(57)【要約】【課題】画像処理を行うことができる表示装置を提供する。【解決手段】二つの画素を有する画素ユニットがマトリクス状に設けられた構成を有し、各画素にはメモリ回路が設けられ、当該メモリ回路に所望の補正信号が保持される。当該補正信号は外部機器にて算出され、各画素に書き込まれる。当該補正信号は容量結合によって画像信号に付加され、表示素子に供給される。したがって、表示素子では補正された画像を表示することができる。当該補正によって、画像のアップコンバートや、画素が有するトランジスタの特性バラツキに起因する画像品位の補正を行うことができる。【選択図】図１
2019045613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１のメモリ回路と、第２のメモリ回路と、が設けられた画素を有する表示装置であって、
前記第１のメモリ回路は、第１の補正信号を格納する機能を有し、
前記第２のメモリ回路は、第２の補正信号を格納する機能を有し、
前記第１のメモリ回路は、前記第１の補正信号を第１の画像信号に付加させて第３の画像信号を生成する機能を有し、
前記第２のメモリ回路は、前記第２の補正信号を第２の画像信号に付加させて第４の画像信号を生成する機能を有し、
前記第１の表示素子は、前記第３の画像信号に基づいた表示を行う機能を有し、
前記第２の表示素子は、前記第４の画像信号に基づいた表示を行う機能を有する表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の表示素子は、反射型の液晶素子である表示装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２の表示素子は、発光素子である表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記第１の表示素子が反射する第１の光、および前記第２の表示素子が発する第２の光のうち、いずれか一方または両方により、画像を表示する機能を有する表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１の容量素子の一方の電極は、前記第１の表示素子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第１のメモリ回路と電気的に接続されている表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１のメモリ回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続されている表示装置。
【請求項７】
請求項６において、
少なくとも第４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、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する表示装置。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、高電位電源線と電気的に接続されている表示装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか一項において、
さらに、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、を有し、
前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の表示素子と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続されている表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項において、
第７のトランジスタと、第８のトランジスタと、第９のトランジスタと、第１０のトランジスタと、第１１のトランジスタと、第３の容量素子と、第４の容量素子と、を有し、
前記第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第３の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第３の容量素子の一方の電極は、前記第８のトランジスタのソースまたはドレインの一方の電気的に接続され、
前記第８のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第４の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第９のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続され、
前記第４の容量素子の一方の電極は、前記第１０のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第１０のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第４の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第４の容量素子の他方の電極は、前記第２の表示素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第３の容量素子の他方の電極は、前記第２のメモリ回路と電気的に接続されている表示装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第２のメモリ回路は、第１２のトランジスタと、第１３のトランジスタと、第５の容量素子と、を有し、
前記第１２のトランジスタのゲートは、前記第１３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第５の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続されている表示装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
少なくとも第１３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、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の表示装置と、カメラと、を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、表示装置に関する。
【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発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書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、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、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、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】
基板上に形成された金属酸化物を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化亜鉛またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００５】
また、オフ電流が極めて低いトランジスタをメモリセルに用いる構成の記憶装置が特許文献３に開示されている。
【０００６】
また、表示素子として反射型の液晶素子および有機ＥＬ素子を有し、環境に応じて両方の表示素子または一方の表示素子で視認性の高い表示を行うことができる表示パネルが特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１９６７４号公報
【特許文献４】特開２０１７−０３７２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
表示装置では高解像度化が進み、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）解像度またはそれ以上の解像度で表示を行うことができるハードウェアが開発されている。一方で、高解像度の画像ソースは膨大となるため、一般に普及させるためには、撮像装置、記憶装置、通信装置などの周辺技術を整える必要もある。
【０００９】
高解像度の画像ソースを生成する別の技術として、アップコンバートがある。アップコンバートを行うことで、低解像度の画像を疑似的に高解像度の画像に変換することができる。アップコンバートは表示装置の周辺機器で行われるため、アップコンバート前の画像ソースを取り扱う機器には、従来の技術を利用することができる。
【００１０】
ただし、アップコンバートを行う機器では、膨大な画像信号を解析して新たな画像信号を生成するため、回路規模や消費電力が大きくなる問題がある。また、リアルタイムでの処理が追いつかず、表示の遅延が生じることもある。
【００１１】
アップコンバートは、このような問題を有するが、例えば、アップコンバートに関わる機能を複数の機器に分散させることで、消費電力や遅延などの問題を緩和できる可能性がある。
【００１２】
また、ＥＬ素子などを有する表示装置では、画素が有するトランジスタの特性のばらつきが表示品位低下の一要因となっている。トランジスタの特性ばらつきを補正する手段としては、画像信号を画素に内蔵した回路で補正する内部補正と、画素ごとの補正値を取得し、補正済みの画像信号を画素に供給する外部補正がある。
【００１３】
内部補正は、補正をフレームごとに行うことができるが、高解像度の表示装置では水平選択期間が短くなるため、補正期間を確保することが困難となる。また、外部補正は高解像度の表示装置に有効であるが、全ての画像信号を対象として補正する必要があるため、外部機器への負担が大きくなる。理想的には補正なしで動作させることが好ましいが、トランジスタの特性ばらつきの抑制は極めて難度が高いため、新たな補正手段が望まれる。
【００１４】
また、電子機器が備える表示装置には、バックライトを光源とした透過型の液晶素子や自発光型の有機ＥＬ素子などが多く用いられている。これらの表示素子は屋内での視認性は良好であるが、晴天時の屋外などの強光下では表示面における外光反射が強いため、表示装置の内部から放たれる光（表示）の視認性が低下する。
【００１５】
逆に反射型の表示素子は外光強度の弱い屋内での視認性が十分でないため、透過型の液晶素子や自発光型の有機ＥＬ素子などを組み合わせて用い、環境の変化にあわせて適切な表示素子で表示を行うことが好ましい。
【００１６】
したがって、本発明の一態様では、画像処理を行うことができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することを目的の一つとする。または、画像信号を補正することができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、強光下でも視認性の良好な表示装置を提供することを目的の一つとする。
【００１７】
または、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な表示装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記表示装置の駆動方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。
【００１８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、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】
【００１９】
本発明の一態様は、画像処理を行うことができる表示装置に関する。または、画像信号を補正することのできる表示装置に関する。
【００２０】
本発明の一態様は、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１のメモリ回路と、第２のメモリ回路と、が設けられた画素を有する表示装置であって、第１のメモリ回路は、第１の補正信号を格納する機能を有し、第２のメモリ回路は、第２の補正信号を格納する機能を有し、第１のメモリ回路は、第１の補正信号を第１の画像信号に付加させて第３の画像信号を生成する機能を有し、第２のメモリ回路は、第２の補正信号を第２の画像信号に付加させて第４の画像信号を生成する機能を有し、第１の表示素子は、第３の画像信号に基づいた表示を行う機能を有し、第２の表示素子は、第４の画像信号に基づいた表示を行う機能を有する表示装置である。
【００２１】
第１の表示素子には、反射型の液晶素子を用いることができる。また、第２の表示素子には、有機ＥＬ素子を用いることができる。
【００２２】
第１の表示素子が反射する第１の光、および第２の表示素子が発する第２の光のうち、いずれか一方または両方により、画像を表示する機能を有する。
【００２３】
上記画素の構成において、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の一方の電極は、第１の表示素子と電気的に接続され、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の他方の電極は、第１のメモリ回路と電気的に接続することができる。
【００２４】
第１のメモリ回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、第３のトランジスタのゲートは、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続することができる。
【００２５】
少なくとも第４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、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。
【００２６】
また、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、高電位電源線と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２７】
さらに、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、を有し、第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、表示素子と電気的に接続され、第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続されていてもよい。
【００２８】
また、上記画素の構成において、第７のトランジスタと、第８のトランジスタと、第９のトランジスタと、第１０のトランジスタと、第１１のトランジスタと、第３の容量素子と、第４の容量素子と、を有し、第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第３の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第３の容量素子の一方の電極は、第８のトランジスタのソースまたはドレインの一方の電気的に接続され、第８のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第４の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第９のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続され、第４の容量素子の一方の電極は、第１０のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第１０のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第４の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第４の容量素子の他方の電極は、第２の表示素子の一方の電極と電気的に接続され、第１１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第３の容量素子の他方の電極は、第２のメモリ回路と電気的に接続されていてもよい。
【００２９】
第２のメモリ回路は、第１２のトランジスタと、第１３のトランジスタと、第５の容量素子と、を有し、第１２のトランジスタのゲートは、第１３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第５の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続することができる。
【００３０】
少なくとも第１３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、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の一態様を用いることで、画像処理を行うことができる表示装置を提供することができる。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することができる。または、画像信号を補正することができる表示装置を提供することができる。または、強光下でも視認性の良好な表示装置を提供することができる。
【００３２】
または、低消費電力の表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置などを提供することができる。または、上記表示装置の駆動方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】画素回路を説明する図。
【図２】画素回路の動作を説明するタイミングチャート。
【図３】アップコンバートを説明する図。
【図４】画素回路を説明する図および画素回路の動作を説明するタイミングチャート。
【図５】画素回路を説明する図。
【図６】画素回路を説明する図。
【図７】画素回路を説明する図。
【図８】表示装置を説明するブロック図。
【図９】画素回路を説明する図。
【図１０】画素ユニットを説明する図。
【図１１】画素ユニットを説明する図。
【図１２】表示装置の画素の上面図。
【図１３】表示装置を説明する図。
【図１４】表示装置を説明する図。
【図１５】表示装置の動作モードの一例を説明する図。
【図１６】ニューラルネットワークの構成例を説明する図。
【図１７】半導体装置の構成例を説明する図。
