JP2007271906A - 表示デバイスの駆動方法および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を増大させずに映像表示の階調再現性を高める。
【解決手段】表示デバイスの駆動において、原画像の各フレームの明るさに相応する値をとる測定パラメータと１フレーム当たりの画面全体の発光量を決める制御パラメータとを対応づける複数の発光量制御パターンを設定しておき、複数のフレームについて求めた測定パラメータの値の和に応じて、複数の発光量制御パターンの中のあらかじめ設定された選択条件を満たす１つを選択的に適用して消費電力を制限する発光量制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、消費電力を制限する発光量制御を行う表示デバイスの駆動方法およびそれを用いる駆動装置に関する。

プラズマディスプレイパネルおよび陰極線管(CRT: Cathode Ray Tube)のような自己発光型の表示デバイスによる画像の表示では、発光する画素の数および発光輝度（表示すべき階調値に対応する）の増大にともなって消費電力が増加する。個々の画素の最大輝度を十分に大きい値とすると、全ての画素を最大輝度で発光させたときに消費電力が過大になる。このため、一般にこの種の表示デバイスによる表示では、消費電力を設定値以下に制限する自動電力制御(APC: Auto Power Control)が行われる。電力を制御することは、画面全体の発光量を制御することと同等である。

電力を制御する方法としては、画像信号の輝度レベルを調整する方法（いわゆるゲイン制御）と、階調値と発光量との対応を変更する方法とがある。ゲイン制御では階調数が減少するので、画質劣化を防ぐ観点では階調値と発光量との対応を変更するのが好ましい。

ＡＣ型プラズマディスプレイパネルによる表示では、画面を構成するセルに対して表示すべき階調に応じた数のサステインパルスが印加される。サステインパルスは発光のための表示放電を生じさせる。１フレームの表示において、各セルの発光量はそのセルで起こる表示放電の回数、すなわち印加されるサステインパルスの数（以下、駆動パルス数という）に依存し、プラズマディスプレイパネルの消費電力は全セルの発光量の総和にほぼ比例する。駆動パルス数は画面全体の発光量を決める制御パラメータである。

プラズマディスプレイパネルの駆動装置は、表示負荷率に応じて駆動パルス数の値を変えることによって発光量（すなわち消費電力）を制限する。“表示負荷率”とは、原画像の各フレームの明るさに相応する値をとる測定パラメータであり、１フレームにおけるセルｉの階調値に基づいて計算により求められる。あらかじめ駆動装置には表示負荷率の値と駆動パルス数の値との対応づける発光量制御パターンが設けられ、駆動装置はフレームごとに表示負荷率の値を計算して発光量制御パターンに従って駆動パルス数の値を決める。なお、表示負荷率の計算ではフレームのデータ遅延が必要であるが、元々、駆動装置はフレームをフレームメモリによって遅延させて階調再現のための複数のサブフレームを生成するので、表示負荷率の計算のためにデータ遅延回路を追加することなくフィードフォワード型の発光量制御を行うことができる。

消費電力を制限する発光量制御に関して次の先行技術がある。

特開２００１−３０６０２６号公報では、動画表示のための発光量制御パターンとは別に静止画表示のための発光量制御パターンを用意しておき、静止画表示における輝度を下げて焼き付きを防止することが提案されている。特開２００３−１２２２９７号公報では、インタレース表示に際して２つのフィールドの表示負荷率の平均に基づいて発光量を制御することによってフリッカを防止することが提案されている。
特開２００１−３０６０２６号公報 特開２００３−１２２２９７号公報

消費電力が設定値を超えないように発光量を制御することによって、全体的に明るい画像（フレーム）が全体的に暗く表示されるので、一連のフレームからなる動画（映像）の階調再現能力が低下するという問題があった。特に暗い場面から明るい場面へ切り替わる映像において、見る人が輝度の増加を緩慢と感じることがあった。

