(57)【要約】消費電力が低い表示システムを提供する。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、表示装置は、コントローラＩＣおよび表示ユニットを有する。アプリケーションプロセッサは、動作するアプリケーションの種類を分類し、その結果に応じてフレーム周波数を選択し、表示ユニットのアイドリングストップ駆動およびコントローラＩＣのパワーゲーティングを行う。また、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、ニューラルネットワークは、表示ユニットのアイドリングストップ駆動およびコントローラＩＣのパワーゲーティングを行うタイミングを予測する。ニューラルネットワークのパラメータは、アプリケーションの種類を分類した結果に応じて変更される
2018215867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アプリケーションプロセッサと、
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つであることを特徴とする、表示システム。
【請求項２】
請求項１において、
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。
【請求項３】
請求項１において、
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つであることを特徴とする、表示システム。
【請求項４】
請求項３において、
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、前記画像データ及び前記タッチ情報から、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、
前記第４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。
【請求項５】
請求項４において、
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。
【請求項６】
請求項１において、
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する、表示システム。
【請求項７】
請求項６において、
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、表示システム。
【請求項８】
請求項６において、
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。
【請求項９】
請求項８において、
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。
【請求項１０】
請求項１において、
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。
【請求項１１】
請求項１において、
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。
【請求項１２】
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って、
前記表示装置は、コントローラと、表示ユニットと、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、
前記アプリケーションプロセッサは、前記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、
前記アプリケーションプロセッサは、前記アプリケーションを分類した結果から、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つであることを特徴とする、電子機器。
【請求項１３】
請求項１２において、
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、前記アプリケーションを分類した結果から、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、電子機器。
【請求項１４】
請求項１２において、
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、前記アプリケーションを分類した結果から、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つであることを特徴とする、電子機器。
【請求項１５】
請求項１４において、
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、前記アプリケーションを分類した結果から、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、
前記第４の信号は、前記制御信号の１つであることを特徴とする、電子機器。
【請求項１６】
請求項１５において、
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、電子機器。
【請求項１７】
請求項１２において、
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する、電子機器。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記アプリケーションプロセッサは、前記アプリケーションを分類した結果から、前記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、電子機器。
【請求項１９】
請求項１７において、
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、電子機器。
【請求項２０】
請求項１９において、
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、電子機器。
【請求項２１】
請求項１２において、
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、電子機器。
【請求項２２】
請求項１２において、
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、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】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。【０００２】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。
【背景技術】
【０００３】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。【０００４】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。【０００５】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。【０００６】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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１４１５２２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４１５２４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５１３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】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。【０００９】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。【００１０】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。【００１１】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。【００１２】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。【００１３】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。【００１４】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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】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。【００１６】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。【００１７】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。【００１８】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。【００１９】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。【００２０】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。【００２１】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。【００２２】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。【００２３】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。【００２４】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。【００２５】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。【００２６】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。【００２７】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。【００２８】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。【００２９】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。【００３０】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。【００３１】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。【００３２】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。【００３３】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。【００３４】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。【００３５】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。【００３６】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。
【発明の効果】
【００３７】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。【００３８】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。【００３９】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。【００４０】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。【００４１】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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】表示システムの構成例を示すブロック図。
【図２】タッチセンサユニットの構成例を示す図。
【図３】コントローラＩＣの構成例を示すブロック図。
【図４】パラメータを説明する図。
【図５】フレームメモリの構成例を示す図。
【図６】レジスタの構成例を示すブロック図。
【図７】レジスタの構成例を示す回路図。
【図８】表示ユニットの構成例を示す上面図。
【図９】表示ユニットの構成例を示す断面図。
【図１０】表示ユニットの構成例を示す断面図。
【図１１】表示ユニットの構成例を示す断面図。
【図１２】表示ユニットの構成例を示す断面図。
【図１３】表示ユニットの構成例を示す断面図。
【図１４】（Ａ）表示ユニットの構成例を示すブロック図、（Ｂ）画素回路の構成例を示す回路図、（Ｃ）画素回路の構成例を示す回路図。
【図１５】表示ユニットの構成例を示すブロック図。
【図１６】階層型ニューラルネットワークの構成例と演算処理に用いる回路構成を示す図。
【図１７】誤差逆伝播方式の模式図と演算処理に用いる回路構成を示す図。
【図１８】積和演算処理回路の構成例を示す図。
【図１９】記憶回路と参照用記憶回路の構成を示す図。
【図２０】メモリセルの回路構成と接続関係を示す図。
【図２１】回路１３と回路１４と電流源回路の構成を示す図。
【図２２】タイミングチャート。
【図２３】電子機器の構成を説明する図。
【図２４】電子機器の構成を説明する図。
【図２５】電子機器の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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。
【００５７】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。
【００５８】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。
【００５９】（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。
【００６０】＜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。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】＜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。
【００６６】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。
【００６７】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。
【００６８】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。
【００６９】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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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。
【００７６】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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】＜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。
【００８０】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。
【００８１】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。
【００８２】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。
【００８３】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。
【００８４】＜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。
【００８５】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。
【００８６】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。
【００８７】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。
【００８８】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。
【００８９】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。
【００９０】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。
【００９１】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。
【００９２】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。
【００９３】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。
【００９４】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。
【００９５】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。
【００９６】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。
【００９７】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。
【００９８】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。
【００９９】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。
【０１００】＜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。
【０１０１】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。
【０１０２】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。
【０１０３】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。
【０１０４】＜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。
【０１０５】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。
【０１０６】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。
【０１０７】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。
【０１０８】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。
【０１０９】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。
【０１１０】＜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。
【０１１１】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。
【０１１２】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。
【０１１３】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。
【０１１４】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。
【０１１５】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。
【０１１６】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。
【０１１７】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。
【０１１８】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。
【０１１９】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。
【０１２０】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。
【０１２１】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。
【０１２２】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。
【０１２３】＜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。
【０１２４】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。
【０１２５】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。
【０１２６】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。
【０１２７】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。
【０１２８】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。
【０１２９】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。
【０１３０】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。
【０１３１】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。
【０１３２】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。
【０１３３】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。
【０１３４】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。
【０１３５】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。
