以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態における説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも、図又は文章に記載されているものとする。ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であり、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに、XとYとが、接続されている場合である。
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、オン状態、又は、オフ状態になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。又は、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅又は電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとYとが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
また、図面上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能と電極の機能を両方併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示システムについて説明する。
<表示システムの構成例>
図1に、表示システム10の構成例を示す。なお、表示システム10は、表示部20、検出部30、制御部40を有し、制御部40は、ニューラルネットワーク(NN)50と、電源回路(PSC)60と、信号生成部70と、を有する。また、制御部40には、演算処理装置80等を有していても良い。
表示システム10では、表示部20で表示された画像(映像を含む)を検出部30が検出し、検出されたデータを基にニューラルネットワーク50が補正データを生成する。生成された補正データは、電源回路60および信号生成部70に入力される。なお、電源回路60では、補正データにより電源電圧が補正され、補正された電源電圧は、表示部20の複数の表示パネル(DP)21に入力される。また、信号生成部70の補正回路(CC)77では、画像を表示するために予め各表示パネルに入力されていたデータが、補正データにより補正され、表示部20の各表示パネル21に入力される。
なお、表示システム10における表示部20および制御部40は、いずれも半導体装置によって構成することができる。また、表示部20を構成する複数の表示パネルには、発光装置を用いることができる。また、制御部40に含まれる回路は、1つの集積回路に集約することができる。
[表示部20の構成例]
表示部20は、複数の表示パネル21を有する。表示パネル21はそれぞれ、信号生成部70から入力される、所定の画像を表示するための信号(以下、画像信号または映像信号ともいう)に基づいて、画像を表示する機能を有する。図1には、N行M列(N、Mは自然数)の表示パネル21を有する表示部20を示している。なお、表示パネル21はそれぞれ独立に表示を制御することができる。
1つの画像(映像を含む)を分割した画像を、表示部20を構成する複数の表示パネル21にそれぞれ表示させることにより、表示部20の大型化を図ることができる。例えば、画面サイズが対角30インチ以上、40インチ以上、50インチ以上、または60インチ以上の表示部20を実現することができる。また、解像度がフルハイビジョン以上、例えば、4K2K、8K4K、又はそれ以上である、高解像度の表示部を実現することができる。
また、複数の表示パネルを用いて1つの画像表示を行う場合、1つの表示パネルの大きさは大型である必要がない。したがって、表示パネルを作製するための製造装置の大型化が不要となる。また、中小型の表示パネルの製造装置を用いることができるため、大型の表示装置用の設備を別途準備する必要がなく、製造コストを抑えることができる。また、表示パネルの大型化に伴う歩留まりの低下を回避することができる。
図2(A)に示すように、表示部20を構成するN×Mの表示パネル21([1,1]〜[N,M])には、信号生成部70から供給された画像信号(データ:SDdiv´)(SDdiv´[1,1]〜[N,M])がそれぞれ入力される。従って、例えば、表示パネル21([i,j])には、データ((SDdiv´)[i,j])(iは1以上N以下の整数、jは1以上M以下の整数)が入力される。
図2(B)には、表示パネル21の構成例を示す。表示パネル21は、複数の画素22によって構成された画素部23、駆動回路24、及び駆動回路25を有する。
画素22はそれぞれ表示素子を有し、所定の階調を表示する機能を有する。そして、駆動回路24及び駆動回路25から出力される信号により画素22の階調が制御され、画素部23に所定の画像が表示される。
画素22に設けられる表示素子としては、発光素子が挙げられる。発光素子の例としては、OLED(Organic Light Emitting Diode)、LED(Light Emitting Diode)、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。なお、図2に示す構成に適用可能な素子であれば、その他の公知の素子(例えば、液晶素子等)を適用しても良い。
なお、画素部23に設けられる画素22の数は、自由に設定することができる。例えば、表示部20に4K2Kの画像を表示する場合は、N×M個の表示パネル21に合計で3840×2160個以上、又は4096×2160個以上の画素を設けることが好ましい。また、8K4Kの画像を表示する場合は、合計で7680×4320個以上の画素を設けることが好ましい。また、画素部23にはさらに多くの画素22を設けることもできる。
画素22はそれぞれ、配線(SL)及び配線(GL)と接続されている。また、配線(GL)はそれぞれ駆動回路24と接続され、配線(SL)はそれぞれ駆動回路25と接続されている。
駆動回路24は、画素22を選択するための信号(以下、選択信号ともいう)を画素22に供給する機能を有する。具体的には、駆動回路24は、配線(GL)に選択信号を供給する機能を有し、配線(GL)は、駆動回路24から出力された選択信号を画素22に伝える機能を有する。なお、配線(GL)は、選択信号線、ゲート線などと呼ぶこともできる。
駆動回路25は、画像信号を画素22に供給する機能を有する。具体的には、駆動回路25は、配線(SL)に画像信号を供給する機能を有し、配線(SL)は、駆動回路25から出力された画像信号を画素22に伝える機能を有する。なお、配線(SL)は、画像信号線、ソース線などと呼ぶこともできる。選択信号が供給された画素22に画像信号が供給されることにより、画素22に選択信号が書き込まれ、所定の階調が表示される。
図2(C)には、画素22の構成例を示す。画素22は、発光素子を有する。ここでは、発光素子として、一対の電極(陽極と陰極)間にEL層が挟まれた構造を有する発光素子(EL)を示す。なお、発光素子の陽極及び陰極は、それぞれ、電源回路(PSC)60(図1に示す電源回路60と同じ)と電気的に接続されている。電源回路60からは、発光素子の陽極に対して電圧(Va’)が印加され、陰極に対して電圧(Vc’)がそれぞれ印加される。
[検出部30の構成例]
図1に示す検出部30は、表示部20で表示された画像を検出し、検出したデータを制御部40のニューラルネットワーク50に入力する機能を有する。検出部30には、表示部20で表示された画像をデータ化できる検出器を有する。検出器としては、イメージセンサ(例えば、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等)、カメラ、その他センサを用いることができる。
従って、複数の表示パネル21を表示させて表示部20に1つの画像を表示させた場合に表示部20において、表示パネル間の輝度ばらつきに起因した表示ムラがあれば、それを含む表示画像を検出することができる。
[制御部40の構成例]
