(57)【要約】新規な半導体装置又は表示システムの提供。映像の表示に用いられる光の輝度が高く、ばらつきが小さい場合は、当該輝度に対応する映像信号を画素に供給するアナログ階調方式により、画素の階調が制御され、映像が表示される。一方、映像の表示に用いられる光の輝度が低く、ばらつきが大きい場合は、２値の輝度を用いたデジタル階調方式により、画素の階調が制御され、映像が表示される。これにより、明るい映像の品質を維持しつつ、暗い映像の表示時における表示不良を防止することが可能となり、高品質な映像を得ることができる。
2018142238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに基づいて、発光素子を有する表示部に第１乃至第３のデータを出力する機能を有し、
前記第１のデータは、前記画像データに含まれるデータであり、
前記第１のデータは、前記発光素子を第１の輝度で発光させるためのデータであり、
前記第２のデータは、前記発光素子を第２の輝度で発光させるためのデータであり、
前記第３のデータは、前記発光素子を非発光の状態とするためのデータであり、
前記第２の輝度は、前記発光素子が発する光の輝度のばらつきが一定以下となる輝度であり、
前記第１の輝度が前記第２の輝度以上であるとき、前記第１のデータが出力され、
前記第１の輝度が前記第２の輝度未満であるとき、前記第２のデータ及び前記第３のデータが出力され、
前記第１のデータは、アナログ階調方式により前記表示部に映像を表示するための映像信号として用いられ、
前記第２のデータ及び前記第３のデータは、デジタル階調方式により前記表示部に映像を表示するための映像信号として用いられる画像処理回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の輝度と乱数を比較する機能を有し、
前記第１の輝度が前記乱数よりも大きいとき、前記第２のデータが出力され、
前記第１の輝度が前記乱数以下であるとき、前記第３のデータが出力される画像処理回路。
【請求項３】
請求項２において、
処理回路と、乱数生成回路と、比較回路と、を有し、
前記処理回路は、前記画像データに画像処理を施し、前記比較回路に出力する機能を有し、
前記乱数生成回路は、前記乱数を生成して前記比較回路に出力する機能を有し、
前記比較回路は、前記第１の輝度が前記第２の輝度以上であるとき、前記第１のデータを出力する機能を有し、
前記比較回路は、前記第１の輝度が前記第２の輝度未満であり、且つ前記乱数よりも大きいとき、前記第２のデータを出力する機能を有し、
前記比較回路は、前記第１の輝度が前記乱数以下であるとき、前記第３のデータを出力する機能を有する画像処理回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像処理回路及び表示部を有し、
前記表示部は複数の画素を有し、
前記画素の階調は、前記第１のデータを用いたアナログ階調方式と、前記第２のデータ及び前記第３のデータを用いたデジタル階調方式と、によって制御される表示システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記画素は、前記発光素子と、トランジスタと、を有し、
前記トランジスタは、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６】
請求項４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、画像処理回路、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】液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイは、映像の表示に広く用いられている。これらの表示装置に用いられているトランジスタとしては主にシリコン半導体などが用いられているが、近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。例えば特許文献１、２には、半導体層に、酸化亜鉛、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを、表示装置の画素に用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】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、高品質の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、高解像度の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、高速動作が可能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、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。【０００７】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】
【０００８】本発明の一態様に係る画像処理回路は、画像データに基づいて、発光素子を有する表示部に第１乃至第３のデータを出力する機能を有し、第１のデータは、画像データに含まれるデータであり、第１のデータは、発光素子を第１の輝度で発光させるためのデータであり、第２のデータは、発光素子を第２の輝度で発光させるためのデータであり、第３のデータは、発光素子を非発光の状態とするためのデータであり、第２の輝度は、発光素子が発する光の輝度のばらつきが一定以下となる輝度であり、第１の輝度が第２の輝度以上であるとき、第１のデータが出力され、第１の輝度が第２の輝度未満であるとき、第２のデータ及び第３のデータが出力され、第１のデータは、アナログ階調方式により表示部に映像を表示するための映像信号として用いられ、第２のデータ及び第３のデータは、デジタル階調方式により表示部に映像を表示するための映像信号として用いられる画像処理回路である。【０００９】また、本発明の一態様に係る画像処理回路は、第１の輝度と乱数を比較する機能を有し、第１の輝度が乱数よりも大きいとき、第２のデータが出力され、第１の輝度が乱数以下であるとき、第３のデータが出力されてもよい。【００１０】また、本発明の一態様に係る画像処理回路は、処理回路と、乱数生成回路と、比較回路と、を有し、処理回路は、画像データに画像処理を施し、比較回路に出力する機能を有し、乱数生成回路は、乱数を生成して比較回路に出力する機能を有し、比較回路は、第１の輝度が第２の輝度以上であるとき、第１のデータを出力する機能を有し、比較回路は、第１の輝度が第２の輝度未満であり、且つ乱数よりも大きいとき、第２のデータを出力する機能を有し、比較回路は、第１の輝度が乱数以下であるとき、第３のデータを出力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表示システムは、上記の画像処理回路及び表示部を有し、表示部は複数の画素を有し、画素の階調は、第１のデータを用いたアナログ階調方式と、第２のデータ及び第３のデータを用いたデジタル階調方式と、によって制御される表示システムである。【００１２】また、本発明の一態様に係る表示システムにおいて、画素は、発光素子と、トランジスタと、を有し、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電子機器は、上記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】
【００１４】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、高品質の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、高解像度の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、高速動作が可能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、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。【００１５】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】
