JP5061528B2 - 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。

平面状に多数配列された画素を有する画像表示デバイスとして代表的なプラズマディスプレイパネル（以下、「パネル」と略記する）は、対向配置された前面基板と背面基板との間に画素として多数の放電セルが形成されている。前面基板は、１対の走査電極と維持電極とからなる表示電極対が前面ガラス基板上に互いに平行に複数対形成され、それら表示電極対を覆うように誘電体層および保護層が形成されている。背面基板は、背面ガラス基板上に複数の平行なデータ電極と、それらを覆うように誘電体層と、さらにその上にデータ電極と平行に複数の隔壁とがそれぞれ形成され、誘電体層の表面と隔壁の側面とに蛍光体層が形成されている。そして、表示電極対とデータ電極とが立体交差するように前面基板と背面基板とが対向配置されて密封され、内部の放電空間には放電ガスが封入されている。ここで表示電極対とデータ電極とが対向する部分に放電セルが形成される。このような構成のパネルにおいて、各放電セル内でガス放電により紫外線を発生させ、この紫外線でＲＧＢ各色の蛍光体を励起発光させてカラー表示を行っている。

パネルを駆動する方法としてはサブフィールド法が用いられている。これは、１フィールド期間を複数のサブフィールドに分割し、それぞれのサブフィールドで各放電セルを発光または非発光とすることにより画像表示を行う方法である。そして、サブフィールドのそれぞれは、初期化期間、書込み期間および維持期間を有する。初期化期間では、放電セルで初期化放電を行い、続く書込み動作のために必要な壁電荷を形成する。書込み期間では、走査電極に順次走査パルスを印加するとともに、データ電極には表示すべき画像信号に対応した書込みパルスを印加し、走査電極とデータ電極との間で選択的に書込み放電を起こし、選択的な壁電荷形成を行う。続く維持期間では、発光させるべき表示輝度に応じた所定の回数の維持パルスを走査電極と維持電極との間に印加し、書込み放電による壁電荷形成を行った放電セルを選択的に放電させ発光させる。なお、サブフィールド毎の表示輝度の比率を「輝度重み」と呼ぶ。

パネルを駆動する手段としては、走査電極を駆動するための走査電極駆動回路、維持電極を駆動するための維持電極駆動回路、データ電極を駆動するためのデータ電極駆動回路を備え、各電極の駆動回路はそれぞれの電極に必要な駆動波形を印加する。ここで、データ電極駆動回路側から見ると各データ電極は、隣接するデータ電極、走査電極および維持電極との合成容量をもつ容量性の負荷である。したがって各データ電極に駆動波形を印加するためにはこの容量を充放電しなければならない。データ電極駆動回路の消費電力は書込み放電に伴う放電だけでなく、むしろこのデータ電極のもつ容量の充放電に伴う消費電力の割合が大きい。そしてこの充放電電流は表示する画像信号に大きく依存している。例えばすべてのデータ電極に書込みパルスを印加しない場合には充放電電流は０となるので消費電力も最小となる。同様に、すべてのデータ電極に書込みパルスを印加する場合も充放電電流は０となるので消費電力も小さい。ところが、データ電極に書込みパルスをランダムに印加する場合には充放電電流は大きくなり、データ電極駆動回路の消費電力も大きなものとなる。

このようにデータ電極駆動回路の消費電力は画像信号に依存して大きく変動するため、データ電極駆動回路に電力を供給するデータ電極用電源は、データ電極駆動回路の消費電力が最大になった場合であっても正常な書込み動作ができるように十分大きい電力供給能力をもつように設計されてきた。しかしながらパネルの大画面化、高精細化が進むにつれて、消費電力の最大値が通常の画像表示時における消費電力に比べてはるかに大きくなり、そのような場合であっても電力を供給できるようにデータ電極用電源を設計するのは経済的ではなかった。そこで、消費電力の大きくなるような画像に対して、ある程度画像表示性能を犠牲にすることで消費電力を削減する駆動方法が提案されている。例えば特許文献１には、画像信号に基づいてデータ電極駆動回路の消費電力増加による温度上昇を予測し、データ電極駆動回路の温度上昇を抑制する画像信号に変換するプラズマディスプレイ装置が開示されている。
特開２００２−１４９１０９号公報

しかしながら、画像信号に基づいてデータ電極駆動回路の消費電力を正確に予測し、かつ所定の消費電力以下になるように制御するためには、リアルタイムで膨大な信号処理をしなければならず、画像信号処理部の回路規模が大きくなりすぎる等、実用的ではなかった。逆に回路規模があまり大きくならない範囲で消費電力を予測すると、予測の誤差を吸収する程度の余裕をもたせてデータ電極用電源を設計する必要があり、データ電極用電源をあまり小さくできないという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電力供給量を抑えたデータ電極用電源を用いて画像表示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。

本発明は、表示電極対とデータ電極との交差部に放電セルを形成したパネルを有し、画像信号の１フィールド期間を複数のサブフィールドに分割しサブフィールド毎に放電セルを発光または非発光させて画像を表示するプラズマディスプレイ装置であって、サブフィールド毎にデータ電極を駆動するデータ電極駆動回路と、データ電極駆動回路に電力を供給するデータ電極用電源と、画像信号をサブフィールド毎の放電セルの発光または非発光を示す画像データに変換する画像信号処理回路と、この画像信号処理回路からの画像データに基づきデータ電極駆動回路の消費電力を予測するとともに、その予測した予測値が予測しきい値を超えたとき、画像データをデータ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換する画像変換回路と、データ電極用電源の供給電力を検出する電力検出回路と、電力検出回路が検出した電力が電力しきい値を超えたとき所定のサブフィールドにおいてデータ電極駆動回路の動作を停止させる書込み制御回路とを備え、画像変換回路は、或る行の画像データである第１画像データが同じ列のすぐ下の行の画像データである第２画像データよりも大きいとき、第１画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータを、第２画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータに置き換えることにより、画像データをデータ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換することを特徴とする。この構成により、電力供給量を抑えたデータ電極用電源を用いて画像表示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。

