DE112018003456T5

DE112018003456T5 - Anzeigesystem und Betriebsverfahren des Anzeigesystems

Info

Publication number: DE112018003456T5
Application number: DE112018003456.9T
Authority: DE
Inventors: Shuji Fukai; Takayuki Ikeda
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11676547B2; CN110945861A; WO2019008482A1; KR20200024275A; CN110945861B; KR102480182B1; JPWO2019008482A1; US20210150994A1; JP7167022B2

Abstract

Es wird ein Anzeigesystem bereitgestellt, bei dem die Sichtbarkeit erhöht werden kann.Ein Anzeigesystem beinhaltet eine Abbildungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung. Die Abbildungsvorrichtung beinhaltet erste in einer Matrix angeordnete Pixel und die Anzeigevorrichtung beinhaltet zweite in einer Matrix angeordnete Pixel. Die Abbildungsvorrichtung weist eine Funktion auf, erste Bilddaten auf Grundlage der Beleuchtungsstärke von Licht, das auf die ersten Pixel einfällt, zu erzeugen. Die Steuervorrichtung weist eine Funktion auf, ein Histogramm auf Grundlage der ersten Bilddaten anzulegen und das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche einzuteilen. Die Steuervorrichtung weist eine Funktion auf, Graustufen, die in den ersten Bilddaten als Informationen enthalten sind und der Beleuchtungsstärke des auf die ersten Pixel einfallenden Lichts entsprechen, umzuwandeln, um zweite Bilddaten zu erzeugen, die durch die Durchführung einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten erhalten werden. Die Komprimierungsrate für die Dynamic Range Komprimierung wird für jeden Beleuchtungsstärkebereich von der Steuervorrichtung auf Grundlage des Integralwerts in jedem Beleuchtungsstärkebereich des Histogramms berechnet.

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Anzeigesystem und ein Betriebsverfahren des Anzeigesystems.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung (Zusammensetzung eines Materials). Daher können als konkrete Beispiele für das technische Gebiet einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart wird, eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür und ein Herstellungsverfahren dafür angegeben werden.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen eine Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung bezeichnet, die unter Nutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Ein Transistor und eine Halbleiterschaltung sind Ausführungsformen von Halbleitervorrichtungen. Eine Speichervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung oder ein elektronisches Gerät beinhalten in einigen Fällen eine Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
Es werden vermehrt Fahrzeuge angetroffen, die eine Abbildungsvorrichtung zum Aufnehmen bzw. Erfassen von Informationen der Fahrzeugumgebung sowie eine Anzeigevorrichtung beinhalten, die die durch die Aufnahme erhaltenen Informationen anzeigt (siehe z. B. Patentdokument 1).
[Referenzen]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-5678
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Bei einer Abbildungsvorrichtung zum Erfassen von Informationen der Fahrzeugumgebung besteht die Notwendigkeit, ein Aufnahmeobjekt, bei dem die Kontrastunterschiede groß sind, aufzunehmen. Beispielsweise handelt es sich bei Abbildungsdaten, die in der Nähe eines Tunnelausgangs von der Abbildungsvorrichtung akquiriert werden, um Abbildungsdaten, bei denen die Kontrastunterschiede groß sind, da die Beleuchtungsstärke im Inneren des Tunnels niedrig ist und die Beleuchtungsstärke außerhalb des Tunnels hoch ist. Folglich wird bei einer Abbildungsvorrichtung zum Erfassen von Informationen der Fahrzeugumgebung eine hohe Dynamic Range (hoher Dynamikbereich) verlangt. In dem Fall, in dem die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der durch die Erfassung erhaltenen Informationen niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung, besteht die Notwendigkeit, eine Dynamic Range Komprimierung (Dynamikbereich-Komprimierung bzw. Dynamikbereich-Kompression) durchzuführen, indem die Graustufen der Abbildungsdaten in Graustufen umgewandelt (konvertiert bzw. geändert) werden, die von der Anzeigevorrichtung angezeigt/dargestellt werden können. Bei einer Dynamic Range Komprimierung verschwimmt jedoch das angezeigte Bild, wodurch in einigen Fällen blockierte Schatten („Blocked-up Shadows“) und Spitzlichter bzw. geblasene Highlights („Blown-out Highlights“) entstehen.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ unterdrückt wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Anzeigesystem bereitzustellen, mit dem die Sichtbarkeit verbessert werden kann. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Anzeigesystem bereitzustellen, das mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges Anzeigesystem bereitzustellen.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ unterdrückt wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, mit dem die Sichtbarkeit verbessert werden kann. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, das mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Betriebsverfahren für ein neuartiges Anzeigesystem bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, sämtliche dieser Aufgaben zu erfüllen. Weitere Aufgaben werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigesystem, das eine Abbildungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung beinhaltet, wobei die Abbildungsvorrichtung erste in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet, die Anzeigevorrichtung zweite in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet, die Abbildungsvorrichtung eine Funktion aufweist, erste Bilddaten auf Grundlage der Beleuchtungsstärke von Licht, das auf die ersten Pixel einfällt, zu erzeugen, die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, ein Histogramm auf Grundlage der ersten Bilddaten anzulegen, die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche (Beleuchtungsstärkeniveaus bzw. Beleuchtungsstärkegrade) einzuteilen, die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, zweite Bilddaten durch Durchführen einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten zu erzeugen, indem Graustufen, die der Beleuchtungsstärke von Licht entsprechen, das auf die ersten Pixel einfällt, und als Informationen in den ersten Bilddaten enthalten sind, umgewandelt werden (die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, Graustufen, die in den ersten Bilddaten als Informationen enthalten sind und der Beleuchtungsstärke des auf die ersten Pixel einfallenden Lichts entsprechen, umzuwandeln, um zweite Bilddaten zu erzeugen, die durch die Durchführung einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten erhalten werden), und die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, eine Komprimierungsrate der Dynamic Range Komprimierung je Beleuchtungsstärkebereich auf Grundlage eines Integralwerts des Histogramms der jeweiligen Beleuchtungsstärkebereiche zu berechnen (die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, eine Komprimierungsrate der Dynamic Range Komprimierung für jeden der Beleuchtungsstärkebereiche auf Grundlage eines Integralwerts im Histogramm zu berechnen).
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit großem Integralwert kleiner sein als die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit kleinem Integralwert.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ein neuronales Netz aufweisen, wobei das neuronale Netz eine Funktion aufweisen kann, auf Grundlage der ersten Bilddaten dritte Bilddaten vorherzusagen, die von der Abbildungsvorrichtung in einer späteren Bildperiode als der Bildperiode erhalten bzw. akquiriert werden, in der die ersten Bilddaten erhalten worden sind.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Steuervorrichtung eine Funktion aufweisen, auf Grundlage der dritten Bilddaten zu entscheiden, ob die Komprimierungsrate aktualisiert bzw. geändert werden soll oder nicht.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem, das eine Abbildungsvorrichtung, die erste in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet, eine Steuervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung beinhaltet, die zweite in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet, wobei die Abbildungsvorrichtung erste Bilddaten auf Grundlage der Beleuchtungsstärke von Licht, das auf die ersten Pixel einfällt, erzeugt, die Steuervorrichtung ein Histogramm auf Grundlage der ersten Bilddaten anlegt, die Steuervorrichtung das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche einteilt, die Steuervorrichtung zweite Bilddaten durch Durchführen einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten mit einer Komprimierungsrate erzeugt, die je Beleuchtungsstärkebereich auf Grundlage eines Integralwerts des Histogramms der jeweiligen Beleuchtungsstärkebereiche berechnet wird, indem Graustufen umgewandelt werden, die der Beleuchtungsstärke von Licht entsprechen, das auf die ersten Pixel einfällt, und als Informationen in den ersten Bilddaten enthalten sind.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann an den ersten Bilddaten eine Dynamic Range Komprimierung derart durchgeführt werden, dass die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit großem Integralwert kleiner ist als die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit kleinem Integralwert.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ein neuronales Netz aufweisen, wobei das neuronale Netz auf Grundlage der ersten Bilddaten dritte Bilddaten, die von der Abbildungsvorrichtung in einer späteren Bildperiode als der Bildperiode erhalten werden, in der die ersten Bilddaten erhalten worden sind, vorhersagt (vorhersieht bzw. vorausberechnet) und auf Grundlage der dritten Bilddaten entscheidet, ob die Komprimierungsrate aktualisiert bzw. geändert werden soll oder nicht.
Wirkung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig ein Verschwimmen von angezeigten Bildern unterdrückt wird. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-Out Highlights“ unterdrückt werden kann. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Anzeigesystem bereitzustellen, mit dem die Sichtbarkeit verbessert werden kann. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Anzeigesystem bereitzustellen, das schnell arbeitet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein neuartiges Anzeigesystem bereitzustellen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig ein Verschwimmen von angezeigten Bildern unterdrückt wird. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, bei dem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden kann und gleichzeitig die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-Out Highlights“ unterdrückt werden kann. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, mit dem die Sichtbarkeit verbessert werden kann. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Betriebsverfahren für ein Anzeigesystem bereitzustellen, das schnell arbeitet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein Betriebsverfahren für ein neuartiges Anzeigesystem bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Effekte beschränkt ist. Es ist zum Beispiel möglich, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung je nach Umständen oder Bedingungen einen anderen Effekt aufweist. Außerdem ist es beispielsweise möglich, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung je nach Umständen oder Bedingungen keinen der vorstehenden Effekte aufweist.
Figurenliste

[1] Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines Anzeigesystems veranschaulicht.
[2] Darstellung, die ein Anzeigesystem veranschaulicht.
[3] Diagramm, das ein Anzeigesystem veranschaulicht.
[4] Darstellungen bzw. Diagramme, die ein Anzeigesystem veranschaulichen.
[5] Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines Anzeigesystems veranschaulicht.
[6] Ablaufdiagramm (Flussdiagramm), das ein Beispiel für ein Betriebsverfahren eines Anzeigesystems veranschaulicht.
[7] Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für ein Betriebsverfahren eines Anzeigesystems veranschaulicht.
[8] Darstellung, die ein Strukturbeispiel einer Pixelschaltung veranschaulicht, und Zeitdiagramm, das ein Beispiel für ein Betriebsverfahren eines Abbildungsvorgangs veranschaulicht.
[9] Darstellungen, die Strukturbeispiele von Pixeln einer Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
[10] Darstellungen, die Strukturbeispiele von Pixeln einer Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
[11] Darstellungen, die Strukturbeispiele von Pixeln einer Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
[12] Darstellungen, die Strukturbeispiele von Pixeln einer Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
[13] Darstellungen, die Strukturbeispiele von Pixeln einer Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
[14] Perspektivische Ansichten von Gehäusen (Packages) bzw. Modulen, die eine Abbildungsvorrichtung beinhalten.
[15] Schaltpläne, die Strukturbeispiele einer Anzeigevorrichtung veranschaulichen.
[16] Darstellungen, die Strukturbeispiele einer Anzeigevorrichtung veranschaulichen.
[17] Darstellungen, die Strukturbeispiele einer Anzeigevorrichtung veranschaulichen.
[18] Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel einer Speicherschaltung veranschaulicht.
[19] Darstellungen, die Strukturbeispiele einer Speicherschaltung veranschaulichen.
[20] Darstellungen, die ein Strukturbeispiel eines neuronalen Netzes veranschaulichen.
[21] Darstellung, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
[22] Darstellung, die ein Strukturbeispiel einer Speicherzelle veranschaulicht.
[23] Darstellung, die ein Strukturbeispiel einer Offset-Schaltung veranschaulicht.
[24] Zeitdiagramm, das ein Beispiel für ein Betriebsverfahren einer Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
[25] Darstellungen, die Beispiele für Fortbewegungsmittel veranschaulichen.

Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Für den Fachmann ist leicht ersichtlich, dass Modi und Details der vorliegenden Erfindung in unterschiedlicher Weise verändert werden können, ohne dabei vom Erfindungsgedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
In den Zeichnungen sind Größen, Schichtdicken oder Bereiche in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben dargestellt. Deshalb sind die Größen, die Schichtdicken oder die Bereiche nicht auf das dargestellte Größenverhältnis beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematische Ansichten sind, die ideale Beispiele zeigen, und dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf Formen oder Werte, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt sind. Beispielsweise können die folgenden Schwankungen mit eingeschlossen werden: Schwankungen eines Signals, einer Spannung oder eines Stroms aufgrund eines Rauschens oder einer Zeitdifferenz.
In dieser Beschreibung werden in einigen Fällen Begriffe zum Beschreiben der Anordnung, wie z. B. „über“, „oberhalb“, „unter“ und „unterhalb“, der Einfachheit halber beim Beschreiben der Positionsbeziehung zwischen Komponenten anhand von Zeichnungen verwendet. Die Positionsbeziehung zwischen Komponenten wird angemessen entsprechend einer Richtung verändert, in der jede Komponente beschrieben wird. Deshalb gibt es keine Beschränkung hinsichtlich der Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, und eine Beschreibung kann je nach Situation angemessen erfolgen.
Es sei angemerkt, dass die Anordnung von Schaltungsblöcken in einem Blockdiagramm in einer Zeichnung die positionelle Beziehung zum Beschreiben festlegt. Daher kann selbst dann, wenn eine Zeichnung zeigt, dass unterschiedliche Funktionen in unterschiedlichen Schaltungsblöcken erzielt werden, ein realer Schaltungsblocksatz derart konfiguriert sein, dass die unterschiedlichen Funktionen in dem gleichen Schaltungsblock erzielt werden. Funktionen werden den Schaltungsblöcke zur Beschreibung zugeordnet. Es könnten auch in dem Fall, in dem ein Schaltungsblock dargestellt ist, Blöcke in einem realen Schaltungsblock derart bereitgestellt sein, dass eine durch einen Schaltungsblock durchgeführte Verarbeitung durch eine Vielzahl von Schaltungsblöcken durchgeführt wird.
In dieser Beschreibung und dergleichen ist mit einer Halbleitervorrichtung eine Vorrichtung gemeint, bei der Halbleitereigenschaften genutzt werden, und sie bezeichnet eine Schaltung, die ein Halbleiterelement (z. B. einen Transistor, eine Diode oder eine Photodiode) beinhaltet, eine Vorrichtung, die die Schaltung beinhaltet, und dergleichen. Mit der Halbleitervorrichtung ist auch jede Vorrichtung gemeint, die unter Nutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Beispielsweise handelt es sich bei einer integrierten Schaltung und einem Chip, der eine integrierte Schaltung (Integrated Circuit, IC) beinhaltet, um Halbleitervorrichtungen. Des Weiteren könnten eine Speichervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine elektronische Vorrichtung und dergleichen an sich Halbleitervorrichtungen sein oder könnten jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
Des Weiteren bedeutet die explizite Erläuterung „X und Y sind verbunden“ in dieser Beschreibung und dergleichen, dass der Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind, der Fall, in dem X und Y funktional verbunden sind, und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart sind. Dementsprechend ist, ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise in einer in Zeichnungen oder Texten gezeigten bzw. beschriebenen Verbindungsbeziehung eine weitere Verbindungsbeziehung als die gezeigte bzw. beschriebene Verbindungsbeziehung ebenfalls enthalten. Hier bezeichnen X und Y ein Objekt (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film, eine Schicht oder dergleichen).
Ein Transistor beinhaltet drei Anschlüsse: ein Gate, eine Source und einen Drain. Ein Gate ist ein Knoten, der den Leitungszustand eines Transistors steuert. In Abhängigkeit vom Typ des Transistors oder den Pegeln der Potentiale, die an die Anschlüsse angelegt werden, dient ein Knoten von zwei Eingangs-/Ausgangsknoten als Source, und der andere Knoten dient als Drain. Deshalb können die Begriffe „Source“ und „Drain“ in dieser Beschreibung und dergleichen gegeneinander ausgetauscht werden.
Ein Knoten kann in Abhängigkeit von der Schaltungskonfiguration, der Bauteilstruktur oder dergleichen als Anschluss, Leitung, Elektrode, leitende Schicht, Leiter, Verunreinigungsbereich oder dergleichen bezeichnet werden. Außerdem kann ein Anschluss, eine Leitung oder dergleichen als Knoten bezeichnet werden.
In vielen Fällen bezeichnet eine Spannung eine Potentialdifferenz zwischen einem bestimmten Potential und einem Referenzpotential (z. B. einem Erdpotential (GND) oder einem Source-Potential). Eine Spannung kann daher auch als Potential bezeichnet werden. Es sei angemerkt, dass das Potential einen relativen Wert darstellt. Deshalb bedeutet „Erdpotential“ nicht notwendigerweise 0 V.
In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Film“ und „Schicht“ je nach Sachlage oder Umständen ausgetauscht werden. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht“ in einigen Fällen in den Begriff „leitender Film“ umgewandelt werden. Beispielsweise kann der Begriff „Isolierfilm“ in einigen Fällen in den Begriff „Isolierschicht“ umgewandelt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Ordnungszahlen, wie z. B. „erste“, „zweite“ und „dritte“, verwendet, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, daher schränken die Begriffe weder die Anzahl noch die Reihenfolge von Komponenten ein.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet ein künstliches neuronales Netz (artificial neural network, ANN; im Folgenden als neuronales Netz bezeichnet) im Allgemeinen ein Modell, das ein biologisches neuronales Netz imitiert. Im Allgemeinen weist ein neuronales Netz eine Struktur auf, bei der Einheiten, die Neuronen imitieren, über eine Einheit, die eine Synapse imitiert, miteinander verbunden sind.
Die Verbindungsstärke der Synapse (d. h., zwischen den Neuronen) (auch Gewichtskoeffizient genannt) kann geändert werden, wenn das neuronale Netz mit vorhandenen Informationen versorgt wird. Eine derartige Verarbeitung zum Bestimmen von Verbindungsstärken durch Bereitstellen eines neuronalen Netzes mit vorhandenen Informationen wird in einigen Fällen als „Lernen“ bezeichnet.
Wenn ein neuronales Netz, in dem „gelernt“ wurde (Verbindungsstärken ermittelt wurden), mit einigen Informationen (Daten) versorgt wird, können auf Basis der Verbindungsstärken neue Informationen ausgegeben werden. Eine solche Verarbeitung zur Ausgabe neuer Informationen auf der Grundlage der bereitgestellten Informationen und Verbindungsstärken in einem neuronalen Netz wird manchmal als „Inferenz“ oder „Erkennung“ bezeichnet.
Beispiele für Modelle neuronaler Netze sind ein neuronales Hopfield-Netz und ein hierarchisches neuronales Netz. Insbesondere können ein mehrschichtiges neuronales Netz als „Deep Neural Network“ (DNN; tiefes neuronales Netz) und maschinelles Lernen mit einem tiefen neuronalen Netz als „Deep Learning“ bezeichnet werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird der Begriff „Metalloxid“ breit aufgefasst und bezeichnet ein Oxid eines Metalls. Metalloxide werden in einen Oxidisolator, einen Oxidleiter (darunter auch einen durchsichtigen Oxidleiter), einen Oxidhalbleiter (oxide semiconductor; auch einfach als OS bezeichnet) und dergleichen unterteilt. Beispielsweise wird ein Metalloxid, das in einer aktiven Schicht eines Transistors verwendet wird, in einigen Fällen als Oxidhalbleiter bezeichnet. Das heißt, dass ein Metalloxid, das in einem Kanalbildungsbereich eines Transistors mit mindestens einer Verstärkungsfunktion, einer Gleichrichterfunktion oder einer Schalterfunktion enthalten ist, als Metalloxidhalbleiter oder kurz als OS bezeichnet werden kann. Das heißt, dass es sich bei einem OS-FET (oder OS-Transistor) um einen Transistor handelt, der ein Metalloxid oder einen Oxidhalbleiter enthält.
In dieser Beschreibung und dergleichen kann „Kristall mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystal, CAAC)“ oder „wolkenartig ausgerichtetes Verbundmaterial (Cloud-Aligned Composite, CAC)“ in einigen Fällen angegeben werden. Es sei angemerkt, dass CAAC ein Beispiel für eine Kristallstruktur bezeichnet und CAC ein Beispiel für eine Funktion oder eine Materialzusammensetzung bezeichnet.
In dieser Beschreibung und dergleichen weist ein CAC-OS oder ein CAC-Metalloxid eine leitende Funktion in einem Teil des Materials auf und eine isolierende Funktion in einem anderen Teil des Materials auf; als Ganzes weist der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid eine Funktion eines Halbleiters auf. Es sei angemerkt, dass es sich in dem Fall, in dem der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid in einer aktiven Schicht eines Transistors verwendet wird, bei der leitenden Funktion um eine Funktion handelt, die ermöglicht, dass Elektronen (oder Löcher) fließen, die als Ladungsträger dienen, und dass es sich bei der isolierenden Funktion um eine Funktion handelt, die nicht ermöglicht, dass Elektronen fließen, die als Ladungsträger dienen. Durch die komplementäre Wirkung der leitenden Funktion und der isolierenden Funktion kann der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid eine Schaltfunktion (Ein-/Ausschaltfunktion) aufweisen. In dem CAC-OS oder dem CAC-Metalloxid kann eine Trennung der Funktionen jede Funktion maximieren.
In dieser Beschreibung und dergleichen umfasst der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid leitende Bereiche und isolierende Bereiche. Die leitenden Bereiche weisen die vorstehend beschriebene leitende Funktion auf, und die isolierenden Bereiche weisen die vorstehend beschriebene isolierende Funktion auf. In einigen Fällen sind ferner die leitenden Bereiche und die isolierenden Bereiche in der Größenordnung von Nanoteilchen in dem Material getrennt. In einigen Fällen sind ferner die leitenden Bereiche und die isolierenden Bereiche in dem Material ungleichmäßig verteilt. In einigen Fällen werden leitende Bereiche beobachtet, die wolkenartig miteinander verbunden sind und deren Grenze undeutlich ist.
Des Weiteren weisen in einigen Fällen in dem CAC-OS oder dem CAC-Metalloxid die leitenden Bereiche und die isolierenden Bereiche jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 3 nm auf, und sie sind in dem Material dispergiert.
Der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid enthält ferner Komponenten mit verschiedenen Bandlücken. Der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid enthält beispielsweise eine Komponente mit einer großen Lücke aufgrund des isolierenden Bereichs und eine Komponente mit einer kleinen Lücke aufgrund des leitenden Bereichs. Im Falle einer derartigen Zusammensetzung fließen Ladungsträger hauptsächlich in der Komponente mit einer kleinen Lücke. Die Komponente mit einer kleinen Lücke komplementiert außerdem die Komponente mit einer großen Lücke, und Ladungsträger fließen auch in der Komponente mit einer großen Lücke in Zusammenhang mit der Komponente mit einer kleinen Lücke. Deshalb können in dem Fall, in dem der vorstehend beschriebene CAC-OS oder das CAC-Metalloxid in einem Kanalbereich eines Transistors verwendet wird, eine hohe Stromtreiberfähigkeit im Durchlasszustand des Transistors, d. h. ein hoher Durchlassstrom, und eine hohe Feldeffektmobilität erhalten werden.
Mit anderen Worten: Der CAC-OS oder das CAC-Metalloxid kann als Matrix-Verbundmaterial (matrix composite) oder Metall-Matrix-Verbundmaterial (metal matrix composite) bezeichnet werden.