【００１６】
【図１】表示システムの構成例を示す図。
【図２】表示部の構成例を示す図。
【図３】画像処理回路の構成例を示す図。
【図４】画像処理回路の構成例を示す図。
【図５】フローチャート。
【図６】画像処理回路の構成例を示す図。
【図７】ニューラルネットワークの構成例を示す図。
【図８】表示部の構成例を示す図。
【図９】表示装置の構成例を示す図。
【図１０】表示装置の構成例を示す図。
【図１１】電子機器の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】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。
【００１８】また、本発明の一態様には、半導体装置、記憶装置、表示装置、撮像装置、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグなど、あらゆる装置がその範疇に含まれる。また、表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などが、その範疇に含まれる。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】また、異なる図面間で同じ符号が付されている構成要素は、特に説明がない限り、同じものを表す。
【００２７】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。
【００２８】（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。
【００２９】＜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、当該信号に基づ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を有する。
【００３０】なお、表示部２０及び信号生成部３０は、いずれも半導体装置によって構成することができる。よって、表示部２０及び信号生成部３０は半導体装置と呼ぶこともできる。
【００３１】表示部２０は、信号生成部３０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。表示部２０は、画素部２１、駆動回路２２、駆動回路２３、タイミングコントローラ２４を有する。
【００３２】画素部２１は、複数の画素によって構成され、映像を表示する機能を有する。画素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。駆動回路２２及び駆動回路２３から出力される信号により、画素の階調が制御され、画素部２１に所定の映像が表示される。
【００３３】画素部２１に含まれる画素の数は自由に設定することができる。高精細度の映像を表示するためには、画素を多く配置することが好ましい。例えば、２Ｋの映像を表示する場合は、１９２０×１０８０個以上の画素を設けることが好ましい。また、４Ｋ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、８Ｋ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、画素部２１には８Ｋよりも高精細度の映像を表示することもできる。
【００３４】駆動回路２２は、画素を選択するための信号（以下、選択信号ともいう）を画素部２１に供給する機能を有する。駆動回路２３は、画素部２１に所定の映像を表示させるための信号（以下、映像信号ともいう）を画素部２１に供給する機能を有する。選択信号が供給された画素に映像信号が供給されることにより、画素が所定の階調を表示する。
【００３５】タイミングコントローラ２４は、駆動回路２２、駆動回路２３などで用いられるタイミング信号を生成する機能を有する。駆動回路２２から選択信号が出力されるタイミング、又は駆動回路２３から映像信号が出力されるタイミングは、タイミングコントローラ２４によって生成されたタイミング信号によって制御される。
【００３６】信号生成部３０は、外部から入力された信号に基づいて映像信号を生成する機能を有する。信号生成部３０は、フロントエンド部３１、デコーダ３２、画像処理回路３３、受信部３４、インターフェース３５、制御部３６を有する。
【００３７】フロントエンド部３１は、外部から送信された信号を受信して信号処理を行う機能を有する。フロントエンド部３１には、放送信号などの、表示部２０に表示される映像に対応するデータ（以下、画像データともいう）が入力される。フロントエンド部３１は、受信した信号の復調、アナログ−デジタル変換などを行う機能を備えることができる。また、フロントエンド部３１は、エラー訂正を行う機能を有していてもよい。
【００３８】フロントエンド部３１が受信できる放送信号としては、地上波、または衛星から送信される電波などが挙げられる。フロントエンド部３１は、映像及び音声を含む放送、音声のみを含む放送などを受信することができる。なお、フロントエンド部３１が受信する放送は、アナログ放送であってもデジタル放送であってもよい。
【００３９】また、フロントエンド部３１は、例えばＵＨＦ帯（約３００ＭＨｚ乃至３ＧＨｚ）またはＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚ）のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また、複数の周波数帯域で受信した複数の放送信号を用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像（２Ｋ、４Ｋ、８Ｋなど）を表示部２０に表示させることが容易になる。
【００４０】デコーダ３２は、符号化された信号を復号する機能を有する。フロントエンド部３１に入力される信号が圧縮されている場合、デコーダ３２によって信号が伸長される。例えば、デコーダ３２は、エントロピー復号、逆量子化、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）や逆離散サイン変換（ＩＤＳＴ）などの逆直交変換、フレーム内予測、フレーム間予測などを行う機能を備えることができる。デコーダによって生成された信号は、画像データＤｉとして画像処理回路３３に出力される。
【００４１】なお、８Ｋ放送における符号化規格には、Ｈ．２６５／ＭＰＥＧ−Ｈ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｖｉｄｅｏ  Ｃｏｄｉｎｇ（以下、ＨＥＶＣという）が採用されている。フロントエンド部３１に入力される信号が８Ｋの放送信号であり、ＨＥＶＣに従って符号化されている場合には、デコーダ３２によってＣＡＢＡＣ（Ｃｏｎｔｅｘｔ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｉｎａｒｙ  Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ）復号が行われる。
【００４２】画像処理回路３３は、デコーダ３２から入力された画像データＤｉに画像処理を施し、映像信号を生成する機能を有する。画像処理によって生成された映像信号は、信号ＳＤとして駆動回路２３に出力される。
【００４３】画像処理回路３３によ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、画像処理回路３３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。
【００４４】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。
【００４５】階調変換処理は、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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】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。例えばデコーダ３２から入力される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。
