JP7254994B2 - 機械学習システム - Google Patents
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Description
発明の一態様は、機械学習方法、及び当該方法を用いたシステムに関する。
明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置
、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方
法、を一例として挙げることができる。
装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態
様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池
等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
ジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)では、解像度がフルハイビジ
ョン(画素数1920×1080)であるものが主流となっているが、4K2K(画素数
3840×2160)や、8K4K(画素数7680×4320)等のように、高解像度
の表示装置の開発が進められている。非特許文献1には、8K4K解像度を有する有機E
Lディスプレイが報告されている。
ズが対角50インチを超えるものが主流となっている。また、デジタルサイネージ(Di
gital Signage:電子看板)等では、画面のサイズが大きいほど、表示可能
な情報量を多くできるため、さらなる大画面化が求められている。
や、表示素子の特性のばらつきなどの影響を受けやすく、表示ムラが顕著になってしまう
といった問題がある。また特に、複数の表示パネルを並べることで大きな表示領域を実現
した表示装置の場合では、各表示パネルの特性ばらつきに起因して、パネル間の境界が顕
著に視認されてしまうといった問題がある。
装置に入力する画像データの補正方法を提供することを課題の一とする。または、新規な
画像補正のための方法、または画像補正のためのシステムを提供することを課題の一とす
る。
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
e)を利用して画像補正を行うものである。人工知能として、ニューラルネットワーク、
特に人工ニューラルネットワーク(ANN:Artificial Neural Ne
twork)を利用することができる。また本発明の一態様は、ニューラルネットワーク
の学習方法に関するものである。
の機械学習方法であって、表示装置に第1の画像データを入力して表示された画像に基づ
く第2の画像データを取得し、第1の画像データと第2の画像データとの差分をとること
で第3の画像データを生成し、第1の画像データと第3の画像データとを足し合わせるこ
とで第4の画像データを生成し、ニューラルネットワークに第1の画像データを入力して
得られる出力データが、第4の画像データに近づくように、重み係数を更新する、機械学
習方法である。
ットワークの機械学習方法であって、表示装置に第1の画像データを入力して表示された
画像に基づく第2の画像データを取得し、第1の画像データと第2の画像データとの差分
をとることで第3の画像データを生成し、第3の画像データにおける全階調値の最大値を
基準に、第3の画像データの階調値を反転することで第5の画像データを生成し、第1の
画像データと第5の画像データとの差分を取ることで第6の画像データを生成し、ニュー
ラルネットワークに第1の画像データを入力して得られる出力データが、第6の画像デー
タに近づくように、重み係数を更新する、機械学習方法である。
タを補正するニューラルネットワークの機械学習方法であって、第1の画像データを表示
パネルと同数に分割し、複数の表示パネルのそれぞれに入力して表示装置に表示された画
像に基づく第2の画像データを取得し、第1の画像データと第2の画像データとの差分を
とることで第3の画像データを生成し、第1の画像データと第3の画像データとを足し合
わせることで第4の画像データを生成し、ニューラルネットワークに第1の画像データを
入力して得られる出力データが、第4の画像データに近づくように、重み係数を更新する
、機械学習方法である。
タを補正するニューラルネットワークの機械学習方法であって、第1の画像データを表示
パネルと同数に分割し、複数の表示パネルのそれぞれに入力して表示装置に表示された画
像に基づく第2の画像データを取得し、第1の画像データと第2の画像データとの差分を
とることで第3の画像データを生成し、第3の画像データにおける全階調値の最大値を基
準に、第3の画像データの階調値を反転することで第5の画像データを生成し、第1の画
像データと第5の画像データとの差分を取ることで第6の画像データを生成し、ニューラ
ルネットワークに第1の画像データを入力して得られる出力データが、第6の画像データ
に近づくように、重み係数を更新する、機械学習方法である。
の畳み込み層を有することが好ましい。このとき、入力層に入力されるデータは、第1の
画像データに対してパディング処理したデータを用いることが好ましい。
ットワークの機械学習システムである。機械学習システムは、処理装置と、撮像装置と、
を有する。処理装置は、ニューラルネットワークを含む演算部と、制御部と、データ生成
部と、を有する。制御部は、表示装置に第1の画像データを出力する機能と、撮像装置の
動作を制御する機能と、を有する。撮像装置は、表示装置に第1の画像データが入力され
て表示された画像を撮像し、第2の画像データとして処理装置に出力する機能を有する。
データ生成部は、第1の画像データと第2の画像データとの差分をとることで第3の画像
データを生成する機能と、第1の画像データと第3の画像データとを足し合わせることで
第4の画像データを生成する機能と、を有する。演算部は、ニューラルネットワークに第
1の画像データを入力して得られる出力データが、第4の画像データに近づくように、重
み係数を更新する機能を有する。
ットワークの機械学習システムである。機械学習システムは、処理装置と、撮像装置と、
を有する。処理装置は、ニューラルネットワークを含む演算部と、制御部と、データ生成
部と、を有する。制御部は、表示装置に第1の画像データを出力する機能と、撮像装置の
動作を制御する機能と、を有する。撮像装置は、表示装置に第1の画像データが入力され
て表示された画像を撮像し、第2の画像データとして処理装置に出力する機能を有する。
データ生成部は、第1の画像データと第2の画像データとの差分をとることで第3の画像
データを生成する機能と、第3の画像データにおける全階調値の最大値を基準に、第3の
画像データの階調値を反転することで第5の画像データを生成する機能と、第1の画像デ
ータと第5の画像データとの差分を取ることで第6の画像データを生成する機能と、を有
する。演算部は、ニューラルネットワークに第1の画像データを入力して得られる出力デ
ータが、第6の画像データに近づくように、重み係数を更新する機能を有する。
置は、複数の表示パネルを有し、画像分割部は、制御部が出力する第1の画像データを複
数の表示パネルと同数のデータに分割する機能を有することが好ましい。
の畳み込み層を有することが好ましい。このとき、データ生成部は、ニューラルネットワ
ークに入力する第1の画像データに対してパディング処理する機能を有することが好まし
い。
る。表示装置は、複数の表示パネルを有し、信号生成部は、補正回路と、分割回路と、を
有する。また補正回路は、画像データが入力され、当該画像データを補正して分割回路に
出力する機能を有する、分割回路は、補正回路により補正された画像データを、表示パネ
ルと同数に分割して出力する機能を有する。
示されるように、画像データを補正する機能を有することが好ましい。
行うことが好ましい。
る受信部を有することが好ましい。このとき、信号生成部は、受信部から入力された重み
係数をニューラルネットワークに反映する機能を有することが好ましい。
置に入力する画像データの補正方法を提供できる。または、新規な画像補正のための方法
、または画像補正のためのシステムを提供できる。
一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果
は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
されず、本発明の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、本発明は以下に示す実施の形態
の記載内容に限定して解釈されるものではない。
同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様
の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
明瞭化のために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。
ために付すものであり、数的に限定するものではない。
御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは
、IGFET(Insulated Gate Field Effect Trans
istor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor
)を含む。
力)する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
inted Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Packa
ge)などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On
Glass)方式等によりICが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュ
ール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
押圧する、または近づくことなどを検出する機能を有するものである。またその位置情報
を検知する機能を有していてもよい。したがってタッチセンサは入力装置の一態様である
。例えばタッチセンサは1以上のセンサ素子を有する構成とすることができる。
にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。また、本明細書等では、タッチセンサパネルの基
板に、例えばFPCもしくはTCPなどのコネクターが取り付けられたもの、または基板
にCOG方式等によりICが実装されたものを、タッチセンサパネルモジュール、タッチ
センサモジュール、センサモジュール、または単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。
表示(出力)する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、
または近づくことなどを検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタ
ッチパネルは入出力装置の一態様である。
サ機能つき表示パネル(または表示装置)とも呼ぶことができる。
。または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とする
こともできる。
ネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG方式等によりICが実装されたもの
を、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合
がある。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示システム、及び機械学習システムの構成例と
、機械学習方法等について説明する。
ここでは、表示システムが有する表示装置が、複数の表示パネルを含んで構成されてい
る場合を例に挙げて説明する。なお、表示装置は1つの表示パネルを含んで構成されてい
てもよい。
ータに基づいて所定の映像を表示するための信号を生成し、当該信号を用いて映像を表示
する機能を有する。表示システム10は、表示装置20、及び信号生成部30を有する。
ができる。また、信号生成部30に含まれる回路は、1つの集積回路に集約することがで
きる。よって、表示装置20は半導体装置と呼ぶことができる。また、信号生成部は半導
体装置又は集積回路と呼ぶことができる。
表示装置20は、複数の表示パネルDPを有する。表示パネルDPはそれぞれ、信号生
成部30から入力される、所定の映像を表示するための信号(以下、映像信号ともいう)
に基づいて、映像を表示する機能を有する。図1には、N行M列(N、Mは自然数)の表
示パネルDPを有する表示装置20を示している。なお、表示パネルDPはそれぞれ独立
に表示を制御することができる。
表示させることにより、映像の表示領域を拡大することができ、表示装置20の大型化を
図ることができる。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インチ以上の表示装置20を実現することができる。また、解像度
がフルハイビジョン以上、例えば、4K2K、8K4K、又はそれ以上である、高解像度
の表示装置を実現することができる。
たが、表示パネルDPの配列方法はこれに限られず、用途に応じて様々な配置方法を採る
ことができる。
Pの大きさは大型である必要がない。したがって、表示パネルを作製するための製造装置
の大型化が不要となる。また、中小型の表示パネルの製造装置を用いることができるため
、大型の表示装置用の設備を別途準備する必要がなく、製造コストを抑えることができる
。また、表示パネルの大型化に伴う歩留まりの低下を回避することができる。
[1,1]乃至SD´[N,M]のうちの1つ。以下、これらをまとめてSD´と表記す
る場合がある。)が入力される。図2(A)に、表示パネルDP[1,1]乃至[N,M
]に映像信号が供給される様子を示す。表示装置20にはN×MのデータSD´(SD´
[1,1]乃至[N,M])が入力され、データSD´[i,j](iは1以上N以下の
整数、jは1以上M以下の整数)が表示パネルDP[i,j]に入力される。
22によって構成された画素部21、駆動回路23、及び駆動回路24を有する。
動回路23及び駆動回路24から出力される信号により画素22の階調が制御され、画素
部21に所定の映像が表示される。
液晶素子としては、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、半透過型の液晶素子などを用
いることができる。また、表示素子として、シャッター方式のMEMS(Micro E
lectro Mechanical Systems)素子、光干渉方式のMEMS素
子、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)方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。また、発光素子の例
としては、例えばOLED(Organic Light Emitting Diod
e)、LED(Light Emitting Diode)、QLED(Quantu
m-dot Light Emitting Diode)、半導体レーザなどの、自発
光性の発光素子が挙げられる。
、表示装置20に4K2Kの映像を表示する場合は、N×M個の表示パネルDPに合計で
