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ハードウェア・セレクション・シリーズ 【シリーズ一覧へ】

マイコンのシリアル・バスやデータ・バスで簡単に接続,制御できる!

小型液晶ディスプレイの選び方と使い方

トランジスタ技術編集部 編
B5変型判 240ページ
定価2,592円(税込)
JAN9784789841214

2006年5月15日発行

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 パソコンやテレビなどで活躍している液晶ディスプレイは,いまや表示素子の標準デバイスになりました.では,どうすれば液晶ディスプレイを自社の製品に組み込めるのでしょうか?
 本書では組み込み機器の開発者向けに,マイコンと液晶ディスプレイの接続方法や,液晶ディスプレイの制御方法などについて解説します.


目次

 低価格化が進み品種が増えたLCDは組み込みの世界で大活躍する!
イントロダクション ますます注目される小型液晶ディスプレイ

 パラレル・バス/シリアル・バス/アナログRGB/ディジタルRGBなど
第1章 LCDへのビデオ・データのインターフェースあれこれ
 パラレル・バスで接続する
 ドット・マトリックス・キャラクタ・ディスプレイ・モジュール
 ワンチップ・マイコンで簡単に制御できる
 SC1602BSLB/BS*B(Sunlike Display Tech.)の接続方法
 ドット・マトリックス・グラフィック・ディスプレイ・モジュール
 ILM-1252G(インテグラル電子)への接続方法
 シリアル・バスで接続する
 インテリジェント・グラフィックLCD
 ITC-2432-035(インテグラル電子)の接続方法
 RGB信号で接続する
 アナログRGB接続のLCD
 NL3224AC35-10(NEC液晶テクノロジー)への接続方法
 LQ080T3AG01(シャープ)への接続方法
 ディジタルRGB接続のLCD
 NL6448BC20-08(NEC液晶テクノロジー)への接続方法
 LVDSインターフェースで接続する
 高速信号の伝送に向く
 LVDSインターフェースICによるLCDへの接続例
 AA121SL03(三菱電機)への接続方法
 産業用LCDの入手方法
 NEC液晶テクノロジー株式会社
 三菱電機株式会社
 京セラ株式会社
 シャープ株式会社
 コラム 「高圧注意!」バックライト・インバータのお話し
 コラム LCDを「素」で買うと…

 アルファベット,カタカナ,記号,ユーザ定義文字を表示でき廉価
第2章 キャラクタ・ディスプレイ・モジュールの使い方
 使い方は簡単!8ビットのデータでレジスタを制御する
 まずはキャラクタ・モジュール全体の構成を知ろう
 LCDコントローラ内部の各機能ブロックの役割を知ろう
 インストラクション・レジスタとデータ・レジスタ
 ビジー・フラグ
 アドレス・カウンタ
 表示データRAM
 キャラクタ・ジェネレータROM
 キャラクタ・ジェネレータRAM
 タイミング発生回路
 ドライバ回路
 カーソル/ブリンク制御回路
 各インストラクションの機能
 表示クリア
 カーソル・ホーム
 エントリ・モード・セット
 表示ON/OFFコントロール
 カーソル/表示シフト
 ファンクション・セット
 CGRAMアドレス・セット
 DDRAMアドレス・セット
 ビジー・フラグ/アドレス読み出し
 CGRAM/DDRAMデータ書き込み
 CGRAM/DDRAMデータ読み出し
 インストラクションの使い方
 電源投入後に設定される初期値
 確実に動作させるためインストラクションによる初期化を行う
 インストラクションを転送する
 キャラクタ・モジュールの制御回路例
 制御信号のタイミング特性
 H8マイコンを使った例

Appendix 蛍光表示管を使ったキャラクタ・ディスプレイ・モジュール
 VFDモジュールの特徴
 自発光表示で明るく見やすい
 動作温度範囲が-40〜+85℃と広い
 制御が簡単
 多彩なグラフィック・タイプのVFDモジュールがある
 消費電力はやや高い
 VFDの動作原理
 VFDモジュールの電源
 フィラメント電源 Ef
 ロジック電源 VDD1
 ディスプレイ電源 VDD2
 グリッド電圧 Ec
 フィラメント・バイアス電圧 Ek
 VFDを構造で分類する
 一般的なVFDモジュールの構造
 BD-VFDの構造
 CL-VFDの構造
 VFDモジュールを表示タイプで分類する
 キャラクタ・タイプ
 グラフィック・タイプ
 グラフィック・タイプのVFDモジュールへの接続
 パラレル・インターフェース
 シリアル・インターフェース
 制御ボードの製作
 VFDモジュールを動かしてみる

 LCD駆動回路内臓マイコンに直結でき,安価,大量生産に向く
第3章 固定表示LCDの特徴と使い方
 LCD注文の際,知っておきたい諸特性
 表示モード(LCDパネル・タイプ)
 採光方式
 駆動方式
 視野角,視覚方向
 動作電圧
 接続方法
 動作温度,保存温度
 LCDを注文する前に検討しておきたいこと
 表示内容
 駆動回路
 LCD内部配線とセグメント割り付け
 製作
 LCDをマイコンで駆動する
 駆動電圧
 マイコンのソフトウェア
 テスタにみるLCDの制御例