【０１３６】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。
【０１３７】＜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。
【０１３８】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。
【０１３９】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。
【０１４０】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。
【０１４１】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。
【０１４２】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。
【０１４３】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。
【０１４４】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。
【０１４５】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。
【０１４６】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。
【０１４７】＜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。
【０１４８】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。
【０１４９】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。
【０１５０】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。
【０１５１】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。
【０１５２】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。
【０１５３】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。
【０１５４】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。
【０１５５】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。
【０１５６】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。
【０１５７】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。
【０１５８】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。
【０１５９】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。
【０１６０】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。
【０１６１】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。
【０１６２】（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。
【０１６３】＜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。
【０１６４】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。
【０１６５】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。
【０１６６】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。
【０１６７】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。
【０１６８】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。
【０１６９】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。
【０１７０】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。
【０１７１】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。
【０１７２】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。
【０１７３】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。
【０１７４】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。
【０１７５】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。
【０１７６】＜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。
【０１７７】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。
【０１７８】＜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。
【０１７９】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。
【０１８０】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。
【０１８１】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。
【０１８２】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。
【０１８３】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。
【０１８４】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。
【０１８５】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。
【０１８６】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。
【０１８７】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。
【０１８８】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。
【０１８９】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。
【０１９０】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。
【０１９１】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。
【０１９２】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。
【０１９３】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。
【０１９４】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。
【０１９５】＜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。
【０１９６】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。
【０１９７】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。
【０１９８】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。
【０１９９】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。
【０２００】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。
【０２０１】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。
【０２０２】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。
【０２０３】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。
【０２０４】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。
【０２０５】＜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。
【０２０６】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。
【０２０７】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。
【０２０８】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。
【０２０９】＜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。
【０２１０】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。
【０２１１】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。
【０２１２】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。
【０２１３】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。
【０２１４】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。
【０２１５】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。
【０２１６】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。
【０２１７】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。
【０２１８】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。
【０２１９】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。
【０２２０】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。
【０２２１】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。
【０２２２】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。
【０２２３】（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。
【０２２４】＜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。
【０２２５】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。
【０２２６】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。
【０２２７】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。
【０２２８】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。
【０２２９】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。
【０２３０】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。
【０２３１】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。
【０２３２】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。
【０２３３】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。
【０２３４】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。
【０２３５】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。
【０２３６】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。
【０２３７】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。
【０２３８】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。
【０２３９】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。
【０２４０】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。
【０２４１】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。
【０２４２】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。
【０２４３】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。
【０２４４】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。
【０２４５】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。
【０２４６】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。
【０２４７】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。
【０２４８】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。
【０２４９】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。
【０２５０】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。
【０２５１】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。
【０２５２】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。
【０２５３】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。
【０２５４】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。
【０２５５】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。
【０２５６】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。
【０２５７】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。
【０２５８】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。
【０２５９】（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。
【０２６０】＜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。
【０２６１】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。
【０２６２】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。
【０２６３】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。
【０２６４】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。
【０２６５】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。
【０２６６】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。
【０２６７】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。
【０２６８】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。
【０２６９】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。
【０２７０】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。
【０２７１】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。
【０２７２】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。
【０２７３】
2018215867.tif 000003
【０２７４】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。
【０２７５】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。
【０２７６】
2018215867.tif 000004
【０２７７】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。
【０２７８】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。
【０２７９】
2018215867.tif 000005
【０２８０】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。
【０２８１】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。
【０２８２】
2018215867.tif 000006
【０２８３】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。
【０２８４】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。
【０２８５】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。
【０２８６】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。
【０２８７】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。
【０２８８】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。
【０２８９】
2018215867.tif 000007
【０２９０】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。
【０２９１】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。
【０２９２】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。
【０２９３】
2018215867.tif 000008
【０２９４】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。
【０２９５】＜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。
【０２９６】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。
【０２９７】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。
【０２９８】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。
【０２９９】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。
【０３００】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。
【０３０１】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。
【０３０２】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。
【０３０３】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。
【０３０４】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。
【０３０５】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。
【０３０６】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。
【０３０７】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。
【０３０８】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。
【０３０９】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。
【０３１０】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。
【０３１１】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。
【０３１２】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。
【０３１３】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。