また本発明のプラズマディスプレイ装置は、第１画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータを、第２画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータに置き換えることにより第１画像データで発生する誤差を、同じ列の２つ下の行の画像データに加算することが望ましい。

また本発明のプラズマディスプレイ装置の画像変換回路は、輝度重みの小さいサブフィールドの画像データから順にデータ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換し、書込み制御回路は、輝度重みの小さいサブフィールドの書込み期間から順にデータ電極駆動回路の動作を停止するように構成することが望ましい。

また本発明のプラズマディスプレイ装置の電力検出回路の検出応答速度は電力予測回路の予測応答速度より早いことが望ましい。これらの構成により画像表示品質を大きく損なうことのないプラズマディスプレイ装置を提供することができる。

本発明によれば、電力供給量を抑えたデータ電極用電源を用いて画像表示できるプラズマディスプレイ装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置について、図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に用いるパネルの要部を示す分解斜視図である。パネル１０は、ガラス製の前面基板２１と背面基板３１とを対向配置して、その間に放電空間を形成するように構成されている。前面基板２１上には表示電極対２８を構成する走査電極２２と維持電極２３とが互いに平行に対をなして複数形成されている。そして、走査電極２２および維持電極２３を覆うように誘電体層２４が形成され、誘電体層２４上には保護層２５が形成されている。また、背面基板３１上には複数のデータ電極３２が形成され、そのデータ電極３２を覆うように誘電体層３３が形成されている。誘電体層３３上には井桁状の隔壁３４が設けられている。また、誘電体層３３の表面および隔壁３４の側面に蛍光体層３５が設けられている。そして、走査電極２２および維持電極２３とデータ電極３２とが交差する方向に前面基板２１と背面基板３１とを対向配置しており、その間に形成される放電空間には、放電ガスとして、例えばネオンとキセノンの混合ガスが封入されている。なお、パネル１０の構造は上述したものに限られるわけではなく、例えばストライプ状の隔壁を備えたものであってもよい。

図２は本発明の実施の形態におけるパネル１０の電極配列図である。行方向に長いｎ本の走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎ（図１の走査電極２２）およびｎ本の維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎ（図１の維持電極２３）が配列され、列方向に長いｍ本のデータ電極Ｄ１〜Ｄｍ（図１のデータ電極３２）が配列されている。そして、１対の走査電極ＳＣｉおよび維持電極ＳＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）と１つのデータ電極Ｄｊ（ｊ＝１〜ｍ）とが交差した部分に放電セルが形成され、放電セルは放電空間内にｍ×ｎ個形成されている。

次に、パネル１０を駆動するための駆動電圧波形について説明する。本実施の形態においては、１フィールドを１０のサブフィールド（第１ＳＦ、第２ＳＦ、・・・、第１０ＳＦ）に分割し、各サブフィールドはそれぞれ（１、２、３、６、１１、１８、３０、４４、６０、８０）の輝度重みをもつものとして説明する。ここで、輝度重みの小さいサブフィールドを下位のサブフィールド、輝度重みの大きいサブフィールドを上位のサブフィールドと呼ぶ。このように本実施の形態においては、後に配置されたサブフィールドほど輝度重みの大きい上位のサブフィールドとなるように設定されている。ただし、本発明はサブフィールド数や各サブフィールドの輝度重みが上記の値に限定されるものではない。

図３は本発明の実施の形態におけるパネル１０の各電極に印加する駆動電圧波形を示す図である。

初期化期間では、まずその前半部において、データ電極Ｄ１〜Ｄｍおよび維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎを０（Ｖ）に保持し、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎに対して放電開始電圧以下となる電圧Ｖｉ１から放電開始電圧を超える電圧Ｖｉ２に向かって緩やかに上昇するランプ電圧を印加する。すると、すべての放電セルにおいて微弱な初期化放電を起こし、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎ、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎおよびデータ電極Ｄ１〜Ｄｍ上に壁電圧が蓄積される。ここで、電極上の壁電圧とは電極を覆う誘電体層上や蛍光体層上等に蓄積した壁電荷により生じる電圧を指す。

続いて初期化期間の後半部において、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎを電圧Ｖｅ１に保ち、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎに電圧Ｖｉ３から電圧Ｖｉ４に向かって緩やかに下降するランプ電圧を印加する。すると、すべての放電セルにおいて再び微弱な初期化放電を起こし、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎ、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎおよびデータ電極Ｄ１〜Ｄｍ上の壁電圧が書込み動作に適した値に調整される。

なお、１フィールドを構成するサブフィールドのうちいくつかのサブフィールドでは初期化期間の前半部を省略してもよく、その場合には、直前のサブフィールドで維持放電を行った放電セルに対して選択的に初期化動作が行われる。図３には、第１ＳＦの初期化期間では前半部および後半部を有する初期化動作、第２ＳＦ以降のサブフィールドの初期化期間では後半部のみを有する初期化動作を行う駆動波形を示した。

書込み期間では、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎに電圧Ｖｅ２を印加する。そしてデータ電極Ｄ１〜Ｄｍのうち１行目に発光すべき放電セルのデータ電極Ｄｋ（ｋ＝１〜ｍ）に書込みパルス電圧Ｖｄを印加するとともに、１行目の走査電極ＳＣ１に走査パルス電圧Ｖａを印加する。すると、データ電極Ｄｋと走査電極ＳＣ１との間および維持電極ＳＵ１と走査電極ＳＣ１との間に書込み放電が起こり、この放電セルの走査電極ＳＣ１上に正の壁電圧、維持電極ＳＵ１上に負の壁電圧が蓄積される。このようにして、１行目に発光すべき放電セルで書込み放電を起こして各電極上に壁電圧を蓄積する書込み動作が行われる。一方、書込みパルス電圧Ｖｄを印加しなかったデータ電極Ｄｈ（ｈ≠ｋ）と走査電極ＳＣ１との交差部では書込み放電は発生しない。以上の書込み動作をｎ行目の放電セルに至るまで順次行い、書込み期間が終了する。