3840×2160個以上、又は4096×2160個以上の画素を設けることが好まし
い。また、8K4Kの映像を表示する場合は、合計で7680×4320個以上の画素を
設けることが好ましい。また、画素部21にはさらに多くの画素22を設けることもでき
る。
ぞれ駆動回路23と接続され、配線SLはそれぞれ駆動回路24と接続されている。
2に供給する機能を有する。具体的には、駆動回路23は、配線GLに選択信号を供給す
る機能を有し、配線GLは、駆動回路23から出力された選択信号を画素22に伝える機
能を有する。なお、配線GLは、選択信号線、ゲート線などと呼ぶこともできる。
24は、配線SLに映像信号を供給する機能を有し、配線SLは、駆動回路24から出力
された映像信号を画素22に伝える機能を有する。なお、配線SLは、映像信号線、ソー
ス線などと呼ぶこともできる。選択信号が供給された画素22に映像信号が供給されるこ
とにより、画素22に映像信号が書き込まれ、所定の階調が表示される。
おいて表示領域が連続するように、複数の表示パネルDPが配置されることが好ましい。
表示パネルDPの構成例及び配置例を、図3(A)~(C)に示す。
光を透過する領域52と、可視光を遮光する領域53と、を備える。また、図3(A)で
は、表示パネルDPにFPC(Flexible Printed Circuit)5
4が設けられている例を示す。
えば表示パネルDPを構成する一対の基板、及び当該一対の基板に挟持された表示素子を
封止するための封止材などが設けられていてもよい。このとき、領域52に設けられる部
材には、可視光に対して透光性を有する材料を用いる。また、領域53には、例えば表示
領域51に含まれる画素22と接続された配線などを設けることができる。また、領域5
3には駆動回路23又は駆動回路24が設けられていてもよい。また、領域53にはFP
C54と接続された端子や、当該端子と接続された配線等が設けられていてもよい。
、隣接する4つの表示パネルDPa、DPb、DPc、DPdを示している。また、図3
(C)は、4つの表示パネルを表示面側とは反対側から見たときの斜視概略図である。
ている。具体的には、一の表示パネルDPが有する可視光を透過する領域52が、他の表
示パネルDPが有する表示領域51の上(表示面側)に重畳する領域を有するように、表
示パネルDPa、DPb、DPc、DPdが配置されている。また、一の表示パネルDP
が有する可視光を遮光する領域53が、他の表示パネルDPの表示領域51の上に重畳し
ないように、表示パネルDPa、DPb、DPc、DPdが配置されている。
ルDPbの領域52bの一部が重畳して設けられている。また、表示パネルDPaの表示
領域51aの長辺に沿った領域と、表示パネルDPcの領域52cの一部が重畳して設け
られている。また表示パネルDPdの領域52dは、表示パネルDPbの表示領域51b
の長辺に沿った領域、及び表示パネルDPcの表示領域51cの短辺に沿った領域に重畳
して設けられている。
する領域52を重畳させることにより、表示領域51の全体を表示面側から視認すること
が可能となる。これにより、表示領域51a、51b、51c、51dが、継ぎ目なく連
続的に配置された領域を、表示装置20の表示領域55として用いることが可能となる。
性を有していることが好ましい。これにより、例えば図3(B)、(C)に示すように、
FPC54aが設けられる側の表示パネルDPaの一部を湾曲させ、FPC54aを隣接
する表示パネルDPbの表示領域51bの下側にまで重畳するように配置することができ
る。その結果、FPC54aを表示パネルDPbの裏面と物理的に干渉することなく配置
することができる。また、表示パネルDPaと表示パネルDPbとを重ねて接着する際に
、FPC54aの厚さを考慮する必要がないため、表示パネルDPbの領域52bの上面
と、表示パネルDPaの表示領域51aの上面との高さの差を低減できる。その結果、表
示領域51a上に位置する表示パネルDPbの端部が視認されてしまうことを抑制できる
。
領域51bにおける上面の高さを、表示パネルDPaの表示領域51aにおける上面の高
さと一致するように、表示パネルDPbを緩やかに湾曲させることができる。そのため、
表示パネルDPaと表示パネルDPbとが重畳する領域近傍を除き、各表示領域の高さを
揃えることが可能で、表示領域55に表示する画像の表示品位を高めることができる。
は薄いことが好ましい。例えば表示パネルDPの厚さを1mm以下、好ましくは300μ
m以下、より好ましくは100μm以下とすることが好ましい。
きる。
図1に示す信号生成部30は、外部から入力されたデータに基づいて映像信号を生成す
る機能を有する。信号生成部30は、フロントエンド部FE、デコーダDEC、処理回路
PC、受信部RCV、インターフェースIF、制御回路CTRL、分割回路DIV、及び
補正回路CCを有する。
を有する。フロントエンド部FEには、例えば、所定の方式で符合化され、変調された放
送信号などが入力される。フロントエンド部FEは、受信した映像信号の復調、アナログ
-デジタル変換などを行う機能を備えることができる。また、フロントエンド部FEはエ
ラー訂正を行う機能を有していてもよい。フロントエンド部FEによって受信され、信号
処理が施されたデータは、デコーダDECに出力される。
に入力された放送信号に含まれる画像データが圧縮されている場合、デコーダDECによ
って伸長が行われる。例えば、デコーダDECは、エントロピー復号、逆量子化、逆離散
コサイン変換(IDCT)や逆離散サイン変換(IDST)などの逆直交変換、フレーム
内予測、フレーム間予測などを行う機能を備えることができる。
gh Efficiency Video Coding(以下、HEVCという)が採
用されている。フロントエンド部FEに入力される放送信号に含まれる画像データがHE
VCに従って符号化されている場合には、デコーダDECによってHEVCに従った復号
(デコード)が行われる。
る。
データSDを生成し、補正回路CCに出力する機能を有する。
などが挙げられる。色調補正処理や輝度補正処理は、ガンマ補正などを用いて行うことが
できる。また、処理回路PCは、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フ
レーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行する機能を有して
いてもよい。
画で生じるブロックノイズ、ちらつきを生じさせるランダムノイズ、解像度のアップコン
バートにより生じるドットノイズなどのさまざまなノイズの除去が挙げられる。
換する処理である。例えば階調数を大きくする場合、小さい階調数で入力された画像デー
タに対して、各画素に対応する階調値を補間して割り当てることで、ヒストグラムを平滑
化する処理を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダイナミック
レンジ(HDR)処理も、階調変換処理に含まれる。
さ(輝度コントラスト)を補正する処理である。例えば、表示装置20が設けられる空間
の照明の種類や輝度、または色純度などに応じて、表示装置20に表示される映像の輝度
や色調が最適となるように補正される。
する処理である。例えば、新たに補間する画素の色のデータ(例えば赤色(R)、緑色(
G)、青色(B)の各色に対応する階調値)として、当該画素の周囲の画素の色のデータ
を参照し、それらの中間色となる色のデータとなるように、データを補間する。
しないフレーム(補間フレーム)の画像を生成する処理である。例えば、ある2枚の画像
の差分から2枚の画像の間に挿入する補間フレームの画像を生成する。または2枚の画像
の間に複数枚の補間フレームの画像を生成することもできる。例えば画像データのフレー
ム周波数が60Hzであったとき、複数枚の補間フレームを生成することで、表示装置2
0に出力される映像信号のフレーム周波数を、2倍の120Hz、または4倍の240H
z、または8倍の480Hzなどに増大させることができる。
こともできる。
PCから入力されたデータSDをニューラルネットワークを用いて補正し、補正されたデ
ータSD´を出力する機能を有する。
[1,1]乃至SD´[N,M]に分割する機能を有する。データSD´[i,j]は、
表示パネルDP[i,j]に表示される画像に対応する画像データである。データSD´
は、表示装置20に設けられた表示パネルDPと同数のデータに分割される。図1におい
ては、データSD´がN×M個のデータに分割され、表示装置20に出力される。
信部RCVへのデータ又は制御信号の入力には、演算処理装置40のほか、リモートコン
トローラ、携帯情報端末(スマートフォンやタブレットなど)、表示装置20に設けられ
た操作ボタンなどを用いることができる。
に設けられた演算処理装置40などから受信することができる。演算処理装置40として
は、コンピュータ、または専用サーバやクラウドなどの演算処理能力の優れた計算機を用
いることができる。演算処理装置40は、後述する機械学習システムによる学習によって
得られた重み係数Wを、受信部RCVを介して補正回路CCに供給することにより、ニュ
ーラルネットワークNN1に学習結果を反映させることができる。ここで、演算処理装置
40を、後述する機械学習システムに置き換えてもよい。
を施し、制御回路CTRLに出力する機能を有する。
る。例えば、制御回路CTRLは、デコーダDEC、処理回路PC、分割回路DIV、又
は補正回路CCに制御信号を供給する機能を有する。制御回路CTRLによる制御は、受
信部RCVが受信した制御信号などに基づいて行うことができる。
置20に映像が表示される。ここで、表示装置20に複数の表示パネルDPがマトリクス
状に配置される場合、図4(A)に示すように、表示パネルDPが隣接する領域、すなわ
ち表示パネルDPのつなぎ目の領域(図中の領域S)が存在する。複数の表示パネルDP
を用いて映像を表示する際は、領域Sにおける映像の連続性が確保されることが好ましい
。
の寄生抵抗又は寄生容量、駆動回路24の駆動能力などには、表示パネルDPごとにばら
つきが生じ得る。そのため、映像信号が各表示パネルDPに供給された際、表示パネルD
Pごとに表示映像に誤差が生じ、これによりつなぎ目の領域において映像が不連続になり
得る。また、図3(B)、(C)に示すように、一の表示パネルDPの表示領域51が他
の表示パネルDPの可視光を透過する領域52と重なる領域を有する場合、つなぎ目の領
域においては表示領域51に表示された映像が領域52を介して視認されるため、階調に
誤差が生じ得る。よって、処理回路PCによって生成されたデータSDをそのまま分割し
たデータ(データSD[1,1]乃至[N,M])を各表示パネルDPに供給すると、図
4(B-1)に示すように、領域Sにおいて不連続な映像が視認され得る。
elligence)を利用して映像信号を補正する機能を有する補正回路CCを信号生
成部30に設ける。具体的には、補正回路CCは人工ニューラルネットワーク(ANN:
Artificial Neural Network)を有し、当該人工ニューラルネ
ットワークの推論(認知)により、特につなぎ目において映像の不連続性を補償するよう
に映像信号が補正される。これにより、複数の表示パネルDPを用いて表示装置20を構
成する場合に、表示パネルDPのつなぎ目において映像の乱れを視認されにくくすること
が可能となり、映像の品質を向上させることができる。
ワークとは、ニューロンとシナプスで構成される神経網を模した回路であり、人工ニュー
ラルネットワークは人工知能の一種である。本明細書等において「ニューラルネットワー
ク」と記載する場合、特に人工ニューラルネットワークを指す。
する。具体的には、補正回路CCは、表示装置20に複数の表示パネルDPが設けられる
場合において、表示パネルDPの境界において連続的な映像が表示されるように、すなわ
ち、つなぎ目における映像の不連続性を補償するように、データSDを補正する機能を有
する。
われる。ニューラルネットワークNN1は、つなぎ目の領域において映像の不連続性を緩
和するように、映像信号を適切に補正するための学習が施されている。そして、ニューラ
ルネットワークNN1にデータSDが入力データとして供給されると、ニューラルネット
ワークNN1は推論を行い、データSD´を出力する。そして、ニューラルネットワーク
NN1によって生成されたデータSD´を分割回路DIVによって分割したN×Mのデー
タSD´[i,j]が表示装置20に供給されると、図4(B-2)に示すようにつなぎ
目が目立たない映像が表示される。
図4(C)に示すような、1つの表示パネルDPを有する表示装置20とした場合であっ
ても、トランジスタの特性又は容量素子のサイズのばらつき、配線SLの寄生抵抗又は寄
生容量の影響、駆動回路24の駆動能力の面内ばらつき、表示素子の特性の面内ばらつき
などにより、表示ムラが生じる場合がある。この場合であっても、補正回路CCによって
生成されたデータSD´により、ムラが目立たない映像を表示させることができる。
図5に、補正回路CCの構成例を示す。補正回路CCはニューラルネットワークNN1
を有し、データSDを補正する機能を有する。ニューラルネットワークNN1には、デー
タSDが入力される。
て説明するが、複数のニューラルネットワークを並列に設けた構成としてもよい。このと
き、入力されるデータSDを複数に分割して、それぞれのニューラルネットワークに入力
する。また複数のニューラルネットワークから出力されたデータを結合して1つの画像デ
ータを含むデータSD´として出力する層を有することが好ましい。これにより、映像信
号の補正を高速に行うことができる。特に、8K4Kなどの高解像度の映像データを処理
する場合に好適である。
Lを有する。ニューラルネットワークNN1は、隠れ層HLを複数有するニューラルネッ
トワーク、すなわち、ディープニューラルネットワークによって構成することができる。
なお、ディープニューラルネットワークにおける学習を、ディープラーニングと呼ぶこと
がある。出力層OL、入力層IL、隠れ層HLはそれぞれ複数のニューロン回路を有し、
異なる層に設けられたニューロン回路同士は、シナプス回路を介して接続されている。
するようにデータSDを補正する機能が、学習によって付加されている。そして、ニュー
ラルネットワークNN1にデータSDが入力されると、各層において演算処理が行われる
。各層における演算処理は、前層が有するニューロン回路の出力と重み係数との積和演算
などにより実行される。なお、層と層との結合は、全てのニューロン回路同士が結合する
全結合としてもよいし、一部のニューロン回路同士が結合する部分結合としてもよい。そ
して、演算結果はデータSD´として出力層OLから出力される。これにより、データS
DがデータSD´に補正される。
分割回路DIVに入力される。このように、ニューラルネットワークNN1で補正した映
像信号を用いることにより、表示装置20につなぎ目が目立たない映像を表示することが
できる。
なわち学習の方法については、後述する。
めて高い表示を行うことのできる表示システムを実現できる。
以下では、上記補正回路CC内のニューラルネットワークNN1に格納される重み係数
の最適化、すなわちニューラルネットワークの学習を行うことのできるシステムを例に挙
げ、当該システムの構成例、動作例とともに、本発明の一態様の機械学習方法、または機
械学習に用いるデータの生成方法について説明する。
0に加えて、表示装置20を示している。表示装置20の構成は、上記を援用できる。
置65が撮像した画像データは、データSD2として、処理装置70に出力される。撮像
装置65としては、例えばカメラを用いることができる。撮像装置65が撮像可能な解像
度は高ければ高いほどよい。特に、表示装置20の全画素数以上の解像度を有する撮像装
