JP4310619B2

JP4310619B2 - プラズマディスプレイパネルの駆動方法

Info

Publication number: JP4310619B2
Application number: JP2003024506A
Authority: JP
Inventors: 康宣橋本; 欣穂瀬尾; 健司粟本
Original assignee: 株式会社日立プラズマパテントライセンシング
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004233855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネルの駆動方法およびプラズマディスプレイパネルを備えた表示装置に関する。
【０００２】
画面の大型化および高解像度化においては、画面のセル数が増えても消費電力は増えないのが望ましい。この要求に応えるには、表示負荷に応じて自動的に光量を調整する自動電力制御（Auto Power Control：ＡＰＣ）を行う必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
ＡＣ型プラズマディスプレイパネルを備えた表示装置では、表示対象であるフレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームに置き換える手法によって階調表示が行われる。サブフレームは画面の各セルの２値発光制御によって表示可能な２値画像である。点灯すべきセルに適量の壁電荷量を形成するアドレッシングと、点灯すべきセルのみでそれらの壁電荷を利用して表示放電を起こすサステインとが、サブフレームごとに行われる。
【０００４】
サステインにおいては、予め階調再現範囲の各階調に対応付けられた表示放電の回数を示す設定データに則して、各セルに対してそのセルが表示すべき階調（明暗の度合い）に応じた数の電圧パルスが印加される。各電圧パルスは表示放電を生じさせてセルを点灯させる。点灯とは表示放電によって発光することである。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電圧パルスの数（以下、パルス数という）に依存する。
【０００５】
プラズマディスプレイパネルの駆動装置は、自動電力制御（以下、ＡＰＣという）を行う、ＡＰＣは、画面が全体的に明るい表示では個々のセルの発光量が少なくてもそれが目立たないことを利用し、できるだけ明るく見やすい表示を実現しかつサステインにおける消費電力が許容限度を超えないようにする機能である。許容限度は駆動部品の仕様およびパネルの放熱特性によって決まる。ＡＰＣによって、全セルの発光量の総和が設定値を超えないように、各階調に対応したパルス数が表示負荷に応じて変更される。つまり、駆動動作の概略として、表示する画像（フレーム）が全体的に暗い場合には各階調に対応したパルス数は多く、画像が全体的に明るい場合には各階調に対応したパルス数は少ない。
【０００６】
従来の一般的なＡＰＣは、１フレームの表示負荷を数値化した“表示負荷率”に応じて１フレーム当りのパルス数を決め、このパルス数を１フレーム分のサブフレームに対してそれらの輝度重みに則して比例配分する。表示負荷率は、１フレームにおいて各セルが表示すべき階調Ｇ（０≦Ｇ≦Ｇｍａｘ）と最高階調Ｇｍａｘとの比率（Ｇ／Ｇｍａｘ）の全セルにわたる平均値と定義される。このような一般的なＡＰＣには次の問題がある。
【０００７】
各セルの輝度がサブフレームの表示負荷に依存するので、厳密に階調を再現することができない。つまり、ある輝度重みのサブフレームに注目したとき、当該サブフレームに対して設定されたパルス数が同じであっても、点灯セルが少ないときと多いときとでは輝度が微妙に異なる。画面の総セル数に対する点灯セルの割合である点灯率が小さいときと比べて点灯率が大きいときには輝度が低い。このような現象が起きるのは、点灯セルが多いほど放電電流の総和が大きく、電源から各セルまでの通電路の抵抗成分による電圧降下が大きいので、セルに加わる電圧が低いからである。
【０００８】
輝度の点灯率依存性に関しては、輝度を補正する方法が特開平９−１８５３４３号公報に開示されている。開示された方法の要旨は次のとおりである。ただし、ここでの説明で用いる記号は本発明の説明に準じており、上記公報での記号と異なる。また、サステインにおける印加パルス数と表示放電の回数は等しいので、上記公報におけるサステインパルス数を表示放電回数に代えてある。
【０００９】
フレームを構成するＮ個のサブフレームのうち、表示順序がi番目（ｉ＝１〜Ｎ）のサブフレームに対して設定された補正前の表示放電回数をｆ_０ｉ、i番目のサブフレームの表示負荷（点灯率）をα_i 、点灯率１００％のときの輝度を１とした相対輝度をＳ(α_i )とする。ｉ番目のサブフレームが点灯率Ｍで点灯するときの明るさＳ（Ｍ）に補正するものとし、補正後の表示放電回数をｆ_Hiとして補正式を
【００１０】
【数１】

【００１１】
とする。そして、総表示放電回数が不変であるという次の条件を設ける。
【００１２】
【数２】

【００１３】
ここでＮはサブフレーム数である。
（１)式と（２)式とを連立させれば、補正後のサステインパルス数を示す次式が得られる。
【００１４】
【数３】

【００１５】
以上のとおり、特開平９−１８５３４３号公報に開示されている方法では総表示放電回数が一定という条件を設定しているので、この方法を適用しても、消費電力を一定にするＡＰＣは実現できない。消費電力一定とするには、点灯率α_i のサブフレームにおける単位パルス数当たりの消費電力をｐ（α_i )とし、（２）式の代わりに次の条件を設けなければならない。
【００１６】
【数４】

【００１７】
特開２００１−７５５３０号公報には、輝度の点灯率依存性を考慮した上で、消費電力が一定になるように各サブフレームのパルス数を決めるＡＰＣが記載されている。特開２００１−７５５３０号公報では、１フレームの消費電力Ｐ_total について（５）式で表される関係が成り立つとされていた。
【００１８】
【数５】