図1に示す制御部40は、ニューラルネットワーク(NN)50と、電源回路(PSC)60と、信号生成部70とを有する。ニューラルネットワーク50は、表示部20における複数の表示パネル(DP)の輝度ばらつきを補正するためのデータを生成する機能を有し、電源回路60は、表示部の素子の駆動電圧を制御する機能を有し、信号生成部70は、画像データを、複数の表示パネルと同数のデータに分割する機能と、複数の表示パネルの輝度ばらつきを補正する機能を有する。なお、制御部40の構成は、上記のみに限られることは無く、必要に応じて必要な回路を設けても良い。
<ニューラルネットワークの構成例>
制御部40が有するニューラルネットワーク(NN)50は、表示部20に入力される画像データ(SDdiv)を補正するための補正データ(補正データA:NSD)と、表示部20に入力される電源電圧を補正するための補正データ(補正データB:NVe)を出力する機能を有する。
なお、ニューラルネットワーク50は、検出部30において検出された表示部20の画像データ(DD)と表示部20に入力した画像データ(SD)から、表示部20における輝度ばらつきを低減させるための画像用の補正データ(補正データA:NSD)を補正回路77に出力するための学習が施されている。また、同様のデータ(DDおよびSD)から、表示部20における輝度ばらつきを低減させるための表示パネル21の電源電圧用の補正データ(補正データB:NVe)を電源回路60に出力するための学習が施されている。
従って、表示部20に入力されていた画像データである、N×Mのデータ(SD)がニューラルネットワーク50に入力されると、ニューラルネットワーク50は推論を行い、N×Mの補正データ(補正データA:NSD、補正データB:NVe)をそれぞれ出力する。なお、ここでは、N×Mのニューラルネットワーク50(NN[1,1]〜[N,M])を有する構成について説明する。ニューラルネットワーク50[i,j]には、データSD[i,j]が入力される。
従って、ニューラルネットワーク50から補正回路77に補正データA(NSD)が入力されると、N×Mのデータ(SDdiv)が補正回路77で補正され、補正されたN×Mのデータ(SDdiv’)が、表示部20に供給される。また、ニューラルネットワーク50から電源回路60に補正データB(NVe)が入力されると、N×Mのデータ(Ve)が電源回路60で補正され、補正されたN×Mのデータ(Ve´)が表示部20に供給される。この結果、表示パネル間の輝度ばらつきに起因した表示ムラを低減させた表示を実現することができる。
ここで、ニューラルネットワーク50が有する学習機能について説明する。ニューラルネットワーク50は、図3(A)に示すように、ニューロン回路(NC)32と、ニューロン回路間に設けられたシナプス回路(SC)31により構成される。
シナプス回路(SC)31には、入力データx1〜xL(Lは自然数)が入力される。また、シナプス回路31は、重み係数wk(kは1以上L以下の整数)を記憶する機能を有する。重み係数wkは、ニューロン回路(NC)32間の結合の強さに対応する。
シナプス回路31に入力データx1〜xLが入力されると、ニューロン回路32には、シナプス回路31に入力された入力データxkと、シナプス回路31に記憶された重み係数wkとの積(xkwk)を、k=1〜Lについて足し合わせた値(x1w1+x2w2+…+xLwL)、すなわち、xkとwkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。この値がニューロン回路32の閾値θOを超えた場合、ニューロン回路32はハイレベルの信号を出力する。この現象を、ニューロン回路32の発火と呼ぶ。
図3(B)には、ニューロン回路32とシナプス回路31を用いて、階層型パーセプトロンを構成するニューラルネットワーク50のモデルを示す。なお、ニューラルネットワーク50は、入力層(IL)33、隠れ層(中間層:HL)34、出力層(OL)35を有する。
入力層33から、入力データx1〜xLが出力される。隠れ層34は、隠れシナプス回路(HS)36、隠れニューロン回路(HN)37を有する。出力層35は、出力シナプス回路(OS)38、出力ニューロン回路(ON)39を有する。
隠れニューロン回路37には、入力データxkと、隠れシナプス回路36に保持された重み係数wkと、を用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路39には、隠れニューロン回路37の出力と、出力シナプス回路38に保持された重み係数wkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路39から、出力データy1〜ynが出力される。
このように、所定の入力データが与えられたニューラルネットワーク50は、シナプス回路31に保持された重み係数と、ニューロン回路の閾値θに応じた値を、出力データとして出力する機能を有する。
また、ニューラルネットワーク50は、教師データの入力によって教師あり学習を行うことができる。図3(C)には、誤差逆伝播法を利用して教師あり学習を行うニューラルネットワーク50のモデルを示す。
誤差逆伝播法は、ニューラルネットワーク50の出力データと教師信号の誤差が小さくなるように、シナプス回路31の重み係数wkを変更する方式である。具体的には、出力データy1〜ynと教師データt1〜tLに基づいて決定される誤差δOに応じて、隠れシナプス回路36の重み係数wkが変更される。また、隠れシナプス回路36の重み係数wkの変更量に応じて、さらに前段のシナプス回路31の重み係数wkが変更される。このように、教師データt1〜tLに基づいて、シナプス回路31の重み係数を順次変更することにより、ニューラルネットワーク50の学習を行うことができる。
なお、図1に示す表示システムにおいて、上述したニューラルネットワーク50の誤差δOは、表示部20の表示パネル21に実際に表示され、検出器30で検出された表示画像に対応するデータ(DD)と、補正前の画像データ(放送信号をデコードすることにより取得した画像データ)に対応するデータ(SD)(教師データ)に基づいて決定することができる。
なお、図3(B)、(C)には1層の隠れ層34を示しているが、隠れ層34の層数は2以上とすることができる。隠れ層34を2層以上有するニューラルネットワーク(ディープニューラルネットワーク(DNN))を用いることにより、深層学習(ディープラーニング)を行うことができる。これにより、階調の補正の精度を高めることができる。
本実施の形態に示すニューラルネットワーク50には、表示部20における輝度ばらつきを低減させるために、N×Mのデータ(SD)およびN×Mの駆動電圧(Ve)を補正する機能が、学習によって付加されている。そして、ニューラルネットワーク50にデータ(SD)が入力されると、各層において演算処理が行われる。各層における演算処理は、前層が有するニューロン回路の出力と重み係数との積和演算などにより実行される。なお、層と層との結合は、全てのニューロン回路同士が結合する全結合としてもよいし、一部のニューロン回路同士が結合する部分結合としてもよい。そして、演算結果はデータ(NSD)および(NVe)として出力層OLから出力される。これにより、データ(SDdiv)がデータ(SDdiv´)に、駆動電圧(Ve)が駆動電圧(Ve’)にそれぞれ補正される。
図4には、複数のニューラルネットワーク50により、複数のデータ(SDdiv)およびデータ(Ve)の補正データの出力が並列処理によって行われる様子を示す。この場合、画像信号の補正を高速に行うことができる。
ニューラルネットワーク50([1,1]〜[N,M])の出力層(OL)35から、それぞれデータ(NSDdiv([1,1]〜[N,M]))が出力され、補正回路77に出力される。また、ニューラルネットワーク50([1,1]〜[N,M])の出力層(OL)35から、それぞれデータ(NVediv([1,1]〜[N,M]))が出力され、電源回路60に出力される。このように、ニューラルネットワーク50で補正された補正信号(NSDdiv、NVediv)を用いることにより、表示部20における輝度ばらつきが低減された画像を表示することができる。
なお、各ニューラルネットワーク50に格納されている重み係数は、それぞれ個別に設定することができる。これにより、画像信号を表示パネル21ごとに独立して補正することができ、細粒度の補正を行うことができる。
