(57)【要約】新規な半導体装置又は表示システムの提供。又は、立体感のある映像の表示を可能とする半導体装置又は表示システムの提供。信号生成部が人工知能を用いて、映像のシーンに関する情報と映像の奥行きに関する情報を取得し、これらの情報に基づいて立体感を強調するように画像データを補正する機能を有する。そして、画像データの補正によって得られた映像信号を表示部に供給することにより、表示領域に立体感のある映像を表示することが可能となる。
2018172881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の取得部と、第２の取得部と、選択部と、補正部と、を有し、
前記第１の取得部は、映像のシーンに関する第１の情報を取得する機能を有し、
前記第２の取得部は、映像の奥行きに関する第２の情報を取得する機能を有し、
前記選択部は、前記第１の情報及び前記第２の情報に基づいて、映像の立体感の強調に適した深度マップを選択する機能を有し、
前記補正部は、前記深度マップに基づいて画像データを補正する機能を有し、
前記選択部は、ニューラルネットワークを有し、
前記ニューラルネットワークの入力層には、前記第２の情報が入力され、
前記ニューラルネットワークの出力層から、前記深度マップの選択結果が出力される半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の取得部は、機械学習を用いて前記第１の情報を取得する機能を有し、
前記第２の取得部は、機械学習を用いて前記第２の情報を取得する機能を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記補正部は、変換部と、強調部と、を有し、
前記補正部は、前記画像データの補正を行う機能を有し、
前記強調部は、前記補正部によって補正された前記画像データに、立体感を強調する処理を施す機能を有する半導体装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記ニューラルネットワークは、積和演算素子を有し、
前記積和演算素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有する記憶回路を有し、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲート及び前記容量素子と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する半導体装置。
【請求項５】
請求項１又は２のいずれか一項に記載の半導体装置によって構成された信号生成部と、表示部と、を有し、
前記信号生成部は、補正された前記画像データを用いて映像信号を生成する機能を有し、
前記表示部は、前記映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記表示部は、表示パネルを有し、
前記表示パネルは、可撓性を有する表示システム。
【請求項７】
表示部と、信号生成部と、を有し、
前記表示部は、表示パネルを有し、
前記表示パネルは、表示素子と、第１のトランジスタと、を有し、
前記表示素子は、前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記表示素子は、マイクロ発光ダイオードを有し、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記信号生成部は、画像データを補正する機能と、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能と、を有し、
前記表示部は、前記映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システム。
【請求項８】
表示部と、信号生成部と、を有し、
前記表示部は、表示パネルを有し、
前記表示パネルは、表示素子を有し、
前記表示素子は、マイクロ発光ダイオードを有し、
前記信号生成部は、第１のトランジスタを有し、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記信号生成部は、画像データを補正する機能と、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能と、を有し、
前記表示部は、前記映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記表示パネルは、さらに、第２のトランジスタを有し、
前記表示素子は、前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する表示システム。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項において、
前記信号生成部は、第１の取得部と、第２の取得部と、選択部と、補正部と、を有し、
前記第１の取得部は、映像のシーンに関する第１の情報を取得する機能を有し、
前記第２の取得部は、映像の奥行きに関する第２の情報を取得する機能を有し、
前記選択部は、前記第１の情報及び前記第２の情報に基づいて、映像の立体感の強調に適した深度マップを選択する機能を有し、
前記補正部は、前記深度マップに基づいて画像データを補正する機能を有し、
前記選択部は、ニューラルネットワークを有し、
前記ニューラルネットワークの入力層には、前記第２の情報が入力され、
前記ニューラルネットワークの出力層から、前記深度マップの選択結果が出力される表示システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１の取得部は、機械学習を用いて前記第１の情報を取得する機能を有し、
前記第２の取得部は、機械学習を用いて前記第２の情報を取得する機能を有する表示システム。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記補正部は、変換部と、強調部と、を有し、
前記強調部は、前記補正部によって補正された画像データに、立体感を強調する処理を施す機能を有する表示システム。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記ニューラルネットワークは、積和演算素子を有し、
前記積和演算素子は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、容量素子と、を有する記憶回路を有し、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第４のトランジスタのゲート及び前記容量素子と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する表示システム。
【請求項１４】
請求項７乃至９のいずれか一項において、
前記表示パネルは、可撓性を有する表示システム。
【請求項１５】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の表示システムが搭載された電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一態様は、半導体装置、表示システム及び電子機器に関する。【０００２】なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、表示システム、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。【０００３】また、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、表示装置、撮像装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】近年、表示装置の用途は多様化しており、例えば、携帯情報端末、家庭用のテレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）や、ＰＩＤ（Ｐｕｂｌｉｃ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などに表示装置が用いられている。【０００５】表示装置としては、代表的には有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を備える発光装置、液晶表示装置、電気泳動方式などにより表示を行う電子ペーパーなどが挙げられる。特許文献１には、曲面を含む表示部を用いることにより、立体感又は奥行き感を得ることが可能な表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１１０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】本発明の一態様は、新規な半導体装置又は表示システムの提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、立体感のある映像の表示を可能とする半導体装置又は表示システムの提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、汎用性の高い半導体装置又は表示システムの提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、構成が簡略化された半導体装置又は表示システムの提供を課題とする。又は、本発明の一態様は、消費電力が低い半導体装置又は表示システムの提供を課題とする。【０００８】なお、本発明の一態様は、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、自ずと明らかとなるものであり、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】
【０００９】本発明の一態様に係る半導体装置は、第１の取得部と、第２の取得部と、選択部と、補正部と、を有し、第１の取得部は、映像のシーンに関する第１の情報を取得する機能を有し、第２の取得部は、映像の奥行きに関する第２の情報を取得する機能を有し、選択部は、第１の情報及び第２の情報に基づいて、映像の立体感の強調に適した深度マップを選択する機能を有し、補正部は、深度マップに基づいて画像データを補正する機能を有し、選択部は、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の入力層には、第２の情報が入力され、ニューラルネットワークの出力層から、深度マップの選択結果が出力される半導体装置である。【００１０】また、本発明の一態様に係る半導体装置において、第１の取得部は、機械学習を用いて第１の情報を取得する機能を有し、第２の取得部は、機械学習を用いて第２の情報を取得する機能を有していてもよい。【００１１】また、本発明の一態様に係る半導体装置において、補正部は、変換部と、強調部と、を有し、補正部は、画像データの補正を行う機能を有し、強調部は、補正部によって補正された画像データに、立体感を強調する処理を施す機能を有していてもよい。【００１２】また、本発明の一態様に係る半導体装置において、ニューラルネットワークは、積和演算素子を有し、積和演算素子は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、容量素子と、を有する記憶回路を有し、第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第２のトランジスタのゲート及び容量素子と電気的に接続され、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有していてもよい。【００１３】また、本発明の一態様に係る表示システムは、上記の半導体装置によって構成された信号生成部と、表示部と、を有し、信号生成部は、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能を有し、表示部は、映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システムである。【００１４】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、表示部は、表示パネルを有し、表示パネルは、可撓性を有していてもよい。【００１５】また、本発明の一態様に係る表示システムは、表示部と、信号生成部と、を有し、表示部は、表示パネルを有し、表示パネルは、表示素子と、第１のトランジスタと、を有し、表示素子は、第１のトランジスタと電気的に接続され、表示素子は、マイクロ発光ダイオード（以下、マイクロＬＥＤとも記す）を有し、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、信号生成部は、画像データを補正する機能と、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能と、を有し、表示部は、映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システムである。【００１６】また、本発明の一態様に係る表示システムは、表示部と、信号生成部と、を有し、表示部は、表示パネルを有し、表示パネルは、表示素子を有し、表示素子は、マイクロ発光ダイオードを有し、信号生成部は、第１のトランジスタを有し、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、信号生成部は、画像データを補正する機能と、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能と、を有し、表示部は、映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システムである。【００１７】また、本発明の一態様に係る表示システムは、表示部と、信号生成部と、を有し、表示部は、表示パネルを有し、表示パネルは、表示素子と、第１のトランジスタと、を有し、表示素子は、第１のトランジスタと電気的に接続され、表示素子は、マイクロ発光ダイオードを有し、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、信号生成部は、第２のトランジスタを有し、第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、信号生成部は、画像データを補正する機能と、補正された画像データを用いて映像信号を生成する機能と、を有し、表示部は、映像信号に基づいて映像を表示する機能を有する表示システムである。【００１８】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、信号生成部は、第１の取得部と、第２の取得部と、選択部と、補正部と、を有し、第１の取得部は、映像のシーンに関する第１の情報を取得する機能を有し、第２の取得部は、映像の奥行きに関する第２の情報を取得する機能を有し、選択部は、第１の情報及び第２の情報に基づいて、映像の立体感の強調に適した深度マップを選択する機能を有し、補正部は、深度マップに基づいて画像データを補正する機能を有し、選択部は、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の入力層には、第２の情報が入力され、ニューラルネットワークの出力層から、深度マップの選択結果が出力されてもよい。【００１９】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、第１の取得部は、機械学習を用いて第１の情報を取得する機能を有し、第２の取得部は、機械学習を用いて第２の情報を取得する機能を有していてもよい。【００２０】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、補正部は、変換部と、強調部と、を有し、強調部は、補正部によって補正された画像データに、立体感を強調する処理を施す機能を有していてもよい。【００２１】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、ニューラルネットワークは、積和演算素子を有し、積和演算素子は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、容量素子と、を有する記憶回路を有し、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第４のトランジスタのゲート及び容量素子と電気的に接続され、第３のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有していてもよい。【００２２】また、本発明の一態様に係る電子機器は、上記のいずれかの表示システムが搭載された電子機器である。
【発明の効果】
【００２３】本発明の一態様により、新規な半導体装置又は表示システムを提供することができる。又は、本発明の一態様により、立体感のある映像の表示を可能とする半導体装置又は表示システムを提供することができる。又は、本発明の一態様により、汎用性の高い半導体装置又は表示システムを提供することができる。又は、本発明の一態様により、構成が簡略化された半導体装置又は表示システムを提供することができる。又は、本発明の一態様により、消費電力が低い半導体装置又は表示システムを提供することができる。【００２４】なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。また、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。これら以外の効果は、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、特許請求の範囲、図面などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】表示システムの構成例を示す図。
【図２】シーン情報の例を示す図。
【図３】奥行き情報の例を示す図。
【図４】深度マップの例を示す図。
【図５】選択部の構成例を示す図。
【図６】ニューラルネットワークの構成例を示す図。
【図７】生成部の構成例及び強調処理の例を示す図。
【図８】学習部の構成例を示す図。
【図９】ニューラルネットワークの構成例を示す図。
【図１０】フローチャート。
【図１１】演算装置の構成例を示す図。
【図１２】半導体装置の構成例を示す図。
【図１３】記憶回路の構成例を示す図。
【図１４】メモリセルの構成例を示す図。
【図１５】回路の構成例を示す図。
【図１６】タイミングチャート。
【図１７】トランジスタの構成例を示す図。
【図１８】エネルギーバンド構造を示す図。
【図１９】半導体装置の構成例を示す図。
【図２０】表示装置の構成例を示す図。
【図２１】表示装置の構成例を示す図。
【図２２】表示パネルの構成例を示す図。
【図２３】表示装置の構成例を示す図。
【図２４】表示装置の構成例を示す図。
【図２５】表示装置の構成例を示す図。
【図２６】表示装置の構成例を示す図。
【図２７】表示装置の構成例を示す図。
【図２８】電子機器の構成例を示す図。
【図２９】電子機器の構成例を示す図。
【図３０】車両の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態における説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、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。
【００２７】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、トランジスタのチャネル領域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。以下、チャネル領域に金属酸化物を含むトランジスタを、ＯＳトランジスタとも表記する。
【００２８】また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。金属酸化物の詳細については後述する。
【００２９】また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも、図又は文章に記載されているものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【００３０】ＸとＹとが直接的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に接続されていない場合であり、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）を介さずに、ＸとＹとが、接続されている場合である。
【００３１】ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、オン状態、又は、オフ状態になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。又は、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、ＸとＹとが電気的に接続されている場合は、ＸとＹとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
【００３２】ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変換回路（ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅又は電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。なお、ＸとＹとが機能的に接続されている場合は、ＸとＹとが直接的に接続されている場合と、ＸとＹとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
【００３３】なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合）とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
【００３４】また、図面上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
【００３５】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置及び表示システムについて説明する。
【００３６】＜表示システムの構成例＞
図１に、表示システム１０の構成例を示す。表示システム１０は、外部から受信したデータに基づいて映像を表示するための信号を生成し、当該信号を用いて映像を表示する機能を有する。表示システム１０は、表示部２０、信号生成部３０、及び演算部４０を有する。
【００３７】なお、表示部２０、信号生成部３０、及び演算部４０は、いずれも半導体装置によって構成することができる。また、表示部２０は表示装置によって構成することができ、演算部４０は演算装置によって構成することができる。また、信号生成部３０に含まれる回路は、１つの集積回路に集約することができる。よって、表示部２０は半導体装置又は表示装置と呼ぶこともできる。また、信号生成部３０は半導体装置又は集積回路と呼ぶこともできる。また、演算部４０は半導体装置又は演算装置と呼ぶこともできる。
【００３８】［表示部］
表示部２０は、表示領域ＤＳＰを有する。表示領域ＤＳＰは、信号生成部３０から入力される、所定の映像を表示するための信号（以下、映像信号ともいう）に基づいて、映像を表示する機能を有する。表示領域ＤＳＰは、複数の画素ｐｉｘによって構成されている。ここでは、表示領域ＤＳＰがｎ行ｍ列（ｎ、ｍは自然数）の画素ｐｉｘによって構成されている場合について説明する。
【００３９】画素ｐｉｘはそれぞれ表示素子を有し、所定の階調を表示する機能を有する。そして、画素ｐｉｘの階調が制御されることにより、表示領域ＤＳＰに所定の映像が表示される。
【００４０】画素ｐｉｘに設けられる表示素子の例としては、液晶素子、発光素子などが挙げられる。液晶素子としては、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、半透過型の液晶素子などを用いることができる。また、表示素子として、シャッター方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、光干渉方式のＭＥＭＳ素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。また、発光素子の例としては、例えばＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。
【００４１】表示領域ＤＳＰに設けられる画素ｐｉｘの数は、自由に設定することができる。例えば、表示領域ＤＳＰに４Ｋ２Ｋの映像を表示する場合は、３８４０×２１６０個以上、又は４０９６×２１６０個以上の画素を設けることが好ましい。また、表示領域ＤＳＰに８Ｋ４Ｋの映像を表示する場合は、７６８０×４３２０個以上の画素を設けることが好ましい。また、表示領域ＤＳＰにはさらに多くの画素ｐｉｘを設けることもできる。
【００４２】また、表示領域ＤＳＰは曲面を有していてもよい。これにより、様々な場所に映像を表示することが可能となる。例えば、建物の内壁や外壁、車両の内装もしくは外装などの曲面に沿って表示領域ＤＳＰを設けることが可能となる。
【００４３】表示部２０に表示しようとする映像内には、３次元の物体や風景などが含まれ得る。しかしながら、実際に表示領域ＤＳＰに表示される映像は、ｎ×ｍの２次元配列の画像データによって表現され、２次元の映像として表示される。そのため、表示領域ＤＳＰに立体感のある３次元的な映像を表示するためには、立体感を強調するための画像処理を行うことが好ましい。２次元の映像の立体感の強調は、例えば、映像の輝度、映像内の物体の大きさ、空気遠近感（背景の青み、輪郭のぼけなど）、陰影、又はコントラストなどを制御することにより行うことができる。
【００４４】ここで、本発明の一態様においては、映像の立体感を強調する映像信号が、人工知能（ＡＩ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を用いて生成される。具体的には、信号生成部３０が人工知能を用いて、映像のシーンに関する情報（以下、シーン情報ともいう）と映像の奥行きに関する情報（以下、奥行き情報ともいう）を取得し、これらの情報に基づいて立体感を強調するように画像データを補正する機能を有する。そして、画像データの補正によって得られた映像信号を表示部２０に供給することにより、表示領域ＤＳＰに立体感のある映像を表示することが可能となる。
【００４５】なお、人工知能とは、人間の知能を模した計算機の総称である。本明細書等において、人工知能には機械学習を用いて演算を行う計算機が含まれる。機械学習の例としては、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ブースティングなどが挙げられる。また、本明細書等において、人工知能には人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｎｅｕｒａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）が含まれる。人工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される神経網を模した回路である。本明細書等において「ニューラルネットワーク」と記載する場合、特に人工ニューラルネットワークを指す。以下、人工知能を備えた信号生成部３０について説明する。
【００４６】［信号生成部の構成例］