【００１９】
つまり、特開２００１−７５５３０号公報に開示されたＡＰＣは、１回の表示放電当たり消費電力ｐ（α_i )をｐ_１α_iと近似し、１フレームの消費電力Ｐ_total が加重平均点灯率に比例するとみなし、フレームの平均的な点灯率に基づいて消費電力を計算する制御である。因みに（５）式で計算される消費電力を一定に保つという条件は、（４）式の条件と同じである。
【００２０】
以上の先行技術に加えて、以下の３つの先行技術が本発明に関係する。第１の特開２００１−２２８８２４号公報には、表示負荷率の変化を示す信号をローパスフィルタに入力し、ローパスフィルタの出力信号に基づいてパルス数を調整する構成の電力制御装置が開示されている。ローパスフィルタは表示負荷率の変化に対する制御の追従を緩慢にする。したがって、ローパスフィルタの適用によって、短い周期で表示負荷率が変動する場合に表示の明るさも同じ周期で変動する現象（いわゆるフリッカ）を防止することができる。第２の特開平１１−２８２３９６号公報には、フリッカを防止するために、表示負荷率の変化に対して閾値を設定する手法が記載されている。表示負荷率の変化量が閾値よりも大きいときはパルス数が変化後の表示負荷率に対応した値に変更され、表示負荷率の変化量が閾値よりも小さいときはパルス数が変化前の表示負荷率に対応した値に保たれる。第３の特開平１０−３３３６３５号公報には、発光効率を高めるために、前縁の振幅が大きい階段波形のサステインパルスを印加することが記載されている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平９−１８５３４３号公報
【００２２】
【特許文献２】
特開２００１−７５５３０号公報
【００２３】
【特許文献３】
特開２００１−２２８８２４号公報
【００２４】
【特許文献４】
特開平１１−２８２３９６号公報
【００２５】
【特許文献５】
特開平１０−３３３６３５号公報
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
輝度の点灯率依存性を考慮する精密なＡＰＣに関して、特開２００１−７５５３０号公報に開示された従来の駆動方法では、実際の消費電力が許容限度を超えたり、階調範囲の一部において階調の大小と明暗との対応が逆転する階調反転が生じたりする問題があった。この問題は、特にサステインのパルス波形として階段波形を採用した場合に顕著であった。
【００２７】
フリッカの防止に関して、特開２００１−２２８８２４号公報の開示のようにローパスフィルタを用いる従来のＡＰＣでは、制御の追従が緩慢であることから、表示負荷率が急激に大きく上昇した場合に、大きく低減すべき消費電力が十分に低減されない状況が発生する。この状況では電力が許容限度を超えて消費される。逆に表示負荷が急激に大きく降下した場合には、降下後の表示負荷に見合った値にパルス数が増大するまで、点灯セルの暗さが目立つ。また、特開平１１−２８２３９６号公報の開示のように、表示負荷率の変化量が閾値よりも大きいときのみパルス数を変更する従来のＡＰＣでは、制御の追従が離散的であることから、表示負荷率がゆっくりと大きく変化する場合に、画面の明るさが段階的に変化して表示が不自然になる。
【００２８】
本発明の第１の目的は、階調反転のない正確な階調再現を実現するとともに、電力制御の精度を高めることである。第２の目的は、表示負荷が変化したときの不自然な明るさの変化を低減して表示品質を高めることである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、第１の目的を達成するために、予め測定したサブフレームにおける消費電力の点灯率依存特性に、表示対象のフレームを構成する複数のサブフレームのそれぞれの点灯率を当てはめて当該各サブフレームの消費電力を計算し、その計算結果の総和をフレームの消費電力とし、フレームの消費電力が設定値を超えないという条件、およびサブフレームどうしの輝度比がサブフレームに対する輝度の重み付けに対応するという条件を満たし、かつ輝度の点灯率依存性に対する補正がなされた表示放電回数を導出する予め定められた演算式を適用して各サブフレームの表示放電回数を算出する。
【００３０】
図１はサブフレームにおける消費電力の点灯率依存特性の測定例を示す。図１では、図２に示される垂直帯パターン、水平帯パターン、およびウインドウパターンの３つの表示パターンのそれぞれにおける測定値がプロットされている。消費電力は点灯率が大きいほど大きく、表示パターンにはほとんど依存しない。注目すべきことは、点灯率が０％のときの消費電力が０ではなく、無視できないほどに大きいことである。例示において点灯率が０％のときの消費電力は点灯率が１００％のときの約１／５に相当する２０Ｗである。この２０Ｗは、表示放電で消費するものではなく、電極間の静電容量の充放電に伴う無効電力である。点灯率が０％でないときには、静電容量の充放電に伴う無効電力に表示放電に伴う消費電力が加わる。したがって、各サブフレームにおける１回の表示放電当たり消費電力ｐ（α_i )を（６）式のように近似することによって、１フレームの消費電力を従来よりも正確に計算することができる。
【００３１】
【数６】

