(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形デジタル−アナログコンバータであって、
ｋビット並列入力と、
該並列入力のＭ個の最上位ビットに接続されるＭ個の入力を有する復号化回路であって、２m＋１個の基準入力（但し、Ｍ＞ｍである）のうちの第１および第２の連続する基準入力をそれぞれ第１および第２の出力に接続するように構成された復号化回路と、
前記並列入力のＮ個の最下位ビット（但し、（Ｍ＋Ｎ）＞ｋである）が入力されて該最下位ビットをビットシフトする最下位ビットシフタと、該最下位ビットシフタから出力される前記Ｎ個の最下位ビットが入力されるとともに、前記復号化回路の前記第１および第２の出力にそれぞれ接続される第１および第２の基準入力を有する固定解像度Ｎビットコンバータとを備えた可変解像度線形デジタル−アナログコンバータと、
を備える、コンバータ。
【請求項２】
（Ｍ＋Ｎ）＞（ｋ＋１）である、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記復号化回路が、固定Ｍビット−２mラインデコーダを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記復号化回路が、プログラマブルＭビット−２mラインデコーダを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記復号化回路が、基準入力セレクタを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記基準入力セレクタが、前記２m＋１個の基準入力のうちのｉ番目および（ｉ＋１）番目の基準入力を、それぞれ、前記第１および第２の連続する基準入力として、前記復号化回路の前記第１および第２の出力に接続する第１および第２のセレクタを備えていて、０≦ｉ＜２mである、請求項５に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記固定解像度Ｎビットコンバータが、電荷共有デジタル−アナログコンバータを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記可変解像度線形デジタル−アナログコンバータが、ビットマニピュレータを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記固定解像度Ｎビットコンバータが、電荷共有デジタル−アナログコンバータを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記並列入力が、ラッチを備える、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１１】
行列に構成された複数のピクセルを含むディスプレイマトリクスと、
該ピクセルを走査信号生成器に接続する複数の走査電極と、
該ピクセルをデータ信号生成器に接続する複数のデータ電極と、
を備えるディスプレイであって、
該データ信号生成器が、少なくとも１つの非線形デジタル−アナログコンバータを含むデータラインドライバを含み、
該少なくとも１つの非線形デジタル−アナログコンバータは請求項１に記載のコンバータである、ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非線形デジタル−アナログコンバータおよびディスプレイに関する。このようなコンバータは、デジタル領域からアナログ領域への変換を行う際の任意の非線形関数を実行するために使用され得る。このような技術を使用し得る例の１つは、アクティブマトリクス液晶装置（ＡＭＬＣＤ）のようなデジタル方式でインターフェースをとるディスプレイ(digitally interfaced displays)である。ＡＭＬＣＤにおいては、各絵素（ピクセル）の光減衰を制御するためのアナログ電圧をデジタル方式のピクセルデータから生成し、光減衰とピクセル電圧との間の非線形性の補償（ガンマ補正）を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
２ステージデジタル−アナログコンバータは、例えば、Horowitzらの"The Art of Electronics", Cambridge University Press, 1988において公知である。例えば、Grzybowskiらの"Non-Linear Functions from d.a. Converters", Electronic Engineering, July 1971, pp 48-51によって示唆されているように、このようなコンバータを用いて、任意の非線形関数に対する区分的線形近似を行うことが可能である。このタイプのコンバータの例は、米国特許第5,191,333号および米国特許第3,997,892号に開示されている。添付図面の図１に、このようなコンバータを示す。このコンバータは、例えばｋビットコンバータの場合にｋビットラッチの形態をとる記憶装置１を含む。このラッチは、並列デジタル入力ｖｄ（０：ｋ−１）を受け取るように接続されるｋ個の入力を有する。この記憶装置は、ｍ個の最上位ビット（ＭＳＢ）とｎ個の最下位ビット（ＬＳＢ）とに区切られており、ｍ＋ｎ＝ｋである。
【０００３】
このコンバータは、第１のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）ステージ２および第２のＤ／Ａステージ３を含む。第１のステージ２は、記憶装置１からｍ個のＭＳＢを受け取るように接続されるｍビット並列入力と、２m＋１個の基準電圧ｖｒ（０：２m）を受け取るための基準入力とを有する。第１のステージ２は、基準セレクタ２ｂに接続される２m個の出力を有するｍビット−２mラインデコーダ２ａを含む。基準セレクタ２ｂは、下限電圧ｖｌおよび上限電圧ｖｈを第２のステージ３に供給するための複数の出力を有する。
【０００４】
第２のステージ３は、記憶装置１のｎ個のＬＳＢに接続されるｎ個の入力を有する線形Ｄ／Ａコンバータを含む。第２のステージ３は、ｎ個のＬＳＢを用いて、上限電圧ｖｈおよび下限電圧ｖｌによって規定される範囲内において線形Ｄ／Ａ変換を行う。
