JP4857620B2 - プラズマディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、壁掛けテレビや大型モニターに用いられるプラズマディスプレイ装置に関する。

ＡＣ型として代表的な交流面放電型プラズマディスプレイパネル（以下、「ＰＤＰ」と略記する）は、面放電を行う走査電極および維持電極を配列して形成したガラス基板からなる前面板と、データ電極を配列して形成したガラス基板からなる背面板とを、両電極がマトリックスを組むように、しかも間隙に放電空間を形成するように平行に対向配置し、その外周部をガラスフリット等の封着材によって封着することにより構成されている。そして、前面板と背面板との両基板間には、隔壁によって区画された放電セルが設けられ、この隔壁間のセル空間に蛍光体層が形成された構成である。このようにして構成された放電セルによって表示セルが形成される。

そして、各電極に駆動パルス電圧を印加して各放電セルにガス放電を発生させ、そのガス放電により紫外線を発生させる。そして、その紫外線で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色の蛍光体を励起して発光させることによりカラー表示を行っている。

ＰＤＰは、１フィールド期間を複数のサブフィールドに分割し、発光させるサブフィールドの組み合わせによって駆動することにより階調表示を行う。各サブフィールドは初期化期間、書込み期間および維持期間からなり、放電セルを発光させるために、初期化期間、書込み期間および維持期間でそれぞれ異なる信号波形を各電極に印加している。また、維持期間において１回の放電によって生じる１回の発光の明るさ（発光輝度）は同じであるが、その発光期間が短いため、１フィールド期間に生じる維持期間の発光の総回数によって表示セルの明るさは異なって見え、発光の回数が多いほど表示セルは明るく発光しているように見える。

このようなＰＤＰを組み込んだプラズマディスプレイ装置では、その消費電力を削減するため、様々な消費電力削減技術が提案されている。

消費電力を削減する技術の一つとして、ＰＤＰが容量性の負荷であることに着目し、インダクタを構成要素に含む共振回路によってそのインダクタとＰＤＰの負荷容量とをＬＣ共振させ、ＰＤＰの負荷容量に蓄えられた電力を電力回収用のコンデンサに回収し、回収した電力をＰＤＰの駆動に再利用する、いわゆる電力回収回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この技術では、例えば、維持期間における走査電極および維持電極への維持パルス電圧の印加にＰＤＰから回収した電力を再利用し、維持期間に消費される電力を削減することで、消費電力の削減を実現することができる。

一方、ＰＤＰでは、消費電力の削減と同様に、画像を見やすく表示することも重要であり、画像を明るく表示して見やすくする技術について様々な提案がなされている。

画像を明るく表示する技術の一つとして、維持期間における維持パルスのパルス数を制御する技術が開示されている。この技術では、維持期間に生じる発光の回数が多いほど表示セルは明るさを増して見えるという原理を応用し、例えば、１フィールドを第１サブフィールドから第８サブフィールド（以下、第１サブフィールドを「ＳＦ１」、第２サブフィールドを「ＳＦ２」というように略記する）の８つのサブフィールドで構成し、ＳＦ１の維持パルス数を１、ＳＦ２の維持パルス数を２、以下ＳＦ３からＳＦ８までの維持パルス数をそれぞれ４、８、１６、３２、６４、１２８とした場合に、ＳＦ１からＳＦ８までの維持パルス数をそれぞれ２倍の２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６にした２倍モード、ＳＦ１からＳＦ８までの維持パルス数をそれぞれ３倍にした３倍モード、同様に４倍にした４倍モードと、サブフィールドの維持パルス数を１倍から２倍、３倍、４倍と変化させる（以下、この維持パルス数の倍率のことを「輝度倍率」と略記する）ことによって維持期間における発光の回数を制御し、画面の明るさを調整する。この技術を用いれば、画像の平均的な明るさ（ＡＰＬ：Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）を検出し、検出されたＡＰＬにもとづいて輝度倍率を切り替え、ＡＰＬが低い場合に輝度倍率を上げることで、暗い画像をより明るく表示することが可能となる（例えば、特許文献２参照）。

また、維持期間における維持パルスのパルス数を整数倍のみならず小数点以下の数値の倍数についても行えるようにし、明るさの変化をより滑らかにした技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特公平７−１０９５４２号公報 特開平８−２８６６３６号公報 特開平１１−２３１８３３号公報

上述したような技術によれば、維持期間における維持パルス数を増やすことで表示セルの明るさの最大値（以下、「ピーク輝度」と記す）を上げ、表示セルを明るく発光させてダイナミックな画像を表示することができる。しかし、維持期間における維持パルス数は、維持期間の長さおよび維持パルスの周期によって上限が決まるため、その上限を超えて維持パルス数を増やすことはできない。したがって、ピーク輝度も維持パルス数の上限によって制限される。

