a transistor containing a metal oxide in the channel forming region.
また、上記形態において、コントローラは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する。Further, in the above embodiment, the controller has a transistor containing a metal oxide in the channel forming region.
また、本発明の一形態は、アプリケーションプロセッサと、表示装置と、を有する電子機器である。表示装置は、コントローラと、表示ユニットとを有し、アプリケーションプロセッサは、コントローラに、画像データ及び制御信号を出力する。アプリケーションプロセッサは、電子機器において動作するアプリケーションを分類する機能を有し、アプリケーションプロセッサは、アプリケーションを分類した結果から、表示ユニットのフレーム周波数を指示する第1の信号を生成し、第1の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, one embodiment of the present invention is an electronic device including an application processor and a display device. The display device includes a controller and a display unit, and the application processor outputs image data and control signals to the controller. The application processor has a function of classifying the applications operating in the electronic device, and the application processor generates a first signal indicating the frame frequency of the display unit from the result of classifying the applications, and the first signal is the first signal. , It is one of the control signals.
また、上記形態において、表示ユニットは、ゲートドライバと、ソースドライバとを有する。アプリケーションプロセッサは、アプリケーションを分類した結果から、ゲートドライバ及びソースドライバのいずれか一方または双方の動作を一時的に停止する第2の信号を生成し、第2の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the display unit has a gate driver and a source driver. The application processor generates a second signal from the result of classifying the application to temporarily stop the operation of one or both of the gate driver and the source driver, and the second signal is one of the control signals. It is characterized by being.
また、上記形態において、コントローラは、フレームメモリと、画像処理部と、レジスタとを有し、フレームメモリは、画像データを格納する機能を有し、画像処理部は、画像データを処理する機能を有し、レジスタは、画像処理部が処理を行うためのパラメータを格納する機能を有する。フレームメモリは、フレームメモリへの電源供給が遮断されている状態で、画像データを保持する機能を有し、レジスタは、レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、パラメータを保持する機能を有する。アプリケーションプロセッサは、アプリケーションを分類した結果から、フレームメモリ、画像処理部、およびレジスタに対する電源供給を一時的に遮断する第3の信号を生成し、第3の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the controller has a frame memory, an image processing unit, and a register, the frame memory has a function of storing image data, and the image processing unit has a function of processing image data. The register has a function of storing parameters for the image processing unit to perform processing. The frame memory has a function of holding image data when the power supply to the frame memory is cut off, and the register has a function of holding parameters when the power supply to the register is cut off. Have. From the result of classifying the application, the application processor generates a third signal that temporarily cuts off the power supply to the frame memory, the image processing unit, and the register, and the third signal is one of the control signals. It is characterized by that.
また、上記形態において、レジスタは、揮発性レジスタと、保持回路とを有し、保持回路は、揮発性レジスタのデータを格納する機能を有し、揮発性レジスタは、保持回路が格納したデータを読み込む機能を有する。レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、保持回路は、格納したデータを保持する機能を有し、アプリケーションプロセッサは、アプリケーションを分類した結果から、保持回路が揮発性レジスタのデータを格納するタイミングを指示する第4の信号を生成し、第4の信号は、制御信号の1つであることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the register has a volatile register and a holding circuit, the holding circuit has a function of storing the data of the volatile register, and the volatile register stores the data stored in the holding circuit. It has a function to read. The holding circuit has a function of holding the stored data while the power supply to the register is cut off, and the application processor stores the data of the volatile register from the result of classifying the application. A fourth signal indicating timing is generated, and the fourth signal is one of the control signals.
また、上記形態において、第4の信号は、アプリケーションプロセッサが画像データをコントローラに出力しているタイミングで、出力されることを特徴とする。Further, in the above embodiment, the fourth signal is output at the timing when the application processor outputs the image data to the controller.
また、上記形態において、アプリケーションプロセッサは、ニューラルネットワークを有する。Further, in the above embodiment, the application processor has a neural network.
また、上記形態において、アプリケーションプロセッサは、アプリケーションを分類した結果から、ニューラルネットワークのパラメータを変更する機能を有する。Further, in the above embodiment, the application processor has a function of changing the parameters of the neural network from the result of classifying the applications.
また、上記形態において、ニューラルネットワークは、アナログメモリを用いた積和演算回路を有する。Further, in the above embodiment, the neural network has a product-sum calculation circuit using an analog memory.
また、上記形態において、アナログメモリを構成するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を含む。Further, in the above embodiment, the transistor constituting the analog memory contains a metal oxide in the channel forming region.
また、上記形態において、表示ユニットは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する。Further, in the above embodiment, the display unit has a transistor containing a metal oxide in the channel forming region.
また、上記形態において、コントローラは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する。Further, in the above embodiment, the controller has a transistor containing a metal oxide in the channel forming region.
表示システムは、アプリケーションプロセッサおよび表示装置を有し、表示装置が表示する画像の種類が高いフレーム周波数を必要としない場合、フレーム周波数を低くすることで消費電力を低減することができる。The display system has an application processor and a display device, and when the type of image displayed by the display device does not require a high frame frequency, the power consumption can be reduced by lowering the frame frequency.
また、表示装置は、コントローラICおよび表示ユニットを有し、表示装置が表示する画像を書き換える必要がない場合、表示ユニットのIDS駆動およびコントローラICのパワーゲーティングを行い、消費電力を低減することができる。Further, the display device has a controller IC and a display unit, and when it is not necessary to rewrite the image displayed by the display device, the IDS drive of the display unit and the power gating of the controller IC can be performed to reduce the power consumption. ..
また、パワーゲーティングの事前準備を行うタイミングを、ニューラルネットワークを用いて予測することで、パワーゲーティングを行うことができる時間を長くし、表示装置の消費電力を低減することができる。ニューラルネットワークのパラメータは、表示装置が表示する画像の種類によって適切に変更され、パワーゲーティングを行うことができる時間をできる限り長くすることができる。Further, by predicting the timing of preparing for power gating by using a neural network, it is possible to prolong the time during which power gating can be performed and reduce the power consumption of the display device. The parameters of the neural network are appropriately changed depending on the type of image displayed by the display device, and the time during which power gating can be performed can be made as long as possible.
本発明の一形態は、新規な表示システムを提供することができる。または、消費電力が低い、新規な表示システムを提供することができる。または、本発明の一形態は、新規な表示システムを有する電子機器を提供することができる。または、消費電力が低い、新規な表示システムを有する電子機器を提供することができる。One embodiment of the present invention can provide a novel display system. Alternatively, it is possible to provide a new display system with low power consumption. Alternatively, one embodiment of the present invention can provide an electronic device having a novel display system. Alternatively, it is possible to provide an electronic device having a novel display system with low power consumption.
なお、本発明の一形態の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一形態は、上記列挙した効果、および他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一形態は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。The effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above. The effects listed above do not preclude the existence of other effects. Other effects are those not mentioned in this section, which are described below. Effects not mentioned in this item can be derived from the description in the specification, drawings, etc. by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. It should be noted that one embodiment of the present invention has at least one of the above-listed effects and other effects. Therefore, in some cases, one embodiment of the present invention may not have the effects listed above.
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる形態で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下に示される複数の実施の形態は、適宜組み合わせることが可能である。Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it is easily understood by those skilled in the art that the embodiments can be implemented in many different embodiments, and the embodiments and details can be variously changed without departing from the spirit and scope thereof. To. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the following embodiments. In addition, the plurality of embodiments shown below can be appropriately combined.
なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。In the drawings attached to this specification, the components are classified by function and the block diagram is shown as blocks independent of each other. However, it is difficult to completely separate the actual components by function, and one component is used. A component may be involved in multiple functions.
また、図面等において、大きさ、層の厚さ、領域等は、明瞭化のため誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。Further, in drawings and the like, the size, layer thickness, region and the like may be exaggerated for clarification. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. The drawings schematically show an ideal example and are not limited to the shapes or values shown in the drawings.
また、図面等において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。Further, in drawings and the like, the same elements or elements having the same function, elements of the same material, elements formed at the same time, etc. may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted. be.
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。Further, in the present specification and the like, the term "membrane" and the term "layer" can be interchanged with each other. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive film". Alternatively, for example, it may be possible to change the term "insulating film" to the term "insulating layer".
また、本明細書等において、「上」や「下」などの配置を示す用語は、構成要素の位置関係が、「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外しない。Further, in the present specification and the like, the terms indicating the arrangement such as "upper" and "lower" do not limit the positional relationship of the components to be "directly above" or "directly below". For example, the expression "gate electrode on the gate insulating layer" does not exclude those containing other components between the gate insulating layer and the gate electrode.
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。Further, in the present specification and the like, "parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° or more and 10 ° or less. Therefore, the case of −5 ° or more and 5 ° or less is also included. Further, "vertical" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less. Therefore, the case of 85 ° or more and 95 ° or less is also included.
また、本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。Further, in the present specification and the like, the ordinal numbers such as "first", "second", and "third" are added to avoid confusion of the components, and are not limited numerically.
また、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。Further, in the present specification and the like, "electrically connected" includes the case where they are connected via "something having some kind of electrical action". Here, the "thing having some kind of electrical action" is not particularly limited as long as it enables the exchange of electric signals between the connection targets. For example, "things having some kind of electrical action" include electrodes, wirings, switching elements such as transistors, resistance elements, inductors, capacitive elements, and other elements having various functions.
また、本明細書等において、「電圧」とは、ある電位と基準の電位(例えば、グラウンド電位)との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位差とは言い換えることができる。Further, in the present specification and the like, the “voltage” often refers to a potential difference between a certain potential and a reference potential (for example, a ground potential). Therefore, the voltage and the potential difference can be rephrased.
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む、少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域、またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域、またはソース電極)の間にチャネル領域を有しており、チャネル領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。Further, in the present specification and the like, a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. It has a channel region between the drain (drain terminal, drain region, or drain electrode) and the source (source terminal, source region, or source electrode), and is located between the source and the drain via the channel region. It is possible to pass an electric current through. In the present specification and the like, the channel region refers to a region in which a current mainly flows.
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。Further, the functions of the source and the drain may be switched when transistors having different polarities are adopted or when the direction of the current changes in the circuit operation. Therefore, in the present specification and the like, the terms source and drain can be used interchangeably.
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ソースに対するゲートの電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ソースに対するゲートの電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。つまり、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ソースに対するゲートの電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流、という場合がある。Further, in the present specification and the like, unless otherwise specified, the off current means a drain current when the transistor is in an off state (also referred to as a non-conducting state or a cutoff state). Unless otherwise specified, the off state means that the gate voltage Vgs with respect to the source is lower than the threshold voltage Vth in the n-channel transistor, and the gate voltage Vgs with respect to the source is the threshold voltage in the p-channel transistor. A state higher than the voltage Vth. That is, the off-current of the n-channel transistor may be the drain current when the voltage Vgs of the gate with respect to the source is lower than the threshold voltage Vth.
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソース電流をいう場合がある。In the above description of the off-current, the drain may be read as the source. That is, the off current may refer to the source current when the transistor is in the off state.
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインの間に流れる電流を指す場合がある。Further, in the present specification and the like, it may be described as a leak current in the same meaning as an off current. Further, in the present specification and the like, the off current may refer to the current flowing between the source and the drain when the transistor is in the off state.
また、本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OSトランジスタ、またはOS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。Further, in the present specification and the like, the metal oxide is a metal oxide in a broad expression. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as Oxide Semiconductor or simply OS) and the like. For example, when a metal oxide is used for the active layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, when the metal oxide has at least one of an amplification action, a rectifying action, and a switching action, the metal oxide can be referred to as a metal oxide semiconductor, or OS for short. Further, in the case of describing as an OS transistor or an OS FET, it can be rephrased as a transistor having a metal oxide or an oxide semiconductor.
(実施の形態1)
本実施の形態では、アプリケーションプロセッサと、表示装置と、を有する表示システムについて説明する。(Embodiment 1)
In this embodiment, a display system including an application processor and a display device will be described.
<表示システム>
図1は、表示システムの構成例を示すブロック図である。表示システム100は、アプリケーションプロセッサ90、表示装置80、を有する。また、表示装置80は、表示ユニット60、タッチセンサユニット70、およびコントローラIC75、を有する。<Display system>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a display system. The
アプリケーションプロセッサ90は、演算処理を行うことができるプロセッサとしての機能を有し、例えば、演算回路、制御回路、メモリ回路、各種インターフェース等を有する構成とすることができる。プロセッサは、種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理やプログラム制御を行う。プロセッサにより実行されるプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、別途設けられる記憶装置に格納されていてもよい。The
例えば、アプリケーションプロセッサ90に、CPU(Central Processing Unit)等を用いることができる。アプリケーションプロセッサ90は、CPUに加えて、DSP(Digital Signal Processor)やGPU(Graphics Processing Unit)等を併用してもよい。なお、アプリケーションプロセッサ90は、表示システム100を有する電子機器のアプリケーションプロセッサと兼ねることができる。For example, a CPU (Central Processing Unit) or the like can be used for the
アプリケーションプロセッサ90は、コントローラIC75に、画像データおよび制御信号等を供給する。コントローラIC75は、アプリケーションプロセッサ90に、例えば、タッチセンサユニット70が検出したタッチの有無、タッチ位置などの情報を供給する。The
なお、図示していないが、アプリケーションプロセッサ90は、人工ニューラルネットワーク(Artificial Neural Network:ANN。以下、ニューラルネットワークと略記する)を有する構成とすることができる。ニューラルネットワークは、ニューロンとシナプスで構成する神経網を模した回路構成のことである。ニューラルネットワークの利用方法例については後述し、ニューラルネットワークの構成例については実施の形態4にて説明する。Although not shown, the
<表示ユニット>
表示ユニット60は、画素アレイ61、ゲートドライバ62、ゲートドライバ63、およびソースドライバIC64を有する。<Display unit>
The
画素アレイ61は、複数の画素10を有し、それぞれの画素10はトランジスタを用いて駆動されるアクティブ型の素子である。また、画素アレイ61は、表示ユニット60の表示領域を形成し、画像を表示する機能を有する。画素アレイ61のより具体的な構成例については、実施の形態2および実施の形態3にて説明する。The
ゲートドライバ62およびゲートドライバ63(以下、「ゲートドライバ62、63」と表記する)は、画素10を選択するためのゲート線を駆動する機能を有する。ゲートドライバ62、63は、どちらか一方のみでもよい。なお、図1の例では、ゲートドライバ62、63は、画素アレイ61と共に同一基板上に設けられる例を示しているが、ゲートドライバ62、63を専用ICとすることもできる。The
ソースドライバIC64は、画素10に画像データのデータ信号を供給するソース線を駆動する機能を有する。ソースドライバIC64の数は、ソースドライバIC64の出力端子数と画素アレイ61の画素数に応じて決定される。The
ここでは、ソースドライバIC64の実装方式をCOG(Chip on Glass)方式としているが、実装方式に特段の制約はなく、COF(Chip on Flexible)方式、TAB(Tape Automated Bonding)方式などでもよい。後述するタッチセンサユニット70のICの実装方式についても同様である。Here, the mounting method of the source driver IC64 is a COG (Chip on Glass) method, but there are no particular restrictions on the mounting method, and a COF (Chip on Flexible) method, a TAB (Tape Automated Bonding) method, or the like may be used. The same applies to the IC mounting method of the
なお、画像データのデータ信号とは、ゲートドライバ62、63によって選択された画素10に対応する画像データであり、画素10が有する表示素子の特性に合わせて電位等を調整された信号である。また、画素10が有する表示素子には、自ら発光するもの、光が透過する割合を変化させるもの、光が反射する割合を変化させるもの等があり、画素10が有する表示素子によって明るさ、色を表現する方法が異なる。The data signal of the image data is image data corresponding to the
画素10に適用できる表示素子としては、例えば、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子などが挙げられ、また、有機EL、QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode)、LED(Light Emitting Diode)、半導体レーザなどの発光型の表示素子が挙げられる。その他にも、半透過型の液晶素子、シャッター方式のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、光干渉方式のMEMS素子や、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体(登録商標)方式等を使用した表示素子などが挙げられる。Examples of the display element applicable to the
なお、画素10に使用されるトランジスタとして、OSトランジスタを適用することができる。OSトランジスタは、Siトランジスタに比べてオフ電流が低い特徴を有する。An OS transistor can be applied as the transistor used for the
OSトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。また、OSトランジスタに適用される金属酸化物は、インジウム(In)および亜鉛(Zn)の少なくとも一方を含む酸化物であることが好ましい。The OS transistor preferably has a metal oxide in the channel forming region. Further, the metal oxide applied to the OS transistor is preferably an oxide containing at least one of indium (In) and zinc (Zn).
このような酸化物としては、In-M-Zn酸化物、In-M酸化物、Zn-M酸化物、In-Zn酸化物(元素Mは、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、スズ(Sn)、ホウ素(B)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、バナジウム(V)、ベリリウム(Be)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、またはタングステン(W)など)が代表的である。Examples of such oxides include In—M—Zn oxide, In—M oxide, Zn—M oxide, and In—Zn oxide (element M is, for example, aluminum (Al), gallium (Ga), etc. Ittrium (Y), tin (Sn), boron (B), silicon (Si), titanium (Ti), iron (Fe), nickel (Ni), germanium (Ge), gallium (Zr), molybdenum (Mo), Lantern (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), vanadium (V), berylium (Be), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), etc.) are typical.
OSトランジスタは、チャネル幅1μmあたりのオフ電流を1yA/μm(y;ヨクト、10-24)以上1zA/μm(z;ゼプト、10-21)以下程度に低くすることができる。The OS transistor can reduce the off-current per 1 μm of channel width to about 1 yA / μm (y; Yocto, 10-24) or more and 1 zA / μm (z; Zepto, 10-21 ) or less.
また、OSトランジスタには、CAC(Cloud-Aligned Composite)-OSを用いることが好ましい。CAC-OSの詳細については、実施の形態6で説明する。Further, it is preferable to use CAC (Cloud-Aligned Complex) -OS as the OS transistor. The details of the CAC-OS will be described in the sixth embodiment.
もしくは、画素10に使用されるトランジスタとして、オフ電流が低ければOSトランジスタを適用しないことができる。例えば、バンドギャップが大きい半導体を用いたトランジスタを適用してもよい。バンドギャップが大きい半導体とは、バンドギャップが2.2eV以上の半導体を指す場合がある。例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンドなどが挙げられる。Alternatively, as the transistor used for the
画素10に、オフ電流が低いトランジスタを用いることで、表示ユニット60が表示画像を書き換える必要がない場合、一時的にゲートドライバ62、63、およびソースドライバIC64を、停止することができる(上述した、IDS駆動)。IDS駆動によって、表示ユニット60の消費電力を低減することができる。By using a transistor having a low off current for the
<タッチセンサユニット>
図1に示す、タッチセンサユニット70は、センサアレイ71、および周辺回路72を有する。周辺回路72は、タッチセンサドライバ(以下、TSドライバという)73、センス回路74を有する。周辺回路72は専用ICで構成することができる。<Touch sensor unit>
The
センサアレイ71は、タッチセンサユニット70がタッチを検出できる領域を形成し、表示装置80の使用者は、この領域に指やスタイラス等を用いて入力を行う。センサアレイ71は、画素アレイ61と重なる領域に配置され、表示装置80は、表示ユニット60の表示領域において画像の表示を行うとともに、使用者が、表示領域のどの位置を指し示したかを情報として得ることができる。The
図2は、タッチセンサユニット70の構成例を示す図である。ここでは、タッチセンサユニット70が投影型静電容量方式(相互容量方式)のタッチセンサユニットである例を示すが、投影型静電容量方式以外に、表面型静電容量方式、抵抗膜方式、超音波表面弾性波方式、光学方式、電磁誘導方式など、任意の検出方式のタッチセンサユニット70を利用することができる。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the
センサアレイ71は、m本(mは1以上の整数)の配線DRL、n本(nは1以上の整数)の配線SNLを有する。配線DRLはドライブ線であり、配線SNLはセンス線である。ここでは、第α(αは1以上m以下の整数)番の配線DRLを配線DRL<α>と呼び、第β(βは1以上n以下の整数)番の配線SNLを配線SNL<β>と呼ぶこととする。容量CTαβは、配線DRL<α>と配線SNL<β>との間に形成される容量である。The
m本の配線DRLは、TSドライバ73に電気的に接続されている。TSドライバ73は配線DRLを駆動する機能を有する。n本の配線SNLはセンス回路74に電気的に接続されている。センス回路74は、配線SNLの信号を検出する機能を有する。TSドライバ73によって配線DRL<α>が駆動されているときの配線SNL<β>の信号は、容量CTαβの容量値の変化量の情報をもつ。n本の配線SNLの信号を解析することで、タッチの有無、タッチ位置などの情報を得ることができる。The m wiring DRLs are electrically connected to the
<コントローラIC>
図3は、コントローラIC75の構成例を示すブロック図である。コントローラIC75は、インターフェース150、フレームメモリ151、デコーダ152、センサコントローラ153、コントローラ154、クロック生成回路155、画像処理部160、メモリ170、タイミングコントローラ173、レジスタ175、およびタッチセンサコントローラ184を有する。<Controller IC>
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the controller IC75. The
コントローラIC75とアプリケーションプロセッサ90との通信は、インターフェース150を介して行われる。アプリケーションプロセッサ90からは、画像データ、各種制御信号等がコントローラIC75に送られる。また、コントローラIC75からは、タッチセンサコントローラ184が取得したタッチ位置などの情報が、アプリケーションプロセッサ90に送られる。なお、コントローラIC75が有するそれぞれの回路は、アプリケーションプロセッサ90の規格、表示ユニット60、およびタッチセンサユニット70の仕様等によって、適宜取捨される。Communication between the
フレームメモリ151は、コントローラIC75に入力された画像データを保存するためのメモリである。アプリケーションプロセッサ90から圧縮された画像データが送られる場合、フレームメモリ151は、圧縮された画像データを格納することが可能である。デコーダ152は、圧縮された画像データを伸長するための回路である。画像データを伸長する必要がない場合、デコーダ152は処理を行わない。または、デコーダ152を、フレームメモリ151とインターフェース150との間に、配置することもできる。The
画像処理部160は、画像データに対して各種画像処理を行う機能を有する。例えば、画像処理部160は、ガンマ補正回路161、調光回路162、調色回路163、EL補正回路164を有する。The
EL補正回路164は、ソースドライバIC64に画素10を流れる電流を検出する電流検出回路を備えている場合、設けられる。EL補正回路164は、ソースドライバIC64の電流検出回路から送信される信号に基づいて、画素10の輝度を調節する機能をもつ。The
画像処理部160で処理された画像データは、メモリ170を経て、表示ユニット60が有するソースドライバIC64に出力される。メモリ170は、画像データを一時的に格納するためのメモリである。ソースドライバIC64は、入力された画像データを処理し、画素アレイ61のソース線に書き込む機能を有する。The image data processed by the
タイミングコントローラ173は、タッチセンサコントローラ184、表示ユニット60のソースドライバIC64およびゲートドライバ62、63で使用するタイミング信号を生成する機能を有する。The
タッチセンサコントローラ184は、タッチセンサユニット70のTSドライバ73、センス回路74を制御する機能をもつ。センス回路74で読み出されたタッチ情報を含む信号は、タッチセンサコントローラ184で処理され、インターフェース150を介して、アプリケーションプロセッサ90に送出される。アプリケーションプロセッサ90は、タッチ情報を反映した画像データを生成し、コントローラIC75に送出する。なお、コントローラIC75で、画像データにタッチ情報を反映する構成も可能である。The
クロック生成回路155は、コントローラIC75で使用されるクロック信号を生成する機能を有する。コントローラ154は、インターフェース150を介してアプリケーションプロセッサ90から送られる各種制御信号を処理し、コントローラIC75内の各種回路を制御する機能を有する。The clock generation circuit 155 has a function of generating a clock signal used in the
また、コントローラ154は、コントローラIC75内の各種回路への電源供給を制御する機能を有する。コントローラ154が、コントローラIC75内の使われていない回路への電源供給を一時的に遮断することで、コントローラICはパワーゲーティングを行う。なお、図3では、主な信号の流れを示しており、クロック供給線や電源供給線等は省略している。Further, the
レジスタ175は、コントローラIC75の動作に用いられるデータを格納する。レジスタ175が格納するデータには、画像処理部160が補正処理を行うために使用するパラメータ、タイミングコントローラ173が各種タイミング信号の波形生成に用いるパラメータなどがある。レジスタ175は、複数のレジスタで構成されるスキャンチェーンレジスタを備える。The
センサコントローラ153には、光センサ143が電気的に接続されている。光センサ143は、光145を検知し、検知信号を生成する。センサコントローラ153は、検知信号を基に、制御信号を生成する。センサコントローラ153で生成される制御信号は、例えば、コントローラ154に出力される。An
光センサ143およびセンサコントローラ153を用いて測定した光145の明るさに応じて、画像処理部160は、画素10の輝度を調整することができる。つまり、光145の明るさが暗い環境においては、画素10の輝度を低くすることで、まぶしさを減少し、消費電力を低減することができる。また、光145の明るさが明るい環境においては、画素10の輝度を高くすることで、視認性に優れた表示品質を得ることができる。これらの調整は、使用者の設定した輝度を中心に行ってもよい。ここでは、当該調整を調光、あるいは調光処理と呼ぶ。また、当該処理を実行する回路を調光回路と呼ぶ。The
また、光センサ143およびセンサコントローラ153に、光145の色調を測定する機能を追加し、色調を補正することができる。例えば、夕暮れ時の赤みがかった環境においては、表示装置80の使用者の目は色順応をおこし、赤みがかった色を白と感じるようになる。この場合、表示装置80の表示は青白く見えてしまうため、表示装置80のR(赤)成分を強調することで、色調を補正することができる。ここでは、当該補正を調色、あるいは調色処理と呼ぶ。また、当該処理を実行する回路を調色回路と呼ぶ。Further, the function of measuring the color tone of the light 145 can be added to the
調光処理および調色処理は、表示ユニット60の表示領域にバックライトを有する場合、バックライトに対して行ってもよい。When the display area of the
画像処理部160は、表示ユニット60の仕様によって、RGB-RGBW変換回路など、他の処理回路を有していてもよい。RGB-RGBW変換回路とは、RGB(赤、緑、青)画像データを、RGBW(赤、緑、青、白)画像データに変換する回路である。すなわち、画素アレイ61がRGBW4色の画素を有する場合、画像データ内のW(白)成分を、W(白)画素を用いて表示することで、消費電力を低減することができる。なお、表示ユニット60がRGBYの4色の画素を有する場合、例えば、RGB-RGBY(赤、緑、青、黄)変換回路を用いることができる。The
<パラメータ>
ガンマ補正、調光、調色などの画像補正処理は、入力の画像データXに対して出力の補正データYを作成する処理に相当する。画像処理部160が使用するパラメータは、画像データXを、補正データYに変換するためのパラメータである。<Parameter>
Image correction processing such as gamma correction, dimming, and toning corresponds to processing for creating output correction data Y with respect to input image data X. The parameter used by the
パラメータの設定方式には、テーブル方式、関数近似方式がある。図4(A)に示すテーブル方式では、画像データXnに対して、補正データYnをパラメータとしてテーブルに格納される。テーブル方式では、当該テーブルに対応するパラメータを格納するレジスタを多数必要とするが、補正の自由度が高い。一方、あらかじめ経験的に画像データXに対する補正データYを決められる場合には、図4(B)のように、関数近似方式を採用する構成が有効である。a1、a2、b2等がパラメータである。ここで、区間毎に線形近似する方法を示しているが、非線形関数で近似する方法も可能である。関数近似方式では、補正の自由度は低いが、関数を定義するパラメータを格納するレジスタが少なくて済む。The parameter setting method includes a table method and a function approximation method. In the table method shown in FIG. 4A, the correction data Y n is stored in the table as a parameter for the image data X n . The table method requires a large number of registers for storing the parameters corresponding to the table, but the degree of freedom of correction is high. On the other hand, when the correction data Y for the image data X can be determined empirically in advance, it is effective to adopt the function approximation method as shown in FIG. 4B. The parameters are a1, a2, b2, and the like. Here, the method of linear approximation for each section is shown, but the method of approximation by a nonlinear function is also possible. In the function approximation method, the degree of freedom of correction is low, but the number of registers that store the parameters that define the function is small.