【図１８】メモリセルの構成例を説明する図。
【図１９】オフセット回路の構成例を説明する図。
【図２０】半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。
【図２１】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
【００３５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を参照して説明する。
【００３６】
本発明の一態様は、二つの画素を有する画素ユニットがマトリクス状に設けられた構成を有し、画像信号に補正信号を付加するための機能を有する表示装置である。各画素には表示素子およびメモリ回路が設けられ、当該メモリ回路に所望の補正信号が保持される。当該補正信号は外部機器にて生成され、各画素に書き込まれる。
【００３７】
当該補正信号は容量結合によって画像信号に付加され、表示素子に供給される。したがって、表示素子では補正された画像を表示することができる。当該補正によって、画像のアップコンバート、または画素が有するトランジスタの特性ばらつきに起因して低下する画像品位の補正を行うことができる。
【００３８】
図１は、本発明の一態様の表示装置に用いることができる画素ユニット１１ｅを説明する図である。画素ユニット１１ｅは、第１の表示素子が設けられた第１の画素１７、および第２の表示素子が設けられた第２の画素１８を有する。
【００３９】
第１の表示素子は、可視光を反射する機能を有し、第２の表示素子は、可視光を発する機能を有する。したがって、強光下では第１の表示素子を動作させ、弱光下では第２の表示素子を動作させるなど、低消費電力で視認性が良好な表示を行うことができる。
【００４０】
第１の表示素子としては、例えば反射型の液晶素子を用いることができる。また、第２の表示素子としては、例えば発光素子を用いることができる。反射型の液晶素子は低消費電力で、晴天時の太陽光下でも視認性の高い表示を行うことができる。発光素子は室内光下や曇天時の屋外などで視認性の高い表示を行うことができる。
【００４１】
第１の画素１７は、トランジスタ１０１Ｌと、トランジスタ１０２Ｌと、トランジスタ１０６Ｌと、トランジスタ１０７Ｌと、トランジスタ１１５Ｌと、トランジスタ１１６Ｌと、容量素子１０３Ｌと、容量素子１０４Ｌと、容量素子１１７Ｌと、第１の表示素子として液晶素子１０５Ｌを有する。
【００４２】
トランジスタ１０１Ｌのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０３Ｌの一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０３Ｌの一方の電極は、トランジスタ１０６Ｌのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０６Ｌのソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０７Ｌのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｌのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０４Ｌの一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０４Ｌの一方の電極は、液晶素子１０５Ｌと電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｌのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０３Ｌの他方の電極と電気的に接続される。容量素子１０３Ｌの他方の電極は、トランジスタ１１６Ｌのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１６Ｌのゲートは、トランジスタ１１５Ｌのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１５Ｌのソースまたはドレインの一方は、容量素子１１７Ｌの一方の電極と電気的に接続される。
【００４３】
ここで、トランジスタ１０１Ｌのソースまたはドレインの一方、容量素子１０３Ｌの一方の電極、およびトランジスタ１０６Ｌのソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＡＬとする。また、トランジスタ１０６Ｌのソースまたはドレインの他方、容量素子１０４Ｌの一方の電極、および液晶素子１０５Ｌの一方の電極が接続される配線をノードＮＢＬとする。また、容量素子１０３Ｌの他方の電極、トランジスタ１０２Ｌのソースまたはドレインの一方およびトランジスタ１１６Ｌのソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＲＬとする。また、トランジスタ１１６Ｌのゲート、トランジスタ１１５Ｌのソースまたはドレインの一方および容量素子１１７Ｌの一方の電極が接続される配線をノードＮＭＬとする。
【００４４】
トランジスタ１０１Ｌのゲートおよびトランジスタ１０６Ｌのゲートは、配線１２３Ｌと電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｌのゲートは配線１２３Ｌと電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｌのゲートおよび容量素子１１７Ｌの他方の電極は、配線１２１Ｌに電気的に接続される。トランジスタ１１５Ｌのゲートは、配線１２２Ｌに電気的に接続される。トランジスタ１１５Ｌのソースまたはドレインの他方は配線１２４Ｌと電気的に接続される。
【００４５】
トランジスタ１１６Ｌのソースまたはドレインの他方は、電源線（高電位）と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｌのソースまたはドレインの他方は、電源線（低電位）と電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｌのソースまたはドレインの他方は、電源線（低電位）と電気的に接続される。容量素子１０４Ｌの他方の電極は、共通配線１２７Ｌと電気的に接続される。液晶素子１０５Ｌの他方の電極は、共通配線１２８Ｌと電気的に接続される。なお、共通配線１２７Ｌ、１２８Ｌには、任意の電位を供給することができ、両者は電気的に接続されていてもよい。
【００４６】
配線１２２Ｌ、１２３Ｌ、１２６Ｌは、トランジスタの動作を制御するための信号線としての機能を有することができる。配線１２５Ｌは、画像信号を供給する信号線としての機能を有することができる。また、配線１２１Ｌおよび配線１２４Ｌは、次に説明するメモリ回路ＭＥＭＬを動作させるための信号線としての機能を有することができる。
【００４７】
トランジスタ１１５Ｌ、トランジスタ１１６Ｌおよび容量素子１１７Ｌは、メモリ回路ＭＥＭＬを構成する。ノードＮＭＬは記憶ノードであり、トランジスタ１１５Ｌを導通させることで、配線１２４Ｌに供給された信号をノードＮＭＬに書き込むことができる。トランジスタ１１５Ｌに極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、ノードＮＭＬの電位を長時間保持することができる。当該トランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。
【００４８】
なお、トランジスタ１１５Ｌだけでなく、画素を構成するその他のトランジスタにＯＳトランジスタを適用してもよい。また、トランジスタ１１５ＬにＳｉをチャネル形成領域に有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を適用してもよい。または、ＯＳトランジスタと、Ｓｉトランジスタとの両方を用いてもよい。なお、上記Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン）を有するトランジスタ、単結晶シリコンを有するトランジスタなどが挙げられる。
【００４９】
ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、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以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ−ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。
【００５０】
ＯＳトランジスタはエネルギーギャップが大きいため、極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。
【００５１】
ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛および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膜とすることができる。
【００５２】
半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物の場合、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、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８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、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。
【００５３】
半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。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酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。これにより不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【００５４】
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および電気特性（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。
【００５５】
半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。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。
【００５６】
また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体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、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【００５７】
また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００５８】
また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、または、Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ａｎｄ  Ａ−Ｂ−ｐｌａｎｅ  Ａｎｃｈｏｒｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、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く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００５９】
非晶質構造の酸化物半導体膜は、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。
【００６０】
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳ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。
【００６１】
以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【００６２】
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、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、酸化物半導体において、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。
【００６３】
なお、酸化物半導体は、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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酸化物半導体である。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。
【００６６】
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。
【００６７】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ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。
【００６８】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体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。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、およ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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。したがって、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。したがって、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。
【００７８】
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。
【００７９】
したがって、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。
【００８０】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。
【００８１】
画素１１ユニットｅにおいて、ノードＮＭＬに書き込まれた信号は、配線１２１Ｌに適切な電位を供給することで、ノードＮＲＬに読み出すことができる。当該電位は、例えば、トランジスタ１１６Ｌのしきい値電圧相当の電位とすることができる。この動作以前にノードＮＡＬに画像信号が書き込まれていれば、容量素子１０３Ｌの容量結合により、画像信号にノードＮＲＬの電位を付加した信号電位が液晶素子１０５Ｌに印加される。
【００８２】
すなわち、ノードＮＭＬに所望の補正信号を格納しておけば、供給した画像信号に当該補正信号を付加することができる。なお、補正信号は伝送経路上の要素によって減衰することがあるため、当該減衰を考慮して生成することが好ましい。
【００８３】
以上が第１の画素１７の構成の説明である。
【００８４】
第２の画素１８は、トランジスタ１０１Ｅと、トランジスタ１０２Ｅと、トランジスタ１０６Ｅと、トランジスタ１０７Ｅと、トランジスタ１０８Ｅと、トランジスタ１１５Ｅと、トランジスタ１１６Ｅと、容量素子１０３Ｅと、容量素子１０９Ｅと、容量素子１１７Ｅと、第２の表示素子としてＥＬ素子１１０Ｅを有する。
【００８５】
トランジスタ１０１Ｅのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０３Ｅの一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０３Ｅの一方の電極は、トランジスタ１０６Ｅのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０６Ｅのソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０７Ｅのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｅのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０９Ｅの一方の電極と電気的に接続される。容量素子１００Ｅの一方の電極は、トランジスタ１０８Ｅのゲートと電気的に接続される。トランジスタ１０８Ｅのソースまたはドレインの一方は、容量素子１０９Ｅの他方の電極と電気的に接続される。容量素子１０９Ｅの他方の電極は、ＥＬ素子１１０Ｅの一方の電極と電気的に接続される。
【００８６】
ここで、トランジスタ１０１Ｅのソースまたはドレインの一方、容量素子１０３Ｅの一方の電極、およびトランジスタ１０６Ｅのソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＡＥとする。また、トランジスタ１０６Ｅのソースまたはドレインの他方、容量素子１０９Ｅの一方の電極、トランジスタ１０７Ｅのソースまたはドレインの一方、およびトランジスタ１０８Ｅのゲートが接続される配線をノードＮＢＥとする。また、容量素子１０３Ｅの他方の電極、トランジスタ１０２Ｅのソースまたはドレインの一方およびトランジスタ１１６Ｅのソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＲＥとする。また、トランジスタ１１６Ｅのゲート、トランジスタ１１５Ｅのソースまたはドレインの一方および容量素子１１７Ｅの一方の電極が接続される配線をノードＮＭＥとする。
【００８７】
トランジスタ１０１Ｅのゲートおよびトランジスタ１０６Ｅのゲートは、配線１２３Ｅと電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｅのゲートは配線１２３Ｅと電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｅのゲートおよび容量素子１１７Ｅの他方の電極は、配線１２１Ｌに電気的に接続される。トランジスタ１１５Ｅのゲートは、配線１２２Ｅに電気的に接続される。トランジスタ１１５Ｅのソースまたはドレインの他方は配線１２４Ｅと電気的に接続される。