維持パルス数をさらに増やすためには、維持パルスの周期を短くするか、維持期間を長くすればよい。しかし、維持パルスの周期を短くすると放電が不安定になり、発光にばらつきが生じる恐れがある。そのため、維持パルスの周期を短くして維持パルスのパルス数を増やすことは現実的ではない。また、１フィールド期間内のサブフィールド数を減らせば、それによって減少した初期化期間、書込み期間の分を維持期間に割り当てて維持期間を長くすることができるが、サブフィールド数を減らすと階調が粗く表示されるようになってしまい、偽輪郭等のノイズが目立ちやすくなるといった問題が生じる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、維持期間の長さを変えることなくピーク輝度をさらに上げ、よりダイナミックで迫力のある画像を表示することができるプラズマディスプレイ装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のプラズマディスプレイ装置は、表示電極対を構成する複数の走査電極および維持電極を有するプラズマディスプレイパネルと、走査電極に接続される走査電極駆動回路と、維持電極に接続される維持電極駆動回路とを備え、走査電極駆動回路および維持電極駆動回路は、１フィールドを構成する複数のサブフィールドの各維持期間において走査電極または維持電極に印加する維持パルスを発生させる維持パルス発生回路をそれぞれ有し、維持パルス発生回路は、プラズマディスプレイパネルの電極の容量性負荷に蓄積された電力をＬＣ共振によってコンデンサに回収しその回収した電力をプラズマディスプレイパネルの駆動に再利用する電力回収部と、プラズマディスプレイパネルの電極を電源電位にクランプする電源クランプスイッチおよび電極を接地電位にクランプする接地クランプスイッチを有するクランプ部とからなり、プラズマディスプレイパネルに表示する画像のＡＰＬが所定の値以上の時は、画像のＡＰＬが大きくなるにつれて維持パルスの立ち上がりにおける電力回収部による電力の供給期間を一定にしたまま輝度倍率を下げ、前記画像のＡＰＬが所定の値より低い時は、画像のＡＰＬが所定の値以上の時の輝度倍率より高い輝度倍率に固定したまま、画像のＡＰＬが小さくなるにつれて維持パルスの立ち上がりにおける電力回収部による電力の供給期間を段階的に短くするように構成したことを特徴とする。

この構成によれば、維持期間の長さを変えることなくピーク輝度をさらに上げ、よりダイナミックで迫力のある画像を表示することが可能となる。

また、維持パルス発生回路は、ＡＰＬの低い画像をＰＤＰに表示する場合の電力回収部による電力の供給期間を、ＡＰＬの高い画像をＰＤＰに表示する場合の電力回収部による電力の供給期間よりも短くする構成としてもよい。この構成によれば、全体的に画像の輝度値が小さく、また輝度値の高い領域があったとしてもそれの全体に占める割合が小さいＡＰＬの低い画像においてピーク輝度を上げるので、ピーク輝度を上げるために必要となる電力の増加が少なく、消費電力への影響を抑えつつよりダイナミックで迫力のある画像を表示することが可能となる。

また、ＰＤＰに表示する画像のＡＰＬが低くなるにつれて電力回収部による電力の供給期間を段階的に短くする構成としてもよい。この構成によれば、段階的にピーク輝度を上げることができるので、ＡＰＬの変動によるピーク輝度の変化を滑らかにし、動画が不自然に表示されることを防止することができる。

また、維持パルス発生回路は、ＰＤＰに表示する画像のＡＰＬにもとづき維持パルスのパルス数を増加させ、維持期間における維持パルスのパルス数が最大となるＡＰＬの範囲において、電力回収部による電力の供給期間を段階的に短くする構成としてもよい。この構成によれば、所定のＡＰＬ以上の画像を表示するときには維持期間における維持パルス数の制御によってピーク輝度を上げ、所定のＡＰＬ未満の画像を表示するときには、維持パルスの立ち上がり期間を短くしてさらにピーク輝度を上げることで、消費電力への影響を抑えた駆動を行うとともにピーク輝度の変化を滑らかにして動画が不自然に表示されることを防止し、さらにダイナミックで迫力のある画像を表示することができるようになる。

本発明によれば、維持期間の長さを変えることなくピーク輝度をさらに上げ、よりダイナミックで迫力のある画像を表示することができるプラズマディスプレイ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態によるプラズマディスプレイ装置について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、ＰＤＰ１０の構造を示す斜視図である。第１の基板であるガラス製の前面板２０上には、ストライプ状の走査電極２２とストライプ状の維持電極２３とで対をなす表示電極が複数形成されている。そして走査電極２２と維持電極２３とを覆うように誘電体層２４が形成され、その誘電体層２４上に保護層２５が形成されている。

第２の基板である背面板３０上には、走査電極２２および維持電極２３と立体交差するように、誘電体層３３で覆われた複数のストライプ状のデータ電極３２が形成されている。誘電体層３３上にはデータ電極３２と平行に複数の隔壁３４が配置され、この隔壁３４間の誘電体層３３上に蛍光体層３５が設けられている。また、データ電極３２は隣り合う隔壁３４の間の位置に配置されている。

これら前面板２０と背面板３０とは、走査電極２２および維持電極２３とデータ電極３２とが直交するように、微小な放電空間を挟んで対向配置されるとともに、その外周部がガラスフリット等の封着材によって封着されている。そして放電空間には、例えばネオン（Ｎｅ）とキセノン（Ｘｅ）の混合ガスが放電ガスとして封入されている。放電空間は、隔壁３４によって複数の区画に仕切られており、各区画には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色に発光する蛍光体層３５が順次配置されている。そして、走査電極２２および維持電極２３とデータ電極３２とが交差する部分に放電セルが形成され、各色に発光する蛍光体層３５が形成された隣接する３つの放電セルにより１つの画素が構成される。この画素を構成する放電セルが形成された領域が画像表示領域となり、画像表示領域の周囲は、ガラスフリットが形成された領域等のように画像表示が行われない非表示領域となる。