置を用いることが好ましい。
64b、記憶部64c等を有する。
x番目(xは1以上X以下の整数。)のデータについて(x)を付記し、例えばデータS
D1(x)などと表記する場合がある。一方、個々のデータを区別せずに説明する場合に
は、(x)を付記せずにデータSD1などと表記する場合がある。
ができる。X個のデータSD1(x)は、それぞれ異なる画像データであり、データSD
1(x)の数が多いほど、後述するニューラルネットワークNN2の学習精度を高めるこ
とができる。
出力する機能を有する。
x)[1,1]乃至[N,M]に分割し、表示装置20に出力する機能を有する。
また、撮像装置65に対して、撮像やデータの出力などの動作を要求する信号を生成し、
出力する機能を有していてもよい。なお、制御部61とは別に、処理装置70の各構成の
動作を制御する機能を有する制御部を設けてもよい。
3(x)を生成し、演算部63に出力する機能を有する。また、データ生成部62は、デ
ータSD1(x)に対してパディング処理を行ったデータSD1p(x)を生成し、演算
部63に出力する機能を有していてもよい。データ生成部が生成する各データの詳細につ
いては、後述する。
ータを追加してデータ長を合わせる処理のことを言う。ここで、対象のデータが画像デー
タである場合には、画像の上下左右にデータを追加し、元の画像の周囲に余白部分(マー
ジンともいう)を加える処理に相当する。ここで、追加するピクセルの階調値のデータと
して、「0」を用いるゼロパディングを適用してもよいし、隣接するピクセルの階調値と
同じ階調値を用いてもよい。
する。また記憶部64bは、制御部61からの要求に応じて、データ生成部62にデータ
SD2(x)を出力することができる。
(x)を格納する機能を有する。また記憶部64cは、制御部61からの要求に応じて、
データSD3(x)とデータSD1p(x)とを、演算部63に出力する機能を有する。
クとして記載したが、1つの記憶装置がこれらを兼ねていてもよい。
部62が生成したデータSD3(x)及びデータSD1p(x)を、記憶部64cを介さ
ずに直接、演算部63に順次出力することができる。
2は、データ生成部62が生成したデータSD1pと、データSD3とにより、重み係数
Wの更新、すなわち学習が行われる。
Cが有するニューラルネットワークNN1に対応した構成とすることが好ましい。ニュー
ラルネットワークNN2の構成を、ニューラルネットワークNN1と同じ構成とすること
で、学習を終えた重み係数WをそのままニューラルネットワークNN1に反映することが
できる。また、ニューラルネットワークNN2として、効率的な学習を行えるようにニュ
ーラルネットワークNN1とは異なる構成としてもよい。また、ニューラルネットワーク
NN2は主として学習を実行するのに用いられるのに対し、ニューラルネットワークNN
1は主として推論を実行するのに用いられるため、ニューラルネットワークNN1をニュ
ーラルネットワークNN2に対して簡素(シンプル)な構成としてもよい。例えば、ニュ
ーラルネットワークNN2は学習するために誤差逆伝播法(バックプロパゲーション)に
対応する計算をする必要があるが、ニューラルネットワークNN1は不要とすることがで
きる。
以下では、機械学習システム60の動作方法の一例について説明する。図7は、機械学
習システム60の動作方法の一例に係るフローチャートである。
ステップS00において、機械学習システム60の動作が開始される。
ステップS01において、記憶部64aから制御部61に、データSD1(x)が読み
出される。
ステップS02において、制御部61内の分割回路71により、データSD1(x)を
分割したN×MのデータSD1(x)[1,1]乃至[N,M]を生成する。
ステップS03において、制御部61はN×MのデータSD1(x)[1,1]乃至[
N,M]を表示装置20に出力する。表示装置20の各表示パネルDPは、入力されたデ
ータに基づいて画像を表示する。
ステップS04において、撮像装置65により表示装置20に表示された画像を撮像す
る。撮像された画像はデータSD2(x)として、記憶部64bに出力される。
ステップS05において、データ生成部62は、制御部61から入力されるデータSD
1(x)と、記憶部64bから入力されるデータSD2(x)とに基づいて、データSD
3(x)を生成し、記憶部64cに出力する。
を差し引くように演算する、すなわちこれらの差分を演算することにより、データSDc
1を生成する。
域Uが存在するとする。当該領域Uは、例えば隣接する2つの表示パネルDPにおいて、
一方の表示パネルDPの可視光を透過する領域と、他方の表示パネルDPの表示部とが重
畳した領域(つなぎ目部分)に対応する。
域Uの輝度が、他の領域よりも明るい領域となる。
ように演算する、すなわちこれらの和を演算することにより、データSD3を生成する。
タとなる。このデータSD3は、複数の表示パネルDPのつなぎ目部分における輝度の低
下を補償するように階調値が高められたデータと言うことができる。したがって、このデ
ータSD3は、そのまま表示装置20に入力すると、つなぎ目部分が視認されにくくなる
画像データである。
1[x,y]はデータSD1内の所定のアドレス[x,y]のピクセルの階調値である(
図8参照)。同様に、それぞれVg2[x,y]はデータSD2内の、Vgc1[x,y
]はデータSDc1内の、Vg3[x,y]はデータSD3内の、所定のアドレスのピク
セルの階調値である。
説明したが、実際に演算を行う際にはデータSDc1を介さないように、下記数式2に基
づいて演算を行ってもよい。
ステップS06において、撮像を終了する場合、すなわちデータSD1(x)がX番目
のデータである場合にはステップS07に移行する。一方、撮像を継続する場合、すなわ
ちデータSD1(x)がX番目でない場合には、ステップS01に移行する。このとき、
xに1を足し、次のデータ(SD(x+1))に対して、ステップS01乃至S06が行
われる。
x+1)が読み出される。
)だけ繰り返し行われる。なお、ユーザや他のプログラムからの割り込み処理が行われた
場合にはその限りでない。
ステップS07において、ニューラルネットワークNN2の学習を行う。
ーラルネットワークNN2の構成例である。また、図9(B)は、学習方法を説明するた
めの模式図である。
の畳み込み層を有する。畳み込み層を有するため、ニューラルネットワークNN2は、畳
み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural
Network)の1つとも言える。図9(A)に示すようなCNNを用いることで、よ
り精度の高いニューラルネットワークを構築することができる。
ができる。
クセル数)が減少するため、入力データとして用いるデータには、あらかじめパディング
処理を行い、画像データのサイズを大きくしておくことが好ましい。
ータ、データSD3を教師データとして用いた、いわゆる教師あり学習法により実行する
ことができる。図9(A)、(B)に示すように、ニューラルネットワークNN2の入力
層側から、パディング処理後のデータSD1pが入力され、出力層側からデータSD3が
入力される。このとき、ニューラルネットワークNN2の出力データDoutが、データ
SD3と等しくなるように(またはできるだけ近づくように)、ニューラルネットワーク
NN2内の重み係数が更新される。重み係数の更新には、誤差逆伝播法などの手法を用い
ることができる。
力データDoutが更新される。そして、出力データDoutとデータSD3との差分に
基づいて、さらに重み係数を更新する。この動作は、出力データDoutとデータSD3
の誤差(差分)が一定以下になるまで繰り返される。なお、差分の算出は、ニューラルネ
ットワークNN2の内部または外部のどちらで行われてもよい。また誤差の許容範囲は自
由に設定することができる。最終的に出力データDoutとデータSD3の誤差が一定以
下になると、1つのデータSD1についてのニューラルネットワークNN1の学習が終了
する。
ステップS08において、学習を終了する場合にはステップS09に移行し、動作を終
了する。一方、ステップS08において学習を終了しない場合には、ステップS07に移
行する。
タ(データSD3(x+1)、データSD1p(x+1))に基づいて、学習を行う。
り返し行われる。なお、ユーザや他のプログラムからの割り込み処理が行われた場合には
その限りでない。
ステップS09において動作を終了する。そして、このときのニューラルネットワーク
NN2の重み係数が、学習結果として得られる。
ステップは、それぞれ並列に行われていてもよい。例えば、1枚目の画像データ(データ
SD1(1))に基づく学習を実行している間に、2枚目の画像データ(データSD1(
2))に基づく撮像、及びデータSD3(2)の生成を行ってもよい。これにより、学習
とデータ生成とを並行して実行できるため、機械学習に要する期間を短縮することができ
る。
れ、ハードウェアが有する演算装置により読み出され、実行することができる。すなわち
、本発明の一態様は、上記で説明した動作方法に基づく動作を、ハードウェアに実行させ
るためのプログラム、または当該プログラムが格納された非一時的記憶媒体である。
以下では、上記データ生成部62の動作の変形例について説明する。
わせることでデータSD3を生成するため、データSD1の画像によっては、生成後のデ
ータSD3内のピクセルの階調値が、最大輝度の階調値(例えば8bitデータであれば
、階調値255)を超えてしまう場合がある。以下では、このような不具合が生じない方
法の例について説明する。
Dc1を生成する。
る。多くの場合、Vgc1maxに対応するピクセルは、領域U内に位置する。
転するように演算することにより、データSDc2を生成する。ここで、データSDc2
内の任意のピクセルにおける階調値を、Vgc2[x,y]とする。
の差分を演算することにより、データSD3´を生成することができる。
数式4に基づいて演算を行ってもよい。
下の値を取るため、上述した不具合が生じることが無くなる。
装置の表示ムラを好適に低減可能な、ニューラルネットワークを用いた画像補正を行うこ
とができる。
み係数が適用されたニューラルネットワークを備える表示システムは、表示装置の特性に
応じて最適な画像補正を行うことが可能なため、極めて表示品位の高い表示システムを実
現できる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したニューラルネットワークに用いること
が可能な半導体装置の構成例について説明する。
中間層(隠れ層)HLによって構成することができる。入力層IL、出力層OL、中間層
HLはそれぞれ、1又は複数のニューロン(ユニット)を有する。なお、中間層HLは1
層であってもよいし、2層以上であってもよい。2層以上の中間層HLを有するニューラ
ルネットワークはDNN(ディープニューラルネットワーク)と呼ぶこともでき、ディー
プニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。
前層又は後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層OLの各ニューロンには前層の
ニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロ
ンと結合されていてもよいし(全結合)、一部のニューロンと結合されていてもよい。
ーロンNに信号を出力する前層の2つのニューロンを示している。ニューロンNには、前
層のニューロンの出力x1と、前層のニューロンの出力x2が入力される。そして、ニュ
ーロンNにおいて、出力x1と重みw1の乗算結果(x1w1)と出力x2と重みw2の
乗算結果(x2w2)の総和x1w1+x2w2が計算された後、必要に応じてバイアス
bが加算され、値a=x1w1+x2w2+bが得られる。そして、値aは活性化関数h
()によって変換され、ニューロンNから出力信号y=h(a)が出力される。
わせる演算、すなわち積和演算が含まれる(上記のx1w1+x2w2)。この積和演算
は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われ
てもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることがで
きる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用い
てもよい。積和演算回路にアナログ回路を用いる場合、積和演算回路の回路規模の縮小、
又は、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上及び消費電力の低減を図るこ
とができる。
スタ(以下、Siトランジスタともいう)によって構成してもよいし、チャネル形成領域
に酸化物半導体を含むトランジスタ(以下、OSトランジスタともいう)によって構成し
てもよい。特に、OSトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のアナ
ログメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、SiトランジスタとOSト
ランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。以下、積和演算回路の機能を
備えた半導体装置の構成例について説明する。
図12に、ニューラルネットワークの演算を行う機能を有する半導体装置MACの構成
例を示す。半導体装置MACは、ニューロン間の結合強度(重み)に対応する第1のデー
タと、入力データに対応する第2のデータの積和演算を行う機能を有する。なお、第1の
データ及び第2のデータはそれぞれ、アナログデータ又は多値のデータ(離散的なデータ
)とすることができる。また、半導体装置MACは、積和演算によって得られたデータを
活性化関数によって変換する機能を有する。
路WDD、回路WLD、回路CLD、オフセット回路OFST、及び活性化関数回路AC
TVを有する。
図12には、セルアレイCAがm行n列(m,nは1以上の整数)のメモリセルMC(M
C[1,1]乃至[m,n])と、m個のメモリセルMCref(MCref[1]乃至
[m])を有する構成例を示している。メモリセルMCは、第1のデータを格納する機能
を有する。また、メモリセルMCrefは、積和演算に用いられる参照データを格納する
機能を有する。なお、参照データはアナログデータ又は多値のデータとすることができる
。
配線WL[i]、配線RW[i]、配線WD[j]、及び配線BL[j]と接続されてい
る。また、メモリセルMCref[i]は、配線WL[i]、配線RW[i]、配線WD
ref、配線BLrefと接続されている。ここで、メモリセルMC[i,j]と配線B
L[j]間を流れる電流をIMC[i,j]と表記し、メモリセルMCref[i]と配
線BLref間を流れる電流をIMCref[i]と表記する。
には代表例としてメモリセルMC[1,1]、[2,1]及びメモリセルMCref[1
]、[2]を示しているが、他のメモリセルMC及びメモリセルMCrefにも同様の構
成を用いることができる。メモリセルMC及びメモリセルMCrefはそれぞれ、トラン
ジスタTr11、Tr12、容量素子C11を有する。ここでは、トランジスタTr11
及びトランジスタTr12がnチャネル型のトランジスタである場合について説明する。
ス又はドレインの一方はトランジスタTr12のゲート、及び容量素子C11の第1の電
極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線WDと接続されている。トランジスタT