【００４９】また、画像処理回路３３は、タイミング信号の生成に用いられる信号を、タイミングコントローラ２４に供給する機能を有していてもよい。
【００５０】なお、画像処理回路３３は半導体装置によって構成することができる。よって、画像処理回路３３は半導体装置と呼ぶこともできる。
【００５１】受信部３４は、外部から入力される制御信号を受信する機能を有する。受信部３４への制御信号の入力には、送信部４０を用いることができる。送信部４０としては、リモートコントローラ、携帯情報端末（スマートフォンやタブレットなど）、表示部２０に設けられた操作ボタンなどを用いることができる。
【００５２】インターフェース３５は、受信部３４が受信した制御信号に適宜信号処理を施し、制御部３６に出力する機能を有する。
【００５３】制御部３６は、信号生成部３０が有する各回路に制御信号を供給する機能を有する。例えば、制御部３６は、画像処理回路３３に制御信号を供給して画像処理回路３３の動作を制御する機能を有する。制御部３６による制御は、受信部３４が受信した制御信号に基づいて行うことができる。制御部３６は、例えば中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などによって構成することができる。
【００５４】図２（Ａ）に、表示部２０の構成例を示す。画素部２１は複数の画素２５を有し、画素２５はそれぞれ表示素子を有する。画素２５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  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子、光干渉方式のＭＥＭＳ素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。また、発光素子の例としては、例えばＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  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。
【００５５】画素２５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２２と接続され、配線ＳＬはそれぞれ駆動回路２３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。
【００５６】駆動回路２２は、選択信号を画素２５に供給する機能を有する。具体的には、駆動回路２２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２２から出力された選択信号を画素２５に伝える機能を有する。なお、配線ＧＬは、選択信号線、ゲート線などと呼ぶこともできる。
【００５７】駆動回路２３は、映像信号を画素２５に供給する機能を有する。具体的には、駆動回路２３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２３から出力された映像信号を画素２５に伝える機能を有する。なお、配線ＳＬは、映像信号線、ソース線などと呼ぶこともできる。
【００５８】図２（Ｂ）に、表示素子として発光素子を用いた画素２５の構成例を示す。図２（Ｂ）に示す画素２５は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、容量素子Ｃ１、発光素子ＬＥを有する。なお、ここではトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２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。
【００５９】トランジスタＴｒ１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Ｔｒ２のゲート、及び容量素子Ｃ１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Ｔｒ２のソース又はドレインの一方は容量素子Ｃ１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Ｔｒ１のソース又はドレインの一方、トランジスタＴｒ２のゲート、及び容量素子Ｃ１の一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ１とする。また、トランジスタＴｒ２のソース又はドレインの一方、及び容量素子Ｃ１の他方の電極と接続されたノードを、ノードＮ２とする。
【００６０】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。また、容量素子Ｃ１は、ノードＮ１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。
【００６１】トランジスタＴｒ１は、配線ＳＬの電位のノードＮ１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Ｔｒ１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Ｎ１に供給され、画素２５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Ｔｒ１をオフ状態とすることにより、ノードＮ１の電位が保持される。
【００６２】そして、ノードＮ１、Ｎ２の間の電圧に応じてトランジスタＴｒ２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２５の階調を制御することができる。なお、トランジスタＴｒ２は飽和領域で動作させることが好ましい。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】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２１に表示される映像が書き換えられる。
【００６６】画素２５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。
【００６７】画素２５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２Ｋ、４Ｋ、８Ｋ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。
【００６８】また、画素２５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。
【００６９】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Ｔｒ１としてＯＳトランジスタを用いる場合、画素２５に映像信号を極めて長期間にわたって保持することができる。これにより、画素部２１に表示される映像に変化がない期間、又は変化が一定以下である期間において、映像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができる。映像信号の更新の頻度は、例えば、０．１秒間に１回以下、又は、１秒間に１回以下、又は、１０秒間に１回以下などに設定することができる。特に、２Ｋ、４Ｋ、８Ｋ放送などに対応して画素２５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。
【００７０】画素２５に発光素子を用いた場合、液晶素子を用いる場合と異なりバックライトが不要となる。そのため、発光素子を用いることにより、表示部２０の軽量化、薄型化、又は低消費電力化を図ることができる。また、画素２５に発光素子を用いた場合、黒画像の表示を、発光素子を非発光状態とすることにより行うことができる。これにより、バックライトの光漏れが生じ得る液晶素子を用いる場合と比較して、黒画像をより黒く表示することができる。