【０００５】
基準電圧ｖｒ（０：２m）のうちのどの電圧を限界電圧ｖｈおよびｖｌとして供給するのかは、ｍ個のＭＳＢによって選択される。基準電圧の値を適切に選択すれば、コンバータが、２m個の線形ラインセグメントまたは要素の区分的線形近似を用いて非線形変換を行うことができる。
【０００６】
このタイプのコンバータは、デジタル方式でインターフェースをとるＡＭＬＣＤにおいてガンマ補正を提供するために使用され得る。図２は、ピクセルに印加される電圧に対する液晶ピクセルの透過率をパーセントで表したグラフであり、典型的な伝達関数を表している。この伝達関数は非線形であり、階調を表すデジタルデータによってピクセルの透過率を線形制御するためには、補償を行う必要がある。このような補償は、図２に示す関数に対する逆伝達関数を適用することによって提供することができ、２ステージタイプのコンバータによって行うことができる。
【０００７】
添付図面の図３は、この逆関数を、６ビットデジタル入力ｖｄ（０：５）の場合について、デジタルピクセルデータに対する電圧として破線の曲線で示している。図３は、ｋ＝６、ｍ＝３且つｎ＝３である図１に示したタイプのコンバータによって提供される、逆関数に対する区分的近似をも示している。従って、デコーダ２ａは、３ビット−８ラインデコーダであり、基準セレクタ２ｂを制御することによって、９個のガンマ補正基準電圧ｖｒ（０：８）のうちのどの２個を第２のステージ３に供給するのかを選択する。３個のＬＳＢを用いて、セレクタ２ｂによって選択される限界値ｖｌおよびｖｈの範囲内において線形Ｄ／Ａ変換を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に、区分的線形近似を実線の曲線で示す。第１のステージ２においては常に固定数ｍ個のビットを用いるので、（入力領域における）個々の線形セグメントまたは要素の幅は同じである。この結果、所望の関数に対する近似が比較的悪くなる。これは、その関数の２次導関数の絶対値の方が大きくなる領域、即ち、関数が比較的線形でない場合において、より顕著である。このような誤差(inaccuracy)を、図３の参照符号４で示す。
【０００９】
Cantoniの"Optimal Curve Fitting with Piecewise Linear Functions", IEEE Transactions on Computers, 1971, 20(1), 第59-67頁は、所与の数の区分的線形要素について最適な曲線フィッティングを提供するための技術を開示している。この結果、線形要素の端点(end-points)が入力空間内の計算された位置に配置されるような近似が提供される。しかし、この解決方法は、入力空間において端点を互いに２ビットの累乗だけ離すことが好ましく、さらに、各線形要素の入力範囲内において状態が変化するＬＳＢの数が最小限であるような２ステージＤ／Ａコンバータについては、適当ではない。この理由は、第２のＤ／Ａステージにおいて、単純さ(simplicity)が必要であるからである。
【００１０】
図４（ａ）および（ｂ）は、ｋ＝４、ｍ＝２且つｎ＝２である２ステージコンバータの場合について、上記の問題をより詳細に示す。これらの各図面においては、任意の非線形関数を破線の曲線で示し、実線の曲線で４線形要素近似を表している。図４（ａ）に示す近似は、上記の２ステージコンバータによって提供されるタイプのものであり、４個の線形要素の幅が互いに等しく、それぞれ入力領域における２ビットに対応している。この端点の配置により、線形要素ｌ０、ｌ１、ｌ２およびｌ３のそれぞれについて、入力空間内において２個のＬＳＢしか変化しないことが確実になる。例えば、線形要素ｌ１について、入力は０１００、０１０１、０１１０および０１１１である。これらの２個のＬＳＢを第２のステージにおける線形変換に使用することが便利である。なぜなら、これらのＬＳＢは、２ビットＤ／Ａコンバータの場合に０（００）〜フルスケール（１１）までインクリメントする値を表すからである。さらに、このことは全ての線形要素についてあてはまるので、１つの要素の上限端点ｖｈは、次の線形要素の下限端点ｖｌに等しい。必要となる基準電圧の数は、わずかに５個（線形要素の数＋１）である。
【００１１】
図４（ｂ）は、所望の非線形関数に対してより良好な近似を提供するように、各線形要素端点を異なる位置に配置した４線形要素近似を示す。これらの線形要素のうちの２個は、この端点の配置によって生じる第２のＤ／Ａステージのさらなる複雑さを実証している。
【００１２】
線形要素ｌ０の場合、端点は入力空間において３ビット分だけ離れている。この間隔は、最も便利である２の累乗に等しくない。必要な変換を達成するためには、基準電圧ｖｌ０およびｖｈ０の間で動作する２ビットの第２のＤ／Ａステージが必要となる。この上限基準電圧ｖｈ０は、次の線形要素の下限基準値ｖｌ１とは一致しない。従って、別の基準電圧が必要となる。
【００１３】
線形要素ｌ１の場合、入力は００１１、０１００、０１０１および０１１０である。端点は２ビットの累乗だけ離れているが、この線形要素の範囲内で３個のＬＳＢが変化しており、これは最小限のビット数（４ビット幅の線形要素の場合、２ビット）よりも大きい。
【００１４】
この問題に対する第１の解決方法は、基準値ｖｌ１およびｖｈ１の間で動作する３ビット線形Ｄ／Ａコンバータを提供することである。しかし、これらの基準値は、隣接する線形要素の基準値とは一致せず、これにより、基準値の合計数を増やさなければならない。この解決方法を全ての線形要素について採用した場合、図４（ｂ）に示すように合計８個の参照値が必要になる。
【００１５】
この問題に対する第２の解決方法は、ビット操作を行うものである。入力ビットから００１１を引くと、基準値ｖｌ１’およびｖｈ１’の間で動作する２ビットＤ／Ａコンバータが必要になる。この解決方法では、基準値の数を最小限に保つことが可能になるが、複雑なビット操作回路が必要になる。