信号生成部３０は、外部から入力されたデータＤに基づいて映像信号を生成する機能を有する。信号生成部３０は、受信部ＲＣＶ、取得部ＳＡ、取得部ＤＡ、選択部ＳＰ、補正部ＣＰ、画像処理部ＩＰ、及び出力部ＯＰを有する。これらはいずれも、回路によって構成することができる。
【００４７】受信部ＲＣＶは、外部から入力されるデータＤを受信し、適宜信号処理を施す機能を有する。例えば、受信部ＲＣＶは、データＤの復調、アナログ−デジタル変換、デコードなどを行う機能を有する。受信部ＲＣＶには、所定の方式で変調され、エンコードされた放送信号などが入力される。なお、データＤの受信は、無線であっても有線であってもよい。
【００４８】受信部ＲＣＶの信号処理により、表示部２０に表示される映像に対応する画像データ（データＩＤ）が生成され、取得部ＳＡ及び取得部ＤＡに出力される。
【００４９】取得部ＳＡは、データＩＤに対応する映像のシーン情報を取得する機能を有する。シーン情報の例としては、映像の全体の構成に関する情報、映像に含まれる物体の情報、映像のシチュエーション（場所や時間帯など）に関する情報などが含まれる。映像のシチュエーションの具体例としては、屋内の映像であるか屋外の映像であるかの情報や、明け方の映像、日中の映像、夕方の映像、夜間の映像のうちどれであるかの情報などが挙げられる。
【００５０】図２に、取得部ＳＡによって取得されるシーン情報の例を示す。図２（Ａ）は、データＩＤによって表現される映像ＩＭＧの例である。取得部ＳＡにデータＩＤが入力されると、取得部ＳＡは映像ＩＭＧに含まれる物体の認識を行う。図２（Ｂ）に、取得部ＳＡの物体認識によって、映像ＩＭＧ内に建物（ｂｕｉｌｄｉｎｇ）、木（ｔｒｅｅ）、及び人（ｈｕｍａｎ）が存在するとの情報が取得されている様子を示す。
【００５１】また、取得部ＳＡによって、映像ＩＭＧのシチュエーションに関する情報が取得されてもよい。図２（Ｂ）には、取得部ＳＡによって、映像ＩＭＧが日中の屋外における映像であるとの情報（ｏｕｔｄｏｏｒ  ｄａｙｔｉｍｅ）が取得されている様子を示す。
【００５２】上記のようなシーン情報が取得部ＳＡによって取得され、選択部ＳＰにデータＤｓとして出力される。
【００５３】取得部ＤＡは、データＩＤに対応する映像の奥行き情報を取得する機能を有する。奥行き情報の例としては、映像内の物体の大きさ、映像内の物体間の距離、空気遠近感、陰影、空気散乱によるコントラストの低下などが挙げられる。空気遠近感は、光の散乱によって生じる遠近感であり、遠景ほど物体のかすみ、輪郭のぼけが生じ、青みがかった映像となる現象である。これらの情報に基づいて、映像の奥行きを推定することができる。
【００５４】図３に、取得部ＤＡによって取得される奥行き情報の例を示す。データＩＤによって表現される映像ＩＭＧから、物体（建物、木、人）の高さＨｂ、Ｈｔ、Ｈｈ、物体間の距離ｄ、人の陰影（ｓｈａｄｉｎｇ）、人による木の隠蔽（ｈｉｄｉｎｇ）、後方の青みがかった領域（ｂｌｕｉｓｈ）、建物の輪郭のぼけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）、及び前景と後景のコントラストの差（ｃｏｎｔｒａｓｔ）などが、奥行き情報として取得されている。これらの奥行き情報から、木は人よりも後方に位置し、建物は木の後方に位置していることなどが認識される。
【００５５】上記のような奥行き情報が取得部ＤＡによって取得され、選択部ＳＰにデータＤｄとして出力される。
【００５６】シーン情報及び奥行き情報の取得は、それぞれ機械学習を用いて行うことができる。この場合、特徴量及び機械学習の種類は自由に選択することができる。例えば、輝度の情報に基づいて映像の特徴を抽出する場合は、特徴量としてＪｏｉｎｔ  Ｈａａｒ−ｌｉｋｅ特徴量、スパース特徴量などを用いることができる。また、エッジの情報に基づいて映像の特徴を抽出する場合は、特徴量としてＳｈａｐｅｌｅｔ特徴量、Ｊｏｉｎｔ  ＨＯＧ特徴量などを用いることができる。また、機械学習には、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ブースティング、ニューラルネットワークなどを用いることができる。また、特徴量の抽出をニューラルネットワークによって行うこともできる。
【００５７】選択部ＳＰは、映像の立体感の強調に適した深度マップを選択する機能を有する。具体的には、選択部ＳＰはシーン情報及び奥行き情報に基づいて、映像の深度マップ（以下、映像深度マップともいう）、又は映像に含まれる物体の深度マップ（以下、物体深度マップともいう）を選択する機能を有する。映像深度マップ又は物体深度マップは予め複数用意され、シーン情報及び奥行き情報に応じて、立体感の強調に適した深度マップが選択される。
【００５８】選択部ＳＰによって選択された深度マップは、画像データの補正に用いられる。シーン情報及び奥行き情報に基づいて選択された深度マップに従って、映像又は映像に含まれる物体の座標を変換することにより、映像の立体感を強調することができる。
【００５９】図４（Ａ）に映像深度マップの例を示す。映像深度マップＩＤＭは、映像全体の深度を示すマップである。選択部ＳＰは、データＤｓ及びデータＤｄに基づいて、複数の深度マップＩＤＭから立体感の強調に適した一の深度マップＩＤＭを選択する機能を有する。
【００６０】また、図４（Ｂ）に物体深度マップの例を示す。物体深度マップＯＤＭは、映像に含まれる箱型の物体の深度を示すマップである。選択部ＳＰは、データＤｓ及びデータＤｄに基づいて、複数の深度マップＯＤＭから立体感の強調に適した一の深度マップＯＤＭを選択する機能を有する。なお、物体深度マップの選択は、映像に含まれる物体ごとに行うことができる。
【００６１】立体感を効果的に強調するためには、上記の深度マップの選択を映像の内容に応じて適切に行う必要がある。ここで、選択部ＳＰはニューラルネットワークＮＮ１（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ）を用いて深度マップを選択する機能を有する。これにより、様々なシーン情報及び奥行き情報から適切な深度マップを選択することが可能となる。ニューラルネットワークＮＮ１を備えた選択部ＳＰの構成例を、図５に示す。
【００６２】図５（Ａ）に示す選択部ＳＰは、複数のニューラルネットワークＮＮ１を用いて深度マップを選択する機能を有する。選択部ＳＰは、分配回路ＤＣ、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のニューラルネットワークＮＮ１を有する。
【００６３】分配回路ＤＣは、データＤｄを分配し、データＤｄが供給されるニューラルネットワークＮＮ１を選択する機能を有する。データＤｄが供給されるニューラルネットワークＮＮ１の選択は、データＤｓに基づいて決定される。
【００６４】複数のニューラルネットワークＮＮ１はそれぞれ、データＤｄを入力データとして用いた推論により、映像又は映像に含まれる物体の深度マップを選択する機能を有する。ニューラルネットワークＮＮ１［１］乃至［Ｎ］はそれぞれ、予め用意された複数の深度マップから、立体感の強調に適した深度マップを選択することができるように学習が施されている。そして、ニューラルネットワークＮＮ１［１］乃至［Ｎ］の出力層からは、それぞれ選択結果に対応するデータＤｄｍ［１］乃至［Ｎ］が出力される。
【００６５】一例として、建物、木、人が含まれる映像の立体感を強調するための深度マップを選択する場合を考える。このとき、例えばニューラルネットワークＮＮ１［１］乃至［４］はそれぞれ、映像全体、建物、木、人の深度マップを選択するニューラルネットワークとして用いられる。データＤｄが選択回路ＣＰに入力されると、分配回路ＤＣは、当該データＤｄが映像全体、建物、木、人のいずれの奥行き情報であるか、すなわち奥行き情報の対象に応じて、データＤｄを特定のニューラルネットワークＮＮ１に分配する。なお、奥行き情報の対象は、データＤｓに基づいて判別することができる。
【００６６】具体的には、データＤｄが映像全体に関する奥行き情報である場合は、データＤｄがニューラルネットワークＮＮ１［１］に入力される。また、データＤｄが建物、木、人に関する奥行き情報である場合はそれぞれ、データＤｄがニューラルネットワークＮＮ１［２］、［３］、［４］に入力される。そして、ニューラルネットワークＮＮ１［１］乃至［４］により、立体感の強調に適した深度マップが選択され、データＤｄｍ［１］乃至［４］として出力される。
【００６７】ニューラルネットワークＮＮ１の具体的な構成例を、図６に示す。ニューラルネットワークＮＮ１は、入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、及び隠れ層（中間層）ＨＬを有する。入力層ＩＬには、データＤｄに含まれる奥行き情報に対応するデータｄ１乃至ｄｉ（ｉは自然数）が入力される。
【００６８】なお、ニューラルネットワークＮＮ１は、隠れ層ＨＬを複数有するネットワーク（ＤＮＮ：ディープニューラルネットワーク）であってもよい。ディープニューラルネットワークの学習を深層学習と呼ぶことがある。出力層ＯＬ、入力層ＩＬ、隠れ層ＨＬはそれぞれ複数のユニット（ニューロン回路）を有し、各ユニットの出力は、重み（結合強度）を介して異なる層に設けられたユニットに供給される。
【００６９】なお、ニューラルネットワークＮＮ１の重み係数は信号生成部３０の外部から入力することができる。具体的には、演算部４０によって算出された重み係数Ｗが選択部ＳＰに供給され、ニューラルネットワークＮＮ１は当該重み係数Ｗを格納する機能を有する。
【００７０】ニューラルネットワークＮＮ１には、奥行き情報（データｄ１乃至ｄｉ）に基づいて、立体化の強調に適した深度マップを選択する機能が学習によって付加されている。そして、ニューラルネットワークＮＮ１の入力層にデータｄ１乃至ｄｉが入力されると、各層において演算処理が行われる。各層における演算処理は、前層のユニットの出力と重み係数との積和演算などにより実行される。なお、層間の結合は全てのユニット同士が結合された全結合としてもよいし、一部のユニット同士が結合された部分結合としてもよい。そして、深度マップの選択結果はデータｄｍ１乃至データｄｍｊ（ｊは自然数）として出力層ＯＬから出力される。
【００７１】データｄｍ１乃至データｄｍｊはそれぞれ、特定の深度マップに対応する。そして、データｄｍの値は、対応する深度マップが立体化の強調に適した深度マップである確率に対応させることができる。このような構成は、出力層ＯＬのユニット数をｊ個とし、出力層ＯＬの活性化関数としてソフトマックス関数などを用いることにより実現することができる。そして、データｄｍ１乃至データｄｍｊのうち最も値が大きいデータｄｍが深度マップの選択結果に対応し、選択された深度マップがデータＤｄｍとして補正部ＣＰに出力される。このようにして、ｊ個の深度マップから立体感の強調に適した特定の深度マップが選択される。
【００７２】選択部ＳＰにニューラルネットワークを用いることにより、未知の奥行き情報の組み合わせに基づいて適切な深度マップを選択することが可能となる。そのため、選択部ＳＰの汎用性を向上させることができる。
【００７３】なお、複数の深度マップの選択が一のニューラルネットワークＮＮ１によって行われてもよい。図５（Ｂ）に、一のニューラルネットワークＮＮ１にデータＤｄが順次入力される構成例を示す。なお、図５（Ｂ）に示すニューラルネットワークＮＮ１は、記憶回路ＭＣＷと接続されている。
【００７４】ニューラルネットワークＮＮ１にデータＤｄが入力されると、記憶回路ＭＣＷはデータＤｓに基づき、当該データＤｄに適した重み係数ＷをニューラルネットワークＮＮ１に供給する。すなわち、データＤｄが入力される度に、ニューラルネットワークＮＮ１に格納される重み係数ＷがデータＤｓに応じて切り替えられる。例えば、記憶回路ＭＣＷにＮセットの重み係数Ｗを格納し、データＤｓに応じて一の重み係数ＷをニューラルネットワークＮＮ１に供給することにより、図５（Ａ）と同様にＮ種類の深度マップの選択を行うことができる。これにより、ニューラルネットワークＮＮ１の数を削減することができ、信号生成部３０の構成を簡略化することができる。
【００７５】上記のように、選択部ＳＰはニューラルネットワークＮＮ１を用いて深度マップの選択を行うことができる。そして、深度マップの選択結果は、データＤｄｍとして図１に示す補正部ＣＰに出力される。
【００７６】補正部ＣＰは、データＤｄｍに基づいてデータＩＤを補正する機能を有する。具体的には、補正部ＣＰは、選択部ＳＰによって選択された深度マップを用いて、立体感が強調されるようにデータＩＤをデータＩＤ´に補正する機能を有する。また、補正部ＣＰは、データＩＤ´に立体感を強調する処理（以下、強調処理ともいう）を施す機能を有していてもよい。
【００７７】図７（Ａ）に、補正部ＣＰの構成例を示す。補正部ＣＰは、変換部ＴＰ及び強調部ＥＰを有する。変換部ＴＰには、データＩＤ及びデータＤｄｍが供給される。
【００７８】変換部ＴＰは、データＤｄｍを用いてデータＩＤを変換する機能を有する。具体的には、データＩＤによって表される映像、又は当該映像に含まれる物体の深度マップを、選択部ＳＰによって選択された深度マップに変換する機能を有する。これにより、データＩＤが立体感の強調された画像データ（データＩＤ´）に変換され、強調部ＥＰに出力される。
【００７９】強調部ＥＰは、データＩＤ´に強調処理を施す機能を有する。強調処理の例としては、例えば、映像の輝度、映像内の物体の大きさ、空気遠近感、陰影、又はコントラストの調整などが挙げられる。図７（Ｂ−１）乃至（Ｂ−４）に、強調処理の具体例を示す。
【００８０】図７（Ｂ−１）は物体の輝度の調整の例である。手前に位置する領域ほど階調を高くすることにより、物体の立体感を強調することができる。また、図７（Ｂ−２）は物体の陰影調整の例である。陰影の有無又は強弱を制御することにより、物体の立体感を強調することができる。
【００８１】図７（Ｂ−３）は空気遠近感の調整の例である。背景を青みがかった色にし、また、遠方に位置する物体の輪郭をぼかすことにより、映像全体の遠近感を強調することができる。また、図７（Ｂ−４）は、コントラストの調整の例である。手前に位置する物体のコントラストを上げ、遠方に位置する物体のコントラストを下げることにより、映像全体の遠近感を強調することができる。
【００８２】強調部ＥＰによって立体感が強調されたデータＩＤ´は、画像処理部ＩＰに出力される。なお、立体感の強調を変換部ＴＰによる深度マップの変換のみによって行い、強調部ＥＰを省略することもできる。
【００８３】画像処理部ＩＰは、データＩＤ´に各種の画像処理を行い、映像信号を生成する機能を有する。画像処理の例としては、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などが挙げられる。色調補正処理や輝度補正処理は、ガンマ補正などを用いて行うことができる。また、画像処理部ＩＰは、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行する機能を有していてもよい。また、画像処理部ＩＰは、映像の輪郭又は遠近感を強調する処理を行う機能を有していてもよい。
【００８４】ノイズ除去処理としては、文字などの輪郭の周辺に生じるモスキートノイズ、高速の動画で生じるブロックノイズ、ちらつきを生じさせるランダムノイズ、解像度のアップコンバートにより生じるドットノイズなどのさまざまなノイズの除去が挙げられる。
【００８５】階調変換処理は、信号ＳＤが示す階調を表示部２０の出力特性に対応した階調へ変換する処理である。例えば階調数を大きくする場合、小さい階調数で入力された画像に対して、各画素に対応する階調値を補間して割り当てることで、ヒストグラムを平滑化する処理を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）処理も、階調変換処理に含まれる。
【００８６】色調補正処理は、映像の色調を補正する処理である。また輝度補正処理は、映像の明るさ（輝度コントラスト）を補正する処理である。例えば、表示部２０が設けられる空間の照明の種類や輝度、または色純度などに応じて、表示部２０に表示される映像の輝度や色調が最適となるように補正される。
【００８７】画素間補間処理は、解像度をアップコンバートした際に、本来存在しないデータを補間する処理である。例えば、目的の画素の周囲の画素を参照し、それらの中間色を表示するようにデータを補間する。
【００８８】フレーム間補間は、表示する映像のフレーム周波数を増大させる場合に、本来存在しないフレーム（補間フレーム）の画像を生成する。例えば、ある２枚の画像の差分から２枚の画像の間に挿入する補間フレームの画像を生成する。または２枚の画像の間に複数枚の補間フレームの画像を生成することもできる。例えば画像データのフレーム周波数が６０Ｈｚであったとき、複数枚の補間フレームを生成することで、表示部２０に出力される映像信号のフレーム周波数を、２倍の１２０Ｈｚ、または４倍の２４０Ｈｚ、または８倍の４８０Ｈｚなどに増大させることができる。
【００８９】画像処理部ＩＰによる画像処理によって映像信号が生成され、信号ＳＤとして出力部ＯＰに出力される。なお、画像処理は補正部ＣＰに入力される前のデータＩＤに対して行ってもよい。また、画像処理には人工知能を用いることもできる。
【００９０】出力部ＯＰは、画像処理部ＩＰから供給された信号ＳＤを一時的に記憶し、所定のタイミングで表示部２０に出力する機能を有する。そして、表示部２０は信号ＳＤに基づいて映像の表示を行う。
【００９１】以上のように、信号生成部３０は人工知能を用いて画像データの変換を行うことにより、表示部２０に表示される映像の立体感を強調することができる。
【００９２】［演算部］
ニューラルネットワークＮＮ１の学習は、信号生成部３０の外部に設けられた演算部４０を用いて行うことができる。図１に、学習部ＬＰ及び記憶装置ＭＥＭを有する演算部４０を示す。
【００９３】ニューラルネットワークＮＮ１の学習は、奥行き情報を学習データ、立体感の強調に適した深度マップを教師データとして用い、重み係数を更新することにより行うことができる。ここで、学習部ＬＰは、ニューラルネットワークＮＮ１と同じ構成をもつニューラルネットワークＮＮ２（Ｌｅａｒｎｉｎｇ）を有する。ニューラルネットワークＮＮ２は、学習データＸ（奥行き情報）と教師データＴ（適切な深度マップ）のセットを学習サンプルとして用いて学習を行う機能を有する。学習データＸ及び教師データＴは、予め記憶装置ＭＥＭに記憶され、学習時に読み出される。
【００９４】学習によって得られたニューラルネットワークＮＮ２の重み係数Ｗは、信号生成部３０に設けられたニューラルネットワークＮＮ１に格納される。これにより、ニューラルネットワークＮＮ２の学習結果をニューラルネットワークＮＮ１に反映させることができる。このように、ニューラルネットワークの学習を演算部４０で行うことにより、信号生成部３０に設けられたニューラルネットワークＮＮ１の構成を簡略化することができる。
【００９５】なお、ニューラルネットワークＮＮ１とニューラルネットワークＮＮ２の構成を対応させるためには、例えば、双方に階層型ニューラルネットワークを用い、階層数及び各層が有するユニット数を等しくすればよい。
【００９６】演算部４０としては、専用サーバやクラウドなどの演算処理能力の優れた計算機を用いることができる。また、学習部ＬＰはソフトウェアによって構成することができる。これにより、ニューラルネットワークＮＮ２の学習を演算処理能力の優れた計算機を用い、その学習結果をニューラルネットワークＮＮ１に反映させることができる。よって、ニューラルネットワークＮＮ１の学習を効率的に行うことができる。
【００９７】図８に、学習部ＬＰの構成例を示す。学習部ＬＰは、ニューラルネットワークＮＮ２を有する。なお、ニューラルネットワークＮＮ２はニューラルネットワークＮＮ１と同じ構成を有する。
【００９８】記憶装置ＭＥＭには、学習データＸ（奥行き情報）と教師データＴ（適切な深度マップ）が記憶されている。そして、学習時には記憶装置ＭＥＭから学習データＸ及び教師データＴが読み出され、学習データＸはニューラルネットワークＮＮ２の入力層ＩＬに供給され、教師データＴはニューラルネットワークＮＮ２の出力層ＯＬに供給される。
【００９９】ニューラルネットワークＮＮ２は、学習データＸ及び教師データＴを学習サンプルとして学習を行う機能を有する。具体的には、ニューラルネットワークＮＮ２はまず、学習データＸを入力データとして推論を行い、出力データとしてＹを得る。なお、深度マップの選択は分類問題であり、出力データＹはソフトマックス関数などの出力値に対応する。
【０１００】そして、出力データＹと教師データＴの誤差が小さくなるように、ニューラルネットワークＮＮ２の重み係数が更新される。重み係数の更新には、交差エントロピーを誤差関数に用いた勾配降下法などを用いることができる。重みの更新は、出力データＹと教師データＴの誤差が一定以下になるまで繰り返される。その後、別の学習データＸと教師データＴを用いて同様の学習が行われる。そして、全ての学習データＸと教師データＴのセットについて重み係数の更新が完了すると、ニューラルネットワークＮＮ２の学習が終了する。
【０１０１】なお、誤差の許容範囲は自由に設定することができる。また、ニューラルネットワークＮＮ２の重み係数の初期値は、乱数によって決定してもよい。重み係数の初期値は学習速度（例えば、重み係数の収束速度、ニューラルネットワークの予測精度など）に影響を与える場合があるため、学習速度が遅い場合は、重み係数の初期値を変更してもよい。また、重み係数の初期値を事前学習によって決定してもよい。
【０１０２】上記の学習の結果として、学習後のニューラルネットワークＮＮ２の重み係数Ｗが得られる。そして、重み係数Ｗは信号生成部３０のニューラルネットワークＮＮ１に供給され、格納される。これにより、ニューラルネットワークＮＮ２の学習結果がニューラルネットワークＮＮ１に反映される。
【０１０３】なお、重み係数Ｗの取得は深度マップごとに行う。例えば、建物、木、人が含まれる映像の深度マップを選択する場合には、映像全体の深度マップを選択するための重み係数、建物、木、人の深度マップを選択するための重み係数がそれぞれ学習により取得される。そして、得られた複数の重み係数Ｗは、それぞれ異なるニューラルネットワークＮＮ１に供給される（図５（Ａ）参照）。
【０１０４】また、ニューラルネットワークＮＮ２は、プログラムによって記述されたソフトウェアによって実現することができる。この場合、プログラムの実行によってニューラルネットワークＮＮ２の学習を行うことができる。
【０１０５】以上のように、本発明の一態様に係る表示システム１０は、演算部４０を用いてニューラルネットワークの学習を行うことができる。
【０１０６】＜ニューラルネットワークの構成例＞
次に、ニューラルネットワークＮＮ１及びニューラルネットワークＮＮ２に用いることが可能なニューラルネットワークの構成例について説明する。ニューラルネットワークの構成例を図９に示す。ニューラルネットワークは、ニューロン回路ＮＣと、ニューロン回路間に設けられたシナプス回路ＳＣによって構成されている。
【０１０７】図９（Ａ）に、ニューロン回路ＮＣとシナプス回路ＳＣの構成例を示す。シナプス回路ＳＣには、入力データｘ１乃至ｘＬ（Ｌは自然数）が入力される。また、シナプス回路ＳＣは、重み係数ｗｋ（ｋは１以上Ｌ以下の整数）を記憶する機能を有する。重み係数ｗｋは、ニューロン回路ＮＣ間の結合の強さに対応する。
【０１０８】シナプス回路ＳＣに入力データｘ１乃至ｘＬが入力されると、ニューロン回路ＮＣには、シナプス回路ＳＣに入力された入力データｘｋと、シナプス回路ＳＣに記憶された重み係数ｗｋとの積（ｘｋｗｋ）を、ｋ＝１乃至Ｌについて足し合わせた値（ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋…＋ｘＬｗＬ）、すなわち、ｘｋとｗｋを用いた積和演算によって得られた値が供給される。この値がニューロン回路ＮＣの閾値θを超えた場合、ニューロン回路ＮＣはハイレベルの信号ｙを出力する。この現象を、ニューロン回路ＮＣの発火と呼ぶ。
【０１０９】上記のニューロン回路ＮＣとシナプス回路ＳＣを用いた階層型ニューラルネットワークのモデルを、図９（Ｂ）に示す。ニューラルネットワークは、入力層ＩＬ、隠れ層ＨＬ、出力層ＯＬを有する。入力ＩＬは、入力ニューロン回路ＩＮを有する。隠れ層ＨＬは、隠れシナプス回路ＨＳ及び隠れニューロン回路ＨＮを有する。出力層ＯＬは、出力シナプス回路ＯＳ及び出力ニューロン回路ＯＮを有する。また、入力ニューロン回路ＩＮ、隠れニューロン回路ＨＮ、出力ニューロン回路ＯＮの閾値θを、それぞれθＩ、θＨ、θＯと表記する。
【０１１０】入力層ＩＬには、奥行き情報に対応するデータｄ１乃至ｄｉが供給され、入力層ＩＬの出力は隠れ層ＨＬに供給される。そして、隠れニューロン回路ＨＮには、入力層ＩＬの出力データと、隠れシナプス回路ＨＳに保持された重み係数ｗと、を用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ＯＮには、隠れニューロン回路ＨＮの出力と、出力シナプス回路ＯＳに保持された重み係数ｗを用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ＯＮから深度マップの確率に対応するデータｄｍ１乃至ｄｍｊが出力される。なお、ここでは出力層ＯＬの活性化関数として、ソフトマックス関数を用いている。
【０１１１】このように、図９（Ｂ）に示すニューラルネットワークは、奥行き情報から、立体感の強調に適した深度マップの確率を算出する機能を有する。なお、図９（Ｂ）に示す構成はニューラルネットワークＮＮ１、ＮＮ２に用いることができる。
【０１１２】また、ニューラルネットワークの学習には勾配降下法などを用いることができ、勾配の算出には誤差逆伝播法を用いることができる。図９（Ｃ）に、誤差逆伝播法を利用して教師あり学習を行うニューラルネットワークのモデルを示す。
【０１１３】誤差逆伝播法は、ニューラルネットワークの出力データと教師データの誤差が小さくなるように、シナプス回路の重み係数を変更する方式の一つである。具体的には、出力データ（データｄｍ１乃至ｄｍｊ）と教師データ（データｔ１乃至ｔｊ）に基づいて決定される誤差δＯに応じて、隠れシナプス回路ＨＳの重み係数ｗが変更される。また、隠れシナプス回路ＨＳの重み係数ｗの変更量に応じて、さらに前段のシナプス回路ＳＣの重み係数ｗが変更される。このように、教師データに基づいてシナプス回路ＳＣの重み係数を順次変更することにより、ニューラルネットワークＮＮの学習を行うことができる。この誤差逆伝播法は、ニューラルネットワークＮＮ２の学習に用いることができる。
【０１１４】なお、図９（Ｂ）、（Ｃ）には１層の隠れ層ＨＬを示しているが、隠れ層ＨＬの層数を２以上としてもよい。これにより、深層学習を行うことができる。
【０１１５】＜表示システムの動作例＞
次に、ニューラルネットワークＮＮ１を用いて映像信号を生成する際の表示システム１０の動作例を説明する。図１０は表示システム１０の動作例を示すフローチャートである。
【０１１６】なお、ニューラルネットワークＮＮ１は、学習によって予め重み係数Ｗが設定され、奥行き情報に基づいて立体感の強調に適した深度マップを選択する機能が搭載されているものとする。ニューラルネットワークＮＮ１の学習については、図８などを参照することができる。
【０１１７】まず、受信部ＲＣＶによってデータＤが受信され、データＩＤが生成される（ステップＳ１）。そして、データＩＤが取得部ＳＡ、取得部ＤＡ、及び補正部ＣＰに出力される。
【０１１８】取得部ＳＡにデータＩＤが入力されると、取得部ＳＡによってシーン情報が取得される（ステップＳ２）。そして、シーン情報はデータＤｓとして選択部ＳＰに出力される。また、取得部ＤＡにデータＩＤが入力されると、取得部ＤＡによって奥行き情報が取得される（ステップＳ３）。そして、奥行き情報はデータＤｄとして選択部ＳＰに出力される。なお、シーン情報及び奥行き情報の取得には、前述の機械学習などを用いることができる。