本発明は、消費電力を増大させずに映像表示の階調再現性を高めることを目的としている。

上記目的を達成する表示デバイスの駆動方法は、原画像の各フレームの明るさに相応する値をとる測定パラメータと１フレーム当たりの画面全体の発光量を決める制御パラメータとを対応づける複数の発光量制御パターンを設定しておき、複数のフレームについて求めた前記測定パラメータの値の和に応じて、前記複数の発光量制御パターンの中のあらかじめ設定された選択条件を満たす１つを選択的に適用して発光量制御を行うものである。

上記駆動方法は映像が表示負荷率の度数分布をもつことに基づいている。一般に映像においては、各フレームの表示負荷率は一定値ではなく、フレームごとに表示負荷率が変わる。そして、所定長さの期間における表示負荷率の変化を見ると、表示負荷率の度数分布は分布の中心値から離れるにつれて度数の小さくなる分布になるのが一般的である。すなわち、表示負荷率が度数分布の中心に近いフレームの出現率は大きく、表示負荷率が度数分布の中心から大きく離れたフレームの出現率は小さい。

出現率の大きいフレームについては、消費電力を制限しなければ度数分布算出期間の全体の消費電力が過大になるので、消費電力を設定値に制限するように発光量を制御する必要がある。一方、出現率は小さいフレームについて消費電力の制限を多少緩めても、度数分布算出期間の全体における消費電力には大きな影響は現れない。

そこで、消費電力の制限の度合いが異なる複数の発光量制御パターンを用意しておき、それらを使い分けることによって、消費電力を過大にすることなく映像表示の階調再現性を高めることができる。

フレームの明るさに相応する測定パラメータとしては、表示負荷率および電力（電流）がある。測定パラメータ値の度数分布の傾向がわかる程度の複数のフレームにおける測定パラメータ値の総和が分かれば、その総和とフレーム数とから測定パラメータ値の平均値（度数分布の中心値に相応する）を算出することができる。

請求項１ないし請求項５の発明によれば、消費電力を増大させずに映像表示の階調再現性を高めることができる。

図１は本発明に係る表示装置の構成を示すブロック図である。

表示装置１は、カラー表示の可能な画面１５を有する３電極面放電ＡＣ型のプラズマディスプレイパネル２と、プラズマディスプレイパネル２を駆動する駆動装置３とから構成さる。

プラズマディスプレイパネル２の画面１５には、行電極として第１電極１１および第２電極１２が交互に配列され、列電極として第３電極２１が配列されている。第１電極１１および第２電極１２は行のそれぞれにおいて面放電形式のサステイン放電を生じさせるための電極対を構成する。第３電極２１は、それが配置された列に属するセルのそれぞれにおいて、第１電極１１および第２電極１２と交差する。

駆動装置３は、第１電極１１に駆動電圧を印加する駆動回路３１、第２電極１２に駆動電圧を印加する駆動回路３２、第３電極２１に駆動電圧を印加する駆動回路３３、およびプラズマディスプレイパネル２への駆動電圧の印加を制御するコントローラ３５を備える。コントローラ３５は表示負荷検出部３５２を含んでいる。

駆動装置３には、ＴＶチューナ、コンピュータなどの画像出力装置からフレームレート１／３０秒のカラー映像信号Ｓ１が入力される。このカラー映像信号Ｓ１は、コントローラ３５のデータ処理ブロックによってプラズマディスプレイパネル２による表示のためのサブフレームデータに変換される。

表示負荷検出部３５２は、カラー映像信号Ｓ１が示す各フレーム（原画像）の各画素の階調値から表示負荷率を計算するとともに、あらかじめ定められた数のフレームの表示負荷率を積算してその平均値（平均表示負荷率）を求める。表示負荷率は、フレームにおけるセルｉの階調値をＧｉ（０≦Ｇｉ≦Ｇｍａｘ）としたときの比率Ｇｉ／Ｇｍａｘの全セルにわたる平均値である。平均表示負荷率に係るフレーム数は固定（例えば３０〜３００）である。平均表示負荷率は１フレームの入力ごとに計算されて更新される。