【００３２】
（６）式においてp₀ が静電容量の充放電に伴う無効電力であり、p₁α_iが表示放電に伴う消費電力である。
また、本発明においては、第２の目的を達成するために、電力制御の追従性を可変とし、表示負荷の変化が大きいときは速くかつ変化が小さいときは遅くというように表示負荷の変化の様相に合わせて電力制御の追従性を動的に変更する。詳しくは、消費電力一定になるように計算された輝度レベルの値と、その輝度レベルをローパスフィルタに通した後の値とを重み付け加算し、得られた和を複数のサブフレームのそれぞれの表示放電回数の設定に用いる。表示負荷の変化が小さいほど、ローパスフィルタを通した値に対する重みを大きくする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図３はプラズマ表示装置１００の構成を示す。例示のプラズマ表示装置１００は、ＡＣ型のプラズマディスプレイパネル１、制御ブロック７１、電源回路７３、Ｘドライバ７５、Ｙドライバ７７、およびＡドライバ７９を有する。
【００３４】
プラズマディスプレイパネル１は縦横に並ぶ３電極面放電構造のセルからなるカラー表示の可能な画面をもつ。画面には行電極として表示電極Ｘおよび表示電極Ｙが配列され、列電極としてアドレス電極Ａが配列されている。表示電極Ｘおよび表示電極Ｙはマトリクス表示の行ごとに表示放電を生じさせるための電極対を構成し、表示電極Ｙおよびアドレス電極Ａはセルを選択するための電極マトリクスを構成する。表示電極Ｘ、表示電極Ｙ、およびアドレス電極Ａのそれぞれと電源回路７３との導通を制御するためのＸドライバ７５、Ｙドライバ７７、およびＡドライバ７９は、制御ブロック７１からの信号に従ってスイッチング動作をする。
【００３５】
制御ブロック７１は、データ変換回路７１０、フレームメモリ７２０、ドライバコントローラ７３０、およびＡＰＣ演算回路７４０を有する。制御ブロック７１の制御機能および演算機能はマイクロプロセッサおよび適切なプログラムによって実現される。
【００３６】
制御ブロック７１には、テレビジョンチューナやコンピュータといった画像信号源からカラー画像の各画素の階調（Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度）を示すフレームデータＤｆが入力される。データ変換回路７１０は、多値画像データであるフレームデータＤｆを２値画像の組み合わせによって階調を再現するためのサブフレームデータＤｓｆに変換する。サブフレームデータＤｓｆはフレームメモリ７２０にいったん記憶された後、表示の進行に合わせてドライバコントローラ７３０によってＡドライバ７９へ転送され、セルの電荷量を発光の要否に対応させるアドレッシングに用いられる。
【００３７】
ＡＰＣ演算回路７４０は、自動電力制御（Auto Power Control：ＡＰＣ）のための構成要素である。ＡＰＣ演算回路７４０は、サブフレームデータＤｓｆからサブフレームの表示負荷としての点灯率（点灯セル数／総セル数）を求め、関数テーブル７４５を参照してサブフレームごとに表示放電回数 (表示パルス数と同等）ｆ’を決める。これを受けて、ドライバコントローラ７３０は、各サブフレームの表示においてそのサブフレームに該当する表示放電回数ｆ’と同数の表示放電を点灯すべき各セルで生じさせる。ＡＰＣ演算回路７４０において表示放電回数ｆ’が決まった時点で、表示すべき階調のそれぞれとセルの輝度との対応関係が一義的に決まる。
【００３８】
図４はプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す斜視図である。図４ではプラズマディスプレイパネル１のうち、１画素の表示に関わる３つのセルに対応した部分を、内部構造がよくわかるように一対の基板構体１０，２０を分離させて描いてある。基板構体とは、ガラス基板上に電極その他の構成要素を設けた構造体を意味する。
【００３９】
プラズマディスプレイパネル１は一対の基板構体１０，２０からなる。前面側の基板構体１０のガラス基板１１の内面に表示電極Ｘ，Ｙ、誘電体層１７および保護膜１８が設けられ、背面側の基板構体２０のガラス基板２１の内面にアドレス電極Ａ、絶縁層２４、隔壁２９、および蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂが設けられている。表示電極Ｘ，Ｙは、それぞれが面放電ギャップを形成する透明導電膜４１とバス導体としての金属膜４２とから構成されている。隔壁２９はアドレス電極配列の電極間隙ごとに１つずつ設けられており、これらの隔壁２９によって放電空間が列ごと区画される。放電空間のうちの各列に対応した列空間は全ての行に跨がって連続する。蛍光体層２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂは放電ガスが放つ紫外線によって局部的に励起されて発光する。図中の斜体アルファベットＲ，Ｇ，Ｂは蛍光体の発光色を示す。カラー表示の３色の配列形式は三角（デルタ）配列形式である。
【００４０】
図５は隔壁および表示電極の形状を示す平面図である。図５では、表示電極Ｘ，Ｙについて、それらの符号に配列順序を示す添字（１，２）を付してある。ただし、以下の説明において配列順序を区別する必要がなければ、添字を省略する。
【００４１】
各隔壁２９は平面視において一定の周期および幅で波打っており、隣り合う隔壁２９との距離が列方向における等間隔の位置ごとに一定値より小さくなるように配置されている。一定値とは放電の抑止が可能な寸法であり、ガス圧などの放電条件によって定まる。列空間における狭窄部では面放電が生じにくいので、実質的には列空間における広大部が発光に寄与する。すなわち、個々のセルは列空間の１つの広大部の範囲内の構造体である。各行において１列置きにセルが存在する。そして、隣り合う２つの行に注目すると、セルの存在する列が１列ごとに交互に入れ替わる。つまり、セルは水平方向および垂直列方向の双方において千鳥状に並ぶ。図では代表として行配列の１番目の行のセル９１、２番目の行のセル９２、および３番目の行のセル９３が鎖線の楕円で示されている。
【００４２】
表示電極Ｘ，Ｙのそれぞれにおいて、金属膜４２は行方向に真っ直ぐに延びている。これに対して、透明導電膜４１は列方向に蛇行しながら行方向に延びている。透明導電膜４１は、列ごと金属膜４２からセル中心に向かって張り出す弧状のギャップ形成部をもつ。各セル９１，９２，９３において、表示電極Ｘのギャップ形成部と表示電極Ｙのギャップ形成部とが対峙し、鼓状の面放電ギャップを形成する。対峙するギャップ形成部の対において、対向する辺どうしは平行でない。
【００４３】
図５の電極形状によれば、直線帯状とする場合と比べて、面放電ギャップ長（最短電極間距離）を増大させずに電極間の静電容量を低下させることができる。また、表示電極Ｘ，Ｙのそれぞれにおける各列の中央位置での透明導電膜４１と金属膜４２との距離が大きい。これにより、透明導電膜４１どうしの電極間隙で起きる放電発光に対する金属膜４２による遮光が軽減され、発光効率が高まる。
