JP5177139B2 - プラズマディスプレイ装置およびプラズマディスプレイパネルの駆動方法 - Google Patents

プラズマディスプレイ装置およびプラズマディスプレイパネルの駆動方法 Download PDF

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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およびプラズマディスプレイパネルの駆動方法に関する。
プラズマディスプレイパネル(以下、「パネル」と略記する)として代表的な交流面放電型パネルは、対向配置された前面板と背面板との間に多数の放電セルが形成されている。前面板は、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板と背面板とが対向配置されて密封され、内部の放電空間には、例えば分圧比で5%のキセノンを含む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、この紫外線で赤色(R)、緑色(G)および青色(B)の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、すなわち、1フィールドを複数のサブフィールドに分割した上で、発光させるサブフィールドの組み合わせによって階調表示を行う方法が一般に用いられている。
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を有する。初期化期間では初期化放電を発生し、続く書込み動作に必要な壁電荷を各電極上に形成するとともに、書込み放電を安定して発生させるためのプライミング粒子(書込み放電を発生させるための励起粒子)を発生させる。
書込み期間では、表示を行うべき放電セルに選択的に書込みパルス電圧を印加して書込み放電を発生させ壁電荷を形成する(以下、この動作を「書込み」とも記す)。そして維持期間では、走査電極と維持電極とからなる表示電極対に交互に維持パルス電圧を印加し、書込み放電を起こした放電セルで維持放電を発生させ、対応する放電セルの蛍光体層を発光させることにより画像表示を行う。
このサブフィールド法では、例えば、複数のサブフィールドのうち、1つのサブフィールドの初期化期間においては全ての放電セルを放電させる全セル初期化動作を行い、他のサブフィールドの初期化期間においては維持放電を行った放電セルに対して選択的に初期化放電を行う選択初期化動作を行うことで、階調表示に関係しない発光を極力減らしコントラスト比を向上することが可能である。
また、表示電極対に維持パルスを印加する回路として、消費電力を削減することができるいわゆる電力回収回路が一般的に用いられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、表示電極対のそれぞれが表示電極対の電極間容量を持つ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を用いてそのインダクタと電極間容量とをLC共振させ、電極間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、回収した電力を表示電極対の駆動に再利用する電力回収回路が開示されている。
一方、近年のパネルの大画面化、高精細度化にともない、パネルの発光効率を向上し、輝度を向上する様々な取り組みがなされている。例えば、キセノン分圧を高めることにより発光効率を大幅に高める検討が進められている。しかしキセノン分圧を高めると放電の発生するタイミングのばらつきが大きくなり、放電セル毎の発光強度にばらつきを生じて表示輝度が不均一になることがある。この輝度の不均一を改善するために、例えば維持期間において複数回に1回の割合で立ち上がり期間を短くして立ち上がりを急峻にした維持パルスを挿入して維持放電のタイミングを揃え、表示輝度を均一化する駆動方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、維持期間において、最初に印加される維持パルスを含む第1群に属する維持パルスについて、電力回収回路からクランプ回路への切換えタイミングを、他の群に属する維持パルスよりも遅らせることで、放電セル毎の発光強度のばらつきを抑えて表示品質の向上を図る技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
近年では、パネルの大画面化、高輝度化が進み、パネルにおける消費電力が増大する傾向にある。また、近年におけるパネルの高精細化は、駆動しなければならない電極数が増加することから消費電力をさらに増大させる一因となっている。これらのことから、消費電力の更なる削減が望まれている。
一方、大画面化、高精細化されたパネルではパネル駆動時の負荷が増大するため放電が不安定になりやすく、そのため、安定した維持放電を発生させることはますます重要になっている。