【００１６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、（１）従来技術のコンバータよりも向上した精度で非線形関数を行いながら、デジタル−アナログ変換を実行できる非線形Ｄ／Ａコンバータを提供すること、並びに（２）そのようなコンバータを使用したディスプレイを提供すること、である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面によって提供される非線形デジタル−アナログコンバータは、ｋビット並列入力と、該並列入力のＭ個の最上位ビットに接続されるＭ個の入力を有する復号化回路であって、２m＋１個の基準入力のうちの第１および第２の連続する基準入力をそれぞれ第１および第２の出力に接続するように構成されていて、Ｍ＞ｍである、復号化回路と、該復号化回路の該第１および第２の出力にそれぞれ接続される第１および第２の基準入力を有する可変解像度線形デジタル−アナログコンバータであって、該並列入力のＮ個の最下位ビットに接続されるＮ個のデジタル入力をさらに有していて、（Ｍ＋Ｎ）＞ｋである、可変解像度線形デジタル−アナログコンバータと、を備えていて、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
例えば、（Ｍ＋Ｎ）＞（ｋ＋１）であり得る。
【００１９】
前記復号化回路が、固定Ｍビット−２mラインデコーダを備え得る。
【００２０】
前記復号化回路が、プログラマブルＭビット−２mラインデコーダを備え得る。
【００２１】
前記復号化回路が、基準入力セレクタを備え得る。例えば、前記基準入力セレクタが、前記２m＋１個の基準入力のうちのｉ番目および（ｉ＋１）番目の基準入力を、それぞれ、前記第１および第２の連続する基準入力として、前記復号化回路の前記第１および第２の出力に接続する第１および第２のセレクタを備えていて、０≦ｉ＜２mである。
【００２２】
前記可変解像度コンバータが、固定解像度Ｎビットコンバータと、前記復号化回路によって制御される最下位ビットシフタと、を備え得る。或いは、前記可変解像度コンバータが、固定解像度Ｎビットコンバータと、ビットマニピュレータと、を備え得る。何れの場合でも、前記固定解像度Ｎビットコンバータが、電荷共有デジタル−アナログコンバータを備え得る。
【００２３】
前記並列入力が、ラッチを備え得る。
【００２４】
本発明の他の局面によって提供されるディスプレイは、行列に構成された複数のピクセルを含むディスプレイマトリクスと、該ピクセルを走査信号生成器に接続する複数の走査電極と、該ピクセルをデータ信号生成器に接続する複数のデータ電極と、を備え、該データ信号生成器が、少なくとも１つの非線形デジタル−アナログコンバータを含むデータラインドライバを含み、該少なくとも１つの非線形デジタル−アナログコンバータは、上記で説明したような特徴を有するコンバータであって、そのことによって前述の目的が達成される。
【００２５】
これより、例えば添付図面の図１に示すタイプのコンバータよりも向上した精度で非線形関数を行いながら、デジタル−アナログ変換を実行できる非線形Ｄ／Ａコンバータを提供することが可能になる。具体的には、添付図面の図１に示すコンバータにおいて必要になる基準値よりも多くの基準値を必要とすることなく、所望の任意の非線形関数に対してより近い近似である区分的線形要素近似を提供することが可能になる。
【００２６】
より効率的にデータビットを使用することによって、向上した精度が提供される。なぜなら、２ステージで行われるこの変換の解像度を、入力信号の値に依存するようにできるからである。よって、入力領域に対して参照される線形要素の幅が異なる幅であり得て、従って、各線形要素端点の対の中で行われる変換の解像度を異ったものにし得る。より効率的にデータビットを使用するので、近似すべき関数が比較的線形でない場合には、復号化回路においてより多くのビットおよび基準電圧を用い、近似すべき関数が比較的線形である場合には、復号化回路においてより少ないビットおよび基準電圧を用いることによって、精度を向上することができる。従って、公知の構成の場合と同じ数のビットおよび同じ数の電圧基準値を用いて、より正確な区分的線形近似を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら実施例によって本発明をさらに説明する。図面中、同一の参照符号は同一の部材を指す。
【００２８】
図５に示す非線形Ｄ／Ａコンバータは、所定の非線形伝達関数に従って、複数のｋビットデジタル入力ワードｖｄ（０：ｋ−１）を１つのアナログ出力電圧ｖａに変換する。このコンバータは、その並列入力１ａがデジタル入力を受け取る、ｋビット並列ラッチのような、記憶装置１の形態をとる入力を有する。
【００２９】
このコンバータは、第１のＤ／Ａステージ２および第２のＤ／Ａステージ３を含む。第１のステージ２は、Ｍビット−２mラインデコーダ２ａを含み、その２m個の出力は基準セレクタ２ｂに接続される。デコーダ２ａは、記憶装置１のＭ個の最上位ビット（ＭＳＢ）の出力に接続されるＭ個の並列入力２ｃを有する。
【００３０】
基準セレクタ２ｂは、基準電圧ｖｒ’（０：２m）を受け取る（２m＋１）個の入力を有する。基準セレクタ２ｂは、第１および第２の出力２ｅおよび２ｆを有し、第１および第２のセレクタを含む。第１および第２のセレクタは、デコーダ２ａからの２m個の出力によって制御され、これにより、複数の基準電圧のうちのどの基準電圧を出力２ｅおよび２ｆに供給するのかを選択する。これらのセレクタの制御は、出力２ｅおよび２ｆに「連続する」基準値を供給するように行われる。つまり、出力２ｆがｖｒ’（ｉ）に等しい値ｖｌを供給する場合、出力２ｅはｖｒ’（ｉ＋１）に等しい値ｖｈを供給する（但し、０≦ｉ＜２m）。これらの値ｖｌおよびｖｈは、所望の非線形関数に対するある区分的線形近似の線形要素の端点を表すが、各線形要素の上側端点ｖｈは次の線形要素の下側端点ｖｌと一致する。
【００３１】