(Ausführungsform 1)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Anzeigesystem, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Anzeigesystem, das eine Abbildungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung beinhaltet, und ein Betriebsverfahren des Anzeigesystems. Pixel in der Abbildungsvorrichtung und der Anzeigevorrichtung sind in einer Matrix angeordnet. Ferner ist die Abbildungsvorrichtung mit einer A/D-Wandlerschaltung ausgestattet und ist die Anzeigevorrichtung mit einer D/A-Wandlerschaltung ausgestattet.
Mit den Pixeln in der Abbildungsvorrichtung werden analoge Abbildungsdaten erhalten, die durch die in der Abbildungsvorrichtung bereitgestellte A/D-Wandlerschaltung in digitale Bilddaten umgewandelt werden. An den Bilddaten wird mittels Steuervorrichtung eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt. Die Bilddaten nach der Dynamic Range Komprimierung werden durch die in der Anzeigevorrichtung bereitgestellte D/A-Wandlerschaltung in analoge Anzeigedaten umgewandelt. Auf diese Weise kann die Anzeigevorrichtung ein Bild, das den Abbildungsdaten entspricht, anzeigen, selbst wenn die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung niedriger ist als diejenige der Abbildungsvorrichtung.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Bilddaten vor der Dynamic Range Komprimierung in einigen Fällen als erste Bilddaten bezeichnet. Ferner werden Bilddaten nach der Dynamic Range Komprimierung in einigen Fällen als zweite Bilddaten bezeichnet.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dynamic Range Komprimierungsraten der ersten Bilddaten derart eingestellt, dass sie sich je nach Beleuchtungsstärkebereich unterscheiden. Im Besonderen wird unter Licht, das auf die in der Abbildungsvorrichtung enthaltenen Pixel einfällt, eine kleine Dynamic Range Komprimierungsrate für einen Beleuchtungsstärkebereich gewählt, innerhalb dessen die Mehrheit der Pixel bestrahlt wird, und eine große Dynamic Range Komprimierungsrate für einen Beleuchtungsstärkebereich gewählt, innerhalb dessen nur eine Minderheit der Pixel bestrahlt wird. Auf diese Weise kann ein Verschwimmen eines von der Anzeigevorrichtung angezeigten Bildes unterdrückt werden, selbst wenn eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt wird. Ferner ist es möglich, die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ zu unterdrücken. Auf die vorstehende Weise ist es möglich, die Sichtbarkeit des von der Anzeigevorrichtung angezeigten Bildes zu erhöhen.
Die Steuervorrichtung kann ferner ein neuronales Netz aufweisen. Das neuronale Netz kann auf Grundlage der ersten Bilddaten erste Bilddaten in einem späteren Frame (Bild) vorhersagen. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise entsprechend dem Vorhersageergebnis die Aktualisierungsfrequenz (Änderungsfrequenz) bzw. Aktualisierungshäufigkeit (Änderungshäufigkeit) der Dynamic Range Komprimierungsrate festlegen bzw. bestimmen. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Beleuchtungsstärkeänderung der ersten Bilddaten voraussichtlich klein ist, die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate niedrig eingestellt werden und kann in dem Fall, in dem die Beleuchtungsstärkeänderung der ersten Bilddaten voraussichtlich groß ist, die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate hoch eingestellt werden. Ferner kann die Dynamic Range Komprimierungsrate in dem Fall geändert werden, in dem die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ oder „Blown-out Highlights“ vorausgesehen wird. Auf die vorstehende Weise kann das Anzeigesystem mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, da beispielsweise die Notwendigkeit wegfällt, die Dynamic Range Komprimierungsrate je Frameperiode (Bildperiode) zu ändern. Da die Dynamic Range Komprimierungsrate zu einem passenden Zeitpunkt geändert werden kann, kann eine Verringerung der Sichtbarkeit eines von der Anzeigevorrichtung angezeigten Bildes unterdrückt werden und gleichzeitig die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate verringert werden.
Wenn Fortbewegungsmittel, wie z. B. Autos und dergleichen, mit einer Abbildungsvorrichtung ausgestattet werden, ist eine hohe Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung erforderlich. Folglich ist die Verwendung eines Anzeigesystems einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Fortbewegungsmitteln, wie z. B. Autos und dergleichen, besonders zu bevorzugen.
<Strukturbeispiel 1 eines Anzeigesystems>
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines Anzeigesystems 10 zeigt, bei dem es sich um ein Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt. Das Anzeigesystem 10 beinhaltet eine Abbildungsvorrichtung 20, eine Steuervorrichtung 30 und eine Anzeigevorrichtung 40.
Die Abbildungsvorrichtung 20 beinhaltet ein Pixelarray 22, das in einer Matrix angeordnete Pixel 21 beinhaltet, einen Zeilentreiber 23, eine A/D-Wandlerschaltung 25 und einen Spaltentreiber 26. Es sei angemerkt, dass auch ein CDS-Schaltkreis oder dergleichen bereitgestellt sein kann.
In der Abbildungsvorrichtung 20 ist pro Zeile des Pixelarrays 22 eine Leitung 178 vorgesehen, wobei genau eine Leitung 178 elektrisch mit Pixeln 21 in einer Zeile und dem Zeilentreiber 23 verbunden ist. In der Abbildungsvorrichtung 20 ist pro Spalte des Pixelarrays 22 eine Leitung 174 vorgesehen, wobei genau eine Leitung 174 elektrisch mit Pixeln 21 in einer Spalte, der A/D-Wandlerschaltung 25 und dem Spaltentreiber 26 verbunden ist.
Die Abbildungsvorrichtung 20 weist eine Funktion auf, analoge Abbildungsdaten entsprechend der Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts zu akquirieren. Ferner weist der Zeilentreiber 23 in der Abbildungsvorrichtung 20 mit der in 1 gezeigten Struktur eine Funktion auf, Zeilen des Pixelarrays 22 auszuwählen. Der Spaltentreiber 26 weist eine Funktion auf, Spalten des Pixelarrays 22 auszuwählen. Die A/D-Wandlerschaltung 25 weist eine Funktion auf, die Abbildungsdaten in digitale Bilddaten IMG1 umzuwandeln und die Bilddaten IMG1, die einer vom Spaltentreiber 26 ausgewählten Spalte entsprechen, an die Steuervorrichtung 30 auszugeben. In den Bilddaten IMG1 wird die Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts als Graustufe dargestellt.
Bei der Abbildungsvorrichtung 20 handelt es sich konkret beispielsweise um ein Kameramodul, das an einem Fortbewegungsmittel, wie z. B. einem Auto und dergleichen, angebracht werden kann. Deshalb weist die Abbildungsvorrichtung 20 vorzugsweise ein Abbildungselement mit hoher Dynamic Range auf. Beispielsweise ist es möglich, verschwommene Abschnitte der Abbildungsdaten bei der Aufnahme eines Aufnahmeobjekts, bei dem die Kontrastunterschiede groß sind, zu verringern, indem ein Abbildungselement, das Selen enthält, für die Pixel 21 verwendet wird.
Die Steuervorrichtung 30 beinhaltet eine Analyseschaltung 31 und eine Graustufenbestimmungsschaltung 32. Die Steuervorrichtung 30 weist eine Funktion auf, eine Graustufe/Graustufen, die als Information/en in den Bilddaten IMG1 enthalten ist/sind und der Beleuchtungsstärke/den Beleuchtungsstärken des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts entspricht/entsprechen, in eine Graustufe/Graustufen umzuwandeln, die von den Pixeln 41 in der Anzeigevorrichtung 40 angezeigt/dargestellt werden kann/können. Bilddaten nach der Graustufenänderung durch die Steuervorrichtung 30 werden hier als Bilddaten IMG2 bezeichnet. Indem die Bilddaten IMG1 zu Bilddaten IMG2 geändert werden, kann eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden.
Die Analyseschaltung 31 in der Steuervorrichtung 30 mit der in 1 gezeigten Struktur weist eine Funktion auf, auf Grundlage der Bilddaten IMG1 die Anzahl der Pixel 21 pro Beleuchtungsstärke des einfallenden Lichts zu zählen und ein Histogramm anzulegen.
Die Graustufenbestimmungsschaltung 32 weist eine Funktion auf, auf Grundlage des Histogramms die Dynamic Range Komprimierungsraten der Bilddaten IMG1 zu bestimmen. Obwohl Details später beschrieben werden, sei angemerkt, dass das Histogramm beispielsweise in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche unterteilt bzw. eingeteilt wird und die Dynamic Range Komprimierungsraten derart eingestellt werden, dass sie sich je nach Beleuchtungsstärkebereich unterscheiden. Konkret kann die Dynamic Range Komprimierungsrate für einen Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen die Mehrheit der Pixel 21 beleuchtet wird, niedrig eingestellt werden und kann die Dynamic Range Komprimierungsrate für einen Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen nur eine Minderheit der Pixel 21 beleuchtet wird, hoch eingestellt werden.
Die Graustufenbestimmungsschaltung 32 weist eine Funktion auf, Bilddaten IMG2 zu erzeugen, indem, nach der Bestimmung der Dynamic Range Komprimierungsraten der Bilddaten IMG1, die Graustufen der Bilddaten IMG1 entsprechend den bestimmten Dynamic Range Komprimierungsraten geändert werden.
Die Anzeigevorrichtung 40 beinhaltet ein Pixelarray 42, das in einer Matrix angeordnete Pixel 41 beinhaltet, einen Zeilentreiber 43 und einen Spaltentreiber 46. Hier ist der Spaltentreiber 46 mit einer D/A-Wandlerschaltung versehen.
In der Anzeigevorrichtung 40 ist pro Zeile des Pixelarrays 42 eine Leitung 3178 vorgesehen, wobei genau eine Leitung 3178 elektrisch mit Pixeln 41 in einer Zeile und dem Zeilentreiber 43 verbunden ist. In der Anzeigevorrichtung 40 ist pro Spalte des Pixelarrays 42 eine Leitung 3174 vorgesehen, wobei genau eine Leitung 3174 elektrisch mit Pixeln 41 in einer Spalte und dem Spaltentreiber 46 verbunden ist.
Die Anzeigevorrichtung 40 weist eine Funktion auf, ein Bild anzuzeigen, indem die Beleuchtungsstärke des von den Pixeln 41 emittierten Lichts gesteuert wird. Ferner weist der Zeilentreiber 43 in der Anzeigevorrichtung 40 mit der in 1 gezeigten Struktur eine Funktion auf, Zeilen des Pixelarrays 42 auszuwählen. Der Spaltentreiber 46 weist eine Funktion auf, analoge Anzeigedaten zu erzeugen, indem eine D/A-Umwandlung an den digitalen Bilddaten IMG2 durchgeführt wird. Der Spaltentreiber 46 weist ferner eine Funktion auf, die erzeugten Anzeigedaten in die Pixel 41 zu schreiben. Auf diese Weise kann die Anzeigevorrichtung 40 ein Bild anzeigen, das den Anzeigedaten entspricht.
In dem Anzeigesystem 10 führt die Steuervorrichtung 30 eine Dynamic Range Komprimierung an den Bilddaten IMG1, die von der Abbildungsvorrichtung 20 erzeugt wurden, durch, wodurch Bilddaten IMG2 erzeugt werden, in denen die Beleuchtungsstärke von Licht, das von den Pixeln 41 in der Anzeigevorrichtung 40 ein ittiert wird, als Graustufe wiedergegeben wird. Die Anzeigevorrichtung 40 zeigt ein Bild an, das den Bilddaten IMG2 entspricht. Wie vorstehend beschrieben, weist die Abbildungsvorrichtung 20 vorzugsweise eine hohe Dynamic Range auf. Folglich kann die Anzeigevorrichtung 40 ein Bild anzeigen, indem eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt wird, selbst wenn die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung 40 niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung 20.
Details der Funktionsweise der Steuervorrichtung 30 werden anhand von 2 bis 4 beschrieben. 2 stellt die Umwandlung von Bilddaten IMG1 zu Bilddaten IMG2 dar. 2 stellt den Fall dar, in dem der von den Bilddaten IMG2 darstellbare Beleuchtungsstärkeumfang kleiner ist als der von den Bilddaten IMG1 darstellbare Beleuchtungsstärkeumfang, d. h. den Fall, in dem die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung 40 kleiner ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung 20. 2 zeigt beispielsweise den Fall, in dem die Bilddaten IMG1 32 Graustufen darstellen können und die Bilddaten IMG2 8 Graustufen darstellen können. Es sei angemerkt, dass die von den Bilddaten IMG2 darstellbaren Graustufen von der Seite mit einer niedrigen Beleuchtungsstärke aus der Reihe nach auf eine Graustufe 47[1] bis Graustufe 47[8] eingestellt werden können.
In dieser Beschreibung und dergleichen weist eine Graustufe, die eine hohe Beleuchtungsstärke darstellt, einen größeren Graustufenwert auf als eine Graustufe, die eine niedrige Beleuchtungsstärke darstellt. Unter den Graustufen 47[1] bis 47[8], die in 2 gezeigt werden, ist beispielsweise der Graustufenwert der Graustufe 47[1] der kleinste und der Graustufenwert der Graustufe 47[8] der größte.
Wie in 2 dargestellt, werden beispielsweise 6 Graustufen in den Bilddaten IMG1 als Graustufe 47[1] dargestellt. Folglich ist es möglich, die Dynamic Range von 6 Graustufen zu einer einzigen Graustufe zu komprimieren (zusammengefasst). Jedoch handelt es sich bei der Graustufe 47[2] um lediglich 2 Graustufen in den Bilddaten IMG1. Das heißt, es wird die Dynamic Range von zwei Graustufen zu einer einzigen Graustufe komprimiert. Hier kann die Dynamic Range Komprimierungsrate wie folgt ausgedrückt werden: „Anzahl der Graustufen der Bilddaten IMG2/Anzahl der Graustufen der Bilddaten IMG1“; wobei dabei gilt: je kleiner dieser Wert, desto höher die Dynamic Range Komprimierungsrate. Bei dem in 2 dargestellten Fall, ist die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung der Graustufen der Bilddaten IMG1 zu der Graustufe 47[1] 1/6 und bei der Umwandlung der Graustufen der Bilddaten IMG2 zu der Graustufe 47[2] 1/2. Folglich kann auch gesagt werden, dass die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung der Graustufen der Abbildungsdaten zu der Graustufe 47[1] höher ist als bei der Umwandlung der Graustufen der Abbildungsdaten zu der Graustufe 47[2].
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können dann, wenn die Bilddaten IMG1 für eine Dynamic Range Komprimierung in die Bilddaten IMG2 umgewandelt werden, die Dynamic Range Komprimierungsraten, wie in 2 gezeigt, je (für jeden) Beleuchtungsstärkebereich geändert werden.
Es sei angemerkt, dass in 2 der Fall gezeigt wird, in dem die Untergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden kann, höher ist als die Untergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden kann, und die Obergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden kann, niedriger ist als die Obergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden kann; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Untergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden kann, unter der Untergrenze der Beleuchtungsstärke liegen, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden kann. Ferner kann die Obergrenze der Beleuchtungsstärke, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden kann, über der Obergrenze der Beleuchtungsstärke liegen, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden kann.
Ferner wird in 2 der Fall gezeigt, in dem die Anzahl der Graustufen, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden können, kleiner ist als die Anzahl der Graustufen, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden können; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der Graustufen, die durch die Bilddaten IMG2 dargestellt werden können, gleich der Anzahl der Graustufen sein, die durch die Bilddaten IMG1 dargestellt werden können.
Der obere Abschnitt in 3 stellt ein durch die Analyseschaltung 31 erhaltenes Histogramm dar; die Längsachse stellt die Anzahl der Pixel 21 dar und die Querachse stellt die Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts dar. Der untere Abschnitt in 3 stellt einen Graphen dar, der die Beziehung zwischen den Graustufen, die von den Bilddaten IMG2 dargestellt werden, die dem Bild entsprechen, das von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigt wird, und der Beleuchtungsstärke des Lichts zeigt, das auf die Pixel 21 in der Abbildungsvorrichtung 20 einfällt. Mit anderen Worten: Die Längsachse des Graphen im unteren Abschnitt in 3 stellt die Beleuchtungsstärke des Lichts dar, das von den Pixeln 41 in der Anzeigevorrichtung 40 emittiert wird, wobei sich die Beleuchtungsstärke aufwärts steigend erhöht.
Im unteren Abschnitt in 3 zeigt die durchgehende Linie den Fall, in dem die Graustufenbestimmungsschaltung 32 die Dynamic Range Komprimierungsrate unter Verwendung des im oberen Abschnitt in 3 gezeigten Histogramms bestimmt, und die gestrichelte Linie zeigt den Fall, in dem die Dynamic Range Komprimierungsrate unabhängig von der Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts konstant ist.
In 3 ist die Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts in Beleuchtungsstärkebereiche 50[1] bis 50[8] unterteilt. Es sei angemerkt, dass die Querachsen in dem Histogramm im oberen Abschnitt in 3 und in dem Graphen im unteren Abschnitt in 3 gleich sind; das linke Ende der Querachsen zeigt die Untergrenze der Beleuchtungsstärke des Lichts, das von den Pixeln 21 erkannt werden kann, und das rechte Ende der Querachsen zeigt die jeweilige Obergrenze.
Wie durch die durchgehende Linie im unteren Abschnitt in 3 dargestellt, ist die Erhöhung des Graustufenwertes, der durch die Bilddaten IMG2 dargestellt wird, in dem Beleuchtungsstärkebereich 50, innerhalb dessen nur eine Minderheit der Pixel 21 bestrahlt wird, d. h. innerhalb dessen der Integralwert in dem im oberen Abschnitt in 3 gezeigten Histogramm klein ist, unter den Graustufenbereichen 50[1] bis 50[8] gering, selbst wenn die Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts zunimmt. Mit anderen Worten: Es kann festgehalten werden, dass, wie bei der Umwandlung in die in 2 gezeigte Graustufe 47[1], die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung von den Bilddaten IMG1 zu den Bilddaten IMG2 hoch ist. Andererseits nimmt der Graustufenwert der Anzeigedaten in großem Maße zu, wenn in dem Beleuchtungsstärkebereich 50, innerhalb dessen eine Mehrheit der Pixel 21 bestrahlt wird, d. h. innerhalb dessen der Integralwert in dem im oberen Abschnitt in 3 gezeigten Histogramm groß ist, die Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts zunimmt. Mit anderen Worten: Es kann festgehalten werden, dass, wie bei der Umwandlung in die in 2 gezeigte Graustufe 47[2], die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung von den Bilddaten IMG1 zu den Bilddaten IMG2 niedrig ist. Aus dem Vorstehenden kann abgeleitet werden, dass in dem im unteren Abschnitt in 3 dargestellten Graphen die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung von den Bilddaten IMG1 zu den Bilddaten IMG2 eine steigende Tendenz aufweist; und es gilt: je steiler die Neigung, desto niedriger die Dynamic Range Komprimierungsrate bei der Umwandlung von den Abbildungsdaten zu den Anzeigedaten.
Die Graustufenbestimmungsschaltung 32 kann Bilddaten IMG2 erzeugen, indem an den Bilddaten IMG1 eine Dynamic Range Komprimierung mit einer Komprimierungsrate, die im unteren Abschnitt in 3 gezeigt wird, je Beleuchtungsstärkebereich 50 durchgeführt wird (d. h., die Graustufenbestimmungsschaltung 32 führt eine Dynamic Range Komprimierung an den Bilddaten IMG1 für jeden Beleuchtungsstärkebereich 50 unter Verwendung der im unteren Abschnitt in 3 gezeigten Komprimierungsrate durch, so dass die Bilddaten IMG2 erzeugt werden können).
Ein Beispiel für ein Berechnungsverfahren der Dynamic Range Komprimierungsrate wird unter Verwendung von 3 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Pixel 41 in der Anzeigevorrichtung 40 100 Graustufen darstellen (wiedergeben) können.
Zunächst wird an sämtlichen Pixeln 21 für jeden Beleuchtungsstärkebereich 50[1] bis 50[8] eine Berechnung für den Anteil der Pixel 21 vorgenommen, die mit Licht der Beleuchtungsstärken bestrahlt werden, die den Beleuchtungsstärkebereichen 50[1] bis 50[8] entsprechen. Als Nächstes werden entsprechend den berechneten Anteilen Graustufenwerte der Bilddaten IMG2, die den jeweiligen Beleuchtungsstärkebereichen 50[1] bis 50[8] zugeteilt werden, bestimmt (d. h., als Nächstes wird die Anzahl der Graustufen, die den jeweiligen Beleuchtungsstärkebereichen 50[1] bis 50[8] zugeordnet werden, in den Bilddaten IMG2 entsprechend dem berechneten Anteil bestimmt). In dem Fall, in dem beispielsweise Licht mit einer Beleuchtungsstärke, die dem Beleuchtungsstärkebereich 50[1] entspricht, auf 2 % der Pixel 21 einfällt, werden 2 Graustufen der Bilddaten IMG2 dem Beleuchtungsstärkebereich 50[1] zugeordnet. In dem Fall, in dem beispielsweise Licht mit einer Beleuchtungsstärke, die dem Beleuchtungsstärkebereich 50[2] entspricht, auf 24 % der Pixel 21 einfällt, werden 24 Graustufen der Bilddaten IMG2 dem Beleuchtungsstärkebereich 50[2] zugeordnet. Indem die Berechnung für sämtliche Beleuchtungsstärkebereiche 50[1] bis 50[8] durchgeführt wird, kann die Dynamic Range Komprimierungsrate für jeden Beleuchtungsstärkebereich 50[1] bis 50[8] berechnet werden.
4(A1) zeigt ein von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigtes Bild in dem Fall, in dem die Dynamic Range Komprimierungsrate unabhängig von der Beleuchtungsstärke des Lichts, das auf die in der Abbildungsvorrichtung 20 enthaltenen Pixel 21 einfällt, konstant ist, wie durch die gestrichelte Linie im unteren Abschnitt in 3 dargestellt. 4(A2) ist ein Histogramm für den Fall, dass die Anzeigevorrichtung 40 das in 4(A1) gezeigte Bild anzeigt. Die Längsachse stellt die Anzahl der Pixel 41 in der Anzeigevorrichtung 40 dar und die Querachse stellt die Beleuchtungsstärke des von den Pixeln 41 emittierten Lichts dar.
4(B1) zeigt ein von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigtes Bild in dem Fall, in dem die Dynamic Range Komprimierungsrate unter Verwendung eines wie im oberen Abschnitt in 3 gezeigten Histogramms je Beleuchtungsstärkebereich festgelegt wird, wie durch die durchgehende Linie im unteren Abschnitt in 3 dargestellt. 4(B2) ist ein Histogramm für den Fall, dass die Anzeigevorrichtung 40 das in 4(B1) gezeigte Bild anzeigt.
Es sei angemerkt, dass in 4(A2) und 4(B2) das linke Ende der Querachsen die Untergrenze der Beleuchtungsstärke des Lichts, das die Pixel 41 emittieren können, anzeigt und das rechte Ende der Querachsen die jeweilige Obergrenze anzeigt.
