JP2010170104A - タイミングコントロール回路およびそれを用いたディスプレイ装置 - Google Patents

タイミングコントロール回路およびそれを用いたディスプレイ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】データを高速伝送可能なタイミングコントローラを提供する。
【解決手段】タイミングコントローラ100は、ディスプレイパネル302を駆動するための複数のデータドライバ306に、共通のバス309を介して接続される。受信インタフェース回路10は、各色(RGB)の輝度データを含む画像データGDを受信する。タイミング制御部12は、RGB各色の輝度データDR、DG、DBのタイミングを、送信先の複数のデータドライバ306に適合するように制御する。送信インタフェース回路14は、タイミング制御部12によりタイミングが制御された各色の輝度データDR、DG、DBを、同期クロックCLKとともに共通のバス309を介して複数のデータドライバ306に対し送信する。送信インタフェース回路14は、バス309に対して出力する同期クロックCLKと各色の輝度データDR、DG、DBそれぞれの位相を、独立に調節可能に構成される。
【選択図】図2

Description

本発明は、液晶パネルのドライバに駆動信号を供給するタイミングコントロール回路に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ(以下、ディスプレイ装置と総称する)は、マトリクス状に配置された複数の画素と、マトリクスの行ごとに設けられた走査線および列ごとに設けられたデータ線と、で構成されるディスプレイパネルを備える。図1は、ディスプレイ装置300の一般的な構成を示すブロック図である。ディスプレイ装置300は、ディスプレイパネル302と、複数のデータ線を駆動するためのデータドライバ(ソースドライバ)306と、複数の走査線を駆動するための走査ドライバ(ゲートドライバ)304と、が設けられる。
単一のデータドライバ306が駆動できるデータ線の本数、ならびに単一の走査ドライバ304が駆動できる走査線の本数は、予め決められている。したがって、ディスプレイ装置300には、ディスプレイパネル302の解像度、つまり、データ線の本数および走査線の本数それぞれに応じた個数のデータドライバ306および走査ドライバ304が設けられる。
ディスプレイ装置300には、グラフィックスプロセッサやチューナーユニット、あるいはDVDプレイヤなどから、デジタルあるいはアナログ形式の画像データGDが入力される。この画像データGDは、ディスプレイ装置300の内部で生成される場合もある。画像データGDは、アナログあるいはデジタルの信号フォーマットを問わずに、RGB3色の輝度データDR、DG、DBを含む。この画像データGDは、走査ドライバ304およびデータドライバ306に分配される前に一旦、タイミングコントローラ100と呼ばれる回路ブロックに入力される。
タイミングコントローラ100は、複数の走査ドライバ304と共通のバスを介して接続されており、複数のデータドライバ306とも共通のバス309を介して接続される。たとえば液晶ディスプレイを例に説明すると、複数のデータドライバ306とタイミングコントローラ100間のデータ伝送は、mini−LVDS(Low Voltage Differential Signaling)やRSDS(Reduced Swing Differential Signaling)をはじめとする高速差動伝送方式が採用されている。
mini−LVDSでは、各色(RGB)の差動形式の輝度データDR、DG、DBが、同期クロックCLKとともに伝送される。受信側において、輝度データDR、DG、DBは、同期クロックCLKのポジティブエッジとネガティブエッジのタイミングでラッチされる。
特開平6−273788号公報 特開2003−173150号公報 特開2002−135234号公報
タイミングコントローラ100と複数のデータドライバ306それぞれの間のバス309の配線長やインピーダンスは均一化されていることが望ましいが、実際のディスプレイ装置では、設計の制約から、経路ごとに異なる場合が多い。経路ごとに配線長やインピーダンスが異なると、複数のデータドライバ306において、同期クロックCLKと輝度データDR、DG、DBのタイミングのずれ(スキュー)が発生してしまう。その結果、複数のデータドライバ306のいずれかにおいて、セットアップタイムやホールドタイムの違反を引き起こし、データ取り込みエラーの要因となる。