タイミングコントローラ173が使用するパラメータは、例えば、図4(C)に示すように、タイミングコントローラ173の生成信号が、基準信号に対して“L”(または“H”)となるタイミングを示すものである。パラメータRa(またはRb)は、基準信号に対して“L”(または“H”)となるタイミングが、クロック何周期分であるかを示している。The parameter used by the
上記、補正のためのパラメータは、レジスタ175に格納することができる。また、上記以外にレジスタ175に格納できるパラメータとしては、EL補正回路164のデータ、使用者が設定した表示装置80の輝度、色調、省エネルギー設定(表示を暗くする、または表示を消す、までの時間)、タッチセンサコントローラ184の感度などがある。The above parameters for correction can be stored in the
<パワーゲーティング>
コントローラ154は、アプリケーションプロセッサ90から供給される画像データに変化がない場合、コントローラIC75内の一部回路をパワーゲーティングすることができる。具体的には、例えば、領域190内の回路(フレームメモリ151、デコーダ152、画像処理部160、メモリ170、タイミングコントローラ173、レジスタ175)をパワーゲーティングすることができる。<Power gating>
The
コントローラIC75はフレームメモリ151を有するため、画像データに変化がない場合、アプリケーションプロセッサ90は、コントローラIC75に画像データを供給する必要はない。または、アプリケーションプロセッサ90から画像データに変化がないことを示す制御信号をコントローラIC75に送信する構成としてもよい。新たな画像データが供給されなくなった場合、または、画像データに変化がないことを示す制御信号をコントローラ154で検出した場合等に、コントローラIC75はパワーゲーティングすることができる。Since the
領域190内の回路は、画像データに関する回路と、表示ユニット60を駆動するための回路であるため、画像データに変化がない場合、一時的に領域190内の回路を停止することができる。なお、画像データに変化がない場合でも、画素10に使用されるトランジスタがデータを保持できる時間(IDS駆動が可能な時間)を考慮してもよい。例えば、コントローラ154にタイマ機能を組み込むことで、タイマで測定した時間に基づいて、領域190内の回路への電源供給を再開するタイミングを決定してもよい。Since the circuit in the
例えば、コントローラ154はタイマ機能を組み込むことで、タイマで測定した時間に基づいて、領域190内の回路へ電源供給を再開するタイミングを決定してもよい。なお、フレームメモリ151もしくはメモリ170に画像データを保存しておき、当該画像データを反転駆動時に表示ユニット60に供給する画像データとする構成が可能である。このような構成とすることで、アプリケーションプロセッサ90から画像データを送信することなく反転駆動が実行できる。したがって、アプリケーションプロセッサ90からのデータ送信量を低減でき、表示システム100の消費電力を低減することができる。For example, the
なお、コントローラICのパワーゲーティングを行うためには、レジスタ175において、電源供給が遮断された状態でもデータが消失しない不揮発性レジスタへ、データを格納(セーブ)する準備動作が必要である。この準備動作を、画像データに変化がなくなる前に行うことが、パワーゲーティングの時間を長く確保でき、好ましい。In order to perform power gating of the controller IC, it is necessary to prepare the
以下、フレームメモリ151、レジスタ175の具体的な回路構成を説明する。なお、パワーゲーティングすることができる回路として説明した領域190内の回路は、この限りではない。コントローラIC75の構成、アプリケーションプロセッサ90の規格、表示装置80の仕様等によって、様々な組み合わせが考えられる。Hereinafter, a specific circuit configuration of the
<フレームメモリ151>
図5(A)に、フレームメモリ151の構成例を示す。フレームメモリ151は、制御部202、セルアレイ203、周辺回路208を有する。周辺回路208は、センスアンプ回路204、ドライバ205、メインアンプ206、入出力回路207を有する。<
FIG. 5A shows a configuration example of the
制御部202は、フレームメモリ151を制御する機能を有する。例えば、制御部202は、ドライバ205、メインアンプ206、および入出力回路207を制御する。The
ドライバ205には、複数の配線WL、CSELが電気的に接続されている。ドライバ205は、複数の配線WL、CSELに出力する信号を生成する。A plurality of wiring WLs and CSELs are electrically connected to the
セルアレイ203は、複数のメモリセル209を有する。メモリセル209は、配線WL、LBL(またはLBLB)、BGLに、電気的に接続されている。配線WLはワード線であり、配線LBL、LBLBは、ローカルビット線である。図5(A)の例では、セルアレイ203の構成は、折り返しビット線方式であるが、開放ビット線方式とすることもできる。The
図5(B)に、メモリセル209の構成例を示す。メモリセル209は、トランジスタNW1、容量素子CS1を有する。メモリセル209は、DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)のメモリセルと同様の回路構成を有する。ここでは、トランジスタNW1はバックゲートをもつトランジスタである。トランジスタNW1のバックゲートは、配線BGLに電気的に接続されている。配線BGLには、電圧Vbg_w1が入力される。FIG. 5B shows a configuration example of the
トランジスタNW1は、OSトランジスタである。OSトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、OSトランジスタでメモリセル209を構成することで、容量素子CS1から電荷がリークすることを抑えられるため、フレームメモリ151のリフレッシュ動作の頻度を低減できる。また、電源供給が遮断されても、フレームメモリ151は長時間画像データを保持することが可能である。また、電圧Vbg_w1を負電圧にすることで、トランジスタNW1の閾値電圧を正電位側にシフトさせることができ、メモリセル209の保持時間を長くすることができる。The transistor NW1 is an OS transistor. Since the off-current of the OS transistor is extremely small, by configuring the
ここでいう、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態のときにソースとドレインとの間に流れる電流をいう。トランジスタがnチャネル型である場合、例えば、しきい値電圧が0V乃至2V程度であれば、ソースに対するゲートの電圧が負の電圧であるときの、ソースとドレインとの間に流れる電流をオフ電流と呼ぶことができる。The off-current here means the current flowing between the source and the drain when the transistor is in the off state. When the transistor is an n-channel type, for example, when the threshold voltage is about 0V to 2V, the current flowing between the source and the drain when the gate voltage with respect to the source is a negative voltage is turned off. Can be called.
また、オフ電流が極めて小さいとは、例えば、チャネル幅1μmあたりのオフ電流が100zA(z;ゼプト、10-21)以下であることをいう。オフ電流は小さいほど好ましいため、この規格化されたオフ電流が10zA/μm以下、あるいは1zA/μm以下であることが好ましく、10yA/μm(y;ヨクト、10-24)以下であることがより好ましい。Further, the extremely small off-current means that, for example, the off-current per 1 μm of the channel width is 100 zA (z; Zepto, 10-21 ) or less. Since the smaller the off current is, the more preferable it is, so that the standardized off current is preferably 10 zA / μm or less, preferably 1 zA / μm or less, and more preferably 10 yA / μm (y; Yocto, 10-24) or less. preferable.
セルアレイ203が有する複数のメモリセル209の、トランジスタNW1はOSトランジスタであるため、その他の回路のトランジスタは、例えば、シリコンウエハに作製されるSiトランジスタとすることができる。これにより、セルアレイ203をセンスアンプ回路204に積層して設けることができる。よって、フレームメモリ151の回路面積を縮小でき、コントローラIC75の小型化につながる。ただし、本発明の一態様の構成は、これに限定されない。例えば、セルアレイ203、及びその他の回路(代表的には、制御部202、周辺回路208など)の双方をOSトランジスタにより形成する構成としてもよい。当該構成とすることで、単極性の回路構成とすることができるため、製造コストを低減することができる。また、OSトランジスタのみの回路構成とすることで、Siトランジスタよりも絶縁破壊耐性が高められるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。Since the transistor NW1 of the plurality of
セルアレイ203は、センスアンプ回路204に積層して設けられている。センスアンプ回路204は、複数のセンスアンプSAを有する。センスアンプSAは隣接する配線LBL、LBLB(ローカルビット線対)、配線GBL、GBLB(グローバルビット線対)、複数の配線CSELに電気的に接続されている。センスアンプSAは、配線LBLと配線LBLBとの電位差を増幅する機能を有する。The
センスアンプ回路204には、4本の配線LBLに対して1本の配線GBLが設けられ、4本の配線LBLBに対して1本の配線GBLBが設けられているが、センスアンプ回路204の構成は、図5(A)の構成例に限定されない。The
メインアンプ206は、センスアンプ回路204および入出力回路207に接続されている。メインアンプ206は、配線GBLと配線GBLBの電位差を増幅する機能を有する。メインアンプ206は省略することができる。The
入出力回路207は、書き込みデータに対応する電位を配線GBLと配線GBLB、またはメインアンプ206に出力する機能、配線GBLと配線GBLBの電位、またはメインアンプ206の出力電位を読み出し、データとして外部に出力する機能を有する。配線CSELの信号によって、データを読み出すセンスアンプSA、およびデータを書き込むセンスアンプSAを選択することができる。よって、入出力回路207は、マルチプレクサなどの選択回路が不要であるため、回路構成を簡単化でき、占有面積を縮小することができる。The input /
<レジスタ175>
図6は、レジスタ175の構成例を示すブロック図である。レジスタ175は、スキャンチェーンレジスタ部175A、およびレジスタ部175Bを有する。スキャンチェーンレジスタ部175Aは、複数のレジスタ230を有する。複数のレジスタ230によって、スキャンチェーンレジスタが構成されている。レジスタ部175Bは、複数の揮発性レジスタ231を有する。<
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the
レジスタ230は、電源供給が遮断された状態でもデータが消失しない不揮発性レジスタである。レジスタ230を不揮発化するため、ここでは、レジスタ230は、OSトランジスタを用いた保持回路を備えている。The
他方、揮発性レジスタ231は揮発性である。揮発性レジスタ231の回路構成には特段の制約はなく、データを記憶することが可能な回路であればよく、ラッチ回路、フリップフロップ回路などで構成すればよい。画像処理部160、およびタイミングコントローラ173は、レジスタ部175Bにアクセスし、対応する揮発性レジスタ231からデータを取り込む。あるいは、画像処理部160、およびタイミングコントローラ173は、レジスタ部175Bから供給されるデータにしたがって、処理内容が制御される。On the other hand, the
レジスタ175に格納しているデータを更新する場合、まず、スキャンチェーンレジスタ部175Aのデータを変更する。スキャンチェーンレジスタ部175Aの各レジスタ230のデータを書き換えた後、スキャンチェーンレジスタ部175Aの各レジスタ230のデータを、レジスタ部175Bの各揮発性レジスタ231に一括してロードする。When updating the data stored in the
これにより、画像処理部160、およびタイミングコントローラ173等は、一括して更新されたデータを使用して、各種処理を行うことができる。データの更新に同時性が保たれるため、コントローラIC75の安定した動作を実現できる。スキャンチェーンレジスタ部175Aとレジスタ部175Bとを備えることで、画像処理部160、およびタイミングコントローラ173が動作中でも、スキャンチェーンレジスタ部175Aのデータを更新することができる。As a result, the
コントローラIC75のパワーゲーティング実行時には、レジスタ230において、保持回路にデータを格納(セーブ)してから電源供給を遮断する。電源復帰後、レジスタ230のデータを揮発性レジスタ231に復帰(ロード)して通常動作を再開する。なお、レジスタ230に格納されているデータと揮発性レジスタ231に格納されているデータとが整合しない場合は、揮発性レジスタ231のデータをレジスタ230にセーブした後、あらためて、レジスタ230の保持回路にデータを格納する構成が好ましい。データが整合しない場合としては、スキャンチェーンレジスタ部175Aに更新データを挿入中などが挙げられる。When power gating of the
図7に、レジスタ230、揮発性レジスタ231の回路構成例を示す。図7には、スキャンチェーンレジスタ部175Aの2段分のレジスタ230と、これらレジスタ230に対応する2個の揮発性レジスタ231を示している。レジスタ230は、信号Scan Inが入力され、信号Scan Outを出力する。FIG. 7 shows a circuit configuration example of the
レジスタ230は、保持回路17、セレクタ18、フリップフロップ回路19を有する。セレクタ18とフリップフロップ回路19とでスキャンフリップフロップ回路が構成されている。セレクタ18には、信号SAVE1が入力される。The
保持回路17には、信号SAVE2、LOAD2が入力される。保持回路17は、トランジスタT1乃至T6、容量素子C4、C6を有する。トランジスタT1、T2はOSトランジスタである。トランジスタT1、T2を、メモリセル209のトランジスタNW1(図5(B)参照)と同様に、バックゲート付きのOSトランジスタとしてもよい。The signals SAVE2 and LOAD2 are input to the holding
トランジスタT1、T3、T4および容量素子C4により、3トランジスタ型のゲインセルが構成される。同様に、トランジスタT2、T5、T6および容量素子C6により、3トランジスタ型のゲインセルが構成される。2個のゲインセルによって、フリップフロップ回路19が保持する相補データを記憶する。トランジスタT1、T2がOSトランジスタであるので、保持回路17は、電源供給が遮断された状態でも長時間データを保持することが可能である。レジスタ230において、トランジスタT1、T2以外のトランジスタはSiトランジスタで構成すればよい。The transistors T1, T3, T4 and the capacitive element C4 form a three-transistor type gain cell. Similarly, the transistors T2, T5, T6 and the capacitive element C6 form a three-transistor type gain cell. The two gain cells store complementary data held by the flip-
保持回路17は、信号SAVE2に従い、フリップフロップ回路19が保持する相補データを格納し、信号LOAD2に従い、保持しているデータをフリップフロップ回路19にロードする。The holding
フリップフロップ回路19の入力端子には、セレクタ18の出力端子が電気的に接続され、データ出力端子には、揮発性レジスタ231の入力端子が電気的に接続されている。フリップフロップ回路19は、インバータ20乃至25、アナログスイッチ27、28を有する。アナログスイッチ27、28のオンオフは、スキャンクロック(図7では、Scan Clockと表記)信号によって制御される。フリップフロップ回路19は、図7の回路構成に限定されず、様々なフリップフロップ回路19を適用することができる。The output terminal of the
セレクタ18の2個の入力端子の一方には、揮発性レジスタ231の出力端子が電気的に接続され、他方には、前段のフリップフロップ回路19の出力端子が電気的に接続されている。なお、スキャンチェーンレジスタ部175Aの初段のセレクタ18の入力端子は、レジスタ175の外部からデータが入力される。The output terminal of the
揮発性レジスタ231は、インバータ31乃至33、クロックドインバータ34、アナログスイッチ35、バッファ36を有する。揮発性レジスタ231は信号LOAD1に基づいて、フリップフロップ回路19のデータをロードする。揮発性レジスタ231のトランジスタはSiトランジスタで構成すればよい。The
<アプリケーションプロセッサ>
アプリケーションプロセッサ90は、コントローラIC75に供給する画像データ、およびタッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等をモニタすることで、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報を得ることができる。<Application processor>
The
例えば、表示システム100を有する電子機器がゲームとして使用されている場合、もしくは、表示システム100を有する電子機器においてTV放送、ビデオ動画などが表示されている場合(以下、分類1のアプリケーションという)、画像データは常に更新され、アプリケーションプロセッサ90は高い頻度で画像データを供給する必要がある。For example, when an electronic device having a
例えば、表示システム100を有する電子機器が電子書籍の閲覧、写真閲覧などに使用されている場合(以下、分類2のアプリケーションという)、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報は、画像のスクロールやページ送りに使われるフリックや、画像の拡大、縮小に使われるピンチイン、ピンチアウトの操作が多くなる。また、フリックやピンチイン、ピンチアウトの操作の後、画像データが更新され、アプリケーションプロセッサ90は画像データを供給する。タッチセンサユニット70がタッチ情報を検出しないタイミングでは、画像データの更新が少ない(静止画が多い)状態となる。For example, when an electronic device having a
例えば、表示システム100を有する電子機器がインターネット閲覧に使用されている場合(以下、分類3のアプリケーションという)、タッチセンサユニット70がマウスのクリックに相当するタップの操作を検出した後、画像データが更新され、アプリケーションプロセッサ90は画像データを供給する。タッチセンサユニット70がタッチ情報を検出しないタイミングでは、画像データの更新が少ない状態となるが、表示ユニット60の表示領域の一部で動画が表示されている場合がある。For example, when an electronic device having a
例えば、表示システム100を有する電子機器がメールに代表される文章作成や、表作成など、ユーザーの入力が中心である使われ方をしている場合(以下、分類4のアプリケーションという)、画像データの更新は比較的少なく、また、表示ユニット60の表示領域の一部について画像データが更新される。また、手書き入力機能が使われている場合、タッチセンサユニット70が検出したタッチ位置周辺の画像データが更新される。For example, when an electronic device having a
このように、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データと、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報には、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに応じた特徴があり、アプリケーションプロセッサ90は前記アプリケーションに関する情報を得ることができる。As described above, the image data supplied by the
アプリケーションプロセッサ90は、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報を得ることで、表示装置80のフレーム周波数を変更することができる。例えば、分類1のアプリケーションが動作している時、表示装置80が表示可能な最大のフレーム周波数とすることができる。The
例えば、表示装置80が表示可能な最大のフレーム周波数が120Hzである場合、分類1のアプリケーションが動作している時、表示装置80のフレーム周波数を120Hzとし、分類2および分類3のアプリケーションが動作している時、表示装置80のフレーム周波数を60Hzとし、分類4のアプリケーションが動作している時、表示装置80のフレーム周波数を30Hzとすることができる。For example, when the maximum frame frequency that can be displayed by the
アプリケーションプロセッサ90は、コントローラIC75に供給する制御信号の一つとして表示装置80のフレーム周波数に関する信号を供給し、表示装置80のフレーム周波数を変更することができる。表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションが高いフレーム周波数を必要としない場合、アプリケーションプロセッサ90は、表示装置80のフレーム周波数を低くすることで消費電力を低減することができる。The
なお、アプリケーションプロセッサ90がモニタする対象は、コントローラIC75に供給する画像データ、およびタッチセンサユニット70が検出するタッチ情報に限定されない。例えば、表示システム100を有する電子機器が行う外部ネットワークとの通信をモニタすることで、分類1のアプリケーションおよび分類3のアプリケーションに関する情報を効率的に得ることができる。また、例えば、アプリケーションプロセッサ90内もしくはアプリケーションプロセッサ90とは別途設けられる記憶装置への入出力をモニタすることで、分類2のアプリケーションに関する情報を効率的に得ることができる。または、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報を、アプリケーションのプログラム中に記載する構成も可能である。The target monitored by the
<ニューラルネットワーク>
アプリケーションプロセッサ90は、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報を得るために、ニューラルネットワークを利用することができる。ニューラルネットワークは、人工知能(Artificial Intelligence:AI)を実現する方法の一つであり、人工知能は人間の知能を模した計算機のことである。人工知能は、ニューラルネットワーク等を利用することで学習に応じた演算を行うことができる。<Neural network>
The
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データと、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等の特徴を学習することで、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションを推定することができる。The neural network of the
また、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、コントローラIC75がパワーゲーティングへ移行できるタイミングを予測し、パワーゲーティングの準備動作を行うタイミングを指示することができる。Further, the neural network of the
コントローラIC75がパワーゲーティングを行えるのは、画像データに変化がなくアプリケーションプロセッサ90から新たな画像データが供給されなくなった場合、または、画像データに変化がないことを示す制御信号をコントローラ154で検出した場合等であるが、この直前、画像データの書き換えられる領域やタッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等に関して特徴を見出すことができる。The
つまり、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データ、およびタッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等をモニタすることで、コントローラIC75がパワーゲーティングへ移行できるタイミングを予測することができる。That is, the neural network of the
例えば、タッチセンサユニット70への入力がなく、画像データの書き換えられる領域が少なくなっていく場合、もうすぐ画像データに変化がなくなることを予測することができる。また、例えば、タッチセンサユニット70へ入力があり、しばらく画像データの変化が続いた後、画像データに変化がなくなることを予測することができる。For example, when there is no input to the
具体的には、例えば、タッチセンサユニット70に、マウスのクリックに相当するタップもしくはダブルタップの操作があった後、アプリケーションの処理動作があり、表示が完了すると画像データに変化がなくなることが予測できる。また、ドラッグは画像を移動させたい場合に行われる操作であるため、ドラッグの後は比較的早く表示が完了し、画像データに変化がなくなることが予測できる。Specifically, for example, after the
また、タッチセンサユニット70に、画像のスクロールやページ送りの場合に行われるフリックの操作があった後、しばらく表示領域の大きな領域で画像データの変更があり、その後画像データに変化がなくなることが予測できる。また、タッチセンサユニット70に、画像を拡大、縮小させたい場合に行われるピンチイン、ピンチアウトの操作があった後、表示領域の大きな領域で画像データの変更があり、その後比較的早く画像データに変化がなくなることが予測できる。Further, after the
これらの操作の後、表示装置80の使用者は、しばらく画像を確認することが予測できるため、画像データに変化がない時間があると予測できる。After these operations, the user of the
このように、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データ、およびタッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等をモニタすることで、コントローラIC75がパワーゲーティングへ移行できるタイミングを予測し、パワーゲーティングの準備動作を行うタイミングを指示することができる。In this way, the neural network of the
この後、画像データに変化がなくアプリケーションプロセッサ90から新たな画像データが供給されなくなった場合、または、画像データに変化がないことを示す制御信号をコントローラ154で検出した場合、表示ユニット60はIDS駆動を行い、コントローラIC75はパワーゲーティングを行う。パワーゲーティングの準備動作を画像データに変化がなくなる前に行うことで、コントローラIC75がパワーゲーティングを行える時間を長くし、より効率的に表示装置80の消費電力を低減することができる。After that, when there is no change in the image data and new image data is not supplied from the
実際には、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークが、パワーゲーティングの準備動作を指示しても、画像データの変化が止まらず、パワーゲーティングできないことがある。この場合、準備動作を行うことによって、コントローラIC75の消費電力を大きくしてしまう。このため、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、パワーゲーティングの準備動作を指示した後、実際にパワーゲーティングが行われたか否かの情報を教師データとして学習を行う。前記学習にょり、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークのパラメータ(重み係数ともいう)は、パワーゲーティングの成功確率を上げられるよう調整される。Actually, even if the neural network of the
また、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークのパラメータは、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報によっても調整される。例えば、分類2のアプリケーションが動作している時、表示装置80の使用者が画像を確認している間は、画像データに変化がないことが予測できるため、パワーゲーティングの準備動作を積極的に行うことができる。The neural network parameters of the
このように、アプリケーションプロセッサ90は、表示システム100を有する電子機器で動作しているアプリケーションに関する情報を得ることで表示装置80のフレーム周波数を低くし、表示ユニット60は、画素10にオフ電流が低いトランジスタを用いることでIDS駆動を行い、コントローラIC75はパワーゲーティングを行うことで、表示システム100は消費電力を低減することができる。また、コントローラIC75は、パワーゲーティングの準備動作を画像データに変化がなくなる前に行う。In this way, the
なお、本実施の形態は、本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be appropriately combined with other embodiments described in the present specification.