コントローラ３５は、各フレームの表示においてプラズマディスプレイパネル２に印加するサステインパルスの数（駆動パルス数）を表示負荷率に応じて変更する発光量制御（自動電力制御）を行う。プラズマディスプレイパネル２では、全てのセルに一斉にサステインパルスが印加されるが、発光するセルはサステインパルスの印加に先立って所定の壁電荷が形成されたセルのみである。画面全体の発光セル数は各セルに対応した表示すべき階調値で決まり、１フレームの発光量は階調値と印加されるサステインパルスの数とで決まる。発光量制御はサステインパルス数を増減する制御である。

図２は発光量制御の基本制御内容を示す図である。

例示では、表示負荷率が設定値（図では２０％）よりも小さいときには実質的に発光量制御は行われず、１フレームの表示におけるサステインパルス数はフレーム周期で決まる時間内に印加可能な最大数とされる。この場合、消費電力は表示負荷率にほぼ比例する。表示負荷率が設定値を超える場合に、最大数のサステインパルスを印加すると、消費電力が過大になり、発熱の問題が深刻になる。したがって、表示負荷率が設定値を超える場合には、図中の曲線Ｃ１で示されるように、表示負荷率が大きいほどサステインパルス数を減少させる。これにより、消費電力は一定値を超えないように制御される。すなわち、曲線Ｃ１は、表示負荷率の値が該当範囲内の値であるフレームが連続したとしても、消費電力が一定値を超えないように表示負荷率に応じてサステインパルス数を決める第１の発光量制御パターンを示している。

表示装置１においては、第１の発光量制御パターンとは部分的に異なる第２の発光量制御パターンが設けられており、第１の発光量制御パターンと第２の発光量制御パターンとが以下のように使い分けられる。

図３（Ａ）および（Ｂ）は発光量制御の第１例を示す。図には発光量制御パターンを示す曲線Ｃ１，Ｃ２とともに、ある時点の表示負荷率の度数分布を表す図形（図中の斜線部分）が描かれている。実際には度数分布は刻々と変化する。例えば明るい場面が続くと、度数分布の中心は高負荷側へ徐々に移る。

図３において、第２の発光量制御パターンは曲線Ｃ２で示される。第２の発光量制御パターンも基本的には第１の発光量制御パターンと同様に、表示負荷率が大きいほどサステインパルス数を減少させる。例示において、表示負荷率が０〜４０％の範囲では第１および第２の発光量制御パターンが同一である。しかし、表示負荷率が４０％を超える範囲では、第１の発光量制御パターンにおけるサステインパルス数の変化と比べて、第２の発光量制御パターンにおけるサステインパルス数の変化は緩やかである。すなわち、第２の発光量制御パターンは、表示負荷率の値のとり得る範囲の高負荷部分に対応したサステインパルス数の値が第１の発光量制御パターンと比べて大きいという特徴をもつ。そして、第２の発光量制御パターンと第１の発光量制御パターンとの間には、サステインパルス数の値の差Δが表示負荷率の増大につれて大きくなるという関係がある。

第２の発光量制御パターンを適用すると、第１の発光量制御パターンを適用した場合と比べて、原画像の明るい部分の輝度が増す。しかし、常に第２の発光量制御パターンを適用すると、上述したとおり消費電力が過大になる。このことから、本例においては、サステインパルス数を決めるべき対象である注目フレームの表示負荷率の値（これを便宜的に瞬時表示負荷率という）と、注目フレームより前の連続した複数のフレームについて求められた表示負荷率の値の平均値（これを便宜的に平均表示負荷率という）との相対関係に応じて、表示に適用する発光量制御パターンを切り替える。

図３（Ａ）のように、瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも小さい場合には、注目フレームの表示に第１の発光量制御パターンを適用する。逆に図３（Ｂ）のように瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも大きい場合には、注目フレームの表示に第２の発光量制御パターンを適用する。これにより、従来において問題とされた階調再現能力の低下が改善され、特に暗い状景から明るい状景へ切り替わる場面の階調変化が鮮明になる。