第２のステージ３は、可変解像度線形デジタル−アナログコンバータであり、記憶装置１のＮ個の最下位ビット（ＬＳＢ）に接続されるＮ個の並列入力３ｃを有するビットシフタ３ａを含む。ビットシフタ３ａのＮ個の出力は、固定解像度線形ＮビットＤ／Ａコンバータ３ｂのＮ個の並列入力に接続される。コンバータ３ｂの出力３ｄは、この非線形コンバータの出力を含む。線形コンバータ３ｂは、第１のステージ２の第１および第２の出力２ｅおよび２ｆに接続される第１および第２の基準入力を有する。ビットシフタ３ａは、デコーダ２ａの出力２ｇに接続されるビットシフト制御入力を有し、これにより、以下に説明するようにビットシフタ３ａによるビットシフトを制御する。
【００３２】
従って、図５に示すコンバータは、図１に示すものと同様のタイプの２ステージコンバータを含む。図５に示すコンバータのパラメータｍは、このパラメータが基準値ｖｒ’（０：２m）の数を決定するという意味において、図１に示すコンバータのものと等価である。しかし、図１に示すコンバータのデコーダ２ａがｍビット−２mラインデコーダであるのに対して、図５に示すコンバータのデコーダ２ａはＭビット−２mラインデコーダ（但し、Ｍ＞ｍ）である。
【００３３】
図１に示すコンバータの第２のステージ３は、固定解像度ｎビット線形Ｄ／Ａコンバータである。図５に示すコンバータの第２のステージ３は、Ｎビット固定解像度コンバータ３ｂを含む可変解像度コンバータである（但し、Ｎ≧ｎ）。従って、図１のコンバータでは（ｍ＋ｎ）＝ｋであるのに対して、図５のコンバータでは（Ｍ＋Ｎ）＞ｋである。図１のコンバータの場合、各デジタル入力ワードは、それぞれｍビットおよびｎビットの別々のグループに区切られ、各グループは独立して第１のステージ２および第２のステージ３に供給されるが、図５のコンバータの場合、これに等価な区切りはなく、入力からの１個以上の「中間」位ビットが、第１のステージ２および第２のステージ３の両方に供給される。
【００３４】
デコーダ２ａは、異なる入力範囲について、セレクタ２ｂによって選択される基準値を特定するために用いられるＭＳＢの数が異なるような方法で、デジタル入力のＭ個のＭＳＢを復号化するように、非線形関数に従って構成される。この結果、図６に示すように、この非線形関数に対する区分的近似は、入力範囲全体を通して、その入力領域内における（即ち、横軸に平行な）幅が変化する線形要素の形態をとる。図６において破線で示す非線形関数に対する、実線で示す区分的近似は、ｋ＝６、ｍ＝３、Ｍ＝４、且つＮ＝４の場合、図５に示すコンバータによって達成される。０〜４の入力範囲の場合、４個のＭＳＢを用いて、基準電圧３．３８および２．６０をそれぞれ値ｖｈおよび値ｖｌとして選択する。その後、残りの２個のＬＳＢは、これらの端点値の間の線形Ｄ／Ａ変換を行うために、コンバータ３ｂによって使用される。同様に、４〜８の入力範囲の場合、４個のＭＳＢを用いて基準電圧２．４０および２．６０をそれぞれ値ｖｌおよび値ｖｈとして選択し、残りの２ビットは、これらの値の間の線形変換を行うために、コンバータ３ｂによって使用される。
【００３５】
８〜１６の範囲の場合、３個のＭＳＢを用いて基準電圧２．１２および２．４０を選択し、残りの３個のＬＳＢは、これらの値の間の線形変換を行うために使用される。１６〜３２のデジタル入力範囲の場合、２個のＭＳＢを用いて基準電圧１．８２および２．１２をそれぞれ値ｖｌおよび値ｖｈとして選択し、残りの４個のＬＳＢは、これらの値の間の線形Ｄ／Ａ変換を行うために使用される。
【００３６】
デコーダ２ａの出力２ｇは、ビットシフタ３ａによるビットシフトを決定するために使用され、これにより、コンバータ３ｂによる線形変換のために現在使用されているビットが、コンバータ３ｂによって最上位ビットとして受け取られることを確実にする。従って、コンバータ３ｂが行い得るＮビット未満の解像度の変換は、これらのＬＳＢの中の最上位ビットがＭＳＢとしてＮビットコンバータ３ｂに供給されるようにＬＳＢをシフトすることによって行われる。例えば、（ｋ−Ｍ）ビット解像度の変換は、ビットシフタ３ａによる（Ｎ＋Ｍ−ｋ）ビットのビットシフトを含む。
【００３７】
デコーダ２ａによって行われる復号化は、異なる入力値範囲において、Ｍ〜（ｋ−Ｎ）の異なる数のビットを用いて、これらの線形要素の基準電圧および端点を選択できるような復号化である。これにより、コンバータ３ｂによって行われる線形変換において使用される（ｋ−Ｍ）〜（Ｎ）のビット数が決まる。これにより、区分的線形近似を、そのコンバータの所望の非線形伝達関数に、より近づけることが可能になる。具体的には、その関数の中の比較的非線形である領域（例えば、図６における０〜８および５６〜６４のデジタル入力範囲）においては、第１のステージ２でより多くのビットを使用し、第２のステージ３でより少ないビットを使用することにより、また、その関数の中の比較的線形である領域（例えば、図６における１６〜４８の入力範囲）においては、第１のステージ２でより少ないビットを使用し、第２のステージ３でより多くのビットを使用することによって、近似の精度を向上させることができる。
【００３８】
図１に示す公知のコンバータについて図３に示した誤差４に対する近似精度の向上を、図６の参照符号４’で示す。非線形伝達関数の比較的線形である領域においては、図１のコンバータおよび図５のコンバータが共に良好な近似を達成しているが、より非線形である領域においては、図１のコンバータと比較して、図５のコンバータが精度を大幅に向上させている。従って、より高い解像度のデジタル入力（即ち、より多くのビット）を必要とすることなく、且つ、さらなる基準値を必要とすることなく、非線形関数に対する近似を大幅に向上させている（図１および図５のコンバータが使用する基準値ｖｒ（０：２m）およびｖｒ’（０：２m）の数は同じである）。図１および図５のコンバータを液晶装置のコラムデジタルデータドライバとして使用する場合、これらの基準電圧によって上記のようなガンマ補正が提供される。図３および図６において、ガンマ補正基準電圧を比較すると、図１のコンバータのガンマ補正基準電圧よりも、図５のコンバータのガンマ補正基準電圧の方が、より等間隔で出力領域に配されている。図１のコンバータと比較して、図５のコンバータではさらなる回路が必要となるものの、このことよりも、さらなる基準電圧を必要とせずに非線形関数に対する近似の精度が向上することの方がはるかに重要である。