また、ニューラルネットワーク50の数は特に限定されず、N×Mより少なくてもよい。例えば、ニューラルネットワーク50が一つの場合には、ニューラルネットワーク50にはデータ(SDdiv[1,1]〜[N,M])が順次入力され、推論が行われる。このとき、ニューラルネットワーク50にはデータ(SDdiv)の補正処理ごとに重み係数が入力され、データ(SDdiv[i,j])の補正には重み係数[i,j]が用いられる。すなわち、データ(SDdiv)ごとに異なる重み係数を用いて推論を行うことができる。このように、入力されるデータ(SDdiv)に応じて重み係数を切り替えることにより、データ(SDdiv)が順次入力される場合にも画像信号を表示パネル21ごとに補正することができる。
なお、ここではニューラルネットワーク50を1つ用いる場合について説明したが、複数のニューラルネットワークを有し、各ニューラルネットワークに複数のデータが順次入力される構成とすることもできる。この場合、データが順次入力されるため、重み係数の切り替えは高速に行うことが好ましい。重み係数の切り替えに好適な構成については、公知の方法を適宜組み合わせて用いることができる。
次に、ニューラルネットワーク50の動作例について説明する。ここでは、表示部で表示された画像が検出部30で検出された、N×Mの検出データ(DDdiv)と、表示部に入力されたN×Mのデータ(SDdiv)とが、ニューラルネットワーク50に入力され、表示部20の表示パネルの輝度ばらつきを低減するための重み係数が設定された補正データ(画像補正データ:NSDdiv、電源電圧補正データ:NVe)がニューラルネットワーク50から補正回路77および電源回路60にそれぞれ出力される。以下にニューラルネットワーク50の学習時における動作例について図6を用いて説明する。
まず、ニューラルネットワーク50にN×Mのデータ(SDdiv)が入力される(ステップS1)。このとき、ニューラルネットワーク50は学習前の状態であり、重み係数の初期値に応じたN×Mのデータ(NSDdiv)がニューラルネットワーク50から補正回路77に、重み係数の初期値に応じたN×Mのデータ(NVe)がニューラルネットワーク50から電源回路60へそれぞれ出力される。なお、N×Mのデータ(SDdiv)は、画像Aに対応する画像信号であるとする。
そして、N×Mのデータ(NSDdiv)により補正されたN×Mのデータ(SDdiv’)が補正回路77から表示部20に供給され、N×Mのデータ(NVe)により補正されたN×Mのデータ(NVe’)が電源回路60から表示部20に供給され、表示部20に画像Bが表示される(ステップS2)。
ここで、画像Bを表示した際、表示パネルごとに輝度がばらつき、表示部における表示ムラが生じる場合がある。この表示ムラは、検出器30により検出される画像データであるデータ(DDdiv)(第2のデータ)に含まれる。このデータ(DDdiv)は、N×Mのデータとして検出される。(ステップS3)。なお、表示パネル20[1,1]〜[N,M]に実際に表示されている画像に対応するデータを、それぞれデータ(DDdiv[1,1]〜[N,M])とする。
画像Bに表示ムラが視認される場合は、ニューラルネットワーク50の学習を行う。具体的には、まず、データSDdiv[1,1]と、データDDdiv[1,1]がニューラルネットワーク50に入力される(ステップS4)。ニューラルネットワーク50の入力層33にデータ(SDdiv[1,1])が供給され、データ(SDdiv[1,1])とデータ(DDdiv[1,1])の差分が0になるように、すなわち、実際に画素部23に表示された画像Bが表示を意図した画像(画像A)と等しくなるように、ニューラルネットワーク50の重み係数が更新される(ステップS5)。重み係数の更新には、誤差逆伝播方式などを用いることができる。
重み係数の更新に伴い、ニューラルネットワーク50から出力されるデータ(NSDdiv[1,1])およびデータ(NVediv[1,1])も更新される。また、データ(NSDdiv[1,1])およびデータ(NVediv[1,1])の更新によってデータ(DDdiv[1,1])が更新される。そして、更新後のデータ(DDdiv[1,1])とデータ(SDdiv[1,1])の差分に基づき、さらに重み係数を更新する。
上記の重み係数の更新は、データ(SDdiv[1,1])とデータ(DDdiv[1,1])の誤差が一定以下になるまで繰り返される。なお、差分の算出は、ニューラルネットワーク50の内部又は外部のどちらで行われてもよい。また誤差の許容範囲は自由に設定することができる。そして、最終的にデータ(SDdiv[1,1])とデータ(DDdiv[1,1])の誤差が一定以下になると、ニューラルネットワーク50の学習が終了する(ステップS6でYES)。そして、このときのニューラルネットワーク50の重み係数W[1,1]が、学習結果として得られる。
なお、ニューラルネットワーク50の重み係数の初期値は、乱数によって決定してもよい。なお、重み係数の初期値は学習速度(例えば、重み係数の収束速度、ニューラルネットワーク50の予測精度など)に影響を与える場合があるため、学習速度が遅い場合は、重み係数の初期値を変更してもよい。
その後、ニューラルネットワーク50にデータ(SDdiv[1,2])とデータ(DDdiv[1,2])が入力され(ステップS7でNO、ステップS4)、同様に学習が行われる。そして、最終的にN×M組のデータ(SDdiv)とデータ(DDdiv)を用いた学習が完了すると(ステップS7でYES)、学習結果として重み係数W[1,1]〜[N,M]が得られる。
その後、他の画像を用いて学習を続ける場合は(ステップS8でNO)、ステップS1以降の動作を繰り返す。そして、すべての画像で学習が完了すると(ステップS8でYES)、ニューラルネットワーク50の学習が終了する。
なお、上記のニューラルネットワーク50の学習は、制御部40の内部(または外部)に設けられた演算処理装置80(図1)などを用いて行うことができる。演算処理装置80としては、専用サーバやクラウドなどの演算処理能力の優れた計算機を用いることができる。演算処理装置40にニューラルネットワーク50に対応するソフトウェアを搭載することにより、ニューラルネットワーク50の学習を、演算処理装置80を用いてソフトウェア上で行うことができる。そして、ソフトウェアを用いた学習によって得られたN×Mの重み係数Wを、ニューラルネットワーク50に供給することにより、ニューラルネットワーク50に学習結果を反映させることができる。
ニューラルネットワーク50に対応するソフトウェアを構成するためには、例えば、階層型パーセプトロンを用い、ニューラルネットワーク50と階層数、及び各階層が有するニューロンの個数が等しいニューラルネットワークをソフトウェア上に構築する等の方法を用いることができる。
なお、上記のニューラルネットワーク50の学習は、複数のニューラルネットワーク50にそれぞれデータ(SDdiv)及びデータ(DDdiv)を入力する並列処理によって行ってもよいし、一のニューラルネットワーク50にデータ(SDdiv)及びデータ(DDdiv)を順次入力して行っても良い。
次に、上記の学習を行ったニューラルネットワーク50が、推論を行う場合の動作例について図7を用いて説明する。なお、推論の際は、上記の学習によって得られた重み係数Wがニューラルネットワーク50に格納されているとする。
まず、処理回路73によって生成されたN×Mのデータ(SDdiv)がニューラルネットワーク50に入力される(ステップS11)。そして、ニューラルネットワーク50はデータ(SDdiv)を入力データとして推論を行い、データ(SDdiv)をデータ(NSDdiv)に補正する(ステップS12)。
ここで、ニューラルネットワーク50は、画像Bにおける表示パネルごとの輝度のばらつきを低減させるように学習されている。そのため、ニューラルネットワーク50の推論によって得られたN×Mのデータ(NSDdiv)が補正回路70、N×Mのデータ(NVediv)が電源回路60にそれぞれ入力され、さらに補正回路70からN×Mのデータ(SDdiv’)、電源回路60からN×Mのデータ(Vediv’)が表示部20にそれぞれ出力されると(ステップS13)、表示パネルごとの輝度のばらつきが低減された画像が表示される(ステップS14)。