なお、上記のように各データ電極Ｄ１〜Ｄｍを駆動しているのは後述するデータ電極駆動回路であるが、データ電極駆動回路から見ると各データ電極Ｄｊは容量性の負荷である。したがって書込み期間において、各データ電極に印加する電圧を接地電位０（Ｖ）から書込みパルス電圧Ｖｄへ、あるいは書込みパルス電圧Ｖｄから接地電位０（Ｖ）へ変化させる毎にこの容量を充放電しなければならない。そしてその充放電の回数が多いとデータ電極駆動回路の消費電力も多くなる。

続く維持期間では、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎを０（Ｖ）に戻し、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎに維持パルス電圧Ｖｓを印加する。このとき書込み放電を起こした放電セルにおいては、走査電極ＳＣｉ上と維持電極ＳＵｉ上との間の電圧は維持パルス電圧Ｖｓに走査電極ＳＣｉ上および維持電極ＳＵｉ上の壁電圧の大きさが加算されたものとなり放電開始電圧を超える。そして、走査電極ＳＣｉと維持電極ＳＵｉとの間に維持放電が起こり発光する。このとき走査電極ＳＣｉ上に負の壁電圧が蓄積され、維持電極ＳＵｉ上に正の壁電圧が蓄積される。続いて走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎを０（Ｖ）に戻し、維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎに維持パルス電圧Ｖｓを印加する。すると、維持放電を起こした放電セルでは、維持電極ＳＵｉ上と走査電極ＳＣｉ上との間の電圧が放電開始電圧を超えるので再び維持電極ＳＵｉと走査電極ＳＣｉとの間に維持放電が起こり、維持電極ＳＵｉ上に負の壁電圧が蓄積され走査電極ＳＣｉ上に正の壁電圧が蓄積される。以降同様に、走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎと維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎとに、輝度重みに比例した数の維持パルスを印加することにより、書込み期間において書込み放電を起こした放電セルでは維持放電が継続して行われる。なお、書込み期間において書込み放電を起こさなかった放電セルでは維持放電は発生せず、初期化期間の終了時における壁電圧が保持される。こうして維持期間における維持動作が終了する。

続く第２ＳＦ〜第１０ＳＦにおいても、初期化期間および書込み期間は第１ＳＦと同様であり、維持期間は維持パルス数を除いて第１ＳＦの維持期間と同様の維持動作を行う。このようにして、放電セルのそれぞれをサブフィールド毎に発光または非発光となるように制御して、各サブフィールドの輝度重みを組み合わせて画像表示を行っている。

図４は本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置１の回路ブロック図である。プラズマディスプレイ装置１は、パネル１０、画像信号処理回路５１、データ電極駆動回路５２、走査電極駆動回路５３、維持電極駆動回路５４、タイミング発生回路５５、データ電極用電源５７、電力検出回路５８、書込み制御回路５９、電力予測回路６１、画像変換回路６２を備えている。

タイミング発生回路５５は水平同期信号Ｈ、垂直同期信号Ｖを基にして各回路ブロックの動作を制御する各種のタイミング信号を発生し、それぞれの回路ブロックへ供給する。走査電極駆動回路５３はタイミング信号に基づいて図３に示した駆動電圧波形を各走査電極ＳＣ１〜ＳＣｎにそれぞれ印加し、維持電極駆動回路５４はタイミング信号に基づいて図３に示した駆動電圧波形を維持電極ＳＵ１〜ＳＵｎに印加する。

画像信号処理回路５１は、入力された画像信号ｓｉｇをサブフィールド毎の放電セルの発光または非発光を示す画像データに変換する。電力予測回路６１は、画像信号処理回路５１から出力されたサブフィールド毎の画像データに基づきデータ電極駆動回路５２の消費電力を予測する。画像変換回路６２は、電力予測回路６１の予測値に基づき、サブフィールド毎の画像データをデータ電極駆動回路５２の消費電力の小さい画像データに変換する。データ電極駆動回路５２はサブフィールド毎の画像データを各データ電極Ｄ１〜Ｄｍに対応する信号に変換し各データ電極Ｄ１〜Ｄｍを駆動する。

データ電極用電源５７はデータ電極駆動回路５２に必要な電力を供給する電源である。電力検出回路５８はデータ電極用電源５７の供給電力を検出する。書込み制御回路５９は電力検出回路５８の出力に基づき、サブフィールド毎のデータ電極駆動回路５２の書込み動作を制御する。

ここで、電力検出回路５８と書込み制御回路５９とデータ電極駆動回路５２とは、データ電極駆動回路５２の電力を削減するフィードバック型の制御手段を構成している。すなわち、電力検出回路５８がデータ電極用電源５７の供給電力を検出し、検出した電力が電力しきい値を超えたとき、データ電極駆動回路５２の書込み動作を輝度重みの小さい下位のサブフィールドから順に停止させる。この制御手段を以下、「第１の電力削減手段」と略記する。

また、電力予測回路６１と画像変換回路６２とはデータ電極駆動回路５２の電力を削減するフィードフォワード型の制御手段を構成している。すなわち、電力予測回路６１が画像データに基づきデータ電極駆動回路５２の電力を予測し、予測値が予測しきい値を超えたとき、画像変換回路６２は画像データをデータ電極駆動回路５２の消費電力の小さい画像データに変換する。この制御手段を以下、「第２の電力削減手段」と略記する。