r12のソース又はドレインの一方は配線BLと接続され、ソース又はドレインの他方は
配線VRと接続されている。容量素子C11の第2の電極は、配線RWと接続されている
。配線VRは、所定の電位を供給する機能を有する配線である。ここでは一例として、配
線VRから低電源電位(接地電位など)が供給される場合について説明する。
及び容量素子C11の第1の電極と接続されたノードを、ノードNMとする。また、メモ
リセルMC[1,1]、[2,1]のノードNMを、それぞれノードNM[1,1]、[
2,1]と表記する。
MCrefは配線WDの代わりに配線WDrefと接続され、配線BLの代わりに配線B
Lrefと接続されている。また、メモリセルMCref[1]、[2]において、トラ
ンジスタTr11のソース又はドレインの一方、トランジスタTr12のゲート、及び容
量素子C11の第1の電極と接続されたノードを、それぞれノードNMref[1]、[
2]と表記する。
保持ノードとして機能する。ノードNMには第1のデータが保持され、ノードNMref
には参照データが保持される。また、配線BL[1]からメモリセルMC[1,1]、[
2,1]のトランジスタTr12には、それぞれ電流IMC[1,1]、IMC[2,1
]が流れる。また、配線BLrefからメモリセルMCref[1]、[2]のトランジ
スタTr12には、それぞれ電流IMCref[1]、IMCref[2]が流れる。
するため、トランジスタTr11のオフ電流は小さいことが好ましい。そのため、トラン
ジスタTr11としてオフ電流が極めて小さいOSトランジスタを用いることが好ましい
。これにより、ノードNM又はノードNMrefの電位の変動を抑えることができ、演算
精度の向上を図ることができる。また、ノードNM又はノードNMrefの電位をリフレ
ッシュする動作の頻度を低く抑えることが可能となり、消費電力を削減することができる
。
タなどを用いることができる。トランジスタTr12にOSトランジスタを用いる場合、
トランジスタTr11と同じ製造装置を用いて、トランジスタTr12を作製することが
可能となり、製造コストを抑制することができる。なお、トランジスタTr12はnチャ
ネル型であってもpチャネル型であってもよい。
電流源回路CSは、配線BL[1]乃至[n]及び配線BLrefに電流を供給する機能
を有する。なお、配線BL[1]乃至[n]に供給される電流値と配線BLrefに供給
される電流値は異なっていてもよい。ここでは、電流源回路CSから配線BL[1]乃至
[n]に供給される電流をIC、電流源回路CSから配線BLrefに供給される電流を
ICrefと表記する。
配線IL[1]乃至[n]はそれぞれ配線BL[1]乃至[n]と接続され、配線ILr
efは、配線BLrefと接続されている。ここでは、配線IL[1]乃至[n]と配線
BL[1]乃至[n]の接続箇所をノードNP[1]乃至[n]と表記する。また、配線
ILrefと配線BLrefの接続箇所をノードNPrefと表記する。
efに流す機能と、この電流ICMを配線IL[1]乃至[n]にも流す機能を有する。
図12には、配線BLrefから配線ILrefに電流ICMが排出され、配線BL[1
]乃至[n]から配線IL[1]乃至[n]に電流ICMが排出される例を示している。
また、カレントミラー回路CMから配線BL[1]乃至[n]を介してセルアレイCAに
流れる電流を、IB[1]乃至[n]と表記する。また、カレントミラー回路CMから配
線BLrefを介してセルアレイCAに流れる電流を、IBrefと表記する。
WDDは、メモリセルMCに格納される第1のデータに対応する電位を、配線WD[1]
乃至[n]に供給する機能を有する。また、回路WDDは、メモリセルMCrefに格納
される参照データに対応する電位を、配線WDrefに供給する機能を有する。回路WL
Dは、配線WL[1]乃至[m]と接続されている。回路WLDは、データの書き込みを
行うメモリセルMC又はメモリセルMCrefを選択するための信号を、配線WL[1]
乃至[m]に供給する機能を有する。回路CLDは、配線RW[1]乃至[m]と接続さ
れている。回路CLDは、第2のデータに対応する電位を、配線RW[1]乃至[m]に
供給する機能を有する。
と接続されている。オフセット回路OFSTは、配線BL[1]乃至[n]からオフセッ
ト回路OFSTに流れる電流量、及び/又は、配線BL[1]乃至[n]からオフセット
回路OFSTに流れる電流の変化量を検出する機能を有する。また、オフセット回路OF
STは、検出結果を配線OL[1]乃至[n]に出力する機能を有する。なお、オフセッ
ト回路OFSTは、検出結果に対応する電流を配線OLに出力してもよいし、検出結果に
対応する電流を電圧に変換して配線OLに出力してもよい。セルアレイCAとオフセット
回路OFSTの間を流れる電流を、Iα[1]乃至[n]と表記する。
Tは、回路OC[1]乃至[n]を有する。また、回路OC[1]乃至[n]はそれぞれ
、トランジスタTr21、トランジスタTr22、トランジスタTr23、容量素子C2
1、及び抵抗素子R1を有する。各素子の接続関係は図14に示す通りである。なお、容
量素子C21の第1の電極及び抵抗素子R1の第1の端子と接続されたノードを、ノード
Naとする。また、容量素子C21の第2の電極、トランジスタTr21のソース又はド
レインの一方、及びトランジスタTr22のゲートと接続されたノードを、ノードNbと
する。
る機能を有し、配線VbLは電位Vbを供給する機能を有する。また、配線VDDLは電
位VDDを供給する機能を有し、配線VSSLは電位VSSを供給する機能を有する。こ
こでは、電位VDDが高電源電位であり、電位VSSが低電源電位である場合について説
明する。また、配線RSTは、トランジスタTr21の導通状態を制御するための電位を
供給する機能を有する。トランジスタTr22、トランジスタTr23、配線VDDL、
配線VSSL、及び配線VbLによって、ソースフォロワ回路が構成される。
路OC[1]の動作例を説明するが、回路OC[2]乃至[n]も同様に動作させること
ができる。まず、配線BL[1]に第1の電流が流れると、ノードNaの電位は、第1の
電流と抵抗素子R1の抵抗値に応じた電位となる。また、このときトランジスタTr21
はオン状態であり、ノードNbに電位Vaが供給される。その後、トランジスタTr21
はオフ状態となる。
抗素子R1の抵抗値に応じた電位に変化する。このときトランジスタTr21はオフ状態
であり、ノードNbはフローティング状態となっているため、ノードNaの電位の変化に
伴い、ノードNbの電位は容量結合により変化する。ここで、ノードNaの電位の変化を
ΔVNaとし、容量結合係数を1とすると、ノードNbの電位はVa+ΔVNaとなる。
そして、トランジスタTr22のしきい値電圧をVthとすると、配線OL[1]から電
位Va+ΔVNa-Vthが出力される。ここで、Va=Vthとすることにより、配線
OL[1]から電位ΔVNaを出力することができる。
efに応じて定まる。ここで、抵抗素子R1と電位Vrefは既知であるため、電位ΔV
Naから配線BLに流れる電流の変化量を求めることができる。
化量に対応する信号は、配線OL[1]乃至[n]を介して活性化関数回路ACTVに入
力される。
[n]と接続されている。活性化関数回路ACTVは、オフセット回路OFSTから入力
された信号を、あらかじめ定義された活性化関数に従って変換するための演算を行う機能
を有する。活性化関数としては、例えば、シグモイド関数、tanh関数、softma
x関数、ReLU関数、しきい値関数などを用いることができる。活性化関数回路ACT
Vによって変換された信号は、出力データとして配線NIL[1]乃至[n]に出力され
る。
上記の半導体装置MACを用いて、第1のデータと第2のデータの積和演算を行うこと
ができる。以下、積和演算を行う際の半導体装置MACの動作例を説明する。
における配線WL[1]、配線WL[2]、配線WD[1]、配線WDref、ノードN
M[1,1]、ノードNM[2,1]、ノードNMref[1]、ノードNMref[2
]、配線RW[1]、及び配線RW[2]の電位の推移と、電流IB[1]-Iα[1]
、及び電流IBrefの値の推移を示している。電流IB[1]-Iα[1]は、配線B
L[1]からメモリセルMC[1,1]、[2,1]に流れる電流の総和に相当する。
メモリセルMCref[1]、[2]に着目して動作を説明するが、他のメモリセルMC
及びメモリセルMCrefも同様に動作させることができる。
まず、時刻T01-T02において、配線WL[1]の電位がハイレベルとなり、配線
WD[1]の電位が接地電位(GND)よりもVPR-VW[1,1]大きい電位となり
、配線WDrefの電位が接地電位よりもVPR大きい電位となる。また、配線RW[1
]、及び配線RW[2]の電位が基準電位(REFP)となる。なお、電位VW[1,1
]はメモリセルMC[1,1]に格納される第1のデータに対応する電位である。また、
電位VPRは参照データに対応する電位である。これにより、メモリセルMC[1,1]
及びメモリセルMCref[1]が有するトランジスタTr11がオン状態となり、ノー
ドNM[1,1]の電位がVPR-VW[1,1]、ノードNMref[1]の電位がV
PRとなる。
れる電流IMC[1,1],0は、次の式で表すことができる。ここで、kはトランジス
タTr12のチャネル長、チャネル幅、移動度、及びゲート絶縁膜の容量などで決まる定
数である。また、VthはトランジスタTr12のしきい値電圧である。
る電流IMCref[1],0は、次の式で表すことができる。
により、メモリセルMC[1,1]及びメモリセルMCref[1]が有するトランジス
タTr11がオフ状態となり、ノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位
が保持される。
しい。これにより、トランジスタTr11のリーク電流を抑えることができ、ノードNM
[1,1]及びノードNMref[1]の電位を正確に保持することができる。
WD[1]の電位が接地電位よりもVPR-VW[2,1]大きい電位となり、配線WD
refの電位が接地電位よりもVPR大きい電位となる。なお、電位VW[2,1]はメ
モリセルMC[2,1]に格納される第1のデータに対応する電位である。これにより、
メモリセルMC[2,1]及びメモリセルMCref[2]が有するトランジスタTr1
1がオン状態となり、ノードNM[2,1]の電位がVPR-VW[2,1]、ノードN
Mref[2]の電位がVPRとなる。
れる電流IMC[2,1],0は、次の式で表すことができる。
る電流IMCref[2],0は、次の式で表すことができる。
により、メモリセルMC[2,1]及びメモリセルMCref[2]が有するトランジス
タTr11がオフ状態となり、ノードNM[2,1]及びノードNMref[2]の電位
が保持される。
、メモリセルMCref[1]、[2]に参照データが格納される。
流を考える。配線BLrefには、電流源回路CSから電流が供給される。また、配線B
Lrefを流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2
]へ排出される。電流源回路CSから配線BLrefに供給される電流をICref、配
線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,0とすると、次の
式が成り立つ。
(E5)
を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ排
出される。また、配線BL[1]からオフセット回路OFSTに電流が流れる。電流源回
路CSから配線BL[1]に供給される電流をIC,0、配線BL[1]からオフセット
回路OFSTに流れる電流をIα,0とすると、次の式が成り立つ。
(E6)
次に、時刻T05-T06において、配線RW[1]の電位が基準電位よりもVX[1
]大きい電位となる。このとき、メモリセルMC[1,1]、及びメモリセルMCref
[1]のそれぞれの容量素子C11には電位VX[1]が供給され、容量結合によりトラ
ンジスタTr12のゲートの電位が上昇する。なお、電位Vx[1]はメモリセルMC[
1,1]及びメモリセルMCref[1]に供給される第2のデータに対応する電位であ
る。
セルの構成によって決まる容量結合係数を乗じた値となる。容量結合係数は、容量素子C
11の容量、トランジスタTr12のゲート容量、及び寄生容量などによって算出される
。以下では便宜上、配線RWの電位の変化量とトランジスタTr12のゲートの電位の変
化量が同じ、すなわち容量結合係数が1であるとして説明する。実際には、容量結合係数
を考慮して電位Vxを決定すればよい。
X[1]が供給されると、ノードNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位がそ
れぞれVX[1]上昇する。
のトランジスタTr12に流れる電流IMC[1,1],1は、次の式で表すことができ
る。
(E7)
らメモリセルMC[1,1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMC[1,1
]=IMC[1,1],1-IMC[1,1],0増加する。
のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[1],1は、次の式で表すことがで
きる。
らメモリセルMCref[1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMCref
[1]=IMCref[1],1-IMCref[1],0増加する。
fには、電流源回路CSから電流ICrefが供給される。また、配線BLrefを流れ
る電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2]へ排出される
。配線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,1とすると、
次の式が成り立つ。
(E9)
]を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ
排出される。さらに、配線BL[1]からオフセット回路OFSTにも電流が流れる。配
線BL[1]からオフセット回路OFSTに流れる電流をIα,1とすると、次の式が成
り立つ。
(E10)
流ΔIα)は次の式で表すことができる。
る。
ドNM[1,1]及びノードNMref[1]の電位は時刻T04-T05と同様になる
。
]大きい電位となり、配線RW[2]の電位が基準電位よりもVX[2]大きい電位とな
る。これにより、メモリセルMC[1,1]、及びメモリセルMCref[1]のそれぞ
れの容量素子C11に電位VX[1]が供給され、容量結合によりノードNM[1,1]
及びノードNMref[1]の電位がそれぞれVX[1]上昇する。また、メモリセルM
C[2,1]、及びメモリセルMCref[2]のそれぞれの容量素子C11に電位VX
[2]が供給され、容量結合によりノードNM[2,1]及びノードNMref[2]の
電位がそれぞれVX[2]上昇する。
のトランジスタTr12に流れる電流IMC[2,1],1は、次の式で表すことができ
る。
(E12)
らメモリセルMC[2,1]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMC[2,1
]=IMC[2,1],1-IMC[2,1],0増加する。
のトランジスタTr12に流れる電流IMCref[2],1は、次の式で表すことがで
きる。
らメモリセルMCref[2]のトランジスタTr12に流れる電流は、ΔIMCref
[2]=IMCref[2],1-IMCref[2],0増加する。