そして、走査電極２２、維持電極２３、データ電極３２はそれぞれの電極端子がガラス基板の端部に引き出されストライプ状に配列されている。

図２は、ＰＤＰ１０の電極配列図である。行方向にｎ行の走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ（図１の走査電極２２）とｎ行の維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ（図１の維持電極２３）とが交互に配列され、列方向にはｍ列のデータ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍ（図１のデータ電極３２）が配列されている。そして、一対の走査電極ＳＣ_ｉ、維持電極ＳＵ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と１つのデータ電極Ｄ_ｊ（ｊ＝１〜ｍ）とを含む放電セルＣ_ｉ，ｊが放電空間内に形成され、放電セルＣの総数は（ｍ×ｎ）個になる。

このような構成のＰＤＰ１０においては、ガス放電により紫外線を発生させ、その紫外線でＲ、Ｇ、Ｂの各色の蛍光体を励起して発光させることによりカラー表示を行っている。また、ＰＤＰ１０は、１フィールド期間を複数のサブフィールドに分割し、発光させるサブフィールドの組み合わせによって駆動されることにより階調表示を行う。各サブフィールドは初期化期間、書込み期間および維持期間からなり、画像データを表示するために、初期化期間、書込み期間および維持期間でそれぞれ異なる信号波形を各電極に印加している。

図３は、ＰＤＰ１０の各電極に印加する駆動電圧波形を示す図である。図３に示すように、各サブフィールドは初期化期間、書込み期間、維持期間を有している。また、それぞれのサブフィールドは発光期間の重みを変えるため維持期間における維持パルスの数を異ならせている以外はほぼ同様の動作を行い、各サブフィールドにおける動作原理もほぼ同様である。したがって、ここでは１つのサブフィールドについてのみ動作を説明する。

まず、初期化期間では、正のパルス電圧を全ての走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに印加し、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎおよび維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎを覆う誘電体層２４上の保護層２５および蛍光体層３５上に必要な壁電荷を蓄積する。加えて、放電遅れを小さくして書込み放電を安定して発生させるためのプライミング（放電のための起爆剤＝励起粒子）を発生させるという働きを持つ。

具体的には、初期化期間前半部では、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍ、維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎをそれぞれ０（Ｖ）に保持し、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎには、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍに対して放電開始電圧以下の電圧Ｖ_ｉ１から、放電開始電圧を超える電圧Ｖ_ｉ２に向かって緩やかに上昇する傾斜波形電圧を印加する。この傾斜波形電圧が上昇する間に、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎと維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍとの間でそれぞれ１回目の微弱な初期化放電が起こる。そして、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ上部に負の壁電圧が蓄積されるとともに、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍ上部および維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ上部には正の壁電圧が蓄積される。ここで、電極上部の壁電圧とは電極を覆う誘電体層上に蓄積された壁電荷により生じる電圧を表す。

初期化期間後半部では、維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎを正電圧Ｖｅに保ち、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎには、維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎに対して放電開始電圧以下となる電圧Ｖ_ｉ３から放電開始電圧を超える電圧Ｖ_ｉ４に向かって緩やかに下降する傾斜波形電圧を印加する。この間に、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎと維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍとの間でそれぞれ２回目の微弱な初期化放電が起こる。そして、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ上部の負の壁電圧および維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ上部の正の壁電圧が弱められ、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍ上部の正の壁電圧は書込み動作に適した値に調整される。以上により初期化動作が終了する（以下、初期化期間に各電極に印加される駆動電圧波形を「初期化波形」と略記する）。

次に、書込み期間では、全ての走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに順次負の走査パルスを印加することによって走査を行う。そして、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを走査している間に、表示データにもとづきデータ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍに正の書込みパルス電圧を印加する。こうして走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎとデータ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍとの間に書込み放電が発生し、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ上の保護層２５の表面に壁電荷が形成される。

具体的には、書込み期間では、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを一旦電圧Ｖｓに保持する。次に、放電セルＣ_ｐ，１〜Ｃ_ｐ，ｍ（ｐは１〜ｎの整数）の書込み動作では、走査電極ＳＣ_ｐに走査パルス電圧Ｖａを印加するとともに、データ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍのうちｐ行目に表示すべき映像信号に対応するデータ電極Ｄ_ｑ（Ｄ_ｑはＤ_１〜Ｄ_ｍのうち映像信号にもとづき選択されるデータ電極）に正の書込みパルス電圧Ｖｄを印加する。こうして、書込みパルス電圧が印加されたデータ電極Ｄ_ｑと走査パルス電圧が印加された走査電極ＳＣ_Ｐとの交差部に対応する放電セルＣ_ｐ，ｑで書込み放電が発生する。この書込み放電により放電セルＣ_ｐ，ｑの走査電極ＳＣ_ｐ上部に正電圧が蓄積され、維持電極ＳＵ_ｐ上部に負電圧が蓄積されて、書込み動作が終了する。以下、同様の書込み動作をｎ行目の放電セルＣ_ｎ，ｑに至るまで行い、書込み動作が終了する。

続く維持期間では、一定の期間、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎと維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎとの間に放電を維持するのに十分な電圧を印加する。これにより、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎと維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎとの間に放電プラズマが生成され、一定の期間、蛍光体層を励起発光させる。このとき、書込み期間において書込みパルス電圧が印加されなかった放電空間では、放電は発生せず蛍光体層３５の励起発光は起こらない。