このように本実施の形態においては、データ電極駆動回路５２の消費電力を削減する２つの制御手段、すなわち第１の電力削減手段および第２の電力削減手段を備えている。

２つの制御手段について説明する前に、まず、画像信号処理回路５１が、入力された画像信号ｓｉｇをサブフィールド毎の発光・非発光を示す画像データに変換する動作について説明する。説明を簡単にするために、赤、緑、青の画像信号を区別せずに単に画像信号と称し、画像信号は最小値が「０」、最大値が「２５５」のデジタル信号であると仮定する。図５は本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の画像信号とサブフィールド毎の画像データとの関係を示す図である。このように、入力した画像信号に対してどのサブフィールドで放電セルを発光させるかを示す関係を以下「コーディング」と略記する。図５において、最も左の列に示した数値は画像信号の値を示し、その右側には対応する輝度を表示する際に各サブフィールドで放電セルを発光させるか否かを示しており、「０」は非発光、「１」は発光を示している。例えば画像信号「１」が入力された場合には、輝度重み１をもつ第１ＳＦのみで放電セルを発光させて「１」の輝度を表示し、画像信号「７」が入力された場合には、輝度重み１の第１ＳＦと輝度重み６の第４ＳＦで放電セルを発光させて「７」の輝度を表示する。また、画像信号「１４」が入力された場合には、輝度重み１、２をもつ第１ＳＦ、第２ＳＦおよび輝度重み１１をもつ第５ＳＦで放電セルを発光させて輝度「１４」を表示する。なお、輝度「３」を表示する場合には、第１ＳＦおよび第２ＳＦで放電セルを発光させる方法と、第３ＳＦのみ発光させる方法とがあるが、このように複数のコーディングが可能である場合には、できるだけ輝度重みの小さいサブフィールドで点灯させるコーディングを選択する。すなわち、輝度「３」を表示する場合には第１ＳＦおよび第２ＳＦで放電セルを発光させる。なお、上述したような画像信号を画像データに変換する回路は、ＲＯＭ等を用いたデータ変換テーブルを用いて実現することができる。

次に、第１の電力削減手段についてその詳細を説明する。まずデータ用電極電源５７について説明する。図６は、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置のデータ電極用電源５７の回路図である。データ電極用電源５７は、スイッチング電源で構成されたＤＣ電源１００と、安定化回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ１１０とで構成されている。本実施の形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１１０は、スイッチング素子１１２、ダイオード１１４、インダクタ１１６、平滑コンデンサ１１８、制御部２００を備えた降圧チョッパ方式コンバータである。制御部２００は、発振回路２０２、フリップフロップ２０４を有し、フリップフロップ２０４は発振回路２０２から出力されるクロックに基づきスイッチング素子をオン／オフ制御するための信号を発生する。また制御部２００は、出力電圧検出部１２０の出力が一定になるようにスイッチング素子１１２の導通時間を制御するためのコンパレータ２０６を有している。さらに制御部２００は、スイッチング素子１１２を流れる電流を検出する電流検出回路１２２の出力に基づき、この電流が所定の値を超えるとスイッチング素子１１２の導通時間を制限するためのコンパレータ２０８およびＯＲゲート２１０を備えている。そしてこの電流制限はクロック周期毎に動作するいわゆるパルスバイパルス制御である。

そのため、消費電力が小さい間はデータ電極用電源５７の出力電圧は一定であるが、消費電力が大きくなると上述した電流制限が動作し始め、負荷に流れる電流が増加するにつれて出力電圧が低下する特性を示す。

図７（ａ）は、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置のデータ電極用電源５７の供給電流と出力電圧との関係を示す図である。本実施の形態におけるデータ電極用電源５７は、供給電流が２．２（Ａ）までは出力電圧は７２（Ｖ）でほぼ一定であるが、供給電流が２．２（Ａ）を超えると電流の増加とともに電圧が僅かに低下するように設計されている。そして供給電流が３．５（Ａ）を超えると電源の電力供給能力を超えて出力電圧が急激に低下する。

電力検出回路５８は、データ電極用電源５７の供給電力を検出する。電力検出回路５８はデータ電極用電源５７の供給電力そのものを検出して電力値を出力する構成としてもよいが、電圧値、電流値等、電力と相関のある値を検出する構成としてもよい。本実施の形態においては、出力電圧の低下を検出することで供給電力の増加を検出している。すなわち、データ電極用電源５７の出力電圧を電圧しきい値と比較し、データ電極用電源５７の出力電圧が電圧しきい値以上であるか、未満であるかを示す検出信号を出力する。図８は、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の電力検出回路５８の回路図である。電力検出回路５８は、データ電極用電源５７の出力電圧と第１電圧しきい値３０２とを比較するコンパレータ３０４、データ電極用電源５７の出力電圧と第２電圧しきい値３０６とを比較するコンパレータ３０８とを備えている。第１電圧しきい値３０２は、例えば６５（Ｖ）、第２電圧しきい値３０６は、例えば７０（Ｖ）である。図７（ｂ）は、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置のデータ電極用電源５７の供給電流と電力検出回路５８の検出信号との関係を示す図である。このようにデータ電極用電源５７の出力電圧が第２電圧しきい値３０６以下になると第２の検出信号は「Ｈ」となり、第１電圧しきい値３０２以下になると第１の検出信号も「Ｈ」となる。

書込み制御回路５９は、電力検出回路５８の検出信号に基づきデータ電極駆動回路５２を制御する。本実施の形態においては、第１の検出信号が「Ｌ」から「Ｈ」に変化する毎に輝度重みの小さい下位のサブフィールドの書込み期間から順にデータ電極駆動回路５２の書込み動作を停止するように制御し、第２の検出信号が「Ｈ」から「Ｌ」に変化する毎に、書込み動作を停止しているサブフィールドのうち輝度重みの大きいサブフィールドから順に動作停止を解除するように制御している。