なお、データ(SDdiv)の補正は、複数のニューラルネットワーク50を用いた並列処理によって行うこともできるが、一つのニューラルネットワーク50にデータ(SDdiv)を順次入力することによって行うこともできる。
以上のように、本実施の形態で示す表示システムの構成では、ニューラルネットワーク50を用いて画像データおよび電源電圧を補正することにより、輝度ばらつきによる表示ムラを低減させることができることを特徴とする。すなわち、図8(A)に示すようにN行M列(N、Mは自然数)の表示パネル21が配置されている画素部20を有する場合、表示パネル20にN×Mのデータ(SDdivおよびVediv)を入力すると、各表示パネルの特性に起因して、図8(B−1)に示すように各表示パネル21の表示輝度が異なり、表示部20全体としての表示ムラが生じる。
これに対して、表示パネル20に入力されるN×Mのデータ(SDdivおよびVediv)を検出部30で検出されたデータを用いてニューラルネットワーク50により補正し、補正されたN×Mのデータ(SDdiv’およびVediv’)を表示部20に入力することにより、図8(B−2)に示すように表示パネル間に生じる輝度ばらつきを低減させることができる。従って、画像の品質を向上させることができる。
また、本実施の形態では、ニューラルネットワーク50を用いて画像データおよび電源電圧を補正する場合について示したが、ニューラルネットワーク50を用いてガンマ補正のパラメータを出力させる構成としても良い。この場合、ニューラルネットワーク50の推論によって得られたパラメータをガンマ補正のパラメータとして用いることにより、表示パネル間の輝度ばらつきが低減されるようにガンマ補正の補正曲線が補正される。
<電源回路の構成例>
制御部40が有する電源回路(PSC)60は、表示部20が複数有する表示パネル21に駆動電圧を供給する。なお、電源回路60は、ニューラルネットワーク50により入力されたN×Mの補正データ(補正データB:NVe)に基づき、表示パネル21に供給する駆動電圧を補正し、補正された駆動電圧として、N×Mのデータ(Ve´)を表示部20に供給する。すなわち、表示パネル21に入力する電源電圧を補正し、出力する機能を有する。なお、電源電圧を制御することにより、表示パネルの素子性能を大きく変えることが可能なため、表示部における輝度ばらつきに対し、効率の良い調整が可能となる。
図5(A)、(B)を用いて電源回路の構成例について説明する。
図5(A)は、電源回路900のブロック図である。電源回路900は、電圧(V0)がニューラルネットワーク50により入力された補正データ(NVe)を基に補正された電源電圧(VaおよびVc)を生成し、表示パネル21の画素部22に供給する機能を有する。
電源回路900は、一例として、電圧生成回路901および安定化回路902を有する。電圧生成回路901は、電圧(V0)を昇圧または降圧することで、電圧(Vref_aおよびVref_c)を生成する。電圧(Vref_aおよびVref_c)は、安定化回路902で安定した電圧(VaおよびVc)を生成するための電圧である。
電圧生成回路901は、所望の電圧に応じて、昇圧回路あるいは降圧回路等を組み合わせて用いることができる。例えば、チャージポンプ回路、倍電圧整流回路などを用いることができる。
図5(B)は、安定化回路902の一例を示すブロック図である。安定化回路902は、オペアアンプ903、容量素子904、905、トランジスタ906、および抵抗素子907、908を有する。安定化回路902は、例えば電圧(Vref_a)(または電圧(Vref_c))が入力され、安定化した電圧(Va)(または電圧(Vc))を生成することができる。
<信号生成部の構成例>
制御部40が有する信号生成部70は、外部から入力されたデータに基づいて画像信号を生成する機能を有する。信号生成部70は、フロントエンド部(FE)71、デコーダ(DEC)72、処理回路(PC)73、受信部(RCV)74、インターフェース(IF)75、及び制御回路(CTRL)76、および補正回路(CC)77を有する。
フロントエンド部71は、外部から入力される信号を受信し、適宜信号処理を行う機能を有する。フロントエンド部71には、例えば、所定の方式で符合化され、変調された放送信号などが入力される。フロントエンド部71は、受信した画像信号の復調、アナログ−デジタル変換などを行う機能を備えることができる。また、フロントエンド部71はエラー訂正を行う機能を有していてもよい。フロントエンド部71によって受信され、信号処理が施されたデータは、デコーダ72に出力される。
デコーダ72は、符号化された信号を復号する機能を有する。フロントエンド部71に入力された放送信号に含まれる画像データが圧縮されている場合、デコーダ72によって伸長が行われる。例えば、デコーダ72は、エントロピー復号、逆量子化、逆離散コサイン変換(IDCT)や逆離散サイン変換(IDST)などの逆直交変換、フレーム内予測、フレーム間予測などを行う機能を備えることができる。
なお、8K/4Kテレビ放送における符号化規格には、H.265/MPEG−H High Efficiency Video Coding(以下、HEVCという)が採用されている。フロントエンド部71に入力される放送信号に含まれる画像データがHEVCに従って符号化されている場合には、デコーダ72によってHEVCに従った復号(デコード)が行われる。
デコーダ72による復号処理により生成された画像データ(SD)は、処理回路73に出力される。
処理回路73は、画像データであるデータ(SD)を複数のデータ(SDdiv)に分割する機能を有する。複数のデータ(SDdiv)は、複数の表示パネル21にそれぞれ表示される画像に対応する画像データである。従って、データ(SD)は、表示部20に設けられた表示パネル21と同数のデータ(SDdiv)に分割される。図1には、データ(SD)がN×Mのデータ(SDdiv)に分割され、補正回路77に出力される場合を示す。
なお、処理回路73は、データの分割の他、画像処理を行う機能を有していてもよい。画像処理の例としては、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などが挙げられる。色調補正処理や輝度調整処理は、ガンマ補正などを用いて行うことができる。また、処理回路PCは、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行する機能を有していてもよい。
ノイズ除去処理としては、文字などの輪郭の周辺に生じるモスキートノイズ、高速の動画で生じるブロックノイズ、ちらつきを生じさせるランダムノイズ、解像度のアップコンバートにより生じるドットノイズなどのさまざまなノイズの除去が挙げられる。
階調変換処理は、データ(SDdiv)が示す階調を表示部20の出力特性に対応した階調へ変換する処理である。例えば階調数を大きくする場合、小さい階調数で入力された画像に対して、各画素に対応する階調値を補間して割り当てることで、ヒストグラムを平滑化する処理を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダミックレンジ(HDR)処理も、階調変換処理に含まれる。
色調補正処理は、画像の色調を補正する処理である。また輝度補正処理は、画像の明るさ(輝度コントラスト)を補正する処理である。例えば、表示部20が設けられる空間の照明の種類や輝度、または色純度などに応じて、表示部20に表示される画像の輝度や色調が最適となるように補正される。
画素間補間処理は、解像度をアップコンバートした際に、本来存在しないデータを補間する処理である。例えば、目的とする画素の周囲にある画素を参照し、それらの中間色を表示するようにデータを補間する。
フレーム間補間は、表示する画像のフレーム周波数を増大させる場合に、本来存在しないフレーム(補間フレーム)の画像を生成する。例えば、ある2枚の画像の差分から2枚の画像の間に挿入する補間フレームの画像を生成する。または2枚の画像の間に複数枚の補間フレームの画像を生成することもできる。例えば画像データのフレーム周波数が60Hzであったとき、複数枚の補間フレームを生成することで、表示部20に出力される画像信号のフレーム周波数を、2倍の120Hz、または4倍の240Hz、または8倍の480Hzなどに増大させることができる。