具体的には、維持期間では、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを０（Ｖ）に一旦戻した後、維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎを０（Ｖ）に戻す。その後、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに正の維持パルス電圧Ｖｕを印加する。このとき、書込み放電を起こした放電セルＣ_ｐ，ｑにおける走査電極ＳＣ_ｐ上部と維持電極ＳＵ_ｐ上部との間の電圧は、正の維持パルス電圧Ｖｕに加えて、書込み期間において走査電極ＳＣ_ｐ上部および維持電極ＳＵ_ｐ上部に蓄積された壁電圧が加算されて、放電開始電圧より大きくなり、１回目の維持放電が発生する。そして、維持放電を起こした放電セルＣ_ｐ，ｑでは、維持放電発生時における走査電極ＳＣ_Ｐと維持電極ＳＵ_ｐとの電位差を打ち消すように走査電極ＳＣ_ｐ上部に負電圧が蓄積され、維持電極ＳＵ_ｐ上部に正電圧が蓄積される。こうして、１回目の維持放電が終了する。１回目の維持放電の後、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを０（Ｖ）に戻し、その後、維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎにＶｕを印加する。このとき、１回目の維持放電を起こした放電セルＣ_ｐ，ｑにおける走査電極ＳＣ_ｐ上部と維持電極ＳＵ_ｐ上部との間の電圧は、正の維持パルス電圧Ｖｕに加えて、１回目の維持放電において走査電極ＳＣ_ｐ上部および維持電極ＳＵ_ｐ上部に蓄積された壁電圧が加算されて放電開始電圧より大きくなり、２回目の維持放電が発生する。以降同様に、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎと維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎとに維持パルスを交互に印加することにより、書込み放電を起こした放電セルＣ_ｐ，ｑに対して維持パルスの回数だけ維持放電が継続して行われる。

図４は、本発明の実施の形態１におけるプラズマディスプレイ装置の電気的構成を示すブロック図である。図４に示すプラズマディスプレイ装置は、Ａ／Ｄコンバータ１、映像信号処理回路２、サブフィールド処理回路３、データ電極駆動回路４、走査電極駆動回路５、維持電極駆動回路６、ＰＤＰ１０を備えている。

Ａ／Ｄコンバータ１は、入力されたアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換する。映像信号処理回路２は、入力されたデジタルの映像信号を発光期間の重みの異なる複数のサブフィールドの組み合わせによってＰＤＰ１０に発光表示するため、１フィールドの映像信号から各サブフィールドの制御を行うサブフィールドデータに変換する。また、映像信号処理回路２は内部にＡＰＬ検出回路２１を有しており、ＡＰＬ検出回路２１は、入力されたデジタルの映像信号の輝度値を１フィールド期間または１フレーム期間に亘って累積する等の一般に知られた手法を用いることによって平均的な明るさ、すなわちＡＰＬを検出し、それをＡＰＬデータとして出力する。

サブフィールド処理回路３は、映像信号処理回路２で作成されたサブフィールドデータおよびＡＰＬデータからデータ電極駆動回路用制御信号、走査電極駆動回路用制御信号および維持電極駆動回路用制御信号を生成し、データ電極駆動回路４、走査電極駆動回路５、維持電極駆動回路６へそれぞれ出力する。なお、検出されたＡＰＬと回路駆動との関係については、後で詳しく説明する。

ＰＤＰ１０は、上述したとおり、行方向にｎ行の走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ（図１の走査電極２２）とｎ行の維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎ（図１の維持電極２３）とが交互に配列され、列方向にｍ列のデータ電極Ｄ_１〜Ｄ_ｍ（図１のデータ電極３２）が配列されている。そして、一対の走査電極ＳＣ_ｉ、維持電極ＳＵ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と１つのデータ電極Ｄ_ｊ（ｊ＝１〜ｍ）とを含む放電セルＣ_ｉ，ｊが放電空間内に（ｍ×ｎ）個形成され、赤色、緑色および青色の各色に発光する３つの放電セルにより１つの画素が構成される。

データ電極駆動回路４は、データ電極駆動回路用制御信号にもとづいて各データ電極Ｄ_ｊを独立して駆動する。

走査電極駆動回路５は、維持期間に走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに印加する維持パルスを発生するための維持パルス発生回路５１を内部に備え、各走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎをそれぞれ独立して駆動することができる。そして、走査電極駆動回路用制御信号にもとづいて各走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを独立して駆動する。

維持電極駆動回路６は、維持期間に維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎに印加する維持パルスを発生するための維持パルス発生回路６１を内部に備え、ＰＤＰ１０の全ての維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎをまとめて駆動することができる。そして、維持電極駆動回路用制御信号にもとづいて維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎを駆動する。

図５は、本発明の実施の形態１のプラズマディスプレイ装置における走査電極駆動回路５の維持パルス発生回路５１および維持電極駆動回路６の維持パルス発生回路６１を示した回路図である。