例えば図５からわかるように、第１ＳＦでの書込み動作を停止すると、画像信号「１」に対して、その輝度は「０」となり、輝度「１」が表示できなくなる。同様に輝度「４」、「７」、「１０」、・・・等が表示できなくなる。しかし、第１ＳＦで書込み動作を行わないのでその分の消費電力を減少させることができる。第１ＳＦに加えて第２ＳＦでの書込み動作を停止させると、上記輝度に加えて、輝度「２」、「５」、「８」、・・・等も表示できなくなる。このように書込み動作を行わないサブフィールドを増やすと表示できる輝度の数は減るが、書込み動作のための消費電力を減少させることができる。

なお、上述したような書込み動作の停止は、サブフィールド毎の発光・非発光を示す画像データの対応するビットを「０」に固定することで実現してもよいが、本実施の形態においては、データ電極駆動回路５２に用いられているデータドライバＩＣのイネーブル端子を用いて制御している。

このように、第１の電力削減手段はデータ電極用電源５７の電力を直接に検出し、その電力が大きくなりデータ電極用電源５７の電力供給能力を上回りそうになったことを検出して、強制的にデータ電極駆動回路５２の電力を削減するものである。したがって、データ電極用電源５７の電力供給量にあまり余裕を持たせる必要がなく、供給電力を最小に抑えた電源設計が可能となる。しかし強制的にサブフィールドの書込み動作を停止させるので、画像によっては表示品質の低下が目立つ場合がある。

次に、第２の電力削減手段についてその詳細を説明する。電力予測回路６１は、サブフィールド毎の画像データに基づきデータ電極駆動回路５２の消費電力を予測する。上述したように、データ電極３２はデータ電極駆動回路５２から見ると容量性の負荷であるから、データ電極３２に印加する電圧が頻繁に変化すると、データ電極３２のもつ容量を充放電するための消費電力が大きくなる。例えば偶数番目の走査電極ＳＣｐ（ｐ＝偶数）をもつ放電セルでは書込みパルスを印加し奇数番目の走査電極ＳＣ（ｐ＋１）をもつ放電セルでは書込みパルスを印加しない場合には、対応するデータ電極Ｄｊには電圧Ｖｄと０（Ｖ）とを交互に印加することとなり消費電力が大きくなってしまう。加えて両隣のデータ電極Ｄ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ＋１）が逆位相で電圧Ｖｄと０（Ｖ）とを交互に印加する場合にはさらに消費電力が大きくなる。逆に、すべての放電セルに書込みパルスを印加しない場合には消費電力は最小となり、またすべての放電セルに書込みパルスを印加する場合も消費電力は小さい。通常の画像表示ではデータ電極駆動回路５２の消費電力は画像信号に応じて変動している。そしてデータ電極に印加する電圧の変化の回数が多いとデータ電極駆動回路５２の消費電力も多くなる。したがって、各データ電極に対して電圧の変化の回数を合計し、さらに各サブフィールドについてその総和を計算すると、データ電極駆動回路５２の消費電力と相関の高い値が得られる。

本発明においては以下のようにしてデータ電極駆動回路５２の消費電力を予測している。まず注目画素の画像データとその上下左右の画素の画像データとを比較する。そして上下の画素の画像データが注目画素の画像データと異なる場合にはそれぞれ予測値２を加算する。また、左右の画素の画像データが注目画素の画像データと異なる場合にはそれぞれ予測値１を加算する。図９は本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の電力予測回路６１の動作を説明するための図である。図９（ａ）の例では、注目画素の上の画素の画像データが注目画素の画像データと異なるので予測値「２」、さらに注目画素の左の画素の画像データが注目画素の画像データと異なるので予測値「１」となり、この注目画素の予測値の合計は「３」となる。また、図９（ｂ）に示した例では、注目画素に隣接する上下左右のすべての画素の画像データが注目画素の画像データと異なるので予測値は、「２」＋「２」＋「１」＋「１」＝「６」となる。このようにしてサブフィールド毎に全画素の予測値を求めてそれを合計し、さらにそのサブフィールド毎の予測値を１フィールド分合計する。こうして求めた値を電力予測値としてもよいが、本実施の形態においては、この値を時間的に平均化するために、１フィールド分の合計をさらに複数フィールド分累積加算したものを電力予測値として用いている。そのため電力予測回路６１の応答速度は電力検出回路５８の応答速度よりも遅い。

画像変換回路６２は、電力予測値が所定の予測しきい値を超えた場合に、画像データをデータ電極駆動回路５２の消費電力が小さくなる画像データに変換する。図１０は本実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の画像変換回路６２の構成を示す回路ブロック図である。画像変換回路６２は、加算回路６２１、遅延回路６２２、６２３、比較回路６２４、下位サブフィールドデータ変換回路（以下、「下位ＳＦ変換回路」と略記する）６２５を有する。

加算回路６２１は、下位ＳＦ変換回路６２５から出力される誤差データを画像データに加算する。遅延回路６２２は画像データを１Ｈ（１水平走査期間）の時間だけ遅延して１Ｈ遅れた画像データを出力する。遅延回路６２３は１Ｈ遅れた画像データをさらに１Ｈの時間だけ遅延して２Ｈ遅れた画像データを出力する。

下位ＳＦ変換回路６２５は、２Ｈ遅れた画像データを１Ｈ遅れた画像データと比較し、２Ｈ遅れた画像データが１Ｈ遅れた画像データよりも所定のしきい値以上大きいとき、２Ｈ遅れた画像データの下位サブフィールドのデータを１Ｈ遅れた画像データの下位サブフィールドのデータに置き換える。このとき、置き換える前の画像データと置き換えた後の画像データとの差を誤差データとして加算回路６２１に出力する。また、データを置き換える下位サブフィールドの数は比較回路６２４の出力に依存して制御する。