fには、電流源回路CSから電流ICrefが供給される。また、配線BLrefを流れ
る電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMCref[1]、[2]へ排出される
。配線BLrefからカレントミラー回路CMへ排出される電流をICM,2とすると、
次の式が成り立つ。
(E14)
]を流れる電流は、カレントミラー回路CM、メモリセルMC[1,1]、[2,1]へ
排出される。さらに、配線BL[1]からオフセット回路OFSTにも電流が流れる。配
線BL[1]からオフセット回路OFSTに流れる電流をIα,2とすると、次の式が成
り立つ。
(E15)
Iα,0と電流Iα,2の差(差分電流ΔIα)は次の式で表すことができる。
[2]) (E16)
W[2,1]と電位VX[2]の積と、を足し合わせた結果に応じた値となる。
り、ノードNM[1,1]、[2,1]及びノードNMref[1]、[2]の電位は時
刻T04-T05と同様になる。
差分電流ΔIαは、第1のデータ(重み)に対応する電位VXと、第2のデータ(入力デ
ータ)に対応する電位VWの積を足し合わせた結果に応じた値となる。すなわち、差分電
流ΔIαをオフセット回路OFSTで計測することにより、第1のデータと第2のデータ
の積和演算の結果を得ることができる。
[1]、[2]に着目したが、メモリセルMC及びメモリセルMCrefの数は任意に設
定することができる。メモリセルMC及びメモリセルMCrefの行数mを任意の数とし
た場合の差分電流ΔIαは、次の式で表すことができる。
て実行される積和演算の数を増やすことができる。
積和演算を行うことができる。なお、メモリセルMC及びメモリセルMCrefとして図
13に示す構成を用いることにより、少ないトランジスタ数で積和演算回路を構成するこ
とができる。そのため、半導体装置MACの回路規模の縮小を図ることができる。
Cの行数mは一のニューロンに供給される入力データの数に対応させ、メモリセルMCの
列数nはニューロンの数に対応させることができる。例えば、図11(A)に示す中間層
HLにおいて半導体装置MACを用いた積和演算を行う場合を考える。このとき、メモリ
セルMCの行数mは、入力層ILから供給される入力データの数(入力層ILのニューロ
ンの数)に設定し、メモリセルMCの列数nは、中間層HLのニューロンの数に設定する
ことができる。
。例えば半導体装置MACは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)、再帰型ニュ
ーラルネットワーク(RNN)、オートエンコーダ、ボルツマンマシン(制限ボルツマン
マシンを含む)などに用いることもできる。
演算を行うことができる。さらに、セルアレイCAに図13に示すメモリセルMC及びメ
モリセルMCrefを用いることにより、演算精度の向上、消費電力の削減、又は回路規
模の縮小を図ることが可能な集積回路を提供することができる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示パネルに用いることができる、画素
の構成例について説明する。
示素子として液晶素子又は発光素子を用いた画素の構成例を示す。
は、トランジスタTr11、容量素子C11、液晶素子LCを有する。なお、ここでは、
トランジスタTr11をnチャネル型としているが、トランジスタの極性は適宜変更する
ことができる。
晶素子LCの一方の電極、及び容量素子C11の一方の電極と接続され、ソース又はドレ
インの他方は配線SLと接続されている。液晶素子LCの他方の電極、及び容量素子C1
1の他方の電極は、それぞれ所定の電位が供給される配線と接続されている。トランジス
タTr11のソース又はドレインの一方、液晶素子LCの一方の電極、及び容量素子C1
1の一方の電極と接続されたノードを、ノードN11とする。
する半導体層の一部であるソース領域や、当該半導体層と接続されたソース電極などを意
味する。同様に、トランジスタのドレインとは、当該半導体層の一部であるドレイン領域
や、当該半導体層と接続されたドレイン電極などを意味する。また、ゲートとは、ゲート
電極などを意味する。
与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トラ
ンジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子
がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端
子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、
便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係
を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係にしたがってソースとドレインの呼び
方が入れ替わる。
てもよいし、容量素子C11の他方の電極と同電位としてもよい。また、液晶素子LCの
他方の電極の電位は、画素22ごとに異なっていてもよい。また、容量素子C11は、ノ
ードN11の電位を保持するための保持容量としての機能を有する。
する。具体的には、配線GLの電位を制御してトランジスタTr11をオン状態とするこ
とにより、配線SL電位(映像信号に対応)がノードN11に供給され、画素22の書き
込みが行われる。その後、配線GLの電位を制御してトランジスタTr11をオフ状態と
することにより、ノードN11の電位が保持される。
晶層と、を有する。液晶素子LCに含まれる液晶分子の配向は、一対の電極間に印加され
る電圧の値に応じて変化し、これにより液晶層の透過率が変化する。そのため、配線SL
からノードN11に供給する電位を制御することにより、画素22の階調を制御すること
ができる。
す画素22は、トランジスタTr12、Tr13、容量素子C12、発光素子LEを有す
る。なお、ここではトランジスタTr12、Tr13をnチャネル型としているが、トラ
ンジスタの極性は適宜変更することができる。
ランジスタTr13のゲート、及び容量素子C12の一方の電極と接続され、ソース又は
ドレインの他方は配線SLと接続されている。トランジスタTr13のソース又はドレイ
ンの一方は容量素子C12の他方の電極、及び発光素子LEの一方の電極と接続され、ソ
ース又はドレインの他方は電位Vaが供給される配線と接続されている。発光素子LEの
他方の電極は、電位Vcが供給される配線と接続されている。トランジスタTr12のソ
ース又はドレインの一方、トランジスタTr13のゲート、及び容量素子C12の一方の
電極と接続されたノードを、ノードN12とする。また、トランジスタTr13のソース
又はドレインの一方、及び容量素子C12の他方の電極と接続されたノードを、ノードN
13とする。
する。また、容量素子C11は、ノードN12の電位を保持するための保持容量としての
機能を有する。
する。具体的には、配線GLの電位を制御してトランジスタTr12をオン状態とするこ
とにより、配線SLの電位(映像信号に対応)がノードN12に供給され、画素22の書
き込みが行われる。その後、配線GLの電位を制御してトランジスタTr12をオフ状態
とすることにより、ノードN12の電位が保持される。
レインの間に流れる電流量が制御され、発光素子LEが当該電流量に応じた輝度で発光す
る。これにより、画素22の階調を制御することができる。なお、トランジスタTr13
は飽和領域で動作させることが好ましい。
とができる。
式を用いてもよい。また、配線SLへの映像信号の供給は、配線SLに順次映像信号を供
給する点順次駆動を用いて行ってもよいし、全ての配線SLに一斉に映像信号を供給する
線順次駆動を用いて行ってもよい。また、複数の配線SLごとに順に、映像信号を供給し
てもよい。
の表示が行われる。これにより、画素部21に表示される映像が書き換えられる。
ン、ゲルマニウム等)、ガリウムヒ素などの化合物半導体、有機半導体、金属酸化物など
を用いることができる。また、半導体は、非単結晶半導体(非晶質半導体、微結晶半導体
、多結晶半導体など)、であってもよいし、単結晶半導体であってもよい。
に、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)を含むトランジスタを用いることがで
きる。非晶質半導体を用いたトランジスタは、基板の大面積化に対応することが容易であ
るため、製造工程を簡略化することができる。
ランジスタ、すなわちOSトランジスタを用いることもできる。OSトランジスタはオフ
電流が極めて小さいため、トランジスタTr11又はトランジスタTr12としてOSト
ランジスタを用いる場合、画素22に映像信号を極めて長期間にわたって保持することが
できる。これにより、画素部21に表示される映像に変化がない期間、又は変化が一定以
下である期間において、映像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができる。映像
信号の更新の頻度は、例えば、0.1秒間に1回以下、又は、1秒間に1回以下、又は、
10秒間に1回以下などに設定することができる。また、映像信号の更新の頻度は、表示
パネルDPごとに設定することができる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示した表示システムに適用可能な表示装
置の一例について説明を行う。
図17(A)は、表示装置の一例を示す上面図である。図17(A)に示す表示装置7
00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、第1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって封止され
ている。すなわち、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17(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。
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のそれぞれに電気的に接続されるFPC端子部708(FPC:Flex
ible printed circuit)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。
装置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。
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。
放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FE
D)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-conductio
n Electron-emitter Display)などがある。液晶素子を用い
た表示装置の一例としては、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装置の一例としては、
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。
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、R
GB(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装置に限定されるものではなく、モノクロ
表示の表示装置に適用することもできる。
(W)を用いて表示装置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よい。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よい。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。
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。
ことのできる表示装置である。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。
722を有する。
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7
24を画素部702の裏側に配置して、電気機器に実装することができる。
り、狭額縁の電子機器を実現できる。
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
上の表示装置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、4K2K、ま
たは8K4Kなどといった極めて高解像度の表示装置を実現することができる。
以下では、表示素子としてEL素子を用いる構成について、図18を用いて説明する。
なお、図18は、図17(A)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。
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7
90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。
(酸化物半導体)を適用することが好ましい。これにより、非晶質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。
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。
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以下とすることが好ましい。
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。
数での駆動や、より大型の表示装置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。
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、映像
信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長
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。
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装
置に用いることで、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。
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。
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。
0上に平坦化絶縁膜770が設けられている。
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。
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。
6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。
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。