【０１１９】そして、選択部ＳＰにデータＤｓ及びデータＤｄが入力されると（ステップＳ４）、奥行き情報の対象に応じたニューラルネットワークＮＮ１において推論が行われ（ステップＳ５）、立体感の強調に最も適していると予想される深度マップが選択される（ステップＳ６）。選択部ＳＰによる深度マップの選択結果は、データＤｄｍとして補正部ＣＰに出力される。そして、同様の動作によって深度マップの選択が繰り返される（ステップＳ７でＮＯ）。
【０１２０】全ての深度マップが決定すると（ステップＳ７でＹＥＳ）、補正部ＣＰは、データＤｄｍに基づいてデータＩＤをデータＩＤ´に変換する（ステップＳ８）。具体的には、データＩＤによって表される映像、又は当該映像に含まれる物体の深度マップが、選択部ＳＰによって選択された深度マップに変換される。これにより、映像又は映像に含まれる物体の立体感が強調される。そして、データＩＤ´に対して各種の強調処理及び画像処理が施され（ステップＳ９、Ｓ１０）、得られた信号ＳＤが出力部ＯＰから表示部２０に出力される（ステップＳ１１）。これにより、表示部２０に立体感のある映像が表示される。
【０１２１】以上の通り、本発明の一態様においては、シーン情報及び奥行き情報の取得、及び、深度マップの選択を、人工知能を用いて行う。これにより、映像の立体感が強調されるように画像データを適切に補正することができ、立体感のある映像の表示が可能な表示システム１０を実現することができる。
【０１２２】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０１２３】（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した演算部の構成例について説明する。
【０１２４】上記の通り、演算部４０に含まれる学習部ＬＰはソフトウェアによって構成することができる。学習部ＬＰによる処理をプログラムによって行う場合、演算部４０として演算装置を用い、当該演算装置によってプログラムを実行することができる。図１１に、演算装置の構成例を示す。
【０１２５】演算装置１００は、処理装置１１０、入出力装置１２０を有する。処理装置１１０は、上記プログラムの実行などの、各種演算を行う機能を有する。処理装置１１０は、演算部１１１、記憶部１１２、伝送路１１３、インターフェース１１４を有する。入出力装置１２０は、表示部１２１、操作部１２２、入出力部１２３、通信部１２４を有する。
【０１２６】記憶部１１２は、学習部ＬＰの処理を行うプログラムなどを記憶する機能を有する。記憶部１１２としては、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を用いることができ、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリを用いることができる。また、記憶部１１２として、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などに代表される抵抗変化型のメモリ、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などに代表される磁気抵抗型のメモリ、またはフラッシュメモリに代表される不揮発性型のメモリなどを用いることもできる。記憶部１１２に記憶されたプログラムには、例えば、図８に示すニューラルネットワークＮＮ２による処理が含まれていてもよい。
【０１２７】演算部１１１は、記憶部１１２に記憶された情報を用いて演算を行う機能を有する。記憶部１１２に記憶されたプログラムは、演算部１１１によって実行される。
【０１２８】伝送路１１３は、情報を伝達する機能を有する。演算部１１１、記憶部１１２、インターフェース１１４間の情報の送受信は、伝送路１１３を介して行うことができる。
【０１２９】インターフェース１１４は、入出力装置１２０に情報を送信する機能、及び入出力装置１２０から出力された情報を受信する機能を有する。
【０１３０】表示部１２１は、処理装置１１０から入力された情報に基づいて映像を表示する機能を有する。表示部１２１としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置を用いることができる。
【０１３１】操作部１２２は、ユーザーによる操作に応じて、処理装置１１０に命令を送信する機能を有する。操作部１２２としては、キーボード、マウス、操作ボタン、タッチセンサ、ポインティングデバイスなどを用いることができる。
【０１３２】入出力部１２３は、処理装置１１０への情報の入力、又は処理装置１１０から入力された情報の出力を行う機能を有する。入出力部１２３としては、カメラ、マイク、外部記憶装置、スキャナー、スピーカ、プリンタなどを用いることができる。また、外部記憶装置としては、ハードディスク、リムーバブルメモリなどを用いることができる。
【０１３３】通信部１２４は、処理装置１１０から入力された情報を演算装置１００の外部に送信する機能、及び、演算装置１００の外部から出力された情報を受信して処理装置１１０に出力する機能を有する。通信部１２４としては、ハブ、ルータ、モデムなどを用いることができる。情報の送受信には、有線を用いても無線（例えば、電波、赤外線など）を用いてもよい。
【０１３４】記憶部１１２に記憶されたプログラムの実行によって得られた重み係数Ｗ（図１等参照）は、通信部１２４を介して信号生成部３０に送信することができる。
【０１３５】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０１３６】（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したニューラルネットワークに用いることができる半導体装置の構成例について説明する。
【０１３７】ニューラルネットワークがハードウェアによって構成される場合、ニューラルネットワークにおける積和演算は、積和演算素子を用いて行うことができる。本実施の形態では、ニューラルネットワークＮＮ１の積和演算素子として用いることができる半導体装置の構成例について説明する。
【０１３８】＜半導体装置の構成例＞
半導体装置２００の構成の一例を図１２に示す。図１２に示す半導体装置２００は、記憶回路２１０（ＭＥＭ）と、参照用記憶回路２２０（ＲＭＥＭ）と、回路２３０と、回路２４０と、を有する。半導体装置２００は、さらに電流源回路２５０（ＣＲＥＦ）を有していても良い。
【０１３９】記憶回路２１０（ＭＥＭ）は、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］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１２では、各メモリセルＭＣがトランジスタＴｒ１１を有する場合を例示している。
【０１４０】そして、メモリセルＭＣには、配線ＷＤ［ｑ］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Ｔｒ１１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Ｔｒ１１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［ｐ、ｑ］に流れる電流をＩ［ｐ、ｑ］とし、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に流れる電流をＩ［ｐ＋１、ｑ］とする。
【０１４１】なお、トランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１１は飽和領域で動作させることが望ましい。トランジスタＴｒ１１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。
【０１４２】具体的に、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に配線ＷＤ［ｑ］から第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］または第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］に応じた電位が入力される。メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］は、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］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［ｐ、ｑ］の電流Ｉ［ｐ、ｑ］は、第１のアナログ電流に相当する。
【０１４３】また、具体的に、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に配線ＷＤ［ｑ］から第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］または第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］に応じた電位が入力される。メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］は、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］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［ｐ＋１、ｑ］の電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］は、第１のアナログ電流に相当する。
【０１４４】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。
【０１４５】また、メモリセルＭＣには、配線ＲＷ［ｐ］、配線ＲＷ［ｐ＋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のアナログ電位或いは第２のアナログ電位に応じた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。
【０１４６】具体的に、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に配線ＲＷ［ｐ］から第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ、ｑ］が入力される。そして、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］は、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ、ｑ］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［ｐ、ｑ］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［ｐ、ｑ］の電流Ｉ［ｐ、ｑ］は、第２のアナログ電流に相当する。
【０１４７】また、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に配線ＲＷ［ｐ＋１］から第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１、ｑ］が入力される。そして、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］は、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１、ｑ］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［ｐ＋１、ｑ］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［ｐ＋１、ｑ］の電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］は、第２のアナログ電流に相当する。
【０１４８】そして、電流Ｉ［ｐ、ｑ］は、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］を介して配線ＢＬ［ｑ］と配線ＶＲ［ｑ］の間を流れる。電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］は、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］を介して配線ＢＬ［ｑ］と配線ＶＲ［ｑ］の間を流れる。よって、電流Ｉ［ｐ、ｑ］と電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］との和に相当する電流Ｉ［ｑ］が、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］及びメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］を介して配線ＢＬ［ｑ］と配線ＶＲ［ｑ］の間を流れることとなる。
【０１４９】参照用記憶回路２２０（ＲＭＥＭ）は、メモリセルＭＣＲ［ｐ］、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋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［ｐ］に流れる電流をＩＲＥＦ［ｐ］とし、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］に流れる電流をＩＲＥＦ［ｐ＋１］とする。
【０１５０】そして、具体的に、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣＲ［ｐ］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［ｐ］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［ｐ］の電流ＩＲＥＦ［ｐ］は、第１の参照電流に相当する。
【０１５１】また、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋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［ｐ＋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［ｐ＋１］の電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］は、第１の参照電流に相当する。
【０１５２】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。
【０１５３】また、メモリセルＭＣＲには、配線ＲＷ［ｐ］、配線ＲＷ［ｐ＋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のアナログ電位或いは第２のアナログ電位に応じた電位を加算する機能と、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。
【０１５４】具体的に、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣＲ［ｐ］に配線ＲＷ［ｐ］から第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ、ｑ］が入力される。そして、メモリセルＭＣＲ［ｐ］は、第１の参照電位ＶＰＲ及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ、ｑ］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［ｐ］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［ｐ］の電流ＩＲＥＦ［ｐ］は、第２の参照電流に相当する。
【０１５５】また、図１２に示す半導体装置２００では、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］に配線ＲＷ［ｐ＋１］から第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１、ｑ］が入力される。そして、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］は、第１の参照電位ＶＰＲ及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１、ｑ］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［ｐ＋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［ｐ＋１］の電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］は、第２の参照電流に相当する。
【０１５６】そして、電流ＩＲＥＦ［ｐ］は、メモリセルＭＣＲ［ｐ］を介して配線ＢＬＲＥＦと配線ＶＲＲＥＦの間を流れる。電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］は、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］を介して配線ＢＬＲＥＦと配線ＶＲＲＥＦの間を流れる。よって、電流ＩＲＥＦ［ｐ］と電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］との和に相当する電流ＩＲＥＦが、メモリセルＭＣＲ［ｐ］及びメモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］を介して配線ＢＬＲＥＦと配線ＶＲＲＥＦの間を流れることとなる。
【０１５７】電流源回路２５０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［ｐ、ｑ］及びメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］を介して配線ＢＬ［ｑ］と配線ＶＲ［ｑ］の間を流れる電流Ｉ［ｑ］が、メモリセルＭＣＲ［ｐ］及びメモリセルＭＣＲ［ｐ＋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２３０または回路２４０に流れる。回路２３０は電流ソース回路としての機能を有し、回路２４０は電流シンク回路としての機能を有する。
【０１５８】具体的に、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも大きい場合、回路２３０は、電流Ｉ［ｑ］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ΔＩ［ｑ］を生成する機能を有する。また、回路２３０は、生成した電流ΔＩ［ｑ］を配線ＢＬ［ｑ］に供給する機能を有する。すなわち、回路２３０は、電流ΔＩ［ｑ］を保持する機能を有すると言える。
【０１５９】また、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも小さい場合、回路２４０は、電流Ｉ［ｑ］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ΔＩ［ｑ］の絶対値に相当する電流を生成する機能を有する。また、回路２４０は、生成した電流ΔＩ［ｑ］を配線ＢＬ［ｑ］から引き込む機能を有する。すなわち、回路２４０は、電流ΔＩ［ｑ］を保持する機能を有すると言える。
【０１６０】次いで、図１２に示す半導体装置２００の動作の一例について説明する。
【０１６１】まず、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］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［ｐ、ｑ］を差し引いた電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］が、配線ＷＤ［ｑ］を介してメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に入力される。メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］が保持される。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］に応じた電流Ｉ［ｐ、ｑ］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電位とする。具体的には、接地電位よりも高く、電流源回路２５０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。
【０１６２】また、メモリセルＭＣＲ［ｐ］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［ｐ］に入力される。メモリセルＭＣＲ［ｐ］では、第１の参照電位ＶＰＲが保持される。また、メモリセルＭＣＲ［ｐ］では、第１の参照電位ＶＰＲに応じた電流ＩＲＥＦ［ｐ］が生成される。
【０１６３】また、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］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［ｐ＋１、ｑ］を差し引いた電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］が、配線ＷＤ［ｑ］を介してメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に入力される。メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］が保持される。また、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］に応じた電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］が生成される。
【０１６４】また、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋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［ｐ＋１］に入力される。メモリセルＭＣＲ［ｐ＋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［ｐ＋１］では、第１の参照電位ＶＰＲに応じた電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］が生成される。
【０１６５】上記動作において、配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位は基準電位とする。例えば、基準電位として接地電位、または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。
【０１６６】上記動作により、配線ＢＬ［ｑ］には、配線ＢＬ［ｑ］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１２では、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］で生成される電流Ｉ［ｐ、ｑ］と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］で生成される電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］とを合わせた電流Ｉ［ｑ］が流れる。また、上記動作により、配線ＢＬＲＥＦには、配線ＢＬＲＥＦ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１２では、メモリセルＭＣＲ［ｐ］で生成される電流ＩＲＥＦ［ｐ］と、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］で生成される電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］とを合わせた電流ＩＲＥＦが流れる。
【０１６７】次いで、配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位を基準電位としたまま、第１のアナログ電位を入力することによって得られる電流Ｉ［ｑ］と第１の参照電位を入力すること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［ｑ］を、回路２３０または回路２４０において保持する。
【０１６８】具体的に、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも大きい場合、回路２３０は電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］を配線ＢＬ［ｑ］に供給する。すなわち、回路２３０に流れる電流ＩＣＭ［ｑ］は電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］に相当することとなる。そして、当該電流ＩＣＭ［ｑ］の値は回路２３０において保持される。また、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも小さい場合、回路２４０は電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］を配線ＢＬ［ｑ］から引き込む。すなわち、回路２４０に流れる電流ＩＣＰ［ｑ］は電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］に相当することとなる。そして、当該電流ＩＣＰ［ｑ］の値は回路２４０において保持される。
【０１６９】次いで、既にメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］において保持されている第１のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位に加算するように、第２のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位をメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に格納する。具体的には、配線ＲＷ［ｐ］の電位を基準電位に対してＶｗ［ｐ］だけ高い電位とすることで、第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］が、配線ＲＷ［ｐ］を介してメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に入力される。メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ］が保持される。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ］に応じた電流Ｉ［ｐ、ｑ］が生成される。