【００８８】
トランジスタ１１６Ｅのソースまたはドレインの他方は、電源線（高電位）と電気的に接続される。トランジスタ１０２Ｅのソースまたはドレインの他方は、電源線（低電位）と電気的に接続される。トランジスタ１０７Ｅのソースまたはドレインの他方は、電源線（低電位）と電気的に接続される。ＥＬ素子１１０Ｅの他方の電極は、共通配線１２９Ｅと電気的に接続される。なお、共通配線１２９Ｅには、任意の電位を供給することができる。
【００８９】
配線１２２Ｅ、１２３Ｅ、１２６Ｅは、トランジスタの動作を制御するための信号線としての機能を有することができる。配線１２５Ｅは、画像信号を供給する信号線としての機能を有することができる。また、配線１２１Ｅおよび配線１２４Ｅは、次に説明するメモリ回路ＭＥＭＥを動作させるための信号線としての機能を有することができる。
【００９０】
トランジスタ１１５Ｅ、トランジスタ１１６Ｅおよび容量素子１１７Ｅは、メモリ回路ＭＥＭＥを構成する。ノードＮＭＥは記憶ノードであり、トランジスタ１１５Ｅを導通させることで、配線１２４Ｅに供給された信号をノードＮＭＥに書き込むことができる。トランジスタ１１５Ｅに極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、ノードＮＭＥの電位を長時間保持することができる。当該トランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。
【００９１】
なお、トランジスタ１１５Ｅだけでなく、画素を構成するその他のトランジスタにＯＳトランジスタを適用してもよい。また、トランジスタ１１５ＥにＳｉをチャネル形成領域に有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を適用してもよい。または、ＯＳトランジスタと、Ｓｉトランジスタとの両方を用いてもよい。なお、上記Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン）を有するトランジスタ、単結晶シリコンを有するトランジスタなどが挙げられる。
【００９２】
図２に示すタイミングチャートを用いて、画素ユニット１１ｅの動作の詳細を説明する。なお、以下では第１の画素１７における動作を説明するが、第２の画素１８も同様の手順で動作することができる。第１の画素１７および第２の画素１８を同時に動作してもよいし、いずれか一方のみを動作させてもよい。
【００９３】
また、所望のタイミングにおいて、配線１２４Ｌには補正信号（Ｖｐ）が供給され、配線１２５Ｌには画像信号（Ｖｓ）が供給される。また、以下の説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”で表す。
【００９４】
期間Ｔ１に配線１２１Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｈ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１１５Ｌが導通し、ノードＮＭＬに補正信号（Ｖｐ）が書き込まれる。なお、配線１２６Ｌの電位は、前フレームの動作から引き継がれて期間Ｔ１では“Ｈ”となっている。
【００９５】
期間Ｔ２に配線１２１Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｈ”、配線１２６Ｌの電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２Ｌが導通し、ノードＮＲＬが“Ｌ”にリセットされる。また、トランジスタ１０１Ｌが導通し、ノードＮＡＬに画像信号（Ｖｓ）が書き込まれる。また、トランジスタ１０６Ｌが非導通になることからノードＮＢＬの電位は引き続き保持され、表示は継続される。
【００９６】
期間Ｔ３に配線１２１Ｌの電位を“Ｈ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２６Ｌの電位を“Ｌ”とすると、容量素子１１７Ｌの容量結合によりノードＮＭＬの電位に配線１２１Ｌの電位が付加される。このとき、配線１２１Ｌの電位をトランジスタ１１６Ｌのしきい値電圧（Ｖｔｈ）とすると、ノードＮＭＬの電位はＶｐ＋Ｖｔｈとなる。そして、トランジスタ１１６Ｌは導通し、ノードＮＲＬは、トランジスタ１１６Ｌのゲート電位よりしきい値電圧（Ｖｔｈ）分だけ低い電位、すなわち補正信号（Ｖｐ）に相当する電位となる。
【００９７】
そして、容量素子１０３Ｌの容量結合により、ノードＮＲＬとノードＮＡＬの容量比に応じた電位（Ｖｐ’）が画像信号（Ｖｓ）に付加される。すなわち、ノードＮＡＬの電位は、Ｖｓ＋Ｖｐ’となる。また、トランジスタ１０７Ｌが導通することにより、ノードＮＢＬの電位は“Ｌ”にリセットされる。
【００９８】
期間Ｔ４に配線１２１Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２６Ｌの電位を“Ｈ”とすると、ノードＮＡＬの電位がノードＮＢＬに分配され、ノードＮＢＬの電位は、（Ｖｓ＋Ｖｐ’）’となる。
【００９９】
以上により、補正信号に由来する電位を画像信号に付加することができ、表示の補正を行うことができる。
【０１００】
上記画素ユニット１１ｅの構成および動作は、画像のアップコンバートに有用である。画素ユニット１１ｅを用いたアップコンバートについて、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１０１】
例えば、８Ｋ４Ｋの表示装置の画素数は、４Ｋ２Ｋの表示装置の画素数（３８４０×２１６０）の４倍である。つまり、４Ｋ２Ｋの表示装置の１画素で表示する画像信号を単純に８Ｋ４Ｋの表示装置で表示しようとすると、４画素で同じ画像信号を表示することになる。
【０１０２】
図３（Ａ）は、上記を想定した水平垂直方向の４つの画素ユニットに表示される画像を説明する図である。一つの画素ユニットは、画像信号Ｓ１Ｌの表示が行われる第１の画素と、画像信号Ｓ１Ｅの表示が行われる第２の画素を有する。なお、表示は、第１の画素および第２の画素のいずれか一方で行われる場合もあるが、ここでは両方で行われる場合を説明する。
【０１０３】
図３（Ａ）に示すように、アップコンバート前では４つの画素ユニット全てが画像信号Ｓ１Ｌおよび画像信号Ｓ１Ｅで表示されることになるが、アップコンバート後ではそれぞれの画素ユニットに画像信号Ｓ０Ｌ乃至Ｓ２Ｌおよび画像信号Ｓ０Ｅ乃至Ｓ２Ｅが適用され、解像度を向上することができる。
【０１０４】
図３（Ｂ）は、画素ユニット１１ｅにおけるアップコンバート動作を説明する図である。画素ユニット１１ｅでは前述した方法で画像信号を補正するため、画像信号の補正は電位を上げる方向に行う。したがって、元の画像信号Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｅを信号電位の小さい画像信号Ｓ０Ｌ、Ｓ０Ｅに外部機器で加工し、画素ユニット１１ｅに供給する。なお、画像信号Ｓ０Ｌ、Ｓ０Ｅの生成動作は単純であるため、外部機器の負荷は小さい。
【０１０５】
また、各画素には、補正信号としてＷ１Ｌ乃至Ｗ３ＬおよびＷ１Ｅ乃至Ｗ３Ｅを供給する。ここで、Ｗ１Ｌ乃至Ｗ３ＬおよびＷ１Ｅ乃至Ｗ３Ｅを生成する方法は限定されない。補正信号の生成は、外部機器を用いてリアルタイムで行ってもよいし、記録媒体に保存されている補正信号を読み出して画像信号Ｓ０Ｌ、Ｓ０Ｅと同期させてもよい。
【０１０６】
そして、前述した画素ユニット１１ｅの動作を行うことにより各画像信号に各補正信号が付加され、新しい画像信号Ｓ０Ｌ乃至Ｓ２ＬおよびＳ０Ｅ乃至Ｓ２Ｅが生成される。したがって、アップコンバートした表示を行うことができる。
【０１０７】
従来の外部補正によるアップコンバートでは、新しい画像信号そのものを生成するため、外部機器の負荷が大きかった。一方で、上述した本発明の一態様では、供給する画像信号は大きく変化させず、補正信号を供給した画素で新たな画像信号を生成するため、外部機器の負担を小さくすることができる。また、新たな画像信号を画素で生成するための動作は少ないステップで行うことができ、画素数が多く水平期間の短い表示装置でも対応することができる。
【０１０８】
なお、表示素子に液晶素子１０５Ｌを用いる第１の画素１７は、図４（Ａ）に示す回路構成としてもよい。図４（Ａ）に示す回路構成は、図１に示す回路構成からトランジスタ１０６Ｌ、１０７Ｌ、および配線１２６Ｌを省いた構成である。当該構成では、トランジスタ１０１Ｌのソースまたはドレインの一方、容量素子１０３Ｌの一方の電極、容量素子１０４Ｌの一方の電極および液晶素子１０５Ｌの一方の電極が接続される配線をノードＮＡＬとする。
【０１０９】
図４（Ｂ）に示すタイミングチャートを用いて、第１の画素１７の動作の詳細を説明する。当該構成では、元の画像信号を液晶素子１０５Ｌに供給した後に補正信号を付加する動作となるが、液晶素子１０５Ｌは動作速度が比較的遅いため表示に与える影響は軽微である。
【０１１０】
期間Ｔ１に配線１２１Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｈ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１１５Ｌが導通し、ノードＮＭに補正信号（Ｖｐ）が書き込まれる。
【０１１１】
期間Ｔ２に配線１２１Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０２Ｌが導通し、ノードＮＲＬが“Ｌ”にリセットされる。また、トランジスタ１０１Ｌが導通し、ノードＮＡＬに画像信号（Ｖｓ）が書き込まれる。
【０１１２】
期間Ｔ３に配線１２１Ｌの電位を“Ｈ”、配線１２２Ｌの電位を“Ｌ”、配線１２３Ｌの電位を“Ｌ”とすると、容量素子１１７Ｌの容量結合によりノードＮＭＬの電位に配線１２１Ｌの電位が付加される。このとき、配線１２１Ｌの電位をトランジスタ１１６Ｌのしきい値電圧（Ｖｔｈ）とすると、ノードＮＭＬの電位はＶｐ＋Ｖｔｈとなる。そして、トランジスタ１１６Ｌは導通し、ノードＮＲＬは、トランジスタ１１６Ｌのゲート電位よりしきい値電圧（Ｖｔｈ）分だけ低い電位、すなわち補正信号（Ｖｐ）に相当する電位となる。
【０１１３】
そして、容量素子１０３の容量結合により、ノードＮＲＬとノードＮＡＬの容量比に応じた電位（Ｖｐ’）が画像信号（Ｖｓ）に付加される。すなわち、ノードＮＡＬの電位は、Ｖｓ＋Ｖｐ’となる。
【０１１４】
以上により、補正信号に由来する電位を画像信号に付加することができ、表示の補正を行うことができる。
【０１１５】
なお、図１においては、画素内の各表示素子のそれぞれにメモリ回路が接続された構成を示したが、表示素子のいずれか一方のみにメモリ回路が接続される構成であってもよい。
【０１１６】
例えば、図５に示すように、表示素子に液晶素子１０５Ｌを用いる第１の画素１７のみにメモリ回路を設けてもよい。この場合、アップコンバートは第１の画素１７のみで行うことができる。また、図６に示すように、表示素子にＥＬ素子１１０Ｅを用いる第２の画素１８のみにメモリ回路を設けてもよい。この場合、アップコンバートは第２の画素１８のみで行うことができる。
【０１１７】
また、図７に示すように、第１の画素１７と第２の画素１８とで一部の信号線を共有する構成としてもよい。第１の画素１７と第２の画素１８は、いずれか一方のみを表示動作させる場合があるため、画像信号の供給を制御する信号線は共有しない構成が望ましい。一方で、補正信号の供給を制御する信号線は、表示動作に直接かかわらないため共有が可能である。したがって、図７に示すようにトランジスタ１１５Ｌのゲートとトランジスタ１１５Ｅのゲートを配線１２２ＬＥに接続し、容量素子１１７Ｌの他方の電極と容量素子１１７Ｅの他方の電極を配線１２１ＬＥに接続した構成としてもよい。
【０１１８】
図８は、本発明の一態様の表示装置のブロック図の一例である。当該表示装置は、画素ユニット１１ｅがマトリクス状の設けられた画素アレイと、ロードライバ２１、２２と、カラムドライバ２３、２４と、回路２５を有する。ロードライバ２１およびカラムドライバ２３は、液晶素子１０５Ｌを有する第１の画素１７を駆動するための周辺回路である。また、ロードライバ２２およびカラムドライバ２４は、ＥＬ素子１１０Ｅを有する第２の画素１８を駆動するための周辺回路である。
【０１１９】
ロードライバ２１、２２およびカラムドライバ２３、２４には、例えばシフトレジスタ回路を用いることができる。回路２５は、画像信号および補正信号を生成する機能を有する。なお、回路２５は、前述した補正信号を生成するための外部機器ということもできる。
【０１２０】
回路２５には、例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）の説明における画像信号Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｅが入力され、画像信号Ｓ０Ｌ、Ｓ０Ｅおよび補正信号Ｗ１Ｌ乃至Ｗ３Ｌ、Ｗ１Ｅ乃至Ｗ３Ｅが生成されてカラムドライバ２３、２４に出力される。なお、画像信号Ｓ０Ｌ、Ｓ０Ｅを生成する機能および補正信号Ｗ１Ｌ乃至Ｗ３Ｌ、Ｗ１Ｅ乃至Ｗ３Ｅを生成する機能は、それぞれ異なる回路が有していてもよい。
【０１２１】
また、回路２５は、ニューラルネットワークを有していてもよい。例えば、膨大な画像を教師データとして学習したディープニューラルネットワークを用いることで、精度の高い補正信号Ｗを生成することができる。
【０１２２】
これまで、メモリ回路を有する画素におけるアップコンバート動作を主として説明したが、当該画素では、トランジスタの特性ばらつきを補正する動作を行うこともできる。ＥＬ素子を用いた画素では、ＥＬ素子に電流を供給する駆動トランジスタのしきい値電圧のばらつきが表示品位に与える影響が大きい。メモリ回路ＭＥＭＥに駆動トランジスタのしきい値電圧を補正する信号を保持させ、画像信号に付加することで表示品位を向上させることができる。
【０１２３】
図９（Ａ）は、上記駆動トランジスタに相当するトランジスタ１０８Ｅのしきい値電圧（Ｖｔｈ）を補正する動作を行うことができる第２の画素１８の構成を示す図である。図９（Ａ）では、図１に示す第２の画素１８にトランジスタ１１１Ｅおよび配線１３０Ｅを付加した構成を有する。なお、当該構成の画素回路を用いて前述したアップコンバートの動作を行ってもよい。また、しきい値電圧補正とアップコンバートの両方の動作を行ってもよい。
【０１２４】
トランジスタ１１１Ｅのソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０８Ｅのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１１Ｅのソースまたはドレインの他方は、配線１３０Ｅと電気的に接続される。トランジスタ１１１Ｅのゲートは、配線１２３Ｅと電気的に接続される。
【０１２５】
配線１３０Ｅは、トランジスタ１０８Ｅの電気特性を外部機器で取得するためのモニタ線としての機能を有する。また、配線１３０Ｅからトランジスタ１１１Ｅを介して容量素子１０９Ｅの一方の電極に特定の電位を供給することにより、画像信号の書き込みを安定化させることもできる。
【０１２６】
当該構成では、初期動作として外部補正の動作を行うが、生成された補正信号はメモリ回路ＭＥＭＥに格納される。したがって、メモリ回路ＭＥＭＥに補正信号が保持された後は、内部補正のように動作する。
【０１２７】
上記回路を用いたしきい値電圧補正を行う場合は、図９（Ｂ）に示すブロック図の構成を用いることができる。図９（Ｂ）では、図８に示す構成にカラムドライバ２６および回路２７を付加した構成となっている。カラムドライバ２６は配線１３０Ｅと電気的に接続され、その出力値を回路２７に入力することができる。
【０１２８】
まず、トランジスタ１０１Ｅ、１０６Ｅを導通し、ノードＮＢにトランジスタ１０８Ｅが導通する標準電位を書き込む。トランジスタ１０８Ｅが出力する電流は、トランジスタ１１１Ｅを介して回路２７に取り込まれる。当該動作を全ての画素に対して行い、ゲートに標準電位を印加したときのトランジスタ１１２が出力する電流値を取得する。
【０１２９】
回路２７では電流値を読み取って解析し、最も電流値が高いトランジスタを基準として各画素に格納する補正信号ＷＶｔｈを生成する。当該補正信号ＷＶｔｈは、回路２５に入力され、回路２５で生成される他の補正信号に付加される。例えば、回路２５からはしきい値電圧の補正信号を含むＷ１Ｅ’乃至Ｗ３Ｅ’がカラムドライバ２４に出力され、各画素のメモリ回路ＭＥＭＥに格納される。なお、回路２７は電流値を読み取る機能を有し、補正信号ＷＶｔｈを生成する機能は他の回路が有していてもよい。
【０１３０】
以降は、アップコンバート動作と同じように画像信号に補正信号を付加した表示動作を行う。なお、トランジスタのしきい値電圧は、長期に亘って大きく変動することはあるが、短期間における変動は極めて少ない。したがって、しきい値電圧の補正動作のみを行う場合、補正信号の生成およびメモリ回路ＭＥＭへの格納動作は、フレームごとなどに行う必要はなく、電源投入時や終了時などに行えばよい。または、表示装置の動作時間を記録し、日、週、月、年などを単位とした一定期間ごとに行ってもよい。
【０１３１】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１３２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置、および表示装置の駆動方法について説明する。
【０１３３】
本発明の一態様の表示装置は、ハイブリッドディスプレイである。ハイブリッドディスプレイは、ハイブリッド表示を行うことができる。
【０１３４】
ハイブリッド表示とは、１つのパネルにおいて、反射光と、自発光とを併用して、色調または光強度を互いに補完して、文字または画像を表示する方法である。または、ハイブリッド表示とは、同一画素または同一副画素において複数の表示素子から、それぞれの光を用いて、文字および／または画像を表示する方法である。ただし、ハイブリッド表示を行っているハイブリッドディスプレイを局所的にみると、複数の表示素子のいずれか一を用いて表示される画素または副画素と、複数の表示素子の二以上を用いて表示される画素または副画素と、を有する場合がある。
【０１３５】
なお、本明細書等において、上記構成のいずれか１つまたは複数の表現を満たすものを、ハイブリッド表示という。
【０１３６】
また、ハイブリッドディスプレイは、同一画素または同一副画素に複数の表示素子を有する。なお、複数の表示素子としては、例えば、光を反射する反射型素子と、光を射出する自発光素子とが挙げられる。なお、反射型素子と、自発光素子とは、それぞれ独立に制御することができる。ハイブリッドディスプレイは、表示部において、反射光、及び自発光のいずれか一方または双方を用いて、文字および／または画像を表示する機能を有する。