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。
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。
772、EL層786、及び導電膜788を有する。図18に示す表示装置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。
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(P
b)、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。
30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7
86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。
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18
に示す表示装置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を画素毎に島状に形成する、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。
また、図18に示す表示装置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、タッチパネル等が挙げられる。
れる、所謂インセル型のタッチパネルである。タッチパネル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。
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。
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19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。
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
。別言すると、電極793は、発光素子782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。したがって、タッチパネ
ル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装置を実現できる。なお、電極794も同様の構成とすればよい。
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。
電極794の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネルのセンサ感度を向上させる
ことができる。
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50n
m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、7
94、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。
に限定されない。例えば、表示装置700上に形成する、所謂オンセル型のタッチパネル
や、表示装置700に貼り合わせて用いる、所謂アウトセル型のタッチパネルとしてもよ
い。
用いることができる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示パネルに用いることが可能な表示装
置の構成例について説明する。ここでは特に、表示素子として液晶素子を用いた表示装置
について説明する。
図20に、表示装置400の断面構造の一例を示す。ここでは、表示素子として透過型
の液晶素子420を適用した場合の例を示している。図20において、基板412側が表
示面側となる。
している。液晶素子420は、基板411側に設けられた導電層421と、基板412側
に設けられた導電層423と、これらに挟持された液晶422と、を有する。また、液晶
422と導電層421との間に配向膜424aが設けられ、液晶422と導電層423と
の間に配向膜424bが設けられている。
機能する。また導電層421と導電層423は、いずれも可視光を透過する機能を有する
。したがって、液晶素子420は、透過型の液晶素子である。
。着色層441と遮光層442を覆って絶縁層426が設けられ、絶縁層426を覆って
導電層423が設けられている。また着色層441は、導電層421と重なる領域に設け
られている。遮光層442は、トランジスタ430や接続部438を覆って設けられてい
る。
板439bが配置されている。さらに、偏光板439aよりも外側に、バックライトユニ
ット490が設けられている。図20に示す表示装置400は、基板412側が表示面側
となる。
ジスタ430は、画素の選択トランジスタとして機能する。トランジスタ430は、接続
部438を介して液晶素子420と接続されている。
ランジスタである。トランジスタ430は、ゲート電極として機能する導電層431と、
ゲート絶縁層として機能する絶縁層434と、半導体層432と、ソース電極及びドレイ
ン電極として機能する一対の導電層433a及び導電層433bと、を有する。半導体層
432の、導電層431と重畳する部分は、チャネル形成領域として機能する。半導体層
432は、導電層433a及び導電層433bと接続されている。
れている。
る。画素電極として機能する導電層421は絶縁層481上に設けられている。また接続
部438において、絶縁層481及び絶縁層482に設けられた開口を介して、導電層4
21と導電層433bとが電気的に接続されている。絶縁層481は、平坦化層として機
能することが好ましい。また絶縁層482は、トランジスタ430等へ不純物等が拡散す
ることを抑制する保護膜としての機能を有することが好ましい。例えば、絶縁層482に
無機絶縁材料を用い、絶縁層481に有機絶縁材料を用いることができる。
図21では、着色層441を基板411側に設けた場合の例を示している。これにより
、基板412側の構成を簡略化することができる。
してもよい。
上記では、液晶素子として、液晶を挟む一対の電極が上下に配置された、縦電界方式の
液晶素子の例を示しているが、液晶素子の構成はこれに限られず、様々な方式の液晶素子
を適用することができる。
された液晶素子を有する表示装置の断面概略図を示す。
83を介して重なる導電層423と、を有する。導電層423は、スリット状または櫛歯
状の上面形状を有している。
これを容量素子460として用いることができる。そのため、画素の占有面積を縮小でき
るため、高精細な表示装置を実現できる。また、開口率を向上させることができる。
たが、図23に示すように、画素電極として機能する導電層421が、液晶422側に位
置する構成としてもよい。このとき、導電層421がスリット状または櫛歯状の上面形状
を有する。
ど、すなわちフォトマスクのマスク枚数が少ないほど、作製コストを低くすることができ
る。
、半導体層432の形成工程、導電層433a等の形成工程、接続部438となる開口部
の形成工程、及び導電層421の形成工程の、計5つのフォトリソグラフィ工程を経るこ
とで作製できる。すなわち、5枚のフォトマスクにより、バックプレーン基板を作製する
ことができる。一方、基板412(対向基板)側においては、着色層441や遮光層44
2の形成方法として、インクジェット法またはスクリーン印刷法等を用いると、フォトマ
スクが不要となるため好ましい。例えば、3色の着色層441と、遮光層442を設けた
場合には、これらをフォトリソグラフィ法で形成した場合に比べて、計4つのフォトマス
クを削減することができる。
次に、トランジスタ430の具体的な構成例について説明する。図24(A)乃至(G
)に示すトランジスタの半導体層432には、シリコンを含む半導体を用いることができ
る。シリコンを含む半導体としては、例えば、水素化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ることができる。特に、水素化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。本発明の一態様の表
示装置は、電界効果移動度が比較的低いアモルファスシリコンが適用されたトランジスタ
であっても、良好な表示が可能である。
の不純物半導体層435を有する。不純物半導体層435は、半導体層432と導電層4
33aの間、及び、半導体層432と導電層433bの間に設けられている。半導体層4
32と不純物半導体層435とは接して設けられ、不純物半導体層435と導電層433
aまたは導電層433bとは接して設けられる。
添加した半導体により形成する。トランジスタがn型である場合には、一導電型を付与す
る不純物元素を添加した半導体として、例えば、P又はAsを添加したシリコンが挙げら
れる。または、トランジスタがp型である場合には、一導電型を付与する不純物元素とし
て、例えばBを添加することも可能であるが、トランジスタはn型とすることが好ましい
。なお、不純物半導体層は、非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの
結晶性半導体により形成してもよい。
半導体層437を有する。
導体層437は、不純物半導体層435のエッチングの際に、半導体層432がエッチン
グにより消失することを防ぐためのエッチングストッパーとして機能させることができる
。なお、図24(A)において、半導体層437が左右に分離している例を示しているが
、半導体層437の一部が半導体層432のチャネル形成領域を覆っていてもよい。
もよい。これにより、半導体層437をLDD(Lightly Doped Drai
n)領域として機能させることができ、トランジスタを駆動させたときのホットキャリア
劣化を抑制することができる。
484が設けられている。絶縁層484は、不純物半導体層435のエッチングの際のエ
ッチングストッパーとして機能する。
する。半導体層432pは、結晶性の高い半導体膜を含む。例えば半導体層432pは、
多結晶半導体または単結晶半導体を含む。これにより、電界効果移動度の高いトランジス
タとすることができる。
32pを有する。例えば図24(E)に示すトランジスタは、半導体層432となる半導
体膜に対してレーザ光などを照射することにより、局所的に結晶化することにより形成す
ることができる。これにより、電界効果移動度の高いトランジスタを実現できる。
32のチャネル形成領域に、結晶性の半導体層432pを有する。
32のチャネル形成領域に、結晶性の半導体層432pを有する。
次に、トランジスタ430の他の変形例を説明する。図25(A)乃至(E)に示すト
ランジスタの半導体層432に金属酸化物を用いることにより、OSトランジスタを構成
することができる。OSトランジスタを用いる場合、映像に変化がない期間、又は変化が
一定以下である期間において、映像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができ、
消費電力の削減を図ることができる。
484が設けられている。絶縁層484は、導電層433a及び導電層433bのエッチ
ングの際のエッチングストッパーとして機能する。
434上に延在している構成を有する。この場合、導電層433a及び導電層433bは
、絶縁層484に設けられた開口を介して、半導体層432と接続されている。
85は、半導体層432、導電層433a、導電層433bを覆って設けられている。ま
た、導電層486は絶縁層485上に設けられ、半導体層432と重なる領域を有する。
電層431を第1のゲート電極とした場合、導電層486は、第2のゲート電極として機
能することができる。導電層431と導電層486に同じ電位を与えることで、トランジ
スタのオン電流を高めることができる。また、導電層431と導電層486の一方にしき
い値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トラン
ジスタのしきい値電圧を制御することができる。
電極として機能する導電層431が、半導体層432よりも上側(被形成面側とは反対側
)に設けられている。また、半導体層432上には、絶縁層434及び導電層431が積
層して形成されている。また、絶縁層482は、半導体層432の上面及び側端部、導電
層431を覆って設けられている。導電層433a及び導電層433bは、絶縁層482
上に設けられている。導電層433a及び導電層433bは、絶縁層482に設けられた
開口を介して、半導体層432と接続されている。
を示しているが、絶縁層434が半導体層432の上面及び側端部を覆って設けられてい
てもよい。
3bとの物理的な距離を離すことが容易なため、これらの間の寄生容量を低減することが
可能である。
層488を有している点で相違している。導電層487は半導体層432と重なる領域を
有する。また、絶縁層488は、導電層487を覆って設けられている。
や、しきい値電圧を制御することなどが可能である。
いてもよい。領域432nは、窒素又は水素を有する絶縁層482と接する領域を有する
。そして、絶縁層482中の窒素または水素が領域432nに添加されることにより、領
域432nがn型化される。この場合、領域432nはソース領域又はドレイン領域とし
て機能する。なお、領域432nに含まれる窒素又は水素の濃度は、チャネル形成領域よ
りも高い。また、領域432nのキャリア密度は、チャネル形成領域よりも高い。
形成領域と、ソース領域又はドレイン領域との間の接合領域としての機能を有する。領域
432jに含まれる窒素又は水素の濃度は、領域432nよりも低く、チャネル形成領域
よりも高い。また、領域432jのキャリア密度は、領域432nよりも低く、チャネル
形成領域よりも高い。
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
表示装置が有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子から
の光を取り出す基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミ
ック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
らに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示パネルを実
現できる。または、可撓性を有する程度に薄いガラスなどを基板に用いることもできる。
または、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として
機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する
絶縁層と、を有する。
えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよい
し、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート
型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設
けられていてもよい。
結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶
領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トラ
ンジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