比較回路６２４は電力予測値を複数の予測しきい値と比較して、下位ＳＦ変換回路６２５で画像データの置き換えを行う下位サブフィールドの数を決定する。例えば電力予測値が最も小さい予測しきい値未満の場合には画像データの置き換えは行わない。電力予測値が最も小さい予測しきい値以上の場合にはデータの置き換えを行う下位サブフィールドの数は「１」、すなわち第１ＳＦで置き換えを行う。また電力予測値が、最も小さい予測しきい値の次に小さい予測しきい値以上の場合にはデータの置き換えを行う下位サブフィールドの数は「２」、すなわち第１ＳＦおよび第２ＳＦで置き換えを行う。以下、電力予測値が大きくなるにつれてデータの置き換えを行う下位サブフィールドの数を増やしてゆく。

図１１および図１２は、本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の画像変換回路６２の動作を説明するための模式図であり、画像信号ｓｉｇの一例を示している。図１１（ａ）の数値は各画素の輝度を示しており、輝度が「２」と「１０」との市松模様のパターンを含む画像である。このとき図５に示したコーディング表を参照すると、第１ＳＦに対する画像データは図１１（ｂ）、第２ＳＦに対する画像データは図１１（ｃ）、第３ＳＦに対する画像データは図１１（ｄ）、第４ＳＦに対する画像データは図１１（ｅ）となることがわかる。すると、第１ＳＦ〜第４ＳＦの書込みパターンも市松模様となり、このまま書込み動作を行うとデータ電極駆動回路５２の消費電力が大きくなってしまう。しかし本実施の形態においては、画像変換回路６２が、画像データをデータ電極駆動回路５２の消費電力が小さくなる画像データに変換する。動作の説明のために、図１１に示した画素を上から１行目、２行目、・・・と呼び、左から１列目、２列目、・・・と呼ぶ。またデータの置き換えを行う下位サブフィールドの数が２であると仮定しておく。以下に１列目の動作について説明する。

まず、下位ＳＦ変換回路６２５は、１行目の画像データ「２」を２行目の画像データ「１０」と比較する。すると１行目の画像データのほうが小さいので１行目の画像データ「２」をそのまま出力する。次に、２行目の画像データ「１０」を３行目の画像データ「２」と比較する。すると３行目の画像データのほうが小さいので２行目の画像データ「１０」の第１ＳＦと第２ＳＦのデータのそれぞれを３行目の画像データ「２」の第１ＳＦと第２ＳＦのデータのそれぞれに置き換える。その結果、２行目の画像データ「１０」は「１１」に置き換わる。この置き換えにより誤差「−１」が発生するが、この誤差は加算回路６２１によって４行目の画像データ「１０」に加算される。すなわち４行目の画像データは「９」になる。次に下位ＳＦ変換回路６２５は、３行目の画像データ「２」を４行目の画像データ「９」と比較する。すると３行目の画像データのほうが小さいので３行目の画像データ「２」をそのまま出力する。次に、４行目の画像データ「９」を５行目の画像データ「２」と比較する。すると５行目の画像データのほうが小さいので４行目の画像データ「９」の第１ＳＦと第２ＳＦのデータのそれぞれを３行目の画像データ「２」の第１ＳＦと第２ＳＦのデータのそれぞれに置き換える。その結果、２行目の画像データ「９」は「８」に置き換わる。この置き換えにより誤差「−１」が発生するが、この誤差は加算回路６２１によって６行目の画像データに加算される。

このような動作をすべての画素に対して行うことにより、画像変換回路６２は、図１１（ａ）に示した画像データを図１２（ａ）に示した画像データに変換する。そして第１ＳＦ、第２ＳＦ、第３ＳＦ、第４ＳＦに対する画像データはそれぞれ図１２（ｂ）、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）、図１２（ｅ）となり、データ電極駆動回路５２の消費電力の小さい画像データに変換されたことがわかる。

加えて画像変換回路６２は、変換に伴う誤差を下側の行の画像データに加算するので、変換した領域での輝度の平均値を保つことができる。また上述の説明では、下位ＳＦ変換回路６２５は、１Ｈ遅れた画像データと２Ｈ遅れた画像データとの差にかかわらず下位サブフィールドのデータの置き換えを行うものとして説明した。しかし、１Ｈ遅れた画像データと２Ｈ遅れた画像データとの差が大きい領域でのみデータの置き換えを行うようにすると、このような領域ではデータの置き換えが視覚的に認識されにくいので、画像表示品質を大きく損なうことがない。

比較回路６２４は、本実施の形態においては８つの予測しきい値をもち、第１の予測しきい値を超えると上述した下位サブフィールドの数として「１」出力し、第２の予測しきい値を超えると下位サブフィールドの数として「２」出力し、以下同様に、第ｎの予測しきい値を超えると下位サブフィールドの数として「ｎ」出力する。

このように、第２の電力削減手段はデータ電極駆動回路５２の消費電力を予測し、画像データを消費電力の小さい画像データに変換する。電力予測回路６１により求められた電力予測値は実際の電力を正確に表すものではないが、比較的簡単な方法により、データ電極駆動回路５２の電力を削減することができる。また、画像変換回路６２は画像表示品質をできるだけ損なわないように画像データを変換する。