【０１７０】また、既にメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］において保持されている第１のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位に加算するように、第２のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位をメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に格納する。具体的には、配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位を基準電位に対してＶｗ［ｐ＋１］だけ高い電位とすることで、第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］が、配線ＲＷ［ｐ＋１］を介してメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に入力される。メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ＋１］が保持される。また、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］では、電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ＋１］に応じた電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］が生成される。
【０１７１】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Ｔｒ１１を用いる場合、配線ＲＷ［ｐ］の電位がＶｗ［ｐ］であり、配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位がＶｗ［ｐ＋１］であると仮定すると、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］が有するトランジスタＴｒ１１のドレイン電流が電流Ｉ［ｐ、ｑ］に相当するので、第２のアナログ電流は以下の式１で表される。なお、ｋは係数、ＶｔｈはトランジスタＴｒ１１の閾値電圧である。
【０１７２】Ｉ［ｐ、ｑ］＝ｋ（Ｖｗ［ｐ］−Ｖｔｈ＋ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］）２      （式１）
【０１７３】また、メモリセルＭＣＲ［ｐ］が有するトランジスタＴｒ１１のドレイン電流が電流ＩＲＥＦ［ｐ］に相当するので、第２の参照電流は以下の式２で表される。
【０１７４】ＩＲＥＦ［ｐ］＝ｋ（Ｖｗ［ｐ］−Ｖｔｈ＋ＶＰＲ）２      （式２）
【０１７５】そして、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］に流れる電流Ｉ［ｐ、ｑ］と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に流れる電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］の和に相当する電流Ｉ［ｑ］は、Ｉ［ｑ］＝ΣｉＩ［ｐ、ｑ］であり、メモリセルＭＣＲ［ｐ］に流れる電流ＩＲＥＦ［ｐ］と、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］に流れる電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］の和に相当する電流ＩＲＥＦは、ＩＲＥＦ＝ΣｉＩＲＥＦ［ｐ］となり、その差分に相当する電流ΔＩ［ｑ］は以下の式３で表される。
【０１７６】ΔＩ［ｑ］＝ＩＲＥＦ−Ｉ［ｑ］＝ΣｉＩＲＥＦ［ｐ］−ΣｉＩ［ｐ、ｑ］    （式３）
【０１７７】式１、式２、式３から、電流ΔＩ［ｑ］は以下の式４のように導き出される。
【０１７８】ΔＩ［ｑ］
＝Σｉ｛ｋ（Ｖｗ［ｐ］−Ｖｔｈ＋ＶＰＲ）２−ｋ（Ｖｗ［ｐ］−Ｖｔｈ＋ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］）２｝
＝２ｋΣｉ（Ｖｗ［ｐ］・Ｖｘ［ｐ、ｑ］）−２ｋΣｉ（Ｖｔｈ−ＶＰＲ）・Ｖｘ［ｐ、ｑ］−ｋΣｉＶｘ［ｐ、ｑ］２      （式４）
【０１７９】式４において、２ｋΣｉ（Ｖｗ［ｐ］・Ｖｘ［ｐ、ｑ］）で示される項は、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］の積と、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］の積と、の和に相当する。
【０１８０】また、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］は、配線ＲＷ［ｐ］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［ｐ］を０、第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］を０としたときの電流ΔＩ［ｑ］とすると、式４から、以下の式５が導き出される。
【０１８１】Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］＝−２ｋΣｉ（Ｖｔｈ−ＶＰＲ）・Ｖｘ［ｐ、ｑ］−ｋΣｉＶｘ［ｐ、ｑ］２（式５）
【０１８２】したがって、式３乃至式５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［ｐ］・Ｖｘ［ｐ、ｑ］）は、以下の式６で表されることが分かる。
【０１８３】２ｋΣｉ（Ｖｗ［ｐ］・Ｖｘ［ｐ、ｑ］）＝ＩＲＥＦ−Ｉ［ｑ］−Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］      （式６）
【０１８４】そして、メモリセルＭＣに流れる電流の和を電流Ｉ［ｑ］、メモリセルＭＣＲに流れる電流の和を電流ＩＲＥＦ、回路２３０または回路２４０に流れる電流を電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］とすると、配線ＲＷ［ｐ］の電位をＶｗ［ｐ］、配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位をＶｗ［ｐ＋１］としたときに配線ＢＬ［ｑ］から流れ出る電流Ｉｏｕｔ［ｑ］は、ＩＲＥＦ−Ｉ［ｑ］−Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］で表される。式６から、電流Ｉｏｕｔ［ｑ］は、２ｋΣｉ（Ｖｗ［ｐ］・Ｖｘ［ｐ、ｑ］）であり、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］の積と、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］の積と、の和に相当することが分かる。
【０１８５】なお、トランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１１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［ｐ、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］の積と、第１のアナログ電位Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］及び第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋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Ｔｒ１１は飽和領域で動作しているものとみなせる。
【０１８６】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、半導体装置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、半導体装置の低消費電力化を実現することができる。
【０１８７】＜記憶回路の構成例＞
次いで、記憶回路２１０（ＭＥＭ）と、参照用記憶回路２２０（ＲＭＥＭ）の具体的な構成の一例について、図１３を用いて説明する。
【０１８８】図１３では、記憶回路２１０（ＭＥＭ）がｙ行ｘ列（ｘ、ｙは自然数）の複数のメモリセルＭＣを有し、参照用記憶回路２２０（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。
【０１８９】なお、本明細書等において、トランジスタのソースとは、チャネル領域として機能する半導体層の一部であるソース領域や、当該半導体層と接続されたソース電極などを意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、当該半導体層の一部であるドレイン領域や、当該半導体層と接続されたドレイン電極などを意味する。また、ゲートとは、ゲート電極などを意味する。
【０１９０】また、トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの導電型及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係にしたがってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。
【０１９１】記憶回路２１０は、配線ＲＷと、配線ＷＷと、配線ＷＤと、配線ＶＲと、配線ＢＬとに接続されている。図１３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にそれぞれ接続されて、配線ＢＬ［１］乃至配線ＢＬ［ｘ］が各列のメモリセルＭＣにそれぞれ接続されている場合を例示している。また、図１３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、互いに接続されていても良い。
【０１９２】そして、参照用記憶回路２２０は、配線ＲＷと、配線ＷＷと、配線ＷＤＲＥＦと、配線ＶＲＲＥＦと、配線ＢＬＲＥＦとに接続されている。図１３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にそれぞれ接続され、配線ＷＤＲＥＦが一列のメモリセルＭＣＲにそれぞれ接続され、配線ＢＬＲＥＦが一列のメモリセルＭＣＲにそれぞれ接続され、配線ＶＲＲＥＦが一列のメモリセルＭＣＲにそれぞれ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］に接続されていても良い。
【０１９３】次いで、図１３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１３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１４に示す。
【０１９４】具体的に図１４では、ｐ行ｑ列目のメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］と、ｐ＋１行ｑ列目のメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］と、ｐ行ｑ＋１列目のメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］と、ｐ＋１行ｑ＋１列目のメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］とを図示している。また、具体的に図１４では、ｐ行目のメモリセルＭＣＲ［ｐ］と、ｐ＋１行目のメモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］とを図示している。なお、ｐは１から（ｙ−１）までの任意の数で、ｑは１から（ｘ−１）までの任意の数とする。
【０１９５】ｐ行目のメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］と、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］と、メモリセルＭＣＲ［ｐ］とは、配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＷＷ［ｐ］に接続されている。また、ｐ＋１行目のメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］と、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］とは、配線ＲＷ［ｐ＋１］及び配線ＷＷ［ｐ＋１］に接続されている。
【０１９６】ｑ列目のメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］とは、配線ＷＤ［ｑ］、配線ＶＲ［ｑ］、及び配線ＢＬ［ｑ］に接続されている。また、ｑ＋１列目のメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］とは、配線ＷＤ［ｑ＋１］、配線ＶＲ［ｑ＋１］、及び配線ＢＬ［ｑ＋１］に接続されている。また、ｐ行目のメモリセルＭＣＲ［ｐ］と、ｐ＋１行目のメモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］とは、配線ＷＤＲＥＦ、配線ＶＲＲＥＦ、及び配線ＢＬＲＥＦに接続されている。
【０１９７】そして、各メモリセルＭＣと各メモリセルＭＣＲとは、トランジスタＴｒ１１と、トランジスタＴｒ１２と、容量素子Ｃ１１と、を有する。トランジスタＴｒ１２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Ｔｒ１１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のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位に、第２のアナログ電位或いは第２のアナログ電位に応じた電位を加算する機能を有する。
【０１９８】具体的に、図１４に示すメモリセルＭＣでは、トランジスタＴｒ１２は、ゲートが配線ＷＷに接続され、ソース又はドレインの一方が配線ＷＤに接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタＴｒ１１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ１１は、ソース又はドレインの一方が配線ＶＲに接続され、ソース又はドレインの他方が配線ＢＬに接続されている。容量素子Ｃ１１は、第１の電極が配線ＲＷに接続され、第２の電極がトランジスタＴｒ１１のゲートに接続されている。
【０１９９】また、図１４に示すメモリセルＭＣＲでは、トランジスタＴｒ１２は、ゲートが配線ＷＷに接続され、ソース又はドレインの一方が配線ＷＤＲＥＦに接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタＴｒ１１のゲートに接続されている。また、トランジスタＴｒ１１は、ソース又はドレインの一方が配線ＶＲＲＥＦに接続され、ソース又はドレインの他方が配線ＢＬＲＥＦに接続されている。容量素子Ｃ１１は、第１の電極が配線ＲＷに接続され、第２の電極がトランジスタＴｒ１１のゲートに接続されている。
【０２００】メモリセルＭＣにおいてトランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１２を介してノードＮに第１のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位が入力され、次いでトランジスタＴｒ１２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のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位が保持される。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のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位がノードＮに与えられる。上記動作により、ノードＮは、第１のアナログ電位または第１のアナログ電位に応じた電位に、第２のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位が加算されることで得られる電位となる。
【０２０１】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Ｔｒ１１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。
【０２０２】トランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１２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Ｔｒ１１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。
【０２０３】また、メモリセルＭＣＲにおいてトランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１２を介してノードＮＲＥＦに第１の参照電位または第１の参照電位に応じた電位が入力され、次いでトランジスタＴｒ１２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の参照電位または第１の参照電位に応じた電位が保持される。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のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位がノードＮＲＥＦに与えられる。上記動作により、ノードＮＲＥＦは、第１の参照電位または第１の参照電位に応じた電位に、第２のアナログ電位または第２のアナログ電位に応じた電位が加算されることで得られる電位となる。
【０２０４】トランジスタＴｒ１１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Ｔｒ１２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Ｔｒ１１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。
【０２０５】メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流Ｉ［ｐ、ｑ］とし、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ］とすると、配線ＢＬ［ｑ］からメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］及びメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］に供給される電流の和は、電流Ｉ［ｑ］となる。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流Ｉ［ｐ、ｑ＋１］とし、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流Ｉ［ｐ＋１、ｑ＋１］とすると、配線ＢＬ［ｑ＋１］からメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］及びメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］に供給される電流の和は、電流Ｉ［ｑ＋１］となる。また、メモリセルＭＣＲ［ｐ］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流ＩＲＥＦ［ｐ］とし、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］のトランジスタＴｒ１１に流れるドレイン電流を電流ＩＲＥＦ［ｐ＋１］とすると、配線ＢＬＲＥＦからメモリセルＭＣＲ［ｐ］及びメモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］に供給される電流の和は、電流ＩＲＥＦとなる。
【０２０６】＜回路２３０・回路２４０・電流源回路の構成例＞
次いで、回路２３０と、回路２４０と、電流源回路２５０（ＣＲＥＦ）の具体的な構成の一例について、図１５を用いて説明する。
【０２０７】図１５では、図１４に示すメモリセルＭＣとメモリセルＭＣＲに対応した、回路２３０、回路２４０、電流源回路２５０の構成の一例を示している。具体的に、図１５に示す回路２３０は、ｑ列目のメモリセルＭＣに対応した回路２３０［ｑ］と、ｑ＋１列目のメモリセルＭＣに対応した回路２３０［ｑ＋１］とを有する。また、図１５に示す回路２４０は、ｑ列目のメモリセルＭＣに対応した回路２４０［ｑ］と、ｑ＋１列目のメモリセルＭＣに対応した回路２４０［ｑ＋１］とを有する。
【０２０８】そして、回路２３０［ｑ］及び回路２４０［ｑ］は、配線ＢＬ［ｑ］に接続されている。また、回路２３０［ｑ＋１］及び回路２４０［ｑ＋１］は、配線ＢＬ［ｑ＋１］に接続されている。
【０２０９】電流源回路２５０は、配線ＢＬ［ｑ］、配線ＢＬ［ｑ＋１］、配線ＢＬＲＥＦに接続されている。そして、電流源回路２５０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［ｑ］及び配線ＢＬ［ｑ＋１］のそれぞれに供給する機能を有する。
【０２１０】具体的に、回路２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋１］は、トランジスタＴｒ２４乃至Ｔｒ２６と、容量素子Ｃ２２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２３０［ｑ］において、トランジスタＴｒ２４は、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも大きい場合に、電流Ｉ［ｑ］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ＩＣＭ［ｑ］を生成する機能を有する。また、回路２３０［ｑ＋１］において、トランジスタＴｒ２４は、電流Ｉ［ｑ＋１］が電流ＩＲＥＦよりも大きい場合に、電流Ｉ［ｑ＋１］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ＩＣＭ［ｑ＋１］を生成する機能を有する。電流ＩＣＭ［ｑ］及び電流ＩＣＭ［ｑ＋１］は、回路２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋１］から配線ＢＬ［ｑ］及び配線ＢＬ［ｑ＋１］に供給される。
【０２１１】そして、回路２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋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接続されている。容量素子Ｃ２２は、第１の電極がトランジスタＴｒ２４のゲートに接続されており、第２の電極が所定の電位が供給される配線に接続されている。
【０２１２】トランジスタＴｒ２５のゲートは配線ＯＳＭに接続されており、トランジスタＴｒ２６のゲートは配線ＯＲＭに接続されている。
【０２１３】なお、図１５では、トランジスタＴｒ２４がｐチャネル型であり、トランジスタＴｒ２５及びＴｒ２６がｎチャネル型である場合を例示している。
【０２１４】また、回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］は、トランジスタＴｒ２１乃至Ｔｒ２３と、容量素子Ｃ２１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２４０［ｑ］において、トランジスタＴｒ２１は、電流Ｉ［ｑ］が電流ＩＲＥＦよりも小さい場合に、電流Ｉ［ｑ］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ＩＣＰ［ｑ］を生成する機能を有する。また、回路２４０［ｑ＋１］において、トランジスタＴｒ２１は、電流Ｉ［ｑ＋１］が電流ＩＲＥＦよりも小さい場合に、電流Ｉ［ｑ＋１］と電流ＩＲＥＦの差分に相当する電流ＩＣＰ［ｑ＋１］を生成する機能を有する。電流ＩＣＰ［ｑ］及び電流ＩＣＰ［ｑ＋１］は、配線ＢＬ［ｑ］及び配線ＢＬ［ｑ＋１］から回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］に引き込まれる。
【０２１５】なお、電流ＩＣＭ［ｑ］と電流ＩＣＰ［ｑ］とが、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］に相当する。また、なお、電流ＩＣＭ［ｑ＋１］と電流ＩＣＰ［ｑ＋１］とが、電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］に相当する。
【０２１６】そして、回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］において、トランジスタＴｒ２１は、ソース又はドレインの一方が対応する配線ＢＬ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接続されている。トランジスタＴｒ２２は、ソース又はドレインの一方が配線ＢＬ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Ｔｒ２１のゲートに接続されている。トランジスタＴｒ２３は、ソース又はドレインの一方がトランジスタＴｒ２１のゲートに接続されており、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接続されている。容量素子Ｃ２１は、第１の電極がトランジスタＴｒ２１のゲートに接続されており、第２の電極が所定の電位が供給される配線に接続されている。
【０２１７】トランジスタＴｒ２２のゲートは配線ＯＳＰに接続されており、トランジスタＴｒ２３のゲートは配線ＯＲＰに接続されている。
【０２１８】なお、図１５では、トランジスタＴｒ２１乃至Ｔｒ２３がｎチャネル型である場合を例示している。
【０２１９】また、電流源回路２５０は、配線ＢＬに対応したトランジスタＴｒ２７と、配線ＢＬＲＥＦに対応したトランジスタＴｒ２８とを有する。具体的に、図１５に示す電流源回路２５０は、トランジスタＴｒ２７として、配線ＢＬ［ｑ］に対応したトランジスタＴｒ２７［ｑ］と、配線ＢＬ［ｑ＋１］に対応したトランジスタＴｒ２７［ｑ＋１］とを有する場合を例示している。
【０２２０】そして、トランジスタＴｒ２７のゲートは、トランジスタＴｒ２８のゲートに接続されている。また、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ＢＬＲＥＦ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接続されている。
【０２２１】トランジスタＴｒ２７とトランジスタＴｒ２８とは、同じ極性を有している。図１５では、トランジスタＴｒ２７とトランジスタＴｒ２８とが、共にｐチャネル型を有する場合を例示している。
【０２２２】トランジスタＴｒ２８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Ｔｒ２７とトランジスタＴｒ２８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Ｔｒ２７のドレイン電流は、トランジスタＴｒ２８のドレイン電流とほぼ同じ値、またはトランジスタＴｒ２８のドレイン電流に応じた値となる。
【０２２３】＜半導体装置の動作例＞
次いで、図１４〜図１６を用いて、本発明の一態様に係る半導体装置２００の具体的な動作の一例について説明する。
【０２２４】図１６は、図１４に示すメモリセルＭＣ、メモリセルＭＣＲと、図１５に示す回路２３０、回路２４０、電流源回路２５０の動作を示すタイミングチャートの一例に相当する。図１６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２３０及び回路２４０が流すオフセットの電流Ｉｏｆｆｓｅｔの電流値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。