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態で例示した、表示装置80に適用可能な表示ユニットの一例について説明を行う。(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a display unit applicable to the
<構成例>
図8(A)は、表示ユニットの一例を示す上面図である。図8(A)に示す表示ユニット700は、第1の基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライバ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、図8(A)には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設けられる。<Configuration example>
FIG. 8A is a top view showing an example of the display unit. The
また、表示ユニット700は、第1の基板701上のシール材712によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706と、それぞれ電気的に接続されるFPC端子部708(FPC:Flexible Printed Circuits)が設けられる。また、FPC端子部708には、FPC716が接続され、FPC716によって画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706に各種信号等が供給される。また、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708には、信号線710が各々接続されている。FPC716により供給される各種信号等は、信号線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706、及びFPC端子部708に与えられる。Further, the
また、表示ユニット700にゲートドライバ回路部706を複数設けてもよい。また、表示ユニット700としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を画素部702と同じ第1の基板701に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成してもよい、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成してもよい。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、第1の基板701に形成する構成としてもよい。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。Further, the
また、表示ユニット700は、様々な素子を有することができる。該素子の一例としては、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子、LEDなど)、発光トランジスタ素子(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)ディスプレイ(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、デジタル・マイクロ・シャッター(DMS)素子、インターフェロメトリック・モジュレーション(IMOD)素子など)、圧電セラミックディスプレイなどが挙げられる。Further, the
また、EL素子を用いた表示ユニットの一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示ユニットの一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-conduction Electron-emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示ユニットの一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク素子又は電気泳動素子を用いた表示ユニットの一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。Further, as an example of a display unit using an EL element, there is an EL display or the like. As an example of a display unit using an electron emitting element, there is a field emission display (FED) or an SED type planar display (SED: Surface-conduction Electron-emitter Display). An example of a display unit using a liquid crystal element is a liquid crystal display (transmissive liquid crystal display, semi-transmissive liquid crystal display, reflective liquid crystal display, direct-view liquid crystal display, projection type liquid crystal display). An example of a display unit using an electronic ink element or an electrophoresis element is electronic paper. In the case of realizing a semi-transmissive liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, a part or all of the pixel electrodes may have a function as a reflective electrode. For example, a part or all of the pixel electrodes may have aluminum, silver, or the like. Further, in that case, it is also possible to provide a storage circuit such as SRAM under the reflective electrode. Thereby, the power consumption can be further reduced.
なお、表示ユニット700における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、Rの画素とGの画素とBの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる2色を選択して構成してもよい。またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示ユニットに限定されるものではなく、モノクロ表示の表示ユニットに適用することもできる。As the display method in the
また、バックライト(有機EL素子、無機EL素子、LED、蛍光灯など)に白色発光(W)を用いて表示ユニットをフルカラー表示させるために、着色層(カラーフィルタともいう)を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2割から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、Wを、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。Further, a colored layer (also referred to as a color filter) may be used in order to display the display unit in full color by using white light emission (W) for the backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, etc.). .. As the colored layer, for example, red (R), green (G), blue (B), yellow (Y) and the like can be appropriately combined and used. By using the colored layer, the color reproducibility can be improved as compared with the case where the colored layer is not used. At this time, the white light in the region without the colored layer may be directly used for display by arranging the region having the colored layer and the region without the colored layer. By arranging a region that does not have a colored layer in a part thereof, it is possible to reduce the decrease in brightness due to the colored layer and reduce the power consumption by about 20% to 30% in a bright display. However, when full-color display is performed using a self-luminous element such as an organic EL element or an inorganic EL element, R, G, B, Y, and W may be emitted from an element having each emission color. By using the self-luminous element, the power consumption may be further reduced as compared with the case of using the colored layer.
また、カラー化方式としては、上述の白色発光からの発光の一部をカラーフィルタを通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式(カラーフィルタ方式)の他、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式(3色方式)、または青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式(色変換方式、量子ドット方式)を適用してもよい。In addition to the above-mentioned method of converting part of the light emitted from white light emitted into red, green, and blue by passing it through a color filter (color filter method), the colorization method also emits red, green, and blue light. A method used for each (three-color method) or a method of converting a part of the light emitted from the blue light to red or green (color conversion method, quantum dot method) may be applied.
図8(B)に示す表示ユニット700Aは、大型の画面を有する電子機器に好適に用いることのできる表示ユニットである。例えばテレビジョン装置、モニタ装置、デジタルサイネージなどに好適に用いることができる。The
表示ユニット700Aは、複数のソースドライバIC721と、一対のゲートドライバ回路722を有する。The
複数のソースドライバIC721は、それぞれFPC723に取り付けられている。また、複数のFPC723は、一方の端子が第1の基板701に、他方の端子がプリント基板724にそれぞれ接続されている。FPC723を折り曲げることで、プリント基板724を画素部702の裏側に配置して、電子機器に実装することができる。Each of the plurality of source drivers IC721 is attached to the FPC723. Further, in the plurality of FPC723s, one terminal is connected to the
一方、ゲートドライバ回路722は、第1の基板701上に形成されている。これにより、狭額縁の電子機器を実現できる。On the other hand, the
このような構成とすることで、大型で且つ解像度の高い表示ユニットを実現できる。例えば、画面サイズが対角30インチ以上、40インチ以上、50インチ以上、または60インチ以上の表示ユニットに適用することができる。また、解像度がフルハイビジョン、ウルトラハイビジョン、またはスーパーハイビジョンなどといった極めて解像度の高い表示ユニットを実現することができる。With such a configuration, a large-sized and high-resolution display unit can be realized. For example, it can be applied to a display unit having a screen size of 30 inches or more, 40 inches or more, 50 inches or more, or 60 inches or more diagonally. In addition, it is possible to realize a display unit having an extremely high resolution such as full high-definition, ultra-high-definition, or super high-definition.
<断面構成例>
以下では、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について、図9乃至図11を用いて説明する。なお、図9及び図10は、図8に示す一点鎖線Q-Rにおける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図11は、図8に示す一点鎖線Q-Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成である。<Cross section configuration example>
Hereinafter, a configuration using a liquid crystal element and an EL element as display elements will be described with reference to FIGS. 9 to 11. 9 and 10 are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line QR shown in FIG. 8, and have a configuration in which a liquid crystal element is used as the display element. Further, FIG. 11 is a cross-sectional view of the alternate long and short dash line QR shown in FIG. 8, and has a configuration in which an EL element is used as a display element.
まず、図9乃至図11に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分について説明する。First, the common parts shown in FIGS. 9 to 11 will be described first, and then different parts will be described.
<表示ユニットの共通部分に関する説明>
図9乃至図11に示す表示ユニット700は、引き回し配線部711と、画素部702と、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び容量素子790を有する。また、ソースドライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。<Explanation of common parts of display unit>
The
各画素に設けられるトランジスタには、チャネルが形成される半導体層に、金属酸化物(酸化物半導体)を適用することが好ましい。これにより、アモルファスシリコンを用いた場合に比べてトランジスタの電界効果移動度を高めることができるため、トランジスタのサイズ(占有面積)を縮小することができる。これにより、ソース線及びゲート線の寄生容量をより小さくできる。For the transistor provided in each pixel, it is preferable to apply a metal oxide (oxide semiconductor) to the semiconductor layer on which the channel is formed. As a result, the electric field effect mobility of the transistor can be increased as compared with the case of using amorphous silicon, so that the size (occupied area) of the transistor can be reduced. As a result, the parasitic capacitance of the source line and the gate line can be made smaller.
また特に、酸化物半導体を用いたトランジスタを適用することで、以下に示すような様々な効果を奏する。例えば、トランジスタのサイズ(占有面積)を小さくできるため、トランジスタ自体の寄生容量を小さくできる。さらには、アモルファスシリコンを用いた場合に比べて、開口率を向上できる、または開口率を犠牲にすることなく配線幅を大きくでき、配線抵抗を小さくできる。また、トランジスタのオン電流を高めることができるため、画素の書き込みに要する期間を短くできる。このような効果により、ゲート線及びソース線の充放電期間を短くでき、フレーム周波数を高めることが可能となる。In particular, by applying a transistor using an oxide semiconductor, various effects as shown below can be obtained. For example, since the size (occupied area) of the transistor can be reduced, the parasitic capacitance of the transistor itself can be reduced. Further, as compared with the case of using amorphous silicon, the aperture ratio can be improved, the wiring width can be increased without sacrificing the aperture ratio, and the wiring resistance can be reduced. Further, since the on-current of the transistor can be increased, the period required for writing the pixel can be shortened. Due to such an effect, the charge / discharge period of the gate line and the source line can be shortened, and the frame frequency can be increased.
さらに、酸化物半導体を用いたトランジスタはオフ電流を極めて小さくできるため、画素に書き込まれた電位の保持期間を長くでき、フレーム周波数を低くすることも可能となる。例えば、フレーム周波数を0.1Hz以上480Hz以下の範囲で可変とすることができる。また、テレビジョン装置等においては、フレーム周波数を30Hz以上480Hz以下、好ましくは60Hz以上240Hz以下とすることができる。Further, since the transistor using the oxide semiconductor can make the off-current extremely small, the holding period of the potential written in the pixel can be lengthened, and the frame frequency can be lowered. For example, the frame frequency can be made variable in the range of 0.1 Hz or more and 480 Hz or less. Further, in a television device or the like, the frame frequency can be set to 30 Hz or more and 480 Hz or less, preferably 60 Hz or more and 240 Hz or less.
オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いる効果の他の1つとして、画素の保持容量を小さくできることが挙げられる。これにより、画素の開口率を高めることや、画素の書き込みに要する期間をより短くすることができる。Another effect of using a transistor with an extremely small off-current is that the pixel holding capacity can be reduced. This makes it possible to increase the aperture ratio of the pixels and shorten the period required for writing the pixels.
また、各ソース線の電気抵抗と容量をできるだけ小さくすると、より高いフレーム周波数での駆動や、より大型の表示ユニットとすることなどが可能となる。例えば、ソース線の材料に低抵抗な材料(例えば銅、アルミニウムなど)を用いること、ソース線の厚さや幅を大きくすること、ソース線と他の配線の間の層間絶縁膜を厚くすること、ソース線と他の配線との交差部の面積を小さくすること、などが挙げられる。In addition, if the electrical resistance and capacitance of each source line are made as small as possible, it becomes possible to drive at a higher frame frequency and to make a larger display unit. For example, using a low resistance material (eg copper, aluminum, etc.) for the source wire material, increasing the thickness and width of the source wire, thickening the interlayer insulating film between the source wire and other wiring, etc. For example, reducing the area of the intersection between the source line and other wiring.
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を低くすることができる。よって、画像データのデータ信号等、電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。The transistor used in this embodiment has an oxide semiconductor film that has been purified to a high degree and suppresses the formation of oxygen deficiency. The transistor can reduce the off-current. Therefore, it is possible to lengthen the holding time of an electric signal such as a data signal of image data, and it is possible to set a long writing interval. Therefore, the frequency of the refresh operation can be reduced, which has the effect of suppressing power consumption.
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示ユニットに用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。Further, since the transistor used in this embodiment can obtain a relatively high field effect mobility, it can be driven at high speed. For example, by using such a transistor capable of high-speed drive for the display unit, it is possible to form the switching transistor of the pixel portion and the driver transistor used for the drive circuit portion on the same substrate. That is, since it is not necessary to separately use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a drive circuit, the number of parts of the semiconductor device can be reduced. Further, even in the pixel portion, by using a transistor capable of high-speed driving, it is possible to provide a high-quality image.
また、チャネルが形成される半導体層に、シリコンを含む半導体を用いたトランジスタを用いることもできる。例えば、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン等を用いたトランジスタを適用することができる。特に、アモルファスシリコンを用いると、大型の基板上に歩留り良く形成できるため好ましい。アモルファスシリコンを用いる場合には、水素によりダングリングボンドの終端を図った水素化アモルファスシリコン(a-Si:Hと表記する場合がある)を用いることが好ましい。Further, a transistor using a semiconductor containing silicon can also be used for the semiconductor layer on which the channel is formed. For example, a transistor using amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, or the like can be applied. In particular, it is preferable to use amorphous silicon because it can be formed on a large substrate with good yield. When amorphous silicon is used, it is preferable to use hydrided amorphous silicon (a—Si: may be referred to as H) in which dangling bonds are terminated by hydrogen.
容量素子790は、トランジスタ750が有する第1のゲート電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される下部電極と、トランジスタ750が有する第2のゲート電極として機能する導電膜と同一の導電膜を加工する工程を経て形成される上部電極と、を有する。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ750が有する第1のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜、及びトランジスタ750上の保護絶縁膜として機能する絶縁膜と同一の絶縁膜を形成する工程を経て形成される絶縁膜が設けられる。すなわち、容量素子790は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造である。The
また、図9乃至図11において、トランジスタ750、トランジスタ752、及び容量素子790上に平坦化絶縁膜770が設けられている。Further, in FIGS. 9 to 11, a flattening insulating
また、図9乃至図11においては、画素部702が有するトランジスタ750と、ソースドライバ回路部704が有するトランジスタ752と、を同じ構造のトランジスタを用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、画素部702と、ソースドライバ回路部704とは、異なるトランジスタを用いてもよい。具体的には、画素部702にトップゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にボトムゲート型のトランジスタを用いる構成、あるいは画素部702にボトムゲート型のトランジスタを用い、ソースドライバ回路部704にトップゲート型のトランジスタを用いる構成などが挙げられる。なお、上記のソースドライバ回路部704を、ゲートドライバ回路部と読み替えてもよい。Further, in FIGS. 9 to 11, the configuration in which the
また、信号線710は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。信号線710として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。Further, the
また、FPC端子部708は、接続電極760、異方性導電膜780、及びFPC716を有する。なお、接続電極760は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程を経て形成される。また、接続電極760は、FPC716が有する端子と異方性導電膜780を介して、電気的に接続される。Further, the FPC
また、第1の基板701及び第2の基板705としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第1の基板701及び第2の基板705として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。Further, as the
また、第1の基板701と第2の基板705の間には、構造体778が設けられる。構造体778は柱状のスペーサであり、第1の基板701と第2の基板705の間の距離(セルギャップ)を制御するために設けられる。なお、構造体778として、球状のスペーサを用いていてもよい。Further, a
また、第2の基板705側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜738と、カラーフィルタとして機能する着色膜736と、遮光膜738及び着色膜736に接する絶縁膜734が設けられる。Further, on the
<液晶素子を用いる表示ユニットの構成例>
図9に示す表示ユニット700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、導電膜772、導電膜774、及び液晶層776を有する。導電膜774は、第2の基板705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図9に示す表示ユニット700は、導電膜772と導電膜774に印加される電圧によって、液晶層776の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。<Example of configuration of display unit using liquid crystal element>
The
また、導電膜772は、トランジスタ750が有するソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜と電気的に接続される。導電膜772は、平坦化絶縁膜770上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。Further, the
導電膜772としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。As the
導電膜772に可視光において反射性のある導電膜を用いる場合、表示ユニット700は、反射型の液晶表示ユニットとなる。また、導電膜772に可視光において透光性のある導電膜を用いる場合、表示ユニット700は、透過型の液晶表示ユニットとなる。反射型の液晶表示ユニットの場合、視認側に偏光板を設ける。一方、透過型の液晶表示ユニットの場合、液晶素子を挟む一対の偏光板を設ける。When a conductive film having a reflective light in visible light is used for the
また、導電膜772上の構成を変えることで、液晶素子の駆動方式を変えることができる。この場合の一例を図10に示す。また、図10に示す表示ユニット700は、液晶素子の駆動方式として横電界方式(例えば、FFSモード)を用いる構成の一例である。図10に示す構成の場合、導電膜772上に絶縁膜773が設けられ、絶縁膜773上に導電膜774が設けられる。この場合、導電膜774は、共通電極(コモン電極ともいう)としての機能を有し、絶縁膜773を介して、導電膜772と導電膜774との間に生じる電界によって、液晶層776の配向状態を制御することができる。Further, by changing the configuration on the
また、図9及び図10において図示しないが、導電膜772または導電膜774のいずれか一方または双方に、液晶層776と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図9及び図10において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。Further, although not shown in FIGS. 9 and 10, an alignment film may be provided on either one or both of the
表示素子として液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。When a liquid crystal element is used as the display element, a thermotropic liquid crystal, a low molecular weight liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersion type liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase and the like depending on the conditions.
また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要である。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示ユニットの不良や破損を軽減することができる。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。Further, when the transverse electric field method is adopted, a liquid crystal showing a blue phase without using an alignment film may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised. Since the blue phase is expressed only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with a chiral agent of several weight% or more is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require an orientation treatment because it has a short response rate and is optically isotropic. Further, since the alignment film does not need to be provided, the rubbing process is not required, so that the electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and the defect or damage of the liquid crystal display unit during the manufacturing process can be reduced. .. Further, the liquid crystal material showing the blue phase has a small viewing angle dependence.
また、表示素子として液晶素子を用いる場合、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell)モード、OCB(Optical Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる。When a liquid crystal element is used as the display element, a TN (Twisted Nematic) mode, an IPS (In-Plane-Switching) mode, an FFS (Fringe Field Switching) mode, an ASM (Axially Birefringent Optical Cell) mode, and an ASM (Axially Birefringent Optical Cell) mode are used. A Compensated Birefringence mode, a FLC (Ferroelectric Liquid Crystal) mode, an AFLC (Antiferroelectric Liquid Crystal) mode, and the like can be used.
また、ノーマリーブラック型の液晶表示ユニット、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示ユニットとしてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。Further, a normally black type liquid crystal display unit, for example, a transmissive type liquid crystal display unit adopting a vertical orientation (VA) mode may be used. As the vertical orientation mode, for example, an MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, an ASV (Advanced Super View) mode, and the like can be used.
<発光素子を用いる表示ユニットの構成例>
図11に示す表示ユニット700は、発光素子782を有する。発光素子782は、導電膜772、EL層786、及び導電膜788を有する。図11に示す表示ユニット700は、画素毎に設けられる発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示することができる。なお、EL層786は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。<Configuration example of display unit using light emitting element>
The
有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光性材料または燐光性材料などが挙げられる。また、量子ドットに用いることのできる材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。また、12族と16族、13族と15族、または14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム(Cd)、セレン(Se)、亜鉛(Zn)、硫黄(S)、リン(P)、インジウム(In)、テルル(Te)、鉛(Pb)、ガリウム(Ga)、ヒ素(As)、アルミニウム(Al)、等の元素を有する量子ドット材料を用いてもよい。Examples of the material that can be used for the organic compound include a fluorescent material and a phosphorescent material. Examples of materials that can be used for quantum dots include colloidal quantum dot materials, alloy-type quantum dot materials, core-shell type quantum dot materials, and core-type quantum dot materials. Further, a material containing an element group of
図11に示す表示ユニット700には、平坦化絶縁膜770及び導電膜772上に絶縁膜730が設けられる。絶縁膜730は、導電膜772の一部を覆う。なお、発光素子782はトップエミッション構造である。したがって、導電膜788は透光性を有し、EL層786が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション構造について例示するが、これに限定されない。例えば、導電膜772側に光を射出するボトムエミッション構造や、導電膜772及び導電膜788の双方に光を射出するデュアルエミッション構造にも適用することができる。The
また、発光素子782と重なる位置に、着色膜736が設けられ、絶縁膜730と重なる位置、引き回し配線部711、及びソースドライバ回路部704に遮光膜738が設けられている。また、着色膜736及び遮光膜738は、絶縁膜734で覆われている。また、発光素子782と絶縁膜734の間は封止膜732で充填されている。なお、図11に示す表示ユニット700においては、着色膜736を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、EL層786を画素毎に島状形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色膜736を設けない構成としてもよい。Further, a
<表示ユニットに入出力装置を設ける構成例>
また、図9乃至図11に示す表示ユニット700に入出力装置を設けてもよい。当該入出力装置としては、例えば、タッチセンサ等が挙げられる。<Configuration example of providing an input / output device to the display unit>
Further, an input / output device may be provided in the
図10に示す表示ユニット700にタッチセンサ791を設ける構成を図12に、図11に示す表示ユニット700にタッチセンサ791を設ける構成を図13に、それぞれ示す。FIG. 12 shows a configuration in which the
図12は図10に示す表示ユニット700にタッチセンサ791を設ける構成の断面図であり、図13は図11に示す表示ユニット700にタッチセンサ791を設ける構成の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the configuration in which the
まず、図12及び図13に示すタッチセンサ791について、以下説明を行う。First, the
図12及び図13に示すタッチセンサ791は、第2の基板705と着色膜736との間に設けられる、所謂インセル型のタッチセンサである。タッチセンサ791は、着色膜736を形成する前に、第2の基板705側に形成すればよい。The
なお、タッチセンサ791は、遮光膜738と、絶縁膜792と、電極793と、電極794と、絶縁膜795と、電極796と、絶縁膜797と、を有する。例えば、指やスタイラスなどの被検知体が近づくことで生じうる、電極793と電極794との間の容量の変化を検知することができる。The
また、図12及び図13に示すトランジスタ750の上方においては、電極793と、電極794との交差部を明示している。電極796は、絶縁膜795に設けられた開口部を介して、電極794を挟む2つの電極793と電気的に接続されている。なお、図12及び図13においては、電極796が設けられる領域を画素部702に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、ソースドライバ回路部704に形成してもよい。Further, above the
電極793及び電極794は、遮光膜738と重なる領域に設けられる。また、図13に示すように、電極793は、発光素子782と重ならないように設けられると好ましい。また、図12に示すように、電極793は、液晶素子775と重ならないように設けられると好ましい。別言すると、電極793は、発光素子782及び液晶素子775と重なる領域に開口部を有する。すなわち、電極793はメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、電極793は、発光素子782が射出する光を遮らない構成とすることができる。または、電極793は、液晶素子775を透過する光を遮らない構成とすることができる。したがって、タッチセンサ791を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示ユニットを実現できる。なお、電極794も同様の構成とすればよい。The
また、電極793及び電極794が発光素子782と重ならないため、電極793及び電極794には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。または、電極793及び電極794が液晶素子775と重ならないため、電極793及び電極794には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。Further, since the
そのため、可視光の透過率が高い酸化物材料を用いた電極と比較して、電極793及び電極794の抵抗を低くすることが可能となり、タッチセンサのセンサ感度を向上させることができる。Therefore, the resistance of the
例えば、電極793、794、796には、導電性のナノワイヤを用いてもよい。当該ナノワイヤは、直径の平均値が1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは5nm以上25nm以下の大きさとすればよい。また、上記ナノワイヤとしては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、またはAlナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、あるいは、カーボンナノチューブなどを用いればよい。例えば、電極793、794、796のいずれか一つあるいは全部にAgナノワイヤを用いる場合、可視光における光透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/□以上100Ω/□以下とすることができる。For example, conductive nanowires may be used for the
また、図12及び図13においては、インセル型のタッチセンサの構成について例示したが、これに限定されない。例えば、表示ユニット700上に形成する、所謂オンセル型のタッチセンサや、表示ユニット700に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチセンサとしてもよい。Further, in FIGS. 12 and 13, the configuration of the in-cell type touch sensor has been illustrated, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be a so-called on-cell type touch sensor formed on the
このように、本発明の一態様の表示ユニットは、様々な形態のタッチセンサと組み合わせて用いることができる。As described above, the display unit according to one aspect of the present invention can be used in combination with various types of touch sensors.
なお、本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in the present specification.
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で例示した、表示装置80に適用可能な表示ユニットの一例について、図14を用いて説明を行う。(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a display unit applicable to the
<表示ユニットの回路構成例>
図14(A)に示す表示ユニットは、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502という)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路506という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成としてもよい。<Circuit configuration example of display unit>
The display unit shown in FIG. 14A has a region having pixels of a display element (hereinafter referred to as a pixel unit 502) and a circuit unit (hereinafter referred to as a circuit unit) arranged outside the
駆動回路部504の一部、または全部は、画素部502と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことができる。駆動回路部504の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated Bonding)によって、実装することができる。It is desirable that a part or all of the
画素部502は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置された複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するための回路(以下、ソースドライバ504bという)などの駆動回路を有する。The
ゲートドライバ504aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ504aは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力する。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力され、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以下、ゲート線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲートドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、ゲート線GL_1乃至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号を供給する機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ504aは、別の信号を供給することも可能である。The
ソースドライバ504bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ504bは、端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元となる信号(画像データ)が入力される。ソースドライバ504bは、画像データを元に画素回路501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与えられる配線(以下、ソース線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有する。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給する機能を有する。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも可能である。The
ソースドライバ504bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像データを時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを用いてソースドライバ504bを構成してもよい。The
複数の画素回路501のそれぞれは、走査信号が与えられる複数のゲート線GLの一つを介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のソース線DLの一つを介してデータ信号が入力される。また、複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列目の画素回路501は、ゲート線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ504aからパルス信号が入力され、ゲート線GL_mの電位に応じてソース線DL_n(nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。In each of the plurality of
図14(A)に示す保護回路506は、例えば、ゲートドライバ504aと画素回路501の間の配線であるゲート線GLに接続される。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと画素回路501の間の配線であるソース線DLに接続される。または、保護回路506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続することができる。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと端子部507との間の配線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示ユニットに電源及び制御信号、及び画像データを入力するための端子が設けられた部分をいう。The
保護回路506は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該配線と別の配線とを導通状態にする回路である。The
図14(A)に示すように、画素部502と駆動回路部504にそれぞれ保護回路506を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示ユニットの耐性を高めることができる。ただし、保護回路506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504aに保護回路506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路506を接続した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路506を接続した構成とすることもできる。As shown in FIG. 14A, by providing
また、図14(A)においては、ゲートドライバ504aとソースドライバ504bによって駆動回路部504を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装する構成としてもよい。Further, FIG. 14A shows an example in which the
ここで、図15に、図14(A)とは異なる構成を示す。図15では、ソース線方向に配列する複数の画素を挟むように、一対のソース線(例えばソース線DLa1とソース線DLb1)が配置されている。また、隣接する2本のゲート線(例えばゲート線GL_1とゲート線GL_2)が電気的に接続されている。Here, FIG. 15 shows a configuration different from that of FIG. 14 (A). In FIG. 15, a pair of source lines (for example, source line DLa1 and source line DLb1) are arranged so as to sandwich a plurality of pixels arranged in the source line direction. Further, two adjacent gate lines (for example, gate line GL_1 and gate line GL_1) are electrically connected.
また、ゲート線GL_1に接続される画素は、片方のソース線(ソース線DLa1、ソース線DLa2等)に接続され、ゲート線GL_2に接続される画素は、他方のソース線(ソース線DLb1、ソース線DLb2等)に接続される。Further, the pixels connected to the gate line GL_1 are connected to one source line (source line DLa1, source line DLa2, etc.), and the pixels connected to the gate line GL_1 are connected to the other source line (source line DLb1, source). It is connected to the line DLb2 etc.).
このような構成とすることで、2本のゲート線を同時に選択することができる。これにより、一水平期間の長さを、図14(A)に示す構成と比較して2倍にすることができる。これにより、表示ユニットの高解像度化、及び大画面化が容易となる。With such a configuration, two gate lines can be selected at the same time. Thereby, the length of one horizontal period can be doubled as compared with the configuration shown in FIG. 14 (A). This facilitates higher resolution and larger screen of the display unit.