次に第１の電力削減手段および第２の電力削減手段の詳細な動作について説明する。図１３および図１４は本発明の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の動作の一例を示す図であり、図１３はデータ電極駆動回路５２の消費電力がゆっくりと変化した場合のデータ電極用電源５７の供給電力および出力電圧の変化の一例を示す図である。画像信号ｓｉｇが変化して電力予測回路６１の予測値が増加して第１の予測しきい値を超えると、画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦを置き換え、データ電極駆動回路５２の消費電力が減少する（図１３の時刻ｔ１１）。さらに画像信号ｓｉｇが変化して電力予測回路６１の予測値が増加して第２の予測しきい値を超えると、画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦおよび第２ＳＦを置き換え、データ電極駆動回路５２の消費電力がさらに減少する（図１３の時刻ｔ１２）。このようにデータ電極駆動回路５２の消費電力がゆっくりと変化する場合には第２の電力削減手段が作動して、データ電極駆動回路５２の消費電力を抑制する。しかし画像変換回路６２の消費電力削減効果があまり大きくなく、データ電極駆動回路５２の消費電力がさらに増加し、データ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値未満になったことを電力検出回路５８が検出すると、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の第１ＳＦの書込み動作を停止させる（図１３の時刻ｔ１３）。

第２の電力削減手段は第１の電力削減手段の動作に依存せずに動作するので、図１３に示すように、さらに画像信号ｓｉｇが変化して電力予測回路６１の予測値が増加し第３の予測しきい値を超えると、画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦ、第２ＳＦに加えて第３ＳＦも置き換え、データ電極駆動回路５２の消費電力が減少する（図１３の時刻ｔ１４）。逆に、データ電極駆動回路５２の消費電力が減少して、データ電極用電源５７の出力電圧が第２電圧しきい値以上になったことを電力検出回路５８が検出すると、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の第１ＳＦの書込み禁止を解除する（図１３の時刻ｔ１５）。さらに、画像信号ｓｉｇが変化して電力予測回路６１の予測値が減少し第３の予測しきい値を下回ると、画像変換回路６２は画像データの置き換えを第１ＳＦおよび第２ＳＦのみに戻す（図１３の時刻ｔ１６）。

このようにデータ電極駆動回路５２の消費電力がゆっくりと変化する場合には第２の電力削減手段が作動して、データ電極駆動回路５２の消費電力を抑制する。そしてデータ電極用電源５７の供給電力を超えてデータ電極駆動回路５２の消費電力が増加するおそれのある場合には、第１の電力削減手段が作動して強制的に、データ電極駆動回路５２の消費電力を低下させる。

一方、データ電極駆動回路５２の消費電力が急に増加した場合には、図１４に示すように、データ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値未満になったことを電力検出回路５８が検出する。すると、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の第１ＳＦにおける書込み動作を停止させる。するとデータ電極駆動回路５２の消費電力が減少するため、データ電極用電源５７の出力電圧が上昇する。しかしデータ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値以上に戻らない場合には、書込み制御回路５９は第１ＳＦに加えて第２ＳＦにおいても書込み動作を停止させる。このようにデータ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値未満になったことを電力検出回路５８が検出すると第１の電力削減手段が動作して、速やかにデータ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値以上になるまで輝度重みの小さいサブフィールドから順にデータ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させる（図１４の時刻ｔ２１）。

その後、第１の電力削減手段の動作とは独立に、少し遅れて第２の電力削減手段が動作を始める。すなわち、電力予測回路６１の予測値が第１の予測しきい値を超え、画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦを置き換えてデータ電極駆動回路５２の消費電力が減少する（図１４の時刻ｔ２２）。このときデータ電極用電源５７の出力電圧が第２電圧しきい値以上になったとすると、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の第２ＳＦの書込み禁止を解除する（図１４の時刻ｔ２３）。

電力予測回路６１は第１の電力削減手段の動作と関係なく動作し、予測値が第２の予測しきい値を超える。すると画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦおよび第２ＳＦを置き換え、データ電極駆動回路の消費電力が減少する（図１４の時刻ｔ２４）。このときデータ電極用電源５７の出力電圧が第２電圧しきい値以上になったとすると、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の第１ＳＦの書込み禁止も解除する（図１４の時刻ｔ２５）。

さらに電力予測回路６１の予測値は画像信号ｓｉｇに対応する値まで増加し、第３の予測しきい値を超えると、画像変換回路６２は画像データの第１ＳＦ、第２ＳＦおよび第３ＳＦを置き換え、データ電極駆動回路５２の消費電力が減少する（図１４の時刻ｔ２６）。

本実施の形態における電力検出回路５８の検出応答速度は電力予測回路６１の予測応答速度より早いので、このようにデータ電極駆動回路５２の消費電力が急激に増加した場合には、まず第１の電力削減手段が速やかに作動し、データ電極用電源５７の出力電圧が第１電圧しきい値以上になるまで輝度重みの小さいサブフィールドから順にデータ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させる。そして、第２の電力削減手段が作動して画像信号処理回路５１がデータ電極駆動回路５２の消費電力の小さい画像信号に変換する。それとともに、第１の電力削減手段はデータ電極駆動回路５２の書込み動作を再開するように動作する。

このように本実施の形態においては、第１の電力削減手段および第２の電力削減手段を用いてデータ電極駆動回路５２の消費電力を抑制することにより、画像表示品質を大きく損なうことなく、データ電極用電源５７の電力供給量を抑えた設計を可能としている。

なお、本実施の形態においては、フィードバック型の制御である第１の電力削減手段を安定して動作させるために、電力検出回路５８に２つの電圧しきい値を用いてヒステリシス特性を持たせた。しかし本発明はこれに限定するものではない。例えば、電力検出回路５８が１つの電圧しきい値しか持たない構成であっても、２つの電力削減手段の動作を関連付けることにより、安定した電力削減を行うことが可能である。