【０１３７】
本発明の一態様の表示装置は、可視光を反射する第１の表示素子が設けられた画素を有することができる。または、可視光を発する第２の表示素子が設けられた画素を有することができる。または、第１の表示素子および第２の表示素子が設けられた画素を有することができる。
【０１３８】
本実施の形態では、可視光を反射する第１の表示素子と、可視光を発する第２の表示素子とを有する表示装置について説明する。
【０１３９】
表示装置は、第１の表示素子が反射する第１の光と、第２の表示素子が発する第２の光のうち、いずれか一方、または両方により、画像を表示する機能を有する。または、表示装置は、第１の表示素子が反射する第１の光の光量と、第２の表示素子が発する第２の光の光量と、をそれぞれ制御することにより、階調を表現する機能を有する。
【０１４０】
また、表示装置は、第１の表示素子の反射光の光量を制御することにより階調を表現する第１の画素と、第２の表示素子からの発光の光量を制御することにより階調を表現する第２の画素を有する構成とすることが好ましい。第１の画素および第２の画素は、例えばそれぞれマトリクス状に複数配置され、表示部を構成する。
【０１４１】
また、第１の画素と第２の画素は、同数且つ同ピッチで、表示領域内に配置されていることが好ましい。このとき、隣接する第１の画素と第２の画素を合わせて、画素ユニットと呼ぶことができる。これにより、後述するように複数の第１の画素のみで表示された画像と、複数の第２の画素のみで表示された画像、ならびに複数の第１の画素および複数の第２の画素の両方で表示された画像のそれぞれは、同じ表示領域に表示することができる。
【０１４２】
第１の画素が有する第１の表示素子には、外光を反射して表示する素子を用いることができる。このような素子は、光源を持たないため、表示の際の消費電力を極めて小さくすることが可能となる。
【０１４３】
第１の表示素子には、代表的には反射型の液晶素子を用いることができる。または、第１の表示素子として、シャッター方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、光干渉方式のＭＥＭＳ素子の他、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）方式等を適用した素子などを用いることができる。
【０１４４】
第２の画素が有する第２の表示素子は光源を有し、その光源からの光を利用して表示する素子を用いることができる。特に、電界を印加することにより発光性の物質から発光を取り出すことのできる、電界発光素子を用いることが好ましい。このような画素が射出する光は、その輝度や色度が外光に左右されることがないため、色再現性が高く（色域が広く）、且つコントラストの高い、つまり鮮やかな表示を行うことができる。
【０１４５】
第２の表示素子には、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を用いることができる。または、第２の画素が有する表示素子として、光源であるバックライトと、バックライトからの光の透過光の光量を制御する透過型の液晶素子とを組み合わせたものを用いてもよい。
【０１４６】
第１の画素は、例えば白色（Ｗ）を呈する副画素、または例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。また、第２の画素も同様に、例えば白色（Ｗ）を呈する副画素、または例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。なお、第１の画素および第２の画素がそれぞれ有する副画素は、４色以上であってもよい。副画素の種類が多いほど、消費電力を低減することが可能で、また色再現性を高めることができる。
【０１４７】
本発明の一態様は、第１の画素で画像を表示する第１のモード、第２の画素で画像を表示する第２のモード、および第１の画素および第２の画素で画像を表示する第３のモードを切り替えることができる。また、実施の形態１で示したように、第１の画素および第２の画素のそれぞれに異なる画像信号を入力し、合成画像を表示することもできる。
【０１４８】
第１のモードは、第１の表示素子による反射光を用いて画像を表示するモードである。第１のモードは光源が不要であるため、極めて低消費電力な駆動モードである。例えば、外光の照度が十分高く、且つ外光が白色光またはその近傍の光である場合に有効である。第１のモードは、例えば本や書類などの文字情報を表示することに適した表示モードである。また、反射光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。
【０１４９】
第２のモードでは、第２の表示素子による発光を利用して画像を表示するモードである。そのため、外光の照度や色度によらず、極めて鮮やかな（コントラストが高く、且つ色再現性の高い）表示を行うことができる。例えば、夜間や暗い室内など、外光の照度が極めて小さい場合などに有効である。また外光が暗い場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第２のモードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。またこれにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第２のモードは、鮮やかな画像や滑らかな動画などを表示することに適したモードである。
【０１５０】
第３のモードでは、第１の表示素子による反射光と、第２の表示素子による発光の両方を利用して表示を行うモードである。具体的には、第１の画素が呈する光と、第１の画素と隣接する第２の画素が呈する光を混色させることにより、１つの色を表現するように駆動する。第１のモードよりも鮮やかな表示をしつつ、第２のモードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、外光の照度が比較的低い場合や、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。
【０１５１】
以下では、本発明の一態様のより具体的な例について、図面を参照して説明する。
【０１５２】
［表示装置の構成例］
【０１５３】
図１０は、本発明の一態様の表示装置が有する画素アレイ４０を説明する図である。画素アレイ４０は、マトリクス状に配置された複数の画素ユニット４５を有する。画素ユニット４５は、画素４６と、画素４７を有する。
【０１５４】
図１０では、画素４６および画素４７が、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色に対応する表示素子を有する場合の例を示している。
【０１５５】
画素４６は、赤色（Ｒ）に対応する表示素子４６Ｒ、緑色（Ｇ）に対応する表示素子４６Ｇ、青色（Ｂ）に対応する表示素子４６Ｂを有する。表示素子４６Ｒ、４６Ｇ、４６Ｂはそれぞれ、光源の光を利用した第２の表示素子である。
【０１５６】
画素４７は、赤色（Ｒ）に対応する表示素子４７Ｒ、緑色（Ｇ）に対応する表示素子４７Ｇ、青色（Ｂ）に対応する表示素子４７Ｂを有する。表示素子４７Ｒ、４７Ｇ、４７Ｂはそれぞれ、外光の反射を利用した第１の表示素子である。
【０１５７】
以上が表示装置の構成例についての説明である。
【０１５８】
［画素ユニットの構成例］
続いて、図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて画素ユニット４５について説明する。図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、画素ユニット４５の構成例を示す模式図である。
【０１５９】
画素４６は、表示素子４６Ｒ、表示素子４６Ｇ、表示素子４６Ｂを有する。表示素子４６Ｒは、光源を有し、画素４６に入力される第２の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光Ｒ２を、表示面側に射出する。表示素子４６Ｇ、表示素子４６Ｂも同様に、それぞれ緑色の光Ｇ２または青色の光Ｂ２を、表示面側に射出する。
【０１６０】
画素４７は、表示素子４７Ｒ、表示素子４７Ｇ、表示素子４７Ｂを有する。表示素子４７Ｒは、外光を反射し、画素４７に入力される第１の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光Ｒ１を、表示面側に射出する。表示素子４７Ｇ、表示素子４７Ｂも同様に、それぞれ緑色の光Ｇ１または青色の光Ｂ１を、表示面側に射出する。
【０１６１】
〔第１のモード〕
図１１（Ａ）は、外光を反射する表示素子４７Ｒ、表示素子４７Ｇ、表示素子４７Ｂを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図１１（Ａ）に示すように、画素ユニット４５は、例えば外光の照度が十分に高い場合などでは、画素４６を駆動させずに、画素４７からの光（光Ｒ１、光Ｇ１、および光Ｂ１）のみを混色させることにより、所定の色の光５５を表示面側に射出することもできる。これにより、極めて低消費電力な駆動を行うことができる。
【０１６２】
〔第２のモード〕
図１１（Ｂ）は、表示素子４６Ｒ、表示素子４６Ｇ、表示素子４６Ｂを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図１１（Ｂ）に示すように、画素ユニット４５は、例えば外光の照度が極めて小さい場合などでは、画素４７を駆動させずに、画素４６からの光（光Ｒ２、光Ｇ２、および光Ｂ２）のみを混色させることにより、所定の色の光５５を表示面側に射出することもできる。これにより鮮やかな表示を行うことができる。また外光の照度が小さい場合に輝度を低くすることで、使用者が感じる眩しさを抑えると共に消費電力を低減できる。
【０１６３】
〔第３のモード〕
図１１（Ｃ）は、外光を反射する表示素子４７Ｒ、表示素子４７Ｇ、表示素子４７Ｂと、光を発する表示素子４６Ｒ、表示素子４６Ｇ、表示素子４６Ｂの両方を駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図１１（Ｃ）に示すように、画素ユニット４５は、光Ｒ１、光Ｇ１、光Ｂ１、光Ｒ２、光Ｇ２、および光Ｂ２の６つの光を混色させることにより、所定の色の光５５を表示面側に射出することができる。
【０１６４】
以上が画素ユニット４５の構成例についての説明である。
【０１６５】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１６６】
（実施の形態３）
以下では、本発明の一態様である表示パネルの例について説明する。以下で例示する表示パネルは、反射型の液晶素子と、ＥＬ素子の両方を有し、透過モードと反射モードの両方の表示を行うことのできる、表示パネルである。
【０１６７】
［画素の構成例］
図１２（Ａ）は、画素４１０が有する導電層３１１ｂの構成例である。導電層３１１ｂは、画素４１０における液晶素子の反射電極として機能する。また導電層３１１ｂには、開口４５１が設けられている。
【０１６８】
図１２（Ａ）には、導電層３１１ｂと重なる領域に位置するＥＬ素子３６０を破線で示している。ＥＬ素子３６０は、導電層３１１ｂが有する開口４５１と重ねて配置されている。これにより、ＥＬ素子３６０が発する光は、開口４５１を介して表示面側に射出される。
【０１６９】
図１２（Ａ）では、方向Ｒに隣接する画素４１０が異なる色に対応する画素である。このとき、図１２（Ａ）に示すように、方向Ｒに隣接する２つの画素において、開口４５１が一列に配列されないように、導電層３１１ｂの異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、２つのＥＬ素子３６０を離すことが可能で、ＥＬ素子３６０が発する光が隣接する画素４１０が有する着色層に入射してしまう現象（クロストークともいう）を抑制することができる。また、隣接する２つのＥＬ素子３６０を離して配置することができるため、ＥＬ素子３６０のＥＬ層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。
【０１７０】
また、図１２（Ｂ）に示すような配列としてもよい。
【０１７１】
非開口部の総面積に対する開口４５１の総面積の比の値が大きすぎると、液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口４５１の総面積の比の値が小さすぎると、ＥＬ素子３６０を用いた表示が暗くなってしまう。
【０１７２】
また、反射電極として機能する導電層３１１ｂに設ける開口４５１の面積が小さすぎると、ＥＬ素子３６０が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
【０１７３】
開口４５１の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口４５１を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口４５１を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
【０１７４】
［表示パネルの構成例］
図１３は、本発明の一態様の表示パネル３００の斜視概略図である。表示パネル３００は、基板３５１と基板３６１とが貼り合わされた構成を有する。図１３では、基板３６１を破線で明示している。
【０１７５】
表示パネル３００は、表示部３６２、回路３６４、配線３６５等を有する。基板３５１には、例えば回路３６４、配線３６５、および画素電極として機能する導電層３１１ｂ等が設けられる。また図１３では基板３５１上にＩＣ３７３とＦＰＣ３７２が実装されている例を示している。そのため、図１３に示す構成は、表示パネル３００とＦＰＣ３７２およびＩＣ３７３を有する表示モジュールと言うこともできる。
【０１７６】
回路３６４は、例えば走査線駆動回路（ロードライバ）として機能する回路を用いることができる。
【０１７７】
配線３６５は、表示部や回路３６４に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、ＦＰＣ３７２を介して外部、またはＩＣ３７３から配線３６５に入力される。
【０１７８】
また、図１３では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式等により、基板３５１にＩＣ３７３が設けられている例を示している。ＩＣ３７３は、例えば走査線駆動回路、または信号線駆動回路などとしての機能を有するＩＣを適用できる。なお表示パネル３００が走査線駆動回路および信号線駆動回路（カラムドライバ）として機能する回路を備える場合や、走査線駆動回路や信号線駆動回路として機能する回路を外部に設け、ＦＰＣ３７２を介して表示パネル３００を駆動するための信号を入力する場合などでは、ＩＣ３７３を設けない構成としてもよい。また、ＩＣ３７３を、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、ＦＰＣ３７２に実装してもよい。
【０１７９】
図１３には、表示部３６２の一部の拡大図を示している。表示部３６２には、複数の表示素子が有する導電層３１１ｂがマトリクス状に配置されている。導電層３１１ｂは、可視光を反射する機能を有し、後述する液晶素子３４０の反射電極として機能する。
【０１８０】
また、図１３に示すように、導電層３１１ｂは開口を有する。さらに導電層３１１ｂよりも基板３５１側に、ＥＬ素子３６０を有する。ＥＬ素子３６０からの光は、導電層３１１ｂの開口を介して基板３６１側に射出される。
【０１８１】
また、基板３６１上には入力装置３６６を設けることができる。例えば、シート状の静電容量方式のタッチセンサを表示部３６２に重ねて設ける構成とすればよい。または、基板３６１と基板３５１との間にタッチセンサを設けてもよい。基板３６１と基板３５１との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
【０１８２】
［断面構成例］
図１４に、図１３で例示した表示パネルの、ＦＰＣ３７２を含む領域の一部、回路３６４を含む領域の一部、表示部３６２を含む領域の一部および入力装置３６６をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【０１８３】
表示パネルは、基板３５１と基板３６１の間に、絶縁層２２０を有する。また基板３５１と絶縁層２２０の間に、ＥＬ素子３６０、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、着色層１３４等を有する。また絶縁層２２０と基板３６１の間に、液晶素子３４０、着色層１３１等を有する。また基板３６１と絶縁層２２０は接着層１４１を介して接着され、基板３５１と絶縁層２２０は接着層１４２を介して接着されている。
【０１８４】
トランジスタ２０６は、液晶素子３４０と電気的に接続し、トランジスタ２０５は、ＥＬ素子３６０と電気的に接続する。トランジスタ２０５とトランジスタ２０６は、いずれも絶縁層２２０の基板３５１側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用いて作製することができる。
【０１８５】
基板３６１には、着色層１３１、遮光層１３２、絶縁層１２１、および液晶素子３４０の共通電極として機能する導電層３１３、配向膜１３３ｂ、絶縁層１１７等が設けられている。絶縁層１１７は、液晶素子３４０のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。
【０１８６】
絶縁層２２０の基板３５１側には、絶縁層２１１、絶縁層２１２、絶縁層２１３、絶縁層２１４、絶縁層２１５等の絶縁層が設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１２、絶縁層２１３、および絶縁層２１４は、各トランジスタを覆って設けられている。また絶縁層２１４を覆って絶縁層２１５が設けられている。絶縁層２１４および絶縁層２１５は、平坦化層としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁層２１２、絶縁層２１３、絶縁層２１４の３層を有する場合について示しているが、これに限られず４層以上であってもよいし、単層、または２層であってもよい。また平坦化層として機能する絶縁層２１４は、不要であれば設けなくてもよい。
【０１８７】
また、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、およびトランジスタ２０６は、一部がゲートとして機能する導電層２２１、一部がソースまたはドレインとして機能する導電層２２２、半導体層２３１を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