【００４４】
以上の表示装置１００におけるプラズマディスプレイパネル１の駆動シーケンスの概略は次のとおりである。プラズマディスプレイパネル１による表示では、２値の点灯制御によってカラー表示を行うために、図６のように、一定周期で入力されるフレームＦ_k-2，Ｆ_k-1，Ｆ_k，Ｆ_k _＋１（以下、入力順序を示す添字を省略する）のそれぞれを所定数ＮのサブフレームＳＦ₁，ＳＦ₂，ＳＦ₃，ＳＦ₄，…ＳＦ_Ｎ _- _１，ＳＦ_Ｎ（以下、表示順序を示す添字を省略する）に分割する。つまり、１つのフレームＦをＮ個のサブフレームＳＦの集合に置き換える。これらサブフレームＳＦに順にＷ₁，Ｗ₂，Ｗ₃，Ｗ₄，…Ｗ_Ｎ _- _１，Ｗ_Ｎの重みを付与して各サブフレームＳＦの表示放電の回数を決める。このようなフレーム構成に合わせてフレーム転送周期であるフレーム期間ＴｆをＮ個のサブフレーム期間Ｔｓｆに分割し、各サブフレームＳＦに１つのサブフレーム期間Ｔｓｆを割り当てる。さらに、サブフレーム期間Ｔｓｆを、リセット期間ＴＲ、アドレス期間ＴＡ、および表示期間ＴＳに分ける。リセット期間ＴＲおよびアドレス期間ＴＡの長さは重みに係わらず一定である。これに対して、表示期間ＴＳの長さは重みが大きいほど長い。したがって、サブフレーム期間Ｔｓｆの長さは、それに該当するサブフレームＳＦの重みが大きいほど長い。Ｎ個のサブフレームＳＦにおいてリセット期間ＴＲ・アドレス期間ＴＡ・表示期間ＴＳの順序は共通である。表示装置１００は、サブフレームごとに壁電荷の初期化、アドレッシング、およびサステインを行う。
【００４５】
図７は駆動電圧波形の概略図である。図において表示電極Ｙの参照符号の添字（１，ｖ）は配列順位を示す。なお、図示の波形は一例であり、振幅・極性・タイミングを種々変更することができる。
【００４６】
各サブフレームのリセット期間ＴＲにおいては、全ての表示電極Ｙに対して正極性および負極性のランプ波形パルスを順に印加する。電極へのパルス印加とは、電極を一時的にバイアスすることを意味する。表示電極Ｙに対する負極性のランプ波形パルスの印加に同期させて、全ての表示電極Ｘを正極性の電位Ｖｘにバイアスする。セルには、表示電極Ｘ，Ｙに印加されるパルスの振幅を加算した合成電圧が加わる。１回目のパルス印加で起こる微小放電は、前サブフレームにおける点灯／非点灯に係わらず全てのセルに同一極性の適当な壁電圧を生じさせる。２回目のパルス印加で起こる微小放電は、壁電圧を放電開始電圧と印加電圧の振幅との差に相当する値に調整する。
【００４７】
アドレス期間ＴＡにおいては、点灯すべきセルのみにサステインに必要な壁電荷を形成する。全ての表示電極Ｘのバイアスを保ち、行選択期間（１行分のスキャン時間）ごとに選択行に対応した１つの表示電極Ｙに振幅−Ｖｙの負極性のスキャンパルスＰｙを印加する。この行選択と同時にアドレス放電を生じさせるべき選択セルに対応したアドレス電極Ａのみに振幅Ｖａの正極性のアドレスパルスＰａを印加する。つまり、選択行のサブフレームデータＤｓｆに基づいてアドレス電極Ａの電位を２値制御する。選択セルでは表示電極Ｙとアドレス電極Ａとの間の放電が生じ、それがトリガとなって表示電極Ｘと表示電極Ｙとの間の放電が生じる。これら一連の放電がアドレス放電である。
【００４８】
表示期間ＴＳにおいては、最初に全ての表示電極Ｙに前縁オーバーシュートをもつ階段波形の表示パルス（サステインパルスとも呼称される）Ｐｓ’を一斉に印加し、その後に、表示電極Ｘと表示電極Ｙとに交互に階段波形の表示パルスＰｓを印加する。これにより、セルには極性が交互に入れ替わるパルス列が加わる。表示パルスＰｓ’のパルス幅は表示パルスＰｓのパルス幅より長い。最初に表示パルスＰｓ’を印加することはサステインの信頼性を高める。表示パルスＰｓ’，Ｐｓの印加に呼応して、所定の壁電荷が残存するセルで表示放電が生じる。表示パルスＰｓ’，Ｐｓの印加回数はサブフレームの重みに対応し、表示負荷に応じて調整される。
【００４９】
図８は表示パルス波形および放電電流波形の模式図である。１回の表示放電に係るパルスの波形は、基本的にはパルス期間Ｔｓが振幅の大きい期間Ｔｏと振幅の小さい期間Ｔｐとに大別される２段階の階段状である。厳密には振幅の切り換りの過渡期があり、期間Ｔｏは高レベル維持電圧Ｖｓｏを印加する期間Ｔｏｐと印加電圧を降下させる期間Ｔｏｃとに分かれる。高レベル維持電圧Ｖｓｏは低レベル維持電圧Ｖｓにそれと同極性のオフセット電圧Ｖｏが重畳した電圧に相当する。期間Ｔｏｐにおいて、表示電極間の容量が充電されて電極間の印加電圧が上昇した後に表示放電が始まり、電源から表示電極対へ放電電流が流れ始める。期間Ｔｏｐは、放電が終息する以前に高レベル維持電圧Ｖｓｏの印加を終えるように設定される。
【００５０】
図８の階段波形の表示パルスは、振幅Ｖｓの矩形波形の表示パルスと比べて、オフセット電圧Ｖｏが重畳する分だけ強い表示放電を起こすことができ、輝度を高めることができる。反面、電極間の静電容量を充放電にオフセット電圧Ｖｏが重畳する分だけ大きい電力を消費する。ただし、静電容量の電荷が表示放電において放電電流の一部となれば、放電電流の全てを電源から供給する場合よりも電力損失が減る。輝度の上昇が消費電力の増大に打ち勝つように最適化された階段波形は、発光効率を向上させる。
【００５１】
以上の駆動制御のうち、本発明に深く係わるのは表示期間ＴＳにおける表示パルスの印加、より詳しくは消費電力を制限するための印加回数の設定方法である。以下、この設定方法を具体的に説明する。
【００５２】
各サブフレームにおける点灯セルの輝度は、点灯率だけでなく表示パターンにも依存する。例えば、図２で示される垂直帯パターンと水平帯パターンとに注目すると、図９が示すとおり、点灯率が同じであれば、垂直帯パターンにおける点灯セルの輝度の方が水平帯パターンにおける点灯セルの輝度よりも高い。
【００５３】
しかし、実際の表示において表示パターンは不特定なので、表示パターンを識別するのは現実的ではない。そこで、以下の実施例では、表示パターンに依存する輝度変化に対する補正は行わず、常に標準的な表示パターン（例えばウインドウパターン）を表示すると仮定して点灯率に依存する輝度変化に対する補正を行う。つまり、表示放電回数（表示パルス数）の設定によって決まる点灯セルの輝度は、厳密には種々の表示状況での輝度を平均化した平均輝度である。
【００５４】
〔実施例１〕
１つのフレームを構成するＮ個のサブフレームのうちのｉ（１〜Ｎ）番目のサブフレームである第ｉサブフレームの点灯率をα_ｉ、単位表示放電回数当たりの平均輝度をs_i(α_ｉ)、表示放電回数をｆ_ｉ、設定輝度の重みをｗ_ｉとし、最高階調を表示するセルの輝度（これを設定輝度という）をＬとし、（７）式を満たすようにＮ個のサブフレームに表示放電回数を配分する。
【００５５】
【数７】