、ゲルマニウム等)、又は金属酸化物を半導体層に用いることができる。代表的には、シ
リコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む金属酸化物などを
適用できる。シリコンを含む半導体としては、例えば水素化アモルファスシリコンを用い
ることができる。
の低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に
亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各
画素の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費
電力の低減された表示装置を実現できる。
ウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジ
ムまたはハフニウム等の金属)を含むIn-M-Zn系酸化物で表記される膜を含むこと
が好ましい。また、該半導体層を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため
、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
ニウム、アルミニウム、またはジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとして
は、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、
ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、
ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
l-Zn系酸化物、In-Sn-Zn系酸化物、In-Hf-Zn系酸化物、In-La
-Zn系酸化物、In-Ce-Zn系酸化物、In-Pr-Zn系酸化物、In-Nd-
Zn系酸化物、In-Sm-Zn系酸化物、In-Eu-Zn系酸化物、In-Gd-Z
n系酸化物、In-Tb-Zn系酸化物、In-Dy-Zn系酸化物、In-Ho-Zn
系酸化物、In-Er-Zn系酸化物、In-Tm-Zn系酸化物、In-Yb-Zn系
酸化物、In-Lu-Zn系酸化物、In-Sn-Ga-Zn系酸化物、In-Hf-G
a-Zn系酸化物、In-Al-Ga-Zn系酸化物、In-Sn-Al-Zn系酸化物
、In-Sn-Hf-Zn系酸化物、In-Hf-Al-Zn系酸化物を用いることがで
きる。
る酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZ
n以外の金属元素が入っていてもよい。
導体層と導電層を同一の金属元素とすることで、製造コストを低減させることができる。
例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで、製造コストを低減させ
ることができる。また半導体層と導電層を加工する際のエッチングガスまたはエッチング
液を共通して用いることができる。ただし、半導体層と導電層は、同一の金属元素を有し
ていても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に
、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
5eV以上、より好ましくは3eV以上であることが好ましい。このように、エネルギー
ギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することがで
きる。
を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、
Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原
子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:
M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1
、In:M:Zn=5:1:6等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそ
れぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプ
ラスマイナス40%の変動を含む。
体層は、キャリア密度が1×1017/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以
下、さらに好ましくは1×1013/cm3以下、より好ましくは1×1011/cm3
以下、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上の
金属酸化物を用いることができる。このような半導体層は、不純物濃度が低く、欠陥準位
密度が低いため、安定な特性を有する。
果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥
密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好まし
い。
含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう場合がある。このた
め、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度
)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm
3以下とすることが好ましい。
する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体
層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/c
m3以下にすることが好ましい。
造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠
陥準位密度が高い。
または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない
。
構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した
領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合があ
る。
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線お
よび電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロ
ム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタ
ングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの
材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを
含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タン
グステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅-マグネシウム-アルミニウム合
金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン
膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミ
ニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三
層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または
銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造
等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。ま
た、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい
。
配線及び電極などの導電層に用いることのできる、透光性を有する導電性材料としては、
酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添
加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金
、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバル
ト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用い
ることができる。または、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよ
い。なお、金属材料、合金材料(またはそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有
する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる
。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導
電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および
電極などの導電層や、表示素子が有する導電層(画素電極や共通電極として機能する導電
層)にも用いることができる。
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの
樹脂、シリコーンなどのシロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリ
コン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いる
こともできる。
含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、
酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
液晶素子としては、例えば垂直配向(VA:Vertical Alignment)
モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(
Multi-Domain Vertical Alignment)モード、PVA(
Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Adv
anced Super View)モードなどを用いることができる。
ばVAモードのほかに、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In
-Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Field Sw
itching)モード、ASM(Axially Symmetric aligne
d Micro-cell)モード、OCB(Optically Compensat
ed Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric L
iquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric
Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Con
trolled Birefringence)モード、ゲストホストモード等が適用さ
れた液晶素子を用いることができる。
子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の
電界または斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶と
しては、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(PDLC
:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子ネッ
トワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Crys
tal)、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。
、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
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。また、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、配向処理が不
要であり、視野角依存性が小さい。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装置の不良や破損を軽減することができる。
素子などがある。
板を設ける。また偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、
直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい
。LED(Light Emitting Diode)を備える直下型のバックライト
を用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため
好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジ
ュールの厚さを低減できるため好ましい。
ことができる。
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含
まれた樹脂材料などが挙げられる。
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、
金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層
は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。ま
た、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の
光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料
を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで
、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
が、表示素子として発光素子を用いることもできる。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した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-Al
igned Composite)-OSの詳細について説明する。
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。