一般に平均表示負荷率は３０％前後である。つまり、図に示されるように、平均表示負荷率が４０％を超えるフレームの出現は多くはない。したがって、平均表示負荷率と瞬時表示負荷率との大小判別に基づいてパターンを選択するという単純な制御であっても、第２の発光量制御パターンの適用による消費電力の増加は全体として影響のない程度にしかならない。ただし、より確実に消費電力の大幅な増加を防ぐために、瞬時表示負荷率が平均表示負荷率と比べて設定量以上大きいときのみに第２の発光量制御パターンを適用するようにしてもよいし、平均表示負荷率が閾値以下のときのみ第２の発光量制御パターンを適用するようにしてもよい。

本例では、上述のとおり第２の発光量制御パターンが表示負荷率の増大と共に差Δの大きくなるパターンであるので、差Δが一定のパターンとする場合と比べて少ない数のパターンの切り替えによって階調再現能力を改善することができる。

図４（Ａ）および（Ｂ）は発光量制御の第２例を示す。

図４において、曲線Ｃ３は第３の発光量制御パターンを示す。第３の発光量制御パターンも基本的には第１の発光量制御パターンと同様に、表示負荷率が大きいほどサステインパルス数を減少させる。例示において、表示負荷率が４０〜１００％の範囲では第１および第３の発光量制御パターンが同一である。しかし、表示負荷率が２０〜４０％である範囲では、表示負荷率とサステインパルス数との対応が第１の発光量制御パターンと異なる。第３の発光量制御パターンは、表示負荷率の値のとり得る範囲の低負荷部分に対応したサステインパルス数の値が第１の発光量制御パターンと比べて大きいという特徴をもつ。

第３の発光量制御パターンを適用すると、第１の発光量制御パターンを適用した場合と比べて、一般に出現率が大きいフレーム（瞬時表示負荷率が３０）の輝度が増す。しかし、常に第３の発光量制御パターンを適用すると、消費電力が過大になるので、本例においても瞬時表示負荷率と平均表示負荷率との相対関係に応じて、表示に適用する発光量制御パターンを切り替える。

図４（Ａ）のように、瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも大きい場合には、注目フレームの表示に第１の発光量制御パターンを適用する。逆に図４（Ｂ）のように瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも小さい場合には、注目フレームの表示に第３の発光量制御パターンを適用する。

図５（Ａ）および（Ｂ）は発光量制御の第３例を示す。

第３例においては、図５（Ａ）のように平均表示負荷率が第１閾値ＴＨ１（図では４０％）以下であり、且つ瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも大きい場合に、注目フレームの表示に第２の発光量制御パターンを適用する。そして、平均表示負荷率が第１閾値ＴＨ１以下であり、且つ瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも小さい場合に、注目フレームの表示に第１の発光量制御パターンを適用する。これにより、上述の第１例と同様の効果が得られる。

一方、図５（Ｂ）のように平均表示負荷率が第２閾値ＴＨ２（図では５０％）以上であり、且つ瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも小さい場合に、注目フレームの表示に第３の発光量制御パターンを適用する。そして、平均表示負荷率が第２閾値ＴＨ２以上であり、且つ瞬時表示負荷率が平均表示負荷率よりも大きい場合に、注目フレームの表示に第１の発光量制御パターンを適用する。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１と同じかまたは第１閾値ＴＨ１よりも大きい値であればよい。これにより、上述の第２例と同様の効果が得られる。

以上の実施形態において、表示装置１の構成および発光量制御の内容は、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。第１、第２、および第３の発光量制御パターンに係る具体的な数値は例示に限らない。実質的に発光量制御を行わない表示負荷率の範囲は、０〜２０％よりも狭い範囲であっても広い範囲であってもよい。表示負荷率のとり得る全範囲にわたって表示負荷率に応じてサステインパルス数を変化させるようにしてもよい。

平均表示負荷率に代わる他のパラメータの値と瞬時表示負荷率に応じて発光量を制御してもよい。例えば、サステイン放電の放電電流を検出して積算し、所定期間の消費電力の平均値（実績）と瞬時表示負荷率に対応する消費電力（理論値）との大小関係に応じて２つまたはそれ以上の発光量制御パターンを選択的に表示に適用してもよい。