また、図14(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図14(B)に示す構成とすることができる。Further, the plurality of
図14(B)に示す画素回路501は、液晶素子570と、トランジスタ550と、容量素子560と、を有する。The
液晶素子570の一対の電極の一方の電位は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。液晶素子570は、書き込まれるデータにより配向状態が設定される。なお、複数の画素回路501のそれぞれが有する液晶素子570の一対の電極の一方に共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。また、各行の画素回路501の液晶素子570の一対の電極の一方に異なる電位を与えてもよい。The potential of one of the pair of electrodes of the
例えば、液晶素子570を備える表示ユニットの駆動方法としては、TNモード、STNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、又はTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、表示ユニットの駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これらに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。For example, as a method of driving the display unit provided with the
m行n列目の画素回路501において、トランジスタ550のソース電極またはドレイン電極の一方は、ソース線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ550のゲート電極は、ゲート線GL_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。In the
容量素子560の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、電位供給線VLという)に電気的に接続され、他方は、液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続される。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される。容量素子560は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。One of the pair of electrodes of the
例えば、図14(B)の画素回路501を有する表示ユニットでは、例えば、図14(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ550をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。For example, in the display unit having the
データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ550がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。The
また、図14(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図14(C)に示す構成とすることができる。Further, the plurality of
また、図14(C)に示す画素回路501は、トランジスタ552、554と、容量素子562と、発光素子572と、を有する。Further, the
トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる配線(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ552のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(以下、ゲート線GL_mという)に電気的に接続される。One of the source electrode and the drain electrode of the
トランジスタ552は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。The
容量素子562の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。One of the pair of electrodes of the
容量素子562は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。The
トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電気的に接続される。さらに、トランジスタ554のゲート電極は、トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。One of the source electrode and the drain electrode of the
発光素子572のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続され、他方は、トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。One of the anode and cathode of the
発光素子572としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子ともいう)などを用いることができる。ただし、発光素子572としては、これに限定されず、無機材料からなる無機EL素子を用いてもよい。As the
なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。One of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b is given a high power supply potential VDD, and the other is given a low power supply potential VSS.
図14(C)の画素回路501を有する表示ユニットでは、例えば、図14(A)に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。In the display unit having the
データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ552がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。The
なお、本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in the present specification.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態で例示した、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークの詳細について説明を行う。(Embodiment 4)
In this embodiment, the details of the neural network included in the
<ニューラルネットワーク>
ニューラルネットワークは、神経回路網をモデルにした情報処理システムである。ニューラルネットワークを利用することで、従来のノイマン型コンピュータよりも高性能なコンピュータが実現できると期待されており、近年、電子回路上でニューラルネットワークを構築する種々の研究が進められている。<Neural network>
A neural network is an information processing system modeled on a neural network. It is expected that a computer with higher performance than the conventional Von Neumann computer can be realized by using a neural network, and in recent years, various studies for constructing a neural network on an electronic circuit have been advanced.
ニューラルネットワークは、ニューロンを模したユニットが互いに結合された構成となっており、それぞれのニューロンには複数のデータが入力される。ニューロンに入力された複数のデータは、それぞれ結合の強度を表す「重み係数」と掛け合わされ、その結果が足しあわされる。このようにして得られた積和演算の結果が閾値を超えたとき、ニューロンはハイレベルの信号を出力する。この現象は、「発火」と呼ばれている。A neural network has a structure in which units imitating neurons are connected to each other, and a plurality of data are input to each neuron. The multiple data input to the neuron are each multiplied by a "weighting factor" that represents the strength of the bond, and the results are added together. When the result of the product-sum operation thus obtained exceeds the threshold value, the neuron outputs a high-level signal. This phenomenon is called "ignition".
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークには、実施の形態1に記載した、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データと、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等が入力される。また、その後、コントローラIC75のパワーゲーティングが実際に行われたか否かの情報が入力される。The image data supplied to the
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、上述した、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データや、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等を学習データとし、コントローラIC75のパワーゲーティングが実際に行われたか否かの情報を教師データとして、教師あり学習を行う。学習は、結合の強度を表す「重み係数」等を変更することで行われる。The neural network of the
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークは、学習を行うことで、アプリケーションプロセッサ90がコントローラIC75に供給する画像データや、タッチセンサユニット70が検出するタッチ情報等の入力データから、コントローラIC75のパワーゲーティングが行われるか否かを予測する信号を出力することができる。The neural network of the
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークが、パワーゲーティングが行われることを予測する信号を出力した場合、フリップフロップ回路19が保持する相補データを保持回路17に格納する作業が行われる(図7参照)。その後、画像データに変化がないことが確認されると、パワーゲーティングが行われる。When the neural network of the
このように、画像データに変化がなくなる前に、パワーゲーティングが行われるか否かを予測することで、画像データに変化がなくなった後、すみやかにパワーゲーティングを行うことができる。このことは、パワーゲーティングの時間を長く確保することができ、消費電力の低減効果を高めることができる。In this way, by predicting whether or not power gating is performed before there is no change in the image data, it is possible to promptly perform power gating after there is no change in the image data. This makes it possible to secure a long time for power gating and enhance the effect of reducing power consumption.
以下、アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークに利用可能なニューラルネットワークの一例として、階層型ニューラルネットワークおよび教師あり学習について説明する。Hereinafter, a hierarchical neural network and supervised learning will be described as an example of a neural network that can be used for the neural network of the
図16(A)に、階層型ニューラルネットワークの構成例を示す。図16(A)では、各層のニューロンを丸で示している。そして、図16(A)では、入力層としての機能を有する第(l-1)層と、中間層(隠れ層)としての機能を有する第l層と、出力層としての機能を有する第(l+1)層の3層に分けられたニューロン(形式ニューロン)を有する、階層型ニューラルネットワークの構成例を示している(lは2以上の整数)。そして、第(l-1)層が有するニューロンをM個(Mは2以上の整数)、第l層が有するニューロンをN個(Nは2以上の整数)、第(l+1)層が有するニューロンをK個(Kは2以上の整数)とする。FIG. 16A shows a configuration example of a hierarchical neural network. In FIG. 16A, neurons in each layer are shown in circles. Then, in FIG. 16A, a first layer having a function as an input layer, a first layer having a function as an intermediate layer (hidden layer), and a first layer having a function as an output layer (a). A configuration example of a hierarchical neural network having neurons (formal neurons) divided into three layers of l + 1) is shown (l is an integer of 2 or more). Then, M neurons in the (l-1) layer (M is an integer of 2 or more), N neurons in the lth layer (N is an integer of 2 or more), and neurons in the (l + 1) layer. Is K (K is an integer of 2 or more).
なお、図16(A)では、第(l-1)層が有する複数のニューロンのうち、5つのニューロンを図示しており、第l層が有する複数のニューロンのうち、4つのニューロンを図示しており、第(l+1)層が有する複数のニューロンのうち、3つのニューロンを図示している。In addition, in FIG. 16A, five neurons among the plurality of neurons possessed by the layer (l-1) are illustrated, and four neurons among the plurality of neurons possessed by the layer l are illustrated. Of the plurality of neurons in the (l + 1) layer, three neurons are illustrated.
また、図16(A)では、中間層が一層で構成されている階層型ニューラルネットワークの構成例を示しているが、中間層が複数の層で構成されていても良い。よって、L層(Lは3以上の整数)で構成される階層型ニューラルネットワークの場合、第1層が入力層に相当し、第2層乃至第(L-1)層が中間層に相当し、第L層が出力層に相当する。Further, although FIG. 16A shows a configuration example of a hierarchical neural network in which the intermediate layer is composed of one layer, the intermediate layer may be composed of a plurality of layers. Therefore, in the case of a hierarchical neural network composed of L layers (L is an integer of 3 or more), the first layer corresponds to the input layer, and the second layer to the (L-1) layer corresponds to the intermediate layer. , The Lth layer corresponds to the output layer.
図16(A)において、第(l-1)層のニューロンが有する第mニューロン(mは1以上M以下の整数)の出力zm (l-1)が、第l層のニューロンが有する第nニューロン(nは1以上N以下の整数)に入力されるものとする。また、第nニューロンの出力zn (l)が、第(l+1)層のニューロンが有する第kニューロン(kは1以上K以下の整数)に入力されるものとする。また、第kニューロンの出力をzk (l+1)とする。そして、第l層の第nニューロンへの入力に対する重み係数をwnm (l)、第(l+1)層の第kのニューロンへの入力に対する重み係数をwkn (l+1)とする。In FIG. 16A, the output zm (l-1) of the mth neuron (m is an integer of 1 or more and M or less) possessed by the neuron of the layer (l-1) is the thth layer possessed by the neuron of the first layer. It is assumed that n is input to a neuron (n is an integer of 1 or more and N or less). Further, it is assumed that the output z n (l) of the nth neuron is input to the kth neuron (k is an integer of 1 or more and K or less) possessed by the neuron of the layer (l + 1). Further, the output of the kth neuron is z k (l + 1) . Then, the weighting coefficient for the input to the nth neuron of the lth layer is w nm (l) , and the weighting coefficient for the input to the kth neuron of the (l + 1) layer is w kn (l + 1) .
上記条件のもと、第l層の第nのニューロンへの入力の総和(ネット値)は、以下の式a1で表される。Under the above conditions, the sum of the inputs (net values) to the nth neuron in the first layer is expressed by the following equation a1.
式a1の演算処理は、後述する積和演算処理回路を用いることにより行うことができる。The arithmetic processing of the equation a1 can be performed by using the product-sum arithmetic processing circuit described later.
また、第l層の第nのニューロンの出力zn (l)は、以下の式a2で表される。Further, the output z n (l) of the nth neuron in the lth layer is expressed by the following equation a2.
なお、fはニューロンの出力関数である、。ニューロンの出力関数fとして、ステップ関数、線形ランプ関数、シグモイド関数などを用いることができる。例えば、式a2の演算処理は、図16(B)に示す回路270を用いることで実行することができる。回路270において、出力関数fは、OPアンプの出力特性に対応する。また、OPアンプからの出力信号を用いて、所望の出力関数に対応した演算回路において演算処理を行うことで、式a2の演算処理を実現することもできる。In addition, f is an output function of a neuron ,. As the output function f of the neuron, a step function, a linear ramp function, a sigmoid function, or the like can be used. For example, the arithmetic processing of the equation a2 can be executed by using the
同様に、第(l+1)層の第kのニューロンへの入力の総和(ネット値)は、以下の式a3で表される。Similarly, the sum of the inputs (net values) to the kth neuron in the (l + 1) layer is expressed by the following equation a3.
式a3の演算処理は、後述する積和演算処理回路を用いることにより行うことができる。The arithmetic processing of the equation a3 can be performed by using the product-sum arithmetic processing circuit described later.
また、第(l+1)層の第kのニューロンの出力zk (l+1)は、以下の式a4で表される。Further, the output zk (l + 1) of the kth neuron in the (l + 1) layer is expressed by the following equation a4.
例えば、式a4の演算処理は、図16(C)に示す回路271を用いることで実行することができる。回路271において、出力関数fは、回路270と同様に、OPアンプの出力特性に対応する。また、OPアンプからの出力信号を用いて、所望の出力関数に対応した演算回路において演算処理を行うことで、式a4の演算処理を実現することもできる。For example, the arithmetic processing of the equation a4 can be executed by using the
上記構成により、第kのニューロンの出力zk (l+1)を得ることができる。With the above configuration, the output zk (l + 1) of the kth neuron can be obtained.
次に、教師あり学習について説明する。教師あり学習とは、上述の階層型ニューラルネットワークの機能において、出力した結果と所望の結果(教師データ、または教師信号という場合がある)が異なった場合に、階層型ニューラルネットワークの全ての重み係数を、出力した結果と所望の結果とに基づいて、更新する動作をいう。Next, supervised learning will be described. Supervised learning is all the weighting coefficients of a hierarchical neural network when the output result and the desired result (sometimes called teacher data or teacher signal) are different in the above-mentioned function of the hierarchical neural network. Refers to the operation of updating based on the output result and the desired result.
教師あり学習の具体例として、誤差逆伝播方式による学習方法について説明する。図17(A)に、誤差逆伝播方式の模式図を示す。誤差逆伝播方式は、階層型ニューラルネットワークの出力と教師データとの誤差が小さくなるように、重み係数を変更する方式である。As a specific example of supervised learning, a learning method using an error back propagation method will be described. FIG. 17A shows a schematic diagram of the error back propagation method. The error back propagation method is a method of changing the weighting coefficient so that the error between the output of the hierarchical neural network and the teacher data becomes small.
具体的に、誤差逆伝播方式は、出力層の出力zk (L)と教師データtkとで決まる誤差エネルギーEに対して、第l層の重み係数wnm (l)の更新量を∂E/∂wnm (l)として重み係数を変更する。Specifically, in the error back propagation method, the update amount of the weighting coefficient w nm (l) of the first layer is ∂ with respect to the error energy E determined by the output z k (L) of the output layer and the teacher data t k . Change the weighting factor as E / ∂w nm (l) .
例えば、第l層の誤差δn (l)を、δn (l)≡∂E/∂un (l)と定義すると、誤差δn (l)は以下の式a5で表され、更新量∂E/∂wnm (l)は以下の式a6で表される。なお、f’はニューロンの出力関数の導関数である。For example, if the error δ n (l) of the first layer is defined as δ n (l) ≡ ∂E / ∂u n (l) , the error δ n (l) is expressed by the following equation a5 and the update amount. ∂E / ∂w nm (l) is expressed by the following formula a6. Note that f'is a derivative of the output function of the neuron.
例えば、式a5の演算処理は、図17(B)に示す回路272を用いることで実行することができる。また、式a6の演算処理は、図17(C)に示す回路273を用いることで実行することができる。なお、導関数は、例えば、OPアンプからの出力信号を用いて、所望の導関数に対応した演算回路において演算処理を行うこともできる。For example, the arithmetic processing of the equation a5 can be executed by using the
式a5の演算処理の一部は、後述する積和演算処理回路を用いることにより行うことができる。A part of the arithmetic processing of the equation a5 can be performed by using the product-sum arithmetic processing circuit described later.
また、出力層である第(l+1)層の誤差δk (l+1)は以下の式a7で表され、更新量∂E/∂wkn (l+1)は以下の式a8で表される。Further, the error δ k (l + 1) of the third (l + 1) layer, which is the output layer, is expressed by the following equation a7, and the update amount ∂E / ∂w kn (l + 1) is expressed by the following equation a8.
例えば、式a7の演算処理は、図17(D)に示す回路274を用いることで実行することができる。式a8の演算処理は、図17(C)に示す回路273を用いることで実行することができる。For example, the arithmetic processing of the equation a7 can be executed by using the
<積和演算処理回路>
アプリケーションプロセッサ90が有するニューラルネットワークに利用可能なニューラルネットワークの一例として示した、階層型ニューラルネットワークにおいて、式a1および式a3で示される演算処理を行う積和演算処理回路の一例を、図18に示す。<Multiply-accumulate processing circuit>
FIG. 18 shows an example of a product-sum operation processing circuit that performs arithmetic processing represented by equations a1 and a3 in a hierarchical neural network shown as an example of a neural network that can be used for a neural network included in the
図18に示す積和演算処理回路の一例は、アナログデータを用いてアナログ演算処理を行う機能を有する。アナログ演算処理を行う機能を有することにより、アナログデータをデジタルデータに変換することなく、或いはアナログデータをデジタルデータに変換する頻度を極力抑えつつ、演算処理を行うことができる。よって、膨大な量の演算処理を少なくすることができ、演算回路の規模を小さく抑えることができる。また、演算処理に要する時間を抑えることができる。An example of the product-sum calculation processing circuit shown in FIG. 18 has a function of performing analog calculation processing using analog data. By having a function of performing analog arithmetic processing, it is possible to perform arithmetic processing without converting analog data into digital data or while suppressing the frequency of converting analog data into digital data as much as possible. Therefore, a huge amount of arithmetic processing can be reduced, and the scale of the arithmetic circuit can be kept small. In addition, the time required for arithmetic processing can be reduced.
図18に、積和演算処理回路の一例として、半導体装置107のブロック図を示す。図18に示す半導体装置107は、記憶回路11(MEM)と、参照用記憶回路12(RMEM)と、回路13と、回路14と、を有する。半導体装置107は、さらに電流源回路15(CREF)を有していても良い。FIG. 18 shows a block diagram of the
記憶回路11(MEM)は、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i+1、j]で例示されるメモリセルMCを有する。また、各メモリセルMCは、入力された電位を電流に変換する機能を有する素子を有する。上記機能を有する素子として、例えばトランジスタなどの能動素子を用いることができる。図18では、各メモリセルMCがトランジスタTr21を有する場合を例示している。The storage circuit 11 (MEM) has a memory cell MC exemplified by the memory cell MC [i, j] and the memory cell MC [i + 1, j]. Further, each memory cell MC has an element having a function of converting an input potential into a current. As an element having the above function, an active element such as a transistor can be used. FIG. 18 illustrates a case where each memory cell MC has a transistor Tr21.
メモリセルMCには、配線WD[j]で例示される配線WDから第1のアナログ電位が入力される。第1のアナログ電位は第1のアナログデータに対応する。そして、メモリセルMCは、第1のアナログ電位に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。具体的には、トランジスタTr21のゲートに第1のアナログ電位を供給したときに得られるトランジスタTr21のドレイン電流を、第1のアナログ電流とすることができる。なお、以下、メモリセルMC[i、j]に流れる電流をI[i、j]とし、メモリセルMC[i+1、j]に流れる電流をI[i+1、j]とする。A first analog potential is input to the memory cell MC from the wiring WD exemplified by the wiring WD [j]. The first analog potential corresponds to the first analog data. The memory cell MC has a function of generating a first analog current corresponding to the first analog potential. Specifically, the drain current of the transistor Tr21 obtained when the first analog potential is supplied to the gate of the transistor Tr21 can be used as the first analog current. Hereinafter, the current flowing through the memory cell MC [i, j] is referred to as I [i, j], and the current flowing through the memory cell MC [i + 1, j] is referred to as I [i + 1, j].
なお、トランジスタTr21が飽和領域で動作する場合、そのドレイン電流はソースとドレイン間の電圧に依存せず、ゲート電圧と閾値電圧の差分によって制御される。よって、トランジスタTr21は飽和領域で動作させることが望ましい。トランジスタTr21を飽和領域で動作させるために、そのゲート電圧、ソースとドレイン間の電圧は、飽和領域で動作する範囲の電圧に適切に設定されているものとする。When the transistor Tr21 operates in the saturation region, its drain current does not depend on the voltage between the source and drain, but is controlled by the difference between the gate voltage and the threshold voltage. Therefore, it is desirable to operate the transistor Tr21 in the saturation region. In order to operate the transistor Tr21 in the saturation region, it is assumed that the gate voltage and the voltage between the source and the drain are appropriately set to the voltage in the range in which the transistor Tr21 operates in the saturation region.
具体的に、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMC[i、j]に配線WD[j]から第1のアナログ電位Vx[i、j]が入力される。メモリセルMC[i、j]は、第1のアナログ電位Vx[i、j]に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i、j]の電流I[i、j]は、第1のアナログ電流に相当する。Specifically, in the
また、具体的に、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMC[i+1、j]に配線WD[j]から第1のアナログ電位Vx[i+1、j]が入力される。メモリセルMC[i+1、j]は、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i+1、j]の電流I[i+1、j]は、第1のアナログ電流に相当する。Specifically, in the
そして、メモリセルMCは、第1のアナログ電位を保持する機能を有する。すなわち、メモリセルMCは、第1のアナログ電位を保持することで、第1のアナログ電位に応じた第1のアナログ電流を保持する機能を有すると言える。The memory cell MC has a function of holding the first analog potential. That is, it can be said that the memory cell MC has a function of holding the first analog current corresponding to the first analog potential by holding the first analog potential.
また、メモリセルMCには、配線RW[i]、配線RW[i+1]で例示される配線RWから第2のアナログ電位が入力される。第2のアナログ電位は第2のアナログデータに対応する。メモリセルMCは、既に保持されている第1のアナログ電位に、第2のアナログ電位を加算する機能と、加算することで得られる第3のアナログ電位を保持する機能とを有する。そして、メモリセルMCは、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、メモリセルMCは、第3のアナログ電位を保持することで、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を保持する機能を有すると言える。Further, a second analog potential is input to the memory cell MC from the wiring RW exemplified by the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1]. The second analog potential corresponds to the second analog data. The memory cell MC has a function of adding a second analog potential to the first analog potential already held, and a function of holding a third analog potential obtained by the addition. Then, the memory cell MC has a function of generating a second analog current corresponding to the third analog potential. That is, it can be said that the memory cell MC has a function of holding a second analog current corresponding to the third analog potential by holding the third analog potential.
具体的に、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMC[i、j]に配線RW[i]から第2のアナログ電位Vw[i、j]が入力される。そして、メモリセルMC[i、j]は、第1のアナログ電位Vx[i、j]及び第2のアナログ電位Vw[i、j]に応じた第3のアナログ電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMC[i、j]は、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i、j]の電流I[i、j]は、第2のアナログ電流に相当する。Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMC[i+1、j]に配線RW[i+1]から第2のアナログ電位Vw[i+1、j]が入力される。そして、メモリセルMC[i+1、j]は、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]及び第2のアナログ電位Vw[i+1、j]に応じた第3のアナログ電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMC[i+1、j]は、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i+1、j]の電流I[i+1、j]は、第2のアナログ電流に相当する。Further, in the
そして、電流I[i、j]は、メモリセルMC[i、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる。電流I[i+1、j]は、メモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる。よって、電流I[i、j]と電流I[i+1、j]との和に相当する電流I[j]が、メモリセルMC[i、j]及びメモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れることとなる。Then, the current I [i, j] flows between the wiring BL [j] and the wiring VR [j] via the memory cell MC [i, j]. The current I [i + 1, j] flows between the wiring BL [j] and the wiring VR [j] via the memory cell MC [i + 1, j]. Therefore, the current I [j] corresponding to the sum of the current I [i, j] and the current I [i + 1, j] passes through the memory cell MC [i, j] and the memory cell MC [i + 1, j]. It will flow between the wiring BL [j] and the wiring VR [j].
参照用記憶回路12(RMEM)は、メモリセルMCR[i]、メモリセルMCR[i+1]で例示されるメモリセルMCRを有する。メモリセルMCRには、配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。そして、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。なお、以下、メモリセルMCR[i]に流れる電流をIREF[i]とし、メモリセルMCR[i+1]に流れる電流をIREF[i+1]とする。The reference storage circuit 12 (RMEM) has a memory cell MCR exemplified by the memory cell MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1]. The first reference potential VPR is input to the memory cell MCR from the wiring WDREF. Then, the memory cell MCR has a function of generating a first reference current corresponding to the first reference potential VPR. Hereinafter, the current flowing through the memory cell MCR [i] is referred to as IREF [i], and the current flowing through the memory cell MCR [i + 1] is referred to as IREF [i + 1].
そして、具体的に、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMCR[i]に配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。メモリセルMCR[i]は、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i]の電流IREF[i]は、第1の参照電流に相当する。Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMCR[i+1]に配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。メモリセルMCR[i+1]は、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i+1]の電流IREF[i+1]は、第1の参照電流に相当する。Further, in the
そして、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRを保持する機能を有する。すなわち、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRを保持することで、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を保持する機能を有すると言える。The memory cell MCR has a function of holding the first reference potential VPR. That is, it can be said that the memory cell MCR has a function of holding the first reference current corresponding to the first reference potential VPR by holding the first reference potential VPR.
また、メモリセルMCRには、配線RW[i]、配線RW[i+1]で例示される配線RWから第2のアナログ電位が入力される。メモリセルMCRは、既に保持されている第1の参照電位VPRに、第2のアナログ電位を加算し、加算することで得られる第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCRは、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、メモリセルMCRは、第2の参照電位を保持することで、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を保持する機能を有すると言える。Further, a second analog potential is input to the memory cell MCR from the wiring RW exemplified by the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1]. The memory cell MCR has a function of adding a second analog potential to the already held first reference potential VPR and holding the second reference potential obtained by the addition. Then, the memory cell MCR has a function of generating a second reference current according to the second reference potential. That is, it can be said that the memory cell MCR has a function of holding the second reference current corresponding to the second reference potential by holding the second reference potential.
具体的に、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMCR[i]に配線RW[i]から第2のアナログ電位Vw[i、j]が入力される。そして、メモリセルMCR[i]は、第1の参照電位VPR及び第2のアナログ電位Vw[i、j]に応じた第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCR[i]は、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i]の電流IREF[i]は、第2の参照電流に相当する。Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置107では、メモリセルMCR[i+1]に配線RW[i+1]から第2のアナログ電位Vw[i+1、j]が入力される。そして、メモリセルMCR[i+1]は、第1の参照電位VPR及び第2のアナログ電位Vw[i+1、j]に応じた第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCR[i+1]は、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i+1]の電流IREF[i+1]は、第2の参照電流に相当する。Further, in the
そして、電流IREF[i]は、メモリセルMCR[i]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる。電流IREF[i+1]は、メモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる。よって、電流IREF[i]と電流IREF[i+1]との和に相当する電流IREFが、メモリセルMCR[i]及びメモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れることとなる。Then, the current IREF [i] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i]. The current IREF [i + 1] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i + 1]. Therefore, the current IREF corresponding to the sum of the current IREF [i] and the current IREF [i + 1] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1]. Become.