以下、維持パルス発生回路５１について説明するが、維持パルス発生回路６１も同様の動作を行う。

維持パルス発生回路５１は、コイルＬ１と回収コンデンサＣ１とスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と逆流防止用ダイオードＤ１、Ｄ２とを有する電力回収部と、電圧値Ｖｕの定電圧電源Ｖ１と、一端が定電圧電源Ｖ１に接続された電源クランプスイッチであるスイッチング素子Ｓ５および一端が接地電位に接続された接地クランプスイッチであるスイッチング素子Ｓ６を有する電圧クランプ部とからなる。電力回収部では、インダクタンス素子であるコイルＬ１を用いることによりＰＤＰ１０の容量性負荷（走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに生じた容量性負荷）とコイルＬ１のインダクタンスとをＬＣ共振させて、電力の回収および供給を行う。電力の回収時には、ＰＤＰ１０の容量性負荷に蓄えられた電力を、逆流防止用ダイオードＤ２およびスイッチング素子Ｓ２を介して回収コンデンサＣ１に移動させる。電力の供給時には、回収コンデンサＣ１に蓄えられた電力を、スイッチング素子Ｓ１および逆流防止用ダイオードＤ１を介してＰＤＰ１０（走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎ）に移動する。こうして維持期間における走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎの駆動を行う。したがって電力回収部では、維持期間において、電源から電力を供給されることなく、ＬＣ共振によって走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎの駆動を行うため、実質的な消費電力は０となる。

一方、電圧クランプ部は、電圧値Ｖｕの定電圧電源Ｖ１からスイッチング素子Ｓ５を介して走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに電力を供給して走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎを電圧値Ｖｕにクランプし、また、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎをスイッチング素子Ｓ６を介して接地電位にクランプすることによって、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎの駆動を行う。したがって、電圧クランプ部による走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎの駆動時においては、電力供給のインピーダンスが非常に小さく維持パルスの立ち上がり立ち下がりは急峻になるが、定電圧電源Ｖ１から電力が供給されることによる消費電力が発生する。

こうして維持パルス発生回路５１は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６の切り替えによって、電力回収部と電圧クランプ部とを切り替え、走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎに印加するための維持パルスを発生する。このとき、ＬＣ共振を利用した維持パルス発生回路５１では、維持パルスの電圧が極大値になるまで電力回収部によって電力供給を行い、その後電圧クランプ部に切り替えることで、実質的な消費電力が０である電力回収部を最大限に利用した駆動を行うことができ、走査電極駆動回路５の消費電力を低減することができる。

なお、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング動作を行う一般に知られた素子からなる。

また、維持電極駆動回路６における維持パルス発生回路６１は、電圧値Ｖｕの定電圧電源Ｖ２と、コイルＬ２と回収コンデンサＣ２とスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４と逆流防止用ダイオードＤ３、Ｄ４とを有する電力回収部と、スイッチング素子Ｓ７、Ｓ８を有する電圧クランプ部とからなり、ＰＤＰ１０の容量性負荷（維持電極ＳＵ_１〜ＳＵ_ｎに生じた容量性負荷）とコイルＬ２のインダクタンスとを共振させて、回収コンデンサＣ２に電力の回収を行う構成であり、その動作は維持パルス発生回路５１と同様であるので説明を省略する。

このように、維持パルス発生回路５１および維持パルス発生回路６１によるＰＤＰ１０の駆動では、ＰＤＰ１０の容量性負荷に蓄えられた電力を回収しそれを再利用することにより消費電力の削減を実現することができる。

図６は、本発明の実施の形態１のプラズマディスプレイ装置における維持パルス発生回路５１が発生する維持パルスの電圧波形とスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６の導通状態を示す図である。

まず、ｔ_Ａ１期間では、スイッチング素子Ｓ１を導通状態（ＯＮ）にし、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６を非導通状態（ＯＦＦ）にして、電力回収部のコイルＬ１のインダクタンスとＰＤＰ１０の容量性負荷（走査電極ＳＣ_１〜ＳＣ_ｎの容量性負荷）とのＬＣ共振によって回収コンデンサＣ１からＰＤＰ１０の容量性負荷へ電力供給を行う。このとき、回収コンデンサＣ１の容量はＰＤＰ１０の容量性負荷と比較して十分大きく、また回収コンデンサＣ１は定電圧電源Ｖ１の電圧値Ｖｕの半分の１／２Ｖｕに充電されている。

スイッチング素子Ｓ１が導通すると、コイルＬ１とＰＤＰ１０の容量性負荷とのＬＣ共振によってコイルＬ１を通して回収コンデンサＣ１からＰＤＰ１０に電流が流れ始め、ＰＤＰ１０の容量性負荷を充電し始める。そして維持パルス発生回路５１からの出力電圧が極大値Ｖ_１に達した時点で回収コンデンサＣ１からＰＤＰ１０に流れる電流は０となる。この極大値Ｖ_１は回収コンデンサＣ１の電圧値の２倍に近い値となるが、放電による電力消費、駆動インピーダンスの電圧降下等のためＶｕには達しない。そして、本発明の実施の形態１では、このｔ_Ａ１期間を５００ｎｓｅｃに設定している。

続くｔ_Ａ２期間では、維持パルス発生回路５１からの出力電圧が極大値Ｖ_１になった時点でスイッチング素子Ｓ５をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦにして、電圧クランプ部による電圧印加に切り替える。これにより、定電圧電源Ｖ１からＰＤＰ１０へスイッチング素子Ｓ５を介して電力が供給され、維持パルスは速やかに電圧Ｖｕまで引き上げられる。