【０３１４】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。
【０３１５】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。
【０３１６】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。
【０３１７】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。
【０３１８】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。
【０３１９】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。
【０３２０】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。
【０３２１】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。
【０３２２】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。
【０３２３】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。
【０３２４】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。
【０３２５】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。
【０３２６】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。
【０３２７】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。
【０３２８】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。
【０３２９】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。
【０３３０】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。
【０３３１】
2018215867.tif 000009
【０３３２】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。
【０３３３】
2018215867.tif 000010
【０３３４】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。
【０３３５】
2018215867.tif 000011
【０３３６】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。
【０３３７】
2018215867.tif 000012
【０３３８】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。
【０３３９】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。
【０３４０】
2018215867.tif 000013
【０３４１】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。
【０３４２】
2018215867.tif 000014
【０３４３】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。
【０３４４】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。
【０３４５】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。
【０３４６】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ｚ１ｌ乃至出力ｚＭｌ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。
【０３４７】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。
【０３４８】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。
【０３４９】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。
【０３５０】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。
【０３５１】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。
【０３５２】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。
【０３５３】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。
【０３５４】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。
【０３５５】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。
【０３５６】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。
【０３５７】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。
【０３５８】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。
【０３５９】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。
【０３６０】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。
【０３６１】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。
【０３６２】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。
【０３６３】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。
【０３６４】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。
【０３６５】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。
【０３６６】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。
【０３６７】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。
【０３６８】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。
【０３６９】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。
【０３７０】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。
【０３７１】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。
【０３７２】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。
【０３７３】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。
【０３７４】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。
【０３７５】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。
【０３７６】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。
【０３７７】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。
【０３７８】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。
【０３７９】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。
【０３８０】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。
【０３８１】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。
【０３８２】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。
【０３８３】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。
【０３８４】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。
【０３８５】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。
【０３８６】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。
【０３８７】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。
【０３８８】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。
【０３８９】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。
【０３９０】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。
【０３９１】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。
【０３９２】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。
【０３９３】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。
【０３９４】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。
【０３９５】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。
【０３９６】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。
【０３９７】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。
【０３９８】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。
【０３９９】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。
【０４００】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。
【０４０１】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。
【０４０２】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。
【０４０３】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。
【０４０４】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。
【０４０５】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。
【０４０６】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。
【０４０７】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。
【０４０８】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。
【０４０９】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。
【０４１０】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。
【０４１１】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。
【０４１２】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。
【０４１３】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。
【０４１４】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。
【０４１５】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。
【０４１６】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。
【０４１７】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。
【０４１８】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。
【０４１９】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。
【０４２０】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。
【０４２１】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。
【０４２２】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。
【０４２３】（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。
【０４２４】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。
【０４２５】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。
【０４２６】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。
【０４２７】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。
【０４２８】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。
【０４２９】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。
【０４３０】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。
【０４３１】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。
【０４３２】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。
【０４３３】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。
【０４３４】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。
【０４３５】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。
【０４３６】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。
【０４３７】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。
【０４３８】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。
【０４３９】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。
【０４４０】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。
【０４４１】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。
【０４４２】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。
【０４４３】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。
【０４４４】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。
【０４４５】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。
【０４４６】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。
【０４４７】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。
【０４４８】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。
【０４４９】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。
【０４５０】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。
【０４５１】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。
【０４５２】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。
【０４５３】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。
【０４５４】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。
【０４５５】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。
【０４５６】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。
【０４５７】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。
【０４５８】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。
【０４５９】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。
【０４６０】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。
【０４６１】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。
【０４６２】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。
【０４６３】（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。
【０４６４】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。
【０４６５】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。
【０４６６】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。
【０４６７】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。
【０４６８】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。
【０４６９】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。
【０４７０】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。
【０４７１】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。
【０４７２】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。
【０４７３】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。
【０４７４】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。
【０４７５】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。
【０４７６】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。
【０４７７】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。
【０４７８】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。
【０４７９】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。
【０４８０】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。
【０４８１】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。
【０４８２】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。
【０４８３】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。
【０４８４】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。
【０４８５】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。
【０４８６】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。
【０４８７】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。
【０４８８】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。
【符号の説明】
【０４８９】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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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