電流源回路15は、配線BLREFに流れる電流IREFと同じ値の電流、もしくは電流IREFに対応する電流を、配線BLに供給する機能を有する。そして、後述するオフセットの電流を設定する際には、メモリセルMC[i、j]及びメモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる電流I[j]が、メモリセルMCR[i]及びメモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる電流IREFと異なる場合、差分の電流は回路13または回路14に流れる。回路13は電流ソース回路としての機能を有し、回路14は電流シンク回路としての機能を有する。The
具体的に、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合、回路13は、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ΔI[j]を生成する機能を有する。また、回路13は、生成した電流ΔI[j]を配線BL[j]に供給する機能を有する。すなわち、回路13は、電流ΔI[j]を保持する機能を有すると言える。Specifically, when the current I [j] is larger than the current IREF, the
また、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合、回路14は、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ΔI[j]を生成する機能を有する。また、回路14は、生成した電流ΔI[j]を配線BL[j]から引き込む機能を有する。すなわち、回路14は、電流ΔI[j]を保持する機能を有すると言える。Further, when the current I [j] is smaller than the current IREF, the
次いで、図18に示す半導体装置107の動作の一例について説明する。Next, an example of the operation of the
まず、メモリセルMC[i、j]に第1のアナログ電位に応じた電位を格納する。具体的には、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位Vx[i、j]を差し引いた電位VPR-Vx[i、j]が、配線WD[j]を介してメモリセルMC[i、j]に入力される。メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]が保持される。また、メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]に応じた電流I[i、j]が生成される。例えば、第1の参照電位VPRは、接地電位よりも高いハイレベルの電位とする。具体的には、接地電位よりも高く、電流源回路15に供給されるハイレベルの電位VDDと同程度か、それ以下の電位であることが望ましい。First, the potential corresponding to the first analog potential is stored in the memory cell MC [i, j]. Specifically, the potential VPR-Vx [i, j] obtained by subtracting the first analog potential Vx [i, j] from the first reference potential VPR is the memory cell MC [i] via the wiring WD [j]. , J]. In the memory cell MC [i, j], the potential VPR-Vx [i, j] is held. Further, in the memory cell MC [i, j], a current I [i, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i, j] is generated. For example, the first reference potential VPR is a high level potential higher than the ground potential. Specifically, it is desirable that the potential is higher than the ground potential and equal to or lower than the high-level potential VDD supplied to the
また、メモリセルMCR[i]に第1の参照電位VPRを格納する。具体的には、第1の参照電位VPRが、配線WDREFを介してメモリセルMCR[i]に入力される。メモリセルMCR[i]では、第1の参照電位VPRが保持される。また、メモリセルMCR[i]では、第1の参照電位VPRに応じた電流IREF[i]が生成される。Further, the first reference potential VPR is stored in the memory cell MCR [i]. Specifically, the first reference potential VPR is input to the memory cell MCR [i] via the wiring WDREF. In the memory cell MCR [i], the first reference potential VPR is held. Further, in the memory cell MCR [i], the current IREF [i] corresponding to the first reference potential VPR is generated.
また、メモリセルMC[i+1、j]に第1のアナログ電位に応じた電位を格納する。具体的には、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位Vx[i+1、j]を差し引いた電位VPR-Vx[i+1、j]が、配線WD[j]を介してメモリセルMC[i+1、j]に入力される。メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]が保持される。また、メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]に応じた電流I[i+1、j]が生成される。Further, the potential corresponding to the first analog potential is stored in the memory cell MC [i + 1, j]. Specifically, the potential VPR-Vx [i + 1, j] obtained by subtracting the first analog potential Vx [i + 1, j] from the first reference potential VPR is the memory cell MC [i + 1] via the wiring WD [j]. , J]. In the memory cell MC [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j] is held. Further, in the memory cell MC [i + 1, j], a current I [i + 1, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i + 1, j] is generated.
また、メモリセルMCR[i+1]に第1の参照電位VPRを格納する。具体的には、第1の参照電位VPRが、配線WDREFを介してメモリセルMCR[i+1]に入力される。メモリセルMCR[i+1]では、第1の参照電位VPRが保持される。また、メモリセルMCR[i+1]では、第1の参照電位VPRに応じた電流IREF[i+1]が生成される。Further, the first reference potential VPR is stored in the memory cell MCR [i + 1]. Specifically, the first reference potential VPR is input to the memory cell MCR [i + 1] via the wiring WDREF. In the memory cell MCR [i + 1], the first reference potential VPR is held. Further, in the memory cell MCR [i + 1], a current IREF [i + 1] corresponding to the first reference potential VPR is generated.
上記動作において、配線RW[i]及び配線RW[i+1]は基準電位とする。例えば、基準電位として接地電位、基準電位よりも低いローレベルの電位VSSなどを用いることができる。或いは、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位を用いると、第2のアナログ電位Vwを正負にしても、配線RWの電位を接地電位よりも高くできるので信号の生成を容易にすることができ、正負のアナログデータに対する積演算が可能になるので好ましい。In the above operation, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] are set to the reference potential. For example, as the reference potential, a ground potential, a low level potential VSS lower than the reference potential, or the like can be used. Alternatively, if a potential between the potential VSS and the potential VDD is used as the reference potential, the potential of the wiring RW can be made higher than the ground potential even if the second analog potential Vw is positive or negative, so that signal generation can be facilitated. This is preferable because it enables product calculation for positive and negative analog data.
上記動作により、配線BL[j]には、配線BL[j]に電気的に接続されたメモリセルMCにおいてそれぞれ生成される電流を合わせた電流が、流れることとなる。具体的に図18では、メモリセルMC[i、j]で生成される電流I[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]で生成される電流I[i+1、j]とを合わせた電流I[j]が流れる。また、上記動作により、配線BLREFには、配線BLREFに電気的に接続されたメモリセルMCRにおいてそれぞれ生成される電流を合わせた電流が、流れることとなる。具体的に図18では、メモリセルMCR[i]で生成される電流IREF[i]と、メモリセルMCR[i+1]で生成される電流IREF[i+1]とを合わせた電流IREFが流れる。By the above operation, a current including the currents generated in the memory cells MC electrically connected to the wiring BL [j] flows through the wiring BL [j]. Specifically, in FIG. 18, the current I [i, j] generated by the memory cell MC [i, j] and the current I [i + 1, j] generated by the memory cell MC [i + 1, j] are combined. The current I [j] flows. Further, by the above operation, a current including the currents generated in the memory cells MCR electrically connected to the wiring BLREF will flow through the wiring BLREF. Specifically, in FIG. 18, a current IREF that is a combination of the current IREF [i] generated by the memory cell MCR [i] and the current IREF [i + 1] generated by the memory cell MCR [i + 1] flows.
次いで、配線RW[i]及び配線RW[i+1]の電位を基準電位としたまま、第1のアナログ電位によって得られる電流I[j]と第1の参照電位によって得られる電流IREFとの差分から得られるオフセットの電流Ioffset[j]を、回路13または回路14において保持する。Next, from the difference between the current I [j] obtained by the first analog potential and the current IREF obtained by the first reference potential, while keeping the potentials of the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] as the reference potentials. The current offset [j] of the obtained offset is held in the
具体的に、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合、回路13は電流Ioffset[j]を配線BL[j]に供給する。すなわち、回路13に流れる電流ICM[j]は電流Ioffset[j]に相当することとなる。そして、当該電流ICM[j]の値は回路13において保持される。また、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合、回路14は電流Ioffset[j]を配線BL[j]から引き込む。すなわち、回路14に流れる電流ICP[j]は電流Ioffset[j]に相当することとなる。そして、当該電流ICP[j]の値は回路14において保持される。Specifically, when the current I [j] is larger than the current IREF, the
次いで、既にメモリセルMC[i、j]において保持されている第1のアナログ電位に加算するように、第2のアナログ電位をメモリセルMC[i、j]に格納する。具体的には、配線RW[i]の電位を基準電位に対してVw[i]だけ高い電位とすることで、第2のアナログ電位Vw[i]が、配線RW[i]を介してメモリセルMC[i、j]に入力される。メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]+Vw[i]が保持される。また、メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]+Vw[i]に応じた電流I[i、j]が生成される。Next, the second analog potential is stored in the memory cell MC [i, j] so as to be added to the first analog potential already held in the memory cell MC [i, j]. Specifically, by setting the potential of the wiring RW [i] to a potential higher than the reference potential by Vw [i], the second analog potential Vw [i] is stored in the memory via the wiring RW [i]. It is input to the cell MC [i, j]. In the memory cell MC [i, j], the potential VPR-Vx [i, j] + Vw [i] is held. Further, in the memory cell MC [i, j], a current I [i, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i, j] + Vw [i] is generated.
また、既にメモリセルMC[i+1、j]において保持されている第1のアナログ電位に加算するように、第2のアナログ電位をメモリセルMC[i+1、j]に格納する。具体的には、配線RW[i+1]の電位を基準電位に対してVw[i+1]だけ高い電位とすることで、第2のアナログ電位Vw[i+1]が、配線RW[i+1]を介してメモリセルMC[i+1、j]に入力される。メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]が保持される。また、メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]に応じた電流I[i+1、j]が生成される。Further, the second analog potential is stored in the memory cell MC [i + 1, j] so as to be added to the first analog potential already held in the memory cell MC [i + 1, j]. Specifically, by setting the potential of the wiring RW [i + 1] to a potential higher than the reference potential by Vw [i + 1], the second analog potential Vw [i + 1] becomes a memory via the wiring RW [i + 1]. It is input to the cell MC [i + 1, j]. In the memory cell MC [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1] is held. Further, in the memory cell MC [i + 1, j], a current I [i + 1, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1] is generated.
なお、電位を電流に変換する素子として飽和領域で動作するトランジスタTr21を用いる場合、配線RW[i]の電位がVw[i]であり、配線RW[i+1]の電位がVw[i+1]であると仮定すると、メモリセルMC[i、j]が有するトランジスタTr21のドレイン電流が電流I[i、j]に相当するので、第2のアナログ電流は以下の式a9で表される。なお、kは係数、VthはトランジスタTr21の閾値電圧である。When the transistor Tr21 operating in the saturation region is used as an element for converting the potential into a current, the potential of the wiring RW [i] is Vw [i] and the potential of the wiring RW [i + 1] is Vw [i + 1]. Assuming that, since the drain current of the transistor Tr21 of the memory cell MC [i, j] corresponds to the current I [i, j], the second analog current is expressed by the following equation a9. Note that k is a coefficient and Vth is the threshold voltage of the transistor Tr21.
また、メモリセルMCR[i]が有するトランジスタTr21のドレイン電流が電流IREF[i]に相当するので、第2の参照電流は以下の式a10で表される。Further, since the drain current of the transistor Tr21 of the memory cell MCR [i] corresponds to the current IREF [i], the second reference current is represented by the following equation a10.
そして、メモリセルMC[i、j]に流れる電流I[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]に流れる電流I[i+1、j]の和に相当する電流I[j]は、I[j]=ΣiI[i、j]であり、メモリセルMCR[i]に流れる電流IREF[i]と、メモリセルMCR[i+1]に流れる電流IREF[i+1]の和に相当する電流IREFは、IREF=ΣiIREF[i]となり、その差分に相当する電流ΔI[j]は以下の式a11で表される。Then, the current I [j] corresponding to the sum of the current I [i, j] flowing in the memory cell MC [i, j] and the current I [i + 1, j] flowing in the memory cell MC [i + 1, j] is I [j] = Σ i I [i, j], and the current corresponding to the sum of the current IREF [i] flowing in the memory cell MCR [i] and the current IREF [i + 1] flowing in the memory cell MCR [i + 1]. The IREF is IREF = Σ i IREF [i], and the current ΔI [j] corresponding to the difference is expressed by the following equation a11.
式a9、式a10、式a11から、電流ΔI[j]は以下の式a12のように導き出される。From the equations a9, a10, and a11, the current ΔI [j] is derived as in the following equation a12.
式a12において、2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])で示される項は、第1のアナログ電位Vx[i、j]及び第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]及び第2のアナログ電位Vw[i+1]の積と、の和に相当する。In the formula a12, the term represented by 2kΣ i (Vw [i] · Vx [i, j]) is the product of the first analog potential Vx [i, j] and the second analog potential Vw [i]. It corresponds to the sum of the product of the first analog potential Vx [i + 1, j] and the second analog potential Vw [i + 1].
また、Ioffset[j]は、配線RWの電位を全て基準電位としたとき、すなわち第2のアナログ電位Vw[i]を0、第2のアナログ電位Vw[i+1]を0としたときの電流ΔI[j]とすると、式a12から、以下の式a13が導き出される。Further, the office [j] is a current ΔI when all the potentials of the wiring RW are set as the reference potential, that is, when the second analog potential Vw [i] is 0 and the second analog potential Vw [i + 1] is 0. If [j] is set, the following equation a13 is derived from the equation a12.
したがって、式a11乃至式a13から、第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値に相当する2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])は、以下の式a14で表されることが分かる。Therefore, from equations a11 to a13, 2kΣ i (Vw [i] · Vx [i, j]) corresponding to the sum of products of the first analog data and the second analog data is represented by the following equation a14. It turns out that it will be done.
そして、メモリセルMCに流れる電流の和を電流I[j]、メモリセルMCRに流れる電流の和を電流IREF、回路13または回路14に流れる電流を電流Ioffset[j]とすると、配線RW[i]の電位をVw[i]、配線RW[i+1]の電位をVw[i+1]としたときに配線BL[j]から流れ出る電流Iout[j]は、IREF-I[j]-Ioffset[j]で表される。式a14から、電流Iout[j]は、2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])であり、第1のアナログ電位Vx[i、j]及び第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]及び第2のアナログ電位Vw[i+1]の積と、の和に相当することが分かる。If the sum of the currents flowing in the memory cell MC is the current I [j], the sum of the currents flowing in the memory cell MCR is the current IREF, and the current flowing in the
なお、トランジスタTr21は飽和領域で動作させることが望ましいが、トランジスタTr21の動作領域が理想的な飽和領域と異なっていたとしても、第1のアナログ電位Vx[i、j]及び第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]及び第2のアナログ電位Vw[i+1]の積との和に相当する電流を、所望の範囲内の精度で問題なく得ることができる場合は、トランジスタTr21は飽和領域で動作しているものとみなせる。It is desirable to operate the transistor Tr21 in the saturation region, but even if the operating region of the transistor Tr21 is different from the ideal saturation region, the first analog potential Vx [i, j] and the second analog potential A current corresponding to the sum of the product of Vw [i] and the product of the first analog potential Vx [i + 1, j] and the second analog potential Vw [i + 1] can be obtained without any problem with an accuracy within a desired range. If this is possible, the transistor Tr21 can be regarded as operating in the saturation region.
例えば、j列目のメモリセルMC[1、j]乃至[M、j]に第l層の各ニューロンの重み係数wn1
(l)乃至wnM
(l)を第1のアナログデータとしてそれぞれ格納し、配線RW[1]乃至配線RW[M]を介して第(l-1)層のニューロンの出力z1
(l-1)乃至出力zM
(l-1)をメモリセルMC[1、j]乃至メモリセルMC[M、j]に第2のアナログデータとしてそれぞれ入力する。上記動作により、第l層の第nのニューロンへの入力の総和(ネット値)un
(l)を、電流ΔIout[j]から得ることができる。従って、半導体装置107を用いることにより、式a1の演算を行うことができる。For example, the weight coefficients w n1 (l) to w nM (l) of each neuron in the first layer are stored as the first analog data in the memory cells MC [1, j] to [M, j] in the jth column. Then, the output z 1 (l-1) to the output z M (l-1) of the neurons in the layer (l-1) are set to the memory cell MC [1,] via the wiring RW [1] to the wiring RW [M]. It is input as the second analog data in j] to the memory cell MC [M, j], respectively. By the above operation, the sum (net value) un (l) of the inputs to the nth neuron of the first layer can be obtained from the current ΔIout [j]. Therefore, the operation of the equation a1 can be performed by using the
例えば、j列目のメモリセルMC[1、j]乃至[M、j]に第(l+1)層の各ニューロンの重み係数wn1
(l+1)乃至wnM
(l+1)を第1のアナログデータとしてそれぞれ格納し、配線RW[1]乃至配線RW[M]を介して第l層のニューロンの出力z1
l乃至出力zM
lをメモリセルMC[1、j]乃至メモリセルMC[M、j]に第2のアナログデータとしてそれぞれ入力する。上記動作により、第(l+1)層の第kのニューロンへの入力の総和(ネット値)uk
(l+1)を、電流ΔIout[j]から得ることができる。従って、半導体装置107を用いることにより、式a3の演算を行うことができる。For example, in the memory cells MC [1, j] to [M, j] in the jth column, the weight coefficients w n1 (l + 1) to w nM (l + 1) of each neuron in the layer (l + 1) are used as the first analog data. Each of them is stored, and the output z 1 l to the output z M l of the neurons in the first layer are stored in the memory cell MC [1, j] to the memory cell MC [M, j] via the wiring RW [1] to the wiring RW [M]. ] As the second analog data. By the above operation, the total (net value) uk (l + 1) of the inputs to the kth neuron of the (l + 1) layer can be obtained from the current ΔIout [j]. Therefore, by using the
例えば、j列目のメモリセルMC[1、j]乃至[K、j]に第(l+1)層の各ニューロンの重み係数wn1
(l+1)乃至wnK
(l+1)を第1のアナログデータとしてそれぞれ格納し、配線RW[1]乃至配線RW[K]を介して第(l+1)層のニューロンの誤差δ1
(l+1)乃至δK
(l+1)をメモリセルMC[1、j]乃至[K、j]に第2のアナログデータとしてそれぞれ入力する。上記動作により、式a5におけるΣkδk
(l+1)・wkn
(l+1)の値を、電流ΔIout[j]から得ることができる。従って、半導体装置107を用いることにより、式a5の演算の一部を行うことができる。For example, in the memory cells MC [1, j] to [K, j] in the jth column, the weight coefficients w n1 (l + 1) to w nK (l + 1) of each neuron in the layer (l + 1) are used as the first analog data. The errors δ 1 (l + 1) to δ K (l + 1) of the neurons in the layer (l + 1) are stored in the memory cells MC [1, j] to [K] via the wiring RW [1] to the wiring RW [K]. , J] as the second analog data, respectively. By the above operation, the values of Σ k δ k (l + 1) and w kn (l + 1) in the equation a5 can be obtained from the current ΔIout [j]. Therefore, by using the
本発明の一態様により、アナログデータの演算処理をデジタルデータに変換せずとも実行することができるので、演算回路の回路規模を小さく抑えることができる。或いは、本発明の一態様により、アナログデータの演算処理をデジタルデータに変換せずとも実行することができるので、アナログデータの演算処理に要する時間を抑えることができる。或いは、本発明の一態様により、アナログデータの演算処理に要する時間を抑えつつ、演算回路の低消費電力化を実現することができる。According to one aspect of the present invention, the arithmetic processing of analog data can be executed without being converted into digital data, so that the circuit scale of the arithmetic circuit can be kept small. Alternatively, according to one aspect of the present invention, the calculation process of analog data can be executed without being converted into digital data, so that the time required for the calculation process of analog data can be suppressed. Alternatively, according to one aspect of the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the arithmetic circuit while suppressing the time required for the arithmetic processing of analog data.
次いで、記憶回路11(MEM)と、参照用記憶回路12(RMEM)の具体的な構成の一例について、図19を用いて説明する。Next, an example of a specific configuration of the storage circuit 11 (MEM) and the reference storage circuit 12 (RMEM) will be described with reference to FIG.
図19では、記憶回路11(MEM)がy行x列の複数のメモリセルMCを有し、参照用記憶回路12(RMEM)がy行1列の複数のメモリセルMCRを有する場合を例示している。FIG. 19 illustrates a case where the storage circuit 11 (MEM) has a plurality of memory cell MCs in y rows and x columns, and the reference storage circuit 12 (RMEM) has a plurality of memory cell MCRs in y rows and 1 column. ing.
記憶回路11は、配線RWと、配線WWと、配線WDと、配線VRと、配線BLとに電気的に接続されている。図19では、配線RW[1]乃至配線RW[y]が各行のメモリセルMCにそれぞれ電気的に接続され、配線WW[1]乃至配線WW[y]が各行のメモリセルMCにそれぞれ電気的に接続され、配線WD[1]乃至配線WD[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ電気的に接続され、配線BL[1]乃至配線BL[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ電気的に接続されている場合を例示している。また、図19では、配線VR[1]乃至配線VR[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ電気的に接続されている場合を例示している。なお、配線VR[1]乃至配線VR[x]は、互いに電気的に接続されていても良い。The
そして、参照用記憶回路12は、配線RWと、配線WWと、配線WDREFと、配線VRREFと、配線BLREFとに電気的に接続されている。図19では、配線RW[1]乃至配線RW[y]が各行のメモリセルMCRにそれぞれ電気的に接続され、配線WW[1]乃至配線WW[y]が各行のメモリセルMCRにそれぞれ電気的に接続され、配線WDREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ電気的に接続され、配線BLREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ電気的に接続され、配線VRREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ電気的に接続されている場合を例示している。なお、配線VRREFは、配線VR[1]乃至配線VR[x]に電気的に接続されていても良い。The
次いで、図19に示した複数のメモリセルMCのうち、任意の2行2列のメモリセルMCと、図19に示した複数のメモリセルMCRのうち、任意の2行1列のメモリセルMCRとの、具体的な回路構成と接続関係とを、一例として図20に示す。Next, among the plurality of memory cell MCs shown in FIG. 19, any two-row, two-column memory cell MC, and among the plurality of memory cell MCRs shown in FIG. 19, any two-row, one-column memory cell MCR. The specific circuit configuration and connection relationship with the above are shown in FIG. 20 as an example.
具体的に図20では、i行j列目のメモリセルMC[i、j]と、i+1行j列目のメモリセルMC[i+1、j]と、i行j+1列目のメモリセルMC[i、j+1]と、i+1行j+1列目のメモリセルMC[i+1、j+1]とを図示している。また、具体的に図20では、i行目のメモリセルMCR[i]と、i+1行目のメモリセルMCR[i+1]とを図示している。なお、iは1からy-1までの任意の数で、jは1からx-1までの任意の数とする。Specifically, in FIG. 20, the memory cell MC [i, j] in the i-row j-th column, the memory cell MC [i + 1, j] in the i + 1-row j-th column, and the memory cell MC [i + 1, j] in the i-row j + 1-th column. , J + 1] and the memory cells MC [i + 1, j + 1] in the i + 1 row, j + 1 column. Specifically, FIG. 20 illustrates the memory cell MCR [i] in the i-th row and the memory cell MCR [i + 1] in the i + 1 row. In addition, i is an arbitrary number from 1 to y-1, and j is an arbitrary number from 1 to x-1.
i行目のメモリセルMC[i、j]と、メモリセルMC[i、j+1]と、メモリセルMCR[i]は、配線RW[i]及び配線WW[i]に電気的に接続されている。また、i+1行目のメモリセルMC[i+1、j]と、メモリセルMC[i+1、j+1]と、メモリセルMCR[i+1]は、配線RW[i+1]及び配線WW[i+1]に電気的に接続されている。The memory cell MC [i, j] in the i-th row, the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i] are electrically connected to the wiring RW [i] and the wiring WW [i]. There is. Further, the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1] in the i + 1 row are electrically connected to the wiring RW [i + 1] and the wiring WW [i + 1]. Has been done.
j列目のメモリセルMC[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]は、配線WD[j]、配線VR[j]、及び配線BL[j]に電気的に接続されている。また、j+1列目のメモリセルMC[i、j+1]と、メモリセルMC[i+1、j+1]は、配線WD[j+1]、配線VR[j+1]、及び配線BL[j+1]に電気的に接続されている。また、メモリセルMCR[i]と、i+1行目のメモリセルMCR[i+1]は、配線WDREF、配線VRREF、及び配線BLREFに電気的に接続されている。The memory cell MC [i, j] in the j-th column and the memory cell MC [i + 1, j] are electrically connected to the wiring WD [j], the wiring VR [j], and the wiring BL [j]. .. Further, the memory cells MC [i, j + 1] in the j + 1th column and the memory cells MC [i + 1, j + 1] are electrically connected to the wiring WD [j + 1], the wiring VR [j + 1], and the wiring BL [j + 1]. ing. Further, the memory cell MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1] on the i + 1 row are electrically connected to the wiring WDREF, the wiring VRREF, and the wiring BLREF.
そして、各メモリセルMCと各メモリセルMCRは、トランジスタTr21と、トランジスタTr22と、容量素子C11と、を有する。トランジスタTr22は、メモリセルMCまたはメモリセルMCRへの第1のアナログ電位の入力を制御する機能を有する。トランジスタTr21は、ゲートに入力された電位に従って、アナログ電流を生成する機能を有する。容量素子C11は、メモリセルMCまたはメモリセルMCRにおいて保持されている第1のアナログ電位に、第2のアナログ電位を加算する機能を有する。Each memory cell MC and each memory cell MCR has a transistor Tr21, a transistor Tr22, and a capacitive element C11. The transistor Tr22 has a function of controlling the input of the first analog potential to the memory cell MC or the memory cell MCR. The transistor Tr21 has a function of generating an analog current according to the potential input to the gate. The capacitive element C11 has a function of adding a second analog potential to the first analog potential held in the memory cell MC or the memory cell MCR.
具体的に、図20に示すメモリセルMCでは、トランジスタTr22は、ゲートが配線WWに電気的に接続され、ソース又はドレインの一方が配線WDに電気的に接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタTr21のゲートに電気的に接続されている。また、トランジスタTr21は、ソース又はドレインの一方が配線VRに電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が配線BLに電気的に接続されている。容量素子C11は、第1の電極が配線RWに電気的に接続され、第2の電極がトランジスタTr21のゲートに電気的に接続されている。Specifically, in the memory cell MC shown in FIG. 20, in the transistor Tr22, the gate is electrically connected to the wiring WW, one of the source or drain is electrically connected to the wiring WD, and the other of the source or drain is a transistor. It is electrically connected to the gate of Tr21. Further, in the transistor Tr21, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring VR, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring BL. In the capacitive element C11, the first electrode is electrically connected to the wiring RW, and the second electrode is electrically connected to the gate of the transistor Tr21.
また、図20に示すメモリセルMCRでは、トランジスタTr22は、ゲートが配線WWに電気的に接続され、ソース又はドレインの一方が配線WDREFに電気的に接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタTr21のゲートに電気的に接続されている。また、トランジスタTr21は、ソース又はドレインの一方が配線VRREFに電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が配線BLREFに電気的に接続されている。容量素子C11は、第1の電極が配線RWに電気的に接続され、第2の電極がトランジスタTr21のゲートに電気的に接続されている。Further, in the memory cell MCR shown in FIG. 20, in the transistor Tr22, the gate is electrically connected to the wiring WW, one of the source or the drain is electrically connected to the wiring WDREF, and the other of the source or the drain is the transistor Tr21. It is electrically connected to the gate. Further, in the transistor Tr21, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring VRREF, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring BLREF. In the capacitive element C11, the first electrode is electrically connected to the wiring RW, and the second electrode is electrically connected to the gate of the transistor Tr21.