なお、上記の画像処理は、処理回路73とは別途設けられた画像処理回路によって行うこともできる。
受信部74は、外部から入力されるデータ又は制御信号を受信する機能を有する。受信部75へのデータ又は制御信号の入力には、リモートコントローラ、携帯情報端(スマートフォンやタブレットなど)、表示部20に設けられた操作ボタンなどを用いることができる。
インターフェース75は、受信部74が受信したデータ又は制御信号に適宜信号処理を施し、制御回路76に出力する機能を有する。
制御回路76は、信号生成部70が有する各回路に制御信号を供給する機能を有する。例えば、制御回路76は、デコーダ72、処理回路73又は補正回路77に制御信号を供給する機能を有する。制御回路76による制御は、受信部74が受信した制御信号などに基づいて行うことができる。
補正回路77は、ニューラルネットワーク50から入力されたN×Mの補正データ(補正データA:NSD)に基づき処理回路73から入力された画像信号であるデータ(SDdiv)を補正する機能を有する。具体的には、補正回路77は、表示部20に複数の表示パネル21が設けられる場合において、複数の表示パネル21を用いた画像表示における輝度ばらつきを低減するように、N×Mのデータ(SDdiv)を補正し、表示部20の複数の表示パネル21に補正したN×Mのデータ(SDdiv’)を入力する機能を有する。なお、このような輝度ばらつきは、画素22が有するトランジスタの特性又は容量素子のサイズ、配線(SL)の寄生抵抗又は寄生容量、駆動回路24の駆動能力などに起因して生じる問題である。
[表示パネルの具体例]
表示部20に設ける表示パネル21の具体的な構成、および複数の表示パネル21を設ける場合の具体的な配置例を図9(A)(B)に示す。なお、図9(B)に示すように複数の表示パネル21は、隣接する表示パネル21間において表示領域が連続するように配置することが好ましい。
図9(A)に示す表示パネル21は、表示領域51と、表示領域51に隣接して、可視光を透過する領域52と、可視光を遮光する領域53と、を備える。また、図9(A)では、表示パネル21にFPC(Flexible Printed Circuit)54が設けられている例を示す。
表示領域51には、複数の画素22(図示せず)が含まれる。また、領域52には、表示パネル21を構成する一対の基板だけでなく、一対の基板を貼り合わせるための封止材などが設けられていてもよい。このとき、領域52に設けられる部材には、可視光に対して透光性を有する材料を用いる。また、領域53には、表示領域51に含まれる画素22と電気的に接続された配線などが設けられていてもよい。また、領域53には、図2で説明した駆動回路23や駆動回路24等が設けられていてもよい。また、領域53にはFPC54と電気的に接続された端子や、端子と電気的に接続された配線等が設けられていてもよい。
図9(B)には、表示パネル21の配置例を示す。ここでは一例として、隣接する4つの表示パネル21(DPa(21a)、DPb(21b)、DPc(21c)、DPd(21d))を示している。
4つの表示パネル(21a、21b、21c、21d)は、それぞれ他の表示パネルと重なる領域を有するように配置されている。具体的には、一の表示パネルが有する可視光を透過する領域52が、他の表示パネルが有する表示領域51の上(表示面側)に重畳する領域を有するように、各表示パネル(21a、21b、21c、21d)が配置されている。また、一の表示パネルが有する可視光を遮光する領域53が、他の表示パネル(DP)の表示領域51上に重畳しないように、表示パネル(DPa、DPb、DPc、DPd)が配置されている。
より具体的には、表示パネル(21a)の表示領域51aの短辺に沿った領域と、表示パネル(21b)の領域52bの一部が重畳して設けられている。また、表示パネル(21a)の表示領域51aの長辺に沿った領域と、表示パネル(21c)の領域52cの一部が重畳して設けられている。また表示パネル(21d)の領域52dは、表示パネル(21b)の表示領域51bの長辺に沿った領域、及び表示パネル(21c)の表示領域51cの短辺に沿った領域に重畳して設けられている。
このように、表示領域51上に可視光を透過する領域52を重畳させることにより、表示領域51の全体を表示面側から視認することが可能となる。これにより、表示領域51a、51b、51c、51dが連続的に配置された領域を、表示部20の表示領域55として用いることが可能となる。
なお、表示パネル21に可撓性を有する基板を用いることにより、表示パネル21が可撓性を有していることが好ましい。これにより、表示パネル(DPa)の一部を湾曲させることができるので、FPC54aを隣接する表示パネル(DPb)の表示領域51bの下側に重畳するように配置することができる。その結果、FPC54aを表示パネル(DPb)の裏面と物理的に干渉することなく配置することができる。また、表示パネル(DPa)と表示パネル(DPb)とを重ねて接着する際に、FPC54aの厚さを考慮する必要がないため、表示パネル(DPb)の領域52bの上面と、表示パネル(DPa)の表示領域51aの上面との高さの差を低減できる。その結果、表示領域51a上に位置する表示パネル(DPb)の端部が視認されるのを抑制することができる。
さらに、各表示パネル21に可撓性を持たせることで、表示パネル(DPb)の表示領域51bにおける上面の高さを、表示パネル(DPa)の表示領域51aにおける上面の高さと一致するように、表示パネル(DPb)を緩やかに湾曲させることができる。そのため、表示パネル(DPa)と表示パネル(DPb)とが重畳する領域近傍を除き、各表示領域の高さを揃えることが可能で、表示領域55に表示する画像の表示品位を高めることができる。
なお、隣接する2つの表示パネル21間の段差を軽減するため、表示パネル21の厚さは薄いことが好ましい。例えば表示パネル21の厚さを1mm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下とすることが好ましい。
以上のように、本発明の一態様では、複数の表示パネル21により画像が表示される表示部20に、人工知能を用いて補正された画像信号を供給することにより、複数の表示パネル(DP)間における輝度ばらつきを低減させることができる。これにより、表示部に表示される画像の品質を向上させることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示システムを構成する表示部20(図1参照)の表示パネル21の構成例について説明する。ここでは、表示素子とトランジスタ(FET)とを組み合わせた構成を有するアクティブマトリクス型であり、表示素子として発光素子を有する場合の構成について図10を用いて説明する。
アクティブマトリクス型の表示パネルについて、図10を用いて説明する。なお、図10(A)は表示パネルの上面図であり、図10(B)は図10(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。アクティブマトリクス型の表示パネルは、第1の基板301上に設けられた画素部302、駆動回路部(ソース線駆動回路)303と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)(304a、304b)を有する。画素部302および駆動回路部303、304a、304b)は、シール材305によって、第1の基板301と第2の基板306との間に封止される。
また、第1の基板301上には、引き回し配線307が設けられる。引き回し配線307は、外部入力端子であるFPC308と接続される。なお、FPC308は、駆動回路部(303、304a、304b)に外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等)や電位を伝達する。また、FPC308にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。なお、これらFPCやのPWBが取り付けられた状態は、表示パネルに含まれる。
図3(B)に示す断面構造において、画素部302は、FET(スイッチング用FET)311、FET(電流制御用FET)312、およびFET312と電気的に接続された第1の電極313を有する複数の画素により形成される。なお、各画素が有するFETの数は、特に限定されることはなく、必要に応じて適宜設けることができる。