【００３９】
図７に示すコンバータは、ビットシフタ３ａの代わりにビットマニピュレータ３ｅを使用している点で、図５に示すコンバータとは異なる。ビットマニピュレータ３ｅは、入力にビットを足す、あるいは入力からビットを引くように構成されており、これにより、所与の線形要素幅について、各線形要素内で状態が変化するビットの数が最小限であるという制約が緩和されている。その他の点では、図７に示すコンバータの動作は、図５に示すコンバータの動作と同じである（つまり、使用する基準値の数は同じである）。
【００４０】
図８は、ｋ＝６、ｍ＝３、Ｍ＝５且つＮ＝５である図７のコンバータの性能を示す。このコンバータは、図６のパラメータの４ビットコンバータと比較して、デコーダ２ａおよび５ビット線形Ｄ／Ａコンバータ３ｂにおいてさらなる回路を必要とするが、やはり９個のガンマ補正電圧を用いた６ビット非線形コンバータについて、非線形伝達関数の近似の精度をさらに向上させる。
【００４１】
図９は、Ｄ／Ａ変換と、非線形である液晶電圧−光透過率伝達関数を補正するためのガンマ補正とを行うために、アクティブマトリクス液晶装置（ＡＭＬＣＤ）のコラムデジタルデータドライバ１０に、図５に示すコンバータを応用した例を示す。図示した実施形態の場合のパラメータは、ｋ＝６、ｍ＝３、Ｍ＝４およびＮ＝４である。各ピクセルコラムにドライバ１０を設ける。６ビット入力デジタルデータライン１ａは、入力２ｄにおけるガンマ補正電圧と同様に、全てのドライバに共通である。記憶装置１を、６個の１ビット記憶レジスタまたはラッチ１１として示す。制御回路（図示せず）は、ドライバの動作のタイミングを制御する。具体的には、クロック信号を適切な瞬間に供給して、記憶装置１のラッチ１１に、入力デジタルデータライン１ａ上の入力データをサンプルおよびホールドさせる。４個のＭＳＢを、４ビット−８ラインデコーダを有する第１のＤ／Ａステージ２の入力２ｃに供給し、これにより、９個のガンマ補正基準電圧ｖｒ’（０：８）から値ｖｈおよびｖｌを選択する。記憶装置１に記憶されたデジタル入力値によって、４ビット並列コンバータ３ｂが、解像度選択ライン２ｇ上の信号に従って２、３または４ビット線形Ｄ／Ａ変換を行うかどうかが決定される。所望の非線形伝達関数に対する区分的線形近似は、デコーダ２ａ内の復号化論理および入力２ｄに供給されるガンマ補正基準電圧によって決定される。
【００４２】
図１０は、デコーダ２ａおよびセレクタ２ｂをより詳細に示す。デコーダ２ａは、プレチャージ評価ツリー構造(precharge-evaluate tree structure)として実施される４ビット−８ラインデコーダである。デコーダ２ａは、基準セレクタ２ｂの制御信号が形成されるノードｓ（０）〜ｓ（７）を含む。ノードｓ（０）〜ｓ（７）は、それぞれ、Ｎ型金属酸化物シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）２０〜２７を介して、トランジスタ２０〜２７のゲートに供給されるプレクロック信号ｐｃの制御下で、グラウンドに接続可能である。ノードｓ（０）〜ｓ（７）は、固定復号化構成を介して、電源ラインＶＤＤに接続可能である。この復号化構成は、入力２ｃに供給される４個のＭＳＢによって制御される。
【００４３】
ノードｓ（７）は、直列接続されたＰ型トランジスタ２８〜３１を介して、電源ラインＶＤＤに接続される。ノードｓ（６）は、Ｐ型トランジスタ３２を介して、トランジスタ３０および３１の間の接続部に接続される。ノードｓ（５）は、Ｐ型トランジスタ３３を介して、トランジスタ２９および３０の間の接続部に接続される。ノードｓ（４）は、Ｐ型トランジスタ３４を介して、トランジスタ２８および２９の間の接続部に接続される。
【００４４】
ノードｓ（０）は、直列接続されたＰ型トランジスタ３５〜３８を介して、電源ラインＶＤＤに接続される。ノードｓ（１）は、Ｐ型トランジスタ３９を介して、トランジスタ３７および３８の間の接続部に接続される。ノードｓ（２）は、Ｐ型トランジスタ４０を介して、トランジスタ３６および３７の間の接続部に接続される。ノードｓ（３）は、Ｐ型トランジスタ４１を介して、トランジスタ３５および３６の間の接続部に接続される。
【００４５】
トランジスタ２８〜３１のゲートは、それぞれ、入力２ｃのビットラインｖｄ（５）〜ｖｄ（２）に接続される。トランジスタ３５〜３８のゲートは、それぞれ、インバータ４２〜４５を介して、ビットラインｖｄ（５）〜ｖｄ（２）に接続される。トランジスタ３２のゲートは、インバータ４５の出力に接続される。トランジスタ３３のゲートは、インバータ４４の出力に接続される。トランジスタ３４のゲートは、インバータ４３の出力に接続される。トランジスタ３９のゲートは、ビットラインｖｄ（２）に接続される。トランジスタ４０のゲートは、ビットラインｖｄ（３）に接続される。トランジスタ４１のゲートは、ビットラインｖｄ（４）に接続される。
【００４６】
基準セレクタ２ｂは、Ｎ型トランジスタ５０〜６５を含む。トランジスタ５０および５１のゲートは、ノードｓ（７）に接続される。トランジスタ５２および５３のゲートは、ノードｓ（６）に接続される。トランジスタ５４および５５のゲートは、ノードｓ（５）に接続される。トランジスタ５６および５７のゲートは、ノードｓ（４）に接続される。トランジスタ５８および５９のゲートは、ノードｓ（３）に接続される。トランジスタ６０および６１のゲートは、ノードｓ（２）に接続される。トランジスタ６２および６３のゲートは、ノードｓ（１）に接続される。トランジスタ６４および６５のゲートは、ノードｓ（０）に接続される。
【００４７】