メモリセルMCにおいてトランジスタTr21のゲートをノードNとすると、メモリセルMCでは、トランジスタTr22を介してノードNに第1のアナログ電位が入力され、次いでトランジスタTr22がオフになるとノードNが浮遊状態になり、ノードNにおいて第1のアナログ電位が保持される。また、メモリセルMCでは、ノードNが浮遊状態になると、容量素子C11の第1の電極に入力された第2のアナログ電位がノードNに与えられる。上記動作により、ノードNは、第1のアナログ電位に、第2のアナログ電位が加算されることで得られる電位となる。Assuming that the gate of the transistor Tr21 is the node N in the memory cell MC, in the memory cell MC, the first analog potential is input to the node N via the transistor Tr22, and then when the transistor Tr22 is turned off, the node N becomes a floating state. , The first analog potential is held at the node N. Further, in the memory cell MC, when the node N is in a floating state, a second analog potential input to the first electrode of the capacitive element C11 is given to the node N. By the above operation, the node N becomes a potential obtained by adding the second analog potential to the first analog potential.
なお、容量素子C11の第1の電極の電位は容量素子C11を介してノードNに与えられるため、実際には、第1の電極の電位の変化量がそのままノードNの電位の変化量に反映されるわけではない。具体的には、容量素子C11の容量値と、トランジスタTr21のゲート容量の容量値と、寄生容量の容量値とから一意に決まる結合係数を、第1の電極の電位の変化量に乗ずることで、ノードNの電位の変化量を正確に算出することができる。以下、説明を分かり易くするために、第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものとして説明を行う。Since the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is given to the node N via the capacitive element C11, the amount of change in the potential of the first electrode is actually reflected in the amount of change in the potential of the node N as it is. Not done. Specifically, the coupling coefficient uniquely determined from the capacitance value of the capacitance element C11, the capacitance value of the gate capacitance of the transistor Tr21, and the capacitance value of the parasitic capacitance is multiplied by the amount of change in the potential of the first electrode. , The amount of change in the potential of the node N can be calculated accurately. Hereinafter, for the sake of clarity, the description will be made assuming that the amount of change in the potential of the first electrode is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N.
トランジスタTr21は、ノードNの電位にしたがってそのドレイン電流が定まる。よって、トランジスタTr22がオフになることでノードNの電位が保持されると、トランジスタTr21のドレイン電流の値も保持される。上記ドレイン電流には第1のアナログ電位と第2のアナログ電位が反映されている。The drain current of the transistor Tr21 is determined according to the potential of the node N. Therefore, when the potential of the node N is held by turning off the transistor Tr22, the value of the drain current of the transistor Tr21 is also held. The drain current reflects the first analog potential and the second analog potential.
また、メモリセルMCRにおいてトランジスタTr21のゲートをノードNREFとすると、メモリセルMCRでは、トランジスタTr22を介してノードNREFに第1の参照電位が入力され、次いでトランジスタTr22がオフになるとノードNREFが浮遊状態になり、ノードNREFにおいて第1の参照電位が保持される。また、メモリセルMCRでは、ノードNREFが浮遊状態になると、容量素子C11の第1の電極に入力された第2のアナログ電位がノードNREFに与えられる。上記動作により、ノードNREFは、第1の参照電位に、第2のアナログ電位が加算されることで得られる電位となる。Further, when the gate of the transistor Tr21 is a node NREF in the memory cell MCR, in the memory cell MCR, the first reference potential is input to the node NREF via the transistor Tr22, and then when the transistor Tr22 is turned off, the node NREF is in a floating state. And the first reference potential is held in the node NREF. Further, in the memory cell MCR, when the node NREF is in a floating state, a second analog potential input to the first electrode of the capacitive element C11 is given to the node NREF. By the above operation, the node NREF becomes a potential obtained by adding the second analog potential to the first reference potential.
トランジスタTr21は、ノードNREFの電位にしたがってそのドレイン電流が定まる。よって、トランジスタTr22がオフになることでノードNREFの電位が保持されると、トランジスタTr21のドレイン電流の値も保持される。上記ドレイン電流には第1の参照電位と第2のアナログ電位が反映されている。The drain current of the transistor Tr21 is determined according to the potential of the node NREF. Therefore, when the potential of the node NREF is maintained by turning off the transistor Tr22, the value of the drain current of the transistor Tr21 is also maintained. The drain current reflects the first reference potential and the second analog potential.
メモリセルMC[i、j]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流I[i、j]とし、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流I[i+1、j]とすると、配線BL[j]からメモリセルMC[i、j]及びメモリセルMC[i+1、j]に供給される電流の和は、電流I[j]となる。また、メモリセルMC[i、j+1]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流I[i、j+1]とし、メモリセルMC[i+1、j+1]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流I[i+1、j+1]とすると、配線BL[j+1]からメモリセルMC[i、j+1]及びメモリセルMC[i+1、j+1]に供給される電流の和は、電流I[j+1]となる。また、メモリセルMCR[i]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流IREF[i]とし、メモリセルMCR[i+1]のトランジスタTr21に流れるドレイン電流を電流IREF[i+1]とすると、配線BLREFからメモリセルMCR[i]及びメモリセルMCR[i+1]に供給される電流の和は、電流IREFとなる。Assuming that the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MC [i, j] is the current I [i, j] and the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MC [i + 1, j] is the current I [i + 1, j]. , The sum of the currents supplied from the wiring BL [j] to the memory cells MC [i, j] and the memory cells MC [i + 1, j] is the current I [j]. Further, the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MC [i, j + 1] is the current I [i, j + 1], and the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MC [i + 1, j + 1] is the current I [i + 1, j + 1]. Then, the sum of the currents supplied from the wiring BL [j + 1] to the memory cells MC [i, j + 1] and the memory cells MC [i + 1, j + 1] is the current I [j + 1]. Further, assuming that the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MCR [i] is the current IREF [i] and the drain current flowing through the transistor Tr21 of the memory cell MCR [i + 1] is the current IREF [i + 1], the memory cell is connected to the wiring BLREF. The sum of the currents supplied to the MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1] is the current IREF.
次いで、回路13と、回路14と、電流源回路15(CREF)の具体的な構成の一例について、図21を用いて説明する。Next, an example of a specific configuration of the
図21では、図20に示すメモリセルMCとメモリセルMCRに対応した、回路13、回路14、電流源回路15の構成の一例を示している。具体的に、図21に示す回路13は、j列目のメモリセルMCに対応した回路13[j]と、j+1列目のメモリセルMCに対応した回路13[j+1]とを有する。また、図21に示す回路14は、j列目のメモリセルMCに対応した回路14[j]と、j+1列目のメモリセルMCに対応した回路14[j+1]とを有する。FIG. 21 shows an example of the configuration of the
そして、回路13[j]及び回路14[j]は、配線BL[j]に電気的に接続されている。また、回路13[j+1]及び回路14[j+1]は、配線BL[j+1]に電気的に接続されている。The circuit 13 [j] and the circuit 14 [j] are electrically connected to the wiring BL [j]. Further, the circuit 13 [j + 1] and the circuit 14 [j + 1] are electrically connected to the wiring BL [j + 1].
電流源回路15は、配線BL[j]、配線BL[j+1]、配線BLREFに電気的に接続されている。そして、電流源回路15は、配線BLREFに電流IREFを供給する機能と、電流IREFと同じ電流または電流IREFに応じた電流を、配線BL[j]及び配線BL[j+1]のそれぞれに供給する機能を有する。The
具体的に、回路13[j]及び回路13[j+1]は、トランジスタTr27乃至Tr29と、容量素子C13とをそれぞれ有する。オフセットの電流を設定する際に、回路13[j]において、トランジスタTr27は、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合に、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ICM[j]を生成する機能を有する。また、回路13[j+1]において、トランジスタTr27は、電流I[j+1]が電流IREFよりも大きい場合に、電流I[j+1]と電流IREFの差分に相当する電流ICM[j+1]を生成する機能を有する。電流ICM[j]及び電流ICM[j+1]は、回路13[j]及び回路13[j+1]から配線BL[j]及び配線BL[j+1]に供給される。Specifically, the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1] have transistors Tr27 to Tr29 and a capacitive element C13, respectively. When setting the offset current, in the circuit 13 [j], the transistor Tr27 has a current ICM [j] corresponding to the difference between the current I [j] and the current IREF when the current I [j] is larger than the current IREF. j] has a function of generating. Further, in the circuit 13 [j + 1], the transistor Tr27 has a function of generating a current ICM [j + 1] corresponding to the difference between the current I [j + 1] and the current IREF when the current I [j + 1] is larger than the current IREF. Have. The current ICM [j] and the current ICM [j + 1] are supplied from the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1] to the wiring BL [j] and the wiring BL [j + 1].
そして、回路13[j]及び回路13[j+1]において、トランジスタTr27は、ソース又はドレインの一方が対応する配線BLに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。トランジスタTr28は、ソース又はドレインの一方が配線BLに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方がトランジスタTr27のゲートに電気的に接続されている。トランジスタTr29は、ソース又はドレインの一方がトランジスタTr27のゲートに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。容量素子C13は、第1の電極がトランジスタTr27のゲートに電気的に接続されており、第2の電極が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。Then, in the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1], the transistor Tr27 is electrically connected to the wiring BL to which one of the source and the drain corresponds, and a predetermined potential is supplied to the other of the source and the drain. It is electrically connected to the wiring. In the transistor Tr28, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring BL, and the other of the source and the drain is electrically connected to the gate of the transistor Tr27. In the transistor Tr29, one of the source and the drain is electrically connected to the gate of the transistor Tr27, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the capacitive element C13, the first electrode is electrically connected to the gate of the transistor Tr27, and the second electrode is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr28のゲートは配線OSMに電気的に接続されており、トランジスタTr29のゲートは配線ORMに電気的に接続されている。The gate of the transistor Tr28 is electrically connected to the wiring OSM, and the gate of the transistor Tr29 is electrically connected to the wiring ORM.
なお、図21では、トランジスタTr27がpチャネル型であり、トランジスタTr28及びTr29がnチャネル型である場合を例示している。Note that FIG. 21 illustrates a case where the transistor Tr27 is a p-channel type and the transistors Tr28 and Tr29 are an n-channel type.
また、回路14[j]及び回路14[j+1]は、トランジスタTr24乃至Tr26と、容量素子C12とをそれぞれ有する。オフセットの電流を設定する際に、回路14[j]において、トランジスタTr24は、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合に、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ICP[j]を生成する機能を有する。また、回路14[j+1]において、トランジスタTr24は、電流I[j+1]が電流IREFよりも小さい場合に、電流I[j+1]と電流IREFの差分に相当する電流ICP[j+1]を生成する機能を有する。電流ICP[j]及び電流ICP[j+1]は、配線BL[j]及び配線BL[j+1]から回路14[j]及び回路14[j+1]に引き込まれる。Further, the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1] have transistors Tr24 to Tr26 and a capacitive element C12, respectively. When setting the offset current, in the circuit 14 [j], the transistor Tr24 has a current ICP [j] corresponding to the difference between the current I [j] and the current IREF when the current I [j] is smaller than the current IREF. j] has a function of generating. Further, in the circuit 14 [j + 1], the transistor Tr24 has a function of generating a current ICP [j + 1] corresponding to the difference between the current I [j + 1] and the current IREF when the current I [j + 1] is smaller than the current IREF. Have. The current ICP [j] and the current ICP [j + 1] are drawn into the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1] from the wiring BL [j] and the wiring BL [j + 1].
なお、電流ICM[j]と電流ICP[j]とが、Ioffset[j]に相当する。また、なお、電流ICM[j+1]と電流ICP[j+1]とが、Ioffset[j+1]に相当する。The current ICM [j] and the current ICP [j] correspond to the office set [j]. Further, the current ICM [j + 1] and the current ICP [j + 1] correspond to the Offset [j + 1].
そして、回路14[j]及び回路14[j+1]において、トランジスタTr24は、ソース又はドレインの一方が対応する配線BLに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。トランジスタTr25は、ソース又はドレインの一方が配線BLに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方がトランジスタTr24のゲートに電気的に接続されている。トランジスタTr26は、ソース又はドレインの一方がトランジスタTr24のゲートに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。容量素子C12は、第1の電極がトランジスタTr24のゲートに電気的に接続されており、第2の電極が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。Then, in the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1], the transistor Tr24 is electrically connected to the wiring BL to which one of the source and the drain corresponds, and a predetermined potential is supplied to the other of the source and the drain. It is electrically connected to the wiring. In the transistor Tr25, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring BL, and the other of the source and the drain is electrically connected to the gate of the transistor Tr24. In the transistor Tr26, one of the source and the drain is electrically connected to the gate of the transistor Tr24, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the capacitive element C12, the first electrode is electrically connected to the gate of the transistor Tr24, and the second electrode is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr25のゲートは配線OSPに電気的に接続されており、トランジスタTr26のゲートは配線ORPに電気的に接続されている。The gate of the transistor Tr25 is electrically connected to the wiring OSP, and the gate of the transistor Tr26 is electrically connected to the wiring ORP.
なお、図21では、トランジスタTr24乃至Tr26がnチャネル型である場合を例示している。Note that FIG. 21 illustrates a case where the transistors Tr24 to Tr26 are of the n-channel type.
また、電流源回路15は、配線BLに対応したトランジスタTr30と、配線BLREFに対応したトランジスタTr31とを有する。具体的に、図21に示す電流源回路15は、トランジスタTr30として、配線BL[j]に対応したトランジスタTr30[j]と、配線BL[j+1]に対応したトランジスタTr30[j+1]とを有する場合を例示している。Further, the
そして、トランジスタTr30のゲートは、トランジスタTr31のゲートに電気的に接続されている。また、トランジスタTr30は、ソース又はドレインの一方が対応する配線BLに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。トランジスタTr31は、ソース又はドレインの一方が配線BLREFに電気的に接続されており、ソース又はドレインの他方が所定の電位が供給される配線に電気的に接続されている。The gate of the transistor Tr30 is electrically connected to the gate of the transistor Tr31. Further, in the transistor Tr30, one of the source and the drain is electrically connected to the corresponding wiring BL, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the transistor Tr31, one of the source and the drain is electrically connected to the wiring BLREF, and the other of the source and the drain is electrically connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr30とトランジスタTr31とは、同じ極性を有している。図21では、トランジスタTr30とトランジスタTr31とが、共にpチャネル型を有する場合を例示している。The transistor Tr30 and the transistor Tr31 have the same polarity. FIG. 21 illustrates a case where both the transistor Tr30 and the transistor Tr31 have a p-channel type.
トランジスタTr31のドレイン電流は電流IREFに相当する。そして、トランジスタTr30とトランジスタTr31とはカレントミラー回路としての機能を有するため、トランジスタTr30のドレイン電流は、トランジスタTr31のドレイン電流とほぼ同じ値、またはトランジスタTr31のドレイン電流に応じた値となる。The drain current of the transistor Tr31 corresponds to the current IREF. Since the transistor Tr30 and the transistor Tr31 have a function as a current mirror circuit, the drain current of the transistor Tr30 is substantially the same as the drain current of the transistor Tr31 or a value corresponding to the drain current of the transistor Tr31.
なお、図21に示した回路13[j]と回路14[j]の間にスイッチを設けても良い。また、回路13[j+1]と回路14[j+1]の間にスイッチを設けても良い。或いは、電流源回路15が有するトランジスタTr31と、参照用記憶回路12との間にスイッチを設けても良い。A switch may be provided between the circuit 13 [j] and the circuit 14 [j] shown in FIG. Further, a switch may be provided between the circuit 13 [j + 1] and the circuit 14 [j + 1]. Alternatively, a switch may be provided between the transistor Tr 31 included in the
次いで、図20及び図21を用いて、本発明の一態様に係る半導体装置107の具体的な動作の一例について説明する。Next, an example of a specific operation of the
図22は、図20に示すメモリセルMC、メモリセルMCRと、図21に示す回路13、回路14、電流源回路15の動作を示すタイミングチャートの一例に相当する。図22では、時刻T01乃至時刻T04において、メモリセルMC及びメモリセルMCRに第1のアナログデータを格納する動作が行われる。時刻T05乃至時刻T10において、回路13及び回路14にオフセットの電流Ioffsetを設定する動作が行われる。時刻T11乃至時刻T16において、第1のアナログデータと第2のアナログデータとの積和値に対応したデータを取得する動作が行われる。FIG. 22 corresponds to an example of a timing chart showing the operations of the memory cell MC and the memory cell MCR shown in FIG. 20 and the
なお、配線VR[j]及び配線VR[j+1]にはローレベルの電位が供給されるものとする。また、回路13に電気的に接続される所定の電位を有する配線は、全てハイレベルの電位VDDが供給されるものとする。また、回路14に電気的に接続される所定の電位を有する配線は、全てローレベルの電位VSSが供給されるものとする。また、電流源回路15に電気的に接続される所定の電位を有する配線は、全てハイレベルの電位VDDが供給されるものとする。It is assumed that a low level potential is supplied to the wiring VR [j] and the wiring VR [j + 1]. Further, it is assumed that all the wirings electrically connected to the
また、トランジスタTr21、Tr24、Tr27、Tr30[j]、Tr30[j+1]、Tr31は飽和領域で動作するものとする。Further, it is assumed that the transistors Tr21, Tr24, Tr27, Tr30 [j], Tr30 [j + 1], and Tr31 operate in the saturation region.
まず、時刻T01乃至時刻T02において、配線WW[i]にハイレベルの電位が与えられ、配線WW[i+1]にローレベルの電位が与えられる。上記動作により、図20に示すメモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr22がオンになる。また、メモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr22がオフの状態を維持する。First, at time T01 to time T02, a high level potential is given to the wiring WW [i], and a low level potential is given to the wiring WW [i + 1]. By the above operation, the transistor Tr22 is turned on in the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i] shown in FIG. Further, the transistor Tr22 is maintained in the off state in the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1].
また、時刻T01乃至時刻T02では、図20に示す配線WD[j]と配線WD[j+1]とに、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位を差し引いた電位がそれぞれ与えられる。具体的に、配線WD[j]には電位VPR-Vx[i、j]が与えられ、配線WD[j+1]には電位VPR-Vx[i、j+1]が与えられる。また、配線WDREFには第1の参照電位VPRが与えられ、配線RW[i]及び配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。Further, at time T01 to time T02, the wiring WD [j] and the wiring WD [j + 1] shown in FIG. 20 are given potentials obtained by subtracting the first analog potential from the first reference potential VPR. Specifically, the potential VPR-Vx [i, j] is given to the wiring WD [j], and the potential VPR-Vx [i, j + 1] is given to the wiring WD [j + 1]. Further, the wiring WDREF is given a first reference potential VPR, and the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] have a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, a potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. Given.
よって、図20に示すメモリセルMC[i、j]のノードN[i、j]にはトランジスタTr22を介して電位VPR-Vx[i、j]が与えられ、メモリセルMC[i、j+1]のノードN[i、j+1]にはトランジスタTr22を介して電位VPR-Vx[i、j+1]が与えられ、メモリセルMCR[i]のノードNREF[i]にはトランジスタTr22を介して電位VPRが与えられる。Therefore, the potential VPR-Vx [i, j] is given to the node N [i, j] of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 via the transistor Tr22, and the memory cell MC [i, j + 1] The potential VPR-Vx [i, j + 1] is given to the node N [i, j + 1] of the memory cell MCR [i] via the transistor Tr22, and the potential VPR is given to the node NREF [i] of the memory cell MCR [i] via the transistor Tr22. Given.
時刻T02が終了すると、図20に示す配線WW[i]に与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr22がオフになる。上記動作により、ノードN[i、j]には電位VPR-Vx[i、j]が保持され、ノードN[i、j+1]には電位VPR-Vx[i、j+1]が保持され、ノードNREF[i]には電位VPRが保持される。When the time T02 ends, the potential given to the wiring WW [i] shown in FIG. 20 changes from a high level to a low level, and the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR In [i], the transistor Tr22 is turned off. By the above operation, the potential VPR-Vx [i, j] is held in the node N [i, j], the potential VPR-Vx [i, j + 1] is held in the node N [i, j + 1], and the node NREF is held. The potential VPR is held in [i].
次いで、時刻T03乃至時刻T04において、図20に示す配線WW[i]の電位はローレベルに維持され、配線WW[i+1]にハイレベルの電位が与えられる。上記動作により、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr22がオンになる。また、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr22がオフの状態を維持する。Then, at time T03 to time T04, the potential of the wiring WW [i] shown in FIG. 20 is maintained at a low level, and the potential of the wiring WW [i + 1] is given a high level. By the above operation, the transistor Tr22 is turned on in the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1] shown in FIG. Further, the transistor Tr22 is maintained in the off state in the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i].
また、時刻T03乃至時刻T04では、図20に示す配線WD[j]と配線WD[j+1]とに、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位を差し引いた電位がそれぞれ与えられる。具体的に、配線WD[j]には電位VPR-Vx[i+1、j]が与えられ、配線WD[j+1]には電位VPR-Vx[i+1、j+1]が与えられる。また、配線WDREFには第1の参照電位VPRが与えられ、配線RW[i]及び配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。Further, at time T03 to time T04, the wiring WD [j] and the wiring WD [j + 1] shown in FIG. 20 are given potentials obtained by subtracting the first analog potential from the first reference potential VPR. Specifically, the potential VPR-Vx [i + 1, j] is given to the wiring WD [j], and the potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] is given to the wiring WD [j + 1]. Further, the wiring WDREF is given a first reference potential VPR, and the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] have a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, a potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. Given.
よって、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]のノードN[i+1、j]にはトランジスタTr22を介して電位VPR-Vx[i+1、j]が与えられ、メモリセルMC[i+1、j+1]のノードN[i+1、j+1]にはトランジスタTr22を介して電位VPR-Vx[i+1、j+1]が与えられ、メモリセルMCR[i+1]のノードNREF[i+1]にはトランジスタTr22を介して第1の参照電位VPRが与えられる。Therefore, the potential VPR-Vx [i + 1, j] is given to the node N [i + 1, j] of the memory cell MC [i + 1, j] shown in FIG. 20 via the transistor Tr22, and the memory cell MC [i + 1, j + 1] The potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] is given to the node N [i + 1, j + 1] of the memory cell MCR [i + 1] via the transistor Tr22, and the first node NREF [i + 1] of the memory cell MCR [i + 1] is given the potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] via the transistor Tr22. A reference potential VPR is given.
時刻T04が終了すると、図20に示す配線WW[i+1]に与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、メモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr22がオフになる。上記動作により、ノードN[i+1、j]には電位VPR-Vx[i+1、j]が保持され、ノードN[i+1、j+1]には電位VPR-Vx[i+1、j+1]が保持され、ノードNREF[i+1]には第1の参照電位VPRが保持される。When the time T04 ends, the potential given to the wiring WW [i + 1] shown in FIG. 20 changes from a high level to a low level, and the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR At [i + 1], the transistor Tr22 is turned off. By the above operation, the potential VPR-Vx [i + 1, j] is held in the node N [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] is held in the node N [i + 1, j + 1], and the node NREF is held. The first reference potential VPR is held in [i + 1].
次いで、時刻T05乃至時刻T06において、図21に示す配線ORP及び配線ORMにハイレベルの電位が与えられる。図21に示す回路13[j]及び回路13[j+1]では、配線ORMにハイレベルの電位が与えられることで、トランジスタTr29がオンになり、トランジスタTr27のゲートは電位VDDが与えられることでリセットされる。また、図21に示す回路14[j]及び回路14[j+1]では、配線ORPにハイレベルの電位が与えられることで、トランジスタTr26がオンになり、トランジスタTr24のゲートは電位VSSが与えられることでリセットされる。Then, at time T05 to time T06, a high level potential is applied to the wiring ORP and the wiring ORM shown in FIG. In the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1] shown in FIG. 21, the transistor Tr29 is turned on by applying a high level potential to the wiring ORM, and the gate of the transistor Tr27 is reset by applying the potential VDD. Will be done. Further, in the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1] shown in FIG. 21, the transistor Tr26 is turned on by applying a high level potential to the wiring ORP, and the gate of the transistor Tr24 is given a potential VSS. It is reset by.
時刻T06が終了すると、図21に示す配線ORP及び配線ORMに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路13[j]及び回路13[j+1]においてトランジスタTr29がオフになり、回路14[j]及び回路14[j+1]においてトランジスタTr26がオフになる。上記動作により、回路13[j]及び回路13[j+1]においてトランジスタTr27のゲートに電位VDDが保持され、回路14[j]及び回路14[j+1]においてトランジスタTr24のゲートに電位VSSが保持される。When the time T06 ends, the potential applied to the wiring ORP and the wiring ORM shown in FIG. 21 changes from high level to low level, the transistor Tr29 is turned off in the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1], and the
次いで、時刻T07乃至時刻T08において、図21に示す配線OSPにハイレベルの電位が与えられる。また、図20に示す配線RW[i]及び配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。配線OSPにハイレベルの電位が与えられることにより、回路14[j]及び回路14[j+1]においてトランジスタTr25がオンになる。Then, at time T07 to time T08, a high level potential is applied to the wiring OSP shown in FIG. Further, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 are given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (VDD + VSS) / 2 as a reference potential. When a high level potential is applied to the wiring OSP, the transistor Tr25 is turned on in the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1].