【００７１】発光素子の輝度の制御は、発光素子を流れる電流を駆動トランジスタ（図２（Ｂ）におけるトランジスタＴｒ２に相当）によって制御することにより行われる。しかしながら、各画素２５が有する駆動トランジスタの特性にばらつきがある場合、輝度のばらつきが生じ得る。例えば、駆動トランジスタのゲインのばらつきにより、ノードＮ１に所定の映像信号が供給された際に、トランジスタＴｒ２のソース―ドレイン間を流れる電流のばらつきが生じ、意図した輝度の発光が得られず画素２５の階調に誤差が生じる場合がある。
【００７２】また、ゲインのばらつきに起因する輝度のばらつきの影響は、特に低輝度での発光、すなわち暗い映像を表示する際に大きくなる。そのため、黒表示時にも僅かに発光素子が発光してしまう現象（黒浮き）、黒表示時に濃い黒と薄い黒が混在する現象などが発生し、表示品質を損なう場合がある。
【００７３】ここで、本発明の一態様においては、画素に設けられた発光素子の輝度に応じて、アナログ値の輝度によって階調を表示する方式（以下、アナログ階調方式ともいう）とデジタル値の輝度によって階調を表示する方式（以下、デジタル階調方式ともいう）が選択的に用いられる。具体的には、画素に設けられた発光素子が所定の値以上の輝度での発光を要求される場合はアナログ階調方式が用いられ、所定の値よりも低い輝度での発光を要求される場合はデジタル階調方式が用いられる。これにより、特に暗い映像を表示する際の輝度のばらつきを抑えることができ、映像の品質を向上させることができる。上記の動作について、以下詳述する。
【００７４】図３に示すように、画像処理回路３３にはデータＤｘ及びデータＤｙが入力される。データＤｘは、画像データＤｉに含まれるデータであり、画素２５が表示する階調に対応するデータである。具体的には、データＤｘは、画素２５に設けられた発光素子を輝度Ｘで発光させるためのデータである。また、データＤｙは、発光素子を輝度Ｙで発光させるためのデータである。
【００７５】輝度Ｙは、画素２５に設けられた発光素子が発することができる光の輝度のうち、輝度のばらつきが一定以下の最低輝度（輝度のばらつきが所定の範囲内に収まる最低輝度）である。すなわち、発光素子がＹ以上の輝度で発光する場合は、輝度のばらつきが小さいと言える。なお、輝度のばらつきは、画素２５に所定の映像信号が供給された際に発光素子が発する光の輝度の誤差に相当する。
【００７６】なお、上記の所定の範囲は、映像の内容、周囲の環境、ユーザーなどに応じて自由に設定することができる。
【００７７】また、発光素子の輝度を“０”、すなわち非発光の状態とするためのデータを、データＤ０と表記する。輝度“０”は発光素子が非発光の状態を示すため、輝度のばらつきは無視できる。
【００７８】図３に示すように、発光素子を輝度Ｙよりも低い輝度で発光させる必要がある場合（Ｘ＜Ｙの場合）、画像処理回路３３は、データＤｙ及びデータＤ０を用いて、輝度Ｘを実現するための映像信号を生成する。輝度Ｘを、ばらつきが生じにくい輝度Ｙ及び輝度“０”を用いて実現することにより、特に暗い映像の品質を向上させることができる。
【００７９】具体的には、まずＸ≧Ｙである場合は、信号ＳＤとしてデータＤｘが出力される。このときの輝度Ｘはばらつきが小さい輝度であるため、データＤｘにより輝度Ｘの発光が正確に得られる。データＤｘはアナログ値に変換された後、画素２５に供給される。これにより、発光素子の輝度はアナログ値となり、画素２５はアナログ階調方式で階調を表示することができる。
【００８０】一方、Ｘ＜Ｙである場合は輝度Ｘのばらつきが大きいため、データＤｘを用いて輝度Ｘの発光を得ようとしても、正確な輝度が得られない場合がある。ここで、画像処理回路３３は、輝度Ｘと乱数ＲＮＤを比較し、当該比較の結果に応じてデータＤｙ又はデータＤ０を信号ＳＤとして出力する機能を有する。この乱数ＲＮＤは、０からＹまでの数列によって構成される乱数である。これにより、画素２５はデジタル階調方式で階調を表示することができる。
【００８１】より具体的には、輝度Ｘが輝度Ｙ未満且つ乱数ＲＮＤよりも大きい場合は（ＲＮＤ＜Ｘ＜Ｙ）、信号ＳＤとしてデータＤｙが出力される。一方、輝度Ｘが乱数ＲＮＤ以下である場合は（Ｘ≦ＲＮＤ）、信号ＳＤとしてデータＤ０が出力される。このとき、発光素子が輝度Ｙで発光する確率は（Ｘ／Ｙ）となる。したがって、複数フレームに渡る発光素子の輝度の時間平均、及び、複数の発光素子が集合した領域の輝度の面積平均は、Ｘとなる。すなわち、ばらつきの小さい輝度Ｙ及び輝度“０”をデジタル値として用いた時間階調方式又は面積階調方式によって輝度Ｘが実現される。
【００８２】なお、時間階調方式は、発光素子が発光する期間によって階調を制御する方法である。また、面積階調方式は、発光素子が発光する面積によって階調を制御する方法である。上記の時間階調方式と面積階調方式はいずれも、輝度Ｙ及び輝度“０”によって階調が表示されるデジタル階調方式である。
【００８３】輝度Ｘがデジタル階調方式によって表現される場合、輝度の精度を上げるためには、フレーム周波数を高くする、又は、画素２５の密度を高くすることが効果的である。そのため、例えばフレーム周波数を６０Ｈｚ以上、好ましくは１２０Ｈｚ以上などとすることにより、時間階調方式による階調表示の精度を向上させることができる。また、画素部２１の解像度を２Ｋ、４Ｋ、８Ｋ、１６Ｋ、またはそれ以上などとし、空間分解能を上げることにより、面積階調方式による階調表示の精度を向上させることができる。なお、フレーム周波数を所定の範囲内（例えば、１Ｈｚ以上１２０Ｈｚ以下など）で可変とし、表示される映像に応じてフレーム周波数を変更することもできる。
【００８４】輝度Ｙの値は、表示部２０の表示試験の結果、発光素子又は駆動トランジスタの特性、フレーム周波数などを考慮して設定してもよいし、ユーザーが映像を視認しながら手動で設定してもよい。また、輝度Ｙの値は、映像の内容、周囲の環境、ユーザーなどに応じて切り替えることもできる。また、実施の形態２で説明するように、人工知能を用いて輝度Ｙの値を決定することもできる。
【００８５】上記のように、画像処理回路３３が画像データＤｉに基づいてデータＤｘ、データＤｙ、及びデータＤ０を出力する機能を有することにより、アナログ階調方式及びデジタル階調方式を用いた映像の表示が可能となる。
【００８６】＜画像処理部の構成例＞
次に、画像処理回路３３の具体的な構成例について説明する。図４に示す画像処理回路３３は、処理回路１０１、乱数生成回路１０２、比較回路１０３を有する。
【００８７】処理回路１０１は、デコーダ３２から入力された画像データＤｉに画像処理を施し、比較回路１０３に出力する機能を有する。画像処理の例は前述の通りであり、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。なお、処理回路１０１から出力される画像データＤｉにはデータＤｘが含まれる。
【００８８】乱数生成回路１０２は、０からＹまでの数列によって構成される乱数ＲＮＤを生成し、比較回路１０３に出力する機能を有する。なお、乱数生成回路１０２は、画像処理回路３３の外部に設けられていてもよい。
【００８９】比較回路１０３は、画像データＤｉに含まれるデータＤｘに対応する輝度Ｘと、データＤｙに対応する輝度Ｙの比較、及び、輝度Ｘと乱数ＲＮＤの比較を行い、当該比較の結果に応じた信号ＳＤを出力する機能を有する。具体的には、比較回路１０３は、Ｘ≧Ｙの場合はデータＤｘを、ＲＮＤ＜Ｘ＜Ｙの場合はデータＤｙを、Ｘ≦ＲＮＤの場合はデータＤ０を、信号ＳＤとして出力する機能を有する。そして、信号ＳＤは駆動回路２３を介して画素部２１に供給される。なお、データＤｙは、記憶回路を用いて比較回路１０３の内部に格納されていてもよい。
【００９０】以上のように、画像処理回路３３は画像処理を行う機能に加え、輝度Ｘ、輝度Ｙ、乱数ＲＮＤに基づいて駆動回路２３に出力される映像信号を選択する機能を有する。これにより、アナログ階調方式で用いられるデータＤｘと、デジタル階調方式で用いられるデータＤｙ及びデータＤ０を生成することができる。
【００９１】なお、乱数生成回路１０２から出力される乱数ＲＮＤの切り替えの周期は、画像処理回路３３に１フレーム分の画像データが入力される周期よりも高く設定することが好ましい。これにより、輝度Ｘの精度を向上させることができる。
【００９２】＜画像処理部の動作例＞
次に、画像処理回路３３の動作例について説明する。図５は、画像処理回路３３の動作例を示すフローチャートである。