FET309、310、311、312は、特に限定されることはなく、例えば、スタガ型や逆スタガ型などのトランジスタを適用することができる。また、トップゲート型やボトムゲート型などのトランジスタ構造であってもよい。
なお、これらのFET309、310、311、312に用いることのできる半導体の結晶性については特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。なお、結晶性を有する半導体を用いることで、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
また、これらの半導体としては、例えば、第14族の元素、化合物半導体、酸化物半導体、有機半導体などを用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体、インジウムを含む酸化物半導体などを適用することができる。
駆動回路部303は、FET309とFET310とを有する。なお、FET309とFET310は、単極性(N型またはP型のいずれか一方のみ)のトランジスタを含む回路で形成されても良いし、N型のトランジスタとP型のトランジスタを含むCMOS回路で形成されても良い。また、外部に駆動回路を有する構成としても良い。
第1の電極313の端部は、絶縁物314により覆われている。なお、絶縁物314には、ネガ型の感光性樹脂や、ポジ型の感光性樹脂(アクリル樹脂)などの有機化合物や、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の無機化合物を用いることができる。絶縁物314の上端部または下端部には、曲率を有する曲面を有するのが好ましい。これにより、絶縁部314の上層に形成される膜の被覆性を良好なものとすることができる。
第1の電極313上には、EL層315及び第2の電極316が積層され、第1の電極313、EL層315および第2の電極316により発光素子317が構成される。なお、EL層315は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を有する。発光素子317には、公知の構成や公知の材料を適用することができる。
なお、ここでは図示しないが、第2の電極316は外部入力端子であるFPC308と電気的に接続されている。
また、図10(B)に示す断面図では発光素子317を1つのみ図示しているが、画素部302において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部302には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子の他に、例えば、ホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)等の発光が得られる発光素子を形成してもよい。例えば、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子に上述の数種類の発光が得られる発光素子を追加することにより、色純度の向上、消費電力の低減等の効果が得ることができる。また、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。なお、カラーフィルタの種類としては、赤(R)、緑(G)、青(B)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)等を用いることができる。
第1の基板301上のFET(309、310、311、312)や、発光素子317は、第2の基板306と第1の基板301とをシール材305により貼り合わせることにより、第1の基板301、第2の基板306、およびシール材305で囲まれた空間318に備えられた構造を有する。なお、空間318には、不活性気体(窒素やアルゴン等)や有機物(シール材305を含む)で充填されていてもよい。
シール材305には、エポキシ系樹脂やガラスフリットを用いることができる。なお、シール材305には、できるだけ水分や酸素を透過しない材料を用いることが好ましい。
第1の基板301および第2の基板306には、ガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiber−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。なお、シール材としてガラスフリットを用いる場合には、接着性の観点からガラス基板を用いることが好ましい。
また、アクティブマトリクス型の表示パネルに可撓性を持たせる場合、可撓性基板上にFETと発光素子とを直接形成しても良いが、剥離層を有する別の基板にFETと発光素子を形成した後、熱、力、レーザ照射などを与えることによりFETと発光素子を剥離層で剥離し、さらに可撓性基板に転載して作製しても良い。なお、剥離層としては、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層や、ポリイミド等の有機樹脂膜等を用いることができる。また可撓性基板としては、トランジスタを形成することが可能な上述した基板材料のうち可撓性を有するものに加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などが挙げられる。これらの基板を用いることにより、耐久性や耐熱性に優れ、軽量化および薄型化を図ることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示システムを構成する表示部20(図1参照)の表示パネル21が、画素部23(図2参照)に有する画素22の具体的な構成例について図11を用いて説明する。なお、図11に示す画素22は、トランジスタ(Tr12、Tr13)、容量素子(C12)、および発光素子(EL)を有する。また、ここではトランジスタ(Tr12、Tr13)をnチャネル型としているが、トランジスタの極性は適宜変更することができる。
トランジスタ(Tr12)のゲートは、配線(GL)と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方は、トランジスタ(Tr13)のゲートおよび容量素子(C12)の一方の電極と、電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線(SL)と電気的に接続されている。トランジスタ(Tr13)のソースまたはドレインの一方は、容量素子(C12)の他方の電極および発光素子(EL)の一方の電極と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は、電位(Va)が供給される配線と電気的に接続されている。
また、発光素子(EL)の他方の電極は、電位(Vc)が供給される配線と電気的に接続されている。トランジスタ(Tr12)のソースまたはドレインの一方、トランジスタ(Tr13)のゲートおよび容量素子(C12)の一方の電極と電気的に接続されたノードを、ノード(N12)とする。また、トランジスタ(Tr13)のソースまたはドレインの一方および容量素子(C12)の他方の電極と、電気的に接続されたノードを、ノード(N13)とする。
ここでは、電位(Va)を高電源電位とし、電位(Vc)を低電源電位とした場合について説明する。また、容量素子C11は、ノードN12の電位を保持するための保持容量としての機能を有する。
トランジスタ(Tr12)は、配線(SL)の電位のノード(N1)への供給を制御する機能を有する。具体的には、配線(GL)の電位を制御してトランジスタ(Tr12)をオン状態とすることにより、画像信号に対応する配線(SL)の電位(画像信号に対応)がノード(N12)に供給され、画素22の書き込みが行われる。その後、配線(GL)の電位を制御してトランジスタ(Tr12)をオフ状態とすることにより、ノード(N12)の電位が保持される。
そして、ノード(N12、N13)の間の電圧に応じてトランジスタ(Tr13)のソース−ドレインの間に流れる電流量が制御され、発光素子(EL)が当該電流量に応じた輝度で発光する。これにより、画素22の階調を制御することができる。なお、トランジスタ(Tr13)は飽和領域で動作させることが好ましい。