続くｔ_Ａ３期間では、再び電力回収部に切り替え、ＰＤＰ１０の容量性負荷に蓄積された電力を回収コンデンサＣ１に回収する。スイッチング素子Ｓ２をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ５をＯＦＦにすることで、再びコイルＬ１のインダクタンスとＰＤＰ１０の容量性負荷とがＬＣ共振し、今度はコイルＬ１を通してＰＤＰ１０から回収コンデンサＣ１に電流が流れ始め、回収コンデンサＣ１に充電される。そしてＰＤＰ１０の電圧が極小値Ｖ_０に達した時点でＰＤＰ１０から回収コンデンサＣ１に流れる電流は０となる。この極小値Ｖ_０は駆動インピーダンス等のため接地電位にはならない。

続くｔ_Ａ４期間では、ＰＤＰ１０の電圧が極小値Ｖ_０になった時点でスイッチング素子Ｓ６をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにして、再び電圧クランプ部による駆動に切り替える。これによりＰＤＰ１０の容量性負荷に残留した電力は接地電位へ放出され、維持パルスの電圧は速やかに０（Ｖ）に引き下げられる。

このように、維持パルス発生回路５１では、維持パルスの電圧が極大値Ｖ_１になった時点で電圧クランプ部に切り替えて、実質的な消費電力が０である電力回収部による駆動を最大限に利用した駆動を行うため、維持パルス発生に要する消費電力を最小にすることができる。

ここで、本発明者は、維持パルスの立ち上がり期間、すなわち図６のｔ_Ａ１を短縮することで表示セルにおける放電１回あたりの発光輝度が向上することを実験により見出した。本発明者が行った実験では、５００ｎｓｅｃの立ち上がり期間ｔ_Ａ１を３００ｎｓｅｃにすることで、発光輝度が約２０％向上することが確認された。

図７は、本発明の実施の形態１のプラズマディスプレイ装置における維持パルス発生回路５１が発生する発光輝度を向上させた維持パルスの電圧波形とスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６の導通状態を示す図である。なお、図７に示した維持パルスの電圧波形は、図６に示した維持パルスの電圧波形と立ち上がり期間が異なるだけで、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６の制御方法は図６と同様であるので、説明を省略する。

図７に示した維持パルスでは、立ち上がり期間ｔ_Ｂ１を、図６に示したｔ_Ａ１の５００ｎｓｅｃから３００ｎｓｅｃに短縮している。すなわち、維持パルス発生回路５１からの出力電圧が極大値Ｖ_１より低いＶ_２でスイッチング素子Ｓ５をＯＮにし、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦにして、電圧クランプ部による電圧印加に切り替えている。また、電圧クランプ部による電圧印加期間ｔ_Ｂ２を図６に示したｔ_Ａ２よりも２００ｎｓｅｃ長くして、維持パルスの周期が変わらないようにしている。

続くｔ_Ａ３期間とｔ_Ａ４期間については維持パルスＡと同様の動作を行うため、説明を省略する。

このように、維持パルスの立ち上がり期間を短縮することにより、表示セルにおける放電１回あたりの発光輝度を約２０％向上させることができる。また、維持パルスの周期を変えないようにすることで、放電を安定に発生させることができる。

また、本発明者は、維持パルスの立ち上がり期間を５００ｎｓｅｃから４５０ｎｓｅｃ、４００ｎｓｅｃ、３５０ｎｓｅｃ、３００ｎｓｅｃと５０ｎｓｅｃずつ短縮していき、それにより表示セルにおける放電１回あたりの発光輝度がどのように変化するかを確認する実験を行った。その実験では、維持パルスの立ち上がり期間の短縮分にほぼ比例するように、発光輝度がそれぞれ５％、１０％、１５％、２０％と向上することが確認された。これは、立ち上がり期間を短縮すること、すなわちクランプ部から低いインピーダンスでＰＤＰ１０へ電力供給を行うタイミングを早めることで維持パルスの立ち上がりが急峻となり、電圧の変化が急峻な状態で維持放電が発生する表示セルが増加することによると考えられる。

一方、クランプ部からの電圧印加では、上述したように、定電圧電源Ｖ１からの電力供給によって消費電力が発生するため、クランプ部からの電圧印加によって放電が発生する表示セルの割合が増えるほど消費電力も増加する。

そこで、本発明の実施の形態では、これらの関係に着目し、比較的消費電力の少ない低ＡＰＬの画像において、維持パルスの立ち上がりを短縮してピーク輝度を向上させる駆動を行う。

図８は、本発明の実施の形態１のプラズマディスプレイ装置において維持パルス発生回路５１が発生する維持パルスの輝度倍率および維持パルスの立ち上がり期間とＡＰＬとの関係、およびそのときのピーク輝度と消費電力の状態を示した図である。

本発明の実施の形態１では、図８（ａ）に示したように、ＡＰＬ１００％の画像を表示するときの維持パルスの輝度倍率を１倍としてＡＰＬ２０％以下の画像を表示するときの輝度倍率を５倍にし、ＡＰＬ１００％の画像表示からＡＰＬ２０％の画像表示に至るまで輝度倍率を１倍から５倍へと徐々に大きくしている。なお、本発明の実施の形態１においては、このときの輝度倍率１倍から５倍までを１２０段階に分けて行っている。また、このとき小数点以下の輝度倍率が発生するが、この小数点以下の輝度倍率は、例えば上述した特許文献３に記載の方法を用いることにより実現することができる。