【０２２５】なお、配線ＶＲ［ｑ］及び配線ＶＲ［ｑ＋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２３０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２４０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２５０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。
【０２２６】また、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１、Ｔｒ２４、Ｔｒ２７［ｑ］、Ｔｒ２７［ｑ＋１］、Ｔｒ２８は飽和領域で動作するものとする。
【０２２７】まず、時刻Ｔ０１乃至時刻Ｔ０２において、配線ＷＷ［ｐ］にハイレベルの電位が与えられ、配線ＷＷ［ｐ＋１］にローレベルの電位が与えられる。上記動作により、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ］においてトランジスタＴｒ１２がオンになる。また、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］においてトランジスタＴｒ１２がオフの状態を維持する。
【０２２８】また、時刻Ｔ０１乃至時刻Ｔ０２では、図１４に示す配線ＷＤ［ｑ］と配線ＷＤ［ｑ＋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［ｑ］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］が与えられ、配線ＷＤ［ｑ＋１］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ＋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［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋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。
【０２２９】よって、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］のノードＮ［ｐ、ｑ］にはトランジスタＴｒ１２を介して電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］が与えられ、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］のノードＮ［ｐ、ｑ＋１］にはトランジスタＴｒ１２を介して電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ＋１］が与えられ、メモリセルＭＣＲ［ｐ］のノードＮＲＥＦ［ｐ］にはトランジスタＴｒ１２を介して第１の参照電位ＶＰＲが与えられる。
【０２３０】時刻Ｔ０２が終了すると、図１４に示す配線ＷＷ［ｐ］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［ｐ、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ］においてトランジスタＴｒ１２がオフになる。上記動作により、ノードＮ［ｐ、ｑ］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］が保持され、ノードＮ［ｐ、ｑ＋１］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ＋１］が保持され、ノードＮＲＥＦ［ｐ］には第１の参照電位ＶＰＲが保持される。
【０２３１】次いで、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４において、図１４に示す配線ＷＷ［ｐ］の電位はローレベルに維持され、配線ＷＷ［ｐ＋１］にハイレベルの電位が与えられる。上記動作により、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］においてトランジスタＴｒ１２がオンになる。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ］においてトランジスタＴｒ１２がオフの状態を維持する。
【０２３２】また、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４では、図１４に示す配線ＷＤ［ｑ］と配線ＷＤ［ｑ＋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［ｑ］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］が与えられ、配線ＷＤ［ｑ＋１］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ＋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［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋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。
【０２３３】よって、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］のノードＮ［ｐ＋１、ｑ］にはトランジスタＴｒ１２を介して電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］が与えられ、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］のノードＮ［ｐ＋１、ｑ＋１］にはトランジスタＴｒ１２を介して電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ＋１］が与えられ、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］のノードＮＲＥＦ［ｐ＋１］にはトランジスタＴｒ１２を介して第１の参照電位ＶＰＲが与えられる。
【０２３４】時刻Ｔ０４が終了すると、図１４に示す配線ＷＷ［ｐ＋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［ｐ＋１、ｑ］、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］、メモリセルＭＣＲ［ｐ＋１］においてトランジスタＴｒ１２がオフになる。上記動作により、ノードＮ［ｐ＋１、ｑ］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］が保持され、ノードＮ［ｐ＋１、ｑ＋１］には電位ＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ＋１］が保持され、ノードＮＲＥＦ［ｐ＋１］には第１の参照電位ＶＰＲが保持される。
【０２３５】次いで、時刻Ｔ０５乃至時刻Ｔ０６において、図１５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１５に示す回路２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋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Ｔｒ２６がオンになり、トランジスタＴｒ２４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１５に示す回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋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Ｔｒ２３がオンになり、トランジスタＴｒ２１のゲートは電位ＶＳＳが与えられることでリセットされる。
【０２３６】時刻Ｔ０６が終了すると、図１４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２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２６がオフになり、回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２３がオフになる。上記動作により、回路２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２４のゲートに電位ＶＤＤが保持され、回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２１のゲートに電位ＶＳＳが保持される。
【０２３７】次いで、時刻Ｔ０７乃至時刻Ｔ０８において、図１５に示す配線ＯＳＰにハイレベルの電位が与えられる。また、図１４に示す配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋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２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２２がオンになる。
【０２３８】配線ＢＬ［ｑ］に流れる電流Ｉ［ｑ］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［ｑ］が正の場合、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］のトランジスタＴｒ２８が引き込むことのできる電流と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］のトランジスタＴｒ２８が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタＴｒ２７［ｑ］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［ｑ］が正の場合、回路２４０［ｑ］においてトランジスタＴｒ２２がオンになると、トランジスタＴｒ２７［ｑ］のドレイン電流の一部がトランジスタＴｒ２１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Ｔｒ２１のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ］とほぼ等しくなると、トランジスタＴｒ２１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Ｔｒ２１のゲートの電位は、トランジスタＴｒ２１のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ］、すなわち電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］（＝ＩＣＰ［ｑ］）となるような電位に相当する。つまり、回路２４０［ｑ］のトランジスタＴｒ２１は、電流ＩＣＰ［ｑ］を流し得る電流源に設定された状態であると言える。
【０２３９】同様に、配線ＢＬ［ｑ＋１］に流れる電流Ｉ［ｑ＋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［ｑ＋１］が正の場合、回路２４０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２２がオンになると、トランジスタＴｒ２７［ｑ＋１］のドレイン電流の一部がトランジスタＴｒ２１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Ｔｒ２１のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ＋１］とほぼ等しくなると、トランジスタＴｒ２１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Ｔｒ２１のゲートの電位は、トランジスタＴｒ２１のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ＋１］、すなわち電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］（＝ＩＣＰ［ｑ＋１］）となるような電位に相当する。つまり、回路２４０［ｑ＋１］のトランジスタＴｒ２１は、電流ＩＣＰ［ｑ＋１］を流し得る電流源に設定された状態であると言える。
【０２４０】時刻Ｔ０８が終了すると、図１５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２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋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、トランジスタＴｒ２１のゲートの電位は保持される。よって、回路２４０［ｑ］は電流ＩＣＰ［ｑ］を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路２４０［ｑ＋１］は電流ＩＣＰ［ｑ＋１］を流し得る電流源に設定された状態を維持する。
【０２４１】次いで、時刻Ｔ０９乃至時刻Ｔ１０において、図１５に示す配線ＯＳＭにハイレベルの電位が与えられる。また、図１４に示す配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋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２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２５がオンになる。
【０２４２】配線ＢＬ［ｑ］に流れる電流Ｉ［ｑ］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［ｑ］が負の場合、図１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］のトランジスタＴｒ２８が引き込むことのできる電流と、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］のトランジスタＴｒ２８が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタＴｒ２７［ｑ］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［ｑ］が負の場合、回路２３０［ｑ］においてトランジスタＴｒ２５がオンになると、トランジスタＴｒ２４のゲートから配線ＢＬ［ｑ］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Ｔｒ２４のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ］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［ｑ］、すなわち電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］（＝ＩＣＭ［ｑ］）となるような電位に相当する。つまり、回路２３０［ｑ］のトランジスタＴｒ２４は、電流ＩＣＭ［ｑ］を流し得る電流源に設定された状態であると言える。
【０２４３】同様に、配線ＢＬ［ｑ＋１］に流れる電流Ｉ［ｑ＋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［ｑ＋１］が負の場合、回路２３０［ｑ＋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Ｔｒ２４のゲートから配線ＢＬ［ｑ＋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Ｔｒ２４のドレイン電流が電流ΔＩ［ｑ＋１］の絶対値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［ｑ＋１］、すなわち電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］（＝ＩＣＭ［ｑ＋１］）の絶対値に等しくなるような電位に相当する。つまり、回路２３０［ｑ＋１］のトランジスタＴｒ２４は、電流ＩＣＭ［ｑ＋１］を流し得る電流源に設定された状態であると言える。
【０２４４】時刻Ｔ０８が終了すると、図１５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２３０［ｑ］及び回路２３０［ｑ＋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２３０［ｑ］は電流ＩＣＭ［ｑ］を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路２３０［ｑ＋１］は電流ＩＣＭ［ｑ＋１］を流し得る電流源に設定された状態を維持する。
【０２４５】なお、回路２４０［ｑ］及び回路２４０［ｑ＋１］において、トランジスタＴｒ２１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［ｑ］に流れる電流Ｉ［ｑ］が配線ＢＬＲＥＦに流れる電流ＩＲＥＦよりも大きく電流ΔＩ［ｑ］が負の場合、或いは、配線ＢＬ［ｑ＋１］に流れる電流Ｉ［ｑ＋１］が配線ＢＬＲＥＦに流れる電流ＩＲＥＦよりも大きく電流ΔＩ［ｑ＋１］が負の場合、回路２４０［ｑ］または回路２４０［ｑ＋１］から過不足なく配線ＢＬ［ｑ］または配線ＢＬ［ｑ＋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［ｑ］または配線ＢＬ［ｑ＋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Ｔｒ１１と、回路２４０［ｑ］または回路２４０［ｑ＋１］のトランジスタＴｒ２１と、トランジスタＴｒ２７［ｑ］またはＴｒ２７［ｑ＋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。
【０２４６】時刻Ｔ０７乃至時刻Ｔ０８において電流ΔＩ［ｑ］が負の場合でも、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ２１、Ｔｒ２７［ｑ］またはＴｒ２７［ｑ＋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Ｔｒ２４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Ｔｒ２４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Ｔｒ２７［ｑ］またはＴｒ２７［ｑ＋１］のドレイン電流に加えてトランジスタＴｒ２４から電流が供給されるため、トランジスタＴｒ１１において引き込めない分の電流を、トランジスタＴｒ２１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Ｔｒ１１、Ｔｒ２１、Ｔｒ２７［ｑ］またはＴｒ２７［ｑ＋１］における飽和領域での動作を確保することができる。
【０２４７】なお、時刻Ｔ０９乃至時刻Ｔ１０において、配線ＢＬ［ｑ］に流れる電流Ｉ［ｑ］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［ｑ］が正の場合、時刻Ｔ０７乃至時刻Ｔ０８において回路２４０［ｑ］が電流ＩＣＰ［ｑ］を流し得る電流源に既に設定されているため、回路２３０［ｑ］においてトランジスタＴｒ２４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［ｑ＋１］に流れる電流Ｉ［ｑ＋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［ｑ＋１］が正の場合、時刻Ｔ０７乃至時刻Ｔ０８において回路２４０［ｑ＋１］が電流ＩＣＰ［ｑ＋１］を流し得る電流源に既に設定されているため、回路２３０［ｑ＋１］においてトランジスタＴｒ２４のゲートの電位はほぼ電位ＶＤＤのままとなる。
【０２４８】次いで、時刻Ｔ１１乃至時刻Ｔ１２において、図１４に示す配線ＲＷ［ｐ］に第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］が与えられる。また、配線ＲＷ［ｐ＋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［ｐ］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［ｐ］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［ｐ］の電位は第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］であると仮定する。
【０２４９】配線ＲＷ［ｐ］の電位が第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］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１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ］となり、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ＋１］＋Ｖｗ［ｐ］となる。そして、上記の式６から、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］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［ｑ］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］を差し引いた電流、すなわち、配線ＢＬ［ｑ］から流れ出る電流Ｉｏｕｔ［ｑ］に反映されることが分かる。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋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［ｑ＋１］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］を差し引いた電流、すなわち、配線ＢＬ［ｑ＋１］から流れ出る電流Ｉｏｕｔ［ｑ＋１］に反映されることが分かる。
【０２５０】時刻Ｔ１２が終了すると、配線ＲＷ［ｐ］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。
【０２５１】次いで、時刻Ｔ１３乃至時刻Ｔ１４において、図１４に示す配線ＲＷ［ｐ＋１］に第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］が与えられる。また、配線ＲＷ［ｐ］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［ｐ＋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［ｐ＋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［ｐ＋１］の電位は第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］であると仮定する。
【０２５２】配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位が第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋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１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ＋１］となり、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ＋１］＋Ｖｗ［ｐ＋１］となる。そして、上記の式６から、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］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［ｑ］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］を差し引いた電流、すなわち、電流Ｉｏｕｔ［ｑ］に反映されることが分かる。また、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋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［ｑ＋１］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］を差し引いた電流、すなわち、電流Ｉｏｕｔ［ｑ＋１］に反映されることが分かる。
【０２５３】時刻Ｔ１２が終了すると、配線ＲＷ［ｐ＋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。
【０２５４】次いで、時刻Ｔ１５乃至時刻Ｔ１６において、図１４に示す配線ＲＷ［ｐ］に第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］が与えられ、配線ＲＷ［ｐ＋１］に第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］が与えられる。具体的に、配線ＲＷ［ｐ］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［ｐ］だけ高い電位となり、配線ＲＷ［ｐ＋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［ｐ＋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［ｐ］の電位は第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］であり、配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位は第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋１］であると仮定する。
【０２５５】配線ＲＷ［ｐ］の電位が第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ］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１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ］となり、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ、ｑ＋１］＋Ｖｗ［ｐ］となる。また、配線ＲＷ［ｐ＋１］の電位が第２のアナログ電位Ｖｗ［ｐ＋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１４に示すメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ］＋Ｖｗ［ｐ＋１］となり、メモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋１］におけるノードＮの電位はＶＰＲ−Ｖｘ［ｐ＋１、ｑ＋１］＋Ｖｗ［ｐ＋１］となる。