この問題を解決するための方法として、タイミングコントローラ100がバス309に送出する同期クロックCLKの位相を、輝度データDR、DG、DBに対して調節するクロックスキューアジャストが提案されている。しかしながら現在、高速差動伝送方式の伝送周波数は150MHz程度であるところ、近い将来において伝送周波数が高く、たとえば2倍の300MHzなると、クロックスキューアジャストのみでは対応できない可能性がある。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のデータドライバに対して、輝度データを高速伝送可能なタイミングコントローラの提供にある。
本発明のある態様は、ディスプレイパネルを駆動するための複数のデータドライバに、共通のバスを介して接続されたタイミングコントロール回路に関する。タイミングコントロール回路は、各色の輝度データを受信する受信インタフェース回路と、各色の輝度データのタイミングを、送信先の複数のデータドライバに適合するように制御するタイミング制御部と、タイミング制御部によりタイミングが制御された各色の輝度データを、同期クロックとともに共通のバスを介して複数のデータドライバに対し送信する送信インタフェース回路と、を備える。送信インタフェース回路は、バスに対して出力する同期クロックと各色の輝度データそれぞれの位相を、独立に調節可能に構成される。
この態様によると、同期クロックの位相と、すべての輝度データの位相を、配線ごとに独立して調節することができるため、伝送周波数が高い場合であっても、クロックとデータのスキューを調節することができ、複数のデータドライバに対して、確実にデータを伝送することができる。
ある態様のタイミングコントロール回路は、互いに異なる位相を有する複数のクロックを含む多相クロックを発生する発振器をさらに備えてもよい。送信インタフェース回路は、多相クロックの複数のクロックのうち、同期クロックに要求される位相に応じた1つを選択し、選択したクロックにもとづいて同期クロックを発生してもよい。また送信インタフェース回路は、多相クロックの複数のクロックのうち、各色の輝度データに要求される位相に応じた1つを選択し、各色の輝度データを、選択したクロックでリタイミングして出力してもよい。
送信インタフェース回路は、同期クロックに対し、当該同期クロックに要求される位相に応じた遅延を与える第1可変遅延回路と、各色の輝度データごとに設けられ、対応する輝度データに対して、当該輝度データに要求される位相に応じた遅延を与える第2可変遅延回路と、を含んでもよい。
本発明の別の態様は、ディスプレイ装置である。この装置は、ディスプレイパネルと、ディスプレイパネルを駆動する少なくともひとつの走査ドライバと、ディスプレイパネルを駆動する複数のデータドライバと、データドライバに輝度信号および同期クロックを送出する上述のいずれかの態様のタイミングコントロール回路と、を備える。
この態様によると、タイミングコントロール回路とデータドライバ間の伝送エラーが低減されるため、画質を向上することができ、あるいはディスプレイ装置を設計する上での制約が緩和される。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様のタイミングコントロール回路によれば、データドライバに対して、高速にデータを伝送できる。
ディスプレイ装置の一般的な構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るタイミングコントローラICおよびその周辺を示す図である。 送信インタフェース回路の構成例を示す回路図である。 実施の形態に係るタイミングコントローラの動作を示すタイムチャートである。 タイミングコントロール回路を示すブロック図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図2は、実施の形態に係るタイミングコントローラIC(制御ICともいう)100およびその周辺を示す図である。タイミングコントローラIC100は、液晶パネル(不図示)に出力すべき画像データGDを外部のプロセッサ120から受け、必要に応じて所定の信号処理、たとえばスケーリング処理やインタレース化、非インタレース化処理を施し、各信号のタイミングを最適化した後に、複数の走査ドライバ304に対して垂直同期信号を出力し、複数のデータドライバ306に対して輝度信号および水平同期信号を出力する。