In dem in 4(A1) und 4(A2) gezeigten Fall ist die Anzahl der Pixel 41, die Licht mit einer Beleuchtungsstärke nahe der Untergrenze emittieren, und die Anzahl der Pixel 41, die Licht mit einer Beleuchtungsstärke nahe der Obergrenze emittieren, groß. Dadurch entstehen „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ und ein von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigtes Bild verschwimmt. Andererseits ist in dem in 4(B1) und 4(B2) gezeigten Fall im Vergleich zu dem in 4(A1) und 4(A2) gezeigten Fall die Anzahl der Pixel 41 je Beleuchtungsstärkebereich gleichmäßiger verteilt bzw. ausgeglichener. Folglich kann im Vergleich zu dem in 4(A1) und 4(A2) gezeigten Fall die Sichtbarkeit eines Bildes erhöht werden, da „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ nicht auftreten und das von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigte Bild scharf bzw. klar sein kann.
<Strukturbeispiel 2 eines Anzeigesystems>
5 stellt ein Blockdiagramm eines Modifikationsbeispiels des in 1 dargestellten Anzeigesystems 10 dar. Das Anzeigesystem 10 mit der in 5 dargestellten Struktur unterscheidet sich von dem Anzeigesystem 10 mit der in 4 dargestellten Struktur dahingehend, dass es neben der Analyseschaltung 31 und der Graustufenbestimmungsschaltung 32 eine Speicherschaltung 33 und eine Voraussageschaltung 34 beinhaltet.
Die Speicherschaltung 33 weist eine Funktion auf, Bilddaten IMG1, die von der Abbildungsvorrichtung 20 erzeugt werden, ein Histogramm, das von der Analyseschaltung 31 angelegt wird, eine Dynamic Range Komprimierungsrate, die von der Graustufenbestimmungsschaltung 32 berechnet wird, und dergleichen zu speichern. Die Voraussageschaltung 34 weist eine Funktion auf, Bilddaten IMG1 in einem späteren Frame als dem Frame vorauszusagen, in dem die Bilddaten IMG1 empfangen wurden (d. h., die Voraussageschaltung 34 weist eine Funktion auf, die Bilddaten IMG1 in nachfolgenden Frames nach dem Empfang der Bilddaten IMG1 vorherzusagen). Beispielsweise weist die Voraussageschaltung 34 eine Funktion auf, Bilddaten IMG1 in einem späteren Frame als dem Frame vorauszusagen, in dem die Bilddaten IMG1 erhalten wurden, oder Bilddaten IMG1 in zwei oder mehr späteren Frames als dem Frame vorauszusagen, in dem die Bilddaten IMG1 erhalten wurden.
Die Voraussageschaltung 34 weist beispielsweise eine Funktion auf, Bilddaten IMG1 auf Grundlage von Bilddaten IMG1, einem Histogramm und einer Dynamic Range Komprimierungsrate, die in der Speicherschaltung 33 gespeichert sind, Informationen, die auf einem Server 52 gespeichert sind, und Informationen, die von einem Gerät 53 erhalten werden, und dergleichen vorauszusagen. Es sei angemerkt, dass der Server 52 über das Netzwerk 51 mit der Voraussageschaltung 34 verbunden ist.
Die Voraussageschaltung 34 weist beispielsweise eine Funktion auf, eine Bilderkennung an den Bilddaten IMG1, die in der Speicherschaltung 33 gespeichert sind, durchzuführen und Daten über die Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs, eines entgegenkommenden Fahrzeugs und eines Fußgängers, Daten über die Beleuchtungsstärke von Sonnenlicht, Straßenlampen, Scheinwerfern und dergleichen sowie Daten über weitere Umgebungsdetails zu akquirieren. Ferner weist die Voraussageschaltung 34 beispielsweise eine Funktion auf, Echtzeit-Informationen und dergleichen von dem Server 52 zu erhalten. Beispielsweise kann es sich bei dem Gerät 53 um ein GPS (ein Global Positioning System) handeln, welches Informationen über die Position und Richtung eines Fortbewegungsmittels, an dem die Abbildungsvorrichtung 20 angebracht ist, akquiriert und die Informationen an die Voraussageschaltung 34 ausgibt. Die Voraussageschaltung 34 kann auf Grundlage der vorstehenden Informationen und dergleichen Bilddaten IMG1 voraussagen. Es sei angemerkt, dass das Gerät 53 aus zwei oder mehr Geräten bestehen kann.
Die Voraussageschaltung 34 kann den Änderungszeitpunkt, die Frequenz und dergleichen der Dynamic Range Komprimierungsrate entsprechend dem Voraussageergebnis bestimmen. In dem Fall, in dem beispielsweise die Entstehung von „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ vorausgesehen wird, kann die Dynamic Range Komprimierungsrate geändert werden. Ferner kann in dem Fall, in dem vorausgesehen wird, dass die Beleuchtungsstärkeänderung der Bilddaten IMG1 klein ist, die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate verringert werden; und in dem Fall, in dem vorausgesehen wird, dass die Beleuchtungsstärkeänderung der Bilddaten IMG1 groß ist, kann die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate erhöht werden. Auf die vorstehende Weise fällt beispielsweise die Notwendigkeit der Änderung (Aktualisierung) der Dynamic Range Komprimierungsrate je Bildperiode weg und der Betrieb des Anzeigesystems 10 kann beschleunigt werden. Da eine Änderung der Dynamic Range Komprimierungsrate zu einem passenden Zeitpunkt möglich ist, kann ferner die Verringerung der Sichtbarkeit eines von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigten Bildes unterdrückt werden, während die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate niedrig gehalten wird.
Hier ist es möglich, als Voraussageschaltung 34 eine Schaltung mit einem neuronalen Netz zu verwenden. Die Voraussageschaltung 34 mit der vorstehenden Struktur kann Bilddaten IMG1 mit hoher Genauigkeit vorhersagen.
Ein neuronales Netz weist durch Durchführen eines Lernvorgangs die vorstehend beschriebene Funktion auf. Während des Lernens werden die Bilddaten IMG1 neben Informationen, die von dem Server 52 und dem Gerät 53 erhalten werden, und dergleichen in das neuronale Netz eingegeben. Anschließend führt das neuronale Netz einen Lernvorgang unter Verwendung von Bilddaten IMG1 in einem späteren Frame als dem Frame, in dem die Bilddaten IMG1 eingegeben wurden, oder unter Verwendung von Bilddaten IMG1 in zwei oder mehr späteren Frames als dem Frame, in dem die Bilddaten IMG1 eingegeben wurden, als Lehrerdaten durch. Insbesondere wird beispielsweise der Gewichtskoeffizient des neuronalen Netzes aktualisiert. Indem dieser Vorgang wiederholt durchgeführt wird, kann das neuronale Netz die Bilddaten IMG1 mit hoher Genauigkeit voraussagen.
<Betriebsverfahrensbeispiel eines Anzeigesystems>
Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Betriebsverfahren des Anzeigesystems 10 mit der in 5 gezeigten Struktur anhand von 6 und 7 beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für das Betriebsverfahren zeigt.
Zuerst akquiriert die Abbildungsvorrichtung 20 entsprechend der Beleuchtungsstärke des auf die Pixel 21 einfallenden Lichts analoge Abbildungsdaten (Schritt S01). Als Nächstes wandelt die in der Abbildungsvorrichtung 20 bereitgestellte A/D-Wandlerschaltung 25 die in Schritt S01 erhaltenen Abbildungsdaten in digitale Bilddaten IMG1 um (Schritt S02). Anschließend werden die Bilddaten IMG1 an die entsprechenden Schaltungen in der Steuervorrichtung 30, speziell an die Analyseschaltung 31, die Graustufenbestimmungsschaltung 32, die Speicherschaltung 33 und dergleichen, gesendet.
Als Nächstes zählt die Analyseschaltung 31 auf Grundlage der von der A/D-Wandlerschaltung 25 empfangenden Bilddaten IMG1 die Anzahl der Pixel 21 je Beleuchtungsstärke des einfallenden Lichts und erstellt ein wie im oberen Abschnitt in 3 gezeigtes Histogramm (Schritt S03). Das erstellte Histogramm wird an die Graustufenbestimmungsschaltung 32, die Speicherschaltung 33 und dergleichen gesendet.
Anschließend bestimmt die Graustufenbestimmungsschaltung 32 auf Grundlage des von der Analyseschaltung 31 empfangenden Histogramms die Dynamic Range Komprimierungsrate der Bilddaten IMG1. Insbesondere wird, wie im oberen Abschnitt in 3 gezeigt, das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche unterteilt und unterschiedliche Dynamic Range Komprimierungsraten werden für die Beleuchtungsstärkebereiche festgelegt (Schritt S04). Wie in dem Graphen im unteren Abschnitt in 3 gezeigt, ist die Dynamic Range Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen eine Mehrheit der Pixel 21 bestrahlt wird, d. h. in dem Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen der Integralwert in dem Histogramm groß ist, niedrig. Andererseits ist die Dynamic Range Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen nur eine Minderheit der Pixel 21 bestrahlt wird, d. h. in dem Beleuchtungsstärkebereich, innerhalb dessen der Integralwert in dem Histogramm niedrig ist, groß.
Als Nächstes erzeugt die Graustufenbestimmungsschaltung 32 Bilddaten IMG2, in denen die Dynamic Range komprimiert worden ist, indem die Graustufen der Bilddaten IMG1 entsprechend den festgelegten Dynamic Range Komprimierungsraten, wie in 2 dargestellt, geändert werden (Schritt S05).
Als Nächstes wandelt die D/A-Wandlerschaltung, die im Spaltentreiber 46 der Anzeigevorrichtung 40 bereitgestellt ist, die digitalen Bilddaten IMG2 in analoge Anzeigedaten um (Schritt S06). Anschließend zeigt die Anzeigevorrichtung 40 ein Bild, das den Anzeigedaten entspricht, an, indem der Spaltentreiber 46 die Anzeigedaten in die Pixel 41 schreibt (Schritt S07).
Als Nächstes liest die Voraussageschaltung 34 notwendige Informationen unter den in der Speicherschaltung 33 gespeicherten Bilddaten IMG1, Histogrammen, Dynamic Range Komprimierungsraten und dergleichen aus. Ferner werden notwendige Informationen von dem Server 52 über das Netzwerk 51 akquiriert. Außerdem akquiriert das Gerät 53 notwendige Informationen und sendet die akquirierten Informationen an die Voraussageschaltung 34. Unter Verwendung der vorstehend akquirierten Informationen sagt die Voraussageschaltung 34 Bilddaten IMG1 in einem späteren Frame als dem Frame voraus, in dem die Bilddaten IMG1 von der Speicherschaltung 33 gelesen wurden (Schritt S08). Beispielsweise sagt die Voraussageschaltung 34 Bilddaten IMG1 in einem späteren Frame als dem Frame voraus, in dem die Bilddaten IMG1 von der Speicherschaltung 33 gelesen wurden, oder Bilddaten IMG1 in zwei oder mehr späteren Frames als dem Frame voraus, in dem die Bilddaten IMG1 von der Speicherschaltung 33 gelesen wurden.
Als Nächstes wird entsprechend dem Voraussageergebnis der Voraussageschaltung 34 bestimmt, ob eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate notwendig ist oder nicht (Schritt S09). Beispielsweise sagt die Voraussageschaltung 34 in dem Fall, in dem auf Grundlage der vorausgesagten Bilddaten IMG1 und der Dynamic Range Komprimierungsrate, die von der Voraussageschaltung 34 gelesen wurde, vorausgesagte Bilddaten IMG1 in Bilddaten IMG2 umgewandelt werden, voraus, ob „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ entstehen oder nicht. In dem Fall, in dem vorausgesehen wird, dass „Blocked-up Shadows“ und „Blown-out Highlights“ entstehen, wird entschieden, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate notwendig ist, und es wird zu Schritt S01 zurückgekehrt. In dem Fall, in dem vorausgesehen wird, dass „Blocked-up Shadows“ und „Blownout Highlights“ nicht entstehen werden, wird entschieden, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate unnötig ist. In diesem Fall wandelt die A/D-Wandlerschaltung 25 wie im Schritt S02, nachdem die Abbildungsvorrichtung 20 Abbildungsdaten wie im Schritt S01 akquiriert hat (Schritt S10), die im Schritt S10 akquirierten Abbildungsdaten in Bilddaten IMG1 um (Schritt S11), und die Bilddaten IMG1 werden an die jeweiligen Schaltungen in der Steuervorrichtung 30 gesendet. Anschließend werden die Schritte S03 und S04 übersprungen und es wird zu Schritt S05 zurückgekehrt. Bei dem Vorstehenden handelt es sich um ein Beispiel für ein Betriebsverfahren des Anzeigesystems 10 mit der in 5 gezeigten Struktur.
Hier wird in dem Fall, in dem entschieden wird, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate in Schritt S09 unnötig ist, in Schritt S05 die in der Speicherschaltung 33 gespeicherte Dynamic Range Komprimierungsrate gelesen und werden die Graustufen der Bilddaten IMG1 unter Verwendung der gelesenen Dynamic Range Komprimierungsrate geändert.
Es sei angemerkt, dass Informationen über das Bestimmungsergebnis (Ergebnis der Entscheidung) in Schritt S09 von der Voraussageschaltung 34 beispielsweise an die Analyseschaltung 31 und die Graustufenbestimmungsschaltung 32 gesendet werden. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem entschieden wird, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate notwendig ist, ein Signal auf einem hohen Pegel oder in dem Fall, in dem entschieden wird, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate unnötig ist, ein Signal auf einem niedrigen Pegel an die Analyseschaltung 31, die Graustufenbestimmungsschaltung 32 und dergleichen gesendet, wodurch Informationen über das Bestimmungsergebnis übertragen werden können. Die Logik der vorstehenden Signale kann auch umgekehrt (invertiert) sein.
7 ist ein Modifikationsbeispiel des in 6 gezeigten Betriebsverfahrens und zeigt ein Beispiel eines Betriebsverfahrens für den Fall, dass nach Bestimmung der Dynamic Range Komprimierungsrate durch die Graustufenbestimmungsschaltung 32 eine Dynamic Range Komprimierungsrate nach (Ablauf von) n Frameperioden (n ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 1) aktualisiert wird.
In 7 sind die Schritte S01 bis S08 gleich dem in 6 gezeigten Fall. Nach Schritt S08 wird auf Grundlage der vorausgesagten Bilddaten IMG1 und dergleichen ein Wert n durch die Voraussageschaltung 34 festgelegt (Schritt S21). In dem Fall, in dem beispielsweise vorausgesehen wird, dass die Beleuchtungsstärkeänderung der Bilddaten IMG1 gering ist, wird n auf einen großen Wert eingestellt, und in dem Fall, in dem vorausgesehen wird, dass die Beleuchtungsstärkeänderung der Bilddaten IMG2 groß ist, wird n auf einen kleinen Wert eingestellt.
Als Nächstes wird entschieden, ob seit Schritt S01 n Frameperioden vergangen sind oder nicht (Schritt S22). In dem Fall, in dem n Frameperioden vergangen sind, wird entschieden, dass eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate notwendig ist, und es wird zu Schritt S01 zurückgekehrt.
In dem Fall, in dem keine n Frameperioden vergangen sind, akquiriert die Abbildungsvorrichtung 20 wie in Schritt S01 Abbildungsdaten (Schritt S23). Als Nächstes wandelt die A/D-Wandlerschaltung 25 wie in Schritt S02 Abbildungsdaten, die in Schritt S23 akquiriert wurden, in Bilddaten IMG1 um (Schritt S24). Anschließend werden die Bilddaten IMG1 an die entsprechenden Schaltungen in der Steuervorrichtung 30 gesendet.
Als Nächstes liest die Graustufenbestimmungsschaltung 32 die in Schritt S04 festgelegte Dynamic Range Komprimierungsrate aus der Speicherschaltung 33 aus und ändert die Graustufen der Bilddaten IMG1 entsprechend der Dynamic Range Komprimierungsrate. Auf die vorstehende Weise werden Bilddaten IMG2 erzeugt (Schritt S25).
Als Nächstes wandelt die D/A-Wandlerschaltung, die in dem Spaltentreiber 46 der Anzeigevorrichtung 40 bereitgestellt ist, digitale Bilddaten IMG2 wie in Schritt S06 in analoge Anzeigedaten um (Schritt S26). Anschließend schreibt der Spaltentreiber 46 wie in Schritt S07 die Anzeigedaten in die Pixel 41, wodurch von der Anzeigevorrichtung 40 ein Bild, das den Anzeigedaten entspricht, angezeigt wird (Schritt S27).
Als Nächstes wird zu Schritt S22 zurückgekehrt und wiederholt entschieden, ob seit Schritt S01 n Frameperioden vergangen sind oder nicht. Bei dem Vorstehenden handelt es sich um ein Beispiel für ein Betriebsverfahren des Anzeigesystems 10 mit der in 5 gezeigten Struktur.
Es sei angemerkt, dass Informationen über das Bestimmungsergebnis in Schritt S22 beispielsweise von der Voraussageschaltung 34 an die Analyseschaltung 31 und die Graustufenbestimmungsschaltung 32 gesendet werden. Beispielsweise wird ein Signal, das den Wert n angibt, an die Analyseschaltung 31, die Graustufenbestimmungsschaltung 32 und dergleichen gesendet, wodurch Informationen über das Bestimmungsergebnis übertragen werden können. Das Signal kann ein Signal mit 2 oder mehr Bit sein.
Indem das Anzeigesystem 10 auf die in 6 oder 7 gezeigte Weise betrieben wird, fällt beispielsweise die Notwendigkeit der Änderung der Dynamic Range Komprimierungsrate je Bildperiode weg und der Betrieb des Anzeigesystems 10 kann beschleunigt werden. Da die Dynamic Range Komprimierungsrate zu einem passenden Zeitpunkt geändert werden kann, kann eine Verringerung der Sichtbarkeit eines von der Anzeigevorrichtung 40 angezeigten Bildes unterdrückt werden, während die Aktualisierungsfrequenz der Dynamic Range Komprimierungsrate niedrig gehalten wird.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem, wie in 6 und 7 gezeigt, eine Aktualisierung der Dynamic Range Komprimierungsrate nicht durchgeführt wird, Schritt S03 nicht durchgeführt wird. Somit kann der Stromverbrauch der Analyseschaltung 31 gesenkt werden, indem die Analyseschaltung 31 in den Standby-Modus versetzt wird. Da ferner Schritt S04 nicht durchgeführt wird, wird eine Berechnung der Dynamic Range Komprimierungsrate nicht durchgeführt. Folglich ist es möglich, die Betriebslast der Graustufenbestimmungsschaltung 32 abzumildern und den Stromverbrauch der Graustufenbestimmungsschaltung 32 zu verringern.
<Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung>
Als Nächstes wird ein detailliertes Strukturbeispiel der Abbildungsvorrichtung 20 anhand von 8 bis 14 im Einzelnen beschrieben.
[Struktur- und Betriebsverfahrensbeispiel einer Pixelschaltung]
8(A) stellt ein Beispiel für eine Schaltungsstruktur eines Pixels 21 dar. Mit anderen Worten: 8(A) zeigt ein Strukturbeispiel einer Pixelschaltung der Abbildungsvorrichtung 20. Das Pixel 21 mit der in 8(A) gezeigten Struktur weist ein photoelektrisches Umwandlungselement 150, einen Transistor 151, einen Transistor 152, einen Transistor 153, einen Transistor 154 und einen Kondensator 155 auf.
Eine Elektrode des photoelektrischen Umwandlungselements 150 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 151 verbunden. Der Anschluss von Source und Drain des Transistors 151 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 152 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 151 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 153 verbunden. Das Gate des Transistors 153 ist elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators 155 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 153 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 154 verbunden. Es sei angemerkt, dass der Kondensator 155 nicht notwendigerweise bereitgestellt sein muss.
Die andere Elektrode des photoelektrischen Umwandlungselements 150 ist elektrisch mit einer Leitung 171 verbunden. Ein Gate des Transistors 151 ist elektrisch mit einer Leitung 176 verbunden. Ein Gate des Transistors 152 ist elektrisch mit einer Leitung 177 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 152 ist elektrisch mit einer Leitung 172 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 153 ist elektrisch mit einer Leitung 173 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 154 ist elektrisch mit einer Leitung 174 verbunden. Ein Gate des Transistors 154 ist elektrisch mit einer Leitung 178 verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 155 ist elektrisch mit einer Leitung 175 verbunden.
Die Leitung 171, die Leitung 172, die Leitung 173 und die Leitung 175 dienen als Stromversorgungsleitungen. Beispielsweise handelt es sich bei der Leitung 171 und der Leitung 173 um Stromversorgungsleitungen mit hohem Potential und bei der Leitung 172 und der Leitung 175 um Stromversorgungsleitungen mit niedrigem Potential. Die Leitung 176, die Leitung 177 und die Leitung 178 dienen jeweils als Signalleitung, die den Leitungszustand des jeweiligen Transistors steuert. Die Leitung 174 dient als Ausgabeleitung, die ein Signal von dem Pixel 21 ausgibt.
Hier ist eine Leitung, bei der die eine Elektrode des photoelektrischen Umwandlungselements 150, der eine Anschluss von Source und Drain des Transistors 151 und der eine Anschluss von Source und Drain des Transistors 152 miteinander verbunden sind, ein Ladungsakkumulationsabschnitt NR. Eine Leitung, bei der der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 151, das Gate des Transistors 153 und die eine Elektrode des Kondensators 155 miteinander verbunden sind, wird als Ladungserfassungsabschnitt ND bezeichnet.
Der Transistor 151 kann eine Funktion zum Übertragen des Potentials des Ladungsakkumulationsabschnitts NR, das sich als Reaktion auf den Betrieb des photoelektrischen Umwandlungselements 150 ändert, auf einen Ladungserfassungsabschnitt ND aufweisen. Der Transistor 152 kann eine Funktion zur Initialisierung der Potentiale des Ladungsakkumulationsabschnitts NR und des Ladungserfassungsabschnitts ND aufweisen. Der Transistor 153 kann eine Funktion zum Ausgeben eines Signals aufweisen, das dem Potential des Ladungserfassungsabschnitts ND entspricht. Der Transistor 154 kann eine Funktion aufweisen, ein Pixel 21 auszuwählen, aus dem ein Signal gelesen wird.
Um die Empfindlichkeit der Lichterfassung zu erhöhen, kann für das photoelektrische Umwandlungselement 150 auch eine Avalanche-Photodiode verwendet werden. In dem Fall, in dem eine Avalanche-Photodiode verwendet wird, muss der Leitung 171 ein relativ hohes Potential zugeführt werden.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, für den Transistor, der mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 150 verbunden ist, einen Transistor mit hoher Spannungsfestigkeit zu verwenden, damit ein hohes Potential angelegt werden kann. Für diesen Transistor kann beispielsweise ein OS-Transistor mit einem Metalloxid in einem Kanalbildungsbereich verwendet werden. Insbesondere werden vorzugsweise OS-Transistoren für die Transistoren 151 und 152 eingesetzt.
Eine Periode, in der die Ladung im Ladungserfassungsabschnitt ND und im Ladungsakkumulationsabschnitt NR gehalten werden kann, kann aufgrund des niedrigen Sperrstroms der OS-Transistoren, die als Transistoren 151 und 152 verwendet werden, extrem lang sein. Daher kann ein Global-Shutter-System, bei dem eine Ladungsakkumulation in allen Pixeln gleichzeitig durchgeführt wird und ein Lesevorgang sequentiell durchgeführt wird, verwendet werden, ohne die Schaltungsstruktur und das Betriebsverfahren zu verkomplizieren.
Da der Transistor 153 wünschenswerterweise hervorragende Verstärkungseigenschaften aufweist, handelt es sich bei dem Transistor 153 vorzugsweise um einen Transistor mit einen hohen Durchlassstrom. Daher wird ein Transistor, der Silizium in einem Kanalbildungsbereich beinhaltet (im Folgenden Si-Transistor genannt), vorzugsweise für jeder der Transistoren 153 und 154 verwendet.