【０２５６】そして、上記の式６から、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ］とメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ］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［ｑ］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ］を差し引いた電流、すなわち、電流Ｉｏｕｔ［ｑ］に反映されることが分かる。また、メモリセルＭＣ［ｐ、ｑ＋１］とメモリセルＭＣ［ｐ＋１、ｑ＋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［ｑ＋１］から電流Ｉｏｆｆｓｅｔ［ｑ＋１］を差し引いた電流、すなわち、電流Ｉｏｕｔ［ｑ＋１］に反映されることが分かる。
【０２５７】時刻Ｔ１６が終了すると、配線ＲＷ［ｐ］及び配線ＲＷ［ｐ＋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。
【０２５８】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。
【０２５９】なお、トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ２２、Ｔｒ２３、Ｔｒ２５、またはＴｒ２６は、オフ電流が極めて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Ｔｒ１２にオフ電流が極めて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Ｔｒ２２及びＴｒ２３にオフ電流が極めて低いトランジスタを用いることにより、トランジスタＴｒ２１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Ｔｒ２５及びＴｒ２６にオフ電流が極めて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。
【０２６０】オフ電流が極めて低いトランジスタとしてＯＳトランジスタを用いればよい。チャネル幅で規格化したＯＳトランジスタのリーク電流は、ソースドレイン間電圧が１０Ｖ、室温（２５℃程度）の状態で１０×１０−２１Ａ／μｍ（１０ゼプトＡ／μｍ）以下とすることが可能である。
【０２６１】以上説明した半導体装置を用いることにより、ニューラルネットワークＮＮ１における積和演算を行うことができる。
【０２６２】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０２６３】（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態において用いることができるＯＳトランジスタの構成例について説明する。
【０２６４】＜トランジスタの構成例＞
図１７（Ａ）は、トランジスタの構成例を示す上面図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＸ１−Ｘ２線断面図であり、図１７（Ｃ）はＹ１−Ｙ２線断面図である。ここでは、Ｘ１−Ｘ２線の方向をチャネル長方向と、Ｙ１−Ｙ２線方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。図１７（Ｂ）は、トランジスタのチャネル長方向の断面構造を示す図であり、図１７（Ｃ）は、トランジスタのチャネル幅方向の断面構造を示す図である。なお、デバイス構造を明確にするため、図１７（Ａ）では、一部の構成要素が省略されている。
【０２６５】本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁層８１２乃至８２０、金属酸化物膜８２１乃至８２４、導電層８５０乃至８５３を有する。トランジスタ８０１は絶縁表面に形成される。図１７では、トランジスタ８０１が絶縁層８１１上に形成される場合を例示している。トランジスタ８０１は絶縁層８１８及び絶縁層８１９で覆われている。
【０２６６】なお、トランジスタ８０１を構成している絶縁層、金属酸化物膜、導電層等は、単層であっても、複数の膜が積層されたものであってもよい。これらの作製には、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、パルスレーザアブレーション法（ＰＬＡ法）、ＣＶＤ法、原子層堆積法（ＡＬＤ法）などの各種の成膜方法を用いることができる。なお、ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有機金属ＣＶＤ法などがある。
【０２６７】導電層８５０は、トランジスタ８０１のゲート電極として機能する領域を有する。導電層８５１、導電層８５２は、ソース電極又はドレイン電極として機能する領域を有する。導電層８５３は、バックゲート電極として機能する領域を有する。絶縁層８１７は、ゲート電極（フロントゲート電極）側のゲート絶縁層として機能する領域を有し、絶縁層８１４乃至絶縁層８１６の積層で構成される絶縁層は、バックゲート電極側のゲート絶縁層として機能する領域を有する。絶縁層８１８は層間絶縁層としての機能を有する。絶縁層８１９はバリア層としての機能を有する。
【０２６８】金属酸化物膜８２１乃至８２４をまとめて酸化物層８３０と呼ぶ。図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示すように、酸化物層８３０は、金属酸化物膜８２１、金属酸化物膜８２２、金属酸化物膜８２４が順に積層されている領域を有する。また、一対の金属酸化物膜８２３は、それぞれ導電層８５１、導電層８５２上に位置する。トランジスタ８０１がオン状態のとき、チャネル形成領域は酸化物層８３０のうち主に金属酸化物膜８２２に形成される。
【０２６９】金属酸化物膜８２４は、金属酸化物膜８２１乃至８２３、導電層８５１、導電層８５２を覆っている。絶縁層８１７は金属酸化物膜８２３と導電層８５０との間に位置する。導電層８５１、導電層８５２はそれぞれ、金属酸化物膜８２３、金属酸化物膜８２４、絶縁層８１７を介して、導電層８５０と重なる領域を有する。
【０２７０】導電層８５１及び導電層８５２は、金属酸化物膜８２１及び金属酸化物膜８２２を形成するためのハードマスクから作製されている。そのため、導電層８５１及び導電層８５２は、金属酸化物膜８２１および金属酸化物膜８２２の側面に接する領域を有していない。例えば、次のような工程を経て、金属酸化物膜８２１、８２２、導電層８５１、導電層８５２を作製することができる。まず、積層された２層の金属酸化物膜上に導電膜を形成する。この導電膜を所望の形状に加工（エッチング）して、ハードマスクを形成する。ハードマスクを用いて、２層の金属酸化物膜の形状を加工し、積層された金属酸化物膜８２１及び金属酸化物膜８２２を形成する。次に、ハードマスクを所望の形状に加工して、導電層８５１及び導電層８５２を形成する。
【０２７１】絶縁層８１１乃至８１８に用いられる絶縁材料には、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどがある。絶縁層８１１乃至８１８はこれらの絶縁材料でなる単層又は積層で構成される。絶縁層８１１乃至８１８を構成する層は、複数の絶縁材料を含んでいてもよい。
【０２７２】なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、酸素の含有量が窒素よりも多い化合物であり、窒化酸化物とは、窒素の含有量が酸素よりも多い化合物のことを意味する。
【０２７３】酸化物層８３０の酸素欠損の増加を抑制するため、絶縁層８１６乃至絶縁層８１８は、酸素を含む絶縁層であることが好ましい。絶縁層８１６乃至絶縁層８１８は、加熱により酸素が放出される絶縁膜（以下、「過剰酸素を含む絶縁膜」ともいう）で形成されることがより好ましい。過剰酸素を含む絶縁膜から酸化物層８３０に酸素を供給することで、酸化物層８３０の酸素欠損を補償することができる。トランジスタ８０１の信頼性および電気的特性を向上することができる。
【０２７４】過剰酸素を含む絶縁膜とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）において、膜の表面温度が１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上５００℃以下の範囲における酸素分子の放出量が１．０×１０１８［分子／ｃｍ３］以上である膜とする。酸素分子の放出量は、３．０×１０２０分子／ｃｍ３以上であることがより好ましい。
【０２７５】過剰酸素を含む絶縁膜は、絶縁膜に酸素を添加する処理を行って形成することができる。酸素を添加する処理としては、酸素雰囲気下による熱処理、プラズマ処理、又はイオン注入法、イオンドーピング法、もしくはプラズマイマージョンイオン注入法を用いた処理などが挙げられる。酸素を添加するためのガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガス又はオゾンガスなどを用いることができる。
【０２７６】酸化物層８３０の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層８１２乃至８１９中の水素濃度を低減することが好ましい。特に絶縁層８１３乃至８１８の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、水素濃度は、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましく、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下がより好ましく、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。
【０２７７】上掲の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定された値である。
【０２７８】トランジスタ８０１において、酸素および水素に対してバリア性をもつ絶縁層（以下、バリア層ともいう）によって酸化物層８３０が包み込まれる構造であることが好ましい。このような構造であることで、酸化物層８３０から酸素が放出されること、酸化物層８３０に水素が侵入することを抑えることができる。トランジスタ８０１の信頼性、電気的特性を向上できる。
【０２７９】例えば、絶縁層８１９をバリア層として機能させ、かつ絶縁層８１１、８１２、８１４の少なくとも１つをバリア層として機能させればよい。バリア層は、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化シリコンなどの材料で形成することができる。
【０２８０】絶縁層８１１乃至８１８の構成例を記す。この例では、絶縁層８１１、８１２、８１５、８１９は、それぞれ、バリア層として機能する。絶縁層８１６乃至８１８は過剰酸素を含む酸化物層である。絶縁層８１１は窒化シリコンであり、絶縁層８１２は酸化アルミニウムであり、絶縁層８１３は酸化窒化シリコンである。バックゲート電極側のゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層８１４乃至８１６は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコンの積層である。フロントゲート側のゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層８１７は、酸化窒化シリコンである。層間絶縁層としての機能を有する絶縁層８１８は、酸化シリコンである。絶縁層８１９は酸化アルミニウムである。
【０２８１】導電層８５０乃至８５３に用いられる導電性材料には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属、又は上述した金属を成分とする金属窒化物（窒化タンタル、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タングステン）等がある。インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を用いることができる。
【０２８２】導電層８５０乃至８５３の構成例を記す。導電層８５０は窒化タンタル、又はタングステン単層である。あるいは、導電層８５０は窒化タンタル、タンタルおよび窒化タンタルでなる積層である。導電層８５１は、窒化タンタル単層、又は窒化タンタルとタングステンとの積層である。導電層８５２の構成は導電層８５１と同じである。導電層８５３は窒化タンタル単層、又は窒化タンタルとタングステンとの積層である。
【０２８３】トランジスタ８０１のオフ電流の低減のために、金属酸化物膜８２２は、例えば、エネルギーギャップが大きいことが好ましい。金属酸化物膜８２２のエネルギーギャップは、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下であり、２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下が好ましく、３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下がさらに好ましい。
【０２８４】酸化物層８３０は、結晶性を有することが好ましい。少なくとも、金属酸化物膜８２２は結晶性を有することが好ましい。上記構成により、信頼性、および電気的特性の良いトランジスタ８０１を実現できる。
【０２８５】金属酸化物膜８２２に適用できる酸化物は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、又はＳｎ）である。金属酸化物膜８２２は、インジウムを含む酸化物層に限定されない。金属酸化物膜８２２は、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物、Ｇａ−Ｓｎ酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ酸化物等で形成することができる。金属酸化物膜８２１、８２３、８２４も、金属酸化物膜８２２と同様の酸化物で形成することができる。特に、金属酸化物膜８２１、８２３、８２４は、それぞれ、Ｇａ酸化物で形成することができる。
【０２８６】金属酸化物膜８２２と金属酸化物膜８２１の界面に界面準位が形成されると、界面近傍の領域にもチャネル形成領域が形成されるために、トランジスタ８０１の閾値電圧が変動してしまう。そのため、金属酸化物膜８２１は、構成要素として、金属酸化物膜８２２を構成する金属元素の少なくとも１つを含むことが好ましい。これにより、金属酸化物膜８２２と金属酸化物膜８２１の界面には、界面準位が形成されにくくなり、トランジスタ８０１の閾値電圧等の電気的特性のばらつきを低減することができる。
【０２８７】金属酸化物膜８２４は、構成要素として、金属酸化物膜８２２を構成する金属元素の少なくとも１つを含むことが好ましい。これにより、金属酸化物膜８２２と金属酸化物膜８２４との界面では、界面散乱が起こりにくくなり、キャリアの動きが阻害されにくくなるので、トランジスタ８０１の電界効果移動度を高くすることができる。
【０２８８】金属酸化物膜８２１乃至８２４のうち、金属酸化物膜８２２のキャリア移動度が最も高いことが好ましい。これにより、絶縁層８１６、８１７から離れた位置に設けられた金属酸化物膜８２２にチャネルを形成することができる。
【０２８９】例えば、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物等のＩｎ含有金属酸化物は、Ｉｎの含有率を高めることで、キャリア移動度を高めることができる。Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物では主として重金属のｓ軌道がキャリア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を多くすることにより、より多くのｓ軌道が重なるため、インジウムの含有率が多い酸化物はインジウムの含有率が少ない酸化物と比較して移動度が高くなる。そのため、金属酸化物膜にインジウムの含有量が多い酸化物を用いることで、キャリア移動度を高めることができる。
【０２９０】そのため、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物で金属酸化物膜８２２を形成し、Ｇａ酸化物で金属酸化物膜８２１、８２３を形成する。例えば、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物で、金属酸化物膜８２１乃至８２３を形成する場合、金属酸化物膜８２２のＩｎの含有率を金属酸化物膜８２１、８２３のＩｎの含有率よりも高くする。Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法で形成する場合、ターゲットの金属元素の原子数比を変えることで、Ｉｎ含有率を変化させることができる。
【０２９１】例えば、金属酸化物膜８２２の成膜に用いるターゲットの金属元素の原子数比Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎは、１：１：１、３：１：２、又は４：２：４．１が好ましい。例えば、金属酸化物膜８２１、８２３の成膜に用いるターゲットの金属元素の原子数比Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎは、１：３：２、又は１：３：４が好ましい。Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１のターゲットで成膜したＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の原子数比は、およそＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３である。
【０２９２】トランジスタ８０１に安定した電気的特性を付与するには、酸化物層８３０の不純物濃度を低減することが好ましい。金属酸化物において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。また、シリコンおよび炭素は金属酸化物中で不純物準位の形成に寄与する。不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気的特性を劣化させることがある。
【０２９３】例えば、酸化物層８３０は、シリコン濃度が２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の領域を有する。酸化物層８３０の炭素濃度も同様である。
【０２９４】酸化物層８３０は、アルカリ金属濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の領域を有する。酸化物層８３０のアルカリ土類金属の濃度についても同様である。
【０２９５】酸化物層８３０は、水素濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の領域を有する。
【０２９６】上掲した酸化物層８３０の不純物濃度は、ＳＩＭＳにより得られる値である。
【０２９７】金属酸化物膜８２２が酸素欠損を有する場合、酸素欠損のサイトに水素が入り込むことでドナー準位を形成することがある。その結果、トランジスタ８０１のオン電流を低下させる要因となる。なお、酸素欠損のサイトは、水素が入るよりも酸素が入る方が安定する。したがって、金属酸化物膜８２２中の酸素欠損を低減することで、トランジスタ８０１のオン電流を大きくすることができる場合がある。よって、金属酸化物膜８２２中の水素を低減することで、酸素欠損のサイトに水素が入りこまないようにすることが、オン電流特性に有効である。
【０２９８】金属酸化物に含まれる水素は、金属原子に結合している酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成することがある。酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子に結合している酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。金属酸化物膜８２２にチャネル形成領域が設けられるので、金属酸化物膜８２２に水素が含まれていると、トランジスタ８０１はノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物膜８２２中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。
【０２９９】なお、金属酸化物膜８２２は、導電層８５１又は導電層８５２と接する領域においては、ｎ型化された領域８２２ｎを有していてもよい。領域８２２ｎは、金属酸化物膜８２２中の酸素が導電層８５１又は導電層８５２に引き抜かれる、又は、導電層８５１又は導電層８５２に含まれる導電性材料が金属酸化物膜８２２中の元素と結合する、などの現象によって形成される。領域８２２ｎが形成されることにより、導電層８５１又は導電層８５２と金属酸化物膜８２２との接触抵抗を低減することができる。
【０３００】図１７は、酸化物層８３０が４層構造の例であるが、これに限定されない。例えば、酸化物層８３０を金属酸化物膜８２１又は金属酸化物膜８２３のない３層構造とすることができる。又は、酸化物層８３０の任意の層の間、酸化物層８３０の上、酸化物層８３０の下のいずれか二箇所以上に、金属酸化物膜８２１乃至８２４と同様の金属酸化物膜を１層又は複数を設けることができる。
【０３０１】図１８を参照して、金属酸化物膜８２１、８２２、８２４の積層によって得られる効果を説明する。図１８は、トランジスタ８０１のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造の模式図である。
【０３０２】図１８中、Ｅｃ８１６ｅ、Ｅｃ８２１ｅ、Ｅｃ８２２ｅ、Ｅｃ８２４ｅ、Ｅｃ８１７ｅは、それぞれ、絶縁層８１６、金属酸化物膜８２１、金属酸化物膜８２２、金属酸化物膜８２４、絶縁層８１７の伝導帯下端のエネルギーを示している。
【０３０３】ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差（「電子親和力」ともいう）は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（イオン化ポテンシャルともいう）からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ  ＪＯＢＩＮ  ＹＶＯＮ社  ＵＴ−３００）を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（ＰＨＩ社  ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。
【０３０４】絶縁層８１６、８１７は絶縁体であるため、Ｅｃ８１６ｅとＥｃ８１７ｅは、Ｅｃ８２１ｅ、Ｅｃ８２２ｅ、およびＥｃ８２４ｅよりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）。
【０３０５】金属酸化物膜８２２は、金属酸化物膜８２１、８２４よりも電子親和力が大きい。例えば、金属酸化物膜８２２と金属酸化物膜８２１との電子親和力の差、および金属酸化物膜８２２と金属酸化物膜８２４との電子親和力の差は、それぞれ、０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下である。電子親和力の差は、０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下が好ましく、０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下がさらに好ましい。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
【０３０６】トランジスタ８０１のゲート電極（導電層８５０）に電圧を印加すると、金属酸化物膜８２１、金属酸化物膜８２２、金属酸化物膜８２４のうち、電子親和力が大きい金属酸化物膜８２２に主にチャネルが形成される。
【０３０７】インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する。そのため、金属酸化物膜８２４がインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原子割合［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）］は、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上とする。
【０３０８】また、金属酸化物膜８２１と金属酸化物膜８２２との間には金属酸化物膜８２１と金属酸化物膜８２２の混合領域が存在する場合がある。また、金属酸化物膜８２４と金属酸化物膜８２２との間には金属酸化物膜８２４と金属酸化物膜８２２の混合領域が存在する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなるため、金属酸化物膜８２１、８２２、８２４の積層されている領域は、それぞれの界面近傍においてエネルギーが連続的に変化する（連続接合ともいう）バンド構造となる。
【０３０９】このようなエネルギーバンド構造を有する酸化物層８３０において、電子は主に金属酸化物膜８２２を移動することになる。そのため、金属酸化物膜８２１と絶縁層８１６との界面に、又は、金属酸化物膜８２４と絶縁層８１７との界面に準位が存在したとしても、これらの界面準位により、酸化物層８３０中を移動する電子の移動が阻害されにくくなるため、トランジスタ８０１のオン電流を高くすることができる。
【０３１０】また、図１８に示すように、金属酸化物膜８２１と絶縁層８１６の界面近傍、および金属酸化物膜８２４と絶縁層８１７の界面近傍には、それぞれ、不純物や欠陥に起因したトラップ準位Ｅｔ８２６ｅ、Ｅｔ８２７ｅが形成され得るものの、金属酸化物膜８２１、８２４があることにより、金属酸化物膜８２２をトラップ準位Ｅｔ８２６ｅ、Ｅｔ８２７ｅから遠ざけることができる。
【０３１１】なお、Ｅｃ８２１ｅとＥｃ８２２ｅとの差が小さい場合、金属酸化物膜８２２の電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位Ｅｔ８２６ｅに達することがある。トラップ準位Ｅｔ８２６ｅに電子が捕獲されることで、絶縁膜の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタの閾値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。Ｅｃ８２２ｅとＥｃ８２４ｅとのエネルギー差が小さい場合も同様である。
【０３１２】トランジスタ８０１の閾値電圧の変動が低減され、トランジスタ８０１の電気的特性を良好なものとするため、Ｅｃ８２１ｅとＥｃ８２２ｅとの差、Ｅｃ８２４ｅとＥｃ８２２ｅと差を、それぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．１５ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【０３１３】なお、トランジスタ８０１はバックゲート電極を有さない構造とすることもできる。
【０３１４】＜積層構造の例＞
次に、ＯＳトランジスタと他のトランジスタの積層によって構成される半導体装置の構造について説明する。
【０３１５】図１９に、ＳｉトランジスタであるトランジスタＴｒ１００と、ＯＳトランジスタであるＴｒ２００と、容量素子Ｃ１００と、が積層された半導体装置８６０の積層構造の例を示す。
【０３１６】半導体装置８６０は、ＣＭＯＳ層８７１、配線層Ｗ１乃至Ｗ５、トランジスタ層８７２、配線層Ｗ６、Ｗ７の積層で構成されている。