例えば、上述した特許文献2に開示されている技術では、立ち上がりを急峻にした維持パルスにより、放電セル毎の発光強度のばらつきを抑え安定した維持放電を発生させることができる。しかしながら、電力回収回路における回収効率が下がるため消費電力を削減することは難しい。
また、上述した特許文献3に開示されている技術では、電力回収回路からクランプ回路への切換えタイミングを他の群に属する維持パルスよりも遅らせて立ち上がりを緩やかにした維持パルスにより、放電セル毎の発光強度のばらつきを抑えるとともに電力回収回路における回収効率を上げて消費電力を削減する効果を得ることができる。しかしながら、立ち上がりを緩やかにした維持パルスは、上述した立ち上がりを急峻にした維持パルスと比較して放電強度が弱く、放電セル内に十分な壁電荷を形成しにくい。そして、特許文献3に開示されている技術ではこの維持パルスを連続して発生しているため、維持放電が発生しにくくなるといった問題が発生する。
特公平7−109542号公報 特開2005−338120号公報 特開2006−146035号公報
本発明のプラズマディスプレイ装置は、初期化期間と書込み期間と維持期間とを有するサブフィールドを1フィールド内に複数設け、サブフィールド毎に輝度重みを設定して階調表示するサブフィールド法で駆動し、走査電極と維持電極とからなる表示電極対を有する放電セルを複数備えたパネルと、表示電極対の電極間容量とインダクタとを共振させて維持パルスの立ち上がりまたは立ち下がりを行う電力回収回路と維持パルスの電圧を所定の電圧にクランプするクランプ回路とを有し、維持期間において輝度重みに応じた回数の維持パルスを表示電極対に交互に印加する維持パルス発生回路とを備え、維持パルス発生回路は、基準となる第1の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの少なくとも3種類の維持パルスを、第2の維持パルスが連続しないように発生することを特徴とする。
これにより、大画面化、高輝度化、高精細化されたパネルにおいても、消費電力を削減しつつ維持放電を安定に発生させ、パネルの画像表示品質を向上することができる。
本発明の実施の形態1におけるパネルの構造を示す分解斜視図 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回路ブロック図 本発明の実施の形態1における維持パルス発生回路の回路図 同維持パルス発生回路の動作を説明するためのタイミングチャート 本発明の実施の形態1における第1の維持パルスの概略波形図 本発明の実施の形態1における第2の維持パルスの概略波形図 本発明の実施の形態1における第3の維持パルスの概略波形図 本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と放電のばらつきとの関係を示す波形図 本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と放電のばらつきとの関係を示す波形図 本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と放電のばらつきとの関係を示す波形図 本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と発光効率との関係を示す特性図 同「立ち上がり期間」と無効電力との関係を示す特性図 同「立ち上がり期間」と維持パルス電圧Vsとの関係を示す特性図 本発明の実施の形態1における3種類の維持パルスの発生の一例を示す概略波形図 同3種類の維持パルスの発生の他の一例を示す概略波形図 全セル点灯率が等しくかつ点灯セルの分布が異なる図柄を説明するための概略図 本発明の実施の形態2におけるプラズマディスプレイ装置の回路構成の一例を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態2における部分点灯率を検出する領域の一例を示す概略図 本発明の実施の形態2における全セル点灯率および部分点灯率の最大値に応じた各維持パルスの発生の一例を示す図
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1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるパネル10の構造を示す分解斜視図である。ガラス製の前面板21上には、走査電極22と維持電極23とからなる表示電極対24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25が形成され、その誘電体層25上に保護層26が形成されている。
また、保護層26は、放電セルにおける放電開始電圧を下げるために、パネルの材料として使用実績があり、ネオン(Ne)およびキセノン(Xe)ガスを封入した場合に2次電子放出係数が大きく耐久性に優れたMgOを主成分とする材料から形成されている。
背面板31上にはデータ電極32が複数形成され、データ電極32を覆うように誘電体層33が形成され、さらにその上に井桁状の隔壁34が形成されている。そして、隔壁34の側面および誘電体層33上には赤色(R)、緑色(G)および青色(B)の各色に発光する蛍光体層35が設けられている。