トランジスタ５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２および６４のソースは、互いに接続され、出力２ｅに接続される。トランジスタ５１、５３、５５、５７、５９、６１、６３および６５のソースは、互いに接続され、出力２ｆに接続される。トランジスタ５０のドレインは、基準ラインｖｒ’（８）に接続される。トランジスタ５１および５２のドレインは、基準ラインｖｒ’（７）に接続される。トランジスタ５３および５４のドレインは、基準ラインｖｒ’（６）に接続される。トランジスタ５５および５６のドレインは、基準ラインｖｒ’（５）に接続される。トランジスタ５７および５８のドレインは、基準ラインｖｒ’（４）に接続される。トランジスタ５９および６０のドレインは、基準ラインｖｒ’（３）に接続される。トランジスタ６１および６２のドレインは、基準ラインｖｒ’（２）に接続される。トランジスタ６３および６４のドレインは、基準ラインｖｒ’（１）に接続される。トランジスタ６５のドレインは、基準ラインｖｒ’（０）に接続される。
【００４８】
トランジスタ５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２および６４は、複数の基準電圧のうちのどれをｖｈとして出力２ｅに供給するかを選択するための第１の選択回路として機能する。同様に、トランジスタ５１、５３、５５、５７、５９、６１、６３および６５は、複数の基準電圧のうちのどれをｖｌとして出力２ｆに供給するかを選択するための第２の選択回路として機能する。
【００４９】
デコーダ２ａは、ＯＲゲート６７および６８ならびにＮＯＲゲート６９をさらに含む。ゲート６７は、ノードｓ（２）およびｓ（５）に接続される入力を有する。ゲート６８は、ノードｓ（３）およびｓ（４）に接続される入力を有する。ゲート６９は、ゲート６７および６８の出力に接続される入力を有する。ゲート６８、６７および６９の出力は、４ビット、３ビットおよび２ビットの解像度選択ライン２ｇに接続され、これにより、ビットシフタ３ａを制御する。
【００５０】
Ｄ／Ａ変換を行う際、信号ｐｃは、トランジスタ２０〜２７にノードｓ（０）〜ｓ（７）を放電させる。４個のＭＳＢを入力２ｃに供給し、これらのＭＳＢによってトランジスタ２８〜４１を制御して、１個のノードのみが電源ラインＶＤＤによって充電されるようにする。充電されたノードはトランジスタ５０〜６５のうちの２個に接続されており、その２個のトランジスタが導電状態となって、連続する基準電圧をそれぞれ出力２ｅおよび２ｆに伝える。
【００５１】
ノードｓ（３）およびｓ（４）の一方が充電されると、ゲート６８が、コンバータ３ｂによって４ビット解像度変換が行われることを示す出力を生成する。ノードｓ（２）およびｓ（５）の一方が充電されると、ゲート６７の出力は、コンバータ３ｂによって３ビット解像度変換が行われることを示す信号を供給する。その他のノードのいずれかが充電されると、ゲート６７および６８の出力はローとなり、ゲート６９が、コンバータ３ｂによって２ビット解像度変換が行われることを示す信号を提供する。
【００５２】
図１１は、固定解像度線形Ｄ／Ａコンバータ３ｂをより詳細に示す。このコンバータは、並列電荷共有タイプ(parallel charge-sharing type)のものであり、単位ゲインバッファ(unity gain buffer)７０を含む。単位ゲインバッファ７０の出力はコンバータの出力３ｄを形成し、単位ゲインバッファ７０の入力はキャパシタ７１〜７５の第１の端子に接続される。キャパシタ７１の他方の端子は、基準ライン７６に接続され、これにより、値ｖｌを受け取る。キャパシタ７２〜７５の第２の端子は、それぞれ、各スイッチ対７７および７８、７９および８０、８１および８２、８３および８４を介して、基準ライン７６に接続可能である。スイッチ７８、８０、８２および８４は、制御ライン８５に接続され、これにより、第１のクロック信号ｃｋ１を受け取る。
【００５３】
スイッチ７７、７９、８１および８３は、それぞれ、インバータ８６、８７、８８および８９を介して、シフタ３ａの出力に接続される。
【００５４】
キャパシタ７２〜７４の第２の端子は、それぞれ、直列接続された各スイッチ対９０および９１、９２および９３、９４および９５、９６および９７を介して、値ｖｈのための基準ライン９９に接続される。
【００５５】
スイッチ９０、９２、９４および９６は、制御ライン９８に接続され、これにより、第２のクロック信号ｃｋ２を受け取る。スイッチ９１、９３、９５および９７は、シフタ３ａの各出力によって制御される。バッファ７０の入力は、第１のクロック信号ｃｋ１によって制御されるスイッチ１００を介して、基準ライン７６に接続可能である。
【００５６】
キャパシタ７１〜７５は、それぞれ、Ｃ、Ｃ、２Ｃ、４Ｃおよび８Ｃの値を有する。４ビット変換の場合、出力信号ｖｄ’（０）〜ｖｄ’（３）は、それぞれ、４個のＬＳＢｖｄ（０）〜ｖｄ（３）と同一である。つまり、ＬＳＢシフタ３ａはビットシフト機能を全く行わない。クロック信号ｃｋ１およびｃｋ２は、２相の非オーバーラップクロック信号(two-phase non-overlapping clock signals)を含み、以下のようにＤ／Ａ変換を制御する。
【００５７】
第１のクロック信号ｃｋ１がアクティブであるとき、スイッチ７８、８０、８２、８４および１００は閉じており、これにより、キャパシタ７１〜７５は放電する。第２のクロック信号ｃｋ２がアクティブであるとき、キャパシタ７２〜７５の第２の端子は、シフタ３ａによって供給されるビットの論理状態によって、ライン７６あるいはライン９９に接続され、これにより、ライン７６に接続される場合には値ｖｌを受け取り、ライン９９に接続される場合には値ｖｈを受け取る。例えば、ビットｖｄ’（０）の論理レベルが０であるとき、スイッチ９１が開いてスイッチ７７が閉じた状態となり、これにより、キャパシタ７２の第２の端子がライン７６に接続される。逆に、ビットｖｄ’（０）の論理レベルが１であるとき、スイッチ９１が閉じてスイッチ７７が開いた状態となり、これにより、キャパシタ７２の第２の端子がライン９９に接続される。
【００５８】
第２のクロック信号ｃｋ２がアクティブであるとき、Ｄ／Ａコンバータ３ｂの出力ｖａは有効(valid)である。この結果として生じる状態は、キャパシタ７１〜７５のうちでｖｈを受け取るように接続されたキャパシタの電荷（以下の等式においては、集合的に容量Ｃvhと呼ぶ）を、ｖｌを受け取るように接続されたキャパシタの電荷と等しくすることによって表すことができる。なぜなら、これらの両キャパシタ群は、同じノード（即ち、単位ゲインバッファ７０の非反転入力に接続されているからである。従って、