【００９３】まず、デコーダ３２からデータＤｘを含む画像データＤｉが出力され、画像処理回路３３にデータＤｘが入力される（ステップＳ１）。そして、画像処理回路３３はデータＤｘに適宜画像処理を施す（ステップＳ２）。
【００９４】データＤｘに対応する輝度ＸがＹ以上である場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、データＤｘが信号ＳＤとして駆動回路２３に出力される（ステップＳ４）。
【００９５】このときの輝度Ｘはばらつきが小さいため、データＤｘによって発光素子は正確に輝度Ｘで発光する。よって、データＤｘがアナログ値として画素２５に供給されるアナログ階調方式により、輝度Ｘを得ることができる。
【００９６】一方、輝度Ｘが輝度Ｙ未満である場合（ステップＳ３でＮＯ）、輝度Ｘと乱数ＲＮＤが比較される。そして、Ｘ＞ＲＮＤの場合は、データＤｘにデータＤｙが代入され（ステップＳ６）、データＤｙが信号ＳＤとして出力される（ステップＳ４）。また、Ｘ≦ＲＮＤの場合は、データＤｘにデータＤ０が代入され（ステップＳ７）、データＤ０が信号ＳＤとして出力される（ステップＳ４）。これにより、（Ｘ／Ｙ）の確率でデータＤｙが出力される。
【００９７】画素２５にデータＤｙが供給されることにより輝度Ｙが得られ、データＤ０が供給されることにより輝度“０”が得られる。そして、輝度Ｙ及び輝度“０”をデジタル値として用いたデジタル階調方式により、輝度Ｘを得ることができる。
【００９８】なお、ステップＳ３及びステップＳ５における比較は、図４に示す比較回路１０３などを用いて行うことができる。
【００９９】以上の通り、本発明の一態様においては、映像の表示に用いられる光の輝度が高く、ばらつきが小さい場合は、当該輝度に対応する映像信号を画素に供給するアナログ階調方式により、画素の階調が制御され、映像が表示される。一方、映像の表示に用いられる光の輝度が低く、ばらつきが大きい場合は、２値の輝度（Ｙ及び“０”）を用いたデジタル階調方式により、画素の階調が制御され、映像が表示される。これにより、明るい映像の品質を維持しつつ、暗い映像の表示時における表示不良を防止することが可能となり、高品質な映像を得ることができる。
【０１００】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。
【０１０１】（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表示システムの他の構成例について説明する。具体的には、画像処理回路３３において用いられる輝度Ｙの値を、人工知能を用いて決定する構成について説明する。
【０１０２】図６（Ａ）に、画像処理回路３３の構成例を示す。図６（Ａ）に示す画像処理回路３３は、演算回路１０４を有し、データＤｙが演算回路１０４から出力される点において図４と異なる。
【０１０３】演算回路１０４は、人工知能（ＡＩ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を利用して、輝度Ｙに対応するデータＤｙを生成する機能を有する。具体的には、演算回路１０４は人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｎｅｕｒａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を有する。当該人工ニューラルネットワークの学習により、画像データＤｉに基づいて輝度Ｙの値を算出する機能が、演算回路１０４に付与される。そして、学習後の人工ニューラルネットワークに画像データＤｉを入力して推論を行うことにより、データＤｙを得ることができる。
【０１０４】なお、人工知能とは、人間の知能を模した計算機である。また、人工ニューラルネットワークとは、ニューロンとシナプスで構成される神経網を模した回路であり、学習によってニューロン間の結合強度（重み係数ともいう）を決定することができる。また、学習によって得られた結合強度を用いてニューラルネットワークを構成し、そこから新たな結論を導くことを推論（認知）と呼ぶ。なお、人工ニューラルネットワークは人工知能の一種である。本明細書等において「ニューラルネットワーク」と記載する場合、特に人工ニューラルネットワークを指す。
【０１０５】演算回路１０４が有するニューラルネットワークＮＮの構成例を、図７に示す。ニューラルネットワークＮＮは、ニューロン回路と、ニューロン回路間に設けられたシナプス回路によって構成される。
【０１０６】図７（Ａ）に、ニューラルネットワークＮＮを構成するニューロン回路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１以上の自然数）が入力される。また、シナプス回路ＳＣは、重み係数ｗｉ（ｉ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ｗｉは、ニューロン回路ＮＣ間の結合の強さに対応する。
【０１０７】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ｘｉと、シナプス回路ＳＣに記憶された重み係数ｗｉとの積（ｘｉｗｉ）を、ｉ＝１乃至Ｌについて足し合わせた値（ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋…＋ｘＬｗＬ）、すなわち、ｘｉとｗｉ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。
【０１０８】ニューロン回路ＮＣとシナプス回路ＳＣを用いて、階層型パーセプトロンを構成するニューラルネットワークＮＮのモデルを、図７（Ｂ）に示す。ニューラルネットワークＮＮは、入力層ＩＬ、隠れ層（中間層）ＨＬ、出力層ＯＬを有する。
【０１０９】入力層ＩＬから、入力データｘ１乃至ｘＬが出力される。隠れ層ＨＬは、隠れシナプス回路ＨＳ、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、出力ニューロン回路ＯＮを有する。
【０１１０】隠れニューロン回路ＨＮには、入力データｘｉと、隠れシナプス回路ＨＳに保持された重み係数ｗｉ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ｗｉ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、出力データｙ１乃至ｙＬが出力される。なお、ニューラルネットワークＮＮにおいて、隠れ層ＨＬは複数設けられていてもよい。
【０１１１】このように、所定の入力データが与えられたニューラルネットワークＮＮは、シナプス回路ＳＣに保持された重み係数と、ニューロン回路の閾値θに応じた値を、出力データとして出力する機能を有する。
【０１１２】また、ニューラルネットワークＮＮは、教師データの入力によって教師あり学習を行うことができる。図７（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ＮＮのモデルを示す。
【０１１３】誤差逆伝播方式は、ニューラルネットワークの出力データと教師信号の誤差が小さくなるように、シナプス回路の重み係数ｗｉを変更する方式である。具体的には、出力データｙ１乃至ｙＬと教師信号ｔ１乃至ｔｎ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ｗｉが変更される。また、隠れシナプス回路ＨＳの重み係数ｗｉ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ｗｉが変更される。このように、教師信号ｔ１乃至ｔｎ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。
【０１１４】なお、図７（Ｂ）、（Ｃ）には１層の隠れ層ＨＬを示しているが、隠れ層ＨＬの層数は特に限定されず、２以上であってもよい。隠れ層ＨＬを２層以上有するニューラルネットワーク（ディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ））を用いることにより、深層学習を行うことができる。