これら前面板21と背面板31とは、微小な放電空間を挟んで表示電極対24とデータ電極32とが交差するように対向配置され、その外周部を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、内部の放電空間には、ネオンとキセノンの混合ガスが放電ガスとして封入されている。なお、本実施の形態では、発光効率を向上するためにキセノン分圧を約10%とした放電ガスを用いている。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、表示電極対24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ている。そしてこれらの放電セルが放電、発光することにより画像が表示される。
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。また、放電ガスの混合比率も上述した数値に限られるわけではなく、その他の混合比率であってもよい。
図2は、本発明の実施の形態1におけるパネル10の電極配列図である。パネル10には、行方向に長いn本の走査電極SC1〜走査電極SCn(図1の走査電極22)およびn本の維持電極SU1〜維持電極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〜データ電極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(i=1〜n)および維持電極SUi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。そして、m×n個の放電セルが形成された領域がパネル10の表示領域となる。
次に、パネル10を駆動するための駆動電圧波形とその動作の概要について説明する。本実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置は、サブフィールド法、すなわち1フィールドを複数のサブフィールドに分割し、サブフィールド毎に各放電セルの発光・非発光を制御することによって階調表示を行う。それぞれのサブフィールドは、初期化期間、書込み期間および維持期間を有する。
各サブフィールドにおいて、初期化期間では初期化放電を発生し、続く書込み放電に必要な壁電荷を各電極上に形成する。加えて、放電遅れを小さくし書込み放電を安定して発生させるためのプライミング粒子(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。このときの初期化動作には、全ての放電セルで初期化放電を発生させる全セル初期化動作と、直前のサブフィールドで維持放電を行った放電セルだけで選択的に初期化放電を発生させる選択初期化動作とがある。
書込み期間では、後に続く維持期間において発光させるべき放電セルで選択的に書込み放電を発生し壁電荷を形成する。そして維持期間では、輝度重みに比例した数の維持パルスを表示電極対24に交互に印加して、書込み放電を発生した放電セルで維持放電を発生させて発光させる。このときの比例定数を「輝度倍率」と呼ぶ。
本実施の形態では、1フィールドを10のサブフィールド(第1SF、第2SF、・・・、第10SF)で構成し、各サブフィールドはそれぞれ、例えば(1、2、3、6、11、18、30、44、60、80)の輝度重みを持つものとする。そして、第1SFの初期化期間では全セル初期化動作を行い、第2SF〜第10SFの初期化期間では選択初期化動作を行うものとする。これにより、画像の表示に関係のない発光は第1SFにおける全セル初期化動作の放電にともなう発光のみとなり、維持放電を発生させない黒表示領域の輝度である黒輝度は全セル初期化動作における微弱発光だけとなって、コントラストの高い画像表示が可能となる。また、各サブフィールドの維持期間においては、それぞれのサブフィールドの輝度重みに所定の輝度倍率を乗じた数の維持パルスを表示電極対24のそれぞれに印加する。
しかし、本実施の形態は、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く、また、画像信号等にもとづいてサブフィールド構成を切換える構成であってもよい。
なお、本実施の形態では、維持パルスを立ち上げるために後述する電力回収回路を動作させる期間(以下、「立ち上がり期間」と呼称する)の長さを切換えて維持パルスを発生している。具体的には、維持期間において、基準となる第1の維持パルスと、第1の維持パルスよりも「立ち上がり期間」を長くして立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、第1の維持パルスよりも「立ち上がり期間」を短くして立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの3種類の維持パルスを、第2の維持パルスが連続しないように切換えて発生する構成としている。これにより、パネル10における消費電力を削減しつつ、維持放電を安定化して各放電セルの表示輝度を均一化し、パネル10における画像表示品質を向上している。