Ｃvh（ｖｈ−ｖａ）＝（１６Ｃ−Ｃvh）（ｖａ−ｖｌ）
ｖａ＝ｖｌ＋Ｃvh（ｖｈ−ｖｌ）／１６Ｃ
となる。
【００５９】
このようにして、線形Ｄ／Ａ変換が限界値ｖｌおよびｖｈの間で行われる。
【００６０】
終端キャパシタ(terminating capacitor)７１は、正しい合計容量１６Ｃの間で電荷が共有されることを確実にするために設けられている。
【００６１】
図１２に、ビットシフタ３ａをより詳細に示す。コンバータ３ｂが４ビット未満の解像度で変換を行うように要求された場合、ビットシフタ３ａは、最下位ビット群の中の最上位ビットがコンバータ３ｂに最上位ビットとして供給されることを確実にする。例えば、４ビットコンバータ３ｂが２ビット変換を行うように要求された場合、８Ｃキャパシタ７５をセットするためにビットｖｄ（１）を使用しなければならないので、ビットｖｄ（１）をｖｄ’（３）位置にシフトしなければならない。
【００６２】
ビットシフタ３ａは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０９およびＮ型ＭＯＳＦＥＴ１１０〜１１３を含む。トランジスタ１０１、１０４、１０７および１０９は、それぞれ、ビット入力ｖｄ（０）〜ｖｄ（３）とビット出力ｖｄ’（０）〜ｖｄ’（３）との間に直列接続される。トランジスタ１１０〜１１３は、それぞれ、ビット出力ｖｄ’（０）〜ｖｄ’（３）とグラウンドとの間に接続される。トランジスタ１０２は、ビット入力ｖｄ（０）とビット出力ｖｄ’（１）との間に接続される。トランジスタ１０３は、ビット入力ｖｄ（０）とビット出力ｖｄ’（２）との間に接続される。トランジスタ１０５および１０６は、ビット入力ｖｄ（１）とビット出力ｖｄ’（２）との間、およびｖｄ’（３）との間に、それぞれ接続される。トランジスタ１０８は、ビット入力ｖｄ（２）とビット出力ｖｄ’（３）との間に接続される。
【００６３】
トランジスタ１０３および１０６のゲートは、２ビット解像度選択ライン１１４に接続される。トランジスタ１０２、１０５および１０８のゲートは、３ビット解像度選択ライン１１５に接続される。トランジスタ１０１、１０４、１０７および１０９のゲートは、４ビット解像度選択ライン１１６に接続される。トランジスタ１１０〜１１３のゲートは、ライン１１７に接続され、これにより、プレクロック信号ｐｃを受け取る。
【００６４】
解像度選択制御信号は、論理ローレベルのときにアクティブである（これは、図１０に示す出力２ｇからの論理反転(logical inversion)を必要とする）。処理の前に、信号ｐｃは、トランジスタ１１０〜１１３にビット出力ｖｄ’（０）〜ｖｄ’（３）を放電させる。４ビット選択ライン１１６がアクティブであるとき、トランジスタ１０１、１０４、１０７および１０９は導電状態であり、残りのトランジスタは非導電状態である。これにより、ビット入力ｖｄ（０）〜ｖｄ（３）が、それぞれ、ｖｄ’（０）〜ｖｄ’（３）に接続される。従って、ビットシフトは全く行われない。
【００６５】
３ビット選択ライン１１５がアクティブであるとき、トランジスタ１０２、１０５および１０８は導電状態であり、その他のトランジスタは非導電状態である。従って、ビット入力ｖｄ（０）〜ｖｄ（２）が、それぞれ、出力ｖｄ’（１）〜ｖｄ’（３）にシフトされ、結果的に１ビットのシフトが行われる。
【００６６】
２ビット選択ライン１１４がアクティブであるとき、トランジスタ１０３および１０６は導電状態であり、残りのトランジスタは非導電状態である。従って、ビット入力ｖｄ（０）及びｖｄ（１）は、それぞれ、ビット出力ｖｄ’（２）及びｖｄ’（３）に接続され、結果的に２ビットのシフトが行われる。
【００６７】
図１０に示す復号化構成は固定されており、これと、ガンマ補正基準電圧との組み合わせによって、区分的線形近似が決定される。この場合、適切な補正電圧を選択することによって線形セグメント端点は選択可能であるが、入力領域に対する個々の線形要素の幅はデコーダ２ａの固定復号化論理によって固定されているという点で、近似し得る非線形関数が制限される。
【００６８】
線形要素を必要に応じて配置できるように、プログラミング入力２ｈを有するプログラマブルＭビット−２mデコーダ２ａａを固定デコーダ２ａの代わりに用いている点で、図１３に示すコンバータは、図７に示すコンバータとは異なる。従って、線形要素の幅は、任意に（各線形要素が入力領域において２の累乗の幅を有するという制約の範囲内で）、設定可能である。このような調節可能な構成のおかげで、非線形Ｄ／Ａコンバータが、デコーダのプログラミングおよび基準電圧の選択によって、あらゆる非線形関数を近似することが可能になる。従って、このコンバータは、ガンマ補正を提供することには限定されず、非線形関数の近似に広く使用され得る。また、図６および図８において例として用いた非線形関数は単調(monotonic)であったが、このコンバータを用いて、図４（ａ）および（ｂ）に示すような非単調関数(non-monotonic functions)を近似することも可能である。
【００６９】
図１４は、行列に構成された複数の絵素（ピクセル）のアナログディスプレイマトリクス１２０を含む、デジタル方式でインターフェースをとるディスプレイを示す。各ロウのピクセルは、走査信号生成器１２１に接続される共通のロウすなわち走査電極に接続される。各コラムのピクセルは、データ信号生成器１２２に接続される共通のコラムすなわちデータ電極に接続される。
【００７０】
この走査信号生成器は、タイミング回路１２３および走査ラインドライバ１２４を含む。典型的に、タイミング回路１２３は、走査ラインドライバ１２４を介して、各走査電極に順番に走査信号を供給し、これにより、マトリクス１２０の複数のピクセルは、ロウ単位で更新すなわちリフレッシュされる。
【００７１】