【０１１５】演算回路１０４には、処理回路１０１から画像データＤｉが入力される。そして、ニューラルネットワークＮＮは、画像データＤｉを用いて所定の演算を行い、出力データを比較回路１０３に出力する。当該出力データがデータＤｙの初期値となる。そして、データＤｙを用いて信号ＳＤが生成され、駆動回路２３を介して画素部２１に供給される。
【０１１６】次に、ニューラルネットワークＮＮの学習が行われる。図６（Ｂ）に示すように、学習時、ニューラルネットワークＮＮには画像データＤｉとデータＤＤｉが入力される。ここで、画像データＤｉは画素部２１に表示しようとする映像に対応するデータであり、データＤＤｉは画素部２１に実際に表示された映像に対応するデータである。データＤＤｉは、例えば、画素部２１に表示された映像をイメージセンサなどで撮像することにより取得することができる。
【０１１７】そして、データＤＤｉと画像データＤｉの誤差が一定以下となるように、すなわち、画素部２１に表示しようとする映像と実際に画素部２１に表示された映像の誤差が一定以下になるように、ニューラルネットワークＮＮの重み係数が更新される。そして、重み係数の更新に伴い、ニューラルネットワークＮＮの出力データＤｙも更新される。そして、最終的にデータＤＤｉと画像データＤｉの誤差が一定以下になるまでデータＤｙが更新されると、ニューラルネットワークＮＮの学習が終了する。
【０１１８】重み係数の更新には、前述の誤差逆伝播法などを用いることができる。また、ニューラルネットワークＮＮの重み係数の初期値は、乱数によって決定してもよい。なお、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ＮＮ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。
【０１１９】学習後のニューラルネットワークＮＮにデータＤｉが入力され推論が行われると、データＤｙが出力される。そして、このデータＤｙは、画素部２１に輝度の誤差の小さい映像が表示されるように更新されている。このように、データＤｙの生成にニューラルネットワークＮＮを用いることにより、実際に表示された映像に基づいて輝度Ｙを決定することができる。これにより、アナログ階調方式とデジタル階調方式の切り替えの基準を適切に設定することができる。
【０１２０】なお、上記のニューラルネットワークＮＮの学習は、信号生成部３０の外部に設けられた演算処理装置などを用いて行うことができる。当該演算処理装置としては、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。演算処理装置にニューラルネットワークＮＮに対応するソフトウェアを搭載することにより、演算処理装置を用いてニューラルネットワークＮＮの学習を行うことができる。そして、学習によって得られた重み係数を、信号生成部３０の受信部３４を介して演算回路１０４に供給することにより、演算回路１０４に設けられたニューラルネットワークＮＮの重み係数を更新することができる。このように、ニューラルネットワークＮＮの学習を信号生成部３０の外部で行うことにより、信号生成部３０の構成を簡易化することができる。
【０１２１】なお、ニューラルネットワークＮＮの学習に加えて推認も上記の演算処理装置を用いて行うこともできる。この場合、推認によって得られたデータＤｙを比較回路１０３に直接供給することができる。これにより、演算回路１０４を省略することができ、画像処理回路３３の構成をさらに簡易化することができる。
【０１２２】また、ここでは輝度Ｙの決定にニューラルネットワークを用いる場合について説明したが、処理回路１０１にもニューラルネットワークを搭載することができる。この場合、ニューラルネットワークを用いた画像処理、例えば、人物、建物、風景などに応じた色調の補正、映像に表示された物体の輪郭を鮮明にする処理、解像度の低い画像データをアップコンバートする処理、ガンマ補正、データ圧縮などを行うことができる。
【０１２３】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。
【０１２４】（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表示部の他の構成例について説明する。
【０１２５】前述の通り、輝度Ｘがデジタル階調方式によって表現される場合、輝度の精度を上げるためには、フレーム周波数を上げる、又は、画素２５の密度を上げることが効果的である。ここでは、画素数が多く、且つ高速動作が可能な表示部２０の構成例について説明する。
【０１２６】図８に、画素部２１が複数の領域に分割された表示部２０の構成例を示す。ここでは一例として、画素部２１が２つの領域Ａ、Ｂに分割された構成について説明する。領域Ａ、Ｂは、それぞれ異なる駆動回路２２、駆動回路２３と接続されている。
【０１２７】配線ＧＬと配線ＳＬは互いに交差するように設けられているため、画素２５の数が増加すると交差部の数も増加する。これにより、配線ＧＬと配線ＳＬによって形成される寄生容量が増大し、映像信号の遅延が生じ得る。ここで、図８に示すように、領域Ａに映像信号を供給する駆動回路２３と、領域Ｂに映像信号を供給する駆動回路２３を独立に設けることにより、映像信号の供給を高速に行うことができる。
【０１２８】なお、図８において、領域Ａに含まれる画素２５と接続された配線ＧＬ、配線ＳＬをそれぞれ、配線ＧＬＡ、配線ＳＬＡと表記する。また、領域Ｂに含まれる画素２５と接続された配線ＧＬ、配線ＳＬをそれぞれ、配線ＧＬＢ、配線ＳＬＢと表記する。また、配線ＧＬＡと接続された駆動回路２２、配線ＧＬＢと接続された駆動回路２２をそれぞれ、駆動回路２２Ａ、駆動回路２２Ｂと表記する。また、配線ＳＬＡと接続された駆動回路２３、配線ＳＬＢと接続された駆動回路２３をそれぞれ、駆動回路２３Ａ、駆動回路２３Ｂと表記する。
【０１２９】また、図８においては、１本の配線ＧＬに、２つの駆動回路２２が接続されている。具体的には、領域Ａに含まれる画素２５は、配線ＧＬＡを介して駆動回路２２Ａａ、２２Ａｂと接続されている。また、領域Ｂに含まれる画素２５は、配線ＧＬＢを介して駆動回路２２Ｂａ、２２Ｂｂと接続されている。この場合、駆動回路２２Ａａ、２２Ａｂから選択信号が出力されるタイミングが同期され、駆動回路２２Ｂａ、２２Ｂｂから選択信号が出力されるタイミングが同期される。これにより、配線ＧＬの両端から選択信号を供給することが可能となり、選択信号を高速に供給することができる。
【０１３０】さらに、表示部２０には、画素２５の列数よりも多い数の配線ＳＬを設けることもできる。図８には一例として、配線ＳＬの数が画素２５の列数の２倍である場合を示している。そして、領域Ａに含まれる画素２５は、配線ＳＬＡａ又は配線ＳＬＡｂと接続され、領域Ｂに含まれる画素２５は、配線ＳＬＢａ又は配線ＳＬＢｂと接続されている。なお、配線ＳＬＡａ又は配線ＳＬＢａと接続された画素２５を画素２５ａと表記し、配線ＳＬＡｂ又は配線ＳＬＢｂと接続された画素２５を画素２５ｂと表記する。
【０１３１】画素２５ａと画素２５ｂには、それぞれ異なる配線ＳＬから映像信号が供給される。そのため、隣接する画素２５ａと画素２５ｂには選択信号を同時に供給することができる。これにより、配線ＧＬの走査期間を短縮することができ、表示部２０の動作速度の向上を図ることができる。
【０１３２】なお、選択信号が同時に供給される配線ＧＬは、共有化することができる。図８においては、隣接する画素２５ａと画素２５ｂに接続された配線ＧＬが共有化されている。これにより、配線ＧＬの本数を削減し、表示部２０の面積を縮小することができる。
【０１３３】また、上記では配線ＳＬの数が画素２５の列数の２倍である場合について説明したが、配線ＳＬの数は画素２５の列数の３倍以上であってもよい。この場合、選択信号が同時に供給される配線ＧＬの本数をさらに増やすことができ、表示部２０の高速化を図ることができる。
【０１３４】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。
【０１３５】（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した表示システム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。