以下、まず駆動電圧波形の概要および駆動回路の構成について説明し、続いて維持期間における動作の詳細について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1におけるパネル10の各電極に印加する駆動電圧波形図である。図3には、2つのサブフィールドの駆動電圧波形、すなわち全セル初期化動作を行うサブフィールド(以下、「全セル初期化サブフィールド」と呼称する)の第1サブフィールド(第1SF)と、選択初期化動作を行うサブフィールド(以下、「選択初期化サブフィールド」と呼称する)の第2サブフィールド(第2SF)とを示しているが、他のサブフィールドにおける駆動電圧波形もほぼ同様である。また、以下における走査電極SCi、維持電極SUi、データ電極Dkは、各電極の中から画像データにもとづき選択された電極を表す。
まず、全セル初期化サブフィールドである第1SFについて説明する。
第1SFの初期化期間前半部では、データ電極D1〜データ電極Dm、維持電極SU1〜維持電極SUnにそれぞれ0(V)を印加し、走査電極SC1〜走査電極SCnには、維持電極SU1〜維持電極SUnに対して放電開始電圧以下の電圧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傾斜電圧(以下、「上りランプ電圧」と呼称する)を印加する。
この上りランプ電圧が上昇する間に、走査電極SC1〜走査電極SCnと維持電極SU1〜維持電極SUn、データ電極D1〜データ電極Dmとの間でそれぞれ微弱な初期化放電が持続して起こる。そして、走査電極SC1〜走査電極SCn上部に負の壁電圧が蓄積されるとともに、データ電極D1〜データ電極Dm上部および維持電極SU1〜維持電極SUn上部には正の壁電圧が蓄積される。この電極上部の壁電圧とは、電極を覆う誘電体層上、保護層上、蛍光体層上等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SU1〜維持電極SUnには正の電圧Ve1を印加し、データ電極D1〜データ電極Dmには0(V)を印加し、走査電極SC1〜走査電極SCnには、維持電極SU1〜維持電極SUnに対して放電開始電圧以下となる電圧Vi3から放電開始電圧を超える電圧Vi4に向かって緩やかに下降する傾斜電圧(以下、「下りランプ電圧」と呼称する)を印加する。この間に、走査電極SC1〜走査電極SCnと維持電極SU1〜維持電極SUn、データ電極D1〜データ電極Dmとの間でそれぞれ微弱な初期化放電が持続して起こる。そして、走査電極SC1〜走査電極SCn上部の負の壁電圧および維持電極SU1〜維持電極SUn上部の正の壁電圧が弱められ、データ電極D1〜データ電極Dm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、全ての放電セルに対して初期化放電を行う全セル初期化動作が終了する。
なお、図3の第2SFの初期化期間に示したように、初期化期間の前半部を省略した駆動電圧波形を各電極に印加してもよい。すなわち、維持電極SU1〜維持電極SUnに電圧Ve1を、データ電極D1〜データ電極Dmに0(V)をそれぞれ印加し、走査電極SC1〜走査電極SCnに放電開始電圧以下となる電圧(例えば、接地電位)から電圧Vi4に向かって緩やかに下降する下りランプ電圧を印加する。これにより前のサブフィールドの維持期間で維持放電を起こした放電セルでは微弱な初期化放電が発生し、走査電極SCi上部および維持電極SUi上部の壁電圧が弱められる。また直前の維持放電によってデータ電極Dk(k=1〜m)上部に十分な正の壁電圧が蓄積されている放電セルでは、この壁電圧の過剰な部分が放電され書込み動作に適した壁電圧に調整される。一方、前のサブフィールドで維持放電を起こさなかった放電セルについては放電することはなく、前のサブフィールドの初期化期間終了時における壁電荷がそのまま保たれる。このように前半部を省略した初期化動作は、直前のサブフィールドの維持期間で維持動作を行った放電セルに対して初期化放電を行う選択初期化動作となる。
続く書込み期間では、まず維持電極SU1〜維持電極SUnに電圧Ve2を、走査電極SC1〜走査電極SCnに電圧Vcを印加する。
そして、1行目の走査電極SC1に負の走査パルス電圧Vaを印加するとともに、データ電極D1〜データ電極Dmのうち1行目に発光させるべき放電セルのデータ電極Dk(k=1〜m)に正の書込みパルス電圧Vdを印加する。このときデータ電極Dk上と走査電極SC1上との交差部の電圧差は、外部印加電圧の差(Vd−Va)にデータ電極Dk上の壁電圧と走査電極SC1上の壁電圧との差が加算されたものとなり放電開始電圧を超える。これにより、データ電極Dkと走査電極SC1との間に放電が発生する。また、維持電極SU1〜維持電極SUnに電圧Ve2を印加しているため、維持電極SU1上と走査電極SC1上との電圧差は、外部印加電圧の差である(Ve2−Va)に維持電極SU1上の壁電圧と走査電極SC1上の壁電圧との差が加算されたものとなる。このとき、電圧Ve2を、放電開始電圧をやや下回る程度の電圧値に設定することで、維持電極SU1と走査電極SC1との間を、放電には至らないが放電が発生しやすい状態とすることができる。これにより、データ電極Dkと走査電極SC1との間に発生する放電を引き金にして、データ電極Dkと交差する領域にある維持電極SU1と走査電極SC1との間に放電を発生させることができる。こうして、発光させるべき放電セルに書込み放電が起こり、走査電極SC1上に正の壁電圧が蓄積され、維持電極SU1上に負の壁電圧が蓄積され、データ電極Dk上にも負の壁電圧が蓄積される。