【０１８８】
液晶素子３４０は反射型の液晶素子である。液晶素子３４０は、導電層３１１ａ、液晶３１２、導電層３１３が積層された積層構造を有する。また、導電層３１１ａの基板３５１側に接して、可視光を反射する導電層３１１ｂが設けられている。導電層３１１ｂは開口２５１を有する。また、導電層３１１ａおよび導電層３１３は可視光を透過する材料を含む。また、液晶３１２と導電層３１１ａの間に配向膜１３３ａが設けられ、液晶３１２と導電層３１３の間に配向膜１３３ｂが設けられている。また、基板３６１の外側の面には、偏光板１３０を有する。
【０１８９】
液晶素子３４０において、導電層３１１ｂは可視光を反射する機能を有し、導電層３１３は可視光を透過する機能を有する。基板３６１側から入射した光は、偏光板１３０により偏光され、導電層３１３、液晶３１２を透過し、導電層３１１ｂで反射する。そして、液晶３１２および導電層３１３を再度透過して、偏光板１３０に達する。このとき、導電層３１１ｂと導電層３１３の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板１３０を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層１３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
【０１９０】
ＥＬ素子３６０は、ボトムエミッション型の発光素子である。ＥＬ素子３６０は、絶縁層２２０側から導電層１９１、ＥＬ層１９２、および導電層１９３ｂの順に積層された積層構造を有する。また導電層１９３ｂを覆って導電層１９３ａが設けられている。導電層１９３ｂは可視光を反射する材料を含み、導電層１９１および導電層１９３ａは可視光を透過する材料を含む。ＥＬ素子３６０が発する光は、着色層１３４、絶縁層２２０、開口２５１、導電層３１３等を介して、基板３６１側に射出される。
【０１９１】
ここで、図１４に示すように、開口２５１には可視光を透過する導電層３１１ａが設けられていることが好ましい。これにより、開口２５１と重なる領域においてもそれ以外の領域と同様に液晶３１２が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。
【０１９２】
基板３６１の外側の面には、光拡散板１２９および偏光板１３０を配置する。偏光板１３０としては直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、外光反射を抑制するために光拡散板を設けてもよい。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子３４０に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。
【０１９３】
導電層１９１の端部を覆う絶縁層２１６上には、絶縁層２１７が設けられている。絶縁層２１７は、絶縁層２２０と基板３５１が必要以上に接近することを抑制するスペーサとしての機能を有する。またＥＬ層１９２や導電層１９３ａを遮蔽マスク（メタルマスク）を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑制するための機能を有していてもよい。なお、絶縁層２１７は不要であれば設けなくてもよい。
【０１９４】
トランジスタ２０５のソースまたはドレインの一方は、導電層２２４を介してＥＬ素子３６０の導電層１９１と電気的に接続されている。
【０１９５】
トランジスタ２０６のソースまたはドレインの一方は、接続部２０７を介して導電層３１１ｂと電気的に接続されている。導電層３１１ｂと導電層３１１ａは接して設けられ、これらは電気的に接続されている。ここで、接続部２０７は、絶縁層２２０に設けられた開口を介して、絶縁層２２０の両面に設けられる導電層同士を接続する部分である。
【０１９６】
基板３５１と基板３６１が重ならない領域には、接続部２０４が設けられている。接続部２０４は、接続層２４２を介してＦＰＣ３７２と電気的に接続されている。接続部２０４は接続部２０７と同様の構成を有している。接続部２０４の上面は、導電層３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部２０４とＦＰＣ３７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。
【０１９７】
接着層１４１が設けられる一部の領域には、接続部２５２が設けられている。接続部２５２において、導電層３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電層３１３の一部が、接続体２４３により電気的に接続されている。したがって、基板３６１側に形成された導電層３１３に、基板３５１側に接続されたＦＰＣ３７２から入力される信号または電位を、接続部２５２を介して供給することができる。
【０１９８】
接続体２４３としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、２種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体２４３として、弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体２４３は、図１４に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体２４３と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。
【０１９９】
接続体２４３は、接着層１４１に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層１４１に接続体２４３を分散させておけばよい。
【０２００】
また、基板５６０の第１面に設けられた入力装置３６６は、接着層１４１を介して偏光板１３０と貼り合わされる。
【０２０１】
図１４では、回路３６４の例としてトランジスタ２０１が設けられている例を示している。
【０２０２】
図１４では、トランジスタ２０１およびトランジスタ２０５の例として、チャネルが形成される半導体層２３１を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは導電層２２１により、他方のゲートは絶縁層２１２を介して半導体層２３１と重なる導電層２２３により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。このとき、２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示パネルを大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
【０２０３】
なお、回路３６４が有するトランジスタと、表示部３６２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよい。また回路３６４が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部３６２が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
【０２０４】
各トランジスタを覆う絶縁層２１２、絶縁層２１３のうち少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁層２１２または絶縁層２１３はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
【０２０５】
基板３６１側において、着色層１３１、遮光層１３２を覆って絶縁層１２１が設けられている。絶縁層１２１は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層１２１により、導電層３１３の表面を概略平坦にできるため、液晶３１２の配向状態を均一にできる。
【０２０６】
［各構成要素について］
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
【０２０７】
〔基板〕
表示パネルが有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
【０２０８】
厚さの薄い基板を用いることで、表示パネルの軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示パネルを実現できる。
【０２０９】
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属基板等を用いることもできる。金属基板は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示パネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。
【０２１０】
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、もしくはアルミニウム合金またはステンレス等の合金などを好適に用いることができる。
【０２１１】
また、金属基板の表面を酸化する、または表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、またはスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置するまたは加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
【０２１２】
可撓性を有し、可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が３０×１０−６／Ｋ以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示パネルも軽量にすることができる。
【０２１３】
上記材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維のことを言い、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｑガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布または不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。
【０２１４】
または、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。または、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
【０２１５】
可撓性を有する基板に、表示パネルの表面を傷などから保護するハードコート層（例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど）や、押圧を分散可能な材質の層（例えば、アラミド樹脂など）等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁膜が積層されていてもよい。例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いることができる。
【０２１６】
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示パネルとすることができる。
【０２１７】
〔トランジスタ〕
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
【０２１８】
なお、本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【０２１９】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０２２０】
また、トランジスタに用いる半導体材料としては、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以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、前述したＣＡＡＣ−ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。
【０２２１】
〔導電層〕
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
【０２２２】
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【０２２３】
〔絶縁層〕
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
【０２２４】
また、発光素子は、一対の透水性の低い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、装置の信頼性の低下を抑制できる。
【０２２５】
透水性の低い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
【０２２６】
例えば、透水性の低い絶縁膜の水蒸気透過量は、１×１０−５［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、好ましくは１×１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、より好ましくは１×１０−７［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、さらに好ましくは１×１０−８［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下とする。
【０２２７】
〔液晶素子〕
液晶素子としては、例えば垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【０２２８】
また、液晶素子には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えばＶＡモードのほかに、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
【０２２９】
なお、液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０２３０】
また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
【０２３１】
また、液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【０２３２】
また、液晶素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、または半透過型の液晶素子などを用いることができる。
【０２３３】
本発明の一態様では、特に反射型の液晶素子を用いることができる。
【０２３４】
透過型または半透過型の液晶素子を用いる場合、一対の基板を挟むように、２つの偏光板を設ける。また偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を備える直下型のバックライトを用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュールの厚さを低減できるため好ましい。
め好ましい。
【０２３５】
反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板を設ける。またこれとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。
【０２３６】
また、反射型、または半透過型の液晶素子を用いる場合、偏光板よりも外側に、フロントライトを設けてもよい。フロントライトとしては、エッジライト型のフロントライトを用いることが好ましい。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を備えるフロントライトを用いると、消費電力を低減できるため好ましい。
【０２３７】
〔発光素子〕
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子等を用いることができる。
【０２３８】
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
【０２３９】
ＥＬ層は少なくとも発光層を有する。ＥＬ層は、発光層以外の層として、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（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。
【０２４０】
ＥＬ層には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。ＥＬ層を構成する層は、それぞれ、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、塗布法等の方法で形成することができる。
【０２４１】
陰極と陽極の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光物質が発光する。
【０２４２】
発光素子として、白色発光の発光素子を適用する場合には、ＥＬ層に２種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。例えば２以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより白色発光を得ることができる。例えば、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、Ｏ（橙）等の発光を示す発光物質、またはＲ、Ｇ、Ｂのうち２以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質のうち、２以上を含むことが好ましい。また、発光素子からの発光のスペクトルが、可視光領域の波長（例えば３５０ｎｍ乃至７５０ｎｍ）の範囲内に２以上のピークを有する発光素子を適用することが好ましい。また、黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色および赤色の波長領域にもスペクトル成分を有する材料であることが好ましい。
【０２４３】