配線BL[j]に流れる電流I[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわち電流ΔI[j]が正の場合、図20に示すメモリセルMC[i、j]のトランジスタTr21が引き込むことのできる電流と、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr21が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタTr30[j]のドレイン電流より小さいことを意味する。よって、電流ΔI[j]が正の場合、回路14[j]においてトランジスタTr25がオンになると、トランジスタTr30[j]のドレイン電流の一部がトランジスタTr24のゲートに流れ込み、当該ゲートの電位が上昇し始める。そして、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j]とほぼ等しくなると、トランジスタTr24のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr24のゲートの電位は、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j]、すなわちIoffset[j](=ICP[j])となる電位に相当する。つまり、回路14[j]のトランジスタTr24は、電流ICP[j]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。When the current I [j] flowing in the wiring BL [j] is smaller than the current IREF flowing in the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j] is positive, the transistor Tr21 of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 It means that the sum of the current that can be drawn in and the current that can be drawn in by the transistor Tr21 of the memory cell MC [i + 1, j] is smaller than the drain current of the transistor Tr30 [j]. Therefore, when the current ΔI [j] is positive, when the transistor Tr25 is turned on in the circuit 14 [j], a part of the drain current of the transistor Tr30 [j] flows into the gate of the transistor Tr24, and the potential of the gate rises. Begin to. Then, when the drain current of the transistor Tr24 becomes substantially equal to the current ΔI [j], the potential of the gate of the transistor Tr24 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr24 at this time corresponds to the potential at which the drain current of the transistor Tr24 becomes the current ΔI [j], that is, the officeset [j] (= ICP [j]). That is, it can be said that the transistor Tr24 of the circuit 14 [j] is set to a current source through which the current ICP [j] can flow.
同様に、配線BL[j+1]に流れる電流I[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、つまり電流ΔI[j+1]が正の場合、回路14[j+1]においてトランジスタTr25がオンになると、トランジスタTr30[j+1]のドレイン電流の一部がトランジスタTr24のゲートに流れ込み、当該ゲートの電位が上昇し始める。そして、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j+1]とほぼ等しくなると、トランジスタTr24のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr24のゲートの電位は、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j+1]、すなわちIoffset[j+1](=ICP[j+1])となる電位に相当する。つまり、回路14[j+1]のトランジスタTr24は、電流ICP[j+1]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。Similarly, when the current I [j + 1] flowing through the wiring BL [j + 1] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j + 1] is positive, when the transistor Tr25 is turned on in the circuit 14 [j + 1]. , A part of the drain current of the transistor Tr30 [j + 1] flows into the gate of the transistor Tr24, and the potential of the gate starts to rise. Then, when the drain current of the transistor Tr24 becomes substantially equal to the current ΔI [j + 1], the potential of the gate of the transistor Tr24 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr24 at this time corresponds to a potential at which the drain current of the transistor Tr24 becomes a current ΔI [j + 1], that is, an office set [j + 1] (= ICP [j + 1]). That is, it can be said that the transistor Tr24 of the circuit 14 [j + 1] is set to a current source through which the current ICP [j + 1] can flow.
時刻T08が終了すると、図21に示す配線OSPに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路14[j]及び回路14[j+1]においてトランジスタTr25がオフになる。上記動作により、トランジスタTr24のゲートの電位は保持される。よって、回路14[j]は電流ICP[j]を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路14[j+1]は電流ICP[j+1]を流し得る電流源に設定された状態を維持する。When the time T08 ends, the potential given to the wiring OSP shown in FIG. 21 changes from a high level to a low level, and the transistor Tr25 is turned off in the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1]. By the above operation, the potential of the gate of the transistor Tr24 is maintained. Therefore, the circuit 14 [j] maintains the state set to the current source capable of passing the current ICP [j], and the circuit 14 [j + 1] maintains the state set to the current source capable of flowing the current ICP [j + 1]. do.
次いで、時刻T09乃至時刻T10において、図21に示す配線OSMにハイレベルの電位が与えられる。また、図20に示す配線RW[i]及び配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。配線OSMにハイレベルの電位が与えられることにより、回路13[j]及び回路13[j+1]においてトランジスタTr28がオンになる。Then, at time T09 to time T10, a high level potential is applied to the wiring OSM shown in FIG. Further, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 are given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (VDD + VSS) / 2 as a reference potential. When a high level potential is applied to the wiring OSM, the transistor Tr28 is turned on in the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1].
配線BL[j]に流れる電流I[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きい場合、すなわち電流ΔI[j]が負の場合、図20に示すメモリセルMC[i、j]のトランジスタTr21が引き込むことのできる電流と、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr21が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタTr30[j]のドレイン電流より大きいことを意味する。よって、電流ΔI[j]が負の場合、回路13[j]においてトランジスタTr28がオンになると、トランジスタTr27のゲートから配線BL[j]に電流が流れ出し、当該ゲートの電位が下降し始める。そして、トランジスタTr27のドレイン電流が電流ΔI[j]の絶対値とほぼ等しくなると、トランジスタTr27のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr27のゲートの電位は、トランジスタTr27のドレイン電流が電流ΔI[j]の絶対値、すなわちIoffset[j](=ICM[j])となる電位に相当する。つまり、回路13[j]のトランジスタTr27は、電流ICM[j]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。When the current I [j] flowing in the wiring BL [j] is larger than the current IREF flowing in the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j] is negative, the transistor Tr21 of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 It means that the sum of the current that can be drawn in and the current that can be drawn in by the transistor Tr21 of the memory cell MC [i + 1, j] is larger than the drain current of the transistor Tr30 [j]. Therefore, when the current ΔI [j] is negative, when the transistor Tr28 is turned on in the circuit 13 [j], a current flows from the gate of the transistor Tr27 to the wiring BL [j], and the potential of the gate starts to decrease. Then, when the drain current of the transistor Tr27 becomes substantially equal to the absolute value of the current ΔI [j], the potential of the gate of the transistor Tr27 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr27 at this time corresponds to the potential at which the drain current of the transistor Tr27 becomes the absolute value of the current ΔI [j], that is, Officeset [j] (= ICM [j]). That is, it can be said that the transistor Tr27 of the circuit 13 [j] is set to a current source through which the current ICM [j] can flow.
同様に、配線BL[j+1]に流れる電流I[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きい場合、つまり電流ΔI[j+1]が負の場合、回路13[j+1]においてトランジスタTr28がオンになると、トランジスタTr27のゲートから配線BL[j+1]に電流が流れ出し、当該ゲートの電位が下降し始める。そして、トランジスタTr27のドレイン電流が電流ΔI[j+1]の絶対値とほぼ等しくなると、トランジスタTr27のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr27のゲートの電位は、トランジスタTr27のドレイン電流が電流ΔI[j+1]の絶対値、すなわちIoffset[j+1](=ICM[j+1])となる電位に相当する。つまり、回路13[j+1]のトランジスタTr27は、電流ICM[j+1]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。Similarly, when the current I [j + 1] flowing through the wiring BL [j + 1] is larger than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j + 1] is negative, the transistor Tr28 is turned on in the circuit 13 [j + 1]. , A current flows from the gate of the transistor Tr27 to the wiring BL [j + 1], and the potential of the gate begins to drop. Then, when the drain current of the transistor Tr27 becomes substantially equal to the absolute value of the current ΔI [j + 1], the potential of the gate of the transistor Tr27 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr27 at this time corresponds to the potential at which the drain current of the transistor Tr27 becomes the absolute value of the current ΔI [j + 1], that is, Officeset [j + 1] (= ICM [j + 1]). That is, it can be said that the transistor Tr27 of the circuit 13 [j + 1] is set to a current source through which the current ICM [j + 1] can flow.
時刻T10が終了すると、図21に示す配線OSMに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路13[j]及び回路13[j+1]においてトランジスタTr28がオフになる。上記動作により、トランジスタTr27のゲートの電位は保持される。よって、回路13[j]は電流ICM[j]を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路13[j+1]は電流ICM[j+1]を流し得る電流源に設定された状態を維持する。When the time T10 ends, the potential given to the wiring OSM shown in FIG. 21 changes from a high level to a low level, and the transistor Tr28 is turned off in the circuit 13 [j] and the circuit 13 [j + 1]. By the above operation, the potential of the gate of the transistor Tr27 is maintained. Therefore, the circuit 13 [j] maintains the state set to the current source capable of passing the current ICM [j], and the circuit 13 [j + 1] maintains the state set to the current source capable of flowing the current ICM [j + 1]. do.
なお、回路14[j]及び回路14[j+1]において、トランジスタTr24は電流を引き込む機能を有する。そのため、時刻T07乃至時刻T08において配線BL[j]に流れる電流I[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きく電流ΔI[j]が負の場合、或いは、配線BL[j+1]に流れる電流I[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きく電流ΔI[j+1]が負の場合、回路14[j]または回路14[j+1]から過不足なく配線BL[j]または配線BL[j+1]に電流を供給するのが難しくなる恐れがある。この場合、配線BL[j]または配線BL[j+1]に流れる電流と、配線BLREFに流れる電流とのバランスを取るために、メモリセルMCのトランジスタTr21と、回路14[j]または回路14[j+1]のトランジスタTr24と、トランジスタTr30[j]またはTr30[j+1]とが、共に飽和領域で動作することが困難になる可能性がある。In the circuit 14 [j] and the circuit 14 [j + 1], the transistor Tr24 has a function of drawing a current. Therefore, when the current I [j] flowing in the wiring BL [j] is larger than the current IREF flowing in the wiring BLREF and the current ΔI [j] is negative at time T07 to time T08, or the current flowing in the wiring BL [j + 1] When I [j + 1] is larger than the current IREF flowing through the wiring BLREF and the current ΔI [j + 1] is negative, the wiring BL [j] or the wiring BL [j + 1] is just right from the circuit 14 [j] or the circuit 14 [j + 1]. May be difficult to supply current to. In this case, in order to balance the current flowing through the wiring BL [j] or the wiring BL [j + 1] with the current flowing through the wiring BLREF, the transistor Tr21 of the memory cell MC and the circuit 14 [j] or the circuit 14 [j + 1] are used. ], And the transistor Tr30 [j] or Tr30 [j + 1] may both be difficult to operate in the saturation region.
時刻T07乃至時刻T08において電流ΔI[j]が負の場合でも、トランジスタTr21、Tr24、Tr30[j]またはTr30[j+1]における飽和領域での動作を確保するために、時刻T05乃至時刻T06において、トランジスタTr27のゲートを電位VDDにリセットするのではなく、トランジスタTr27のゲートの電位を所定のドレイン電流が得られる程度の高さに設定しておいても良い。上記構成により、トランジスタTr30[j]またはTr30[j+1]のドレイン電流に加えてトランジスタTr27から電流が供給されるため、トランジスタTr21において引き込めない分の電流を、トランジスタTr24においてある程度引き込むことができるため、トランジスタTr21、Tr24、Tr30[j]またはTr30[j+1]における飽和領域での動作を確保することができる。Even when the current ΔI [j] is negative at time T07 to time T08, at time T05 to time T06, in order to ensure operation in the saturation region of the transistors Tr21, Tr24, Tr30 [j] or Tr30 [j + 1]. Instead of resetting the gate of the transistor Tr27 to the potential VDD, the potential of the gate of the transistor Tr27 may be set to a height sufficient to obtain a predetermined drain current. With the above configuration, since the current is supplied from the transistor Tr27 in addition to the drain current of the transistor Tr30 [j] or Tr30 [j + 1], the current that cannot be drawn in the transistor Tr21 can be drawn to some extent in the transistor Tr24. , The operation in the saturation region of the transistors Tr21, Tr24, Tr30 [j] or Tr30 [j + 1] can be ensured.
なお、時刻T09乃至時刻T10において、配線BL[j]に流れる電流I[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわち電流ΔI[j]が正の場合、時刻T07乃至時刻T08において回路14[j]が電流ICP[j]を流し得る電流源に既に設定されているため、回路13[j]においてトランジスタTr27のゲートの電位はほぼ電位VDDのままとなる。同様に、配線BL[j+1]に流れる電流I[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわち電流ΔI[j+1]が正の場合、時刻T07乃至時刻T08において回路14[j+1]が電流ICP[j+1]を流し得る電流源に既に設定されているため、回路13[j+1]においてトランジスタTr27のゲートの電位はほぼ電位VDDのままとなる。At time T09 to time T10, when the current I [j] flowing through the wiring BL [j] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j] is positive, the time T07 to the time T08 Since the circuit 14 [j] is already set as a current source through which the current ICP [j] can flow, the potential of the gate of the transistor Tr27 in the circuit 13 [j] remains substantially the potential VDD. Similarly, when the current I [j + 1] flowing through the wiring BL [j + 1] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j + 1] is positive, the circuit 14 [j + 1] is set at time T07 to time T08. Since the current ICP [j + 1] is already set as a current source through which the current ICP [j + 1] can flow, the potential of the gate of the transistor Tr27 in the circuit 13 [j + 1] remains substantially the potential VDD.
次いで、時刻T11乃至時刻T12において、図20に示す配線RW[i]に第2のアナログ電位Vw[i]が与えられる。また、配線RW[i+1]には、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられたままである。具体的に、配線RW[i]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i]の電位は電位Vw[i]であると仮定する。Next, at time T11 to time T12, the wiring RW [i] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i]. Further, the wiring RW [i + 1] is still given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, as a reference potential. Specifically, the potential of the wiring RW [i] is higher by the potential difference Vw [i] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2. For the sake of clarity, it is assumed that the potential of the wiring RW [i] is the potential Vw [i].
配線RW[i]が電位Vw[i]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j]+Vw[i]となり、メモリセルMC[i、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j+1]+Vw[i]となる。そして、上記の式a14から、メモリセルMC[i、j]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、配線BL[j]から流れ出る電流Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i、j+1]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、配線BL[j+1]から流れ出る電流Iout[j+1]に反映されることが分かる。Assuming that when the wiring RW [i] becomes the potential Vw [i], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i, j] is VPR-Vx [i, j] + Vw [i], and the potential of the node N in the memory cell MC [i, j + 1] is VPR-Vx [i, j + 1] + Vw. It becomes [i]. Then, from the above equation a14, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i, j] is the current obtained by subtracting the Offset [j] from the current ΔI [j]. That is, it can be seen that it is reflected in the current Iout [j] flowing out from the wiring BL [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cell MC [i, j + 1] is the current obtained by subtracting the office [j + 1] from the current ΔI [j + 1], that is, the wiring BL [ It can be seen that it is reflected in the current Iout [j + 1] flowing out from j + 1].
時刻T12が終了すると、配線RW[i]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。When the time T12 ends, the wiring RW [i] is again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
次いで、時刻T13乃至時刻T14において、図20に示す配線RW[i+1]に第2のアナログ電位Vw[i+1]が与えられる。また、配線RW[i]には、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられたままである。具体的に、配線RW[i+1]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i+1]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i+1]の電位は電位Vw[i+1]であると仮定する。Next, at time T13 to time T14, the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i + 1]. Further, the wiring RW [i] is still given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, a potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. Specifically, the potential of the wiring RW [i + 1] is higher by the potential difference Vw [i + 1] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, but the following For the sake of clarity, it is assumed that the potential of the wiring RW [i + 1] is the potential Vw [i + 1].
配線RW[i+1]が電位Vw[i+1]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]となり、メモリセルMC[i+1、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j+1]+Vw[i+1]となる。そして、上記の式a14から、メモリセルMC[i+1、j]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i+1、j+1]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j+1]に反映されることが分かる。Assuming that when the wiring RW [i + 1] becomes the potential Vw [i + 1], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i + 1, j] is VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1], and the potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j + 1] is VPR-Vx [i + 1, j + 1] + Vw. It becomes [i + 1]. Then, from the above equation a14, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cell MC [i + 1, j] is the current obtained by subtracting the Offset [j] from the current ΔI [j]. That is, it can be seen that it is reflected in the current Iout [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i + 1, j + 1] is the current obtained by subtracting the office [j + 1] from the current ΔI [j + 1], that is, the current Iout [. It can be seen that it is reflected in j + 1].
時刻T14が終了すると、配線RW[i+1]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。When the time T14 ends, the wiring RW [i + 1] is again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
次いで、時刻T15乃至時刻T16において、図20に示す配線RW[i]に第2のアナログ電位Vw[i]が与えられ、配線RW[i+1]に第2のアナログ電位Vw[i+1]が与えられる。具体的に、配線RW[i]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i]だけ高い電位となり、配線RW[i+1]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i+1]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i]の電位は電位Vw[i]であり、配線RW[i+1]の電位は電位Vw[i+1]であると仮定する。Next, at time T15 to time T16, the wiring RW [i] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i], and the wiring RW [i + 1] is given a second analog potential Vw [i + 1]. .. Specifically, the potential of the wiring RW [i] is higher by the potential difference Vw [i] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, and the wiring RW [i] The potential of i + 1] is higher by the potential difference Vw [i + 1] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, but in order to make the explanation below easy to understand. It is assumed that the potential of the wiring RW [i] is the potential Vw [i] and the potential of the wiring RW [i + 1] is the potential Vw [i + 1].
配線RW[i]が電位Vw[i]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j]+Vw[i]となり、メモリセルMC[i、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j+1]+Vw[i]となる。また、配線RW[i+1]が電位Vw[i+1]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]となり、メモリセルMC[i+1、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j+1]+Vw[i+1]となる。Assuming that when the wiring RW [i] becomes the potential Vw [i], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i, j] is VPR-Vx [i, j] + Vw [i], and the potential of the node N in the memory cell MC [i, j + 1] is VPR-Vx [i, j + 1] + Vw. It becomes [i]. Further, assuming that when the wiring RW [i + 1] becomes the potential Vw [i + 1], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, FIG. 20 shows. The potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j] shown is VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1], and the potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j + 1] is VPR-Vx [i + 1, j + 1]. ] + Vw [i + 1].
そして、上記の式a14から、メモリセルMC[i、j]とメモリセルMC[i+1、j]とに対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i、j+1]とメモリセルMC[i+1、j+1]とに対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j+1]に反映されることが分かる。Then, from the above equation a14, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i, j] and the memory cells MC [i + 1, j] is the current ΔI [j]. ] And Ioffset [j] is subtracted, that is, it is reflected in the current Iout [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cell MC [i, j + 1] and the memory cell MC [i + 1, j + 1] is from the current ΔI [j + 1] to the office [j + 1]. It can be seen that it is reflected in the current obtained by subtracting, that is, the current Iout [j + 1].
時刻T16が終了すると、配線RW[i]及び配線RW[i+1]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。When the time T16 ends, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] are again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
上記構成により、積和演算を小さな回路規模で行うことができる。また、上記構成により、積和演算を高速で行うことができる。また、上記構成により、低消費電力で積和演算を行うことができる。With the above configuration, the product-sum operation can be performed on a small circuit scale. Further, with the above configuration, the product-sum operation can be performed at high speed. Further, with the above configuration, the product-sum calculation can be performed with low power consumption.
なお、トランジスタTr22、Tr25、Tr26、Tr28、Tr29は、オフ電流の著しく低いトランジスタを用いることが望ましい。トランジスタTr22にオフ電流の著しく低いトランジスタを用いることにより、ノードNの電位の保持を長時間に渡って行うことができる。また、トランジスタTr25及びTr26にオフ電流の著しく低いトランジスタを用いることにより、トランジスタTr24のゲートの電位の保持を、長時間に渡って行うことができる。また、トランジスタTr28及びTr29にオフ電流の著しく低いトランジスタを用いることにより、トランジスタTr27のゲートの電位の保持を、長時間に渡って行うことができる。As the transistors Tr22, Tr25, Tr26, Tr28, and Tr29, it is desirable to use transistors having a significantly low off-current. By using a transistor having a significantly low off current for the transistor Tr22, the potential of the node N can be maintained for a long period of time. Further, by using a transistor having a remarkably low off current for the transistors Tr25 and Tr26, the potential of the gate of the transistor Tr24 can be maintained for a long time. Further, by using a transistor having a remarkably low off current for the transistors Tr28 and Tr29, the potential of the gate of the transistor Tr27 can be maintained for a long time.
トランジスタのオフ電流を下げるには、例えば、チャネル形成領域をバンドギャップが大きい半導体で形成すればよい。上述したように、バンドギャップが大きい半導体とは、バンドギャップが2.2eV以上の半導体を指す場合があるが、このような半導体材料として酸化物半導体が挙げられる。トランジスタTr22、Tr25、Tr26、Tr28、Tr29として、OSトランジスタを用いればよい。In order to reduce the off-current of the transistor, for example, the channel formation region may be formed of a semiconductor having a large bandgap. As described above, the semiconductor having a large bandgap may refer to a semiconductor having a bandgap of 2.2 eV or more, and examples of such a semiconductor material include oxide semiconductors. An OS transistor may be used as the transistors Tr22, Tr25, Tr26, Tr28, and Tr29.
なお、本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in the present specification.
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示システムを搭載した電子機器の例について説明する。(Embodiment 5)
In the present embodiment, an example of an electronic device equipped with a display system according to one aspect of the present invention will be described.
図23(A)、(B)に、携帯情報端末1800の一例を示す。携帯情報端末1800は、筐体1801、筐体1802、表示部1803、表示部1804、及びヒンジ部1805等を有する。23 (A) and 23 (B) show an example of the
筐体1801と筐体1802は、ヒンジ部1805で連結されている。携帯情報端末1800は、図23(A)に示すように折り畳んだ状態から、図23(B)に示すように筐体1801と筐体1802を開くことができる。The
例えば、表示部1803及び表示部1804に、文書情報を表示することが可能であり、電子書籍端末としても用いることができる。また、表示部1803及び表示部1804に静止画像や動画像を表示することもできる。For example, document information can be displayed on the
このように、携帯情報端末1800は、持ち運ぶ際には折り畳んだ状態にできるため、汎用性に優れる。As described above, the
なお、筐体1801及び筐体1802には、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していてもよい。The
図23(C)に携帯情報端末の一例を示す。図23(C)に示す携帯情報端末1810は、筐体1811、表示部1812、操作ボタン1813、外部接続ポート1814、スピーカ1815、マイク1816、カメラ1817等を有する。FIG. 23C shows an example of a mobile information terminal. The
携帯情報端末1810は、表示部1812にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部1812に触れることで行うことができる。The
また、操作ボタン1813の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部1812に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。Further, by operating the
また、携帯情報端末1810の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末1810の向き(縦か横か)を判断して、表示部1812の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部1812を触れること、操作ボタン1813の操作、またはマイク1816を用いた音声入力等により行うこともできる。Further, by providing a detection device such as a gyro sensor or an acceleration sensor inside the
携帯情報端末1810は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯情報端末1810は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。The
図23(D)に、カメラの一例を示す。カメラ1820は、筐体1821、表示部1822、操作ボタン1823、シャッターボタン1824等を有する。またカメラ1820には、着脱可能なレンズ1826が取り付けられている。FIG. 23 (D) shows an example of a camera. The
ここではカメラ1820として、レンズ1826を筐体1821から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ1826と筐体が一体となっていてもよい。Here, the
カメラ1820は、シャッターボタン1824を押すことにより、静止画、または動画を撮像することができる。また、表示部1822はタッチセンサとしての機能を有し、表示部1822をタッチすることにより撮像することも可能である。The
なお、カメラ1820は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。または、これらが筐体1821に組み込まれていてもよい。The
図24(A)に、テレビジョン装置1830を示す。テレビジョン装置1830は、表示部1831、筐体1832、スピーカ1833等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。FIG. 24A shows a
またテレビジョン装置1830は、リモコン操作機1834により、操作することができる。Further, the
テレビジョン装置1830が受信できる放送電波としては、地上波、または衛星から送信される電波などが挙げられる。また放送電波として、アナログ放送、デジタル放送などがあり、また映像及び音声、または音声のみの放送などがある。例えばUHF帯(約300MHz乃至3GHz)またはVHF帯(30MHz乃至300MHz)のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また例えば、複数の周波数帯域で受信した複数のデータを用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像を、表示部1831に表示させることができる。例えば、4K-2K、8K-4K、16K-8K、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。Examples of the broadcast radio wave that can be received by the
また、インターネットやLAN(Local Area Network)、Wi-Fi(登録商標)などのコンピュータネットワークを介したデータ伝送技術により送信された放送のデータを用いて、表示部1831に表示する画像を生成する構成としてもよい。このとき、テレビジョン装置1830にチューナを有さなくてもよい。In addition, a configuration that generates an image to be displayed on the
図24(B)は円柱状の柱1842に取り付けられたデジタルサイネージ1840を示している。デジタルサイネージ1840は、表示部1841を有する。FIG. 24B shows a
表示部1841が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部1841が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。The wider the
表示部1841にタッチセンサを適用することで、表示部1841に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。By applying the touch sensor to the
図24(C)はノート型のパーソナルコンピュータ1850を示している。パーソナルコンピュータ1850は、表示部1851、筐体1852、タッチパッド1853、接続ポート1854等を有する。FIG. 24C shows a notebook
タッチパッド1853は、ポインティングデバイスや、ペンタブレット等の入力手段として機能し、指やスタイラス等で操作することができる。The
また、タッチパッド1853には表示素子が組み込まれている。図24(C)に示すように、タッチパッド1853の表面に入力キー1855を表示することで、タッチパッド1853をキーボードとして使用することができる。このとき、入力キー1855に触れた際に、振動により触感を実現するため、振動モジュールがタッチパッド1853に組み込まれていてもよい。Further, a display element is incorporated in the
図25(A)、(B)、(C)は、それぞれ折り畳みが可能な電子機器を示している。25 (A), (B), and (C) show foldable electronic devices, respectively.
図25(A)に示す電子機器1900は、筐体1901a、筐体1901b、ヒンジ1903、表示部1902a、表示部1902b等を有する。表示部1902aは筐体1901aに、表示部1902bは筐体1901bに、それぞれ組み込まれている。The
筐体1901aと筐体1901bとは、ヒンジ1903で回転可能に連結されている。電子機器1900は、筐体1901aと筐体1901bとが閉じた状態と、図25(A)に示すように開いた状態と、に変形することができる。これにより、持ち運ぶ際には可搬性に優れ、使用するときには大きな表示領域により、視認性に優れる。The
また、ヒンジ1903は、筐体1901aと筐体1901bとを開いたときに、これらの角度が所定の角度よりも大きい角度にならないように、ロック機構を有することが好ましい。例えば、ロックがかかる(それ以上に開かない)角度は、90度以上180度未満であることが好ましく、代表的には、90度、120度、135度、または150度などとすることができる。これにより、利便性、安全性、及び信頼性を高めることができる。Further, it is preferable that the
表示部1902a及び表示部1902bの少なくとも一方は、タッチセンサとして機能し、指やスタイラスなどにより操作することができる。At least one of the display unit 1902a and the display unit 1902b functions as a touch sensor and can be operated with a finger, a stylus, or the like.