タイミングコントローラIC100は、受信インタフェース回路10、タイミング制御部12、送信インタフェース回路14を備え、単一のパッケージに内蔵されている。
受信インタフェース回路10は、プロセッサから、画像データGD(色ごとの輝度データ)およびクロック信号CLKをそれぞれ入力信号として受ける。入力信号は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)をはじめとする差動信号形式である。入力信号は、パラレルのCMOS入力信号であってもよい。
タイミング制御部12は、受信インタフェース回路10が受信した輝度データを受け、そのタイミングおよびフォーマットを、複数のデータドライバ(不図示)および複数の走査ドライバ(不図示)に適合するように制御する。
送信インタフェース回路14は、タイミング制御部12により生成された輝度データDR、DG、DBを、共通のバス309を介して複数のデータドライバ(不図示)に対して送信する。1画素を構成する輝度データDR、DG、DBは、それぞれ8ビットである。バス309は、R、G、Bそれぞれに対してパラレルの4ビットを含み、さらに同期クロックCLK用のラインを含む。つまり、バス309は、12本のデータラインと、1本のクロックラインを含む。なお、ここで1本のバスは、差動ラインのペアで構成される。輝度データDR[3:0]は、同期クロックCLKのポジティブエッジとネガティブエッジに1ビットのデータを含み、同期クロックCLKの1周期に、4×2=8ビットのデータを伝送する。輝度データDG、DBについても同様である。なお、アプリケーションによっては画素ごとのビット数は、6ビット、10ビット、12ビットなども取り得る。それらの場合、バスの本数はビット数に応じて変更される。また、RSDS、mini−LVDSなどの伝送方式ごとに、シリアル化するビット数と差動バスのライン数は異なるため、各伝送方式に適した設計がなされることはいうまでもない。
送信インタフェース回路14は、同期クロックCLKの位相と、輝度データDR[3:0]、DG[3:0]、DB[3:0]すべての位相を、予め用意された調整データADJにもとづいてそれぞれ独立に設定可能に構成される。
図3は、送信インタフェース回路14の構成例を示す回路図である。送信インタフェース回路14は、互いに異なる位相を有する複数のクロックCLK1〜CLKnを含むn相(nは2以上の整数)クロックMCLKを生成するための発振器16を備える。隣接するクロックCLKiとCLK(i+1)の位相は(360/n)度、互いにシフトしている。このような多相クロックは、公知技術を用いて生成することができ、たとえばPLL(Phase Locked Loop)回路が好適に利用できる。あるいはリングオシレータを用いて多相クロックを生成してもよく、その方法は限定されない。
送信インタフェース回路14は、多相クロックMCLKの複数のクロックCLK1〜CLKnのうち、バス309に出力すべき同期クロックCLKに要求される位相に応じた1つを選択し、選択したクロックにもとづいて同期クロックCLKを生成する。セレクタSELには、上述の調整データADJが入力される。この調整データADJは、ディスプレイ装置300の設計者によって生成され、図示しない不揮発性メモリ(EEPROMやFeRAM)などに書き込まれている。あるいはI2Cバスなどを介して外部のホストプロセッサから調整データADJを受信する構成も本発明の態様として有効である。
また送信インタフェース回路14は、輝度データごとに、多相クロックMCLKの複数のクロックCLK1〜CLKnのうち、その輝度データに要求される位相に応じた1つを選択し、輝度データを選択したクロックでリタイミングして出力する。
この2つの機能を実現するために、送信インタフェース回路14は、バス309のラインごとに設けられた、つまり送信すべき同期クロックおよび輝度データのビットラインごとに設けられたクロック用パラレルシリアル変換回路P/S_CLKおよびデータ用パラレルシリアル変換回路P/S_Dを備える。説明の簡略化のために、図3には輝度データDR[3]に対して設けられたパラレルシリアル変換回路P/S_Dのみが示される。