そして、ＡＰＬ１００％の画像表示からＡＰＬ２０％の画像表示に至るまでの間の輝度倍率は、図８（ｂ）に示すように、ＡＰＬ１００％の画像表示からＡＰＬ２０％の画像表示に至るまでの間の消費電力が一定となるように行う。すなわち、ＡＰＬ５０％の画像を表示するときの輝度倍率を２倍とすることで、ＡＰＬ５０％の画像を表示するときの消費電力とＡＰＬ１００％の画像を表示するときの消費電力とを同等にし、同様に、ＡＰＬ３３％の画像を表示するときの輝度倍率を３倍、ＡＰＬ２５％の画像を表示するときの輝度倍率を４倍、ＡＰＬ２０％の画像を表示するときの輝度倍率を５倍として、それぞれの消費電力をＡＰＬ１００％の画像を表示するときの消費電力と同等にする。また、それらのＡＰＬの間の画像表示のときの輝度倍率を、それぞれＡＰＬ１００％の画像を表示するときの消費電力と同等となるように制御する。これにより、ＡＰＬ２０％の画像からＡＰＬ１００％の画像を表示するまでの消費電力を一定にすることができる。

なお、本発明の実施の形態１においては輝度倍率の最大値を５倍としているが、これは、維持パルスの周期と各サブフィールドにおける維持期間との関係においてその数値が最大値となっているからに過ぎず、なんら本発明の実施の形態１における輝度倍率の最大値をこの数値に限定するものではない。

そして、輝度倍率を１倍から５倍にすることで、ピーク輝度も輝度倍率に比例して大きくなる。すなわち、図８（ｄ）に示すように、ＡＰＬ１００％の画像を表示するとき、すなわち輝度倍率１倍のときのピーク輝度を１とすると、輝度倍率が３倍のときにはピーク輝度は３倍となり、輝度倍率が５倍のときにはピーク輝度も５倍となる。

また、本発明の実施の形態では、表示する画像のＡＰＬが低くなるにつれて輝度倍率を大きくしているが、これは、以下のような理由による。すなわち、ＡＰＬが高い画像は全体的に輝度値の高い画像となるため、仮に輝度倍率を大きくしてピーク輝度を上げても全体的に明るくなるだけで画像のダイナミックさはそれほど大きくは変わらない。また、ＡＰＬが高い画像でピーク輝度をさらに上げるとその分消費電力が増大するといった問題も生じる。一方、ＡＰＬが低い画像では、全体的に輝度値が低くかったり、また、全体的に輝度値が低い中に一部輝度値の高い領域が存在するような画像であることが多いため、ピーク輝度を上げることで暗い部分と明るい部分との輝度差をさらに大きくすることができ、よりダイナミックな迫力のある画像を表示することが可能となるからである。

一方、ＡＰＬ２０％以下では、輝度倍率が５倍に固定されているため、輝度倍率によるピーク輝度の倍率は５倍のままである。そこで、本発明の実施の形態１では、ＡＰＬ２０％以下の画像表示において、維持パルスの立ち上がり期間を短縮することにより表示セルにおける放電１回あたりの発光輝度を向上させ、さらにピーク輝度を上げる構成とする。

図８（ｃ）に示すように、本実施の形態では、ＡＰＬ４％以下の画像を表示するときには、維持パルスの立ち上がり期間を３００ｎｓｅｃとする。これにより、ピーク輝度を２０％向上させることができるので、輝度倍率を５倍にしたことによるピーク輝度のさらに２０％増し、すなわち輝度倍率６倍に相当するピーク輝度を実現することができる。

そして、ＡＰＬ５％から１０％の画像を表示するときには維持パルスの立ち上がり期間を３５０ｎｓｅｃ、ＡＰＬ１１％からＡＰＬ１５％においては４００ｎｓｅｃ、ＡＰＬ１６％からＡＰＬ２０％においては４５０ｎｓｅｃ、ＡＰＬ２０％以上においては５００ｎｓｅｃとしている。これにより、輝度倍率５倍のピーク輝度から輝度倍率６倍に相当するピーク輝度に至るまで段階的にピーク輝度を上げることができるので、ＡＰＬの変動によるピーク輝度の変化は滑らかになり、動画が不自然に表示されることを防止することができる。

なお、輝度倍率が５倍に固定されたＡＰＬ２０％以下の画像表示においては、表示される画像のＡＰＬに応じて消費電力は徐々に小さくなっていくため、維持パルス発生回路５１の駆動マージンに関しその分の余裕が生じる。また、ＡＰＬ２０％以下の画像の場合、全体的に画像の輝度値が小さく、また輝度値の高い領域があったとしてもそれが全体に占める割合は小さいため、ピーク輝度をさらに上げることによって発生する消費電力の増加は決して大きいものではなく、このことは実験によっても確かめられている。したがって、維持パルスの立ち上がり期間の短縮によってピーク輝度を上げるために必要となる電力の増加による、維持パルス発生回路５１の駆動マージンへの影響は非常に小さい。このように、所定のＡＰＬ以下、本実施の形態においてはＡＰＬ２０％以下の画像の表示において維持パルスの立ち上がり期間を短縮させることにより、消費電力への影響を抑えつつ、さらにダイナミックで迫力のある画像を表示することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態１においては維持パルス発生回路５１を例に挙げて説明を行ったが、維持パルス発生回路６１も同様の構成であり、同様の動作を行う。