上記の動作を配線(GL)ごとに順次行うことにより、第1フレーム分の画像を表示することができる。
なお、配線(GL)の選択には、プログレッシブ方式を用いてもよいし、インターレース方式を用いてもよい。また、配線(SL)への画像信号の供給は、配線(SL)に順次画像信号を供給する点順次駆動を用いて行ってもよいし、全ての配線(SL)に一斉に画像信号を供給する線順次駆動を用いて行ってもよい。また、複数の配線(SL)ごとに順に、画像信号を供給してもよい。
その後、第2のフレーム期間において、第1のフレーム期間と同様の動作により、画像の表示が行われる。これにより、画素部23に表示される画像が書き換えられる。
画素22が有するトランジスタに用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムなどの第14族の元素、ガリウムヒ素などの化合物半導体、有機半導体、金属酸化物などを用いることができる。また、半導体は、非単結晶半導体(非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体など)、であってもよいし、単結晶半導体であってもよい。
例えば、画素22が有するトランジスタとして、チャネル形成領域に非晶質半導体、特に、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)を含むトランジスタを用いることができる。非晶質半導体を用いたトランジスタは、基板の大面積化に対応することが容易であるため、製造工程を簡略化することができる。
また、画素22が有するトランジスタとして、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタ、すなわちOSトランジスタを用いることもできる。OSトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、トランジスタ(Tr11)またはトランジスタ(Tr12)としてOSトランジスタを用いる場合、画素22に画像信号を極めて長期間にわたって保持することができる。これにより、画素部23に表示される画像に変化がない期間、又は変化が一定以下である期間において、画像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができる。画像信号の更新の頻度は、例えば、0.1秒間に1回以下、又は、1秒間に1回以下、又は、10秒間に1回以下などに設定することができる。また、画像信号の更新の頻度は、表示パネル21ごとに設定することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示システムを構成する表示部20(図1参照)の表示パネル21が、画素部23(図2参照)や駆動回路23、24において有するトランジスタの具体的な構成例について図12を用いて説明する。
図12(A)〜(E)に示すトランジスタは、半導体層432に金属酸化物を用いたOSトランジスタである。OSトランジスタを用いる場合、画像に変化がない期間、又は変化が一定以下である期間において、画像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができ、消費電力の削減を図ることができる。
図12(A)に示すトランジスタは、半導体層432のチャネル形成領域上に、絶縁層484が設けられている。絶縁層484は、半導体層432をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能する。
図12(B)に示すトランジスタは、絶縁層484が、半導体層432を覆って絶縁層434上に延在している構成を有する。この場合、導電層433a及び導電層433bは、絶縁層484に設けられた開口を介して、半導体層432と接続される。
図12(C)に示すトランジスタは、絶縁層485、導電層486を有する。絶縁層485は、半導体層432、導電層433a、導電層433bを覆って設けられる。また、導電層486は絶縁層485上に設けられ、半導体層432と重なる領域を有する。
導電層486は、半導体層432を挟んで導電層431とは反対側に位置する。導電層431を第1のゲート電極とした場合、導電層486は、第2のゲート電極として機能することができる。導電層431と導電層486に同じ電位を与えることで、トランジスタのオン電流を高めることができる。また、導電層431と導電層486の一方にしきい値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。
図12(D)に示すトランジスタは、トップゲート構造のトランジスタであり、ゲート電極として機能する導電層431が、半導体層432よりも上側(被形成面側とは反対側)に設けられる。また、半導体層432上には、絶縁層434及び導電層431が積層して形成される。また、絶縁層482は、半導体層432の上面及び側端部、導電層431を覆って設けられる。導電層433a及び導電層433bは、絶縁層482上に設けられている。導電層433a及び導電層433bは、絶縁層482に設けられた開口を介して、半導体層432と接続される。
なお、ここでは絶縁層434が、導電層431と重ならない部分に存在しない場合の例を示すが、絶縁層434が半導体層432の上面及び側端部を覆って設けられていてもよい。
図12(D)に示すトランジスタは、導電層431と導電層433aまたは導電層433bとの物理的な距離を離すことが容易なため、これらの間の寄生容量を低減することが可能である。
図12(E)に示すトランジスタは、図12(D)と比較して、導電層487及び絶縁層488を有している点で相違する。導電層487は半導体層432と重なる領域を有する。また、絶縁層488は、導電層487を覆って設けられる。
導電層487は、第2のゲート電極として機能する。そのため、オン電流を高めたり、しきい値電圧を制御することなどが可能である。
なお、図12(D)及び(E)に示すように、半導体層432は領域432nを有していてもよい。領域432nは、窒素又は水素を有する絶縁層482と接する領域を有する。そして、絶縁層482中の窒素または水素が領域432nに添加されることにより、領域432nがn型化される。この場合、領域432nはソース領域又はドレイン領域として機能する。なお、領域432nに含まれる窒素又は水素の濃度は、チャネル形成領域よりも高い。また、領域432nのキャリア密度は、チャネル形成領域よりも高い。
また、半導体層432は領域432jを有していてもよい。領域432jは、チャネル形成領域と、ソース領域又はドレイン領域との間の接合領域としての機能を有する。領域432jに含まれる窒素又は水素の濃度は、領域432nよりも低く、チャネル形成領域よりも高い。また、領域432jのキャリア密度は、領域432nよりも低く、チャネル形成領域よりも高い。
なお、その他の構成として、半導体層432にシリコンを含む半導体を用いたトランジスタを用いてもよい。シリコンを含む半導体としては、例えば、水素化アモルファスシリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコン等を用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様である電子機器について、図面を参照して説明する。
以下で例示する電子機器には、本発明の一態様である表示システムを搭載することができる。これにより、高品質な画像を表示可能な電子機器を提供することができる。
また、以下で例示する電子機器の表示部には、本発明の一態様である表示システムの表示部を適用することができる。これにより、複数の表示パネルを用いて画像の表示を行う機能を有する電子機器を構成することができる。また、本発明の一態様である表示システムの表示部が有する表示パネルは可撓性を有していてもよい。この場合、以下で例示する電子機器に、曲面を有する表示部を設けることができる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