ＥＬ層は、一の色を発光する発光材料を含む発光層と、他の色を発光する発光材料を含む発光層とが積層された構成とすることが好ましい。例えば、ＥＬ層における複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、いずれの発光材料も含まない領域を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と燐光発光層との間に、当該蛍光発光層または燐光発光層と同一の材料（例えばホスト材料、アシスト材料）を含み、且ついずれの発光材料も含まない領域を設ける構成としてもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。
【０２４４】
また、発光素子は、ＥＬ層を１つ有するシングル素子であってもよいし、複数のＥＬ層が電荷発生層を介して積層されたタンデム素子であってもよい。
【０２４５】
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、またはこれら金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
【０２４６】
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、またはこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、またはゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、チタン、ニッケル、またはネオジムと、アルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）を用いてもよい。また銅、パラジウム、マグネシウムと、銀を含む合金を用いてもよい。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜に接して金属膜または金属酸化物膜を積層することで、酸化を抑制することができる。このような金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタンや酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いることができる。
【０２４７】
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、またはメッキ法を用いて形成することができる。
【０２４８】
なお、上述した、発光層、ならびに正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、および電子注入性の高い物質、バイポーラ性の物質等を含む層は、それぞれ量子ドットなどの無機化合物や、高分子化合物（オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等）を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
【０２４９】
なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。また、１２族と１６族、１３族と１５族、または１４族と１６族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム、セレン、亜鉛、硫黄、リン、インジウム、テルル、鉛、ガリウム、ヒ素、アルミニウム等の元素を含む量子ドット材料を用いてもよい。
【０２５０】
〔接着層〕
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【０２５１】
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物（酸化カルシウムや酸化バリウム等）のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
【０２５２】
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
【０２５３】
〔接続層〕
接続層としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０２５４】
〔着色層〕
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
【０２５５】
〔遮光層〕
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
【０２５６】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２５７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図１５を用いて説明する。
【０２５８】
なお、以下では、通常のフレーム周波数（代表的には６０Ｈｚ以上２４０Ｈｚ以下）で動作する通常動作モード（Ｎｏｒｍａｌ  ｍｏｄｅ）と、低速のフレーム周波数で動作するアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードと、を例示して説明する。
【０２５９】
なお、ＩＤＳ駆動モードとは、画像データの書き込み処理を実行した後、画像データの書き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き込みをして、その後、次の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像データの書き込みに要する分の消費電力を削減することができる。ＩＤＳ駆動モードは、例えば、通常動作モードの１／１００乃至１／１０程度のフレーム周波数とすることができる。静止画は、連続するフレーム間でビデオ信号が同じである。よって、ＩＤＳ駆動モードは、静止画を表示する場合に特に有効である。ＩＤＳ駆動を用いて画像を表示させることで、消費電力が低減されるとともに、画面のちらつき（フリッカー）が抑制され、眼精疲労も低減できる。
【０２６０】
図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）は、画素回路、および通常駆動モードとＩＤＳ駆動モードを説明するタイミングチャートである。図１５（Ａ）に示す画素回路５０２は、一般的な液晶表示装置の画素であり、信号線ＳＬと、ゲート線ＧＬと、信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに接続されたトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に接続される容量素子ＣｓＬＣおよび液晶素子５０１を有する。なお、ＩＤＳ駆動モードは、液晶表示装置だけでなく、ＥＬ表示装置にも適用することができる。
【０２６１】
ここで、トランジスタＭ１は、実施の形態１で説明した画素１１ａのトランジスタ１０１、または画素１１ｂ乃至１１ｃのトランジスタ１０６に相当する。
【０２６２】
トランジスタＭ１は、データＤ１のリークパスと成り得る。よって、トランジスタＭ１のオフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタＭ１としては、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、多結晶シリコンなどを用いたトランジスタよりも非導通状態時のリーク電流（オフ電流）が極めて低い特徴を有する。トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることでノードＮＤ１に供給された電荷を長期間保持することができる。
【０２６３】
また、図１５（Ａ）に示す回路図において、液晶素子５０１もデータＤ１のリークパスとなる。したがって、適切にＩＤＳ駆動を行うには、液晶素子５０１の抵抗率を１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。
【０２６４】
なお、上記ＯＳトランジスタのチャネル領域には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物などを好適に用いることができる。
【０２６５】
図１５（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬにそれぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（例えば６０Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１からＴ３までで表すと、各フレーム期間でゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬからデータＤ１をノードＮＤ１に書き込む動作を行う。この動作は、期間Ｔ１からＴ３までで同じデータＤ１を書き込む場合、または異なるデータを書き込む場合でも同じである。
【０２６６】
一方、図１５（Ｃ）は、ＩＤＳ駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに、それぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。ＩＤＳ駆動では低速のフレーム周波数（例えば１Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１で表し、その中でデータの書き込み期間を期間ＴＷ、データの保持期間を期間ＴＲＥＴで表す。ＩＤＳ駆動モードは、期間ＴＷでゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬのデータＤ１を書き込み、期間ＴＲＥＴでゲート線ＧＬをローレベルの電圧に固定し、トランジスタＭ１を非導通状態として一旦書き込んだデータＤ１を保持させる動作を行う。なお、低速のフレーム周波数としては、例えば、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満とすればよい。
【０２６７】
したがって、ＩＤＳ駆動モード用いることで、表示装置の低消費電力化を図ることができる。
【０２６８】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６９】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した回路２５などに用いることのできるニューラルネットワークとして機能する半導体装置の構成例について説明する。
【０２７０】
図１６（Ａ）に示すように、ニューラルネットワークＮＮは入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層（隠れ層）ＨＬによって構成することができる。入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層ＨＬはそれぞれ、１または複数のニューロン（ユニット）を有する。なお、中間層ＨＬは１層であってもよいし２層以上であってもよい。２層以上の中間層ＨＬを有するニューラルネットワークはＤＮＮ（ディープニューラルネットワーク）と呼ぶこともでき、ディープニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。
【０２７１】
入力層ＩＬの各ニューロンには入力データが入力され、中間層ＨＬの各ニューロンには前層または後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層ＯＬの各ニューロンには前層のニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロンと結合されていてもよいし（全結合）、一部のニューロンと結合されていてもよい。
【０２７２】
図１６（Ｂ）に、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロンＮと、ニューロンＮに信号を出力する前層の２つのニューロンを示している。ニューロンＮには、前層のニューロンの出力ｘ１と、前層のニューロンの出力ｘ２が入力される。そして、ニューロンＮにおいて、出力ｘ１と重みｗ１の乗算結果（ｘ１ｗ１）と出力ｘ２と重みｗ２の乗算結果（ｘ２ｗ２）の総和ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２が計算された後、必要に応じてバイアスｂが加算され、値ａ＝ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋ｂが得られる。そして、値ａは活性化関数ｈによって変換され、ニューロンＮから出力信号ｙ＝ｈ（ａ）が出力される。
【０２７３】
このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる（上記のｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２）。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。
【０２７４】
本発明の一態様では、積和演算回路にアナログ回路を用いる。したがって、積和演算回路の回路規模の縮小、または、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上および消費電力の低減を図ることができる。
【０２７５】
積和演算回路は、Ｓｉトランジスタによって構成してもよいし、ＯＳトランジスタによって構成してもよい。特に、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のアナログメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。以下、積和演算回路の機能を備えた半導体装置の構成例について説明する。
【０２７６】
＜半導体装置の構成例＞
図１７に、ニューラルネットワークの演算を行う機能を有する半導体装置ＭＡＣの構成例を示す。半導体装置ＭＡＣは、ニューロン間の結合強度（重み）に対応する第１のデータと、入力データに対応する第２のデータの積和演算を行う機能を有する。なお、第１のデータおよび第２のデータはそれぞれ、アナログデータまたは多値のデータ（離散的なデータ）とすることができる。また、半導体装置ＭＡＣは、積和演算によって得られたデータを活性化関数によって変換する機能を有する。
【０２７７】
半導体装置ＭＡＣは、セルアレイＣＡ、電流源回路ＣＳ、カレントミラー回路ＣＭ、回路ＷＤＤ、回路ＷＬＤ、回路ＣＬＤ、オフセット回路ＯＦＳＴ、および活性化関数回路ＡＣＴＶを有する。
【０２７８】
セルアレイＣＡは、複数のメモリセルＭＣおよび複数のメモリセルＭＣｒｅｆを有する。図１７には、セルアレイＣＡがｍ行ｎ列（ｍ，ｎは１以上の整数）のメモリセルＭＣ（ＭＣ［１，１］乃至［ｍ，ｎ］）と、ｍ個のメモリセルＭＣｒｅｆ（ＭＣｒｅｆ［１］乃至［ｍ］）を有する構成例を示している。メモリセルＭＣは、第１のデータを格納する機能を有する。また、メモリセルＭＣｒｅｆは、積和演算に用いられる参照データを格納する機能を有する。なお、参照データはアナログデータまたは多値のデータとすることができる。
【０２７９】
メモリセルＭＣ［ｉ，ｊ］（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）は、配線ＷＬ［ｉ］、配線ＲＷ［ｉ］、配線ＷＤ［ｊ］、および配線ＢＬ［ｊ］と接続されている。また、メモリセルＭＣｒｅｆ［ｉ］は、配線ＷＬ［ｉ］、配線ＲＷ［ｉ］、配線ＷＤｒｅｆ、配線ＢＬｒｅｆと接続されている。ここで、メモリセルＭＣ［ｉ，ｊ］と配線ＢＬ［ｊ］間を流れる電流をＩＭＣ［ｉ，ｊ］と表記し、メモリセルＭＣｒｅｆ［ｉ］と配線ＢＬｒｅｆ間を流れる電流をＩＭＣｒｅｆ［ｉ］と表記する。
【０２８０】
メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆの具体的な構成例を、図１８に示す。図１８には代表例としてメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］を示しているが、他のメモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆにも同様の構成を用いることができる。メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆはそれぞれ、トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、容量素子Ｃ１１を有する。ここでは、トランジスタＴｒ１１およびトランジスタＴｒ１２がｎチャネル型のトランジスタである場合について説明する。
【０２８１】
メモリセルＭＣにおいて、トランジスタＴｒ１１のゲートは配線ＷＬと接続され、ソースまたはドレインの一方はトランジスタＴｒ１２のゲート、および容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＷＤと接続されている。トランジスタＴｒ１２のソースまたはドレインの一方は配線ＢＬと接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＶＲと接続されている。容量素子Ｃ１１の第２の電極は、配線ＲＷと接続されている。配線ＶＲは、所定の電位を供給する機能を有する配線である。ここでは一例として、配線ＶＲから低電源電位（接地電位など）が供給される場合について説明する。
【０２８２】
トランジスタＴｒ１１のソースまたはドレインの一方、トランジスタＴｒ１２のゲート、および容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続されたノードを、ノードＮＭとする。また、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］のノードＮＭを、それぞれノードＮＭ［１，１］、［２，１］と表記する。
【０２８３】
メモリセルＭＣｒｅｆも、メモリセルＭＣと同様の構成を有する。ただし、メモリセルＭＣｒｅｆは配線ＷＤの代わりに配線ＷＤｒｅｆと接続され、配線ＢＬの代わりに配線ＢＬｒｅｆと接続されている。また、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］において、トランジスタＴｒ１１のソースまたはドレインの一方、トランジスタＴｒ１２のゲート、および容量素子Ｃ１１の第１の電極と接続されたノードを、それぞれノードＮＭｒｅｆ［１］、［２］と表記する。
【０２８４】
ノードＮＭとノードＮＭｒｅｆはそれぞれ、メモリセルＭＣとメモリセルＭＣｒｅｆの保持ノードとして機能する。ノードＮＭには第１のデータが保持され、ノードＮＭｒｅｆには参照データが保持される。また、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］のトランジスタＴｒ１２には、それぞれ電流ＩＭＣ［１，１］、ＩＭＣ［２，１］が流れる。また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］のトランジスタＴｒ１２には、それぞれ電流ＩＭＣｒｅｆ［１］、ＩＭＣｒｅｆ［２］が流れる。
【０２８５】
トランジスタＴｒ１１は、ノードＮＭまたはノードＮＭｒｅｆの電位を保持する機能を有するため、トランジスタＴｒ１１のオフ電流は小さいことが好ましい。そのため、トランジスタＴｒ１１としてオフ電流が極めて小さいＯＳトランジスタを用いることが好ましい。これにより、ノードＮＭまたはノードＮＭｒｅｆの電位の変動を抑えることができ、演算精度の向上を図ることができる。また、ノードＮＭまたはノードＮＭｒｅｆの電位をリフレッシュする動作の頻度を低く抑えることが可能となり、消費電力を削減することができる。
【０２８６】
トランジスタＴｒ１２は特に限定されず、例えばＳｉトランジスタまたはＯＳトランジスタなどを用いることができる。トランジスタＴｒ１２にＯＳトランジスタを用いる場合、トランジスタＴｒ１１と同じ製造装置を用いて、トランジスタＴｒ１２を作製することが可能となり、製造コストを抑制することができる。なお、トランジスタＴｒ１２はｎチャネル型であってもｐチャネル型であってもよい。
【０２８７】
電流源回路ＣＳは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］および配線ＢＬｒｅｆと接続されている。電流源回路ＣＳは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］および配線ＢＬｒｅｆに電流を供給する機能を有する。なお、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］に供給される電流値と配線ＢＬｒｅｆに供給される電流値は異なっていてもよい。ここでは、電流源回路ＣＳから配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］に供給される電流をＩＣ、電流源回路ＣＳから配線ＢＬｒｅｆに供給される電流をＩＣｒｅｆと表記する。
【０２８８】
カレントミラー回路ＣＭは、配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］および配線ＩＬｒｅｆを有する。配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］はそれぞれ配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］と接続され、配線ＩＬｒｅｆは、配線ＢＬｒｅｆと接続されている。ここでは、配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］と配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］の接続箇所をノードＮＰ［１］乃至［ｎ］と表記する。また、配線ＩＬｒｅｆと配線ＢＬｒｅｆの接続箇所をノードＮＰｒｅｆと表記する。
【０２８９】
カレントミラー回路ＣＭは、ノードＮＰｒｅｆの電位に応じた電流ＩＣＭを配線ＩＬｒｅｆに流す機能と、この電流ＩＣＭを配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］にも流す機能を有する。図１７には、配線ＢＬｒｅｆから配線ＩＬｒｅｆに電流ＩＣＭが排出され、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］から配線ＩＬ［１］乃至［ｎ］に電流ＩＣＭが排出される例を示している。また、カレントミラー回路ＣＭから配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］を介してセルアレイＣＡに流れる電流を、ＩＢ［１］乃至［ｎ］と表記する。また、カレントミラー回路ＣＭから配線ＢＬｒｅｆを介してセルアレイＣＡに流れる電流を、ＩＢｒｅｆと表記する。
【０２９０】
回路ＷＤＤは、配線ＷＤ［１］乃至［ｎ］および配線ＷＤｒｅｆと接続されている。回路ＷＤＤは、メモリセルＭＣに格納される第１のデータに対応する電位を、配線ＷＤ［１］乃至［ｎ］に供給する機能を有する。また、回路ＷＤＤは、メモリセルＭＣｒｅｆに格納される参照データに対応する電位を、配線ＷＤｒｅｆに供給する機能を有する。回路ＷＬＤは、配線ＷＬ［１］乃至［ｍ］と接続されている。回路ＷＬＤは、データの書き込みを行うメモリセルＭＣまたはメモリセルＭＣｒｅｆを選択するための信号を、配線ＷＬ［１］乃至［ｍ］に供給する機能を有する。回路ＣＬＤは、配線ＲＷ［１］乃至［ｍ］と接続されている。回路ＣＬＤは、第２のデータに対応する電位を、配線ＲＷ［１］乃至［ｍ］に供給する機能を有する。
【０２９１】
オフセット回路ＯＦＳＴは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］および配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］と接続されている。オフセット回路ＯＦＳＴは、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流量、および／または、配線ＢＬ［１］乃至［ｎ］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流の変化量を検出する機能を有する。また、オフセット回路ＯＦＳＴは、検出結果を配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］に出力する機能を有する。なお、オフセット回路ＯＦＳＴは、検出結果に対応する電流を配線ＯＬに出力してもよいし、検出結果に対応する電流を電圧に変換して配線ＯＬに出力してもよい。セルアレイＣＡとオフセット回路ＯＦＳＴの間を流れる電流を、Ｉα［１］乃至［ｎ］と表記する。
【０２９２】
オフセット回路ＯＦＳＴの構成例を図１９に示す。図１９に示すオフセット回路ＯＦＳＴは、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］を有する。また、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］はそれぞれ、トランジスタＴｒ２１、トランジスタＴｒ２２、トランジスタＴｒ２３、容量素子Ｃ２１、および抵抗素子Ｒ１を有する。各素子の接続関係は図１９に示す通りである。なお、容量素子Ｃ２１の第１の電極および抵抗素子Ｒ１の第１の端子と接続されたノードを、ノードＮａとする。また、容量素子Ｃ２１の第２の電極、トランジスタＴｒ２１のソースまたはドレインの一方、およびトランジスタＴｒ２２のゲートと接続されたノードを、ノードＮｂとする。
【０２９３】
配線ＶｒｅｆＬは電位Ｖｒｅｆを供給する機能を有し、配線ＶａＬは電位Ｖａを供給する機能を有し、配線ＶｂＬは電位Ｖｂを供給する機能を有する。また、配線ＶＤＤＬは電位ＶＤＤを供給する機能を有し、配線ＶＳＳＬは電位ＶＳＳを供給する機能を有する。ここでは、電位ＶＤＤが高電源電位であり、電位ＶＳＳが低電源電位である場合について説明する。また、配線ＲＳＴは、トランジスタＴｒ２１の導通状態を制御するための電位を供給する機能を有する。トランジスタＴｒ２２、トランジスタＴｒ２３、配線ＶＤＤＬ、配線ＶＳＳＬ、および配線ＶｂＬによって、ソースフォロワ回路が構成される。
【０２９４】
次に、回路ＯＣ［１］乃至［ｎ］の動作例を説明する。なお、ここでは代表例として回路ＯＣ［１］の動作例を説明するが、回路ＯＣ［２］乃至［ｎ］も同様に動作させることができる。まず、配線ＢＬ［１］に第１の電流が流れると、ノードＮａの電位は、第１の電流と抵抗素子Ｒ１の抵抗値に応じた電位となる。また、このときトランジスタＴｒ２１はオン状態であり、ノードＮｂに電位Ｖａが供給される。その後、トランジスタＴｒ２１はオフ状態となる。
【０２９５】
次に、配線ＢＬ［１］に第２の電流が流れると、ノードＮａの電位は、第２の電流と抵抗素子Ｒ１の抵抗値に応じた電位に変化する。このときトランジスタＴｒ２１はオフ状態であり、ノードＮｂはフローティング状態となっているため、ノードＮａの電位の変化に伴い、ノードＮｂの電位は容量結合により変化する。ここで、ノードＮａの電位の変化をΔＶＮａとし、容量結合係数を１とすると、ノードＮｂの電位はＶａ＋ΔＶＮａとなる。そして、トランジスタＴｒ２２のしきい値電圧をＶｔｈとすると、配線ＯＬ［１］から電位Ｖａ＋ΔＶＮａ−Ｖｔｈが出力される。ここで、Ｖａ＝Ｖｔｈとすることにより、配線ＯＬ［１］から電位ΔＶＮａを出力することができる。
【０２９６】
電位ΔＶＮａは、第１の電流から第２の電流への変化量、抵抗素子Ｒ１、および電位Ｖｒｅｆに応じて定まる。ここで、抵抗素子Ｒ１と電位Ｖｒｅｆは既知であるため、電位ΔＶＮａから配線ＢＬに流れる電流の変化量を求めることができる。
【０２９７】
上記のようにオフセット回路ＯＦＳＴによって検出された電流量、および／または電流の変化量に対応する信号は、配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］を介して活性化関数回路ＡＣＴＶに入力される。
【０２９８】
活性化関数回路ＡＣＴＶは、配線ＯＬ［１］乃至［ｎ］、および、配線ＮＩＬ［１］乃至［ｎ］と接続されている。活性化関数回路ＡＣＴＶは、オフセット回路ＯＦＳＴから入力された信号を、あらかじめ定義された活性化関数に従って変換するための演算を行う機能を有する。活性化関数としては、例えば、シグモイド関数、ｔａｎｈ関数、ｓｏｆｔｍａｘ関数、ＲｅＬＵ関数、しきい値関数などを用いることができる。活性化関数回路ＡＣＴＶによって変換された信号は、出力データとして配線ＮＩＬ［１］乃至［ｎ］に出力される。
【０２９９】
＜半導体装置の動作例＞
上記の半導体装置ＭＡＣを用いて、第１のデータと第２のデータの積和演算を行うことができる。以下、積和演算を行う際の半導体装置ＭＡＣの動作例を説明する。
【０３００】
図２０に半導体装置ＭＡＣの動作例のタイミングチャートを示す。図２０には、図１８における配線ＷＬ［１］、配線ＷＬ［２］、配線ＷＤ［１］、配線ＷＤｒｅｆ、ノードＮＭ［１，１］、ノードＮＭ［２，１］、ノードＮＭｒｅｆ［１］、ノードＮＭｒｅｆ［２］、配線ＲＷ［１］、および配線ＲＷ［２］の電位の推移と、電流ＩＢ［１］−Ｉα［１］、および電流ＩＢｒｅｆの値の推移を示している。電流ＩＢ［１］−Ｉα［１］は、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］に流れる電流の総和に相当する。
【０３０１】
なお、ここでは代表例として図１８に示すメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に着目して動作を説明するが、他のメモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆも同様に動作させることができる。
【０３０２】
［第１のデータの格納］
まず、時刻Ｔ０１−Ｔ０２において、配線ＷＬ［１］の電位がハイレベルとなり、配線ＷＤ［１］の電位が接地電位（ＧＮＤ）よりもＶＰＲ−ＶＷ［１，１］大きい電位となり、配線ＷＤｒｅｆの電位が接地電位よりもＶＰＲ大きい電位となる。また、配線ＲＷ［１］、および配線ＲＷ［２］の電位が基準電位（ＲＥＦＰ）となる。なお、電位ＶＷ［１，１］はメモリセルＭＣ［１，１］に格納される第１のデータに対応する電位である。また、電位ＶＰＲは参照データに対応する電位である。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］が有するトランジスタＴｒ１１がオン状態となり、ノードＮＭ［１，１］の電位がＶＰＲ−ＶＷ［１，１］、ノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がＶＰＲとなる。
【０３０３】
このとき、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣ［１，１］，０は、次の式で表すことができる。ここで、ｋはトランジスタＴｒ１２のチャネル長、チャネル幅、移動度、およびゲート絶縁膜の容量などで決まる定数である。また、ＶｔｈはトランジスタＴｒ１２のしきい値電圧である。
【０３０４】
ＩＭＣ［１，１］，０＝ｋ（ＶＰＲ−ＶＷ［１，１］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ１）
【０３０５】
また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣｒｅｆ［１］，０は、次の式で表すことができる。
【０３０６】
ＩＭＣｒｅｆ［１］，０＝ｋ（ＶＰＲ−Ｖｔｈ）２          （Ｅ２）
【０３０７】
次に、時刻Ｔ０２−Ｔ０３において、配線ＷＬ［１］の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］が有するトランジスタＴｒ１１がオフ状態となり、ノードＮＭ［１，１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］の電位が保持される。
【０３０８】
なお、前述の通り、トランジスタＴｒ１１としてＯＳトランジスタを用いることが好ましい。これにより、トランジスタＴｒ１１のリーク電流を抑えることができ、ノードＮＭ［１，１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］の電位を正確に保持することができる。
【０３０９】
次に、時刻Ｔ０３−Ｔ０４において、配線ＷＬ［２］の電位がハイレベルとなり、配線ＷＤ［１］の電位が接地電位よりもＶＰＲ−ＶＷ［２，１］大きい電位となり、配線ＷＤｒｅｆの電位が接地電位よりもＶＰＲ大きい電位となる。なお、電位ＶＷ［２，１］はメモリセルＭＣ［２，１］に格納される第１のデータに対応する電位である。これにより、メモリセルＭＣ［２，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［２］が有するトランジスタＴｒ１１がオン状態となり、ノードＮＭ［１，１］の電位がＶＰＲ−ＶＷ［２，１］、ノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がＶＰＲとなる。
【０３１０】
このとき、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣ［２，１］，０は、次の式で表すことができる。
【０３１１】
ＩＭＣ［２，１］，０＝ｋ（ＶＰＲ−ＶＷ［２，１］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ３）
【０３１２】
また、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣｒｅｆ［２］，０は、次の式で表すことができる。
【０３１３】
ＩＭＣｒｅｆ［２］，０＝ｋ（ＶＰＲ−Ｖｔｈ）２          （Ｅ４）
【０３１４】
次に、時刻Ｔ０４−Ｔ０５において、配線ＷＬ［２］の電位がローレベルとなる。これにより、メモリセルＭＣ［２，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［２］が有するトランジスタＴｒ１１がオフ状態となり、ノードＮＭ［２，１］およびノードＮＭｒｅｆ［２］の電位が保持される。
【０３１５】
以上の動作により、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］に第１のデータが格納され、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に参照データが格納される。
【０３１６】
ここで、時刻Ｔ０４−Ｔ０５において、配線ＢＬ［１］および配線ＢＬｒｅｆに流れる電流を考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流が供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。電流源回路ＣＳから配線ＢＬｒｅｆに供給される電流をＩＣｒｅｆ、配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩＣＭ，０とすると、次の式が成り立つ。
【０３１７】
ＩＣｒｅｆ−ＩＣＭ，０＝ＩＭＣｒｅｆ［１］，０＋ＩＭＣｒｅｆ［２］，０          （Ｅ５）
【０３１８】
配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳからの電流が供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。また、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに電流が流れる。電流源回路ＣＳから配線ＢＬ［１］に供給される電流をＩＣ，０、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩα，０とすると、次の式が成り立つ。
【０３１９】
ＩＣ−ＩＣＭ，０＝ＩＭＣ［１，１］，０＋ＩＭＣ［２，１］，０＋Ｉα，０          （Ｅ６）
【０３２０】
［第１のデータと第２のデータの積和演算］
次に、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＲＷ［１］の電位が基準電位よりもＶＸ［１］大きい電位となる。このとき、メモリセルＭＣ［１，１］、およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のそれぞれの容量素子Ｃ１１には電位ＶＸ［１］が供給され、容量結合によりトランジスタＴｒ１２のゲートの電位が上昇する。なお、電位Ｖｘ［１］はメモリセルＭＣ［１，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］に供給される第２のデータに対応する電位である。
【０３２１】
トランジスタＴｒ１２のゲートの電位の変化量は、配線ＲＷの電位の変化量に、メモリセルの構成によって決まる容量結合係数を乗じた値となる。容量結合係数は、容量素子Ｃ１１の容量、トランジスタＴｒ１２のゲート容量、および寄生容量などによって算出される。以下では便宜上、配線ＲＷの電位の変化量とトランジスタＴｒ１２のゲートの電位の変化量が同じ、すなわち容量結合係数が１であるとして説明する。実際には、容量結合係数を考慮して電位Ｖｘを決定すればよい。
【０３２２】
メモリセルＭＣ［１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］の容量素子Ｃ１１に電位ＶＸ［１］が供給されると、ノードＮＮ［１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がそれぞれＶＸ［１］上昇する。
【０３２３】
ここで、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣ［１，１］，１は、次の式で表すことができる。
【０３２４】
ＩＭＣ［１，１］，１＝ｋ（ＶＰＲ−ＶＷ［１，１］＋ＶＸ［１］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ７）
【０３２５】
すなわち、配線ＲＷ［１］に電位ＶＸ［１］を供給することにより、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［１，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩＭＣ［１，１］＝ＩＭＣ［１，１］，１−ＩＭＣ［１，１］，０増加する。
【０３２６】
また、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣｒｅｆ［１］，１は、次の式で表すことができる。
【０３２７】
ＩＭＣｒｅｆ［１］，１＝ｋ（ＶＰＲ＋ＶＸ［１］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ８）
【０３２８】
すなわち、配線ＲＷ［１］に電位ＶＸ［１］を供給することにより、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩＭＣｒｅｆ［１］＝ＩＭＣｒｅｆ［１］，１−ＩＭＣｒｅｆ［１］，０増加する。
【０３２９】
また、配線ＢＬ［１］および配線ＢＬｒｅｆに流れる電流について考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流ＩＣｒｅｆが供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩＣＭ，１とすると、次の式が成り立つ。
【０３３０】
ＩＣｒｅｆ−ＩＣＭ，１＝ＩＭＣｒｅｆ［１］，１＋ＩＭＣｒｅｆ［２］，１          （Ｅ９）
【０３３１】
配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳから電流ＩＣが供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。さらに、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴにも電流が流れる。配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩα，１とすると、次の式が成り立つ。
【０３３２】
ＩＣ−ＩＣＭ，１＝ＩＭＣ［１，１］，１＋ＩＭＣ［２，１］，１＋Ｉα，１          （Ｅ１０）
【０３３３】
そして、式（Ｅ１）乃至式（Ｅ１０）から、電流Ｉα，０と電流Ｉα，１の差（差分電流ΔＩα）は次の式で表すことができる。
【０３３４】
ΔＩα＝Ｉα，１−Ｉα，０＝２ｋＶＷ［１，１］ＶＸ［１］          （Ｅ１１）
【０３３５】
このように、差分電流ΔＩαは、電位ＶＷ［１，１］とＶＸ［１］の積に応じた値となる。
【０３３６】
その後、時刻Ｔ０６−Ｔ０７において、配線ＲＷ［１］の電位は接地電位となり、ノードＮＭ［１，１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］の電位は時刻Ｔ０４−Ｔ０５と同様になる。
【０３３７】
次に、時刻Ｔ０７−Ｔ０８において、配線ＲＷ［１］の電位が基準電位よりもＶＸ［１］大きい電位となり、配線ＲＷ［２］の電位が基準電位よりもＶＸ［２］大きい電位が供給される。これにより、メモリセルＭＣ［１，１］、およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］のそれぞれの容量素子Ｃ１１に電位ＶＸ［１］が供給され、容量結合によりノードＮＭ［１，１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］の電位がそれぞれＶＸ［１］上昇する。また、メモリセルＭＣ［２，１］、およびメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のそれぞれの容量素子Ｃ１１に電位ＶＸ［２］が供給され、容量結合によりノードＮＭ［２，１］およびノードＮＭｒｅｆ［２］の電位がそれぞれＶＸ［２］上昇する。
【０３３８】
ここで、時刻Ｔ０７−Ｔ０８において、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣ［２，１］，１は、次の式で表すことができる。
【０３３９】
ＩＭＣ［２，１］，１＝ｋ（ＶＰＲ−ＶＷ［２，１］＋ＶＸ［２］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ１２）
【０３４０】
すなわち、配線ＲＷ［２］に電位ＶＸ［２］を供給することにより、配線ＢＬ［１］からメモリセルＭＣ［２，１］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩＭＣ［２，１］＝ＩＭＣ［２，１］，１−ＩＭＣ［２，１］，０増加する。
【０３４１】
また、時刻Ｔ０５−Ｔ０６において、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流ＩＭＣｒｅｆ［２］，１は、次の式で表すことができる。
【０３４２】
ＩＭＣｒｅｆ［２］，１＝ｋ（ＶＰＲ＋ＶＸ［２］−Ｖｔｈ）２          （Ｅ１３）
【０３４３】
すなわち、配線ＲＷ［２］に電位ＶＸ［２］を供給することにより、配線ＢＬｒｅｆからメモリセルＭＣｒｅｆ［２］のトランジスタＴｒ１２に流れる電流は、ΔＩＭＣｒｅｆ［２］＝ＩＭＣｒｅｆ［２］，１−ＩＭＣｒｅｆ［２］，０増加する。
【０３４４】
また、配線ＢＬ［１］および配線ＢＬｒｅｆに流れる電流について考える。配線ＢＬｒｅｆには、電流源回路ＣＳから電流ＩＣｒｅｆが供給される。また、配線ＢＬｒｅｆを流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］へ排出される。配線ＢＬｒｅｆからカレントミラー回路ＣＭへ排出される電流をＩＣＭ，２とすると、次の式が成り立つ。
【０３４５】
ＩＣｒｅｆ−ＩＣＭ，２＝ＩＭＣｒｅｆ［１］，１＋ＩＭＣｒｅｆ［２］，１          （Ｅ１４）
【０３４６】
配線ＢＬ［１］には、電流源回路ＣＳから電流ＩＣが供給される。また、配線ＢＬ［１］を流れる電流は、カレントミラー回路ＣＭ、メモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］へ排出される。さらに、配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴにも電流が流れる。配線ＢＬ［１］からオフセット回路ＯＦＳＴに流れる電流をＩα，２とすると、次の式が成り立つ。
【０３４７】
ＩＣ−ＩＣＭ，２＝ＩＭＣ［１，１］，１＋ＩＭＣ［２，１］，１＋Ｉα，２          （Ｅ１５）
【０３４８】
そして、式（Ｅ１）乃至式（Ｅ８）、および、式（Ｅ１２）乃至式（Ｅ１５）から、電流Ｉα，０と電流Ｉα，２の差（差分電流ΔＩα）は次の式で表すことができる。
【０３４９】
ΔＩα＝Ｉα，２−Ｉα，０＝２ｋ（ＶＷ［１，１］ＶＸ［１］＋ＶＷ［２，１］ＶＸ［２］）          （Ｅ１６）
【０３５０】
このように、差分電流ΔＩαは、電位ＶＷ［１，１］と電位ＶＸ［１］の積と、電位ＶＷ［２，１］と電位ＶＸ［２］の積と、を足し合わせた結果に応じた値となる。
【０３５１】
その後、時刻Ｔ０８−Ｔ０９において、配線ＲＷ［１］、［２］の電位は接地電位となり、ノードＮＭ［１，１］、［２，１］およびノードＮＭｒｅｆ［１］、［２］の電位は時刻Ｔ０４−Ｔ０５と同様になる。
【０３５２】
式（Ｅ９）および式（Ｅ１６）に示されるように、オフセット回路ＯＦＳＴに入力される差分電流ΔＩαは、第１のデータ（重み）に対応する電位ＶＸと、第２のデータ（入力データ）に対応する電位ＶＷの積を足し合わせた結果に応じた値となる。すなわち、差分電流ΔＩαをオフセット回路ＯＦＳＴで計測することにより、第１のデータと第２のデータの積和演算の結果を得ることができる。
【０３５３】
なお、上記では特にメモリセルＭＣ［１，１］、［２，１］およびメモリセルＭＣｒｅｆ［１］、［２］に着目したが、メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆの数は任意に設定することができる。メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆの行数ｍを任意の数とした場合の差分電流ΔＩαは、次の式で表すことができる。
【０３５４】
ΔＩα＝２ｋΣｉＶＷ［ｉ，１］ＶＸ［ｉ］          （Ｅ１７）
【０３５５】
また、メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆの列数ｎを増やすことにより、並列して実行される積和演算の数を増やすことができる。
【０３５６】
以上のように、半導体装置ＭＡＣを用いることにより、第１のデータと第２のデータの積和演算を行うことができる。なお、メモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆとして図１４に示す構成を用いることにより、少ないトランジスタ数で積和演算回路を構成することができる。そのため、半導体装置ＭＡＣの回路規模の縮小を図ることができる。
【０３５７】
半導体装置ＭＡＣをニューラルネットワークにおける演算に用いる場合、メモリセルＭＣの行数ｍは一つのニューロンに供給される入力データの数に対応させ、メモリセルＭＣの列数ｎはニューロンの数に対応させることができる。例えば、図１６（Ａ）に示す中間層ＨＬにおいて半導体装置ＭＡＣを用いた積和演算を行う場合を考える。このとき、メモリセルＭＣの行数ｍは、入力層ＩＬから供給される入力データの数（入力層ＩＬのニューロンの数）に設定し、メモリセルＭＣの列数ｎは、中間層ＨＬのニューロンの数に設定することができる。
【０３５８】
なお、半導体装置ＭＡＣを適用するニューラルネットワークの構造は特に限定されない。例えば半導体装置ＭＡＣは、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）、再帰型ニューラルネットワーク（ＲＮＮ）、オートエンコーダ、ボルツマンマシン（制限ボルツマンマシンを含む）などに用いることもできる。
【０３５９】
以上のように、半導体装置ＭＡＣを用いることにより、ニューラルネットワークの積和演算を行うことができる。さらに、セルアレイＣＡに図１８に示すメモリセルＭＣおよびメモリセルＭＣｒｅｆを用いることにより、演算精度の向上、消費電力の削減、または回路規模の縮小を図ることが可能な集積回路ＩＣを提供することができる。
【０３６０】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３６１】
（実施の形態６）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２１に示す。
【０３６２】
図２１（Ａ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６３】
図２１（Ｂ）は情報処理端末であり、筐体９０１、表示部９０２、表示部９０３、センサ９０４等を有する。表示部９０２および表示部９０３は一つの表示パネルから成り、可撓性を有する。また、筐体９０１も可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができるほか、タブレット端末のように平板状にして使用することもできる。センサ９０４は筐体９０１の形状を感知することができ、例えば、筐体が曲げられたときに表示部９０２および表示部９０３の表示を切り替えることができる。表示部９０２および表示部９０３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６４】
図２１（Ｃ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６５】
図２１（Ｄ）はデジタルサイネージであり、柱９２１の側面に大型の表示部９２２が取り付けられた構成を有する。表示部９２２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６６】
図２１（Ｅ）携帯電話機の一例であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。また、筐体９０１および表示部９５２は可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができる。表示部９５２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６７】
図２１（Ｆ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９１２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０３６８】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０３６９】
１１    画素
１１ａ    画素
１１ｂ    画素
１１ｃ    画素
１１ｅ    画素ユニット
１７    画素
１８    画素
２１    ロードライバ
２２    ロードライバ
２３    カラムドライバ
２４    カラムドライバ
２５    回路
２６    カラムドライバ
２７    回路
４０    画素アレイ
４５    画素ユニット
４６    画素
４６Ｂ    表示素子
４６Ｇ    表示素子
４６Ｒ    表示素子
４７    画素
４７Ｂ    表示素子
４７Ｇ    表示素子
４７Ｒ    表示素子
５５    光
１００Ｅ    容量素子
１０１    トランジスタ
１０１Ｅ    トランジスタ
１０１Ｌ    トランジスタ
１０２Ｅ    トランジスタ
１０２Ｌ    トランジスタ
１０３    容量素子
１０３Ｅ    容量素子
１０３Ｌ    容量素子
１０４Ｌ    容量素子
１０５Ｌ    液晶素子
１０６    トランジスタ
１０６Ｅ    トランジスタ
１０６Ｌ    トランジスタ
１０７Ｅ    トランジスタ
１０７Ｌ    トランジスタ
１０８Ｅ    トランジスタ
１０９Ｅ    容量素子
１１０Ｅ    ＥＬ素子
１１１Ｅ    トランジスタ
１１２    トランジスタ
１１５Ｅ    トランジスタ
１１５Ｌ    トランジスタ
１１６Ｅ    トランジスタ
１１６Ｌ    トランジスタ
１１７    絶縁層
１１７Ｅ    容量素子
１１７Ｌ    容量素子
１２１    絶縁層
１２１Ｅ    配線
１２１Ｌ    配線
１２１ＬＥ    配線
１２２Ｅ    配線
１２２Ｌ    配線
１２２ＬＥ    配線
１２３Ｅ    配線
１２３Ｌ    配線
１２４Ｅ    配線
１２４Ｌ    配線
１２５Ｅ    配線
１２５Ｌ    配線
１２６Ｅ    配線
１２６Ｌ    配線
１２７Ｌ    共通配線
１２８Ｌ    共通配線
１２９    光拡散板
１２９Ｅ    共通配線
１３０    偏光板
１３０Ｅ    配線
１３１    着色層
１３２    遮光層
１３３ａ    配向膜
１３３ｂ    配向膜
１３４    着色層
１４１    接着層
１４２    接着層
１９１    導電層
１９２    ＥＬ層
１９３ａ    導電層
１９３ｂ    導電層
２０１    トランジスタ
２０４    接続部
２０５    トランジスタ
２０６    トランジスタ
２０７    接続部
２１１    絶縁層
２１２    絶縁層
２１３    絶縁層
２１４    絶縁層
２１５    絶縁層
２１６    絶縁層
２１７    絶縁層
２２０    絶縁層
２２１    導電層
２２２    導電層
２２３    導電層
２２４    導電層
２３１    半導体層
２４２    接続層
２４３    接続体
２５１    開口
２５２    接続部
３００    表示パネル
３１１ａ    導電層
３１１ｂ    導電層
３１２    液晶
３１３    導電層
３４０    液晶素子
３５１    基板
３６０    ＥＬ素子
３６１    基板
３６２    表示部
３６４    回路
３６５    配線
３６６    入力装置
３７２    ＦＰＣ
３７３    ＩＣ
４１０    画素
４５１    開口
５０１    液晶素子
５０２    画素回路
５６０    基板
９０１    筐体
９０２    表示部
９０３    表示部
９０４    センサ
９１１    筐体
９１２    表示部
９１９    カメラ
９２１    柱
９２２    表示部
９５１    筐体
９５２    表示部
９５３    操作ボタン
９５４    外部接続ポート
９５５    スピーカ
９５６    マイク
９５７    カメラ
９６１    筐体
９６２    シャッターボタン
９６３    マイク
９６５    表示部
９６６    操作キー
９６７    スピーカ
９６８    ズームレバー
９６９    レンズ
９７１    筐体
９７３    表示部
９７４    操作キー
９７５    スピーカ
９７６    通信用接続端子
９７７    光センサ
【図１】
2019045613.tif 000003
【図２】
2019045613.tif 000004
【図３】
2019045613.tif 000005
【図４】
2019045613.tif 000006
【図５】
2019045613.tif 000007
【図６】
2019045613.tif 000008
【図７】
2019045613.tif 000009
【図８】
2019045613.tif 000010
【図９】
2019045613.tif 000011
【図１０】
2019045613.tif 000012
【図１１】
2019045613.tif 000013
【図１２】
2019045613.tif 000014
【図１３】
2019045613.tif 000015
【図１４】
2019045613.tif 000016
【図１５】
2019045613.tif 000017
【図１６】
2019045613.tif 000018
【図１７】
2019045613.tif 000019
【図１８】
2019045613.tif 000020
【図１９】
2019045613.tif 000021
【図２０】
2019045613.tif 000022
【図２１】
2019045613.tif 000023