Wenn für das photoelektrische Umwandlungselement 150 eine Avalanche-Photodiode verwendet wird und die Transistoren 151 bis 154 die obigen Strukturen aufweisen, ist es möglich, eine Abbildungsvorrichtung herzustellen, die eine hohe Lichtempfindlichkeit bei niedriger Beleuchtungsstärke aufweist und ein Signal mit geringem Rauschen ausgeben kann. Da die Abbildungsvorrichtung über eine hohe Lichtempfindlichkeit verfügt, kann die Lichtaufnahmezeit verkürzt und eine Aufnahme mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass das photoelektrische Umwandlungselement 150 nicht auf die obige Struktur beschränkt ist und ein Element sein kann, bei dem keine Avalanche-Verstärkung auftritt. Ferner kann an die Avalanche-Photodiode ein Potential angelegt werden, bei dem keine Avalanche-Verstärkung auftritt.
Alternativ können die Transistoren 153 und 154 OS-Transistoren sein. Alternativ können die Transistoren 151 und 152 Si-Transistoren sein. Das Pixel 21 kann in beiden Fällen betrieben werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Betriebsverfahren des Pixels 21 unter Verwendung des Zeitdiagramms in 8(B) beschrieben. Es sei angemerkt, dass bei dem nachstehend beschriebenen Betriebsbeispiel die Potentiale, die den Leitungen zugeführt werden, genau wie nachstehend beschrieben sind. Den Leitungen 176, 177 und 178 wird als hohes Potential VDD zugeführt und als niedriges Potential GND zugeführt. Den Leitungen 171 und 173 wird das Potential VDD zugeführt. Den Leitungen 172 und 175 wird das Potential GND zugeführt. Es sei angemerkt, dass der Leitung 171 auch ein höheres Potential (HVDD) als VDD zugeführt werden kann und dass den jeweiligen Leitungen auch Potentiale zugeführt werden können, die sich von den oben angegebenen unterscheiden.
Zum Zeitpunkt T1 wird sowohl die Leitung 176 als auch die Leitung 177 auf ein hohes Potential eingestellt, und die Potentiale des Ladungsakkumulationsabschnitts NR und des Ladungserfassungsabschnitts ND werden jeweils auf ein Reset-Potential GND eingestellt (Reset-Betrieb).
Zum Zeitpunkt T2 wird sowohl die Leitung 176 als auch die Leitung 177 auf ein niedriges Potential eingestellt, um damit zu beginnen, das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts NR zu verändern (Akkumulationsbetrieb). Das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts NR wird in etwa von GND auf VDD geändert, abhängig von der Intensität des Lichts, das auf das photoelektrische Umwandlungselement 150 einfällt.
Zum Zeitpunkt T3 wird die Leitung 176 auf das hohe Potential eingestellt und verbleibt die Leitung 177 auf dem niedrigen Potential, um die Ladung im Ladungsakkumulationsabschnitt NR auf den Ladungserfassungsabschnitt ND zu übertragen (Übertragungsbetrieb).
Zum Zeitpunkt T4 wird die Leitung 176 auf das niedrige Potential eingestellt und verbleibt die Leitung 177 auf dem niedrigen Potential, wodurch der Übertragungsbetrieb beendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential des Ladungserfassungsabschnitts ND bestimmt.
In einer Periode vom Zeitpunkt T5 bis zum Zeitpunkt T6 ist die Leitung 176 auf das niedrige Potential eingestellt, ist die Leitung 177 auf das niedrige Potential eingestellt und ist die Leitung 178 auf das hohe Potential eingestellt, wodurch ein Signal basierend auf dem Potential des Ladungserfassungsabschnitts ND an die Leitung 174 ausgegeben wird. Mit anderen Worten: Ein Ausgangssignal, das auf der Intensität des Lichts basiert, das im Akkumulationsbetrieb auf das photoelektrische Umwandlungselement 150 einfällt, kann erhalten werden.
[Strukturbeispiel eines Pixels]
9(A) veranschaulicht ein Strukturbeispiel eines Pixels 21 in der oben beschriebenen Pixelschaltung. In dem Pixel in 9(A) sind beispielsweise eine Schicht 161 und eine Schicht 162 übereinander angeordnet.
Die Schicht 161 umfasst das photoelektrische Umwandlungselement 150. Das photoelektrische Umwandlungselement 150 kann wie in 9(C) eine Schichtanordnung aus einer Schicht 165a, einer Schicht 165b und einer Schicht 165c aufweisen.
Das photoelektrische Umwandlungselement 150 in 9(C) ist eine pn-Übergangs-Photodiode; beispielsweise können ein p⁺-Typ-Halbleiter, ein n-Typ-Halbleiter und ein n⁺-Typ-Halbleiter für die Schicht 165a, die Schicht 165b bzw. die Schicht 165c verwendet werden. Alternativ können ein n⁺-Typ-Halbleiter, ein p-Typ-Halbleiter und ein p⁺-Typ-Halbleiter für die Schicht 165a, die Schicht 165b bzw. die Schicht 165c verwendet werden. Alternativ kann das photoelektrische Umwandlungselement 150 eine pin-Übergangs-Photodiode sein, bei der ein i-Typ-Halbleiter für die Schicht 165b verwendet wird.
Die pn-Übergangs-Photodiode oder die pin-Übergangs-Photodiode kann unter Verwendung von einkristallinem Silizium ausgebildet werden. Alternativ kann die pin-Übergangs-Photodiode unter Verwendung eines Dünnfilms aus amorphem Silizium, mikrokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder dergleichen ausgebildet werden.
Das photoelektrische Umwandlungselement 150 in der Schicht 161 kann wie in 9(D) eine Schichtanordnung aus einer Schicht 166a, einer Schicht 166b, einer Schicht 166c und einer Schicht 166d aufweisen. Das photoelektrische Umwandlungselement 150 in 9(D) ist ein Beispiel für eine Avalanche-Photodiode. Die Schicht 166a und die Schicht 166d entsprechen jeweils einer Elektrode, und die Schichten 166b und 166c entsprechen einem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt.
Die Schicht 166a ist vorzugsweise eine Schicht aus einem niederohmigen Metall oder dergleichen. Beispielsweise kann Aluminium, Titan, Wolfram, Tantal, Silber oder eine Schichtanordnung dieser verwendet werden.
Für die Schicht 166d wird vorzugsweise eine leitende Schicht verwendet, die eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist. Beispielsweise kann Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumzinnoxid, Gallium-Zink-Oxid, Indium-Gallium-Zink-Oxid, Graphen oder dergleichen verwendet werden. Die Schicht 166d kann auch weggelassen werden.
Die Schichten 166b und 166c in dem photoelektrischen Umwandlungsabschnitt können beispielsweise die Struktur einer pn-Übergangs-Photodiode aufweisen, bei der ein auf Selen basierendes Material für eine photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird. Es wird bevorzugt, dass ein auf Selen basierendes Material, das ein p-Typ-Halbleiter ist, für die Schicht 166b verwendet wird und Galliumoxid, das ein n-Typ-Halbleiter ist, für die Schicht 166c verwendet wird.
Das photoelektrische Umwandlungselement, das ein auf Selen basierendes Material enthält, weist eine hohe externe Quanteneffizienz in Bezug auf sichtbares Licht auf. Dieses photoelektrische Umwandlungselement kann die elektronische Verstärkung in Bezug auf die Menge an einfallendem Licht unter Nutzung des Avalanche-Durchbruchs erhöhen. Des Weiteren weist ein auf Selen basierendes Material einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten auf, was bei der Produktion vorteilhaft ist, da die photoelektrische Umwandlungsschicht dünn hergestellt werden kann. Ein Dünnfilm aus einem auf Selen basierenden Material kann durch ein Vakuumverdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Als auf Selen basierendes Material kann kristallines Selen, wie z. B. einkristallines Selen oder polykristallines Selen, amorphes Selen, eine Verbindung aus Kupfer, Indium und Selen (copper, indium, selenium: CIS), eine Verbindung aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (copper, indium, gallium, selenium: CIGS) oder dergleichen verwendet werden.
Ein n-Typ-Halbleiter wird vorzugsweise aus einem Material, das eine große Bandlücke aufweist und sichtbares Licht durchlassen kann, ausgebildet. Beispielsweise kann Zinkoxid, Galliumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, ein Mischoxid dieser oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien weisen auch eine Funktion als Lochinjektionsblockierschicht auf und können den Dunkelstrom verringern.
Als Schicht 162 in 9(A) kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat verwendet werden. Indem Si-Transistoren und dergleichen in dem Siliziumsubstrat bereitgestellt werden, kann neben der vorstehend beschriebenen Pixelschaltung eine Schaltung zum Betreiben der Pixelschaltung, eine Leseschaltung eines Bildsignals, eine Bildverarbeitungsschaltung oder dergleichen bereitgestellt werden.
Alternativ kann das Pixel wie in 9(B) eine mehrschichtige Struktur aus der Schicht 161, einer Schicht 163 und der Schicht 162 aufweisen.
Die Schicht 163 kann OS-Transistoren (z. B. die Transistoren 151 und 152 in der Pixelschaltung) umfassen. Dabei umfasst die Schicht 162 vorzugsweise Si-Transistoren (z. B. die Transistoren 153 und 154 in der Pixelschaltung).
Bei dieser Struktur können Bestandteile in der Pixelschaltung in einer Vielzahl von Schichten verteilt werden, und die Bestandteile können übereinander angeordnet werden, so dass die Fläche der Abbildungsvorrichtung verringert werden kann. Es sei angemerkt, dass bei der Struktur in 9(B) die Schicht 162 als Stützsubstrat verwendet werden kann und die Pixelschaltung in der Schicht 161 und der Schicht 163 bereitgestellt werden kann.
10(A) ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Querschnitt des Pixels in 9(A) darstellt. Die Schicht 161 umfasst als photoelektrisches Umwandlungselement 150 eine pn-Übergangs-Photodiode, bei der Silizium für eine photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird. Die Schicht 162 umfasst Si-Transistoren und dergleichen, die in der Pixelschaltung enthalten sind.
Bei dem photoelektrischen Umwandlungselement 150 können die Schicht 165a, die Schicht 165b und die Schicht 165c ein p⁺-Typ-Bereich, ein n-Typ-Bereich bzw. ein n⁺-Typ-Bereich sein. In der Schicht 165b wird ein Bereich 136 zum Verbinden einer Stromversorgungsleitung mit der Schicht 165c bereitgestellt. Beispielsweise kann der Bereich 136 ein p⁺-Typ-Bereich sein.
Obwohl in 10(A) die Si-Transistoren eine planare Struktur aufweisen, bei der ein Kanalbildungsbereich in einem Siliziumsubstrat 140 gebildet wird, kann auch eine Struktur wie in 12(A) oder 12(B) zum Einsatz kommen, bei der eine FIN-Halbleiterschicht in dem Siliziumsubstrat 140 bereitgestellt wird. 12(A) entspricht einem Querschnitt in der Kanallängsrichtung, und 12(B) entspricht einem Querschnitt in der Kanalquerrichtung.
Alternativ können, wie in 12(C) dargestellt, Transistoren, die jeweils eine Halbleiterschicht 145 beinhalten, die unter Verwendung eines Siliziumdünnfilms ausgebildet ist, verwendet werden. Die Halbleiterschicht 145 kann beispielsweise unter Verwendung von einkristallinem Silizium, das auf einer Isolierschicht 146 über dem Siliziumsubstrat 140 ausgebildet ist (Silicon-on-Insulator, SOI), ausgebildet werden.
10(A) stellt ein Strukturbeispiel dar, in dem eine elektrische Verbindung zwischen Bestandteilen in der Schicht 161 und Bestandteilen in der Schicht 162 durch eine Befestigungstechnik erhalten wird.
In der Schicht 161 sind eine Isolierschicht 142, eine leitende Schicht 133 und eine leitende Schicht 134 bereitgestellt. Die leitende Schicht 133 und die leitende Schicht 134 weisen jeweils einen Bereich auf, der in der Isolierschicht 142 eingebettet ist. Die leitende Schicht 133 ist elektrisch mit der Schicht 165a verbunden. Die leitende Schicht 134 ist elektrisch mit dem Bereich 136 verbunden. Die Oberflächen der Isolierschicht 142, der leitenden Schicht 133 und der leitenden Schicht 134 sind planarisiert, so dass sie die gleiche Höhe aufweisen.
In der Schicht 162 sind eine Isolierschicht 141, eine leitende Schicht 131 und eine leitende Schicht 132 bereitgestellt. Die leitende Schicht 131 und die leitende Schicht 132 weisen jeweils einen Bereich auf, der in der Isolierschicht 141 eingebettet ist. Die leitende Schicht 132 ist elektrisch mit der Stromversorgungsleitung verbunden. Die leitende Schicht 131 ist elektrisch mit der Source oder dem Drain des Transistors 151 verbunden. Die Oberflächen der Isolierschicht 141, der leitenden Schicht 131 und der leitenden Schicht 132 sind planarisiert, so dass sie die gleiche Höhe aufweisen.
Die leitende Schicht 131 und die leitende Schicht 133 enthalten vorzugsweise das gleiche Metallelement als Hauptkomponente. Die leitende Schicht 132 und die leitende Schicht 134 enthalten vorzugsweise das gleiche Metallelement als Hauptkomponente. Die Isolierschicht 141 und die Isolierschicht 142 werden vorzugsweise unter Verwendung der gleichen Komponente ausgebildet.
Beispielsweise können für die leitenden Schichten 131, 132, 133 und 134 Cu, AI, Sn, Zn, W, Ag, Pt, Au oder dergleichen verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Einfachheit beim Verbinden wird vorzugsweise Cu, AI, W oder Au verwendet. Für die Isolierschichten 141 und 142 kann Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Titannitrid oder dergleichen verwendet werden.
Das heißt, dass das gleiche Metallmaterial, das vorstehend beschrieben worden ist, vorzugsweise sowohl für die Kombination aus den leitenden Schichten 131 und 133 als auch für die Kombination aus den leitenden Schichten 132 und 134 verwendet wird. Außerdem wird das gleiche isolierende Material, das vorstehend beschrieben worden ist, vorzugsweise für die Isolierschichten 141 und 142 verwendet. Bei dieser Struktur kann eine Befestigung erfolgen, bei der die Grenzfläche zwischen den Schichten 161 und 162 als Verbindungsstelle dient.
Durch die Befestigung können eine elektrische Verbindung der Kombination aus den leitenden Schichten 131 und 133 sowie eine elektrische Verbindung der Kombination aus den leitenden Schichten 132 und 134 erhalten werden. Ferner können die Isolierschichten 141 und 142 mit mechanischer Festigkeit verbunden werden.
Wenn Metallschichten verbunden werden, kann ein Verbindungsverfahren mit Oberflächenaktivierung verwendet werden, bei dem ein Oxidfilm, eine Verunreinigungsadsorptionsschicht oder dergleichen auf einer Oberfläche durch eine Sputterbehandlung oder dergleichen entfernt wird und gereinigte und aktivierte Oberflächen in Kontakt miteinander gebracht und verbunden werden. Alternativ kann ein Diffusionsschweißverfahren oder dergleichen verwendet werden, bei dem Oberflächen unter Verwendung von Temperatur und Druck verbunden werden. Bei jedem dieser Verfahren werden die Metallschichten auf atomarer Ebene verbunden, wodurch eine Verbindung erzielt wird, die sowohl elektrisch als auch mechanisch vorteilhaft ist.
Wenn Isolierschichten verbunden werden, kann ein hydrophiles Verbindungsverfahren oder dergleichen verwendet werden, bei dem Oberflächen, die durch Polieren oder dergleichen sehr flach gemacht und mittels Sauerstoffplasmas oder dergleichen einer hydrophilen Behandlung unterzogen wurden, in Kontakt miteinander gebracht und temporär verbunden werden und danach durch Dehydrierung mittels einer Wärmebehandlung final verbunden werden. Auch bei einem hydrophilen Verbindungsverfahren werden die Isolierschichten auf atomarer Ebene verbunden, so dass eine Verbindung erzielt wird, die mechanisch vorteilhaft ist.
Wenn die Schicht 161 und die Schicht 162 befestigt werden, können beispielsweise ein Verbindungsverfahren mit Oberflächenaktivierung und ein hydrophiles Verbindungsverfahren kombiniert werden, da sich die Isolierschichten und die Metallschichten an den Verbindungsoberflächen der beiden Schichten befinden.
Beispielsweise kann ein Verfahren oder dergleichen verwendet werden, bei dem die Oberflächen nach dem Polieren gereinigt werden, die Oberflächen der Metallschichten einer Antioxidationsbehandlung und einer hydrophilen Behandlung unterzogen werden und dann ein Verbinden durchgeführt wird. Außerdem kann eine hydrophile Behandlung durchgeführt werden, bei der ein schwer zu oxidierendes Metall, wie z. B. Au, für eine Oberfläche einer Metallschicht verwendet wird. Es sei angemerkt, dass ein Verbindungsverfahren außer den vorstehenden Verfahren verwendet werden kann.
10(B) ist eine Querschnittsansicht in dem Fall, in dem für die Schicht 161 des Pixels in 9(A) eine pn-Übergangs-Photodiode verwendet wird, die ein auf Selen basierendes Material für eine photoelektrische Umwandlungsschicht enthält. Die Photodiode beinhaltet die Schicht 166a, die als eine Elektrode dient, die Schichten 166b und 166c, die als photoelektrische Umwandlungsschicht dienen, sowie die Schicht 166d, die als andere Elektrode dient.
In diesem Fall kann die Schicht 161 direkt auf der Schicht 162 ausgebildet werden. Die Schicht 166a ist elektrisch mit der Source oder dem Drain des Transistors 151 verbunden. Die Schicht 166d ist über die leitende Schicht 137 elektrisch mit einer Stromversorgungsleitung verbunden.
11(A) ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Querschnitt des Pixels in 9(B) darstellt. Die Schicht 161 umfasst als photoelektrisches Umwandlungselement 150 eine pn-Übergangs-Photodiode, bei der Silizium für eine photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird. Die Schicht 162 umfasst einen Si-Transistor oder dergleichen. Die Schicht 163 umfasst einen OS-Transistor oder dergleichen. Hier wird ein Strukturbeispiel gezeigt, in dem die Schicht 161 und die Schicht 163 durch Befestigung elektrisch verbunden sind.
Obwohl in 11(A) die OS-Transistoren eine selbst justierende Struktur aufweisen, kann es sich bei ihnen wie in 12(D) um einen nicht selbst justierenden Top-Gate-Transistor handeln.
Der Transistor 151 beinhalten jeweils ein Rückgate 135; jedoch kann auch eine Ausführungsform ohne Rückgate zum Einsatz kommen. Das Rückgate 135 ist in einigen Fällen wie in 12(E) elektrisch mit einem Vordergate eines Transistors verbunden, das auf der gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist. Alternativ kann dem Rückgate 135 ein festes Potential zugeführt werden, das sich von einem Potential unterscheidet, das dem Vordergate zugeführt wird.
Eine Isolierschicht 143 mit einer Funktion zum Verhindern der Diffusion von Wasserstoff wird zwischen einem Bereich, in dem ein OS-Transistor ausgebildet wird, und einem Bereich bereitgestellt, in dem ein Si-Transistor ausgebildet wird. Wasserstoff in einer Isolierschicht, die in der Umgebung der Kanalbildungsbereiche der Transistoren 153 und 154 bereitgestellt ist, schließt freie Bindungen von Silizium ab. Hingegen führt Wasserstoff in einer Isolierschicht, die in der Umgebung des Kanalbildungsbereichs des Transistors 151 bereitgestellt ist, zu einer Erzeugung von Ladungsträgern in der Oxidhalbleiterschicht.
Durch die Isolierschicht 143 wird Wasserstoff in einer Schicht eingeschlossen, so dass die Zuverlässigkeit der Transistor 153 und 154 verbessert werden kann. Zusätzlich wird eine Diffusion von Wasserstoff von einer Schicht in eine andere Schicht verhindert, so dass auch die Zuverlässigkeit des Transistors 151 verbessert wird.
Für die Isolierschicht 143 kann beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid, Hafniumoxynitrid oder Yttrium-stabilisiertes Zirconiumoxid (YSZ) verwendet werden.
11(B) ist eine Querschnittsansicht in dem Fall, in dem für die Schicht 161 des Pixels in 9(B) eine pn-Übergangs-Photodiode verwendet wird, die ein auf Selen basierendes Material für eine photoelektrische Umwandlungsschicht enthält. Die Schicht 161 kann direkt auf der Schicht 163 ausgebildet werden. Für die Details der Schichten 161, 162 und 163 kann auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen werden.
[Weitere Bestandteile des Pixels]
13(A) ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel darstellt, in dem ferner ein Farbfilter oder dergleichen bei dem Pixel der Abbildungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. In der perspektivischen Ansicht werden auch Querschnitte einer Vielzahl von Pixeln dargestellt. Eine Isolierschicht 180 wird über der Schicht 161 ausgebildet, in der das photoelektrische Umwandlungselement 150 ausgebildet wird. Als Isolierschicht 180 kann ein Siliziumoxidfilm mit hoher Durchlässigkeit für sichtbares Licht oder dergleichen verwendet werden. Zudem kann ein Siliziumnitridfilm als Passivierungsfilm bereitgestellt werden. Ein dielektrischer Film aus Hafniumoxid oder dergleichen kann als Antireflexionsfilm bereitgestellt werden.
Eine lichtundurchlässige Schicht 181 kann über der Isolierschicht 180 ausgebildet werden. Die lichtundurchlässige Schicht 181 weist eine Funktion zum Verhindern einer Farbmischung von Licht auf, das einen darüber liegenden Farbfilter passiert. Für die lichtundurchlässige Schicht 181 kann eine Metallschicht aus Aluminium, Wolfram oder dergleichen verwendet werden. Alternativ können die Metallschicht und ein dielektrischer Film, der als Antireflexionsfilm dient, übereinander angeordnet werden.
Eine organische Harzschicht 182 kann als Planarisierungsfilm über der Isolierschicht 180 und der lichtundurchlässigen Schicht 181 bereitgestellt werden. Ferner werden Farbfilter 183 (Farbfilter 183a, 183b und 183c) für die jeweiligen Pixel ausgebildet. Beispielsweise werden den Farbfiltern 183a, 183b und 183c die Farben, R (Rot), G (Grün), B (Blau), Y (Gelb), C (Cyan), M (Magenta) und dergleichen, zugeteilt, so dass ein Farbbild erhalten werden kann.
Über den Farbfiltern 183 kann eine Isolierschicht 186 mit Durchlässigkeit für sichtbares Licht oder dergleichen bereitgestellt werden.
Wie in 13(B) dargestellt, kann ferner eine optische Umwandlungsschicht 185 anstelle der Farbfilter 183 verwendet werden. Bei einer derartigen Struktur können bei der Abbildungsvorrichtung Bilder in verschiedenen Wellenlängenbereichen erhalten werden.