図１５はこのような本発明の他の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の動作の一例を示す図である。電力検出回路５８はデータ電極用電源５７の出力電圧と電圧しきい値とを比較し出力電圧が電圧しきい値よりも低くなったときには、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させるサブフィールドの数を増加させる。するとデータ電極駆動回路５２の消費電力が減少してデータ電極用電源５７の出力電圧が上昇するが、このときの電圧が電圧しきい値よりも高くなると書込み制御回路５９は書込み動作を停止させるサブフィールドの数を減少させる。すると再びデータ電極駆動回路５２の消費電力が増加してデータ電極用電源５７の出力電圧が電圧しきい値よりも低くなり、書込み制御回路５９はデータ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させるサブフィールドの数を増加させる。図１５に示したように、データ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させるサブフィールドの数が増減を繰り返した場合には、書込み制御回路５９は、一旦、書込み動作を停止させるサブフィールドの数を減少させないように制御する。そして、データ電極用電源５７の出力電圧が電圧しきい値よりも高く、かつ、電力予測回路６１の予測値が所定の値以上減少した場合に書込み動作を停止させるサブフィールドの数を減少させることにより、電力削減手段を安定して動作させることができる。

データ電極駆動回路５２の書込み動作を停止させるサブフィールドの数の増減は、専用の回路を設けなくともマイコン等を用いて電力検出回路５８の出力を監視することで可能である。そしてその結果および電力予測回路６１の出力を書込み制御回路５９へ供給することにより、上述の制御が可能となる。

なお、本実施の形態においては、データ電極用電源がパルスバイパルス制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータであるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また供給電力の増加に伴い出力電圧が低下する特性をもつ電源であれば、電圧を検出することにより供給電力を知ることができる。

また、本実施の形態において用いた具体的な各数値は、単に一例を挙げたに過ぎず、パネルの特性やプラズマディスプレイ装置の仕様等に合わせて、適宜最適な値に設定することが望ましい。

本発明のプラズマディスプレイ装置は、電力供給量を抑えたデータ電極用電源を用いて画像表示できるので、壁掛けテレビや大型モニターに用いられるディスプレイ装置等として有用である。

本発明の実施の形態に用いるパネルの要部を示す分解斜視図 同パネルの電極配列図 同パネル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におけるプラズマディスプレイ装置の回路ブロック図 同プラズマディスプレイ装置の画像信号とサブフィールド毎の画像データとの関係を示す図 同プラズマディスプレイ装置のデータ電極用電源の回路図 同プラズマディスプレイ装置のデータ電極用電源の供給電流と出力電圧および電力検出回路の出力信号との関係を示す図 同プラズマディスプレイ装置の電力検出回路の回路図 同プラズマディスプレイ装置の電力予測回路の動作を説明するための図 同プラズマディスプレイ装置の画像変換回路の構成を示す回路ブロック図 同プラズマディスプレイ装置の画像変換回路の動作を説明するための模式図 同プラズマディスプレイ装置の画像変換回路の動作を説明するための模式図 同プラズマディスプレイ装置の動作の一例を示す図 同プラズマディスプレイ装置の動作の一例を示す図 本発明の他の実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の動作の一例を示す図

符号の説明

１ プラズマディスプレイ装置
１０ パネル
２２ 走査電極
２３ 維持電極
２８ 表示電極対
３２ データ電極
５１ 画像信号処理回路
５２ データ電極駆動回路
５３ 走査電極駆動回路
５４ 維持電極駆動回路
５５ タイミング発生回路
５７ データ電極用電源
５８ 電力検出回路
５９ 書込み制御回路
６１ 電力予測回路
６２ 画像変換回路
１００ ＤＣ電源
１１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１２ スイッチング素子
１１４ ダイオード
１１６ インダクタ
１１８ 平滑コンデンサ
１２０ 出力電圧検出部
１２２ 電流検出回路
２００ 制御部
３０２ 第１電圧しきい値
３０４，３０８ コンパレータ
３０６ 第２電圧しきい値
６２１ 加算回路
６２２，６２３ 遅延回路
６２４ 比較回路
６２５ 下位ＳＦ変換回路

Claims (4)

1. 表示電極対とデータ電極との交差部に放電セルを形成したプラズマディスプレイパネルを有し、画像信号の１フィールド期間を複数のサブフィールドに分割しサブフィールド毎に前記放電セルを発光または非発光させて画像を表示するプラズマディスプレイ装置であって、
   前記サブフィールド毎に前記データ電極を駆動するデータ電極駆動回路と、
   前記データ電極駆動回路に電力を供給するデータ電極用電源と、
   画像信号をサブフィールド毎の放電セルの発光または非発光を示す画像データに変換する画像信号処理回路と、
   この画像信号処理回路からの画像データに基づき前記データ電極駆動回路の消費電力を予測するとともに、その予測した予測値が予測しきい値を超えたとき、前記画像データを前記データ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換する画像変換回路と、
   前記データ電極用電源の供給電力を検出する電力検出回路と、
   前記電力検出回路が検出した電力が電力しきい値を超えたとき所定のサブフィールドにおいて前記データ電極駆動回路の動作を停止させる書込み制御回路とを備え、
   前記画像変換回路は、或る行の画像データである第１画像データが同じ列のすぐ下の行の画像データである第２画像データよりも大きいとき、前記第１画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータを、前記第２画像データの前記輝度重みの小さいサブフィールドのデータに置き換えることにより、前記画像データを前記データ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
2. 前記第１画像データの輝度重みの小さいサブフィールドのデータを、前記第２画像データの前記輝度重みの小さいサブフィールドのデータに置き換えることにより前記第１画像データで発生する誤差を、同じ列の２つ下の行の画像データに加算することを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイ装置。
3. 前記画像変換回路は、輝度重みの小さいサブフィールドの画像データから順に、データ電極駆動回路の消費電力の小さい画像データに変換し、
   前記書込み制御回路は、輝度重みの小さいサブフィールドの書込み期間から順に、データ電極駆動回路の動作を停止するように構成した請求項１に記載のプラズマディスプレイ装置。
4. 前記電力検出回路の検出応答速度は前記電力予測回路の予測応答速度より早いことを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイ装置。

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