【００５６】
ここで輝度の重みについては（８）式が成り立つように正規化されているものとする。
【００５７】
【数８】

【００５８】
なお、サブフレームごとに表示パルスの波形を変更することができるので、s_i(α)がサブフレームどうしで異なっていてもよい。
さらに，消費電力が一定値になるように総表示放電回数を設定する。単位表示放電回数当たりの消費電力をｐ_i(α_ｉ)とし、１フレームの消費電力の上限（これを上限電力という）をＰ_ｍａｘとすると、
【００５９】
【数９】

【００６０】
という拘束条件が成り立つ。Ｎはサブフレーム数を表す。（９）式は電力の上限に関する拘束条件であるので、ｐ_i(α_ｉ)の定義に際して最も大きな電力を消費する表示パターンを想定する必要がある。ｐ_i(α_ｉ)もサブフレームどうしで異なっていてもよい。
【００６１】
総表示放電回数に対応する表示期間の長さが、１フレーム期間において表示期間として使える時間の上限以下であれば、（９）式の左辺と右辺とは等しくなるように表示放電回数を決定する。（９）式を等号式として（７）式と連立させて解くと、
【００６２】
【数１０】

【００６３】
となる。ここでα_ｉ= 0 の時は点灯セルがないので，s_i(α_ｉ)の定義に外挿を適用する。
【００６４】
【数１１】

【００６５】
（１１）式の関数を適用して、改めてf_ｉを決定する式として次式を採用する。
【００６６】
【数１２】

【００６７】
このとき、設定輝度は
【００６８】
【数１３】

【００６９】
で与えられるので、（１２）式を（１４）式に書き直すことができる。
【００７０】
【数１４】

【００７１】
総表示放電回数に対応する表示期間の長さが上限を越える場合には、Ｎ個のサブフレームの表示放電回数をそれらの相対比が変わらないように減らす。これによって、サブフレーム間の輝度の比を変えずに総表示放電回数を減らすことができる。
【００７２】
以上をまとめると、各サブフレームの制御データとすべき表示放電回数f’_ｉは、表示期間の総和の上限をＴ_maxとし、各サブフレームの表示放電間隔をt_iとして、次式で表される。
【００７３】
【数１５】

【００７４】
f'_ｉの計算結果が整数でなければ、基本的には最も近い整数に近似する。サブフレームの表示終了時の電荷極性を統一するといった駆動上の制約を満たすために全てのサブフレームの表示放電回数を奇数か偶数に限る場合には、その限定に従う整数にf'_ｉの計算結果を近似する。
【００７５】
図１０は実施例１のＡＰＣ動作のフローチャートである。ＡＰＣ演算７４０（図３参照）は、画像データであるサブフレームデータＤｓｆを取り込み、サブフレームごとに点灯率α_ｉを求め、さらに（１３）式、（１４）式、および（１５）式に従って、最終的にサブフレームごとの表示放電回数f'_ｉを算出する。その際、関数テーブル７４５が記憶する関数λ_i(α), p_i(α)を参照する。算出された表示放電回数f'_ｉに基づいて、ドライバコントローラ７３０はサステインにおける駆動制御を行う。
【００７６】
なお、必ずしも、輝度の点灯率依存特性の測定データである関数λ_i(α)、消費電力の点灯率依存特性の測定データである関数p_i(α)を関数テーブル７４５記憶させておく必要はなく、関数λ_i(α)，p_i(α)の近似式による演算で表示放電回数f'_ｉを算出してもよい。
【００７７】
注目するフレームに対する表示放電回数f'_ｉの算出は、当該フレームに対応した先頭のサブフレームの表示期間以前に完了すればよい。図１１の例では、注目するフレーム(ｋ)のデータ取込みを、１つ前のフレーム(ｋ−１)の表示と並行して行い、フレーム(ｋ−１)に対応した最終のサブフレームＳＦ_Nの表示期間ＴＳの途中からフレーム(ｋ)に対応した先頭のサブフレームＳＦ_１のアドレス期間ＴＡの途中までの期間に、表示放電回数f'_ｉの計算を行っている。
【００７８】
〔実施例２〕
点灯率が０であるサブフレームについては、リセット期間ＴＲ、アドレス期間ＴＡ、および表示期間ＴＳにおいてパルス印加を行わない。点灯率が０でないサブフレームについては、実施例１と同様に表示放電回数f'_ｉを算出して点灯すべきセルで表示放電を生じさせる。実施例２によれば、無意味な放電が無くなる分だけ、コントラストを低下させる背景発光を低減することができる。
【００７９】
〔実施例３〕
点灯率が０であるサブフレームをそれとは輝度の重みが異なるサブフレームに置き換えて、より細かな階調再現を実現する。そのために、まず、実施例１よりも細かな階調表現の可能なサブフレームの集合を考える。そして、フレームをそのサブフレームの集合で表現し、点灯率が０でないサブフレームのうちで輝度の重みが大きいものから順に、フレーム期間に納まる範囲で表示をするサブフレームを選択し、１フレームを構成する。
【００８０】
画面全体が暗くなると、人間の目の低輝度に対する階調弁別能力が上がる。このような状況で、重い輝度の大きいサブフレームの点灯率が０であれば、より小さい重みのサブフレームを表示することによって低輝度側の階調表現力が高まり、画質が良好になる。
【００８１】
図１２は実施例３のＡＰＣ動作のフローチャートである。画像データの取込みからサブフレームごとの表示放電回数f'_ｉの算出までの動作は実施例１と同じである。表示放電回数f'_ｉの算出の後、点灯率が０でないサブフレームを重み順に選択する。このとき、リセット期間およびアドレス期間の長さに表示放電回数f'_ｉで決まる表示期間の長さを加算し、加算の結果がフレーム期間の長さ以下となる範囲で最大限の選択を行う。表示すべきサブフレームを決定し、駆動波形の出力を行う。
【００８２】
リセット期間の長さをＲ_i，アドレス期間の長さをＡ_i，選択されたサブフレームの中から１つに対して特別なリセット処理を行う場合に特別に付加される時間をＥ、１フレームの長さをＴ_Fとし、サブフレームのインデックスを重みの大きい順につけているとすると、サブフレームの選択は、
【００８３】
【数１６】