Wenn beispielsweise ein Filter, der Licht mit einer Wellenlänge von kürzer als oder gleich derjenigen von sichtbarem Licht blockiert, als optische Umwandlungsschicht 185 verwendet wird, kann eine Infrarot-Abbildungsvorrichtung erhalten werden. Wenn ein Filter, der Licht mit einer Wellenlänge von kürzer als oder gleich derjenigen von Nah-Infrarotlicht blockiert, als optische Umwandlungsschicht 185 verwendet wird, kann eine Ferninfrarot-Abbildungsvorrichtung erhalten werden. Wenn ein Filter, der Licht mit einer Wellenlänge von länger als oder gleich derjenigen von sichtbarem Licht blockiert, als optische Umwandlungsschicht 185 verwendet wird, kann eine Ultraviolett-Abbildungsvorrichtung erhalten werden. Ein Farbfilter für sichtbares Licht und ein Infrarot- oder Ultraviolettfilter können kombiniert werden.
Wenn ein Szintillator als optische Umwandlungsschicht 185 verwendet wird, kann eine Abbildungsvorrichtung erhalten werden, die ein Bild, das die Intensität einer Strahlung visualisiert, aufnimmt und für eine Röntgenstrahl-Abbildungsvorrichtung oder dergleichen verwendet wird. Strahlungen, wie z. B. Röntgenstrahlen, die ein Objekt passieren, um in einen Szintillator einzufallen, werden dank einer Photolumineszenz in Licht (Fluoreszenz), wie z. B. sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht, umgewandelt. Dann erfasst das photoelektrische Umwandlungselement 150 das Licht, um Bilddaten zu erhalten. Außerdem kann die Abbildungsvorrichtung mit der vorstehenden Struktur in einem Strahlungsdetektor oder dergleichen verwendet werden.
Ein Szintillator enthält eine Substanz, die dann, wenn sie mit einer Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, bestrahlt wird, die Energie der Strahlung absorbiert, um sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht zu emittieren. Beispielsweise ist es möglich, ein Harz oder eine Keramik zu verwenden, in dem/der ein beliebiges von Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, Gd₂O₂S:Eu, BaFCI:Eu, Nal, Csl, CaF₂, BaF₂, CeF₃, LiF, Lil und ZnO dispergiert ist.
Bei dem photoelektrischen Umwandlungselement 150, das ein auf Selen basierendes Material enthält, kann eine Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlen, direkt in eine Ladung umgewandelt werden, so dass ein Szintillator nicht benötigt wird.
Wie in 13(C) dargestellt, kann ein Mikrolinsenarray 184 über dem Farbfilter 183 bereitgestellt werden. Licht, das Linsen des Mikrolinsenarrays 184 passiert, passiert den Farbfilter 183, der direkt unter dem Mikrolinsenarray 184 platziert ist, und wird dann dem photoelektrischen Umwandlungselement 150 zugeführt. Das Mikrolinsenarray 184 kann über der photoelektrischen Umwandlungsschicht 185 in 13(B) bereitgestellt werden.
[Strukturbeispiel eines Packages und eines Moduls]
Nachstehend werden Beispiele für ein Package und ein Kameramodul beschrieben, die jeweils einen Bildsensorchip beinhalten. Für den Bildsensorchip kann die vorstehende Struktur der Abbildungsvorrichtung verwendet werden.
14(A1) ist eine perspektivische Außenansicht, die die Seite der oberen Oberfläche eines Packages zeigt, das einen Bildsensorchip beinhaltet. Das Package beinhaltet ein Package-Substrat 410, an dem ein Bildsensorchip 450 befestigt wird, ein Deckglas 420, einen Klebstoff 430 zum Verbinden des Package-Substrats 410 und des Deckglases 420 und dergleichen.
14(A2) ist eine perspektivische Außenansicht, die die Seite der unteren Oberfläche des Packages zeigt. An der unteren Oberfläche des Packages wird ein Ball-Grid-Array (BGA) ausgebildet, das Lotkugeln als Bumps 440 beinhaltet. Obwohl hier das BGA zum Einsatz kommt, kann alternativ ein Land-Grid-Array (LGA), ein Pin-Grid-Array (PGA) oder dergleichen zum Einsatz kommen.
14(A3) ist eine perspektivische Ansicht des Packages, in dem das Deckglas 420 und der Klebstoff 430 teilweise ausgelassen werden. Elektrodenpads 460 werden über dem Package-Substrat 410 ausgebildet, und die Elektrodenpads 460 sind über Durchgangslöcher elektrisch mit den Bumps 440 verbunden. Die Elektrodenpads 460 sind über Leitungen 470 elektrisch mit dem Bildsensorchip 450 verbunden.
14(B1) ist eine perspektivische Außenansicht, die die Seite der oberen Oberfläche eines Kameramoduls zeigt, in dem ein Bildsensorchip an einem Package mit einer Built-in-Linse montiert ist. Das Kameramodul beinhaltet ein Package-Substrat 411, an dem ein Bildsensorchip 451 befestigt wird, eine Linsenabdeckung 421, eine Linse 435 und dergleichen. Des Weiteren ist ein IC-Chip 490 mit Funktionen einer Treiberschaltung, einer Signalumwandlungsschaltung und dergleichen einer Abbildungsvorrichtung zwischen dem Package-Substrat 411 und dem Bildsensorchip 451 bereitgestellt. Auf diese Weise wird ein System-in-Package (SiP) ausgebildet.
14(B2) ist eine perspektivische Außenansicht, die die Seite der unteren Oberfläche des Kameramoduls zeigt. An der unteren Oberfläche und den Seitenflächen des Package-Substrats 411 werden Montagestege 441 bereitgestellt; diese Struktur kann als Quad-Flat-No-Lead-Package (QFN) bezeichnet werden. Diese Struktur ist nur ein Beispiel, und ein Quad-Flat-Package (QFP), das vorstehende BGA oder dergleichen kann zum Einsatz kommen.
14(B3) ist eine perspektivische Ansicht des Moduls, in dem die Linsenabdeckung 421 und die Linse 435 teilweise ausgelassen werden. Die Stege 441 sind elektrisch mit Elektrodenpads 461 verbunden, und die Elektrodenpads 461 sind über Leitungen 471 elektrisch mit dem Bildsensorchip 451 oder dem IC-Chip 490 verbunden.
Der Bildsensorchip, der in dem Package mit der vorstehenden Struktur platziert ist, kann leicht an einer Leiterplatte oder dergleichen montiert werden, wodurch er in verschiedenen Halbleitervorrichtungen und elektronischen Geräten eingebaut werden kann.
<Strukturbeispiel einer Anzeigevorrichtung>
Als Nächstes wird ein detailliertes Strukturbeispiel der Anzeigevorrichtung 40 anhand von 15 bis 17 beschrieben.
[Strukturbeispiel einer Pixelschaltung]
15(A) stellt ein Beispiel für eine Schaltungsstruktur eines Pixels 41 dar. Das heißt, 15(A) stellt ein Strukturbeispiel einer Pixelschaltung der Anzeigevorrichtung 40 dar. Das Pixel 41 mit der in 15(A) gezeigten Struktur beinhaltet einen Transistor 3431, einen Kondensator 3233 und ein Flüssigkristallelement 3432.
Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431 ist elektrisch mit der Leitung 3174 verbunden. Ein Gate des Transistors 3431 ist elektrisch mit der Leitung 3178 verbunden.
Eine Elektrode des Kondensators 3233 ist elektrisch mit einer Kondensatorleitung CL verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators 3233 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431 verbunden. So kann beispielsweise ein festes Potential an die Kondensatorleitung CL angelegt werden.
Einer Elektrode des Flüssigkristallelements 3432 wird ein gemeinsames Potential zugeführt. Die andere Elektrode des Flüssigkristallelements 3432 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431 verbunden.
Ein Knoten, der elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431, der anderen Elektrode des Kondensators 3233 und der anderen Elektrode des Flüssigkristallelements 3432 verbunden ist, wird als Knoten 3436 bezeichnet.
Der Transistor 3431 weist eine Funktion zum Steuern auf, ob ein Datensignal in den Knoten 3436 geschrieben wird. Der Kondensator 3233 weist eine Funktion zum Halten von Daten auf, die in den Knoten 3436 geschrieben werden. Der Ausrichtungszustand eines Flüssigkristalls in dem Flüssigkristallelement 3432 hängt von dem Potential ab, das in einen Knoten 3436 geschrieben wird.
Als Beispiele für einen Modus des Flüssigkristallelements 3432 können hier die folgenden Modi angegeben werden: ein TN-Modus, ein STN-Modus, ein VA-Modus, ein achsensymmetrisch-ausgerichtete-Mikrozellen- (Axially Symmetric Aligned Micro-cell, ASM-) Modus, ein optisch kompensierter Doppelbrechungs- (Optical Compensated Birefringence, OCB-) Modus, ein ferroelektrischer Flüssigkristall- (Ferroelectric Liquid Crystal, FLC-) Modus, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall- (Anti-Ferroelectric Liquid Crystal, AFLC-) Modus, ein MVA-Modus, ein Patterned Vertical Alignment- (PVA-) Modus, ein IPS-Modus, ein FFS-Modus und ein Transverse Bend Alignment- (TBA-) Modus. Weitere Beispiele für den Modus umfassen einen elektrisch gesteuerten Doppelbrechungs- (Electically Controlled Birefringence, ECB-) Modus, einen polymerdispergierten Flüssigkristall- (Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC-) Modus, einen Polymernetz-Flüssigkristall- (Polymer Network Liquid Crystal, PNLC-) Modus und einen Gast-Wirt- (Guest-Host-) Modus. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Modi zum Einsatz kommen können.
15(B) veranschaulicht ein Schaltungskonfigurationsbeispiel des Pixels 41, das sich von dem in 15(A) gezeigten unterscheidet. Das Pixel 41 mit der in 15(B) gezeigten Struktur beinhaltet einen Transistor 3431, einen Transistor 3232, einen Kondensator 3233 und ein Licht emittierendes Element 3125.
Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431 ist elektrisch mit der Leitung 3174 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431 ist elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators 3233 und einem Gate des Transistors 3232 verbunden. Ein Gate des Transistors 3431 ist elektrisch mit der Leitung 3178 verbunden.
Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 3232 ist elektrisch mit einer Leitung VL_a verbunden.
Eine Elektrode des Licht emittierenden Elements 3125 ist elektrisch mit einer Leitung VL_b verbunden. Die andere Elektrode des Licht emittierenden Elements 3125 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3232 und der anderen Elektrode des Kondensators 3233 verbunden.
Die Leitung VL_a kann als Stromversorgungsleitung mit hohem Potential dienen. Die Leitung VL_b kann als Stromversorgungsleitung mit niedrigem Potential dienen. Es sei angemerkt, dass die Leitung VL_b auch als Stromversorgungsleitung mit hohem Potential dienen kann und die Leitung VL_a auch als Stromversorgungsleitung mit niedrigem Potential dienen kann.
Hier wird ein Knoten, der mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3431, dem Gate des Transistors 3232 und der einen Elektrode des Kondensators 3233 verbunden ist, als Knoten 3435 bezeichnet. Hier wird ein Knoten, der mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 3232, der anderen Elektrode des Kondensators 3233 und der anderen Elektrode des Licht emittierenden Elements 3125 verbunden ist, als Knoten 3437 bezeichnet.
Der Transistor 3431 weist eine Funktion zum Steuern des Schreibens eines Datensignals in den Knoten 3435 auf. Der Transistor 3232 weist eine Funktion zum Steuern des Stroms auf, der durch das Licht emittierende Element 3125 fließt. Der Kondensator 3233 dient als Speicherkondensator zum Halten von Daten, die in den Knoten 3435 geschrieben werden.
Als Licht emittierendes Element 3125 kann beispielsweise ein organisches EL-Element verwendet werden. Es sei angemerkt, dass das Licht emittierende Element nicht darauf beschränkt ist und es sich bei dem Licht emittierenden Element beispielsweise um ein anorganisches EL-Element handeln kann, das ein anorganisches Material enthält.
[Strukturbeispiel eines Pixels]
16(A) und 17(A) stellen jeweils ein Strukturbeispiel des Pixels 41 in der in 15(A) gezeigten Pixelschaltung dar. 16(B) und 17(B) stellen jeweils ein Strukturbeispiel des Pixels 41 in der in 15(B) gezeigten Pixelschaltung dar.
Wie in 16(A) und 16(B) gezeigt, weist die Anzeigevorrichtung 40 eine leitende Schicht 4015 auf, und die leitende Schicht 4015 ist über eine anisotrope leitende Schicht 4019 elektrisch mit einem Anschluss verbunden, der in einer FPC 4018 enthalten ist. Die leitende Schicht 4015 ist in einer Öffnung, die in Isolierschichten 4112, 4111 und 4110 ausgebildet ist, elektrisch mit einer Leitung 4014 verbunden. Die leitende Schicht 4015 wird unter Verwendung derselben leitenden Schicht wie eine leitende Schicht 4030 ausgebildet.
Das Pixel 41, das über einem Substrat 4001 bereitgestellt wird, beinhaltet einen Transistor; zum Beispiel veranschaulicht 16(A) den Transistor 3431, der in dem Pixel 41 enthalten ist, und 16(B) veranschaulicht den Transistor 3232, der in dem Pixel 41 enthalten ist. Als Substrat 4001 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat verwendet werden.
Die Transistoren 3431 und 3232 sind über einer Isolierschicht 4102 bereitgestellt. Die Transistoren 3431 und 3232 beinhalten eine leitende Schicht 517 über der Isolierschicht 4102 und eine Isolierschicht 4103 über der leitenden Schicht 517. Eine Halbleiterschicht 512 ist über der Isolierschicht 4103 ausgebildet. Eine leitende Schicht 510 und eine leitende Schicht 511 sind über der Halbleiterschicht 512 ausgebildet. Die Isolierschicht 4110 und die Isolierschicht 4111 sind über der leitenden Schicht 510 und der leitenden Schicht 511 ausgebildet. Eine leitende Schicht 516 ist über der Isolierschicht 4110 und der Isolierschicht 4111 ausgebildet. Die leitende Schicht 510 und die leitende Schicht 511 werden unter Verwendung derselben leitenden Schicht wie die Leitung 4014 ausgebildet.
Bei jedem der Transistoren 3431 und 3232 dient die leitende Schicht 517 als Gate-Elektrode, die leitende Schicht 510 dient als ein Anschluss von Source und Drain, die leitende Schicht 511 dient als der andere Anschluss von Source und Drain, und die leitende Schicht 516 dient als Rückgate-Elektrode.
Da die Transistoren 3431 und 3232 eine Bottom-Gate-Struktur aufweisen und ein Rückgate beinhalten, kann der Durchlassstrom der Transistoren erhöht werden. Überdies kann die Schwellenspannung der Transistoren gesteuert werden. Es sei angemerkt, dass die leitende Schicht 516 in einigen Fällen weggelassen werden kann, um den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
Bei jedem der Transistoren 3431 und 3232 dient die Halbleiterschicht 512 als Kanalbildungsbereich. Für die Halbleiterschicht 512 kann kristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium, ein Metalloxid, ein organischer Halbleiter oder dergleichen verwendet werden. Verunreinigungen können, soweit erforderlich, in die Halbleiterschicht 512 eingeführt werden, um die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 512 zu erhöhen oder um die Schwellenspannung des Transistors zu steuern.
In dem Fall, in dem ein Metalloxid für die Halbleiterschicht 512 verwendet wird, enthält die Halbleiterschicht 512 vorzugsweise Indium (In). Wenn ein Indium enthaltendes Metalloxid für die Halbleiterschicht 512 verwendet wird, kann die Ladungsträgerbeweglichkeit (Elektronenbeweglichkeit) der Halbleiterschicht 512 hoch sein. Es handelt sich bei der Halbleiterschicht 512 vorzugsweise um ein Metalloxid, das ein Element M enthält. Das Element M ist vorzugsweise Aluminium (AI), Gallium (Ga), Zinn (Sn) oder dergleichen. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, sind Bor (B), Silizium (Si), Titan (Ti), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zirkonium (Zr), Molybdän (Mo), Lanthan (La), Cer (Ce), Neodym (Nd), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Wolfram (W) und dergleichen. Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen Elemente als Element M kombiniert werden kann. Das Element M ist beispielsweise ein Element mit einer hohen Bindungsenergie an Sauerstoff. Es handelt sich bei dem Element M beispielsweise um ein Element, dessen Bindungsenergie an Sauerstoff höher ist als diejenige von Indium. Es handelt sich bei der Halbleiterschicht 512 vorzugsweise um ein Metalloxid, das Zink (Zn) enthält. Wenn das Metalloxid Zink enthält, wird das Metalloxid in einigen Fällen leicht kristallisiert.
Die Halbleiterschicht 512 ist nicht auf das Indium enthaltende Metalloxid beschränkt. Es kann sich bei der Halbleiterschicht 512 beispielsweise um ein Metalloxid, das Zink, aber kein Indium enthält, ein Metalloxid, das Gallium, aber kein Indium enthält, oder ein Metalloxid handeln, das Zinn, aber kein Indium enthält, z. B. ein Zinkzinnoxid oder ein Galliumzinnoxid.
In dem Fall, in dem für die Halbleiterschicht 512 ein Material, das Silizium, wie z. B. kristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium oder dergleichen, enthält, verwendet wird, kann die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 512 erhöht werden. Dadurch können die Transistoren 3431 und 3232 einen hohen Durchlassstrom aufweisen und kann das Pixel 41 mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden.
Die Anzeigevorrichtung 40 in 16(A) und 16(B) beinhaltet den Kondensator 3233. Der Kondensator 3233 beinhaltet einen Bereich, in dem die leitende Schicht 511 und eine leitende Schicht 4021 einander überlappen, wobei die Isolierschicht 4103 dazwischen angeordnet ist. Die leitende Schicht 4021 wird unter Verwendung derselben leitenden Schicht wie die leitende Schicht 517 ausgebildet.
16(A) stellt ein Beispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung dar, bei der ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird. In 16(A) beinhaltet das Flüssigkristallelement 3432, das ein Anzeigeelement ist, die leitende Schicht 4030, eine leitende Schicht 4031 und eine Flüssigkristallschicht 4008. Es sei angemerkt, dass eine Isolierschicht 4032 und eine Isolierschicht 4033, die als Ausrichtungsfilme dienen, derart bereitgestellt sind, dass die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen angeordnet ist. Die leitende Schicht 4031 ist auf der Seite des Substrats 4006 bereitgestellt, und die leitende Schicht 4030 und die leitende Schicht 4031 überlappen einander, wobei die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass als Substrat 4006 wie bei dem Substrat 4001 beispielsweise ein Siliziumsubstrat verwendet werden kann.
Ein Abstandshalter 4035 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen einer Isolierschicht erhalten wird, und ist bereitgestellt, um den Abstand zwischen der leitenden Schicht 4030 und der leitenden Schicht 4031 (einen Zellenabstand) zu steuern. Alternativ kann auch ein kugelförmiger Abstandshalter verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein polymerdispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Diese Flüssigkristallmaterialien weisen je nach Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral-nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
Der spezifische Widerstand des Flüssigkristallmaterials ist höher als oder gleich 1 × 10⁹ Ω·cm, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹¹ Ω·cm, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹² Ω·cm. Es sei angemerkt, dass der spezifische Widerstand in dieser Beschreibung und dergleichen bei 20 °C gemessen wird.
Wenn der Transistor 3431 ein OS-Transistor ist, kann der Transistor 3431 einen niedrigen Sperrstrom aufweisen. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, über einen längeren Zeitraum gehalten werden, und das Schreibintervall kann in einem Zustand, in dem der Netzschalter eingeschaltet ist, länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit der Aktualisierungsvorgänge verringert werden, was zu einem Effekt der Verringerung des Stromverbrauchs führt.
Bei der Anzeigevorrichtung können eine schwarze Matrix (eine lichtundurchlässige Schicht), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement oder ein Antireflexionselement, und dergleichen nach Bedarf bereitgestellt sein. Beispielsweise kann eine zirkuläre Polarisation unter Verwendung eines polarisierenden Substrats und eines Retardationssubstrats zum Einsatz kommen. Zudem kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
16(B) stellt ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung dar, die als Anzeigeelement ein Licht emittierendes Element, wie z. B. ein EL-Element, beinhaltet. EL-Elemente werden in organische EL-Elemente und anorganische EL-Elemente unterteilt.
Bei einem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung Elektronen von einer Elektrode und Löcher von der anderen Elektrode in die EL-Schicht injiziert. Es sei angemerkt, dass es sich bei der einen Elektrode um die leitende Schicht 4030 oder die leitende Schicht 4031 handelt und dass es sich bei der anderen Elektrode um die andere von der leitenden Schicht 4030 und der leitenden Schicht 4031 handelt. Die Ladungsträger (d. h. Elektronen und Löcher) rekombinieren; dadurch wird die Licht emittierende organische Verbindung in einen angeregten Zustand versetzt. Die Licht emittierende organische Verbindung kehrt vom angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines solchen Mechanismus wird ein solches Licht emittierendes Element als Licht emittierendes Element vom Stromanregungstyp bezeichnet. Zusätzlich zu der Licht emittierenden Verbindung kann die EL-Schicht ferner eine beliebige der folgenden Substanzen enthalten: eine Substanz mit einer hohen Lochinjektionseigenschaft, eine Substanz mit einer hohen Lochtransporteigenschaft, ein lochblockierendes Material, eine Substanz mit einer hohen Elektronentransporteigenschaft, eine Substanz mit einer hohen Elektroneninjektionseigenschaft, eine Substanz mit einer bipolaren Eigenschaft (eine Substanz mit einer hohen Elektronen- und Lochtransporteigenschaft) und dergleichen. Die EL-Schicht kann durch ein Verdampfungsverfahren (darunter auch ein Vakuumverdampfungsverfahren), ein Transferverfahren, ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren, ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Es werden anorganische EL-Elemente je nach ihren Elementstrukturen in ein anorganisches Dispersions-EL-Element und in ein anorganisches Dünnfilm-EL-Element eingeteilt. Ein anorganisches Dispersions-EL-Element umfasst eine Licht emittierende Schicht, bei der Teilchen eines Licht emittierenden Materials in einem Bindemittel dispergiert sind, und sein Lichtemissionsmechanismus ist eine Lichtemission vom Typ einer Donator-Akzeptor-Rekombination, bei der ein Donatorniveau und ein Akzeptorniveau ausgenutzt werden. Ein anorganisches Dünnfilm-EL-Element weist eine Struktur auf, bei der eine Licht emittierende Schicht zwischen dielektrischen Schichten angeordnet ist, die ferner zwischen Elektroden angeordnet sind, wobei sein Lichtemissionsmechanismus eine Lichtemission vom Lokalisationstyp ist, bei dem ein Innenschalenelektronenübergang von Metallionen ausgenutzt wird.
16(B) stellt ein Beispiel dar, bei dem ein organisches EL-Element als Licht emittierendes Element 3125 verwendet wird.
In 16(B) ist das Licht emittierende Element 3125 elektrisch mit dem im Pixel 41 vorgesehenen Transistor 3232 verbunden. Es handelt sich bei der Struktur des Licht emittierenden Elements 3125 um eine mehrschichtige Struktur, die die leitende Schicht 4030, eine Licht emittierende Schicht 4511 und die leitende Schicht 4031 umfasst; jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Struktur des Licht emittierenden Elements 3125 kann in Abhängigkeit von der Richtung, in der Licht aus dem Licht emittierenden Element 3125 extrahiert wird, oder dergleichen angemessen geändert werden.
