LCDコントローラ – metoree本番管理

LCDコントローラとは

LCDコントローラとは、システムを制御するCPUの指示に基づき、入力された映像信号をLCDパネルに表示可能なデータ形式に変換して出力する機器です。

システム制御CPUからの指示に基づき、内蔵もしくは外付けの画像メモリに描画データを書き込みます。同時に画像メモリ内に格納された表示用データを読み出し、LCDパネルに出力するという役割を果たしています。

LCDコントローラによって、描画処理に対するシステム制御CPUの負荷を軽減することが可能です。

LCDコントローラは、システム制御CPUの負荷を軽減するために使用されています。LCDコントローラによるシステム制御CPUの描画処理の負荷軽減の一例は、カメラ画像の表示です。

一般的にLCDコントローラはCPUに負荷をかけずにカメラ画像を取り込み、これをLCDパネルの表示解像度 (表示画素数) に合わせて、データを加工し自立的にLCDパネルに表示する機能を有しています。また、周辺機器と接続する場合のインターフェースとしてはHDMI出力をサポートしているものです。

LCDパネルに表示出力を行うと同時に、HDMI端子から周辺機器に映像信号を出力します。なお、LCDパネルは、携帯端末用のLCDからLCDモニタやPCと一体となったLCDパネルに至るまでさまざまな規模のものがあります。

LCDコントローラは、以下の手順によってデータを出力しています。

LCDコントローラは、VRAMと呼ばれる画像データ蓄積用のメモリに書き込みを行います。一方、液晶駆動用の画像データをメモリから読み出すことで液晶パネルに出力します。

液晶パネルにデータを出力する際に行う処理は、縦、横どちらにも表示可能とする回転処理やワンセグ映像等の動画を液晶パネルの表示画素数に変換する拡大縮小処理などがあります。

また、CPUからの書き込み速度と液晶への表示速度を調整するFRC (Frame Rate Coverter) 処理等も同時に実施します。

LCDコントローラはシステム制御CPUからI2CバスやSPIバスなどのインターフェースを介して通信を行い、その指示基づきLCDパネルにデータを出力します。

前述の通り、入力された映像信号などに基づき、これを変換してLCDパネルに対してRGB出力を行います。この際に、水平および垂直方向の表示位置を決めるための同期信号であるHSYNC、VSYNC信号に同期させて映像信号を出力させます。なお、表示先であるLCDパネルの表示画素数はさまざまです。

テレビの代表的な表示画素数は、以下の通りです。

さらに、フルHD放送の4倍の表示画素数である4K放送は、3,840 × 2,160 (2,160P) です。最新の国内放送規格では、フルHD放送の16倍の表示画素数である8K放送 (7,680 × 4,320) もあります。

それぞれの規模は異なりますが、これらのテレビ用のLCDパネルには、全てLCDコントローラを使用して表示画像の制御が行われています。

携帯電話などのモバイル機器では、低消費電力化は必須の技術です。必要のない状態では電源を切ることで、消費電力を抑える工夫が実装されています。

コントローラではデバイスに関する処理ブロックを細かく分解して、きめ細かいクロック制御を実施しています。使用しない機能ブロックにはクロック信号を停止し、さらにビデオメモリの動作クロックも必要に応じて周波数変更の実施が可能です。

各画像処理の動作クロックは、ソフトウェア制御に加えて、ハードウェアで自動的に処理を判断する制御も実装しており、アクティブブロック制御と呼ばれます。

参考文献
https://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/trsample/2004/tr0402/0402sp3.pdf
https://docs.rs-online.com/0946/0900766b80f61460.pdf
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https://www.epson.jp/prod/semicon/products/display_controllers/simple_lcdc.htm
https://corporate.jp.sharp/rd/37/pdf/102_09.pdf
https://thingmedia.jp/2289
https://www.4900.co.jp/smarticle/7765/