【００８４】
【数１７】

【００８５】
を満たす最大のＮ’を求める動作といえる。実施例３では1からＮ’までのサブフレームの中で点灯率が０でないサブフレームの表示を行う。
表示するサブフレームの決定は、最初に表示するサブフレームの表示期間が始まるまでに行えばよい。
【００８６】
なお、（１５）式におけるＴ_maxについて、表示期間の総和の目安として適当な値に設定することが必要である。また，同じ重みのサブフレームがある場合には、予め選択時の優先順位をつけておく。
【００８７】
〔実施例４〕
あるサブフレームに対して算出した表示放電回数が、駆動波形の構成の上で許容される最小の表示放電回数より少ない場合、そのサブフレームについて一切のパルス印加を行わない。実施例４によれば、実施例２と同様に背景発光を低減することができる。
【００８８】
〔実施例５〕
点灯率が設定値より大きい高負荷率のサブフレームの表示に際して、表示放電の開始時期を分散させて放電電流が一時期に集中して流れる電流集中を緩和する。より詳しくは、画面を構成する行を２つのグループに分け、一方のグループにおける表示放電と他方のグループにおける表示放電とを時間的にずらす。
【００８９】
図１３は実施例５における行のグループ分けの説明図である。図１３において表示電極Ｙｏｄｄは表示電極Ｙのみに注目したときの奇数番目の表示電極Ｙであり、表示電極Ｙｅｖｅｎは偶数奇数番目の表示電極Ｙである。同様に表示電極Ｘｏｄｄは表示電極Ｘのみに注目したときの奇数番目の表示電極Ｘであり、表示電極Ｘｅｖｅｎは偶数奇数番目の表示電極Ｘである。
【００９０】
図１３のように、実施例５では、表示電極Ｙｏｄｄとその隣の表示電極Ｘｏｄｄの組に対応する行（ＲＯＷ_ｊ, ＲＯＷ_ｊ＋ ₄）、および、表示電極Ｙｅｖｅｎとその隣の表示電極Ｘｅｖｅｎの組に対応する行（ＲＯＷ_ｊ＋２）が第1グループ９０Ａに属し、表示電極Ｘｏｄｄとその隣の表示電極Ｙｅｖｅｎの組が対応する行（ＲＯＷ_ｊ＋１）、および、表示電極Ｘｅｖｅｎとその隣の表示電極Ｙｏｄｄの組が対応する行（ＲＯＷ_ｊ＋３）が第２グループ９０Ｂに属する。
【００９１】
高負荷率のサブフレームの表示においては、同じグループに属する行では表示放電が同時に起き、かつ異なるグループに属する行どうしでは時間的にずれて表示放電が起きるように、駆動制御が行われる。
【００９２】
図１３のグループ分けでは、１つのバス電極（金属膜４２）が通電対象として受け持つ隣り合った行は異なるグループに属する。つまり、図１３のグループ分けには、バス電極の負担が軽減される利点がある。
【００９３】
図１４は実施例５における駆動電圧波形を示す。点灯率が設定値より小さい低負荷率のサブフレームの表示に際しては、高負荷率のサブフレームの表示と比べて表示放電回数が多いので、図１４（Ａ）のように実施例１と同様の駆動波形を適用する。これに対して、高負荷率のサブフレームの表示に際しては、図１４（Ｂ）のように表示期間ＴＳにおいてサステインパルスＰｓ２を印加する。１つのグループにおける表示放電が十分に終息するまで電極電位を変更できないので、各グループにおける表示放電を、他方のグループの表示放電が十分に終息するまで待って起こさなければならない。したがって、高負荷率のサブフレームにおける表示放電間隔は低負荷率のサブフレームにおける表示放電間隔よりも長くなる。
【００９４】
図１５は実施例５における表示放電のタイミングを示す。表示電極Ｙｏｄｄに対するパルスの立ち上がり直後と立ち下がり直後に、表示電極Ｙｏｄｄとその隣の表示電極Ｘｏｄｄとの間で放電が起き、表示電極Ｘｏｄｄに対するパルスの立ち上がり直後と立ち下がり直後に、表示電極Ｘｏｄｄとその隣の表示電極Ｙｅｖｅｎとの間で放電が起きる。また、表示電極Ｙｅｖｅｎに対するパルスの立ち上がり直後と立ち下がり直後に、表示電極Ｙｅｖｅｎとその隣の表示電極Ｘｅｖｅｎとの間で放電が起き、表示電極Ｘｅｖｅｎに対するパルスの立ち上がり直後と立ち下がり直後に、表示電極Ｘｅｖｅｎとその隣の表示電極Ｙｏｄｄと間で放電が起きる。
【００９５】
このように点灯率によって放電間隔が異なる場合にも、ＡＰＣ動作の基本的な手順は実施例１と同様である（図１０参照）。実施例５においても（１３）式および（１４）式によってＬとｆ_iを計算する。実施例５では（１５）式の条件を点灯率に応じて変更する。点灯率がα_th以下の場合は、図１４（Ａ）の駆動波形を採用し、表示放電間隔をｔ_Ｌとする。点灯率がα_thを越える場合は、図１４（Ｂ）の駆動波形を採用し表示放電間隔をｔ_Ｈとする。この場合分けは次式で表される。
【００９６】
【数１８】