データ信号生成器１２２は、タイミング回路１２５と、入力１２７からデジタル画像データを受け取るように接続されたデータラインドライバ１２６とを含む。典型的に、タイミング回路１２２は、各ロウすなわちライン分のデジタルビデオデータが入力され、その後にデータラインドライバ１２６を介して同時にデータ電極に供給されるように、データ信号生成器１２２の動作タイミングを制御する。データラインドライバ１２６は、各データ電極毎に１つの非線形Ｄ／Ａコンバータを含む。このコンバータは、そのピクセルの更新またはリフレッシュすべきデジタル画像データを受け取り、これを、これに相当する電圧等のアナログ量に変換する。変換された量は、マトリクス１２０の対応するピクセルコラムに供給される。ドライバ１２６の各Ｄ／Ａコンバータは、本発明の実施形態として記載および図示したいずれのタイプのコンバータであってもよい。
【００７２】
このアナログディスプレイマトリクス１２０は、あらゆる所望の技術分野において実施され得る。例えば、マトリクス１２０は、ピクセル化された液晶装置であってもよく、アクティブマトリクスタイプであり得る。ドライバ１２６のコンバータによって行われる非線形Ｄ／Ａ変換は、アナログ階調を提供し得る液晶モードの光減衰とピクセル電圧との特性の非線形性を補償するためにガンマ補正を提供するように構成することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、例えば添付図面の図１に示すタイプのコンバータよりも向上した精度で非線形関数を行いながら、デジタル−アナログ変換を実行できる非線形Ｄ／Ａコンバータを提供することが可能になる。具体的には、添付図面の図１に示すコンバータにおいて必要になる基準値よりも多くの基準値を必要とすることなく、所望の任意の非線形関数に対してより近い近似である区分的線形要素近似を提供することが可能になる。
【００７４】
より効率的にデータビットを使用することによって、向上した精度が提供される。なぜなら、２ステージで行われるこの変換の解像度を、入力信号の値に依存するようにできるからである。よって、入力領域に対して参照される線形要素の幅が異なる幅であり得て、従って、各線形要素端点の対の中で行われる変換の解像度を異ったものにし得る。より効率的にデータビットを使用するので、近似すべき関数が比較的線形でない場合には、復号化回路においてより多くのビットおよび基準電圧を用い、近似すべき関数が比較的線形である場合には、復号化回路においてより少ないビットおよび基準電圧を用いることによって、精度を向上することができる。従って、公知の構成の場合と同じ数のビットおよび同じ数の電圧基準値を用いて、より正確な区分的線形近似を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非線形変換を行う公知のタイプの２ステージＤ／Ａコンバータを示す模式的なブロック図である。
【図２】典型的な液晶ディスプレイセルの印加電圧に対する透過率をパーセントで示したグラフである。
【図３】図２に示した関数の逆関数と、図１に示すタイプの一定解像度Ｄ／Ａコンバータによって提供される固定区分的線形要素近似(fixed piecewise linear element approximation)とを示すグラフである。
【図４】（ａ）は、任意の非線形関数と、５個の基準値が必要となるように構成された４個の線形要素を含む区分的近似と、を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）の非線形関数と、４個の線形要素を使用するが８個を基準値を必要とするより正確な区分的線形近似と、を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態を構成する２ステージ多解像度非線形Ｄ／Ａコンバータを示す模式的なブロック図である。
【図６】図３に示す逆関数と、図５のコンバータによって提供される可変区分的線形線形要素範囲を用いた区分的近似とを示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態を構成する２ステージ多解像度非線形Ｄ／Ａコンバータを示す模式的なブロック図である。
【図８】図７のコンバータによって提供され得る別の区分的近似を示す、図６と同様のグラフである。
【図９】６ビット入力データの場合の、図５のコンバータの一例を示す模式的なブロック図である。
【図１０】図９のコンバータのデコーダを示す回路図である。
【図１１】図９のコンバータの多解像度並列線形Ｄ／Ａコンバータを示す回路図である。
【図１２】図９のコンバータの４ビットシフト回路を示す回路図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を構成する２ステージ多解像度非線形Ｄ／Ａコンバータを示す模式的なブロック図である。
【図１４】図５、図７、図９および図１３のいずれかに示すタイプの非線形Ｄ／Ａコンバータを複数含むディスプレイを示す模式図である。
【符号の説明】
１  記憶装置
２  第１のＤ／Ａステージ
３  第２のＤ／Ａステージ
１２０  ディスプレイマトリクス
１２２  データ信号生成器
１２３  タイミング回路
１２４  走査ラインドライバ
１２５  タイミング回路
１２６  データラインドライバ
１２７  入力
【図１】
0003781160.tif 000002
【図２】
0003781160.tif 000003
【図３】
0003781160.tif 000004
【図４】
0003781160.tif 000005
【図５】
0003781160.tif 000006
【図６】
0003781160.tif 000007
【図７】
0003781160.tif 000008
【図８】
0003781160.tif 000009
【図９】
0003781160.tif 000010
【図１０】
0003781160.tif 000011
【図１１】
0003781160.tif 000012
【図１２】
0003781160.tif 000013
【図１３】
0003781160.tif 000014
【図１４】
0003781160.tif 000015