【０１３６】図９に、上記実施の形態における表示部２０に用いることができる表示装置３００の構成例を示す。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。
【０１３７】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。
【０１３８】基板３０１上に設けられた画素２５は、トランジスタＴｒ２（図２（Ｂ）参照）を有している。また、トランジスタＴｒ２は、絶縁層３０２上に設けられている。また、トランジスタＴｒ２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。
【０１３９】トランジスタＴｒ２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。
【０１４０】トランジスタＴｒ２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。
【０１４１】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。
【０１４２】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。
【０１４３】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。
【０１４４】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。
【０１４５】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。
【０１４６】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。
【０１４７】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。
【０１４８】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。
【０１４９】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。
【０１５０】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。
【０１５１】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。
【０１５２】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。
【０１５３】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。
【０１５４】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。
【０１５５】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。
【０１５６】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。
【０１５７】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。
【０１５８】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。
【０１５９】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。
【０１６０】なお、上記の半導体材料は、トランジスタＴｒ２の他、図２（Ｂ）におけるトランジスタＴｒ１に用いることもできる。
【０１６１】また、表示装置３００は、容量素子Ｃ１を有する。容量素子Ｃ１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。
【０１６２】図９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。
【０１６３】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。
【０１６４】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。
【０１６５】図９は、発光素子ＬＥとして有機ＥＬ素子を用いた例を説明する。
【０１６６】図９において、発光素子ＬＥは、画素２５に設けられたトランジスタＴｒ２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。
【０１６７】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。
【０１６８】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。
【０１６９】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。
【０１７０】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。
【０１７１】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。
【０１７２】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。
【０１７３】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。
【０１７４】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。
【０１７５】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。
【０１７６】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。
【０１７７】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。
【０１７８】図１０は、図９に示すトランジスタＴｒ２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１０のトランジスタＴｒ２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。
【０１７９】図１０のその他の構成要素の詳細については、図９の記載を参照すればよい。
【０１８０】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。
【０１８１】（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トランジスタに用いることができる、金属酸化物について説明する。以下では特に、金属酸化物とＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の詳細について説明する。
【０１８２】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。
【０１８３】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。
【０１８４】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。
【０１８５】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。
【０１８６】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。
【０１８７】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。
【０１８８】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。
【０１８９】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。