【００９７】
（１８）式を用いて表示期間の条件を書き下すと、
【００９８】
【数１９】

【００９９】
となる。
〔実施例６〕
実施例６は、表示負荷率がある一定値の近傍で揺らぐ場合にフリッカが生じるという問題を、輝度レベルを表示負荷率の変化に追従させることで解消する。表示負荷率の変化が大きいときには輝度レベルを速く追随させる。具体的には、消費電力一定になるように計算された輝度レベルの値と、その輝度レベルをローパスフィルタに通した後の値とを重みを付けて足し合わせ、その結果を駆動制御に使う。足し合わせの重みを表示負荷率の変化率に基づいて計算し、変化が小さい程、ローパスフィルタを通した値に対する重みを大きくする。
【０１００】
まず、（７）式から（１３）式までの各式を用いて、上限の消費電力から輝度レベル(設定輝度)Ｌを決める。この過程は実施例1と同じである。次に、注目する１つのフレームの入力時刻をｔとし、フレーム周期をΔとする。（１３）式で計算されたＬを改めてＬ(t)とする。
【０１０１】
ローパスフィルタリングは次のデジタルフィルタで実現される。
【０１０２】
【数２０】

【０１０３】
例えば、2次のバタワースフィルタを構成する場合には、Ｑ＝Ｒ＝２であり、カットオフ周波数をω₀／（２π）とすれば、
【０１０４】
【数２１】

【０１０５】
である。ここでΩ₀=ω₀Δである。なお、ローパスフィルタは例示に限定されない。
ローパスフィルタの出力を用いて、表示放電回数を決定するための輝度レベルＬ'(t)を次式によって計算する。
【０１０６】
【数２２】

【０１０７】
ここで、
【０１０８】
【数２３】

【０１０９】
である。Ｌ_minはＬの最小値であり、Ｌ_maxはＬの最大値である。βは0から1の値を取る。βが大きいということは表示負荷率の変化が大きいということである。Ｌ_minは表示負荷率が最大のときのＬであり、次式で与えられる。
【０１１０】
【数２４】

【０１１１】
一方、Ｌ_maxは表示負荷率が最小のときのＬであり、次式で与えられる。
【０１１２】
【数２５】

【０１１３】
そして、（２２）式中の重み関数ρ(β)は単調増加関数であり、次式を満たす。
【０１１４】
【数２６】

【０１１５】
重み関数は任意に構成してよいが、βの多項式で構成することが簡便である。例えば次のような関数が考えられる。
【０１１６】
【数２７】

【０１１７】
ここで、ｍ，ｎは１以上の自然数であり，β_thは0から1の間の定数で次式で与えられる。
【０１１８】
【数２８】

【０１１９】
重み関数の概形を図１６に示す。
なお、表示負荷率が大きく変化したときには、ローパスフィルタの出力を変化後の表示負荷率に適した値に可及的に速く近づける。具体的には（２２）式による演算でＬ'(t)の更新を行った後、ローパスフィルタを次式の状態に更新する。
【０１２０】
【数２９】

【０１２１】
ρ(β)が1に近い程、過去のＬ(t)の値を現在のＬ(t)に近い値に変更して、ローパスフィルタの過去の値もそれに合わせる処理が行われる。
（２２）式で決定されたＬ'(t)の値を使って、実施例1と同様に表示放電回数を決める。（１４）式に対応する式が次式である。
【０１２２】
【数３０】

【０１２３】
そして、実施例1と同様に表示時間の上限に関する制限よりf_iを修正する。
【０１２４】
【数３１】

【０１２５】
以上の実施例６のＡＰＣ動作は図１７のフローチャートで示される。
なお、フレームごとの消費電力は厳密には上限の消費電力に一致しないものの、平均消費電力が上限の消費電力にほぼ一致するので、実施例６の実用に支障はない。ただし、より安全性を高めるためには、消費電力を監視する手段を設け、消費電力が限界値を越えないようにフィードバック制御を行うのが望ましい。
【０１２６】
〔実施例７〕
実施例７は実施例３の変形であり、実施例６と同様にローバスフィルタを通過した後のＬ(t)の値を制御に用いる例である。実施例７のＡＰＣ動作は図１８のフローチャートで示される。
【０１２７】
〔実施例８〕
実施例８は実施例５の変形であり、実施例６と同様にローバスフィルタを通過した後のＬ(t)の値を制御に用いる例である。実施例８のＡＰＣ動作の概略は実施例６と同様である（図１７参照）。
【０１２８】
以上の実施形態のように発光効率に優れた階段波形のサステインパルスを印加する場合、すなわち矩形波形のサステインパルスを印加する場合と比べて静電容量の充放電に伴う無効電力が比較的に大きい場合において、本発明の効果が顕著である。ただし、矩形波形のサステインパルスを印加する場合にも静電容量の充放電に伴う無効電力は０ではないので、本発明の効果は現れる。
【０１２９】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項１０の発明によれば、階調反転のない正確な階調再現を実現するとともに、電力制御の精度を高めることができる。
【０１３０】
請求項３の発明によれば、表示負荷率が変化したときの不自然な明るさの変化を低減して表示品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サブフレームにおける消費電力の点灯率依存特性を示す図である。
【図２】表示パターンの代表例を示す図である。
【図３】プラズマ表示装置の構成図である。
【図４】プラズマディスプレイパネルのセル構造を示す斜視図である。
【図５】隔壁および表示電極の形状を示す平面図である。
【図６】フレーム分割の概念図である。
【図７】駆動電圧波形の概略図である。
【図８】表示パルス波形および放電電流波形の模式図である。
【図９】輝度の点灯率依存性を示す図である。
【図１０】実施例１のＡＰＣ動作のフローチャートである。
【図１１】駆動のタイムチャートである。
【図１２】実施例３のＡＰＣ動作のフローチャートである。
【図１３】実施例５における行のグループ分けの説明図である。
【図１４】実施例５における駆動電圧波形を示す図である。
【図１５】実施例５における表示放電のタイミングを示す図である。
【図１６】重み関数を示す図である。
【図１７】実施例６のＡＰＣ動作のフローチャートである。
【図１８】実施例７のＡＰＣ動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１プラズマディスプレイパネル
７１制御ブロック
１００プラズマ表示装置