以上述べたように、本発明の実施の形態１におけるプラズマディスプレイ装置においては、ＡＰＬ１００％から所定のＡＰＬ（例えば、ＡＰＬ２０％）までの画像を表示するときには消費電力が一定となるように輝度倍率を制御してピーク輝度を上げていくことで、よりダイナミックで迫力のある画像を表示し、所定のＡＰＬ（例えば、ＡＰＬ２０％）未満の画像を表示するときには、維持パルスの立ち上がり期間を段階的に短くしてさらにピーク輝度を上げていくことで、消費電力への影響を抑えた駆動を行うとともにピーク輝度の変化を滑らかにして動画が不自然に表示されることを防止し、さらにダイナミックで迫力のある画像を表示することができるようになる。

なお、本発明の実施の形態１では、維持パルスの立ち上がり期間を５０ｎｓｅｃ毎に短縮する構成を説明したが、これは単に一例を示したに過ぎず、例えば、２５ｎｓｅｃや１０ｎｓｅｃ等の５０ｎｓｅｃ以外の時間単位で維持パルスの立ち上がり期間を短縮する構成であってもかまわない。

また、本発明の実施の形態１においては、維持パルス波形の立ち上がりにおいて放電を発生さえる構成にもとづき説明を行ったが、維持パルス波形の立ち下がりにおいて放電を発生させる場合においても実施の形態と同様の構成とすることで、同様の効果を得ることができる。

また、本発明の実施の形態１において示した輝度倍率や立ち上がり期間等の各種の数値は単に一例を示したに過ぎず、ＰＤＰや回路の特性、あるいは製品仕様等に合わせて最適な値に設定することが望ましい。

本発明に係るプラズマディスプレイ装置は、維持期間の長さを変えることなくピーク輝度をさらに上げ、よりダイナミックで迫力のある画像を表示することができるので、プラズマディスプレイ装置として有用である。

ＰＤＰの構造を示す斜視図 ＰＤＰの電極配列図 ＰＤＰの各電極に印加する駆動電圧波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるプラズマディスプレイ装置の電気的構成を示すブロック図 同プラズマディスプレイ装置における走査電極駆動回路の維持パルス発生回路および維持電極駆動回路の維持パルス発生回路を示した回路図 同プラズマディスプレイ装置における維持パルス発生回路が発生する維持パルスの電圧波形とスイッチング素子の導通状態を示す図 同プラズマディスプレイ装置における維持パルス発生回路が発生する発光輝度を向上させた維持パルスの電圧波形とスイッチング素子の導通状態を示す図 同プラズマディスプレイ装置において維持パルス発生回路が発生する維持パルスの輝度倍率および維持パルスの立ち上がり期間とＡＰＬとの関係、およびそのときのピーク輝度と消費電力の状態を示した図

符号の説明

１ Ａ／Ｄコンバータ
２ 映像信号処理回路
３ サブフィールド処理回路
４ データ電極駆動回路
５ 走査電極駆動回路
６ 維持電極駆動回路
１０ プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）
２０ （ガラス製の）前面板
２１ ＡＰＬ検出回路
２２ 走査電極
２３ 維持電極
２４，３３ 誘電体層
２５ 保護層
３０ 背面板
３２ データ電極
３４ 隔壁
３５ 蛍光体層
５１，６１ 維持パルス発生回路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８ スイッチング素子
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｃ１，Ｃ２ 回収コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 逆流防止用ダイオード
Ｖ１，Ｖ２ 定電圧電源

Claims (1)

1. 表示電極対を構成する複数の走査電極および維持電極を有するプラズマディスプレイパネルと、前記走査電極に接続される走査電極駆動回路と、前記維持電極に接続される維持電極駆動回路とを備え、
   前記走査電極駆動回路および前記維持電極駆動回路は、１フィールドを構成する複数のサブフィールドの各維持期間において前記走査電極または前記維持電極に印加する維持パルスを発生させる維持パルス発生回路をそれぞれ有し、
   前記維持パルス発生回路は、前記プラズマディスプレイパネルの電極の容量性負荷に蓄積された電力をＬＣ共振によってコンデンサに回収しその回収した電力を前記プラズマディスプレイパネルの駆動に再利用する電力回収部と、前記プラズマディスプレイパネルの電極を電源電位にクランプする電源クランプスイッチおよび電極を接地電位にクランプする接地クランプスイッチを有するクランプ部とからなり、
   前記プラズマディスプレイパネルに表示する画像のＡＰＬが所定の値以上の時は、前記画像のＡＰＬが大きくなるにつれて前記維持パルスの立ち上がりにおける前記電力回収部による電力の供給期間を一定にしたまま輝度倍率を下げ、
   前記画像のＡＰＬが所定の値より低い時は、前記画像のＡＰＬが所定の値以上の時の輝度倍率より高い輝度倍率に固定したまま、前記画像のＡＰＬが小さくなるにつれて前記維持パルスの立ち上がりにおける前記電力回収部による電力の供給期間を段階的に短くするように構成したことを特徴とするプラズマディスプレイ装置。

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