Die Trennwand 4510 wird unter Verwendung eines organischen Isoliermaterials oder eines anorganischen Isoliermaterials ausgebildet. Es wird besonders bevorzugt, dass die Trennwand unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzmaterials derart ausgebildet wird, dass sie eine Öffnung über der leitenden Schicht 4030 aufweist, so dass eine Seitenfläche der Öffnung als geneigte Oberfläche mit kontinuierlicher Krümmung ausgebildet ist.
Die Licht emittierende Schicht 4511 kann unter Verwendung einer einzelnen Schicht oder einer Vielzahl von übereinander angeordneten Schichten ausgebildet werden.
Eine Schutzschicht kann über der leitenden Schicht 4031 und der Trennwand 4510 ausgebildet werden, um ein Eindringen von Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder dergleichen in das Licht emittierende Element 3125 zu verhindern. Als Schutzschicht kann Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, diamantähnlicher Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) oder dergleichen verwendet werden. Ferner ist in einem Raum, der von dem Substrat 4001, dem Substrat 4006 und dem Dichtungsmittel 4005 umschlossen ist, ein Füllmaterial 4514 zu Dichtungszwecken bereitgestellt. Auf diese Weise ist die Anzeigevorrichtung vorzugsweise mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem ultravioletthärtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung gepackt (abgedichtet), so dass die Anzeigevorrichtung nicht der Außenluft ausgesetzt ist.
Als Füllmaterial 4514 kann ein UV-härtendes Harz oder ein wärmehärtendes Harz neben einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, verwendet werden; beispielsweise kann Polyvinylchlorid (PVC), ein Acrylharz, Polyimid, ein Epoxidharz, ein Silikonharz, Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen verwendet werden. Ein Trocknungsmittel kann in dem Füllmaterial 4514 enthalten sein.
Ein Glasmaterial, wie z. B. eine Glasfritte, oder ein Harzmaterial, wie z. B. ein Zwei-Komponenten-Harz, das sich bei Raumtemperatur aushärten lässt, ein lichthärtendes Harz, ein wärmehärtendes Harz und dergleichen, kann als Dichtungsmittel 4005 verwendet werden. Das Dichtungsmittel 4005 kann ferner ein Trocknungsmittel enthalten.
Zusätzlich kann, soweit erforderlich, ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine zirkular polarisierende Platte (darunter auch eine elliptisch polarisierende Platte), eine Retardationsplatte (eine Viertelwellenplatte oder eine Halbwellenplatte) oder ein Farbfilter, angemessen auf einer Licht emittierenden Fläche des Licht emittierenden Elements bereitgestellt sein. Ferner kann die polarisierende Platte oder die zirkular polarisierende Platte mit einem Antireflexionsfilm versehen sein. Beispielsweise kann eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut werden kann, um die Blendung zu verringern.
Wenn das Licht emittierende Element eine Mikrokavitätsstruktur aufweist, kann Licht mit hoher Farbreinheit extrahiert werden. Überdies kann dann, wenn eine Mikrokavitätsstruktur und ein Farbfilter in Kombination verwendet werden, die Blendung verringert werden, und es kann die Sichtbarkeit eines angezeigten Bildes erhöht werden.
Die leitende Schicht 4030 und die leitende Schicht 4031 können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials, wie z. B. Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist, ausgebildet werden.
Die leitende Schicht 4030 und die leitende Schicht 4031 können jeweils auch unter Verwendung eines Metalls oder mehrerer Metalle, wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Zirconium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti), Platin (Pt), Aluminium (AI), Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), einer Legierung dieser oder unter Verwendung eines Nitrids dieser ausgebildet werden.
Es kann eine leitende Zusammensetzung, die ein leitendes Makromolekül (auch als leitendes Polymer bezeichnet) enthält, für die leitende Schicht 4030 und die leitende Schicht 4031 verwendet werden. Als leitfähiges Makromolekül kann ein sogenanntes π-Elektronen-konjugiertes leitendes Makromolekül verwendet werden. Beispiele dafür umfassen Polyanilin oder dessen Derivat, Polypyrrol oder dessen Derivat, Polythiophen oder dessen Derivat sowie ein Copolymer aus zwei oder mehreren von Anilin, Pyrrol und Thiophen oder ein Derivat davon.
Um Licht von dem Licht emittierenden Element 3125 nach außen zu extrahieren, sind/ist die leitende Schicht 4030 und/oder die leitende Schicht 4031 durchsichtig. Anzeigevorrichtungen werden entsprechend der Art und Weise, wie Licht extrahiert wird, in Anzeigevorrichtungen mit Top-Emission-Struktur, Anzeigevorrichtungen mit Bottom-Emission-Struktur und Anzeigevorrichtungen mit Dual-Emission-Struktur eingeteilt. Bei der Top-Emission-Struktur wird Licht über das Substrat 4006 extrahiert. Bei der Bottom-Emission-Struktur wird Licht über das Substrat 4001 extrahiert. Bei der Dual-Emission-Struktur wird Licht sowohl über das Substrat 4006 als auch über das Substrat 4001 extrahiert. Im Falle der Top-Emission-Struktur ist beispielsweise die leitende Schicht 4031 durchsichtig. Im Falle der Bottom-Emission-Struktur ist die leitende Schicht 4030 durchsichtig. Im Falle der Dual-Emission-Struktur sind beide leitende Schichten 4030 und 4031 durchsichtig.
17(A) ist eine Querschnittsansicht, in der ein Top-Gate-Transistor für den Transistor 3431 in 16(A) bereitgestellt ist. 17(B) ist eine Querschnittsansicht, in der ein Top-Gate-Transistor für den Transistor 3232 in 16(B) bereitgestellt ist.
Bei jedem der Transistoren 3431 und 3232 in 17(A) und 17(B) dient die leitende Schicht 517 als Gate-Elektrode, die leitende Schicht 510 als eine Elektrode von Source und Drain, und die leitende Schicht 511 als die andere Elektrode von Source und Drain.
<Strukturbeispiel einer Speicherschaltung>
Als Nächstes wird ein detailliertes Strukturbeispiel der in 5 gezeigten Speicherschaltung 33 anhand von 18 und 19 beschrieben. 18 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel der Speicherschaltung 33 darstellt. Wie in 18 dargestellt, beinhaltet die Speicherschaltung 33 eine Steuerung 1405, eine Zeilenschaltung 1410, eine Spaltenschaltung 1415 und ein Speicherzellen-Leseverstärkerarray 1420 (nachstehend als „MC-SA-Array 1420“ bezeichnet).
Die Zeilenschaltung 1410 beinhaltet einen Decoder 1411, eine Wortleitungstreiberschaltung 1412, einen Spaltenwähler 1413 und eine Leseverstärker-Treiberschaltung 1414. Die Spaltenschaltung 1415 beinhaltet ein globales Leseverstärkerarray 1416 und eine Eingabe-/Ausgabe-Schaltung 1417. Das globale Leseverstärkerarray 1416 beinhaltet eine Vielzahl von globalen Leseverstärkern 1447. Das MC-SA-Array 1420 beinhaltet ein Speicherzellenarray 1422, ein Leseverstärkerarray 1423 sowie globale Bitleitungen GBLL und GBLR.
[MC-SA-Array 1420]
Das MC-SA-Array 1420 weist eine mehrschichtige Struktur auf, bei der das Speicherzellenarray 1422 über dem Leseverstärkerarray 1423 angeordnet ist. Die globalen Bitleitungen GBLL und GBLR sind über dem Speicherzellenarray 1422 angeordnet. Bei der Speicherschaltung 33 kommt eine hierarchische Bitleitungsstruktur zum Einsatz, bei der die Bitleitungen in lokale und globale Bitleitungen eingestuft sind.
Das Speicherzellenarray 1422 beinhaltet N lokale Speicherzellenarrays 1425<0> bis 1425<N-1> (N ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 2). Das Speicherzellenarray 1423 beinhaltet N lokale Speicherzellenarrays 1426<0> bis 1426<N-1>. 19(A) stellt ein Konfigurationsbeispiel des lokalen Speicherzellenarrays 1425 dar. Das lokale Speicherzellenarray 1425 beinhaltet eine Vielzahl von Speicherzellen 1445, eine Vielzahl von Wortleitungen WL und eine Vielzahl von Bitleitungen BLL und BLR. Im Beispiel in 19(A) weist das lokale Speicherzellenarray 1425 eine offene Bitleitungs-Architektur auf; jedoch kann es auch eine gefaltete Bitleitungs-Architektur aufweisen.
19(B) stellt ein Schaltungskonfigurationsbeispiel für ein Paar von Speicherzellen 1445a und 1445b dar, die mit der gleichen Bitleitung BLL (BLR) verbunden sind. Die Speicherzelle 1445a beinhaltet einen Transistor MW1a, einen Kondensator CS1a sowie Anschlüsse B1a und B2a. Die Speicherzelle 1445a ist mit einer Wortleitung WLa und der Bitleitung BLL (BLR) verbunden. Die Speicherzelle 1445b beinhaltet einen Transistor MW1b, einen Kondensator CS1b und Anschlüsse B1b und B2b. Die Speicherzelle 1445b ist mit einer Wortleitung WLb und der Bitleitung BLL (BLR) verbunden. Nachfolgend werden dann, wenn die Beschreibung sowohl für die Speicherzelle 1445a als auch für die Speicherzelle 1445b gilt, die Speicherzelle 1445 und ihre Komponenten in einigen Fällen ohne Buchstaben „a“ oder „b“ beschrieben.
Der Transistor MW1a weist eine Funktion zum Steuern des Ladens und Entladens des Kondensators CS1a auf, und der Transistor MW1b weist eine Funktion zum Steuern des Ladens und Entladens des Kondensators CS1b auf. Ein Gate des Transistors MW1a ist elektrisch mit der Wortleitung WLa verbunden, ein Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1a ist elektrisch mit der Bitleitung BLL (BLR) verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1a ist elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators CS1a verbunden. Ein Gate des Transistors MW1b ist elektrisch mit der Wortleitung WLb verbunden, ein Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1b ist elektrisch mit der Bitleitung BLL (BLR) verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1b ist elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators CS1b verbunden. Auf diese Weise wird die Bitleitung BLL (BLR) von dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1a und dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors MW1b gemeinsam genutzt.
Der Transistor MW1 weist eine Funktion zum Steuern des Ladens und Entladens des Kondensators CS1 auf. Die andere Elektrode des Kondensators CS1 ist elektrisch mit dem Anschluss B2 verbunden. Ein konstantes Potential (z. B. ein niedriges Stromversorgungspotential) wird in den Anschluss B2 eingegeben.
OS-Transistoren werden vorzugsweise für die Transistoren MW1a und MW1b verwendet. Wie vorstehend beschrieben, ist der Sperrstrom eines OS-Transistors sehr gering. Folglich ist es möglich, Ladungen in den Kondensatoren CS1a und CS1b für eine lange Zeit zu halten, wodurch die Frequenz eines Aktualisierungs- bzw. Auffrischungsvorgangs verringert werden kann. Somit kann der Stromverbrauch des Anzeigesystems 10 verringert werden. Es sei angemerkt, dass für die Transistoren MW1a und MW1b nicht notwendigerweise OS-Transistoren verwendet werden, sondern Si-Transistoren oder dergleichen zum Einsatz kommen können.
Der Transistor MW1 beinhaltet ein Rückgate, und das Rückgate ist elektrisch mit dem Anschluss B1 verbunden. Somit kann die Schwellenspannung des Transistors MW1 durch ein Potential des Anschlusses B1 geändert werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Potential des Anschlusses B1 um ein festes Potential (z. B. ein negatives konstantes Potential) handeln; alternativ kann das Potential des Anschlusses B1 in Reaktion auf den Betrieb der Speicherschaltung 33 geändert werden.
Das Rückgate des Transistors MW1 kann elektrisch mit dem Gate, der Source oder dem Drain des Transistors MW1 verbunden werden. Alternativ kann der Transistor MW1 kein Rückgate beinhalten.
Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung beschrieben, die in den in der obigen Ausführungsform beschriebenen neuronalen Netzen verwendet werden kann.
Wie in 20(A) gezeigt, kann ein neuronales Netz NN eine Eingabeschicht IL, eine Ausgabeschicht OL und eine Mittelschicht (versteckte Schicht) HL beinhalten. Die Eingabeschicht IL, die Ausgabeschicht OL und die Mittelschicht HL beinhalten jeweils ein oder mehrere Neuron/en (Einheit/en). Es sei angemerkt, dass die Mittelschicht HL aus einer Schicht oder aus zwei oder mehr Schichten bestehen kann. Ein neuronales Netz mit zwei oder mehr Mittelschichten HL kann auch als Deep Neural Network (DNN) bezeichnet werden, und das Lernen mit einem tiefen neuronalen Netz kann auch als Deep Learning bezeichnet werden.
Die Eingabedaten werden in Neuronen der Eingabeschicht IL eingegeben, die Ausgabesignale der Neuronen in der vorherigen Schicht oder der nachfolgenden Schicht werden in die Neuronen der Mittelschicht HL eingegeben, und die Ausgabesignale der Neuronen in der vorherigen Schicht werden in die Neuronen der Ausgabeschicht OL eingegeben. Es sei angemerkt, dass jedes Neuron mit allen Neuronen der vorherigen und nachfolgenden Schichten verbunden sein kann (Vollverbindung) oder lediglich nur mit einigen der Neuronen verbunden sein kann.
20(B) stellt ein Beispiel für eine Berechnung mit den Neuronen dar. Hier werden ein Neuron N und zwei Neuronen der vorhergehenden Schicht, die Signale an das Neuron N ausgeben, dargestellt. Eine Ausgabe x₁ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht und eine Ausgabe x₂ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht werden in das Neuron N eingegeben. Anschließend wird bei dem Neuron N die Summe x₁w₁ + x₂w₂ von dem Multiplikationsergebnis der Ausgabe x₁ mit einem Gewicht w₁ (x₁ w₁ ) und dem Multiplikationsergebnis der Ausgabe x₂ mit einem Gewicht w₂ (x₂ w₂ ) berechnet, und dann wird eine Vorspannung b je nach Bedarf hinzuaddiert, so dass der Wert a = x₁ w₁ + x₂w₂ + b erhalten wird. Der Wert a wird mit einer Aktivierungsfunktion h umgewandelt, und ein Ausgabesignal y = h(a) wird von dem Neuron N ausgegeben.
Wie oben beschrieben, umfasst die Berechnung mit den Neuronen eine Berechnung, bei der die Produkte aus den Ausgaben und den Gewichten von den Neuronen der vorhergehenden Schichten addiert werden, d. h. eine Produkt-Summen-Operation (x₁w₁ + x₂w₂, die oben beschrieben worden ist). Diese Produkt-Summen-Operation kann über eine Software unter Verwendung eines Programms oder unter Verwendung einer Hardware durchgeführt werden. Für den Fall, dass die Produkt-Summen-Operation mittels Hardware durchgeführt wird, kann eine Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet werden. Als Produkt-Summen-Operations-Schaltung kann entweder eine digitale oder eine analoge Schaltung verwendet werden. Wenn eine analoge Schaltung als Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet wird, kann die Größe der Produkt-Summen-Operations-Schaltung verringert werden oder können eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und ein geringerer Stromverbrauch durch eine Verringerung der Zugriffe auf einen Speicher erzielt werden.
Die Produkt-Summen-Operations-Schaltung kann entweder aus Si-Transistoren oder OS-Transistoren bestehen. Ein OS-Transistor wird aufgrund seines extrem niedrigen Sperrstroms besonders vorteilhaft als Transistor in einem Speicher der Produkt-Summen-Operations-Schaltung eingesetzt. Es sei angemerkt, dass die Produkt-Summen-Operations-Schaltung sowohl aus Si-Transistoren als auch aus OS-Transistoren bestehen kann. Ein Konfigurationsbeispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer Funktion als Produkt-Summen-Operations-Schaltung wird im Folgenden beschrieben.
<Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung>
21 veranschaulicht ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung MAC, die eine Funktion aufweist, eine Operation bzw. Berechnung mittels neuronalem Netz durchzuführen. Die Halbleitervorrichtung MAC weist eine Funktion auf, eine Produkt-Summen-Operation anhand von ersten Daten, die der Stärke der Verbindung zwischen den Neuronen (d. h. dem Gewicht) entsprechen, und anhand von zweiten Daten durchzuführen, die den Eingabedaten entsprechen. Es sei angemerkt, dass die ersten Daten und die zweiten Daten jeweils analoge Daten oder mehrstufige digitale Daten (diskrete Daten) sein können. Die Halbleitervorrichtung MAC weist auch die Funktion auf, die durch die Produkt-Summen-Operation gewonnenen Daten mit der Aktivierungsfunktion umzuwandeln.
Die Halbleitervorrichtung MAC beinhaltet ein Zellenarray CA, eine Stromversorgungsschaltung CS, eine Stromspiegelschaltung CM, eine Schaltung WDD, eine Schaltung WLD, eine Schaltung CLD, eine Offset-Schaltung OFST und eine Aktivierungsfunktionsschaltung ACTV.
Das Zellenarray CA beinhaltet eine Vielzahl von Speicherzellen MC und eine Vielzahl von Speicherzellen MCref. In dem in 21 dargestellten Konfigurationsbeispiel beinhaltet das Zellenarray CA Speicherzellen MC in m Zeilen und n Spalten (Speicherzellen MC[1, 1] bis MC[m, n]) und m Speicherzellen MCref (Speicherzellen MCref[1] bis MCref[m]), wobei m und n jeweils eine ganze Zahl von 1 oder mehr sind. Die Speicherzellen MC weisen eine Funktion auf, die ersten Daten zu speichern. Die Speicherzellen MCref weisen eine Funktion auf, Referenzdaten zu speichern, die für die Produkt-Summen-Operation verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Referenzdaten analoge Daten oder mehrstufige digitale Daten sein können.
Die Speicherzelle MC[i, j] ist mit einer Leitung WL[i], einer Leitung RW[i], einer Leitung WD[j] und einer Leitung BL[j] verbunden, wobei i eine ganze Zahl von 1 bis einschließlich m und j eine ganze Zahl von 1 bis einschließlich n ist. Die Speicherzelle MCref[i] ist mit der Leitung WL[i], der Leitung RW[j], einer Leitung WDref und einer Leitung BLref verbunden. Hier wird ein Strom, der zwischen der Speicherzelle MC[i, j] und der Leitung BL[j] fließt, durch I_Mc[i,j] dargestellt, und ein Strom, der zwischen der Speicherzelle MCref[i] und der Leitung BLref fließt, wird durch I_MCref[i] dargestellt.
22 veranschaulicht ein spezifisches Konfigurationsbeispiel der Speicherzelle MC und der Speicherzelle MCref. Obwohl die Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] und die Speicherzellen MCref[1] und MCref[2] in 22 stellvertretend dargestellt sind, kann eine ähnliche Konfiguration auch auf die anderen Speicherzellen MC und MCref angewendet werden. Die Speicherzellen MC und die Speicherzellen MCref beinhalten jeweils einen Transistor Tr11, einen Transistor Tr12 und einen Kondensator C11. Hier wird der Fall beschrieben, in dem die Transistoren Tr11 und Tr12 n-Kanal-Transistoren sind.
In der Speicherzelle MC ist ein Gate des Transistors Tr11 mit der Leitung WL verbunden, ist ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11 mit einem Gate des Transistors Tr12 und einer ersten Elektrode des Kondensators C11 verbunden, und ist der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11 mit der Leitung WD verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr12 ist mit der Leitung BL verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr12 ist mit einer Leitung VR verbunden. Eine zweite Elektrode des Kondensators C11 ist mit der Leitung RW verbunden. Die Leitung VR weist eine Funktion auf, ein vorgegebenes Potential zur Verfügung zu stellen. In diesem Beispiel wird der Fall beschrieben, in dem ein niedriges Stromversorgungspotential (z. B. ein Erdpotential) von der Leitung VR zugeführt wird.
Ein Knoten NM bezieht sich auf einen Knoten, der mit dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11, dem Gate des Transistors Tr12 und der ersten Elektrode des Kondensators C11 verbunden ist. Ein Knoten NM[1, 1] bezieht sich auf den Knoten NM in der Speicherzelle MC[1, 1], und ein Knoten NM[2, 1] auf den Knoten NM in der Speicherzelle MC[2, 1].
Die Speicherzellen MCref weisen eine ähnliche Konfiguration wie die Speicherzellen MC auf. Die Speicherzellen MCref werden jedoch anstatt mit der Leitung WD mit einer Leitung WDref und anstatt mit der Leitung BL mit einer Leitung BLref verbunden. Ein Knoten NMref[1] bezieht sich auf einen Knoten, der mit dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr11, dem Gate des Transistors Tr12 und der ersten Elektrode des Kondensators C11 in der Speicherzelle MCref[1] verbunden ist; ein Knoten NMref[2] bezieht sich auf den entsprechenden Knoten in der Speicherzelle MCref[2].
Der Knoten NM und der Knoten NMref fungieren als Halteknoten der Speicherzelle MC bzw. der Speicherzelle MCref. Die ersten Daten werden im Knoten NM und die Referenzdaten im Knoten NMref gehalten. Ein Strom I_MC[1,1] und ein Strom I_{MC[2, 1]} fließen von der Leitung BL[1] zu dem Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[1, 1] bzw. der Speicherzelle MC[2, 1]. Ein Strom I_MCref[1] und ein Strom I_MCref[2] fließen von der Leitung BLref zu dem Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[1] bzw. der Speicherzelle MCref[2].
Da der Transistor Tr11 eine Funktion zum Halten des Potentials des Knotens NM oder des Knotens NMref aufweist, ist der Sperrstrom des Transistors Tr11 vorzugsweise niedrig. Daher ist es vorzuziehen, einen OS-Transistor mit extrem niedrigem Sperrstrom für den Transistor Tr11 zu verwenden. Dies unterdrückt eine Änderung des Potentials des Knotens NM oder des Knotens NMref, was zu einer höheren Betriebsgenauigkeit führt. Darüber hinaus kann die Frequenz des Vorgangs zum Aktualisieren des Potentials des Knotens NM oder des Knotens NMref verringert werden, was zu einer Reduzierung des Stromverbrauchs führt.
Für den Transistor Tr12 gibt es keine besondere Einschränkung, und es kann z. B. ein Si-Transistor oder ein OS-Transistor verwendet werden. Wenn ein OS-Transistor für den Transistor Tr12 verwendet wird, kann der Transistor Tr12 mit der gleichen Herstellungsvorrichtung wie der Transistor Tr11 hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können. Es sei angemerkt, dass der Transistor Tr12 ein n-Kanal-Transistor oder ein p-Kanal-Transistor sein kann.
Die Stromversorgungsschaltung CS ist mit den Leitungen BL[1] bis BL[n] und der Leitung BLref verbunden. Die Stromversorgungsschaltung CS weist eine Funktion auf, die Leitungen BL[1] bis BL[n] und die Leitung BLref mit Strom zu versorgen. Es sei angemerkt, dass sich der Wert des den Leitungen BL[1] bis BL[n] zugeführten Stroms von dem des der Leitung BLref zugeführten Stroms unterscheiden kann. Hier wird der Strom, der von der Stromversorgungsschaltung CS den Leitungen BL[1] bis BL[n] zugeführt wird, durch I_C dargestellt, und der Strom, der von der Stromversorgungsschaltung CS der Leitung BLref zugeführt wird, wird durch I_Cref dargestellt.