本発明は、プラズマディスプレイパネルに限らず、ＣＲＴおよび液晶パネルを含む他の表示デバイスの駆動にも適用することができる。ＣＲＴでは蛍光体を励起する電子ビームの強度を変えることによって、液晶パネルではバックライトの輝度を変えることによって、消費電力を制限することができる。

本発明は、各種の表示デバイスの性能の向上に貢献する。

本発明に係る表示装置の構成を示すブロック図である。 発光量制御の基本制御内容を示す図である。 発光量制御の第１例を示す図である。 発光量制御の第２例を示す図である。 発光量制御の第３例を示す図である。

符号の説明

１ 表示装置
２ プラズマディスプレイパネル（表示デバイス）
３ 駆動装置
Ｃ１ 曲線（第１の発光量制御パターン）
Ｃ２ 曲線（第２の発光量制御パターン）
Ｃ３ 曲線（第３の発光量制御パターン）

Claims (5)

1. 消費電力を制限する発光量制御を行う表示デバイスの駆動方法であって、
   原画像の各フレームの明るさに相応する値をとる測定パラメータと１フレーム当たりの画面全体の発光量を決める制御パラメータとを対応づける複数の発光量制御パターンを設定しておき、
   複数のフレームについて求めた前記測定パラメータの値の和に応じて、前記複数の発光量制御パターンの中のあらかじめ設定された選択条件を満たす１つを選択的に適用して発光量制御を行う
   ことを特徴とする表示デバイスの駆動方法。
2. 前記測定パラメータは、表示負荷率または電力である
   請求項１に記載の表示デバイスの駆動方法。
3. 消費電力を制限する発光量制御を行う表示デバイスの駆動装置であって、
   原画像の各フレームの明るさに相応する値をとる表示負荷率と１フレーム当たりの画面全体の発光量を決める駆動パルス数とを対応づける第１および第２の発光量制御パターンを備えており、
   前記第１の発光量制御パターンは、表示負荷率の値が設定値以上であるときは消費電力が一定値になるように表示負荷率の値が大きいほど駆動パルス数の値を小さくしたパターンであり、
   前記第２の発光量制御パターンは、表示負荷率の値のとり得る範囲の高負荷部分に対応した駆動パルス数の値が前記第１の発光量制御パターンと比べて大きいパターンであり、
   注目するフレームの表示負荷率の値が、複数のフレームにおける表示負荷率の平均値よりも大きい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第２の発光量制御パターンを適用し、注目するフレームの表示負荷率の値が前記平均値よりも小さい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第１の発光量制御パターンを適用する
   ことを特徴とする表示デバイスの駆動装置。
4. 前記第２の発光量制御パターンは、表示負荷率の値が大きいほど前記前記第１の発光量制御パターンとの間で駆動パルス数の値の差が大きいパターンである
   請求項３に記載の表示デバイスの駆動装置。
5. 表示負荷率の値のとり得る範囲の低負荷部分に対応した駆動パルス数の値が前記第１の発光量制御パターンと比べて大きい第３の発光量制御パターンを備え、
   前記平均値が第１閾値以下であり、且つ注目するフレームの表示負荷率の値が前記平均値よりも大きい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第２の発光量制御パターンを適用し、
   前記平均値が第１閾値以下であり、且つ注目するフレームの表示負荷率の値が前記平均値よりも小さい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第１の発光量制御パターンを適用し、
   前記平均値が第１閾値と同じかまたは大きい第２閾値以上であり、且つ注目するフレームの表示負荷率の値が前記平均値よりも小さい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第３の発光量制御パターンを適用し、
   前記平均値が前記第２閾値以上であり、且つ注目するフレームの表示負荷率の値が前記平均値よりも大きい場合に、当該注目するフレームの表示に前記第１の発光量制御パターンを適用する
   請求項３または請求項４に記載の表示デバイスの駆動装置。