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。
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3n
m以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
を有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal ox
ide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。
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。
、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。
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。
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。
、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。
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。
ligned crystal)構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZ
O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。
a、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。
。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。
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。
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。
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。
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。
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。
線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectro
scopy)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。
GZO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。
3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、InX2Zn
Y2OZ2、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InO
X1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。
X1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。
、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。
さまざまな半導体装置に最適である。
み合わせて実施することができる。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
ができる。これにより、高品質な映像を表示可能な電子機器を提供することができる。
ることができる。これにより、複数の表示パネルを用いて映像の表示を行う機能を有する
電子機器を構成することができる。また、本発明の一態様に係る表示パネルは可撓性を有
していてもよい。この場合、以下で例示する電子機器に、曲面を有する表示部を設けるこ
とができる。
ーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機
などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デ
ジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報
端末、音響再生装置、などが挙げられる。
ることで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ
及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力
、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を
有していてもよい。
(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレ
ンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行
する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す
機能等を有することができる。
101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7
101を支持した構成を示している。
イッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部70
00にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることで操作して
もよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表
示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッ
チパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示さ
れる映像を操作することができる。
機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または
無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または
双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能で
ある。
ルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイ
ス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組
み込まれている。
及びスピーカ7303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。
0である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部
7000を有する。
ることができる。
示部7000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。
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。
ルサイネージ7400は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機7311ま
たは情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示
部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の
画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を
操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実
行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽
しむことができる。
または、車両の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。図28に、本発
明の一態様に係る表示システムの車両への搭載例を示す。
明の一態様に係る表示システムの表示部を用いることができる。なお、図28には表示部
5001が右ハンドルの車両に搭載された例を示すが、特に限定されず、左ハンドルの車
両に搭載することもできる。この場合、図28に示す構成の左右の配置が替わる。
003、フロントガラス5004などを示している。表示部5001は、ダッシュボード
5002の所定の位置、具体的には運転者の回りに配置され、概略T字形状を有する。図
28には、複数の表示パネル5007(表示パネル5007a、5007b、5007c
、5007d)を用いて形成される1つの表示部5001を、ダッシュボード5002に
沿って設けた例を示しているが、表示部5001は複数箇所に分けて配置してもよい。
01を複雑な形状に加工することができ、表示部5001をダッシュボード5002など
の曲面に沿って設ける構成や、ハンドルの接続部分、計器の表示部、送風口5006など
に表示部5001の表示領域を設けない構成などを容易に実現することができる。
いてはサイドミラーの代わりにカメラ5005を設置する例を示しているが、サイドミラ
ーとカメラの両方を設置してもよい。
また、これらのカメラに加えて、赤外線カメラを組み合わせて用いてもよい。赤外線カメ
ラは、被写体の温度が高いほど出力レベルが高くなるため、人や動物等の生体を検知又は
抽出することができる。
力することができる。この表示部5001を用いて主に車両の運転を支援する。カメラ5
005によって後側方の状況を幅広い画角で撮影し、その画像を表示パネル5007に表
示することで、運転者の死角領域の視認が可能となり、事故の発生を防止することができ
る。
、5007b、5007c、及び5007dのつなぎ目における映像の不連続性を補償す
ることができる。これにより、つなぎ目が目立たない映像の表示が可能となり、運転時に
おける表示部5001の視認性を向上させることができる。
像を表示部5001に表示してもよい。距離画像センサとしては、イメージセンサやライ
ダー(LIDAR:Light Detection and Ranging)などを
用いることができる。イメージセンサによって得られた画像と、距離画像センサによって
得られた画像とを表示部5001に表示することにより、より多くの情報を運転手に提供
し、運転を支援することができる。
る機能を有していてもよい。例えば、表示パネル5007a、5007b、5007c、
及び5007dを1つの表示画面として、地図情報を大きく表示することができる。なお
、表示パネル5007の数は、表示される映像に応じて増やすことができる。
映像は、運転手の好みによって自由に設定することができる。例えば、テレビ映像、DV
D映像を左側の表示パネル5007dに表示し、地図情報を中央部の表示パネル5007
bに表示し、計器類を右側の表示パネル5007cに表示し、オーディオ類を変速ギア近
傍(運転席と助手席の間)の表示パネル5007aに表示することができる。また、複数
の表示パネル5007を組み合わせることにより、表示部5001にフェールセーフの機
能を付加することができる。例えば、ある表示パネル5007が何らかの原因で故障した
としても、表示領域を変更し、他の表示パネル5007を用いて表示を行うことができる
。
V:受信部、IF:インターフェース、CTRL:制御回路、DIV:分割回路、CC:
補正回路、10:表示システム、20:表示装置、21:画素部、22:画素、23:駆
動回路、24:駆動回路、30:信号生成部、40:演算処理装置、51:表示領域、5
1a~d:表示領域、52:領域、52a~d:領域、53:領域、54:FPC、54
a~d:FPC、55:表示領域、60:機械学習システム、61:制御部、62:デー
タ生成部、63:演算部、64:記憶部、64a~c:記憶部、65:撮像装置、70:
処理装置、71:分割回路
Claims (4)
- 表示装置に入力する画像データを補正するニューラルネットワークの機械学習システムであって、
処理装置と、撮像装置と、を有し、
前記処理装置は、前記ニューラルネットワークを含む演算部と、制御部と、データ生成部と、を有し、
前記制御部は、前記表示装置に第1の画像データを出力する機能と、前記撮像装置の動作を制御する機能と、を有し、
前記撮像装置は、前記表示装置に前記第1の画像データが入力されて表示された画像を撮像し、第2の画像データとして前記処理装置に出力する機能を有し、
前記データ生成部は、前記第1の画像データから前記第2の画像データを減算することで第3の画像データを生成する機能と、前記第1の画像データと前記第3の画像データとを足し合わせることで第4の画像データを生成する機能と、を有し、
前記演算部は、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタを有し、前記ニューラルネットワークに前記第1の画像データを入力して得られる出力データが、前記第4の画像データに近づくように、重み係数を更新する機能を有する、機械学習システム。 - 表示装置に入力する画像データを補正するニューラルネットワークの機械学習システムであって、
処理装置と、撮像装置と、を有し、
前記処理装置は、前記ニューラルネットワークを含む演算部と、制御部と、データ生成部と、を有し、
前記制御部は、前記表示装置に第1の画像データを出力する機能と、前記撮像装置の動作を制御する機能と、を有し、
前記撮像装置は、前記表示装置に前記第1の画像データが入力されて表示された画像を撮像し、第2の画像データとして前記処理装置に出力する機能を有し、
前記データ生成部は、前記第1の画像データから前記第2の画像データを減算することで第3の画像データを生成する機能と、前記第3の画像データにおける全階調値の最大値を基準に、前記第3の画像データの階調値を反転することで第5の画像データを生成する機能と、前記第1の画像データから前記第5の画像データを減算することで第6の画像データを生成する機能と、を有し、
前記演算部は、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタを有し、前記ニューラルネットワークに前記第1の画像データを入力して得られる出力データが、前記第6の画像データに近づくように、重み係数を更新する機能を有する、機械学習システム。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御部は画像分割部を有し、
前記表示装置は、複数の表示パネルを有し、
前記画像分割部は、前記制御部が出力する前記第1の画像データを前記複数の表示パネルと同数のデータに分割する機能を有する、機械学習システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記ニューラルネットワークは、入力層と、出力層との間に、1以上の畳み込み層を有し、
前記データ生成部は、前記ニューラルネットワークに入力する前記第1の画像データに対してパディング処理する機能を有する、機械学習システム。
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