このようにして、1行目に発光させる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D1〜データ電極Dmと走査電極SC1との交差部の電圧は放電開始電圧を超えないので、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行い、書込み期間が終了する。
続く維持期間では、まず走査電極SC1〜走査電極SCnに正の維持パルス電圧Vsを印加するとともに維持電極SU1〜維持電極SUnにベース電位となる接地電位、すなわち0(V)を印加する。すると書込み放電を起こした放電セルでは、走査電極SCi上と維持電極SUi上との電圧差が維持パルス電圧Vsに走査電極SCi上の壁電圧と維持電極SUi上の壁電圧との差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、このとき発生した紫外線により蛍光体層35が発光する。そして走査電極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。さらにデータ電極Dk上にも正の壁電圧が蓄積される。書込み期間において書込み放電が起き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たれる。
続いて、走査電極SC1〜走査電極SCnにはベース電位となる0(V)を、維持電極SU1〜維持電極SUnには維持パルス電圧Vsをそれぞれ印加する。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上との電圧差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〜走査電極SCnと維持電極SU1〜維持電極SUnとに交互に輝度重みに輝度倍率を乗じた数の維持パルスを印加し、表示電極対24の電極間に電位差を与えることにより、書込み期間において書込み放電を起こした放電セルで維持放電が継続して行われる。
なお、上述したように、本実施の形態では、基準となる第1の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの3種類の維持パルスを、第2の維持パルスが連続しないように切換えて発生する構成としており、これにより、パネル10における消費電力を削減しつつ、維持放電を安定化して各放電セルの表示輝度を均一化し、パネル10における画像表示品質を向上している。
そして、維持期間の最後には、走査電極SC1〜走査電極SCnに、ベース電位となる0(V)から電圧Versに向かって緩やかに上昇する傾斜電圧(以下、「消去ランプ電圧」と呼称する)を印加する。これにより、微弱な放電を持続して発生させ、データ電極Dk上の正の壁電圧を残したまま、走査電極SCiおよび維持電極SUi上の壁電圧の一部または全部を消去している。
具体的には、維持電極SU1〜維持電極SUnを0(V)に戻した後、ベース電位となる0(V)から放電開始電圧を超える電圧Versに向かって上昇する消去ランプ電圧を走査電極SC1〜走査電極SCnに印加する。すると、維持放電を起こした放電セルの維持電極SUiと走査電極SCiとの間で微弱な放電が発生する。そして、この微弱な放電は、走査電極SC1〜走査電極SCnへの印加電圧が上昇する期間、持続して発生する。
このとき、この微弱な放電で発生した荷電粒子は、維持電極SUiと走査電極SCiとの間の電圧差を緩和するように、維持電極SUi上および走査電極SCi上に壁電荷となって蓄積されていく。これにより、データ電極Dk上の正の壁電荷を残したまま、走査電極SC1〜走査電極SCn上と維持電極SU1〜維持電極SUn上との間の壁電圧は、走査電極SCiに印加した電圧と放電開始電圧の差、すなわち(電圧Vers−放電開始電圧)の程度まで弱められる。以下、この消去ランプ電圧によって発生させる維持期間の最後の放電を「消去放電」と呼称する。
続くサブフィールドの動作は、維持期間の維持パルスの数を除いて上述の動作とほぼ同様であるため説明を省略する。以上が、本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の概要である。
次に、本実施の形態におけるプラズマディスプレイ装置の構成について説明する。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41、データ電極駆動回路42、走査電極駆動回路43、維持電極駆動回路44、タイミング発生回路45および各回路ブロックに必要な電源を供給する電源回路(図示せず)を備えている。
画像信号処理回路41は、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。データ電極駆動回路42はサブフィールド毎の画像データを各データ電極D1〜データ電極Dmに対応する信号に変換し各データ電極D1〜データ電極Dmを駆動する。
タイミング発生回路45は水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vをもと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。そして、上述したように、本実施の形態においては、維持パルスの立ち上がりにおける「立ち上がり期間」を3つの異なる長さで切換えており、それに応じたタイミング信号を走査電極駆動回路43および維持電極駆動回路44に出力する。これにより、消費電力の削減と維持放電の安定化とを実現している。
走査電極駆動回路43は、初期化期間において走査電極SC1〜走査電極SCnに印加する初期化波形電圧を発生するための初期化波形発生回路(図示せず)、維持期間において走査電極SC1〜走査電極SCn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50、書込み期間において走査電極SC1〜走査電極SCnに印加する走査パルス電圧を発生するための走査パルス発生回路(図示せず)を有し、タイミング信号にもとづいて各走査電極SC1〜走査電極SCnをそれぞれ駆動する。維持電極駆動回路44は、維持パルス発生回路60および電圧Ve1、電圧Ve2を発生するための回路を備え、タイミング信号にもとづいて維持電極SU1〜維持電極SUnを駆動する。
次に、維持パルス発生回路50、維持パルス発生回路60の詳細とその動作について説明する。図5は、本発明の実施の形態1における維持パルス発生回路50、維持パルス発生回路60の回路図である。なお、図5にはパネル10の電極間容量をCpとして示し、走査パルスおよび初期化電圧波形を発生する回路は省略している。
維持パルス発生回路50は、電力回収回路51とクランプ回路52とを備えており、電力回収回路51およびクランプ回路52は、走査パルス発生回路(維持期間中は短絡状態となるため図示せず)を介してパネル10の電極間容量Cpの一端である走査電極SC1〜走査電極SCnに接続されている。
電力回収回路51は、電力回収用のコンデンサC10、スイッチング素子Q11、スイッチング素子Q12、逆流防止用のダイオードD11、逆流防止用のダイオードD12、共振用のインダクタL10を有している。そして、電極間容量CpとインダクタL10とをLC共振させて維持パルスの立ち上がりおよび立ち下がりを行う。このように、電力回収回路51は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SC1〜走査電極SCnの駆動を行うため、理想的には消費電力が0となる。なお、電力回収用のコンデンサC10は電極間容量Cpに比べて十分に大きい容量を持ち、電力回収回路51の電源として働くように、電圧値Vsの半分の約Vs/2に充電されている。
クランプ回路52は、走査電極SC1〜走査電極SCnを電圧Vsにクランプするためのスイッチング素子Q13、走査電極SC1〜走査電極SCnをベース電位である0(V)にクランプするためのスイッチング素子Q14を有している。そして、スイッチング素子Q13を介して走査電極SC1〜走査電極SCnを電源VSに接続して電圧Vsにクランプし、スイッチング素子Q14を介して走査電極SC1〜走査電極SCnを接地して0(V)にクランプする。したがって、クランプ回路52による電圧印加時のインピーダンスは小さく、強い維持放電による大きな放電電流を安定して流すことができる。
そして、維持パルス発生回路50は、タイミング発生回路45から出力されるタイミング信号によりスイッチング素子Q11、スイッチング素子Q12、スイッチング素子Q13、スイッチング素子Q14の導通と遮断とを切換えることによって電力回収回路51とクランプ回路52とを動作させ、維持パルスを発生する。
例えば、維持パルスを立ち上げる際には、スイッチング素子Q11をオンにして電極間容量CpとインダクタL10とを共振させ、電力回収用のコンデンサC10からスイッチング素子Q11、ダイオードD11、インダクタL10を通して走査電極SC1〜走査電極SCnに電力を供給する。そして、走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧が電圧Vsに近づいた時点で、スイッチング素子Q13をオンにして、走査電極SC1〜走査電極SCnを駆動する回路を電力回収回路51からクランプ回路52に切換え、走査電極SC1〜走査電極SCnを電圧Vsにクランプする。なお、本実施の形態においては、この電力回収回路51による駆動時間を制御することで、維持パルスの立ち上がりを制御している。