【０３１７】ＣＭＯＳ層８７１には、トランジスタＴｒ１００が設けられている。トランジスタＴｒ１００のチャネル形成領域は、単結晶シリコンウエハ８７０に設けられている。トランジスタＴｒ１００のゲート電極８７３は、配線層Ｗ１乃至Ｗ５を介して、容量素子Ｃ１００の一方の電極８７５と接続されている。
【０３１８】トランジスタ層８７２には、トランジスタＴｒ２００が設けられている。図１９では、トランジスタＴｒ２００がトランジスタ８０１（図１７）と同様の構造を有する。トランジスタＴｒ２００のソース又はドレインの一方に相当する電極８７４は、容量素子Ｃ１００の一方の電極８７５と接続されている。なお、図１９には、トランジスタＴｒ２００がバックゲート電極を配線層Ｗ５に有する場合を例示している。また、配線層Ｗ６には、容量素子Ｃ１００が設けられている。
【０３１９】以上のように、ＯＳトランジスタとその他の素子を積層することにより、回路の面積を縮小することができる。
【０３２０】上記の構造は、実施の形態３において説明した半導体装置２００などに適用することができる。例えば、図１４におけるトランジスタＴｒ１１としてトランジスタＴｒ１００を用い、トランジスタＴｒ１２としてトランジスタＴｒ２００を用い、容量素子Ｃ１１として容量素子Ｃ１００を用いることができる。また、図１５におけるトランジスタＴｒ２１又はＴｒ２４としてトランジスタＴｒ１００を用い、トランジスタＴｒ２２、Ｔｒ２３、Ｔｒ２５、又はＴｒ２６としてトランジスタＴｒ２００を用い、容量素子Ｃ２１又はＣ２２として容量素子Ｃ１００を用いることができる。
【０３２１】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０３２２】（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示部に用いることができる表示装置の構成例について説明する。
【０３２３】＜表示装置の構成例１＞
図２０（Ａ）に、表示部２０に用いることが可能な表示装置４００の構成例を示す。表示装置４００は、画素部４０１、駆動回路４０２、及び駆動回路４０３を有する。
【０３２４】画素部４０１は、複数の画素ｐｉｘによって構成され、図１における表示領域ＤＳＰに相当する。画素ｐｉｘはそれぞれ、配線ＳＬ及び配線ＧＬと接続されている。また、配線ＧＬはそれぞれ駆動回路４０２と接続され、配線ＳＬはそれぞれ駆動回路４０３と接続されている。配線ＧＬには選択信号が供給され、配線ＳＬには映像信号が供給される。
【０３２５】駆動回路４０２は、選択信号を画素ｐｉｘに供給する機能を有する。具体的には、駆動回路４０２は、配線ＧＬに選択信号を供給する機能を有し、配線ＧＬは、駆動回路４０２から出力された選択信号を画素ｐｉｘに伝える機能を有する。なお、駆動回路４０２は、ゲート側駆動回路、ゲートドライバと呼ぶことができ、配線ＧＬは、選択信号線、ゲート線などと呼ぶこともできる。
【０３２６】駆動回路４０３は、映像信号を画素ｐｉｘに供給する機能を有する。具体的には、駆動回路４０３は、配線ＳＬに映像信号を供給する機能を有し、配線ＳＬは、駆動回路４０３から出力された映像信号を画素ｐｉｘに伝える機能を有する。なお、駆動回路４０３は、ソース側駆動回路、ソースドライバと呼ぶことができ、配線ＳＬは、映像信号線、ソース線などと呼ぶこともできる。
【０３２７】図２０（Ｂ）に、表示素子として発光素子を用いた画素ｐｉｘの構成例を示す。図２０（Ｂ）に示す画素ｐｉｘは、トランジスタＴｒ３１、Ｔｒ３２、容量素子Ｃ３１、発光素子ＬＥを有する。なお、ここではトランジスタＴｒ３１、Ｔｒ３２をｎチャネル型としているが、トランジスタの極性は適宜変更することができる。
【０３２８】トランジスタＴｒ３１のゲートは配線ＧＬと接続され、ソース又はドレインの一方はトランジスタＴｒ３２のゲート、及び容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線ＳＬと接続されている。トランジスタＴｒ３２のソース又はドレインの一方は容量素子Ｃ３１の他方の電極、及び発光素子ＬＥの一方の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は電位Ｖａが供給される配線と接続されている。発光素子ＬＥの他方の電極は、電位Ｖｃが供給される配線と接続されている。トランジスタＴｒ３１のソース又はドレインの一方、トランジスタＴｒ３２のゲート、及び容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３１とする。また、トランジスタＴｒ３２のソース又はドレインの一方、及び容量素子Ｃ３１の他方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３２とする。
【０３２９】ここでは、電位Ｖａを高電源電位とし、電位Ｖｃを低電源電位とした場合について説明する。電位Ｖａ及び電位Ｖｃはそれぞれ、複数の画素ｐｉｘで共通の電位とすることができる。また、容量素子Ｃ３１は、ノードＮ３１の電位を保持するための保持容量としての機能を有する。
【０３３０】トランジスタＴｒ３１は、配線ＳＬの電位のノードＮ３１への供給を制御する機能を有する。具体的には、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３１をオン状態とすることにより、映像信号に対応する配線ＳＬの電位がノードＮ３１に供給され、画素ｐｉｘの書き込みが行われる。その後、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３１をオフ状態とすることにより、ノードＮ３１の電位が保持される。
【０３３１】そして、ノードＮ３１、Ｎ３２の間の電圧に応じてトランジスタＴｒ３２のソース−ドレインの間に流れる電流量が制御され、発光素子ＬＥが当該電流量に応じた輝度で発光する。これにより、画素ｐｉｘの階調を制御することができる。なお、トランジスタＴｒ３２は飽和領域で動作させることが好ましい。
【０３３２】また、図２０（Ｂ）に示すように画素ｐｉｘ内に２つのトランジスタ（Ｔｒ３１及びＴｒ３２）を有する構成が好適である。当該構成とすることで、後述するボトムエミッション構造の場合において、画素の開口率を高めることが可能となる。ただし、本発明の一態様についてはこれに限定されず、画素ｐｉｘ内に３つ以上のトランジスタを有する構成としてもよい。
【０３３３】また、図２０（Ｃ）に、表示素子として液晶素子を用いた画素ｐｉｘの構成例を示す。図２０（Ｃ）に示す画素ｐｉｘは、トランジスタＴｒ３３、容量素子Ｃ３２、液晶素子ＬＣを有する。なお、ここでは、トランジスタＴｒ３３をｎチャネル型としているが、トランジスタの極性は適宜変更することができる。
【０３３４】トランジスタＴｒ３３のゲートは配線ＧＬと接続され、ソース又はドレインの一方は液晶素子ＬＣの一方の電極、及び容量素子Ｃ３２の一方の電極と接続され、ソース又はドレインの他方は配線ＳＬと接続されている。液晶素子ＬＣの他方の電極は、電位Ｖｃｏｍが供給される配線と接続されている。容量素子Ｃ３２の他方の電極は、所定の電位が供給される配線と接続されている。トランジスタＴｒ３３のソース又はドレインの一方、液晶素子ＬＣの一方の電極、及び容量素子Ｃ３２の一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３３とする。
【０３３５】電位Ｖｃｏｍは、複数の画素ｐｉｘで共通の電位とすることができる。なお、電位Ｖｃｏｍは、容量素子Ｃ３２の他方の電極と接続された配線と同電位であってもよい。また、容量素子Ｃ３２は、ノードＮ３３の電位を保持するための保持容量としての機能を有する。
【０３３６】トランジスタＴｒ３３は、配線ＳＬの電位のノードＮ３３への供給を制御する機能を有する。具体的には、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３３をオン状態とすることにより、映像信号に対応する配線ＳＬの電位がノードＮ３３に供給され、画素ｐｉｘの書き込みが行われる。その後、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３３をオフ状態とすることにより、ノードＮ３３の電位が保持される。
【０３３７】液晶素子ＬＣは、一対の電極と、一対の電極間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層と、を有する。液晶素子ＬＣに含まれる液晶分子の配向は、一対の電極間に印加される電圧の値に応じて変化し、これにより液晶層の透過率が変化する。そのため、配線ＳＬからノードＮ３３に供給する電位を制御することにより、画素ｐｉｘの階調を制御することができる。
【０３３８】上記の動作を配線ＧＬごとに順次行うことにより、第１フレーム分の映像を表示することができる。
【０３３９】なお、配線ＧＬの選択には、プログレッシブ方式を用いてもよいし、インターレース方式を用いてもよい。また、配線ＳＬへの映像信号の供給は、配線ＳＬに順次映像信号を供給する点順次駆動を用いて行ってもよいし、全ての配線ＳＬに一斉に映像信号を供給する線順次駆動を用いて行ってもよい。また、複数の配線ＳＬごとに順に、映像信号を供給してもよい。
【０３４０】その後、第２のフレーム期間において、第１のフレーム期間と同様の動作により、映像の表示が行われる。これにより、画素部４０１に表示される映像が書き換えられる。
【０３４１】画素ｐｉｘが有するトランジスタに用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムなどの第１４族の元素、ガリウムヒ素などの化合物半導体、有機半導体、金属酸化物などを用いることができる。また、半導体は、非単結晶半導体（非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体など）、であってもよいし、単結晶半導体であってもよい。
【０３４２】画素ｐｉｘが有するトランジスタは、チャネル形成領域に非晶質半導体、特に、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含むことが好ましい。非晶質半導体を用いたトランジスタは、基板の大面積化に対応することが容易であるため、例えば４Ｋ２Ｋ放送、又は８Ｋ４Ｋ放送などに対応可能な大画面の表示装置を作製する場合に、製造工程を簡略化することができる。
【０３４３】また、画素ｐｉｘが有するトランジスタには、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を用いることもできる。ＯＳトランジスタは、水素化アモルファスシリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が高い。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタなどで必要であった結晶化の工程が不要である。
【０３４４】また、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、トランジスタＴｒ３１としてＯＳトランジスタを用いる場合、画素ｐｉｘに映像信号を極めて長期間にわたって保持することができる。これにより、画素部４０１に表示される映像に変化がない期間、又は変化が一定以下である期間において、映像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができる。映像信号の更新の頻度は、例えば、０．１秒間に１回以下、又は、１秒間に１回以下、又は、１０秒間に１回以下などに設定することができる。特に、４Ｋ２Ｋ放送、又は８Ｋ４Ｋ放送などに対応して画素ｐｉｘが多数設けられる場合は、映像信号の更新を省略することによって消費電力を低減することは効果的である。
【０３４５】＜表示装置の構成例２＞
表示部２０には、複数の表示パネルによって構成された表示装置を用いることもできる。図２１に、複数の表示パネルＤＰを有する表示装置４１０の構成例を示す。
【０３４６】表示装置４１０が有する複数の表示パネルＤＰはそれぞれ、信号生成部３０（図１参照）から入力される映像信号に基づいて、映像を表示する機能を有する。図２１には、Ｉ行Ｊ列（Ｉ、Ｊは自然数）の表示パネルＤＰを有する表示装置４１０を示している。なお、表示パネルＤＰはそれぞれ独立に表示を制御することができる。
【０３４７】複数の表示パネルＤＰを用いて１つの映像を表示することにより、映像の表示領域を拡大することができる。例えば、画面サイズが対角３０インチ以上、４０インチ以上、５０インチ以上、または６０インチ以上の表示部２０を実現することができる。また、解像度がフルハイビジョン以上、例えば、４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋ、又はそれ以上である、高解像度の表示部を実現することができる。
【０３４８】また、複数の表示パネルＤＰを用いて映像の表示が行われる場合、１つの表示パネルＤＰの大きさは大型である必要がない。したがって、表示パネルを作製するための製造装置の大型化が不要となる。また、中小型の表示パネルの製造装置を用いることができるため、大型の表示装置用の設備を別途準備する必要がなく、製造コストを抑えることができる。また、表示パネルの大型化に伴う歩留まりの低下を回避することができる。
【０３４９】信号生成部３０で生成された信号ＳＤはＩ×Ｊの信号ＳＤｄｉｖに分割され、表示パネルＤＰにそれぞれ信号ＳＤｄｉｖが供給される。そして、各表示パネルＤＰは信号ＳＤｄｉｖに基づいて所定の映像を表示する。これにより、複数の表示パネルＤＰを用いて１つの映像が表示される。
【０３５０】また、表示パネルＤＰはそれぞれ、図２０（Ａ）に示す画素部４０１、駆動回路４０２、駆動回路４０３を有する。
【０３５１】表示装置４１０に複数の表示パネルＤＰが設けられる場合、隣接する表示パネルＤＰ間において表示領域が連続するように、複数の表示パネルＤＰが配置されることが好ましい。表示パネルＤＰの構成例及び配置例を、図２２に示す。
【０３５２】図２２（Ａ）に示す表示パネルＤＰは、表示領域４２１と、表示領域４２１に隣接して、可視光を透過する領域４２２と、可視光を遮光する領域４２３と、を備える。また、図２２（Ａ）では、表示パネルＤＰにＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）４２４が設けられている例を示す。
【０３５３】表示領域４２１には、複数の画素ｐｉｘ（図示せず）が含まれる。また、領域４２２には、例えば表示パネルＤＰを構成する一対の基板、及び当該一対の基板に挟持された表示素子を封止するための封止材などが設けられていてもよい。このとき、領域４２２に設けられる部材には、可視光に対して透光性を有する材料を用いる。また、領域４２３には、例えば表示領域４２１に含まれる画素ｐｉｘと接続された配線などを設けることができる。また、領域４２３には駆動回路４０２又は駆動回路４０３が設けられていてもよい。また、領域４２３にはＦＰＣ４２４と接続された端子や、当該端子と接続された配線等が設けられていてもよい。
【０３５４】図２２（Ｂ）に、図２２（Ａ）に示す表示パネルＤＰの配置例を示す。ここでは一例として、隣接する４つの表示パネルＤＰａ、ＤＰｂ、ＤＰｃ、ＤＰｄを示している。また、図２２（Ｃ）は、４つの表示パネルを表示面側とは反対側から見たときの斜視概略図である。
【０３５５】表示パネルＤＰはそれぞれ、他の表示パネルＤＰと重なる領域を有するように配置されている。具体的には、一の表示パネルＤＰが有する可視光を透過する領域４２２が、他の表示パネルＤＰが有する表示領域４２１の上（表示面側）に重畳する領域を有するように、表示パネルＤＰａ、ＤＰｂ、ＤＰｃ、ＤＰｄが配置されている。また、一の表示パネルＤＰが有する可視光を遮光する領域４２３が、他の表示パネルＤＰの表示領域４２１の上に重畳しないように、表示パネルＤＰａ、ＤＰｂ、ＤＰｃ、ＤＰｄが配置されている。
【０３５６】より具体的には、表示パネルＤＰａの表示領域４２１ａの短辺に沿った領域と、表示パネルＤＰｂの領域４２２ｂの一部が重畳して設けられている。また、表示パネルＤＰａの表示領域４２１ａの長辺に沿った領域と、表示パネルＤＰｃの領域４２２ｃの一部が重畳して設けられている。また表示パネルＤＰｄの領域４２２ｄは、表示パネルＤＰｂの表示領域４２１ｂの長辺に沿った領域、及び表示パネルＤＰｃの表示領域４２１ｃの短辺に沿った領域に重畳して設けられている。
【０３５７】このように、表示領域４２１上に可視光を透過する領域４２２を重畳させることにより、表示領域４２１の全体を表示面側から視認することが可能となる。これにより、表示領域４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄが、継ぎ目なく連続的に配置された領域を、表示装置４１０の表示領域４２５として用いることが可能となる。
【０３５８】なお、表示パネルＤＰに用いられる一対の基板が可撓性を有し、表示パネルＤＰが可撓性を有していることが好ましい。これにより、例えば図２２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ＦＰＣ４２４ａが設けられる側の表示パネルＤＰａの一部を湾曲させ、ＦＰＣ４２４ａを隣接する表示パネルＤＰｂの表示領域４２１ｂの下側にまで重畳するように配置することができる。その結果、ＦＰＣ４２４ａを表示パネルＤＰｂの裏面と物理的に干渉することなく配置することができる。また、表示パネルＤＰａと表示パネルＤＰｂとを重ねて接着する際に、ＦＰＣ４２４ａの厚さを考慮する必要がないため、表示パネルＤＰｂの領域４２２ｂの上面と、表示パネルＤＰａの表示領域４２１ａの上面との高さの差を低減できる。その結果、表示領域４２１ａ上に位置する表示パネルＤＰｂの端部が視認されてしまうことを抑制できる。
【０３５９】さらに、各表示パネルＤＰに可撓性を持たせることで、表示パネルＤＰｂの表示領域４２１ｂにおける上面の高さを、表示パネルＤＰａの表示領域４２１ａにおける上面の高さと一致するように、表示パネルＤＰｂを緩やかに湾曲させることができる。そのため、表示パネルＤＰａと表示パネルＤＰｂとが重畳する領域近傍を除き、各表示領域の高さを揃えることが可能で、表示領域４２５に表示する画像の表示品位を高めることができる。
【０３６０】なお、隣接する２つの表示パネルＤＰ間の段差を軽減するため、表示パネルＤＰの厚さは薄いことが好ましい。例えば表示パネルＤＰの厚さを１ｍｍ以下、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下とすることが好ましい。
【０３６１】さらに、各表示パネルＤＰに可撓性を持たせることで、複数の表示パネルＤＰを用いた曲面を有する表示領域を形成することができる。例えば図２３に示すように、可撓性を有する表示パネルＤＰを円柱状の柱４３０の曲面に沿って設けることにより、曲面を有する表示領域を形成することができる。
【０３６２】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０３６３】（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示装置の具体的な構成例について説明する。
【０３６４】表示装置３００の構成例を、図２４に示す。表示装置３００は、発光素子を用いて映像を表示する機能を有する。
【０３６５】表示装置３００は電極３０８を有しており、電極３０８はＦＰＣ３０９が有する端子と異方性導電層３１０を介して接続されている。また、電極３０８は、絶縁層３０７、絶縁層３０６、および絶縁層３０５に形成された開口を介して配線３０４と接続されている。電極３０８は、電極層３４１と同じ材料から形成されている。
【０３６６】基板３０１上に設けられた画素ｐｉｘは、トランジスタＴｒ３２（図２０（Ｂ）参照）を有している。また、トランジスタＴｒ３２は、絶縁層３０２上に設けられている。また、トランジスタＴｒ３２は、絶縁層３０２上に設けられた電極３３１を有し、電極３３１上に絶縁層３０３が形成されている。絶縁層３０３上に半導体層３３２が設けられている。半導体層３３２上に電極３３３及び電極３３４が設けられ、電極３３３及び電極３３４上に絶縁層３０５及び絶縁層３０６が設けられ、絶縁層３０５及び絶縁層３０６上に電極３３５が設けられている。電極３３３及び電極３３４は、配線３０４と同じ材料から形成されている。
【０３６７】トランジスタＴｒ３２において、電極３３１はゲート電極としての機能を有し、電極３３３はソース電極又はドレイン電極の一方としての機能を有し、電極３３４はソース電極又はドレイン電極の他方としての機能を有し、電極３３５はバックゲート電極としての機能を有する。
【０３６８】トランジスタＴｒ３２はボトムゲート構造であり、かつ、バックゲートを有することで、オン電流を増大させることができる。また、トランジスタの閾値を制御することができる。なお、電極３３５は、製造工程を簡略化するため、場合によっては省略してもよい。
【０３６９】トランジスタに用いる半導体材料としては、例えば、第１４族の元素（シリコン、ゲルマニウム等）、又は金属酸化物を用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む金属酸化物などを適用できる。
【０３７０】トランジスタのチャネルが形成される半導体には、例えばシリコンを用いることができる。シリコンとして、特にアモルファスシリコンを用いることが好ましい。アモルファスシリコンを用いることで、大型の基板上に歩留り良くトランジスタを形成でき、量産性に優れる。
【０３７１】また、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどの結晶性を有するシリコンを用いることもできる。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
【０３７２】また、トランジスタのチャネルが形成される半導体として、特にシリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を用いることもできる。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
【０３７３】シリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各表示領域に表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。
【０３７４】金属酸化物は、例えば少なくともインジウム、亜鉛及びＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される材料を含むことが好ましい。また、該半金属酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
【０３７５】スタビライザーとしては、例えば、ガリウム、スズ、ハフニウム、アルミニウム、またはジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
【０３７６】半導体層を構成する金属酸化物として、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０３７７】なお、ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【０３７８】また、半導体層と導電層は、上記酸化物のうち同一の金属元素を有していてもよい。半導体層と導電層を同一の金属元素とすることで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで、製造コストを低減させることができる。また半導体層と導電層を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、半導体層と導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
【０３７９】半導体層を構成する金属酸化物は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上であることが好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０３８０】半導体層を構成する金属酸化物がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、４：２：４．１等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【０３８１】半導体層には、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の金属酸化物を用いることができる。このような半導体層は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する。
【０３８２】なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０３８３】半導体層を構成する金属酸化物において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう場合がある。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【０３８４】また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【０３８５】また、金属酸化物は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高い。
【０３８６】非晶質構造の金属酸化物は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【０３８７】なお、金属酸化物が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【０３８８】なお、上記の半導体材料は、トランジスタＴｒ３２の他、図２０（Ｂ）におけるトランジスタＴｒ３１、図２０（Ｃ）におけるトランジスタＴｒ３３に用いることもできる。
【０３８９】また、表示装置３００は、容量素子Ｃ３１を有する。容量素子Ｃ３１は、電極３３４と電極３３６が絶縁層３０３を介して重なる領域を有する。電極３３６は、電極３３１と同じ材料から形成されている。
【０３９０】図２４は、表示素子としてＥＬ素子などの発光素子を用いた表示装置の一例である。ＥＬ素子は有機ＥＬ素子と無機ＥＬ素子に区別される。
【０３９１】有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。なお、ＥＬ層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）などを有していてもよい。ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
【０３９２】無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。
【０３９３】図２４は、発光素子ＬＥとして有機ＥＬ素子を用いた例を説明する。
【０３９４】図２４において、発光素子ＬＥは、画素ｐｉｘに設けられたトランジスタＴｒ３２と接続されている。なお発光素子ＬＥは、電極層３４１、発光層３４２、電極層３４３の積層によって構成されているが、この構成に限定されない。発光素子ＬＥから取り出す光の方向などに合わせて、発光素子ＬＥの構成は適宜変えることができる。
【０３９５】隔壁３４４は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、電極層３４１上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０３９６】発光層３４２は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０３９７】発光素子ＬＥに酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、電極層３４３および隔壁３４４上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などを形成することができる。また、基板３０１、基板３１２、及びシール材３１１によって封止された空間には充填材３４５が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０３９８】充填材３４５としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、充填材３４５に乾燥剤が含まれていてもよい。