Claims

フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームに置き換えて表示するプラズマディスプレイパネルの駆動方法であって、
サブフレームを表す画像データに基づいて、総セル数に対する点灯すべきセルの割合である点灯率を各サブフレームについて求め、
求めた点灯率を予め測定された消費電力と点灯率との関係に当てはめて各サブフレームの消費電力を計算し、その計算結果の総和であるフレームの消費電力を求め、
フレームの消費電力が設定値を超えないという条件、およびサブフレームどうしの輝度比がサブフレームに対する輝度の重み付けに対応するという条件を満たし、かつ予め測定された輝度の点灯率依存性に対する補正がなされた表示放電回数を導出する予め定められた演算式を適用して各サブフレームの表示放電回数を算出し、
各サブフレームの表示において、当該サブフレームに対して算出した表示放電回数と同数の表示放電を点灯すべき各セルで生じさせる
ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
サブフレームごとに設定した表示放電回数の合計が表示の時間的制限を満たさない場合に、前記時間的制限を満たすように、各サブフレームの表示放電回数の設定値を輝度の重み付けに則した割合で減らす
請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームに置き換えて表示するプラズマディスプレイパネルの駆動方法であって、
サブフレームを表す画像データに基づいて、総セル数に対する点灯すべきセルの割合である点灯率を各サブフレームについて求め、
求めた点灯率を、予め測定された輝度と点灯率との関係および消費電力と点灯率との関係に基づく予め定められた演算式に当てはめて、サブフレーム間の輝度比が輝度の重みの比に一致しかつフレームの消費電力が設定値を超えないように、各サブフレームに対して表示放電回数を算出して仮設定し、
仮設定した表示放電回数を適用した場合の最高輝度を表示するセルの輝度を求めて第１輝度レベルとし、
前記第１輝度レベルに対してローパスフィルタ処理を行い、その結果を第２輝度レベルとし、
前記第１輝度レベルと前記第２輝度レベルの差が大きいほど前記第１輝度レベルに対する重みが大きくなる重み付け加算を、前記第１輝度レベルと前記第２輝度レベルとについて行い、その結果を第３輝度レベルとし、
前記複数のサブフレームの輝度の総和が前記第３輝度レベルとなりかつサブフレーム間の輝度比が輝度の重みの比に一致するように、各サブフレームに対して表示放電回数を設定し、
各サブフレームの表示において、当該サブフレームに対して設定した表示放電回数と同数の表示放電を点灯すべき各セルで生じさせる
ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
サブフレームごとに設定した表示放電回数の合計が表示の時間的制限を満たさない場合に、前記時間的制限を満たすように、各サブフレームの表示放電回数の設定値を輝度の重み付けに則した割合で減らす
請求項３記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
点灯率が０であるサブフレームについては、それに対応する期間にわたって駆動に係る一切のパルス印加を停止する
請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
点灯率が０でないサブフレームの中から輝度の重みが大きい順に、１フレームの表示に係る時間的制限を満たす範囲で最大限の数のサブフレームを選択し、選択したサブフレームのみでフレームを構成して表示する
請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
点灯率が設定値より小さい低負荷率のサブフレームの表示放電間隔よりも高負荷率のサブフレームの表示放電間隔を長くする
請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
表示放電を生じさせるために、前縁オーバーシュートをもつ階段波形のパルスをセルに印加する
請求項１記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームに置き換えて表示するプラズマディスプレイ装置であって、
画面を構成する複数のセルを有するプラズマディスプレイパネルと、
フレームを表す画像データに基づいて、総セル数に対する点灯すべきセルの割合である点灯率を各サブフレームについて求める手段と、
求めた点灯率を予め測定された消費電力と点灯率との関係に当てはめて各サブフレームの消費電力を計算し、その計算結果の総和であるフレームの消費電力を求め、フレームの消費電力が設定値を超えないという条件およびサブフレームどうしの輝度比がサブフレームに対する輝度の重み付けに対応するという条件を満たし、かつ予め測定された輝度の点灯率依存性に対する補正がなされた表示放電回数を導出する予め定められた演算式を適用して各サブフレームの表示放電回数を算出する手段と、
各サブフレームの表示において、当該サブフレームに対して算出した表示放電回数と同数の表示放電を点灯すべき各セルで生じさせる手段とを備えてなる
ことを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
フレームを輝度の重み付けをした複数のサブフレームに置き換えて表示するプラズマディスプレイ装置であって、
画面を構成する複数のセルを有するプラズマディスプレイパネルと、
フレームを表す画像データに基づいて、総セル数に対する点灯すべきセルの割合である点灯率を各サブフレームについて求める手段と、
求めた点灯率を、予め測定された輝度と点灯率との関係および消費電力と点灯率との関係に基づく予め定められた演算式に当てはめて、サブフレーム間の輝度比が輝度の重みの比に一致するように、各サブフレームに対して表示放電回数を算出して仮設定し、仮設定した表示放電回数を適用した場合の最高輝度を表示するセルの輝度を求めて第１輝度レベルとし、前記第１輝度レベルに対してローパスフィルタ処理を行い、その結果を第２輝度レベルとし、前記第１輝度レベルと前記第２輝度レベルの差が大きいほど前記第１輝度レベルに対する重みが大きくなる重み付け加算を、前記第１輝度レベルと前記第２輝度レベルとについて行い、その結果を第３輝度レベルとし、前記複数のサブフレームの輝度の総和が前記第３輝度レベルとなりかつサブフレーム間の輝度比が輝度の重みの比に一致するように、各サブフレームに対して表示放電回数を設定する手段と、
各サブフレームの表示において、当該サブフレームに対して設定した表示放電回数と同数の表示放電を点灯すべき各セルで生じさせる手段とを備えてなる
ことを特徴とするプラズマディスプレイ装置。