Die Stromspiegelschaltung CM beinhaltet die Leitungen IL[1] bis IL[n] und eine Leitung ILref. Die Leitungen IL[1] bis IL[n] sind mit den jeweiligen Leitungen BL[1] bis BL[n] verbunden, und die Leitung ILref ist mit der Leitung BLref verbunden. Hier werden Abschnitte, in denen die Leitungen IL[1] bis IL[n] mit den jeweiligen Leitungen BL[1] bis BL[n] verbunden sind, durch Knoten NP[1] bis NP[n] dargestellt. Ein Abschnitt, in dem die Leitung ILref mit der Leitung BLref verbunden ist, wird als Knoten NPref bezeichnet.
Die Stromspiegelschaltung CM weist eine Funktion auf, den Strom I_CM entsprechend dem Potential des Knotens NPref zur Leitung ILref zu leiten und eine Funktion auf, diesen Strom I_CM auch zu den Leitungen IL[1] bis IL[n] fließen zu lassen. In dem in 21 dargestellten Beispiel wird der Strom I_CM von der Leitung BLref auf die Leitung ILref und der Strom I_CM von den Leitungen BL[1] bis BL[n] auf die Leitungen IL[1] bis IL[n] entladen. Ströme, die von der Stromspiegelschaltung CM zu dem Zellenarray CA über die Leitungen BL[1] bis BL[n] fließen, werden durch I_B[1] bis I_B[n] dargestellt. Ein Strom, der von der Stromspiegelschaltung CM zu dem Zellenarray CA über die Leitung BLref fließt, wird durch I_Bref dargestellt.
Die Schaltung WDD ist mit den Leitungen WD[1] bis WD[n] und der Leitung WDref verbunden. Die Schaltung WDD weist eine Funktion auf, ein Potential entsprechend den ersten in den Speicherzellen MC gespeicherten Daten den Leitungen WD[1] bis WD[n] zuzuführen. Die Schaltung WDD weist auch die Funktion auf, ein Potential entsprechend den in der Speicherzelle MCref gespeicherten Referenzdaten der Leitung WDref zuzuführen. Die Schaltung WLD ist mit den Leitungen WL[1] bis WL[m] verbunden. Die Schaltung WLD weist eine Funktion auf, den Leitungen WL[1] bis WL[m] ein Signal zur Auswahl der Speicherzelle MC oder der Speicherzelle MCref zuzuführen, in die Daten geschrieben werden sollen. Die Schaltung CLD ist mit den Leitungen RW[1] bis RW[m] verbunden. Die Schaltung CLD weist eine Funktion auf, ein den zweiten Daten entsprechendes Potential den Leitungen RW[1] bis RW[m] zuzuführen.
Die Offset-Schaltung OFST ist mit den Leitungen BL[1] bis BL[n] und den Leitungen OL[1] bis OL[n] verbunden. Die Offset-Schaltung OFST weist eine Funktion auf, die Menge an Strom, die von den Leitungen BL[1] bis BL[n] zur Offset-Schaltung OFST fließt, und/oder den Änderungsbetrag des Stroms zu messen, der von den Leitungen BL[1] bis BL[n] zur Offset-Schaltung OFST fließt. Die Offset-Schaltung OFST weist auch die Funktion auf, die Messergebnisse an die Leitungen OL[1] bis OL[n] auszugeben. Es sei angemerkt, dass die Offset-Schaltung OFST einen Strom entsprechend dem Messergebnis an die Leitung OL ausgeben kann, oder den Strom entsprechend dem Messergebnis in eine Spannung umwandeln kann, um die Spannung an die Leitung OL auszugeben. Die Ströme, die zwischen dem Zellenarray CA und der Offset-Schaltung OFST fließen, werden als I_α[1] bis I_α[n] bezeichnet.
23 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel für die Offset-Schaltung OFST. Die in 23 dargestellte Offset-Schaltung OFST beinhaltet die Schaltungen OC[1] bis OC[n]. Jede der Schaltungen OC[1] bis OC[n] beinhaltet einen Transistor Tr21, einen Transistor Tr22, einen Transistor Tr23, einen Kondensator C21 und einen Widerstand R1. Die Verbindungsbeziehungen der Elemente sind wie in 23 dargestellt. Es sei angemerkt, dass ein Knoten, der mit einer ersten Elektrode des Kondensators C21 und einem ersten Anschluss des Widerstands R1 verbunden ist, als Knoten Na bezeichnet wird. Ein Knoten, der mit einer zweiten Elektrode des Kondensators C21, einem Anschluss von Source und Drain des Transistors Tr21 und einem Gate des Transistors Tr22 verbunden ist, wird als Knoten Nb bezeichnet.
Eine Leitung VrefL weist eine Funktion auf, ein Potential Vref zuzuführen, eine Leitung VaL weist eine Funktion auf, ein Potential Va zuzuführen, und eine Leitung VbL weist eine Funktion auf, ein Potential Vb zuzuführen. Eine Leitung VDDL weist eine Funktion auf, ein Potential VDD zuzuführen, und eine Leitung VSSL weist eine Funktion auf, ein Potential VSS zuzuführen. Hier wird der Fall beschrieben, in dem das Potential VDD ein hohes Stromversorgungspotential und das Potential VSS ein niedriges Stromversorgungspotential ist. Eine Leitung RST weist eine Funktion auf, ein Potential zum Steuern des Ein/Aus-Zustandes des Transistors Tr21 zuzuführen. Der Transistor Tr22, der Transistor Tr23, die Leitung VDDL, die Leitung VSSL und die Leitung VbL bilden eine Source-Folgerschaltung.
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel für die Schaltungen OC[1] bis OC[n] beschrieben. Obwohl hier ein Betriebsbeispiel stellvertretend anhand der Schaltung OC[1] beschrieben wird, können die Schaltungen OC[2] bis OC[n] ähnlich wie die Schaltung OC[1] betrieben werden. Zunächst wird, wenn ein erster Strom zur Leitung BL[1] fließt, das Potential des Knotens Na zu einem Potential, das dem ersten Strom und dem Widerstand des Widerstands R1 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor Tr21 eingeschaltet, und somit wird das Potential Va dem Knoten Nb zugeführt. Dann wird der Transistor Tr21 ausgeschaltet.
Als Nächstes wird, wenn ein zweiter Strom zur Leitung BL[1] fließt, das Potential des Knotens Na zu einem Potential geändert, das dem zweiten Strom und dem Widerstand des Widerstands R1 entspricht. Da der Transistor Tr21 zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet ist und der Knoten Nb sich in einem schwebenden (potentialfreien) Zustand befindet, ändert sich das Potential des Knotens Nb durch kapazitive Kopplung nach der Änderung des Potentials des Knotens Na. Hier ist, wenn die Höhe der Änderung des Potentials des Knotens Na ΔV_Na ist und der kapazitive Kopplungskoeffizient 1 ist, das Potential des Knotens Nb Va+ΔV_Na. Wenn die Schwellenspannung des Transistors Tr22 Vth ist, wird von der Leitung OL[1] ein Potential Va+ΔV_Na-V_th ausgegeben. Hier kann, wenn Va=V_th gilt, das Potential ΔV_Na von der Leitung OL[1] ausgegeben werden.
Das Potential ΔV_Na wird durch den Änderungsbetrag vom ersten Strom zum zweiten Strom, den Widerstand R1 und das Potential Vref bestimmt. Da der Widerstand R1 und das Potential Vref bekannt sind, kann hier der Änderungsbetrag des Stroms, der zur Leitung BL fließt, aus dem Potential ΔV_Na ermittelt werden.
Signale, die der Strommenge und/oder dem Änderungsbetrag des Stroms entsprechen und von der Offset-Schaltung OFST wie vorstehend beschrieben gemessen werden, werden über die Leitungen OL[1] bis OL[n] in die Aktivierungsfunktionsschaltung ACTV eingegeben.
Die Aktivierungsfunktionsschaltung ACTV ist mit den Leitungen OL[1] bis OL[n] und den Leitungen NIL[1] bis NIL[n] verbunden. Die Aktivierungsfunktionsschaltung ACTV weist eine Funktion auf, eine Operation zum Umwandeln des von der Offset-Schaltung OFST eingegebenen Signals gemäß einer vordefinierten Aktivierungsfunktion durchzuführen. Als Aktivierungsfunktion kann z. B. eine Sigmoid-Funktion, eine Tanh-Funktion, eine Softmax-Funktion, eine ReLU-Funktion oder eine Schwellenfunktion verwendet werden. Das von der Aktivierungsfunktionsschaltung ACTV umgewandelte Signal wird als Ausgabedaten an die Leitungen NIL[1] bis NIL[n] ausgegeben.
<Betriebsbeispiel einer Halbleitervorrichtung>
Mit der obigen Halbleitervorrichtung MAC kann die Produkt-Summen-Operation der ersten Daten und der zweiten Daten durchgeführt werden. Im Folgenden wird ein Betriebsbeispiel für die Halbleitervorrichtung MAC zum Zeitpunkt der Durchführung der Produkt-Summen-Operation beschrieben.
24 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Halbleitervorrichtung MAC zeigt. 24 zeigt Potentialänderungen der Leitungen WL[1], WL[2], WD[1] und WDref, der Knoten NM[1, 1], NM[2, 1], NMref[1] und NMref[2], der Leitungen RW[1] und RW[2] in 22 sowie Werteänderungen eines Stroms I_B[1]-I_α[1] und eines Stroms I_Bref . Der Strom I_B[1]-I_α[1] entspricht der Summe der Ströme, die aus der Leitung BL[1] durch die Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] fließen.
Obwohl der Betrieb mit Fokus auf die in 22 als typisches Beispiel dargestellten Speicherzellen MC[1, 1], MC[2, 1], MCref[1] und MCref[2] beschrieben wird, können auch die anderen Speicherzellen MC und MCref ähnlich betrieben werden.
[Speichern der ersten Daten]
Zuerst wird zwischen dem Zeitpunkt T01 und dem Zeitpunkt T02 das Potential der Leitung WL[1] auf einen hohen Pegel eingestellt, wird das Potential der Leitung WD[1] um V_PR-V_W[1,_1] höher als ein Erdpotential (GND), und wird das Potential der Leitung WDref um VPR höher als das Erdpotential. Die Potentiale der Leitungen RW[1] und RW[2] sind ein Bezugspotential (REFP). Es sei angemerkt, dass das Potential V_W[1,1] das Potential ist, das den ersten in der Speicherzelle MC[1, 1] gespeicherten Daten entspricht. Das Potential VPR ist das Potential, das den Referenzdaten entspricht. So werden die Transistoren Tr11 in den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] eingeschaltet, und das Potential des Knotens NM[1, 1] wird zu V_PR-V_W[1,1] und das Potential des Knotens NMref[1] zu V_PR .
Zu diesem Zeitpunkt kann ein Strom I_{MC[1, 1], 0} , der von der Leitung BL[1] zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[1, 1] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden. Hier ist k eine Konstante, die durch die Kanallänge, Kanalbreite, Mobilität, Kapazität eines Gate-Isolierfilms und dergleichen des Transistors Tr12 bestimmt wird. Weiterhin ist Vth die Schwellenspannung des Transistors Tr12.
$I_{MC [1, 1], 0} = k {(V_{PR} - V_{W [1, 1]} - V_{th})}^{2}$
Ein Strom I_{MCref[1], 0} , der von der Leitung BLref zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[1] fließt, kann durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MCref [1], 0} = k {(V_{PR} - V_{th})}^{2}$
Als Nächstes wird zwischen dem Zeitpunkt T02 und dem Zeitpunkt T03 das Potential der Leitung WL[1] auf einen niedrigen Pegel eingestellt. Dadurch werden die Transistoren Tr11 in den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] ausgeschaltet und die Potentiale der Knoten NM[1, 1] und NMref[1] gehalten.
Wie vorstehend beschrieben, wird ein OS-Transistor vorzugsweise als Transistor Tr11 verwendet. Dadurch kann der Leckstrom des Transistors Tr11 unterdrückt werden, so dass die Potentiale der Knoten NM[1, 1] und NMref[1] exakt gehalten werden können.
Anschließend wird zwischen dem Zeitpunkt T03 und dem Zeitpunkt T04 das Potential der Leitung WL[2] auf einen hohen Pegel eingestellt, wird das Potential der Leitung WD[1] um V_PR-V_W[2,1] höher als das Erdpotential, und wird das Potential der Leitung WDref um VPR höher als das Erdpotential. Es sei angemerkt, dass das Potential V_{VW[2, 1]} ein Potential ist, das den ersten in der Speicherzelle MC[2, 1] gespeicherten Daten entspricht. So werden die Transistoren Tr11 in den Speicherzellen MC[2, 1] und MCref[2] eingeschaltet, und das Potential des Knotens NM[1, 1] wird zu V_PR-V_W[2, _1] und das Potential des Knotens NMref[1] zu V_PR .
Hier kann ein Strom I_{MC[2, 1], 0} , der von der Leitung BL[1] zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[2, 1] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MC [2, 1], 0} = k {(V_{PR} - V_{W [2, 1]} - V_{th})}^{2}$
Ein Strom I_MCref[2], ₀, der von der Leitung BLref zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[2] fließt, kann durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MCref [2], 0} = k {(V_{PR} - V_{th})}^{2}$
Als Nächstes wird zwischen dem Zeitpunkt T04 und dem Zeitpunkt T05 das Potential der Leitung WL[2] auf einen niedrigen Pegel eingestellt. Dadurch werden die Transistoren Tr11 in den Speicherzellen MC[2, 1] und MCref[2] ausgeschaltet und die Potentiale der Knoten NM[2, 1] und NMref[2] gehalten.
Durch den obigen Vorgang werden die ersten Daten in den Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] gespeichert, und die Referenzdaten werden in den Speicherzellen MCref[1] und MCref[2] gespeichert.
Dabei werden Ströme berücksichtigt, die zwischen dem Zeitpunkt T04 und dem Zeitpunkt T05 durch die Leitungen BL[1] und BLref fließen. Der Strom aus der Stromversorgungsschaltung CS wird an die Leitung BLref angelegt. Der durch die Leitung BLref fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MCref[1] und MCref[2] abgegeben. Die nachfolgende Formel gilt, wenn I_Cref der Strom ist, der von der Stromversorgungsschaltung CS der Leitung BLref zugeführt wird, und I_{CM, 0} der Strom ist, der von der Leitung BLref an die Stromspiegelschaltung CM abgegeben wird.
$I_{Cref} - I_{CM, 0} = I_{MCref [1], 0} + I_{MCref [2], 0}$
Der Strom aus der Stromversorgungsschaltung CS wird der Leitung BL[1] zugeführt. Der durch die Leitung BL[1] fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] abgegeben. Darüber hinaus fließt der Strom von der Leitung BL[1] zur Offset-Schaltung OFST. Die nachfolgende Formel gilt, wenn I_{C, 0} der Strom ist, der von der Stromversorgungsschaltung CS der Leitung BL[1] zugeführt wird, und I_{α, 0} der Strom ist, der von der Leitung BL[1] zu der Offset-Schaltung OFST fließt.
$I_{C} - I_{CM, 0} = I_{MC [1, 1], 0} + I_{MC [2, 1], 0} + I_{α, 0}$
[Produkt-Summen-Operation der ersten Daten und zweiten Daten]
Als Nächstes wird zwischen dem Zeitpunkt T05 und dem Zeitpunkt T06 das Potential der Leitung RW[1] um V_X[1] höher als das Bezugspotential. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential V_X[1] den Kondensatoren C11 in den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] zugeführt, so dass die Potentiale der Gates der Transistoren Tr12 durch kapazitive Kopplung zunehmen. Es sei angemerkt, dass das Potential V_X[1] ein Potential ist, das den zweiten Daten entspricht, die den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] zugeführt werden.
Der Änderungsbetrag des Gate-Potentials des Transistors Tr12 entspricht dem Wert, der durch Multiplikation des Änderungsbetrags des Potentials der Leitung RW mit einem durch die Speicherzellenkonfiguration bestimmten kapazitiven Kopplungskoeffizienten erhalten wird. Der kapazitive Kopplungskoeffizient wird aus der Kapazität des Kondensators C11, der Gate-Kapazität des Transistors Tr12, der parasitären Kapazität und dergleichen berechnet. Der Einfachheit halber ist der Änderungsbetrag des Potentials der Leitung RW gleich dem Änderungsbetrag des Gate-Potentials des Transistors Tr12, d. h. der kapazitive Kopplungskoeffizient ist bei der folgenden Beschreibung 1. In der Praxis kann das Potential V_X unter Berücksichtigung des kapazitiven Kopplungskoeffizienten bestimmt/festgelegt werden.
Wenn das Potential V_X[1] den Kondensatoren C11 in den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] zugeführt wird, erhöhen sich die Potentiale der Knoten NM[1, 1] und NMref[1] um V_X[1] .
Hier kann ein Strom I_{MC[1, 1], 1} , der zwischen Zeitpunkt T05 und Zeitpunkt T06 von der Leitung BL[1] zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[1, 1] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MC [1, 1], 1} = k {(V_{PR} - V_{W [1, 1]} + V_{X [1]} - V_{th})}^{2}$
Wenn das Potential V_X[1] an die Leitung RW[1] angelegt wird, erhöht sich dementsprechend der Strom, der von der Leitung BL[1] zu dem Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[1, 1] fließt, um ΔI_MC[1,1] = I_MC[1, _1], ₁ - I_MC[1, _1], ₀.
Hier kann ein Strom I_{MCref[1], 1} , der zwischen dem Zeitpunkt T05 und dem Zeitpunkt T06 von der Leitung BLref zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[1] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MCref [1], 1} = k {(V_{PR} + V_{X [1]} - V_{th})}^{2}$
Wenn das Potential V_X[1] an die Leitung RW[1] angelegt wird, erhöht sich demnach der Strom, der von der Leitung BLref zu dem Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[1] fließt, um ΔI_MCref[1] = I_MCref[1], ₁ - I_MCref[1], ₀.
Ströme, die durch die Leitungen BL[1] und BLref fließen, werden berücksichtigt. Der Strom I_Cref wird von der Stromversorgungsschaltung CS der Leitung BLref zugeführt. Der durch die Leitung BLref fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MCref[1] und MCref[2] abgegeben. Die folgende Formel gilt, wenn I_{CM, 1} der Strom ist, der von der Leitung BLref an die Stromspiegelschaltung CM abgegeben wird.
$I_{Cref} - I_{CM, 1} = I_{MCref [1], 1} + I_{MCref [2], 0}$
Der Strom I_C wird von der Stromversorgungsschaltung CS an die Leitung BL[1] angelegt. Der durch die Leitung BL[1] fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] abgegeben. Außerdem fließt der Strom auch von der Leitung BL[1] zur Offset-Schaltung OFST. Die folgende Formel gilt, wenn I_{α, 1} der Strom ist, der von der Leitung BL[1] zur Offset-Schaltung OFST fließt.
$I_{C} - I_{CM, 1} = I_{MC [1, 1], 1} + I_{MC [2, 1], 1} + I_{α, 1}$
Aus den Formeln (E1) bis (E10) kann eine Differenz zwischen dem Strom I_{α, 0} und dem Strom I_{α, 1} (ein Differenzstrom ΔI_α ) durch die folgende Formel dargestellt werden.
$Δ I_{α} = I_{α, 0} - I_{α, 1} = 2 k V_{W [1, 1]} V_{X [1]}$
Wie oben dargestellt, ist der Differenzstrom ΔI_α abhängig vom Produkt der Potentiale V_{W[1, 1]} und V_X[1] .
Anschließend, d. h. während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt T06 und dem Zeitpunkt T07, wird das Potential der Leitung RW[1] zum Erdpotential, und die Potentiale der Knoten NM[1, 1] und NMref[1] werden zu Potentialen, die denjenigen während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt T04 und dem Zeitpunkt T05 ähneln.
Anschließend wird zwischen dem Zeitpunkt T07 und dem Zeitpunkt T08 das Potential der Leitung RW[1] um V_X[1] höher als das Bezugspotential, und wird das Potential der Leitung RW[2] um V_X[2] höher als das Bezugspotential. Somit wird das Potential V_X[1] den Kondensatoren C11 in den Speicherzellen MC[1, 1] und MCref[1] zugeführt, und die Potentiale der Knoten NM[1, 1] und NMref[1] erhöhen sich aufgrund der kapazitiven Kopplung um V_X[1] . Darüber hinaus wird das Potential V_X[2] den Kondensatoren C11 in den Speicherzellen MC[2, 1] und MCref[2] zugeführt, und die Potentiale der Knoten NM[2, 1] und NMref[2] erhöhen sich aufgrund der kapazitiven Kopplung um V_X[2] .
Hier kann ein Strom I_{MC[2, 1], 1} , der zwischen dem Zeitpunkt T07 und dem Zeitpunkt T08 von der Leitung BL[1] zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[2, 1] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MC [2, 1], 1} = k {(V_{PR} - V_{W [2, 1]} + V_{X [2]} - V_{th})}^{2}$
Wenn das Potential V_X[2] der Leitung RW[2] zugeführt wird, erhöht sich dementsprechend der Strom, der von der Leitung BL[1] zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MC[2, 1] fließt, um ΔI_{MC[2, 1]} = I_{MC[2, 1], 1} - I_{MC[2, 1], 0}.
Hier kann ein Strom I_{MCref[2], 1} , der zwischen dem Zeitpunkt T05 und dem Zeitpunkt T06 von der Leitung BLref zum Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[2] fließt, durch die folgende Formel dargestellt werden.
$I_{MCref [2], 1} = k {(V_{PR} + V_{X [2]} - V_{th})}^{2}$
Wenn das Potential V_X[2] an die Leitung RW[2] angelegt wird, erhöht sich dementsprechend der Strom, der von der Leitung BLref zu dem Transistor Tr12 in der Speicherzelle MCref[2] fließt, um ΔI_MCref[2] = I_MCref[2], ₁ - I_MCref[2], ₀.
Ströme, die durch die Leitungen BL[1] und BLref fließen, werden berücksichtigt. Der Strom I_Cref wird von der Stromversorgungsschaltung CS an die Leitung BLref angelegt. Der durch die Leitung BLref fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MCref[1] und MCref[2] abgegeben. Die folgende Formel gilt, wenn I_{CM, 2} der Strom ist, der von der Leitung BLref an die Stromspiegelschaltung CM abgegeben wird.
$I_{Cref} - I_{CM, 2} = I_{MCref [1], 1} + I_{MCref [2], 1}$
Der Strom I_C wird von der Stromversorgungsschaltung CS an die Leitung BL[1] angelegt. Der durch die Leitung BL[1] fließende Strom wird an die Stromspiegelschaltung CM und die Speicherzellen MC[1, 1] und MC[2, 1] abgegeben. Außerdem fließt der Strom auch von der Leitung BL[1] zur Offset-Schaltung OFST. Die folgende Formel gilt, wenn I_{α, 2} der Strom ist, der von der Leitung BL[1] zur Offset-Schaltung OFST fließt.
$I_{C} - I_{CM, 2} = I_{MC [1, 1], 1} + I_{MC [2, 1], 1} + I_{α, 2}$
Aus den Formeln (E1) bis (E8) und Formeln (E12) bis (E15) kann eine Differenz zwischen dem Strom I_{α, 0} und dem Strom I_{α, 2} (dem Differenzstrom ΔI_α ) durch die folgende Formel dargestellt werden.