筐体1901aまたは筐体1901bのいずれか一には、無線通信モジュールが設けられ、インターネットやLAN(Local Area Network)、Wi-Fi(登録商標)などのコンピュータネットワークを介して、データを送受信することが可能である。A wireless communication module is provided in either the
表示部1902aと表示部1902bには、一つのフレキシブルディスプレイが組み込まれていてもよい。これにより、表示部1902aと表示部1902bの間で途切れることのない連続した表示を行うことができる。A flexible display may be incorporated in the display unit 1902a and the display unit 1902b. As a result, continuous display without interruption can be performed between the display unit 1902a and the display unit 1902b.
図25(B)には、携帯型のゲーム機として機能する電子機器1910を示している。電子機器1910は、筐体1911a、筐体1911b、表示部1912a、表示部1912b、ヒンジ1913、操作ボタン1914a、操作ボタン1914b等を有する。FIG. 25B shows an
また、筐体1911bには、カートリッジ1915を挿入することができる。カートリッジ1915は、例えばゲームなどのアプリケーションソフトが記憶されており、カートリッジ1915を交換することにより、電子機器1910で様々なアプリケーションを実行することができる。Further, the
また、図25(B)では、表示部1912aのサイズと、表示部1912bのサイズが異なる例を示している。具体的には、操作ボタン1914a及び操作ボタン1914bの設けられる筐体1911bが有する表示部1912bよりも、筐体1911aに設けられる表示部1912aは大きい。例えば、表示部1912aに主画面となる表示を行い、表示部1912bには操作画面となる表示を行うなど、それぞれの表示部を使い分けることができる。Further, FIG. 25B shows an example in which the size of the display unit 1912a and the size of the
図25(C)に示す電子機器1920は、ヒンジ1923により連結された筐体1921aと筐体1921bに亘って、フレキシブルな表示部1922が設けられている。The
表示部1922は、少なくともその一部が湾曲することができる。表示部1922は、筐体1921aから筐体1921bにかけて、連続的に画素が配置され、曲面状の表示を行うことができる。At least a part of the display unit 1922 can be curved. In the display unit 1922, pixels are continuously arranged from the
ヒンジ1923は、上述したロック機構を有しているため、表示部1922に無理な力がかかることなく、表示部1922が破損することを防ぐことができる。そのため、信頼性の高い電子機器を実現できる。Since the
図23乃至図25に示す電子機器には、上記実施の形態で例示した、表示システム100を搭載することができる。そのため、電子機器で動作するアプリケーションによって、表示部のフレーム周波数を変更し、また静止画を表示する場合にはIDS駆動を行うことで、電子機器の消費電力を低減することができる。The
なお、本実施の形態は、本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be appropriately combined with other embodiments described in the present specification.
(実施の形態6)
本実施の形態では、上記OSトランジスタに用いることができる、金属酸化物について説明する。以下では特に、金属酸化物とCAC(Cloud-Aligned Composite)の詳細について説明する。(Embodiment 6)
In this embodiment, a metal oxide that can be used for the OS transistor will be described. In particular, the details of metal oxides and CAC (Cloud-Aligned Complex) will be described below.
CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC-OSまたはCAC-metal oxideに付与することができる。CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。The CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in a part of the material, an insulating function in a part of the material, and a semiconductor function in the whole material. When CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the channel formation region of the transistor, the conductive function is the function of flowing electrons (or holes) to be carriers, and the insulating function is the carrier. It is a function that does not allow electrons to flow. By making the conductive function and the insulating function act in a complementary manner, a switching function (on / off function) can be imparted to the CAC-OS or the CAC-metal oxide. In CAC-OS or CAC-metal oxide, by separating each function, both functions can be maximized.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。Further, CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region. The conductive region has the above-mentioned conductive function, and the insulating region has the above-mentioned insulating function. Further, in the material, the conductive region and the insulating region may be separated at the nanoparticle level. Further, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. In addition, the conductive region may be observed with the periphery blurred and connected in a cloud shape.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。Further, in CAC-OS or CAC-metal oxide, when the conductive region and the insulating region are dispersed in the material in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less, respectively. There is.
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。Further, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps. For example, CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of a component having a wide gap due to an insulating region and a component having a narrow gap due to a conductive region. In the case of this configuration, when the carrier is flown, the carrier mainly flows in the component having a narrow gap. Further, the component having a narrow gap acts complementarily to the component having a wide gap, and the carrier flows to the component having a wide gap in conjunction with the component having a narrow gap. Therefore, when the CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the channel forming region of the transistor, a high current driving force, that is, a large on-current and a high field effect mobility can be obtained in the on state of the transistor.
すなわち、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。That is, the CAC-OS or CAC-metal oxide can also be referred to as a matrix composite or a metal matrix composite.
CAC-OSは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。The CAC-OS is, for example, a composition of a material in which the elements constituting the metal oxide are unevenly distributed in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 2 nm or less, or in the vicinity thereof. In the following, in the metal oxide, one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having the metal element is 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 2 nm or less, or a size in the vicinity thereof. The state of being mixed in is also called a mosaic shape or a patch shape.
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。The metal oxide preferably contains at least indium. In particular, it preferably contains indium and zinc. Also, in addition to them, aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, berylium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium, etc. One or more selected from the above may be included.
例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OS(CAC-OSの中でもIn-Ga-Zn酸化物を、特にCAC-IGZOと呼称してもよい)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする)、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2OZ2(X2、Y2、およびZ2は0よりも大きい実数)とする)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2OZ2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう)である。For example, CAC-OS in In-Ga-Zn oxide (In-Ga-Zn oxide may be particularly referred to as CAC-IGZO in CAC-OS) is an indium oxide (hereinafter, InO X1 ). (X1 is a real number greater than 0), or indium zinc oxide (hereinafter, In X2 Zn Y2 O Z2 (X2, Y2, and Z2 are real numbers greater than 0)) and gallium oxide ( Hereinafter, GaO X3 (X3 is a real number larger than 0), or gallium zinc oxide (hereinafter, Ga X4 Zn Y4 O Z4 (X4, Y4, and Z4 are real numbers larger than 0)) and the like. The material is separated into a mosaic-like structure, and the mosaic-like InO X1 or In X2 Zn Y2 OZ2 is uniformly distributed in the film (hereinafter, also referred to as cloud-like).
つまり、CAC-OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。That is, CAC-OS is a composite metal oxide having a structure in which a region containing GaO X3 as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component are mixed. In the present specification, for example, the atomic number ratio of In to the element M in the first region is larger than the atomic number ratio of In to the element M in the second region. It is assumed that the concentration of In is higher than that in the
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO3(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。In addition, IGZO is a common name and may refer to one compound consisting of In, Ga, Zn, and O. As a typical example, it is represented by InGaO 3 (ZnO) m1 (m1 is a natural number) or In (1 + x0) Ga (1-x0) O 3 (ZnO) m0 (-1≤x0≤1, m0 is an arbitrary number). Crystalline compounds can be mentioned.
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC(c-axis aligned crystal)構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa-b面においては配向せずに連結した結晶構造である。The crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC (c-axis aligned crystalline) structure. The CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals have a c-axis orientation and are connected without being oriented on the ab plane.
一方、CAC-OSは、金属酸化物の材料構成に関する。CAC-OSとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC-OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。On the other hand, CAC-OS relates to the material composition of the metal oxide. CAC-OS is a region that is observed in the form of nanoparticles mainly composed of Ga in a material structure containing In, Ga, Zn, and O, and nanoparticles mainly composed of In. The regions observed in the shape are randomly dispersed in a mosaic pattern. Therefore, in CAC-OS, the crystal structure is a secondary element.
なお、CAC-OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。The CAC-OS does not include a laminated structure of two or more types of films having different compositions. For example, it does not include a structure consisting of two layers, a film containing In as a main component and a film containing Ga as a main component.
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。In some cases, a clear boundary cannot be observed between the region containing GaO X3 as the main component and the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as the main component.
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC-OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。Instead of gallium, choose from aluminum, ittrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium. When one or more of these species are contained, CAC-OS has a region observed in the form of nanoparticles mainly composed of the metal element and a nano portion containing In as a main component. The regions observed in the form of particles refer to a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic pattern.
CAC-OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。The CAC-OS can be formed by a sputtering method, for example, under the condition that the substrate is not intentionally heated. When the CAC-OS is formed by the sputtering method, one or more selected from an inert gas (typically argon), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as the film forming gas. good. Further, the lower the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the film-forming gas at the time of film formation is preferable, and for example, the flow rate ratio of the oxygen gas is preferably 0% or more and less than 30%, preferably 0% or more and 10% or less. ..
CAC-OSは、X線回折(XRD:X-ray diffraction)測定法のひとつであるOut-of-plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa-b面方向、およびc軸方向の配向は見られないことが分かる。CAC-OS is characterized by the fact that no clear peak is observed when measured using the θ / 2θ scan by the Out-of-plane method, which is one of the X-ray diffraction (XRD) measurement methods. Have. That is, from the X-ray diffraction, it can be seen that the orientation of the measurement region in the ab plane direction and the c-axis direction is not observed.
またCAC-OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC-OSの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano-crystal)構造を有することがわかる。Further, CAC-OS has a ring-shaped high-luminance region and a plurality of bright spots in the ring region in an electron beam diffraction pattern obtained by irradiating an electron beam (also referred to as a nanobeam electron beam) having a probe diameter of 1 nm. Is observed. Therefore, from the electron diffraction pattern, it can be seen that the crystal structure of CAC-OS has an nc (nano-crystal) structure having no orientation in the planar direction and the cross-sectional direction.
また例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。Further, for example, in CAC-OS in In-Ga-Zn oxide, a region containing GaO X3 as a main component by EDX mapping obtained by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). And, it can be confirmed that In X2 Zn Y2 O Z2 or a region containing InO X1 as a main component is unevenly distributed and has a mixed structure.
CAC-OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC-OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。CAC-OS has a structure different from that of the IGZO compound in which metal elements are uniformly distributed, and has properties different from those of the IGZO compound. That is, the CAC-OS is phase-separated into a region containing GaO X3 or the like as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component, and a region containing each element as a main component. Has a mosaic-like structure.
ここで、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。Here, the region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component is a region having higher conductivity than the region in which GaO X3 or the like is the main component. That is, the conductivity as an oxide semiconductor is exhibited by the carrier flowing through the region where In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component. Therefore, a high field effect mobility (μ) can be realized by distributing the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component in the oxide semiconductor in a cloud shape.
一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。On the other hand, the region in which GaO X3 or the like is the main component is a region having higher insulating properties than the region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component. That is, since the region containing GaO X3 or the like as the main component is distributed in the oxide semiconductor, leakage current can be suppressed and good switching operation can be realized.
従って、CAC-OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。Therefore, when CAC-OS is used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 and the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act in a complementary manner, so that the insulation is high. On current (Ion) and high field effect mobility (μ) can be achieved.
また、CAC-OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC-OSは、さまざまな半導体装置に最適である。Further, the semiconductor element using CAC-OS has high reliability. Therefore, CAC-OS is most suitable for various semiconductor devices.
なお、本実施の形態は、本明細書に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。It should be noted that this embodiment can be appropriately combined with other embodiments described in the present specification.
C4:容量素子、C6:容量素子、C11:容量素子、C12:容量素子、C13:容量素子、CS1:容量素子、DL_Y:ソース線、DL_1:ソース線、DLa1:ソース線、DLa2:ソース線、DLb1:ソース線、DLb2:ソース線、GL_X:ゲート線、GL_1:ゲート線、GL_2:ゲート線、LOAD1:信号、LOAD2:信号、NW1:トランジスタ、SAVE1:信号、SAVE2:信号、T01:時刻、T1:トランジスタ、T02:時刻、T2:トランジスタ、T03:時刻、T04:時刻、T05:時刻、T06:時刻、T6:トランジスタ、T07:時刻、T08:時刻、T09:時刻、T10:時刻、T11:時刻、T12:時刻、T13:時刻、T14:時刻、T15:時刻、T16:時刻、Tr21:トランジスタ、Tr22:トランジスタ、Tr24:トランジスタ、Tr25:トランジスタ、Tr26:トランジスタ、Tr27:トランジスタ、Tr28:トランジスタ、Tr29:トランジスタ、Tr30:トランジスタ、Tr31:トランジスタ、10:画素、11:記憶回路、12:参照用記憶回路、13:回路、14:回路、15:電流源回路、17:保持回路、18:セレクタ、19:フリップフロップ回路、20:インバータ、21:インバータ、22:インバータ、23:インバータ、24:インバータ、25:インバータ、27:アナログスイッチ、28:アナログスイッチ、31:インバータ、32:インバータ、33:インバータ、34:クロックドインバータ、35:アナログスイッチ、36:バッファ、60:表示ユニット、61:画素アレイ、62:ゲートドライバ、63:ゲートドライバ、64:ソースドライバIC、70:タッチセンサユニット、71:センサアレイ、72:周辺回路、73:TSドライバ、74:センス回路、75:コントローラIC、80:表示装置、90:アプリケーションプロセッサ、100:表示システム、107:半導体装置、143:光センサ、145:光、150:インターフェース、151:フレームメモリ、152:デコーダ、153:センサコントローラ、154:コントローラ、155:クロック生成回路、160:画像処理部、161:ガンマ補正回路、162:調光回路、163:調色回路、164:EL補正回路、170:メモリ、173:タイミングコントローラ、175:レジスタ、175A:スキャンチェーンレジスタ部、175B:レジスタ部、184:タッチセンサコントローラ、190:領域、202:制御部、203:セルアレイ、204:センスアンプ回路、205:ドライバ、206:メインアンプ、207:入出力回路、208:周辺回路、209:メモリセル、230:レジスタ、231:揮発性レジスタ、270:回路、271:回路、272:回路、273:回路、274:回路、501:画素回路、502:画素部、504:駆動回路部、504a:ゲートドライバ、504b:ソースドライバ、506:保護回路、507:端子部、550:トランジスタ、552:トランジスタ、554:トランジスタ、560:容量素子、562:容量素子、570:液晶素子、572:発光素子、700:表示ユニット、700A:表示ユニット、701:基板、702:画素部、704:ソースドライバ回路部、705:基板、706:ゲートドライバ回路部、708:FPC端子部、710:信号線、711:配線部、712:シール材、716:FPC、721:ソースドライバIC、722:ゲートドライバ回路、723:FPC、724:プリント基板、730:絶縁膜、732:封止膜、734:絶縁膜、736:着色膜、738:遮光膜、750:トランジスタ、752:トランジスタ、760:接続電極、770:平坦化絶縁膜、772:導電膜、773:絶縁膜、774:導電膜、775:液晶素子、776:液晶層、778:構造体、780:異方性導電膜、782:発光素子、786:EL層、788:導電膜、790:容量素子、791:タッチセンサ、792:絶縁膜、793:電極、794:電極、795:絶縁膜、796:電極、797:絶縁膜、1800:携帯情報端末、1801:筐体、1802:筐体、1803:表示部、1804:表示部、1805:ヒンジ部、1810:携帯情報端末、1811:筐体、1812:表示部、1813:操作ボタン、1814:外部接続ポート、1815:スピーカ、1816:マイク、1817:カメラ、1820:カメラ、1821:筐体、1822:表示部、1823:操作ボタン、1824:シャッターボタン、1826:レンズ、1830:テレビジョン装置、1831:表示部、1832:筐体、1833:スピーカ、1834:リモコン操作機、1840:デジタルサイネージ、1841:表示部、1842:柱、1850:パーソナルコンピュータ、1851:表示部、1852:筐体、1853:タッチパッド、1854:接続ポート、1855:入力キー、1900:電子機器、1901a:筐体、1901b:筐体、1902a:表示部、1902b:表示部、1903:ヒンジ、1910:電子機器、1911a:筐体、1911b:筐体、1912a:表示部、1912b:表示部、1913:ヒンジ、1914a:操作ボタン、1914b:操作ボタン、1915:カートリッジ、1920:電子機器、1921a:筐体、1921b:筐体、1922:表示部、1923:ヒンジC4: Capacitive element, C6: Capacitive element, C11: Capacitive element, C12: Capacitive element, C13: Capacitive element, CS1: Capacitive element, DL_Y: Source line, DL_1: Source line, DLa1: Source line, DLa2: Source line, DLb1: source line, DLb2: source line, GL_X: gate line, GL_1: gate line, GL_2: gate line, LOAD1: signal, LOAD2: signal, NW1: transistor, SAVE1: signal, SAVE2: signal, T01: time, T1 : Transistor, T02: Time, T2: Transistor, T03: Time, T04: Time, T05: Time, T06: Time, T6: Transistor, T07: Time, T08: Time, T09: Time, T10: Time, T11: Time , T12: Time, T13: Time, T14: Time, T15: Time, T16: Time, Tr21: Transistor, Tr22: Transistor, Tr24: Transistor, Tr25: Transistor, Tr26: Transistor, Tr27: Transistor, Tr28: Transistor, Tr29 : Transistor, Tr30: Transistor, Tr31: Transistor, 10: Pixel, 11: Storage circuit, 12: Reference storage circuit, 13: Circuit, 14: Circuit, 15: Current source circuit, 17: Holding circuit, 18: Selector, 19: Flip flop circuit, 20: Inverter, 21: Inverter, 22: Inverter, 23: Inverter, 24: Inverter, 25: Inverter, 27: Analog switch, 28: Analog switch, 31: Inverter, 32: Inverter, 33: Inverter, 34: Clocked transistor, 35: Analog switch, 36: Buffer, 60: Display unit, 61: Pixel array, 62: Gate driver, 63: Gate driver, 64: Source driver IC, 70: Touch sensor unit, 71 : Sensor array, 72: Peripheral circuit, 73: TS driver, 74: Sense circuit, 75: Controller IC, 80: Display device, 90: Application processor, 100: Display system, 107: Semiconductor device, 143: Optical sensor, 145 : Optical, 150: Interface, 151: Frame memory, 152: Decoder, 153: Sensor controller, 154: Controller, 155: Clock generation circuit, 160: Image processing unit, 161: Gamma correction circuit, 162: Dimming circuit, 163 : Toning circuit, 164: EL correction circuit, 170: Memory, 173: Timing controller, 175: Register, 175A: Scan chain register unit, 175B: Register unit, 184: Touch sensor controller, 190: Area, 202: Control unit, 203: Cellular array, 204: Sense amplifier circuit, 205: Driver, 206: Main amplifier, 207: Input / output Circuit, 208: Peripheral circuit, 209: Memory cell, 230: Register, 231: Volatile register, 270: Circuit, 271: Circuit, 272: Circuit, 273: Circuit, 274: Circuit, 501: Pixel circuit, 502: Pixel Unit, 504: Drive circuit unit, 504a: Gate driver, 504b: Source driver, 506: Protection circuit, 507: Terminal unit, 550: Transistor, 552: Transistor, 554: Transistor, 560: Capacitive element, 562: Capacitive element, 570: liquid crystal element, 572: light emitting element, 700: display unit, 700A: display unit, 701: substrate, 702: pixel unit, 704: source driver circuit unit, 705: substrate, 706: gate driver circuit unit, 708: FPC Terminal part, 710: Signal line, 711: Wiring part, 712: Sealing material, 716: FPC, 721: Source driver IC, 722: Gate driver circuit, 723: FPC, 724: Printed board, 730: Insulation film, 732: Sealing film, 734: Insulating film, 736: Colored film, 738: Light-shielding film, 750: Transistor, 752: Transistor, 760: Connection electrode, 770: Flattening insulating film, 772: Conductive film, 773: Insulating film, 774 : Conductive, 775: Liquid crystal element, 776: Liquid crystal layer, 778: Structure, 780: Anisotropic conductive film, 782: Light emitting element, 786: EL layer, 788: Conductive, 790: Capacitive element, 791: Touch Sensor, 792: Insulation film, 793: Electrode, 794: Electrode, 795: Insulation film, 796: Electrode, 797: Insulation film, 1800: Mobile information terminal, 1801: Housing, 1802: Housing, 1803: Display unit, 1804: Display unit, 1805: Hinge unit, 1810: Mobile information terminal, 1811: Housing, 1812: Display unit, 1813: Operation button, 1814: External connection port, 1815: Speaker, 1816: Microphone, 1817: Camera, 1820 : Camera, 1821: Housing, 1822: Display, 1823: Operation button, 1824: Shutter button, 1826: Lens, 1830: Television device, 1831: Display, 1832: Housing, 1833: Speaker, 1834: Remote control Operation machine, 1840: Digital signage, 1841: Display Unit, 1842: Pillar, 1850: Personal computer, 1851: Display unit, 1852: Housing, 1851: Touch pad, 1854: Connection port, 1855: Input key, 1900: Electronic device, 1901a: Housing, 1901b: Housing 1902a: Display unit, 1902b: Display unit, 1903: Hinge, 1910: Electronic device, 1911a: Housing, 1911b: Housing, 1912a: Display unit, 1912b: Display unit, 1913: Hinge, 1914a: Operation button, 1914b : Operation button, 1915: Cartridge, 1920: Electronic device, 1921a: Housing, 1921b: Housing, 1922: Display, 1923: Hinge
Claims (7)
表示装置と、を有し、
前記表示装置は、コントローラと、表示ユニットと、タッチセンサユニットと、を有し、
前記アプリケーションプロセッサは、前記コントローラに、画像データ及び制御信号を出力し、
前記コントローラは、前記アプリケーションプロセッサに、前記タッチセンサユニットが検出したタッチ情報を出力し、
前記アプリケーションプロセッサは、前記画像データ及び前記タッチ情報から、前記表示ユニットのフレーム周波数を指示する第1の信号を生成し、
前記第1の信号は、前記制御信号の1つであり、
前記コントローラは、フレームメモリと、画像処理部と、レジスタと、を有し、
前記フレームメモリは、前記画像データを格納する機能を有し、
前記画像処理部は、前記画像データを処理する機能を有し、
前記レジスタは、前記画像処理部が処理を行うためのパラメータを格納する機能を有し、
前記フレームメモリは、前記フレームメモリへの電源供給が遮断されている状態で、前記画像データを保持する機能を有し、
前記レジスタは、前記レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、前記パラメータを保持する機能を有し、
前記アプリケーションプロセッサは、前記画像データ及び前記タッチ情報から、前記フレームメモリ、前記画像処理部、および前記レジスタに対する電源供給を一時的に遮断する第3の信号を生成し、
前記第3の信号は、前記制御信号の1つであり、
前記レジスタは、揮発性レジスタと、保持回路と、を有し、
前記保持回路は、前記揮発性レジスタのデータを格納する機能を有し、
前記揮発性レジスタは、前記保持回路が格納したデータを読み込む機能を有し、
前記レジスタへの電源供給が遮断されている状態で、前記保持回路は、格納した前記データを保持する機能を有し、
前記アプリケーションプロセッサは、ニューラルネットワークを有し、
前記ニューラルネットワークは、前記画像データ及び前記タッチ情報から、前記レジスタへの電源供給を遮断できるタイミングを予測し、前記保持回路が前記揮発性レジスタのデータを格納するタイミングを指示する第4の信号を生成し、
前記指示後、前記電源供給を遮断したか否かの情報を教師データとして学習して、前記電源供給を遮断することの成功確率を上げるように、前記ニューラルネットワークのパラメータを調整し、
前記第4の信号は、前記制御信号の1つである、表示システム。 With the application processor
With a display device,
The display device includes a controller, a display unit, and a touch sensor unit.
The application processor outputs image data and control signals to the controller.
The controller outputs the touch information detected by the touch sensor unit to the application processor, and outputs the touch information to the application processor.
The application processor generates a first signal indicating the frame frequency of the display unit from the image data and the touch information.
The first signal is one of the control signals.
The controller has a frame memory, an image processing unit, and a register.
The frame memory has a function of storing the image data, and has a function of storing the image data.
The image processing unit has a function of processing the image data, and has a function of processing the image data.
The register has a function of storing parameters for the image processing unit to perform processing.
The frame memory has a function of holding the image data in a state where the power supply to the frame memory is cut off.
The register has a function of holding the parameter while the power supply to the register is cut off.
The application processor generates a third signal from the image data and the touch information to temporarily cut off the power supply to the frame memory, the image processing unit, and the register.
The third signal is one of the control signals.
The register has a volatile register and a holding circuit.
The holding circuit has a function of storing the data of the volatile register.
The volatile register has a function of reading data stored in the holding circuit.
The holding circuit has a function of holding the stored data in a state where the power supply to the register is cut off.
The application processor has a neural network and
The neural network predicts the timing at which the power supply to the register can be cut off from the image data and the touch information, and outputs a fourth signal indicating the timing at which the holding circuit stores the data of the volatile register. Generate and
After the instruction, the information on whether or not the power supply is cut off is learned as teacher data, and the parameters of the neural network are adjusted so as to increase the success probability of cutting off the power supply.
The fourth signal is one of the control signals, a display system.
前記表示ユニットは、ゲートドライバと、ソースドライバと、を有し、
前記アプリケーションプロセッサは、前記画像データ及び前記タッチ情報から、前記ゲートドライバ及び前記ソースドライバのいずれか一方または双方の動作を一時的に停止する第2の信号を生成し、
前記第2の信号は、前記制御信号の1つであることを特徴とする、表示システム。 In claim 1,
The display unit has a gate driver and a source driver.
The application processor generates a second signal from the image data and the touch information to temporarily stop the operation of either or both of the gate driver and the source driver.
A display system, characterized in that the second signal is one of the control signals.
前記第4の信号は、前記アプリケーションプロセッサが前記画像データを前記コントローラに出力しているタイミングで、出力されることを特徴とする、表示システム。 In claim 1 or 2 ,
The display system, characterized in that the fourth signal is output at the timing when the application processor outputs the image data to the controller.
前記ニューラルネットワークは、アナログメモリを用いた積和演算回路を有する、表示システム。 In any one of claims 1 to 3,
The neural network is a display system having a product-sum calculation circuit using an analog memory.
前記アナログメモリを構成するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を含む、表示システム。 In claim 4,
The transistor constituting the analog memory is a display system containing a metal oxide in a channel forming region.
前記表示ユニットは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する、表示システム。 In claim 1,
The display unit is a display system having a transistor containing a metal oxide in a channel forming region.
前記コントローラは、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタを有する、表示システム。 In claim 1,
The controller is a display system having a transistor containing a metal oxide in a channel forming region.
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