【０３９９】シール材３１１には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材３１１に乾燥剤が含まれていてもよい。
【０４００】また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０４０１】また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。
【０４０２】電極層３４１、電極層３４３は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０４０３】また、電極層３４１、電極層３４３はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
【０４０４】また、電極層３４１、電極層３４３として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、もしくは、アニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体またはその誘導体等が挙げられる。
【０４０５】発光素子ＬＥが光を外部に取り出すため、少なくとも電極層３４１または電極層３４３の一方が透明であればよい。表示装置は、光の取り出し方によって、上面射出（トップエミッション）構造と、下面射出（ボトムエミッション）構造と、両面射出（デュアルエミッション）構造に分類される。上面射出構造は、基板３１２側から光を取り出す場合をいう。下面射出構造は、基板３０１側から光を取り出す場合をいう。両面射出構造は、基板３１２側と基板３０１側の両方から光を取り出す場合をいう。例えば、上面射出構造の場合、電極層３４３を透明にすればよい。例えば、下面射出構造の場合、電極層３４１を透明にすればよい。例えば、両面射出構造の場合、電極層３４１及び電極層３４３を透明にすればよい。
【０４０６】図２５は、図２４に示すトランジスタＴｒ３２として、トップゲート型のトランジスタを設けた場合の断面図を示している。図２５のトランジスタＴｒ３２において、電極３３１はゲート電極としての機能を有し、電極３３３はソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有し、電極３３４はソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する。
【０４０７】図２５のその他の構成要素の詳細については、図２４の記載を参照すればよい。
【０４０８】図２４、図２５に示すように、表示素子として発光素子が用いられている場合、表示装置３００は発光装置と呼ぶこともできる。また、本実施の形態では、表示素子として発光素子を用いた場合について説明したが、図２０（Ｃ）に示すように、表示素子として液晶素子を用いることもできる。
【０４０９】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０４１０】（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示装置の具体的な構成例について説明する。
【０４１１】本実施の形態の表示装置は、発光素子を用いて映像を表示する機能を有する。本実施の形態では、特に、発光素子として、マイクロＬＥＤを用いる場合の例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロＬＥＤについて説明する。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、量子井戸接合を有するマイクロＬＥＤを用いてもよい。
【０４１２】表示素子としてマイクロＬＥＤを用いることで、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。また、表示素子としてマイクロＬＥＤを用いた表示装置は、コントラストが高く視野角が広いため、表示品位を高めることができる。
【０４１３】マイクロＬＥＤの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに好ましい。
【０４１４】図２６（Ａ１）に、表示装置３５０Ａの断面図を示す。図２６（Ａ２）に、表示装置３５０Ａが有する発光素子ＬＥ１とその近傍の拡大図を示す。
【０４１５】図２６（Ｂ１）に、表示装置３５０Ｂの断面図を示す。図２６（Ｂ２）に、表示装置３５０Ｂが有する発光素子ＬＥ２とその近傍の拡大図を示す。
【０４１６】図２７（Ａ１）に、表示装置３５０Ｃの断面図を示す。図２７（Ａ２）に、表示装置３５０Ｃが有する発光素子ＬＥ３とその近傍の拡大図を示す。
【０４１７】図２７（Ｂ）に、表示装置３５０Ｄの断面図を示す。表示装置３５０Ｄが有する発光素子ＬＥ４は、発光素子ＬＥ２と同様の構成であるため、拡大図とその詳細な説明は省略する。
【０４１８】なお、本実施の形態の表示装置において、図２４または図２５と同様の構成については、実施の形態６の記載を参照できるため、詳細な説明を省略することがある。例えば、本実施の形態の表示装置における画素ｐｉｘ以外の構成は、図２４または図２５と同様であるため、実施の形態６の記載を参照できる。
【０４１９】また、本実施の形態の表示装置における画素ｐｉｘが有するトランジスタＴｒ３２及び容量素子Ｃ３１は、図２４または図２５と同様であるため、実施の形態６の記載を参照できる。特に、本実施の形態の表示装置は、トランジスタＴｒ３２の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。上述の通り、金属酸化物を用いたトランジスタは、消費電力を低くすることができる。そのため、マイクロＬＥＤと組み合わせることで、極めて消費電力の低減された表示装置を実現することができる。
【０４２０】以下では、各図における発光素子とその近傍の構成について詳細に説明する。
【０４２１】図２６（Ａ１）、（Ａ２）に示す発光素子ＬＥ１は、電極３６１、クラッド層３７２、活性層３７３、クラッド層３７４、及び電極３６３を有する。
【０４２２】電極３６１は、接合層３７１を介して、電極３５１と電気的に接続される。電極３５１は、トランジスタＴｒ３２が有する電極３３４と電気的に接続されている。つまり、電極３６１は、画素電極として機能する。接合層３７１は、導電性の高い材料を用いて形成されることが好ましい。
【０４２３】電極３６３は、接合層３７１を介して、電極３５３と電気的に接続される。電極３５１と電極３５３とは、隔壁３４４によって電気的に絶縁されている。電極３６３は、共通電極として機能する。
【０４２４】活性層３７３は、クラッド層３７２とクラッド層３７４とに挟持されている。活性層３７３では、電子と正孔が結合して光を発する。つまり、活性層３７３は、発光層ということができる。クラッド層３７２とクラッド層３７４とのうち、一方はｎ型のクラッド層であり、他方はｐ型のクラッド層である。クラッド層３７２、活性層３７３、及びクラッド層３７４を含む積層構造は、赤色、黄色、緑色、または青色などの光を呈するように形成される。例えば、当該積層構造には、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、ガリウム窒化物、インジウム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いることができる。上記のように、クラッド層３７２、活性層３７３、及びクラッド層３７４を含む積層構造が赤色、黄色、緑色、または青色などの光を呈するように形成することにより、カラーフィルタなどの着色膜を形成する工程が不要となる。したがって、表示装置の製造コストを抑制することができる。
【０４２５】発光素子ＬＥ１は、封止材３４６によって、隔壁３４４に固定されていてもよい。これにより、発光素子ＬＥ１の表示不良等を抑制できる。
【０４２６】図２６（Ａ１）、（Ａ２）に示す発光素子ＬＥ１は、ボトムエミッション構造であり、基板３０１側に光を射出する。したがって、電極３５１、接合層３７１、電極３５３、電極３６１、及び電極３６３は、それぞれ、可視光を透過する導電性材料を用いて形成される。
【０４２７】発光素子ＬＥ１は、例えば、キャリア基板上に形成され、当該キャリア基板から基板３０１上（具体的には、電極３５１上、電極３５３上、及び隔壁３４４上）に転置される。発光素子ＬＥ１は、色ごとに異なるキャリア基板上に形成され、それぞれ基板３０１上に転置されてもよい。また、一枚のキャリア基板上に、それぞれ異なる色を呈する複数の発光素子ＬＥ１を形成し、これら複数の発光素ＬＥ１をまとめて基板３０１上に転置してもよい。
【０４２８】図２６（Ｂ１）、（Ｂ２）に示す発光素子ＬＥ２は、電極３６１、クラッド層３７２、活性層３７３、クラッド層３７４、及び電極３６２を有する。図２６（Ｂ１）に示すように、１つのトランジスタＴｒ３２に、複数の発光素子が電気的に接続されていてもよい。
【０４２９】電極３６１は、接合層３７１を介して、電極３５１と電気的に接続される。電極３５１は、トランジスタＴｒ３２が有する電極３３４と電気的に接続されている。つまり、電極３６１は、画素電極として機能する。
【０４３０】電極３６２は、電極３５３を介して、電極３５７と電気的に接続される。電極３５１と電極３５７とは、絶縁層３５５によって電気的に絶縁されている。また、電極３５１と電極３５３とは、絶縁層３５６によって電気的に絶縁されている。電極３６２は、共通電極として機能する。
【０４３１】活性層３７３は、クラッド層３７２とクラッド層３７４とに挟持されている。
【０４３２】図２６（Ｂ１）、（Ｂ２）に示す発光素子ＬＥ２は、トップエミッション構造であり、基板３１２側に光を射出する。したがって、電極３６２及び電極３５３は、それぞれ、可視光を透過する導電性材料を用いて形成される。電極３５１、電極３５７、及び電極３６１は、透光性が限定されないため、可視光を遮る金属材料を用いて形成することもできる。また、発光素子ＬＥ２に重ねてトランジスタＴｒ３２や、容量素子Ｃ３１を配置することもでき、開口率を高めることができる。
【０４３３】発光素子ＬＥ２は、例えば、キャリア基板上に形成され、当該キャリア基板から基板３０１上（具体的には、電極３５１上、電極３５７上、及び絶縁層３５５上）に転置される。転置後、発光素子ＬＥ２上に電極３５３を形成することで、電極３６２と電極３５７とを電気的に接続することができる。
【０４３４】図２７（Ａ１）、（Ａ２）に示す発光素子ＬＥ３は、電極３６１、クラッド層３７２、活性層３７３、クラッド層３７４、及び電極３６３を有する。
【０４３５】電極３６１は、接合層３７１を介して、電極３５１と電気的に接続される。電極３５１は、トランジスタＴｒ３２が有する電極３３４と電気的に接続されている。つまり、電極３６１は、画素電極として機能する。
【０４３６】電極３６３は、接合層３７１を介して、電極３５３と電気的に接続される。電極３５１と電極３５３とは、隔壁３４４によって電気的に絶縁されている。電極３６３は、共通電極として機能する。
【０４３７】活性層３７３は、クラッド層３７２とクラッド層３７４とに挟持されている。
【０４３８】発光素子ＬＥ３では、電極３６１と電極３６３とが異なる材料で形成されている。また、クラッド層３７２及び活性層３７３が、電極３６１と重なり、かつ電極３６３と重ならないように形成されている。
【０４３９】発光素子ＬＥ３は、ボトムエミッション構造であり、基板３０１側に光を射出する。したがって、電極３５１、接合層３７１、及び電極３６１は、それぞれ、可視光を透過する導電性材料を用いて形成される。電極３６３は、発光素子ＬＥ３の発光領域と重ならないため、透光性が限定されない。
【０４４０】図２７（Ｂ）に示す発光素子ＬＥ４は、発光素子ＬＥ２と同様の構成を有する。図２７（Ｂ）に示すように、１つのトランジスタＴｒ３２に、１つの発光素子が電気的に接続されていてもよい。
【０４４１】以上のように、本実施の形態の表示装置は、表示素子としてマイクロＬＥＤを用いる。これにより、消費電力が低く、表示品位の高い表示装置を実現できる。また、本発明の一態様の半導体装置と組み合わせることで、立体感のある映像を高品質かつ低消費電力で表示することができる。
【０４４２】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０４４３】（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる、金属酸化物について説明する。以下では特に、金属酸化物とＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの詳細について説明する。
【０４４４】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。
【０４４５】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。
【０４４６】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。
【０４４７】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。
【０４４８】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。
【０４４９】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。
【０４５０】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。
【０４５１】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。
【０４５２】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。
【０４５３】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。
【０４５４】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。
【０４５５】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。
【０４５６】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。
【０４５７】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。
【０４５８】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。
【０４５９】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。
【０４６０】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。
【０４６１】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。
【０４６２】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。
【０４６３】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。
【０４６４】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。
【０４６５】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。
【０４６６】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。
【０４６７】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。
【０４６８】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０４６９】（実施の形態９）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
【０４７０】以下で例示する電子機器には、上記実施の形態で説明した表示部２０及び信号生成部３０を搭載することができる。これにより、立体感のある映像を表示可能な電子機器を提供することができる。
【０４７１】電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
【０４７２】本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
【０４７３】本発明の一態様の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
【０４７４】本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
【０４７５】図２８（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【０４７６】表示部７０００に、本発明の一態様の表示部を適用することができる。
【０４７７】図２８（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることで操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
【０４７８】なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０４７９】図２８（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータ７２００を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
【０４８０】表示部７０００に、本発明の一態様の表示部を適用することができる。
【０４８１】図２９（Ａ）、（Ｂ）に、デジタルサイネージの一例を示す。
【０４８２】図２９（Ａ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【０４８３】また、図２９（Ｂ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
【０４８４】図２９（Ａ）、（Ｂ）において、表示部７０００に、本発明の一態様の表示部を適用することができる。
【０４８５】表示部７０００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７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
【０４８６】表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００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。
【０４８７】また、図２９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
【０４８８】また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【０４８９】また、本発明の一態様に係る表示システムは、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、車両の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。図３０に、本発明の一態様に係る表示システムの車両への搭載例を示す。
【０４９０】図３０に、表示部５００１を備えた車両の構成例を示す。表示部５００１として、本発明の一態様に係る表示システムの表示部を用いることができる。なお、図３０には表示部５００１が右ハンドルの車両に搭載された例を示すが、特に限定されず、左ハンドルの車両に搭載することもできる。この場合、図３０に示す構成の左右の配置が替わる。
【０４９１】図３０には、運転席と助手席の周辺に配置されるダッシュボード５００２、ハンドル５００３、フロントガラス５００４などを示している。表示部５００１は、ダッシュボード５００２の所定の位置、具体的には運転者の回りに配置され、概略Ｔ字形状を有する。図３０には、複数の表示パネル５００７（表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、５００７ｄ）を用いて形成される１つの表示部５００１を、ダッシュボード５００２に沿って設けた例を示しているが、表示部５００１は複数箇所に分けて配置してもよい。
【０４９２】なお、複数の表示パネル５００７は可撓性を有していてもよい。この場合、表示部５００１を複雑な形状に加工することができ、表示部５００１をダッシュボード５００２などの曲面に沿って設ける構成や、ハンドルの接続部分、計器の表示部、送風口５００６などに表示部５００１の表示領域を設けない構成などを容易に実現することができる。
【０４９３】また、後側方の状況を撮影するカメラ５００５を車外に複数設けてもよい。図３０においてはサイドミラーの代わりにカメラ５００５を設置する例を示しているが、サイドミラーとカメラの両方を設置してもよい。
【０４９４】カメラ５００５としては、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどを用いることができる。また、これらのカメラに加えて、赤外線カメラを組み合わせて用いてもよい。赤外線カメラは、被写体の温度が高いほど出力レベルが高くなるため、人や動物等の生体を検知又は抽出することができる。
【０４９５】カメラ５００５で撮像された画像は、表示パネル５００７のいずれか一または複数に出力することができる。この表示部５００１を用いて主に車両の運転を支援する。カメラ５００５によって後側方の状況を幅広い画角で撮影し、その画像を表示パネル５００７に表示することで、運転者の死角領域の視認が可能となり、事故の発生を防止することができる。
【０４９６】また、車のルーフ上などに距離画像センサを設け、距離画像センサによって得られた画像を表示部５００１に表示してもよい。距離画像センサとしては、イメージセンサやライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）などを用いることができる。イメージセンサによって得られた画像と、距離画像センサによって得られた画像とを表示部５００１に表示することにより、より多くの情報を運転手に提供し、運転を支援することができる。
【０４９７】また、表示部５００１は、地図情報、交通情報、テレビ映像、ＤＶＤ映像などを表示する機能を有していてもよい。例えば、表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、及び５００７ｄを１つの表示画面として、地図情報を大きく表示することができる。なお、表示パネル５００７の数は、表示される映像に応じて増やすことができる。
【０４９８】また、表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、及び５００７ｄに表示される映像は、運転手の好みによって自由に設定することができる。例えば、テレビ映像、ＤＶＤ映像を左側の表示パネル５００７ｄに表示し、地図情報を中央部の表示パネル５００７ｂに表示し、計器類を右側の表示パネル５００７ｃに表示し、オーディオ類を変速ギア近傍（運転席と助手席の間）の表示パネル５００７ａに表示することができる。また、複数の表示パネル５００７を組み合わせることにより、表示部５００１にフェールセーフの機能を付加することができる。例えば、ある表示パネル５００７が何らかの原因で故障したとしても、表示領域を変更し、他の表示パネル５００７を用いて表示を行うことができる。
【０４９９】本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０５００】１０    表示システム
２０    表示部
３０    信号生成部
４０    演算部
１００    演算装置
１１０    処理装置
１１１    演算部
１１２    記憶部
１１３    伝送路
１１４    インターフェース
１２０    入出力装置
１２１    表示部
１２２    操作部
１２３    入出力部
１２４    通信部
２００    半導体装置
２１０    記憶回路
２２０    参照用記憶回路
２３０    回路
２４０    回路
２５０    電流源回路
３００    表示装置
３０１    基板
３０２    絶縁層
３０３    絶縁層
３０４    配線
３０５    絶縁層
３０６    絶縁層
３０７    絶縁層
３０８    電極
３０９    ＦＰＣ
３１０    異方性導電層
３１１    シール材
３１２    基板
３３１    電極
３３２    半導体層
３３３    電極
３３４    電極
３３５    電極
３３６    電極
３４１    電極層
３４２    発光層
３４３    電極層
３４４    隔壁
３４５    充填材
３５０Ａ    表示装置
３５０Ｂ    表示装置
３５０Ｃ    表示装置
３５０Ｄ    表示装置
３５１    電極
３５３    電極
３５５    絶縁層
３５６    絶縁層
３５７    電極
３６１    電極
３６２    電極
３６３    電極
４００    表示装置
４０１    画素部
４０２    駆動回路
４０３    駆動回路
４１０    表示装置
４２１    表示領域
４２２    領域
４２３    領域
４２４    ＦＰＣ
４２５    表示領域
４３０    柱
８０１    トランジスタ
８１１    絶縁層
８１２    絶縁層
８１３    絶縁層
８１４    絶縁層
８１５    絶縁層
８１６    絶縁層
８１７    絶縁層
８１８    絶縁層
８１９    絶縁層
８２０    絶縁層
８２１    金属酸化物膜
８２２    金属酸化物膜
８２２ｎ    領域
８２３    金属酸化物膜
８２４    金属酸化物膜
８３０    酸化物層
８５０    導電層
８５１    導電層
８５２    導電層
８５３    導電層
８６０    半導体装置
８７０    単結晶シリコンウエハ
８７１    ＣＭＯＳ層
８７２    トランジスタ層
８７３    ゲート電極
８７４    電極
８７５    電極
５００１    表示部
５００２    ダッシュボード
５００３    ハンドル
５００４    フロントガラス
５００５    カメラ
５００６    送風口
５００７    表示パネル
７０００    表示部
７１００    テレビジョン装置
７１０１    筐体
７１０３    スタンド
７１１１    リモコン操作機
７２００    ノート型パーソナルコンピュータ
７２１１    筐体
７２１２    キーボード
７２１３    ポインティングデバイス
７２１４    外部接続ポート
７３００    デジタルサイネージ
７３０１    筐体
７３０３    スピーカ
７３１１    情報端末機
７４００    デジタルサイネージ
７４０１    柱
７４１１    情報端末機
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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