 SRAMをリード/ライトするのと同じ感覚でLCDを制御できる
第4章 描画専用CPU付きグラフィックLCDの使い方
 VGA以下のカラーLCDの種類
 ドット数による分類
 表示方式による分類
 透過型と反射型
 接続する信号による分類
 組み込みに向くLCDの供給メーカは?
 マイコンのアドレス/データ・バスで制御できるLCDの内部
 ディジタルRGB接続のLCDを制御するハードウェアの製作
 ハードウェアの仕様
 LCDコントローラの周辺回路
 電源回路
 入力コネクタ部
 LCDへの出力部
 バックライト・インバータ部
 FPGA部
 フレーム・バッファ用メモリIC
 LCDコントローラの内部ブロック
 フレーム・バッファについて
 レジスタについて
 全体の組み立て
 ソフトウェアの設計
 購入したのはH8/3052LAN開発キット
 スタートアップ・プログラム
 点描画,ボックス描画ソフト
 文字描画ソフト
 7セグメント表示ソフト
 そのほかのライブラリなど
 動作確認
 ソフト1:8色タイル・パターン
 ソフト2:自動ブリンク機能
 ソフト3:透明色表示の確認
 ソフト4:7セグメント表示とバー・グラフ表示
 65000色化
 製作に関するアドバイス
 製作に要した時間と費用など
 産業用LCDを自社商品へ採用するときの問題点
 供給期間
 ノイズ
 額縁
 耐水性
 表示品位の温度変動
 耐衝撃性能
 インターフェース
 消費電力
 コラム タッチ・パネルのしくみ
 コラム 実際にカラーLCDを動かしてみたい方へ

 シリアル・パスを使いコマンドを送るだけで文字や画像を表示できる
第5章 描画コマンド方式のグラフィックLCDの使い方
 RS-232-C I/Fを持つITC-6448の特徴
 ITC-6448の描画に関する特徴
 ITC-6448に搭載されたLCDコントローラの特徴
 ITC-6448のコマンドの説明
 ITC-6448を使ってみる
 サンプル画面の仕様
 表示前の準備
 実際に表示させてみよう

Appendix アナログRGB信号をディジタルRGB信号に変換する回路
 変換基板のブロック図
 変換基板各部の説明
 実際にLCDを動かしてみる

 赤外線脈波計を作りながら学ぶ
第6章 RAM付きグラフィックLCDの使い方
 グラフィックLCDへのインターフェースの種類
 描画コマンドを受け付けるCPUにアクセスする方式
 ライブラリをカスタマイズできる描画専用CPUにアクセスする方式
 表示データRAM内蔵の液晶表示コントロール専用ICにアクセスする方式
 アナログのRGB信号で市販のパソコン用モニタなどにアクセスする方式
 SG12232を使った赤外線脈波計の製作
 グラフィックLCD SG12232の使い方
 製作した赤外線脈波計の回路
 赤外線脈波計の動作原理
 プログラムの制作
 VRAMボードの製作
 ボードの仕様
 ハードウェアの製作
 回路構成
 CPLDの回路設計
 拡散処理
 コラム CRTコントロールと液晶コントロールの違い

 文字を映し出すしくみから高解像度を実現する技術まで
第7章 LCDの表示原理
 白や黒の表し方
 2枚の偏光板を通過する光の量を調節する
 たくさんの偏光板対を集めれば文字を表現できる
 偏光板間を通過する光のねじれぐあいを液晶分子で調節する
 透明電極で画素ごとの液晶層に電圧を加える
 液晶分子をねじる方法はいろいろある
 液晶表示モードはLCDの性能を決める最大要素
 液晶分子は発光しないためバックライトが必要
 液晶の駆動方法は二つ…スタティック駆動とダイナミック駆動
 画素ごとに完全独立制御を行うスタティック駆動
 画素数が増えてくるとダイナミック駆動
 単純マトリックス駆動方式のあらまし
 構造がシンプル
 信号線と走査線の交点で液晶に任意の電圧を加える
 配線数をM+N本に抑え各液晶に加える電圧を走査する
 画素に加える電圧と明るさの関係
 単純マトリックス方式の欠点
 クロストークが発生する
 単純マトリックス方式の弱点を克服する方法
 実効電圧を平均化する電圧平均化法
 半選択画素と非選択画素に加わる電圧が同じためクロストークが出ない
 電圧平均化法の実際
 これまでのTNモードでは高解像度化が望めない…STNモードの登場
 TNモードは制御電圧に対して白表示と黒表示の変化が鈍く動作マージンが足りない
 STNモードは動作マージンが1.1以下であっても駆動可能
 STNモードの登場でLCDの解像度は上がり今も利用されている
 単純マトリックス方式の欠点を解決するアクティブ・マトリックス方式
 単純マトリックスからアクティブ・マトリックスへ
 STNモードの弱点
 スイッチをもつことでクロストーク電圧の影響を受けない
 画素スイッチをもつためさまざまな液晶表示モードを使用できる
 アクティブ・マトリックス方式では走査線と信号線,トランジスタなどが下側ガラス板に存在する
 TFT画素構造にはCLCとCstgが付く
 TFTの書き込み動作と保持動作
 Cstgが必要な理由…保持動作の時定数を大きくしフリッカを抑える
 アクティブ・マトリックス方式においてスイッチの役目を果たすTFTと画素の構造
 TFTのOFF抵抗を保持するため逆スタガ構造をとる
 TFTにはアモルファス・シリコンが使われている
 アクティブ・マトリックス方式は製造工程が複雑
 実際のアクティブ・マトリックス方式LCD
 アクティブ・マトリックス方式の駆動法
 走査線と信号線の電位を上げ下げするだけ
 走査線と信号線の電位の関係
 液晶に加わる電圧極性は隣接する画素間で逆になる
 コラム バックライトが不要な反射型LCD