パラレルシリアル変換回路P/S_CLKは、複数のクロックCLK1〜CLKnを受け、設定されたひとつを選択するセレクタSELと、セレクタSELにより選択されたクロックCLKi(1≦i≦n)のポジティブエッジのタイミングで、第1入力端子P1のデータをラッチし、ネガティブエッジのタイミングで第2入力端子P2のデータをラッチするフリップフロップFFと、を含む。フリップフロップFFの第1入力端子P1にはハイレベル(1)が、第2入力端子P2にはローレベル(0)が入力されている。この構成によれば、セレクタSELによって選択するクロックCLKiを切りかえることにより、同期クロックCLKの位相を、n相の中から任意に選択することができる。あるいはフリップフロップFFを設けずに、セレクタSELによって選択したクロックCLKiを直接あるいはバッファを介して、同期クロックCLKとして出力してもよい。
また、データ用のパラレルシリアル変換回路P/S_Dの構成は、クロック用のそれP/S_CLKと同様である。データ用パラレルシリアル変換回路P/S_Dには、2ビットパラレルの輝度データD0、D1が入力される。フリップフロップFFの第1入力端子P1には第1データD0が、第2入力端子P2には第2データD1が入力されている。この構成によれば、パラレルの輝度データD0、D1をシリアルデータに変換するとともに、セレクタSELによって選択するクロックCLKiを切りかえることにより、輝度データDR[3]の位相を、n相の中から任意に選択することができる。
以上がタイミングコントローラ100の構成である。続いてその動作を説明する。図4は、実施の形態に係るタイミングコントローラ100の動作を示すタイムチャートである。図4の上段は、クロック用のパラレルシリアル変換回路P/S_CLKの動作を、下段は、データ用のパラレルシリアル変換回路P/S_Dの動作を示す。
実施の形態に係るタイミングコントローラ100によれば、セレクタSELによって選択するクロックCLK1〜CLKnの位相を切りかえることにより、バス309に出力される同期クロックCLKの位相を任意に設定することができ、また輝度データDR[3:0]、DG[3:0]、DB[3:0]すべての位相を、それぞれ独立に設定することができる。この機能を、クロックのみのスキューアジャストに対して、分離アジャスト(Separate Adjust)機能と称する。
ディスプレイ装置300の設計者あるいは製造者は、タイミングコントローラ100の上述した分離アジャスト機能を利用して、複数のデータドライバ306すべてにおいて、セットアップ時間とホールド時間などの条件を満足させることができる。このことは、画質の向上を意味する。
また従来においては、輝度データのタイミングが固定されていたため、バス309を非常にシビアな条件のもと設計する必要があった。これに対して、実施の形態に係るタイミングコントローラ100を用いれば、多少のバスの配線長やインピーダンスのばらつきは、タイミングコントローラ100の分離アジャスト機能によって解消することができるため、ディスプレイ装置300の設計上の制約を緩和することができる。
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
図1では、すべてのデータドライバ306が共通のバス309に接続される場合を示しているが、本発明はこれに限定されない。ディスプレイパネル302のサイズが大きい場合、複数のデータドライバ306が2系統に分割され、一系統の複数のデータドライバ306が共通のバス309Aに接続され、他系統の複数のデータドライバ306が異なる共通のバス309Bに接続される場合もある。この場合、図2の送信インタフェース回路14が、バス309A、309Bごとに2系統、設けられる。
実施の形態では、図3に示すように、輝度データを生成する際に、2ビットのパラレルデータD0、D1をパラレルシリアル変換する処理を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、多相クロックMCLKの1周期に2ビットを含むシリアルデータ[D1:D0]を生成し、セレクタSELによって選択されたクロックCLKiの両エッジを利用して、シリアルデータの各ビットをリタイミングする構成であってもよい。さらには、上述したように、伝送方式によっては2ビット以外のパラレルデータをシリアル化して伝送する場合もあり、この場合、ビット数に応じたパラレルシリアル変換を行えばよい。
実施の形態では、同期クロックCLKおよび輝度データのタイミング調節に、多相クロックMCLKを利用する処理を説明したが、本発明はこれに限定されず、同期クロックCLKおよび輝度データの位相を、独立に調節可能であればよい。たとえば、同期クロックCLKおよび輝度データそれぞれの経路に対して、可変遅延回路を設け、それぞれの遅延量が独立に調節可能であってもよい。
図5は、タイミングコントロール回路を示すブロック図である。
受信インタフェース回路(LVDS)10は、電源電圧2.5V系で動作する。複数の差動レシーバ20、DLL30、遅延回路22、シリアルパラレル変換回路24、レベルシフタ26を含む。差動レシーバ20はそれぞれ、差動形式のクロック信号CLKおよび画像データGDを受け、シングルエンドの信号に変換する。
DLL30は、位相周波数検出器32、チャージポンプ回路34、電圧電流変換回路36、VCO39を含み、クロック用の差動レシーバ20aからの基準クロック信号に応じた周波数を有する内部クロック信号を発生する。VCO39は、電圧電流変換回路36およびリングオシレータ38を含む。
複数の遅延回路22および複数のシリアルパラレル変換回路24は、はデータ用の差動レシーバ20bごとに設けられる。各遅延回路22は、対応する差動レシーバ20bの出力に遅延を与える。シリアルパラレル変換回路24は、対応する遅延回路22の出力データをシリアルパラレル変換する。レベルシフタ26は、2.5V振幅の信号を、1.5V系の信号にレベルシフトし、タイミング制御部12に受け渡す。
タイミング制御部12は、ロジック部40およびEEPROM42を含む。タイミング制御部12には受信インタフェース回路10からのデータに必要な信号処理を施し、後段の送信インタフェース回路14へと出力する。
ロジック部40は、受信インタフェース回路10からのクロック信号CLKaの有無を監視しており、それがある場合にはそれを使用し、無い場合には送信インタフェース回路14のオシレータ70からのクロック信号CLKbを使用する。
送信インタフェース回路(mini−LVDS)14は、PLL52、パラレルシリアル変換回路54、レベルシフタ56、複数の差動ドライバ60、オシレータ70、バンドギャップレギュレータ72、バイアス電流源74、アンプ76を含む。
オシレータ70は、50MHzのクロック信号CLKbを発生しロジック部40へと供給する。PLL52は、1.5逓倍もしくは2逓倍されたクロック信号CLKcを発生し、パラレルシリアル変換回路54およびロジック部40へと出力する。パラレルシリアル変換回路54はロジック部40からのパラレルデータをシリアルデータに変換する。この際、PLL52からのクロック信号CLKcが使用される。
レベルシフタ56は、パラレルシリアル変換回路54によってシリアル形式に変換された200MHzのデータを、1.5V系から2.5系にレベルシフトする。複数の差動ドライバ60は、対応するデータを受け、差動信号に変換して出力する。
バンドギャップレギュレータ72は基準電圧を発生する。バイアス電流源74は基準電圧にもとづいて100μAの基準電流を生成し、差動ドライバ60へと供給する。
またアンプ76は、基準電圧にもとづいて、電源電圧MVdd(=2.5V)の中点電圧VCM(=1.25V)を生成し、差動ドライバ60へと供給する。差動ドライバ60は、中点電圧VCMをセンターとしてスイングする差動信号を出力する。
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
100…タイミングコントローラ、10…受信インタフェース回路、12…タイミング制御部、14…送信インタフェース回路、300…ディスプレイ装置、302…ディスプレイパネル、304…走査ドライバ、306…データドライバ、309…バス、GD…画像データ。

Claims (12)

  1. ディスプレイパネルを駆動するための複数のデータドライバに、共通のバスを介して接続されたタイミングコントロール回路であって、
    各色の輝度データを受信する受信インタフェース回路と、
    前記各色の輝度データのタイミングを、送信先の前記複数のデータドライバに適合するように制御するタイミング制御部と、
    前記タイミング制御部によりタイミングが制御された前記各色の輝度データを、同期クロックとともに前記共通のバスを介して前記複数のデータドライバに対し送信する送信インタフェース回路と、
    を備え、
    前記送信インタフェース回路は、前記バスに対して出力する前記同期クロックと前記各色の輝度データそれぞれの位相を、独立に調節可能に構成されることを特徴とするタイミングコントロール回路。
  2. 互いに異なる位相を有する複数のクロックを含む多相クロックを発生する発振器をさらに備え、
    前記送信インタフェース回路は、
    前記多相クロックの複数のクロックのうち、前記同期クロックに要求される位相に応じた1つを選択し、選択したクロックにもとづいて前記同期クロックを発生し、
    前記多相クロックの複数のクロックのうち、前記各色の輝度データに要求される位相に応じた1つを選択し、前記各色の輝度データを、選択したクロックでリタイミングして出力することを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  3. ディスプレイパネルと、
    前記ディスプレイパネルを駆動する少なくともひとつの走査ドライバと、
    前記ディスプレイパネルを駆動する複数のデータドライバと、
    前記データドライバに輝度信号を送出する請求項1または2に記載のタイミングコントロール回路と、
    を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
  4. 前記受信インタフェース回路に入力される輝度データは差動信号であることを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  5. 前記送信インタフェース回路から出力される1画素を構成する輝度データは、それぞれ8ビットであることを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  6. 前記バスは、12本のデータラインと1本のクロックラインを含むことを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  7. 1本のバスは、差動ラインのペアで構成されることを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  8. 前記送信インタフェース回路は、同期クロックおよび輝度データのビットラインごとに設けられたクロック用パラレルシリアル変換回路およびデータ用パラレルシリアル変換回路を含むことを特徴とする請求項1に記載のタイミングコントロール回路。
  9. クロック用パラレルシリアル変換回路は、
    複数のクロックを受け、設定されたひとつを選択するセレクタと、
    前記セレクタにより選択されたクロックのポジティブエッジのタイミングで第1入力端子のデータをラッチし、そのネガティブエッジのタイミングで第2入力端子のデータをラッチするフリップフロップと、
    を含むことを特徴とする請求項8に記載のタイミングコントロール回路。
  10. 前記データ用パラレルシリアル変換回路は、
    複数のクロックを受け、設定されたひとつを選択するセレクタと、
    前記セレクタにより選択されたクロックのポジティブエッジのタイミングで第1入力端子に入力される第1データをラッチし、そのネガティブエッジのタイミングで第2入力端子に入力される第2データをラッチするフリップフロップと、
    を含むことを特徴とする請求項8に記載のタイミングコントロール回路。
  11. 差動信号形式のクロック信号と差動信号形式の複数の輝度データが入力される複数の入力端子と、
    それぞれの輝度データが入力されるそれぞれのデータ用差動レシーバと、
    差動増幅器の出力が入力されるそれぞれのシリアルパラレル変換回路と、
    クロック信号が入力されるクロック用差動レシーバと、
    クロック用差動増幅器からの信号に基づいて第2のクロック信号を生成するDLL(Delay Locked Loop)回路と、
    前記DLL回路および各シリアルパラレル変換回路からの信号が入力されるロジック部と、
    所定の周波数のクロック信号を生成するPLL(Phase Locked Loop)回路と、
    前記PLL回路が発生したクロック信号にもとづき、前記ロジック部からのパラレル形式のデータをシリアル信号に変換するパラレルシリアル変換回路と、
    前記パラレルシリアル変換回路によってシリアル形式に変換された複数のデータを、差動形式で出力する差動ドライバと、
    基準となる周波数で発振するオシレータと、
    を備えることを特徴とするタイミングコントロール回路。
  12. 前記ロジック部、前記オシレータおよび前記PLL回路は、前記差動レシーバおよび前記差動レシーバよりも低い電源電圧で動作することを特徴とする請求項11に記載のタイミングコントロール回路。
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