$Δ I_{α} = I_{α, 0} - I_{α, 2} = 2 k (V_{W [1, 1]} V_{X [1]} + V_{W [2, 1]} V_{X [2]})$
Wie oben dargestellt, hängt der Differenzstrom ΔI_α von der Summe aus dem Produkt der Potentiale V_{W[1, 1]} und V_X[1] und dem Produkt der Potentiale V_{W[2, 1]} und V_X[2] ab.
Anschließend, d. h. während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt T08 und dem Zeitpunkt T09, werden die Potentiale der Leitungen RW[1] und RW[2] zum Erdpotential und die Potentiale der Knoten NM[1, 1], NM[2, 1], NMref[1] und NMref[2] werden zu Potentialen, die denjenigen während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt T04 und dem Zeitpunkt T05 ähneln.
Wie durch die Formeln (E9) und (E16) dargestellt, ist der Differenzstrom ΔI_α , der in die Offset-Schaltung OFST eingegeben wird, ein Wert, der einem Ergebnis der Summe der Produkte der Potentiale V_X , die den ersten Daten (Gewicht) entsprechen, und der Potentiale Vw entspricht, die den zweiten Daten (Eingabedaten) entsprechen. Folglich führt die Messung des Differenzstroms ΔI_α mit der Offset-Schaltung OFST zum Ergebnis der Produkt-Summen-Operation der ersten Daten und der zweiten Daten.
Es sei angemerkt, dass, obwohl bei der obigen Beschreibung die Speicherzellen MC[1, 1], MC[2, 1], MCref[1] und MCref[2] im Fokus lagen, die Anzahl der Speicherzellen MC und MCref beliebig sein kann. Der Differenzstrom ΔI_α kann durch die folgende Formel dargestellt werden, wenn die Anzahl der Zeilen m der Speicherzellen MC und MCref eine gegebene Zahl ist.
$Δ I_{α} = 2 k \sum_{i} V_{W [i, 1]} V_{X [i]}$
Mit zunehmender Anzahl der Spalten n der Speicherzellen MC und MCref kann die Anzahl der parallel ausgeführten Produkt-Summen-Operationen erhöht werden.
Die Produkt-Summen-Operation der ersten Daten und der zweiten Daten kann wie oben beschrieben mit der Halbleitervorrichtung MAC durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Verwendung der in 22 dargestellten Konfiguration der Speicherzellen MC und MCref es ermöglicht, die Produkt-Summen-Operations-Schaltung aus wenigen Transistoren ausbilden. Dementsprechend kann die Schaltungsgröße der Halbleitervorrichtung MAC reduziert werden.
In dem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung MAC für eine Berechnung im neuronalen Netz verwendet wird, kann die Anzahl der Zeilen m der Speicherzellen MC der Anzahl der an ein Neuron gelieferten Eingabedaten entsprechen und die Anzahl der Spalten n der Speicherzellen MC der Anzahl der Neuronen entsprechen. Es wird beispielsweise der Fall in Betracht gezogen, dass eine Produkt-Summen-Operation mit der Halbleitervorrichtung MAC in der Mittelschicht HL in 20(A) durchgeführt wird. In diesem Fall kann die Anzahl der Zeilen m der Speicherzellen MC auf die Anzahl der von der Eingabeschicht IL gelieferten Eingabedaten (die Anzahl der Neuronen in der Eingabeschicht IL) und die Anzahl der Spalten n der Speicherzellen MC auf die Anzahl der Neuronen in der Mittelschicht HL eingestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die Struktur des neuronalen Netzes, in dem die Halbleitervorrichtung MAC verwendet wird, nicht besonders eingeschränkt ist. So kann beispielsweise die Halbleitervorrichtung MAC auch für ein faltendes neuronales Netz (CNN, convolutional neural network), ein rekurrentes neuronales Netz (RNN, recurrent neural network), einen Autoencoder oder eine Boltzmann-Maschine (einschließlich einer eingeschränkten Boltzmann-Maschine) verwendet werden.
Die Produkt-Summen-Operation im neuronalen Netz kann wie oben beschrieben mit der Halbleitervorrichtung MAC durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Verwendung der in 22 dargestellten Speicherzellen MC und MCref in dem Zellarray CA eine integrierte Schaltung (IC) mit höherer Betriebsgenauigkeit, geringerem Stromverbrauch oder kleinerer Schaltungsgröße bereitstellen.
Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird die Zusammensetzung eines wolkenartig ausgerichteten Verbundoxidhalbleiters (Cloud-Aligned Composite OS, CAC-OS) beschrieben, der für einen Transistor, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wird, verwendet werden kann.
Es handelt sich bei dem CAC-OS beispielsweise um ein Oxidhalbleitermaterial mit einer Zusammensetzung, bei der Elemente ungleichmäßig in Bereichen verteilt sind, die jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm, oder eine ähnliche Größe aufweisen. In der nachfolgenden Beschreibung eines Oxidhalbleiters wird der Zustand, in dem ein oder mehrere Metallelement/e ungleichmäßig in Bereichen verteilt ist/sind, die jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm, oder eine ähnliche Größe aufweisen und in dem die Bereiche mit dem/den Metallelement/en vermischt sind, als Mosaikmuster oder Flickenmuster bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter vorzugsweise mindestens Indium enthält. Insbesondere sind vorzugsweise Indium und Zink enthalten. Außerdem kann/können eines oder mehrere von Aluminium, Gallium, Yttrium, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen enthalten sein.
Beispielsweise weist hinsichtlich des CAC-OS ein In-Ga-Zn-Oxid mit der CAC-Zusammensetzung (ein derartiges In-Ga-Zn-Oxid kann insbesondere als CAC-IGZO bezeichnet werden) eine Zusammensetzung auf, in der Materialien in Indiumoxid (InO_X1, wobei X1 eine reelle Zahl von größer als 0 ist) oder Indiumzinkoxid (In_x2Zn_Y2O_Z2, wobei X2, Y2 und Z2 reelle Zahlen von größer als 0 sind) und in Galliumoxid (GaO_X3, wobei X3 eine reelle Zahl von größer als 0 ist) oder Galliumzinkoxid (Ga_x4Zn_y4O_Z4, wobei X4, Y4 und Z4 reelle Zahlen von größer als 0 sind) oder dergleichen geteilt werden, und ein Mosaikmuster wird gebildet. Dann wird InO_X1 oder In_X2Zn_Y2O_Z2, welches das Mosaikmuster bildet, in dem Film gleichmäßig verteilt. Diese Zusammensetzung wird auch als wolkenartige Zusammensetzung bezeichnet.
Das heißt, dass es sich bei dem CAC-OS um einen Verbundoxidhalbleiter mit einer Zusammensetzung handelt, bei der ein Bereich, der GaO_X3 als Hauptkomponente enthält, und ein Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, vermischt sind. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen dann, wenn beispielsweise das Atomverhältnis von In zu einem Element M in einem ersten Bereich größer ist als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in einem zweiten Bereich, der erste Bereich eine höhere Konzentration von In aufweist als der zweite Bereich.
Es sei angemerkt, dass eine Verbindung, die In, Ga, Zn und O enthält, auch als IGZO bekannt ist. Als typisches Beispiel für IGZO kann eine kristalline Verbindung angegeben werden, die durch InGaO₃(ZnO)_m1 (m1 ist eine natürliche Zahl) oder In(_1+x0)Ga(_1-x0)O₃(ZnO)_m0 dargestellt wird (-1 ≤ x0 ≤ 1; m0 ist eine vorgegebene Zahl).
Die vorstehenden kristallinen Verbindungen weisen eine einkristalline Struktur, eine polykristalline Struktur oder eine CAAC-Struktur auf. Es sei angemerkt, dass es sich bei der CAAC-Struktur um eine Kristallstruktur handelt, bei der eine Vielzahl von IGZO-Nanokristallen eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweist und in der Richtung der a-b-Ebene ohne Ausrichtung miteinander verbunden ist.
Andererseits betrifft der CAC-OS die Materialzusammensetzung eines Oxidhalbleiters. Bei einem CAC-OS-Material, das In, Ga, Zn und O enthält, sind Bereiche, in denen Nanoteilchen, die Ga als Hauptkomponente enthalten, teilweise beobachtet werden, und Bereiche, in denen Nanoteilchen, die In als Hauptkomponente enthalten, teilweise beobachtet werden, unregelmäßig dispergiert, um ein Mosaikmuster zu bilden. Folglich ist die Kristallstruktur für den CAC-OS ein Sekundärelement.
Es sei angemerkt, dass ein CAC-OS eine mehrschichtige Struktur, die zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Zusammensetzungen umfasst, nicht mit einschließt. Beispielsweise ist eine zweischichtige Struktur aus einem Film, der In als Hauptkomponente enthält, und einem Film, der Ga als Hauptkomponente enthält, nicht enthalten.
Eine Grenze zwischen dem Bereich, der GaO_X3 als Hauptkomponente enthält, und dem Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, wird in einigen Fällen nicht deutlich beobachtet.
In dem Fall, in dem eines oder mehrere von Aluminium, Yttrium, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen anstelle von Gallium in einem CAC-OS enthalten ist/sind, werden Bereiche mit Nanoteilchen, die das/die ausgewählte/n Metallelement/e als Hauptkomponente/n enthalten, in einem Teil des CAC-OS beobachtet, und Bereiche mit Nanoteilchen, die In als Hauptkomponente enthalten, werden in einem Teil davon beobachtet, wobei diese Bereiche mit Nanoteilchen unregelmäßig dispergiert sind, um in dem CAC-OS ein Mosaikmuster zu bilden.
Der CAC-OS kann beispielsweise durch ein Sputterverfahren unter Bedingungen ausgebildet werden, bei denen ein Substrat absichtlich nicht erwärmt wird. In dem Fall, in dem der CAC-OS durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, kann/können ein oder mehrere Gas/e, das/die aus einem Inertgas (typischerweise Argon), einem Sauerstoffgas und einem Stickstoffgas ausgewählt wird/werden, als Abscheidungsgas verwendet werden. Zudem ist das Verhältnis der Durchflussrate eines Sauerstoffgases zu der gesamten Durchflussrate des Abscheidungsgases beim Abscheiden vorzugsweise möglichst niedrig, und beispielsweise ist die Durchflussrate eines Sauerstoffgases bevorzugt höher als oder gleich 0 % und niedriger als 30 %, bevorzugter höher als oder gleich 0 % und niedriger als oder gleich 10 %.
Der CAC-OS wird dadurch gekennzeichnet, dass kein deutlicher Peak bei einer Messung unter Verwendung eines θ/2θ-Scans durch ein Out-of-Plane-Verfahren, welches ein Messverfahren mit einer Röntgenstrahlbeugung (XRD: X-ray diffraction) ist, beobachtet wird. Das heißt, dass die Röntgenstrahlbeugung in einem Messbereich in der Richtung der a-b-Ebene und in der Richtung der c-Achse keine Ausrichtung zeigt.
In einem Elektronenbeugungsbild des CAC-OS, das durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl mit einem Sondendurchmesser von 1 nm (auch als nanometergroßer Elektronenstrahl bezeichnet) erhalten wird, werden ferner ein ringförmiger Bereich mit hoher Leuchtdichte und eine Vielzahl von Leuchtpunkten in dem ringförmigen Bereich beobachtet. Folglich deutet das Elektronenbeugungsbild darauf hin, dass die Kristallstruktur des CAC-OS eine nanokristalline (nanocrystal, nc-) Struktur ohne Ausrichtung in Richtung einer Ebene und eines Querschnitts aufweist.
Beispielsweise bestätigt auch ein energiedispersives Röntgenspektroskopie- (EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy) Verteilungsbild, dass ein In-Ga-Zn-Oxid mit der CAC-Zusammensetzung eine Struktur aufweist, bei der Bereiche, die GaO_X3 als Hauptkomponente enthalten, und Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, ungleichmäßig verteilt und vermischt sind.
Der CAC-OS weist eine Struktur auf, die sich von derjenigen einer IGZO-Verbindung unterscheidet, in der Metallelemente gleichmäßig verteilt sind, und er weist Eigenschaften auf, die sich von denjenigen der IGZO-Verbindung unterscheiden. Das heißt, dass in dem CAC-OS Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, und Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, voneinander getrennt sind, um ein Mosaikmuster zu bilden.
Die Leitfähigkeit eines Bereichs, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, ist vergleichsweise höher als diejenige eines Bereichs, der GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Mit anderen Worten: Wenn Ladungsträger durch die Bereiche fließen, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, weist der Oxidhalbleiter Leitfähigkeit auf. Demzufolge kann dann, wenn die Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, in einem Oxidhalbleiter wolkenartig verteilt sind, eine hohe Feldeffektbeweglichkeit (µ) erzielt werden.
Im Gegensatz dazu ist die isolierende Eigenschaft eines Bereichs, der GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthält, vergleichsweise höher als diejenige eines Bereichs, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält. Mit anderen Worten: Wenn die Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, in einem Oxidhalbleiter verteilt sind, kann der Leckstrom unterdrückt werden, wodurch eine vorteilhafte Schaltfunktion erzielt werden kann.
In dem Fall, in dem der CAC-OS für ein Halbleiterelement verwendet wird, komplementieren die isolierende Eigenschaft, die auf GaO_X3 oder dergleichen zurückzuführen ist, und die Leitfähigkeit, die auf In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 zurückzuführen ist, einander, wodurch ein hoher Durchlassstrom (I_on) und eine hohe Feldeffektbeweglichkeit (µ) erzielt werden können.
Ein Halbleiterelement, das den CAC-OS enthält, weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Daher kann der CAC-OS für verschiedene Halbleitervorrichtungen, typischerweise ein Display, vorteilhaft verwendet werden.
Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform werden Fortbewegungsmittel beschrieben, bei denen das Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann.
25(A) stellt ein Auto 301 dar. Ein Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in angemessener Weise für das Auto 301 verwendet werden. Beispielsweise kann die Situation rund um das Auto 301 bzw. die Umgebung des Autos 301 aufgenommen werden, indem eine Abbildungsvorrichtung, die in dem Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, in dem Auto 301 bereitgestellt wird. Selbst in dem Fall, in dem die von der Abbildungsvorrichtung erhaltenen Abbildungsdaten große Kontrastunterschiede aufweisen und die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung, kann eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden, während ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird.
25(B) stellt einen Bus 302 dar. Ein Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in angemessener Weise für den Bus 302 verwendet werden. Beispielsweise kann die Situation rund um den Bus 302 aufgenommen werden, indem eine Abbildungsvorrichtung, die in dem Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, in dem Bus 302 bereitgestellt wird. Selbst in dem Fall, in dem die von der Abbildungsvorrichtung erhaltenen Abbildungsdaten große Kontrastunterschiede aufweisen und die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung, kann eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden, während ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird.
25(C) stellt einen Zug 303 dar. Ein Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in angemessener Weise für den Zug 303 verwendet werden. Beispielsweise kann die Situation rund um den Zug 303 aufgenommen werden, indem eine Abbildungsvorrichtung, die in dem Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, in dem Zug 303 bereitgestellt wird. Selbst in dem Fall, in dem die von der Abbildungsvorrichtung erhaltenen Abbildungsdaten große Kontrastunterschiede aufweisen und die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung, kann eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden, während ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird.
25(D) stellt ein Flugzeug 304 dar. Ein Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in angemessener Weise für das Flugzeug 304 verwendet werden. Beispielsweise kann die Situation rund um das Flugzeug 304 aufgenommen werden, indem eine Abbildungsvorrichtung, die in dem Anzeigesystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, in dem Flugzeug 304 bereitgestellt wird. Selbst in dem Fall, in dem die von der Abbildungsvorrichtung erhaltenen Abbildungsdaten große Kontrastunterschiede aufweisen und die Dynamic Range der Anzeigevorrichtung niedriger ist als die Dynamic Range der Abbildungsvorrichtung, kann eine Dynamic Range Komprimierung durchgeführt werden, während ein Verschwimmen eines angezeigten Bildes unterdrückt wird.
Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
Bezugszeichenliste
10: Anzeigesystem, 20: Abbildungsvorrichtung, 21: Pixel, 22: Pixelarray, 23: Zeilentreiber, 25: A/D-Wandlerschaltung, 26: Spaltentreiber, 30: Steuervorrichtung, 31: Analyseschaltung, 32: Graustufenbestimmungsschaltung, 33: Speicherschaltung, 34: Voraussageschaltung, 40: Anzeigevorrichtung, 41: Pixel, 42: Pixelarray, 43: Zeilentreiber, 46: Spaltentreiber, 47: Graustufe, 50: Beleuchtungsstärkebereich, 51: Netzwerk, 52: Server, 53: Gerät, 131: leitende Schicht, 132: leitende Schicht, 133: leitende Schicht, 134: leitende Schicht, 135: Rückgate, 136: Bereich, 137: leitende Schicht, 140: Siliziumsubstrat, 141: Isolierschicht, 142: Isolierschicht, 143: Isolierschicht, 145: Halbleiterschicht, 146: Isolierschicht, 150: photoelektrisches Umwandlungselement, 151: Transistor, 152: Transistor, 153: Transistor, 154: Transistor, 155: Kondensator, 161: Schicht, 162: Schicht, 163: Schicht, 165a: Schicht, 165b: Schicht, 165c: Schicht, 166a: Schicht, 166b: Schicht, 166c: Schicht, 166d: Schicht, 171: Leitung, 172: Leitung, 173: Leitung, 174: Leitung, 175: Leitung, 176: Leitung, 177: Leitung, 178: Leitung, 180: Isolierschicht, 181: lichtundurchlässige Schicht, 182: organische Harzschicht, 183: Farbfilter, 183a: Farbfilter, 183b: Farbfilter, 183c: Farbfilter, 184: Mikrolinsenarray, 185: optische Umwandlungsschicht, 186: Isolierschicht, 301: Auto, 302: Bus, 303: Zug, 304: Flugzeug, 410: Package-Substrat, 411: Package-Substrat, 420: Deckglas, 421: Linsenabdeckung, 430: Klebstoff, 435: Linse, 440: Bump, 441: Steg, 450: Bildsensorchip, 451: Bildsensorchip, 460: Elektrodenpad, 461: Elektrodenpad, 470: Leitung, 471: Leitung, 490: IC-Chip, 510: leitende Schicht, 511: leitende Schicht, 512: Halbleiterschicht, 516: leitende Schicht, 517: leitende Schicht, 1405: Steuerung, 1410: Zeilenschaltung, 1411: Decoder, 1412: Wortleitungstreiberschaltung, 1413: Spaltenwähler, 1414: Leseverstärker-Treiberschaltung, 1415: Spaltenschaltung, 1416: globales Leseverstärkerarray, 1417: Eingabe-/Ausgabe-Schaltung, 1420: Leseverstärkerarray, 1422: Speicherzellenarray, 1423: Leseverstärkerarray, 1425: lokales Speicherzellenarray, 1426: lokales Speicherzellenarray, 1445: Speicherzelle, 1445a: Speicherzelle, 1445b: Speicherzelle, 1447: globaler Leseverstärker, 3125: Licht emittierendes Element, 3174: Leitung, 3178: Leitung, 3232: Transistor, 3233: Kondensator, 3431: Transistor, 3432: Flüssigkristallelement, 3435: Knoten, 3436: Knoten, 3437: Knoten, 4001: Substrat, 4005: Dichtungsmittel, 4006: Substrat, 4008: Flüssigkristallschicht, 4014: Leitung, 4015: leitende Schicht, 4018: FPC, 4019: anisotrope leitende Schicht, 4021: leitende Schicht, 4030: leitende Schicht, 4031: leitende Schicht, 4032: Isolierschicht, 4033: Isolierschicht, 4035: Abstandshalter, 4102: Isolierschicht, 4103: Isolierschicht, 4110: Isolierschicht, 4111: Isolierschicht, 4112: Isolierschicht, 4510: Trennwand, 4511: Licht emittierende Schicht, 4514: Füllmaterial

Claims

Ein Anzeigesystem, das umfasst: eine Abbildungsvorrichtung; eine Steuervorrichtung; und eine Anzeigevorrichtung, wobei die Abbildungsvorrichtung erste Pixel umfasst, die in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Anzeigevorrichtung zweite Pixel umfasst, die in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Abbildungsvorrichtung eine Funktion aufweist, erste Bilddaten auf Grundlage der Beleuchtungsstärke von Licht, das auf die ersten Pixel einfällt, zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, ein Histogramm auf Grundlage der ersten Bilddaten anzulegen, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche einzuteilen, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, zweite Bilddaten durch Durchführen einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten zu erzeugen, indem Graustufen, die der Beleuchtungsstärke von Licht entsprechen, das auf die ersten Pixel einfällt, und als Informationen in den ersten Bilddaten enthalten sind, umgewandelt werden, und wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, die Komprimierungsrate der Dynamic Range Komprimierung je Beleuchtungsstärkebereich auf Grundlage eines Integralwerts des Histogramms der jeweiligen Beleuchtungsstärkebereiche zu berechnen.
Das Anzeigesystem nach Anspruch 1, wobei die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit großem Integralwert kleiner ist als in dem Beleuchtungsstärkebereich mit kleinem Integralwert.
Das Anzeigesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung ein neuronales Netz umfasst, und wobei das neuronale Netz eine Funktion aufweisen kann, auf Grundlage der ersten Bilddaten dritte Bilddaten vorherzusagen, die durch die Abbildungsvorrichtung in einer Bildperiode nach der Bildperiode erhalten werden, in der die ersten Bilddaten erhalten worden sind.
Das Anzeigesystem nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion aufweist, auf Grundlage der dritten Bilddaten zu entscheiden, ob die Komprimierungsrate geändert werden soll oder nicht.
Ein Betriebsverfahren eines Anzeigesystems, das umfasst: eine Abbildungsvorrichtung, die erste in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet; eine Steuervorrichtung; und eine Anzeigevorrichtung, die zweite in einer Matrix angeordnete Pixel beinhaltet, wobei die Abbildungsvorrichtung erste Bilddaten auf Grundlage der Beleuchtungsstärke von Licht, das auf die ersten Pixel einfällt, erzeugt, wobei die Steuervorrichtung ein Histogramm auf Grundlage der ersten Bilddaten anlegt, wobei die Steuervorrichtung das Histogramm in zwei oder mehr Beleuchtungsstärkebereiche einteilt, und wobei die Steuervorrichtung zweite Bilddaten durch Durchführen einer Dynamic Range Komprimierung an den ersten Bilddaten mit einer Komprimierungsrate erzeugt, die je Beleuchtungsstärkebereich auf Grundlage eines Integralwerts des Histogramms der jeweiligen Beleuchtungsstärkebereiche berechnet wird, indem Graustufen umgewandelt werden, die der Beleuchtungsstärke von Licht entsprechen, das auf die ersten Pixel einfällt, und als Informationen in den ersten Bilddaten enthalten sind.
Das Betriebsverfahren eines Anzeigesystems nach Anspruch 5, wobei an den ersten Bilddaten eine Dynamic Range Komprimierung derart durchgeführt wird, dass die Komprimierungsrate in dem Beleuchtungsstärkebereich mit großem Integralwert kleiner ist als in dem Beleuchtungsstärkebereich mit kleinem Integralwert.
Das Betriebsverfahren eines Anzeigesystems nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung ein neuronales Netz umfasst, wobei das neuronale Netz auf Grundlage der ersten Bilddaten dritte Bilddaten, die durch die Abbildungsvorrichtung in einer Bildperiode nach der Bildperiode erhalten werden, in der die ersten Bilddaten erhalten worden sind, vorhersagt und auf Grundlage der dritten Bilddaten entscheidet, ob die Komprimierungsrate geändert werden soll oder nicht.