Appendix 画質を劣化させる制御線の波形なまりなどへの対応
 波形なまりの影響とその対策
 抵抗やコンデンサを伝わるうちに波形なまりが起こる
 波形なまりが画質劣化につながる
 波形なまりの影響をできるだけなくすくふう
 フィード・スルー電圧の発生メカニズムと対策
 書き込み動作後と保持動作中の液晶に加わる電圧の差がフィード・スルー電圧
 フィード・スルー電圧が発生する要因
 実際のアクティブ・マトリックス方式では信号線電位を正方向にもち上げる
 保持容量Cstgを設けるもう一つの理由

 RGB画素のON/OFFと明るさ調整が肝
第8章 LCDにおける色表現のしくみ
 どうやってカラー表示をしているか
 赤,緑,青の光を組み合わせると8色を表現できる
 3原色の組み合わせと濃淡の調整によって色の数を増やす
 LCDがRGBを表現するしくみ
 LCDの明るさ調整のしくみ
 偏光板の役割
 光の振動方向をそろえる
 2枚の偏光板の偏光軸の向きを変えると通過する光量が変わる
 液晶分子の働き
 液晶分子は光の振動方向にねじりを与えることができる
 2枚の偏光板とそこに充填する液晶分子の関係
 液晶分子の向きを制御する方法
 256段階の電圧をかければ256階調の光量を得る
 コラム 液晶パネルができるまで

 液晶マトリックスを駆動し文字や画像を映し出す
第9章 LCDドライバICの動作と役割
 表示装置におけるドライバICの位置付け
 液晶セルを駆動するために最終段に置かれている
 例1…パソコン用LCD
 例2…携帯電話用LCD
 液晶セルにデータが表示されるまで
 LCDに内蔵される電源の役割
 中小型LCDでは電源を内蔵するほうが有利
 LCDの中での電圧レベルの変化
 駆動波形を交流化し液晶セルの劣化を防ぐ
 信号線と走査線を駆動するXドライバとYドライバ
 Yドライバの機能とブロック図
 Xドライバの機能とブロック図
 XドライバとYドライバの駆動波形を組み合わせる
 パッシブLCDの駆動波形
 カラーSTN方式の駆動方法
 STNとしては最も基礎的なAPT駆動法
 フレームごとに波形を電圧方向に圧縮するIAPT駆動法
 一度に複数の走査線を選択するMLA駆動法
 アクティブLCDの駆動波形
 TFD方式の駆動方法
 薄膜ダイオードで電荷を供給する
 TFDはディジタル駆動…明るさや色の階調はPWMで付ける
 寄生容量や漏れ電流を防ぐため1ライン反転駆動をする
 αTFT方式の駆動方法
 薄膜トランジスタで電荷を供給する
 αTFT方式はアナログ駆動
 LTPS方式の駆動方法
 1画素の構造はTFTと同じだがガラス上に多くの機能を作り込む
 LTPS方式もアナログ駆動

 少ない本数でも安定して伝送できるので,解像度の高いLCDに向く
第10章 LVDSインターフェース活用のススメ
 産業機器用LCDも標準インターフェースを搭載し始めた
 インターフェースはLCDの解像度である程度決まる
 ディジタルRGBインターフェース
 マイコンの汎用I/O端子でも制御できる
 高速データを数十本もドライブすることになる
 アナログRGBインターフェース
 D-A/A-Dコンバータを使うことで信号の本数を減らせる
 接続回路例
 欠点
 LVDSインターフェース
 なぜLVDSなのか
 接続回路例
 利点

Appendix LVDSの電気的仕様
 信号インターフェースのいろいろ
 進化する信号インターフェース
 シングルエンドとディファレンシャル
 シングルエンドの信号の伝わり方
 ディファレンシャルの信号の伝わり方
 ディファレンシャルのメリット
 ディファレンシャル・インターフェース LVDSとは
 二つの規格がある
 小振幅(0.35V)で高速伝送に向く
 LVDS回路の構成と動作のしくみ

索引



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