逆に、維持パルスを立ち下げる際には、スイッチング素子Q12をオンにして電極間容量CpとインダクタL10とを共振させ、電極間容量CpからインダクタL10、ダイオードD12、スイッチング素子Q12を通して電力回収用のコンデンサC10に電力を回収する。そして、走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧が0(V)に近づいた時点で、スイッチング素子Q14をオンにして、走査電極SC1〜走査電極SCnを駆動する回路を電力回収回路51からクランプ回路52に切換え、走査電極SC1〜走査電極SCnをベース電位である0(V)にクランプする。
このようにして、維持パルス発生回路50は、維持パルスを発生する。なお、これらのスイッチング素子は、MOSFETやIGBT等の一般に知られた素子を用いて構成することができる。
維持パルス発生回路60は、維持パルス発生回路50とほぼ同様の構成であり、電力回収用のコンデンサC20、スイッチング素子Q21、スイッチング素子Q22、逆流防止用のダイオードD21、逆流防止用のダイオードD22、共振用のインダクタL20を有し維持電極SU1〜維持電極SUnを駆動するときの電力を回収して再利用するための電力回収回路61と、維持電極SU1〜維持電極SUnを電圧Vsにクランプするためのスイッチング素子Q23および維持電極SU1〜維持電極SUnを接地電位(0(V))にクランプするためのスイッチング素子Q24を有するクランプ回路62とを備えており、パネル10の電極間容量Cpの一端である維持電極SU1〜維持電極SUnに接続されている。なお、維持パルス発生回路60の動作は維持パルス発生回路50と同様であるので説明を省略する。
また、図5には、電圧Ve1を発生する電源VE1、電圧Ve1を維持電極SU1〜維持電極SUnに印加するためのスイッチング素子Q26、スイッチング素子Q27、電圧ΔVeを発生する電源ΔVE、逆流防止用のダイオードD30、電圧Ve1に電圧ΔVeを積み上げるためのチャージポンプ用のコンデンサC30、電圧Ve1に電圧ΔVeを積み上げて電圧Ve2とするためのスイッチング素子Q28、スイッチング素子Q29を示している。
例えば、図3に示した電圧Ve1を印加するタイミングでは、スイッチング素子Q26、スイッチング素子Q27を導通して維持電極SU1〜維持電極SUnにダイオードD30、スイッチング素子Q26、スイッチング素子Q27を介して正の電圧Ve1を印加する。なお、このときスイッチング素子Q28を導通し、コンデンサC30の電圧が電圧Ve1になるように充電しておく。また、図3に示した電圧Ve2を印加するタイミングでは、スイッチング素子Q26、スイッチング素子Q27は導通したまま、スイッチング素子Q28を遮断するとともにスイッチング素子Q29を導通してコンデンサC30の電圧に電圧ΔVeを重畳し、維持電極SU1〜維持電極SUnに電圧Ve1+ΔVe、すなわち電圧Ve2を印加する。このとき、逆流防止用のダイオードD30の働きにより、コンデンサC30から電源VE1への電流は遮断される。
なお、電圧Ve1、電圧Ve2を印加する回路については、図5に示した回路に限定されるものではなく、例えば、電圧Ve1を発生する電源と電圧Ve2を発生する電源とそれぞれの電圧を維持電極SU1〜維持電極SUnに印加するための複数のスイッチング素子とを用いて、それぞれの電圧を必要なタイミングで維持電極SU1〜維持電極SUnに印加する構成とすることもできる。
次に、維持期間における駆動電圧波形の詳細について説明する。図6は、本発明の実施の形態1における維持パルス発生回路50、維持パルス発生回路60の動作を説明するためのタイミングチャートである。まず維持パルスの繰り返し周期の1周期分をT1〜T6で示した6つの期間に分割し、それぞれの期間について説明する。この繰り返し周期(以下、「維持周期」と記す)とは、維持期間において表示電極対に繰り返し印加される維持パルスの間隔のことであり、例えば、期間T1〜期間T6によって繰り返される周期のことを表す。
なお、以下の説明においてスイッチング素子を導通する動作をオン、遮断する動作をオフと表記し、図面にはスイッチング素子をオンする信号を「ON」、オフする信号を「OFF」と表記する。また、図6では、正極の波形を用いて説明をするが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、負極の波形における実施の形態例は省略するが、以下の説明の正極の波形において「立ち上がり」と表現しているものを、負極の波形においては「立ち下がり」に、正極の波形において「立ち下がり」と表現しているものを、負極の波形においては「立ち上がり」に読みかえることで、負極の波形であっても同様の効果を得ることができるものである。
(期間T1)