本発明の一態様である電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で画像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様である電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。
本発明の一態様である電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
図13(A)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
表示部7000に、本発明の一態様である表示システムの表示部を適用することができる。
図13(A)に示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることで操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される画像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図13(B)に、ノート型パーソナルコンピュータ7200を示す。ノート型パーソナルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み込まれている。
表示部7000に、本発明の一態様である表示システムの表示部を適用することができる。
図14(A)、(B)に、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)の一例を示す。
図14(A)に示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7000、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
また、図14(B)は円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7000を有する。
図14(A)、(B)において、表示部7000に、本発明の一態様である表示システムの表示部を適用することができる。
表示部7000が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部7000にタッチパネルを適用することで、表示部7000に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
また、図14(A)、(B)に示すように、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機7311または情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
また、図15(A)、(B)に折りたたみ可能な携帯情報端末7500の一例を示す。折りたたみ可能な携帯情報端末7500は筐体7511および屈曲部7512を有している。筐体7511に、表示部7000が組み込まれている。図15(A)に携帯情報端末7500を展開した状態を示す。また、図15(B)に携帯情報端末7500を折りたたんだ状態を示す。携帯情報端末7500は、大きな表示部7000を有するにも関わらず、折りたためばコンパクトで可搬性に優れる。
表示部7000は屈曲部7512により半分に折りたたむことができる。屈曲部7512は伸縮可能な部材と複数の支持部材とで構成されており、折りたたむ場合は、伸縮可能な部材が伸びて、屈曲部7512は2mm以上、好ましくは5mm以上の曲率半径を有して折りたたまれる。
なお、表示部7000に、本発明の一態様である表示システムの表示部を適用することができる。
また、本発明の一態様に係る表示システムは、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、車両の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。図16に、本発明の一態様に係る表示システムの車両への搭載例を示す。
図16に、表示部5001を備えた車両の構成例を示す。表示部5001として、本発明の一態様に係る表示システムの表示部を用いることができる。なお、図16には表示部5001が右ハンドルの車両に搭載された例を示すが、特に限定されず、左ハンドルの車両に搭載することもできる。この場合、図16に示す構成の左右の配置が替わる。
図16には、運転席と助手席の周辺に配置されるダッシュボード5002、ハンドル5003、フロントガラス5004などを示している。表示部5001は、ダッシュボード5002の所定の位置、具体的には運転者の回りに配置され、概略T字形状を有する。図16には、複数の表示パネル5007(表示パネル5007a、5007b、5007c、5007d)を用いて形成される1つの表示部5001を、ダッシュボード5002に沿って設けた例を示しているが、表示部5001は複数箇所に分けて配置してもよい。
なお、複数の表示パネル5007は可撓性を有していてもよい。この場合、表示部5001を複雑な形状に加工することができ、表示部5001をダッシュボード5002などの曲面に沿って設ける構成や、ハンドルの接続部分、計器の表示部、送風口5006などに表示部5001の表示領域を設けない構成などを容易に実現することができる。
また、後側方の状況を撮影するカメラ5005を車外に複数設けてもよい。図16においてはサイドミラーの代わりにカメラ5005を設置する例を示しているが、サイドミラーとカメラの両方を設置してもよい。
カメラ5005としては、CCDカメラやCMOSカメラなどを用いることができる。また、これらのカメラに加えて、赤外線カメラを組み合わせて用いてもよい。赤外線カメラは、被写体の温度が高いほど出力レベルが高くなるため、人や動物等の生体を検知又は抽出することができる。
カメラ5005で撮像された画像は、表示パネル5007のいずれか一または複数に出力することができる。この表示部5001を用いて主に車両の運転を支援する。カメラ5005によって後側方の状況を幅広い画角で撮影し、その画像を表示パネル5007に表示することで、運転者の死角領域の視認が可能となり、事故の発生を防止することができる。
また、本発明の一態様に係る表示システムを用いることにより、表示パネル5007a、5007b、5007c、及び5007dのつなぎ目における画像の不連続性を補償することができる。これにより、つなぎ目が目立たない画像の表示が可能となり、運転時における表示部5001の視認性を向上させることができる。
また、車のルーフ上などに距離画像センサを設け、距離画像センサによって得られた画像を表示部5001に表示してもよい。距離画像センサとしては、イメージセンサやライダー(LIDAR:Light Detection and Ranging)などを用いることができる。イメージセンサによって得られた画像と、距離画像センサによって得られた画像とを表示部5001に表示することにより、より多くの情報を運転手に提供し、運転を支援することができる。
また、表示部5001は、地図情報、交通情報、テレビ映像、DVD映像などを表示する機能を有していてもよい。例えば、表示パネル5007a、5007b、5007c、及び5007dを1つの表示画面として、地図情報を大きく表示することができる。なお、表示パネル5007の数は、表示される画像に応じて増やすことができる。
また、表示パネル5007a、5007b、5007c、及び5007dに表示される画像は、運転手の好みによって自由に設定することができる。例えば、テレビ映像、DVD映像を左側の表示パネル5007dに表示し、地図情報を中央部の表示パネル5007bに表示し、計器類を右側の表示パネル5007cに表示し、オーディオ類を変速ギア近傍(運転席と助手席の間)の表示パネル5007aに表示することができる。また、複数の表示パネル5007を組み合わせることにより、表示部5001にフェールセーフの機能を付加することができる。例えば、ある表示パネル5007が何らかの原因で故障したとしても、表示領域を変更し、他の表示パネル5007を用いて表示を行うことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせることができる。