JP5363967B2 - クロックデータリカバリ回路、表示装置用データ転送装置及び表示装置用データ転送方法 - Google Patents

クロックデータリカバリ回路、表示装置用データ転送装置及び表示装置用データ転送方法 Download PDF

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Description

本発明は、クロックデータリカバリ回路、表示装置用データ転送装置及び表示装置用データ転送方法に関する。
表示装置の大型化によって、表示駆動回路へのデータ転送方法が問題となっている。また、解像度の向上や駆動タイミングの高速化によって、データ転送が高速化している。これらの問題を解決する技術として、非特許文献1には、Point to Pointクロックエンベデッドによる表示装置用高速データ転送システムが開示されている。
図7、8を参照して非特許文献1に係るクロックデータリカバリ(CDR:Clock Data Recovery)回路について説明する。図7は、非特許文献1に係るCDR回路1のブロック図である。また、図8は、図7のCDR回路1を駆動回路(Driver)に適用した表示装置のブロック図である。
まず、図7のCDR回路を適用した図8の表示装置について説明する。図8に示すように、この表示装置は、タイミングコントローラ(Timing Controller)、駆動回路、表示素子(Display Element)を備えている。ここで、タイミングコントローラは、送信回路TXを備えている。また、駆動回路は、CDR回路1、表示素子駆動回路2を備えている。
送信回路TXは、パラレル信号である表示データ(Display Data)及びコマンド(Command)をシリアル信号に変換し、CDR回路1へデータ転送する。ここで、詳細には後述するように、表示データとコマンドとは交互にデータ転送される。コマンドには、表示データがスタートすることを示すデータスタート信号SODをはじめ各種制御信号などが含まれる。
CDR回路1は、タイミングコントローラから転送されたシリアル入力データ(Input Data)をパラレルデータへ変換し、クロック信号(Clock)とデータ信号(Data)を再生(Recovery)する。再生されたクロック信号をリカバリクロック(Recovery Clock)という。ここで、データ信号はバスを介して、表示素子駆動回路2へ出力される。
次に、図7のCDR回路について説明する。図7に示すように、非特許文献1に開示されたCDR回路では、4倍オーバーサンプリングを用いて周波数検出及び位相検出を実施している。このCDR回路1は、サンプリング回路SC、周波数検出回路FD、位相検出回路PD、FD用チャージポンプCP1、PD用チャージポンプCP2、ループフィルタLF、電圧制御発振回路VCOを備えている。
サンプリング回路SCは、リカバリクロックを基に、タイミングコントローラから転送されたシリアル入力データをサンプリングする。サンプリングされたデータ信号は、周波数検出回路FD、位相検出回路PD、表示素子駆動回路2へ出力される。
周波数検出回路FDは、サンプリング回路SCによりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する。リカバリクロックの周波数が入力データの周波数よりも低ければ、周波数検出回路FDはFD用チャージポンプCP1に対し、リカバリクロックの周波数を上げるためのUP信号を出力する。リカバリクロックの周波数が入力データの周波数よりも高ければ、周波数検出回路FDはFD用チャージポンプCP1に対し、発振クロックの周波数を下げるためのDOWN信号を出力する。
位相検出回路PDは、サンプリング回路SCによりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの位相差を検出する。リカバリクロックの位相が入力データの位相よりも遅れていれば、位相検出回路PDはPD用チャージポンプCP1に対し、リカバリクロックの位相を進めるためのUP信号を出力する。リカバリクロックの位相が入力データの位相よりも進んでいれば、位相検出回路PDはPD用チャージポンプCP2に対し、リカバリクロックの位相を遅らせるためのDOWN信号を出力する。
FD用チャージポンプCP1及びPD用チャージポンプCP2は、入力されたUP信号又はDOWN信号に応じたアナログ電流信号を出力する。
ループフィルタLFは、FD用チャージポンプCP1及びPD用チャージポンプCP2から入力されたアナログ電流信号に基づいて制御電圧信号を生成する。
そして、電圧制御発振回路VCOは、ループフィルタLFから入力された制御電圧信号に基づいてクロック信号CLKを生成する。このクロック信号CLKは、データ信号と同様に、表示素子駆動回路へ出力されると共に、サンプリング回路SCへリカバリクロック(Recovery Clock)としてフィードバックされる。
図9は、非特許文献1の図10.7.3に示された4倍オーバーサンプリングによる周波数検出のアルゴリズムを示す図である。
最上段の入力データの波形は、入力データ周波数に対して電圧制御発振回路VCOの発振周波数が低い場合を示している。この場合、斜線で示したように、クロック位相2−4及び5−6における信号レベルの遷移が検出される。この結果、周波数検出回路FDにおいて、電圧制御発振回路VCOの発振周波数が低いと判定される。
一方、最下段の入力データの波形は、入力データ周波数に対して電圧制御発振回路VCOの発振周波数が高い場合を示している。この場合、斜線で示したように、クロック位相0−2及び6−7における信号レベルの遷移と、クロック位相2−6における信号レベルの不遷移が検出される。この結果、周波数検出回路FDにおいて、発振周波数が高いと判定される。
中段の入力データの波形は、入力データ周波数と電圧制御発振回路VCOの発振周波数とが一致した場合を示している。この場合、周波数検出回路FDでは、発振周波数が高いとも低いとも判定されない。
なお、図10は、PLLロック後のクロック位相と入力データとの関係を示している。PLLロックとは、入力データの周波数及び位相と、電圧制御発振回路VCOが発振するクロック信号の周波数及び位相と、が一致した状態をいう。4倍オーバーサンプリングでは、図10に示すように、クロック位相0、4、8・・・の位置に入力データのエッジが同期し、クロック位相2、6、10・・・(つまりbitの中央)の位置で入力データをサンプリングする。
K. Yamaguchi、外5名、"A 2.0Gb/s Clock- Embedded Interface for Full-HD 10b 120Hz LCD Drivers with 1/5-Rate Noise-Tolerant Phase and Frequency Recovery"、2009 IEEE International Solid-State Circuits Conference-Digest of Technical Papers、2009年2月、pp. 192-193
しかしながら、非特許文献1に記載のクロックデータリカバリ回路は、4倍オーバーサンプリングを採用しているがゆえに、回路規模、消費電力が大きく、EMI特性が悪いという問題があった。
本発明に係るクロックデータリカバリ回路は、
2倍オーバーサンプリングにより、入力データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路によりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する周波数検出回路と、
前記サンプリング回路によりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの位相差を検出する位相検出回路と、
少なくとも前記位相検出回路により検出された位相差に基づいて、前記サンプリング回路に対し、リカバリクロックを出力する電圧制御発振回路と、
入力データとして表示データを受信している間、前記周波数検出回路の動作を停止する周波数検出制御回路と、を備えるものである。
本発明に係る表示装置用データ転送装置は、
転送データを送信するタイミングコントローラと、
前記タイミングコントローラから送信された転送データを受信する表示素子駆動回路と、を備えた表示装置用データ転送装置であって、
前記表示素子駆動回路は、
2倍オーバーサンプリングにより、転送データをサンプリングするサンプリング回路と、
前記サンプリング回路によりサンプリングされた転送データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する周波数検出回路と、
前記サンプリング回路によりサンプリングされた転送データと、リカバリクロックとの位相差を検出する位相検出回路と、
少なくとも前記位相検出回路により検出された位相差に基づいて、前記サンプリング回路に対し、リカバリクロックを出力する電圧制御発振回路と、
転送データとして表示データを受信している間、前記周波数検出回路の動作を停止する周波数検出制御回路と、を備えるものである。
本発明に係る表示装置用データ転送方法は、
タイミングコントローラから表示素子駆動回路へデータを転送する表示装置用データ転送方法であって、
2倍オーバーサンプリングにより、転送データをサンプリングし、
転送データが表示データである間、サンプリングされた転送データとリカバリクロックとの周波数差を検出せずに、位相差を検出し、リカバリクロックを生成し、
転送データが表示データ以外である間、サンプリングされた転送データの周波数差及び位相差を検出し、リカバリクロックを生成するものである。
本発明では、入力データとして表示データを受信している間、周波数検出回路の動作を停止する周波数検出制御回路を備え、2倍オーバーサンプリングを採用している。そのため、回路規模、消費電力が小さく、EMI特性に優れるクロックデータリカバリ回路を提供することができる。
本発明によれば、回路規模、消費電力が小さく、EMI特性に優れるクロックデータリカバリ回路を提供することができる。
実施の形態1に係るCDR回路のブロック図である。 図1のCDR回路を駆動回路に適用した表示装置のブロック図である。 2倍オーバーサンプリングによる周波数検出のアルゴリズムを示す図である。 2倍オーバーサンプリングでのPLLロック後のクロック位相と入力データとの関係を示す図である。 実施の形態1に係るCDR回路に入力される転送データ及び周波数検出回路の動作状態を示す図である。 図7のCDR回路に入力される転送データ及び周波数検出回路の動作状態を示す図である。 2倍オーバーサンプリングにおいて、同レベルの信号が2bitのみ連続するパターン「1,1」が入力された場合を示す図である。 4倍オーバーサンプリングにおいて、同レベルの信号が2bitのみ連続するパターン「1,1」が入力された場合を示す図である。 非特許文献1に開示されたCDR回路のブロック図である。 図7のCDR回路を駆動回路に適用した表示装置のブロック図である。 非特許文献1に示された4倍オーバーサンプリングによる周波数検出のアルゴリズムを示す図である。 4倍オーバーサンプリングでのPLLロック後のクロック位相と入力データとの関係を示す図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
(実施の形態1)
図1、2を参照して本発明の第1の実施の形態に係るクロックデータリカバリ(CDR:Clock Data Recovery)回路について説明する。図1は、実施の形態1に係るCDR回路100のブロック図である。また、図2は、図1のCDR回路100を駆動回路(Driver)に適用した表示装置のブロック図である。
まず、図1のCDR回路を適用した図2の表示装置について説明する。図2に示すように、この表示装置は、タイミングコントローラ(Timing Controller)、駆動回路、表示素子(Display Element)を備えている。ここで、タイミングコントローラは、送信回路TXを備えている。また、駆動回路は、CDR回路100、表示素子駆動回路200を備えている。
送信回路TXは、パラレル信号である表示データ(Display Data)及びコマンド(Command)をシリアル信号に変換し、CDR回路100へデータ転送する。ここで、詳細には後述するように、表示データとコマンドとは交互にデータ転送される。コマンドには、表示データがスタートすることを示すデータスタート信号SODをはじめ各種制御信号などが含まれる。
CDR回路100は、入力されたシリアル信号をパラレル信号へ変換するとともにクロック信号CLKを再生する。そして、表示素子駆動回路200へデータ(Data)及びクロック信号CLKを出力する。表示素子駆動回路200は、クロック信号CLKに応じて、表示素子へ表示データを出力する。
次に、図1のCDR回路について説明する。図1に示すように、本実施の形態1に係るCDR回路は、サンプリング回路SC、周波数検出回路FD、位相検出回路PD、FD用チャージポンプCP1、PD用チャージポンプCP2、ループフィルタLF、電圧制御発振回路VCO、周波数検出制御回路FDCを備えている。
サンプリング回路SCは、リカバリクロックを基に、タイミングコントローラから転送されたシリアル入力データをサンプリングする。サンプリングされたデータ信号は、周波数検出回路FD、位相検出回路PD、表示素子駆動回路200へ出力される。また、本発明に係るサンプリング回路SCは、4倍オーバーサンプリングでなく、2倍オーバーサンプリングを採用しているため、図7のCDR回路におけるサンプリング回路SCよりも回路規模を小さくすることができる。
周波数検出回路FDは、サンプリング回路SCによりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する。リカバリクロックの周波数が入力データの周波数よりも低ければ、周波数検出回路FDはFD用チャージポンプCP1に対し、リカバリクロックの周波数を上げるためのUP信号を出力する。リカバリクロックの周波数が入力データの周波数よりも高ければ、周波数検出回路FDはFD用チャージポンプCP1に対し、リカバリクロックの周波数を下げるためのDOWN信号を出力する。
より詳細には、周波数検出回路FDは、積分機能とコンパレータ機能とを兼ね備えている。すなわち、発振周波数が「低い」と検出された回数が所定の頻度を越えた場合、周波数検出回路FDはUP信号を出力する。一方、発振周波数が「低い」と検出された回数が所定の頻度を越えない場合、周波数検出回路FDはUP信号を出力しない。
同様に、発振周波数が「高い」と検出された回数が所定の頻度を越えた場合、周波数検出回路FDはDOWN信号を出力する。一方、発振周波数が「高い」と検出された回数が所定の頻度を越えない場合、周波数検出回路FDはDOWN信号を出力しない。
PLLロック後も入力信号のジッタなどにより発振周波数が「低い」又は「高い」と検出されることがある。しかしながら、低頻度であるため、周波数検出回路FDの上記機能によりUP信号やDOWN信号が出力されず、PLLロック状態を維持することができる。
さらに詳細には、例えば所定の期間内に、発振周波数が「低い」又は「高い」と検出された回数が、所定の回数(閾値)を超えるか否かにより、上記頻度を判定することができる。
図3は、2倍オーバーサンプリングによる周波数検出のアルゴリズムを示す図である。最上段の入力データの波形は、入力データ周波数に対して電圧制御発振回路VCOの発振周波数が低い場合を示している。この場合、斜線で示したように、クロック位相1−2及び2−3における信号レベルの遷移が検出される。この結果、周波数検出回路FDにおいて、電圧制御発振回路VCOの発振周波数が低いと判定される。
一方、最下段の入力データの波形は、入力データ周波数に対して電圧制御発振回路VCOの発振周波数が高い場合を示している。この場合、斜線で示したように、クロック位相0−1及び3−4における信号レベルの遷移と、クロック位相1−3における信号レベルの不遷移が検出される。この結果、周波数検出回路FDにおいて、発振周波数が高いと判定される。
中段の入力データの波形は、入力データ周波数と電圧制御発振回路VCOの発振周波数とが一致した場合を示している。この場合、周波数検出回路FDでは、発振周波数が高いとも低いとも判定されない。
なお、図4は、PLLロック後のクロック位相と入力データとの関係を示している。2倍オーバーサンプリングでは、図4に示すように、クロック位相0、2、4・・・の位置に入力データのエッジが同期し、クロック位相1、3、5・・・(つまりbitの中央)の位置で入力データをサンプリングする。
位相検出回路PDは、サンプリング回路SCによりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの位相差を検出する。リカバリクロックの位相が入力データの位相よりも遅れていれば、位相検出回路PDはPD用チャージポンプCP1に対し、リカバリクロックの位相を進めるためのUP信号を出力する。リカバリクロックの位相が入力データの位相よりも進んでいれば、位相検出回路PDはPD用チャージポンプCP2に対し、リカバリクロックの位相を遅らせるためのDOWN信号を出力する。
FD用チャージポンプCP1及びPD用チャージポンプCP2は、入力されたUP信号又はDOWN信号に応じたアナログ電流信号を出力する。
ループフィルタLFは、FD用チャージポンプCP1及びPD用チャージポンプCP2から入力されたアナログ電流信号に基づいて制御電圧信号を生成する。
そして、電圧制御発振回路VCOは、ループフィルタLFから入力された制御電圧信号に基づいてクロック信号CLKを生成する。このクロック信号CLKは、データ信号と同様に、図2の駆動回路200へ出力されると共に、リカバリクロック(Recovery Clock)としてサンプリング回路SCへフィードバックされる。また、本発明に係る電圧制御発振回路VCOは、4倍オーバーサンプリングでなく、2倍オーバーサンプリングを採用しているため、図7のCDR回路における電圧制御発振回路VCOよりも回路規模を小さくすることができる。また、リカバリクロック信号の数も4倍オーバーサンプリング時の半分であるため、消費電流もより小さくなり、EMI特性も改善される。
周波数検出制御回路FDCには、サンプリング回路SCから出力されたデータ信号が入力される。そして、データ信号に含まれるFDストップ信号に基づいて、周波数検出回路FDを停止する。周波数検出制御回路FDCは、図7のCDR回路1に無い回路であり、新たに追加された構成要素である。しかしながら、上述のサンプリング回路SC及び電圧制御発振回路VCOの回路規模削減効果の寄与が大きく、全体として回路規模を小さくすることができる。
以下に、周波数検出回路FDの動作について、図を用いて説明する。図5Aは本実施の形態に係るCDR回路100に入力される転送データ及び周波数検出回路の動作状態を示す図である。また、図5Bは図7のCDR回路1に入力される転送データ及び周波数検出回路の動作状態を示す図である。図5A、5Bに示すように、サンプリング回路SCへは、表示データとコマンドとが交互に転送データとして転送される。ここで、表示データとは、表示素子に表示されるデータのことであり、コマンドとは制御信号等の表示データ以外の転送データのことである。
図5Aに示すように、本実施の形態に係るCDR回路100では、コマンド受信中は周波数検出回路FDを動作させ、表示データ受信中は周波数検出回路FDを停止させている。具体的には、コマンドに含まれるデータスタート信号SODを上記FDストップ信号として用い、周波数検出回路FDを停止させている。また、本実施の形態では、表示データ受信期間は予め決まっているため、周波数検出回路FDを停止させてから所定の時間(クロック数)が経過した後、周波数検出回路FDの動作を自動的に復帰させている。
一方、図5Bに示すように、図7のCDR回路1では、常時、周波数検出回路FDを動作させている。
ここで、コマンド転送中は、駆動回路200の動作などによりノイズが発生しやすく、PLLロックが外れやすい期間である。そのため、PLLロックが外れても復帰可能なように、周波数検出回路FD及び位相検出回路PDの両方によりPLLロック状態を維持する。一方、表示データ転送中は、ノイズによりPLLロックが外れることのない期間である。そのため、周波数検出回路FDを停止し、位相検出回路PDのみによりPLLロック状態を維持することができる。
他方、2倍オーバーサンプリングの場合、以下の理由から、表示データ転送期間に周波数検出回路FDを停止させる必要があった。具体的には、PLLロック後、「1,0,0,1」又は「0,1,1,0」のように同レベルの信号が2bitのみ連続するパターンが入力された場合、2倍オーバーサンプリングでは、周波数検出回路FDが誤動作するおそれがある。以下に、その理由について説明する。
図6Aは2倍オーバーサンプリングにおいて、同レベルの信号が2bitのみ連続するパターン「1,1」が入力された場合を示す図である。図6Bは4倍オーバーサンプリングにおいて、同レベルの信号が2bitのみ連続するパターン「1,1」が入力された場合を示す図である。
図6Aに示すように、2倍オーバーサンプリングでは、入力信号のジッタやクロックのスキュー差等により、2bitの入力データ「1,1」が低周波数の1bitの入力データ「1」と誤判定されるおそれがある。この結果、電圧制御発振回路VCOの発振周波数を下げるように、周波数検出回路FDが誤動作するおそれがある。
一方、図6Bに示すように、4倍オーバーサンプリングでは、入力信号のジッタやクロックのスキュー差等があっても、誤判定されるおそれはない。
以上説明したように、発明者らは、表示データ転送期間には、周波数検出回路FDを停止させても問題ないことを見出し、2倍オーバーサンプリングにおける誤判定のおそれを解消した。そして、2倍オーバーサンプリングを適用することにより、回路規模、消費電力が小さく、EMI特性に優れるクロックデータリカバリ回路を提供することに成功した。なお、コマンド転送中は周波数検出回路FDが動作している。そのため、周波数検出回路FDが誤動作しないように、同レベルの信号が2bitのみ連続するパターンが所定の頻度以下になるように(勿論、当該パターンが全く含まれなくてもよい)、コマンドコードを規定する必要がある。しかしながら、表示装置用のコマンドの種類は限られているため、そのようにコマンドコードを割り当てることが可能である。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
100 CDR回路(2倍オーバーサンプリング)
200 表示装置駆動回路
CP1 FD用チャージポンプ
CP2 PD用チャージポンプ
FD 周波数検出回路
FDC 周波数検出制御回路
LF ループフィルタ
PD 位相検出回路
SC サンプリング回路
TX 送信回路
VCO 電圧制御発振回路
1 CDR回路(4倍オーバーサンプリング)
2 表示装置駆動回路

Claims (10)

  1. 2倍オーバーサンプリングにより、入力データをサンプリングするサンプリング回路と、
    前記サンプリング回路によりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する周波数検出回路と、
    前記サンプリング回路によりサンプリングされた入力データと、リカバリクロックとの位相差を検出する位相検出回路と、
    少なくとも前記位相検出回路により検出された位相差に基づいて、前記サンプリング回路に対し、リカバリクロックを出力する電圧制御発振回路と、
    入力データとして表示データを受信している間、前記周波数検出回路の動作を停止する周波数検出制御回路と、
    を備え、
    前記位相検出回路は前記停止時に回路の動作を停止しないことにより、前記電圧制御発振回路はリカバリクロックを出力し続ける、
    クロックデータリカバリ回路。
  2. 前記電圧制御発振回路は、
    前記周波数検出回路が動作している間、前記位相検出回路により検出された位相差に加え、前記周波数検出回路により検出された周波数差に基づいて、リカバリクロックを出力することを特徴とする請求項1に記載のクロックデータリカバリ回路。
  3. 前記周波数検出回路が動作している間の入力データは、同レベルの信号が2ビットのみ連続するパターンが所定の頻度以下となるように規定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のクロックデータリカバリ回路。
  4. 前記周波数検出制御回路は、データスタート信号に応じて、前記周波数検出回路の動作を停止することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のクロックデータリカバリ回路。
  5. 前記表示データの時間は予め定められており、
    前記周波数検出回路は、動作を停止してから所定の時間経過後、動作を再開することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のクロックデータリカバリ回路。
  6. 転送データを送信するタイミングコントローラと、
    前記タイミングコントローラから送信された転送データを受信する表示素子駆動回路と、を備えた表示装置用データ転送装置であって、
    前記表示素子駆動回路は、
    2倍オーバーサンプリングにより、転送データをサンプリングするサンプリング回路と、
    前記サンプリング回路によりサンプリングされた転送データと、リカバリクロックとの周波数差を検出する周波数検出回路と、
    前記サンプリング回路によりサンプリングされた転送データと、リカバリクロックとの位相差を検出する位相検出回路と、
    少なくとも前記位相検出回路により検出された位相差に基づいて、前記サンプリング回路に対し、リカバリクロックを出力する電圧制御発振回路と、
    転送データとして表示データを受信している間、前記周波数検出回路の動作を停止する周波数検出制御回路と、
    を備え、
    前記位相検出回路は前記停止時に回路の動作を停止しないことにより、前記電圧制御発振回路はリカバリクロックを出力し続ける、
    表示装置用データ転送装置。
  7. 前記電圧制御発振回路は、
    前記周波数検出回路が動作している間、前記位相検出回路により検出された位相差に加え、前記周波数検出回路により検出された周波数差に基づいて、リカバリクロックを出力することを特徴とする請求項6に記載の表示装置用データ転送装置。
  8. 前記周波数検出回路が動作している間の転送データは、同レベルの信号が2ビットのみ連続するパターンが所定の頻度以下となるように規定されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の表示装置用データ転送装置。
  9. タイミングコントローラから表示素子駆動回路へデータを転送する表示装置用データ転送方法であって、
    2倍オーバーサンプリングにより、転送データをサンプリングし、
    転送データが表示データである間、サンプリングされた転送データとリカバリクロックとの周波数差を検出せずに、位相差を検出し、リカバリクロックを生成し、
    転送データが表示データ以外である間、サンプリングされた転送データの周波数差及び位相差を検出し、リカバリクロックを生成する
    表示装置用データ転送方法。
  10. 表示データ以外の転送データについては、同レベルの信号が2ビットのみ連続するパターンが所定の頻度以下となるように規定することを特徴とする請求項9に記載の表示装置用データ転送方法。
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