【０１９０】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。
【０１９１】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１以上の自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は０よりも大きい任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０１９２】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。
【０１９３】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。
【０１９４】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。
【０１９５】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。
【０１９６】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。
【０１９７】ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を加熱しない条件で、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。
【０１９８】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。
【０１９９】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。
【０２００】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。
【０２０１】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。
【０２０２】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。
【０２０３】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。
【０２０４】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。
【０２０５】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。
【０２０６】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。
【０２０７】（実施の形態６）
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。
【０２０８】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システムを搭載することができる。これにより、高品質な映像を表示可能な電子機器を提供することができる。
【０２０９】本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、２Ｋ、４Ｋ、８Ｋ、１６Ｋ、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。また、表示部の画面サイズとしては、対角２０インチ以上、または対角３０インチ以上、または対角５０インチ以上、対角６０インチ以上、または対角７０インチ以上とすることもできる。
【０２１０】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（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）、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。
【０２１１】本発明の一態様の電子機器は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車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。
【０２１２】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。
【０２１３】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。
【０２１４】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。
【０２１５】図１１（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。
【０２１６】表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【０２１７】図１１（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に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。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。
【０２１８】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。
【０２１９】図１１（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。
【０２２０】表示部７０００に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。
【０２２１】図１１（Ｃ）、（Ｄ）に、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）の一例を示す。
【０２２２】図１１（Ｃ）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。
【０２２３】また、図１１（Ｄ）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。
【０２２４】図１１（Ｃ）、（Ｄ）において、表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【０２２５】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。
【０２２６】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。
【０２２７】また、図１１（Ｃ）、（Ｄ）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。
【０２２８】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。
【０２２９】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】
【０２３０】１０    表示システム
２０    表示部
２１    画素部
２２    駆動回路
２３    駆動回路
２４    タイミングコントローラ
２５    画素
３０    信号生成部
３１    フロントエンド部
３２    デコーダ
３３    画像処理回路
３４    受信部
３５    インターフェース
３６    制御部
４０    送信部
１０１    処理回路
１０２    乱数生成回路
１０３    比較回路
１０４    演算回路
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
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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【国際調査報告】
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