時刻t1でスイッチング素子Q12をオンにする。すると、走査電極SC1〜走査電極SCn側の電荷はインダクタL10、ダイオードD12、スイッチング素子Q12を通してコンデンサC10に流れ始め、走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧が下がり始める。インダクタL10と電極間容量Cpとは共振回路を形成しているので、共振周期(ここでは、2000nsecに設定)の1/2の時間経過後の時刻t2において走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧は0(V)付近まで低下する。しかし共振回路の抵抗成分等による電力損失のため、走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧は0(V)までは下がらない。
なお、この間、スイッチング素子Q24はオンに保持し、維持電極SU1〜維持電極SUnは0(V)にクランプしておく。
(期間T2)
そして、時刻t2でスイッチング素子Q14をオンにする。すると、走査電極SC1〜走査電極SCnはスイッチング素子Q14を通して直接に接地されるため、走査電極SC1〜走査電極SCnの電圧は接地電位である0(V)にクランプされる。
さらに、時刻t2でスイッチング素子Q21をオンにする。すると、電力回収用のコンデンサC20からスイッチング素子Q21、ダイオードD21、インダクタL20を通して維持電極SU1〜維持電極SUnへ電流が流れ始め、維持電極SU1〜維持電極SUnの電圧が上がり始める。インダクタL20と電極間容量Cpとは共振回路を形成しているので、共振周期(ここでは、2000nsecに設定)の1/2の時間経過後の時刻t3において維持電極SU1〜維持電極SUnの電圧は電圧Vs付近まで上昇する。しかし、駆動回路の出力インピーダンスや駆動負荷の影響で、電圧Vsまでは上昇しない。
なお、本実施の形態では、この期間T2および期間T5の長さを制御することで維持パルスの立ち上がりを制御し、第1の維持パルス、第2の維持パルス、第3の維持パルスを発生している。
(期間T3)
そして、時刻t3でスイッチング素子Q23をオンにする。すると維持電極SU1〜維持電極SUnはスイッチング素子Q23を通して直接に電源VSへ接続されるため、維持電極SU1〜維持電極SUnの電圧は電圧Vsにクランプされ強制的に電圧Vsまで上昇する。この期間T3では維持電極SU1〜維持電極SUnの電圧は電圧Vsに保たれる。
(期間T4〜期間T6)
走査電極SC1〜走査電極SCnに印加される維持パルスと維持電極SU1〜維持電極SUnに印加される維持パルスとは同じ波形形状であり、期間T4から期間T6までの動作は、期間T1から期間T3までの動作を走査電極SC1〜走査電極SCnと維持電極SU1〜維持電極SUnとを入れ替えての動作に等しいので説明を省略する。
そして、本実施の形態においては、期間T1、期間T4を「立ち下がり期間」とし、期間T2、期間T5を「立ち上がり期間」とし、それぞれを必要な長さに設定することで、「立ち上がり期間」および「立ち下がり期間」を設定している。
なお、スイッチング素子Q12は時刻t2以降、時刻t5までにオフすればよく、スイッチング素子Q21は時刻t3以降、時刻t4までにオフすればよい。また、スイッチング素子Q22は時刻t5以降、次の時刻t2までにオフすればよく、スイッチング素子Q11は時刻t6以降、次の時刻t1までにオフすればよい。また、維持パルス発生回路50、維持パルス発生回路60の出力インピーダンスを下げるために、スイッチング素子Q24は時刻t2直前に、スイッチング素子Q13は時刻t1直前にオフにすることが望ましく、スイッチング素子Q14は時刻t5直前に、スイッチング素子Q23は時刻t4直前にオフにすることが望ましい。
維持期間においては、以上の期間T1〜期間T6の動作を、必要なパルス数に応じて繰り返す。このようにして、ベース電位である0(V)から電圧Vsに変位する維持パルス電圧を、表示電極対24のそれぞれに交互に印加して放電セルを維持放電させる。
なお、電力回収回路51のインダクタL10とパネル10の電極間容量CpとのLC共振の周期、および電力回収回路61のインダクタL20と同電極間容量CpとのLC共振の周期(以下、「共振周期」と記す)は、インダクタL10、インダクタL20のインダクタンスをそれぞれLとすれば、計算式「2π√(LCp)」によって求めることができる。本実施の形態では、電力回収回路51、電力回収回路61における共振周期が2000nsecになるようにインダクタL10、インダクタL20を設定している。
次に、本実施の形態における3種類の維持パルスについて説明する。まず、3種類の維持パルスの波形形状について説明し、続いて3種類の維持パルスを用いて駆動を行う理由について説明する。
図7A〜Cは、本発明の実施の形態1における3種類の維持パルスを比較して示した概略波形図である。図7Aは第1の維持パルスの概略波形図であり、図7Bは第2の維持パルスの概略波形図であり、図7Cは第3の維持パルスの概略波形図である。なお、本実施の形態では、波形形状の異なる3種類の維持パルスを切換えて発生する構成としているが、各維持パルスは、上述したように、維持パルス発生回路50、維持パルス発生回路60の各スイッチング素子の切換えのタイミングを制御して各電力回収回路および各電圧クランプ回路の駆動時間を制御することで、波形形状を変えているだけである。
図7A〜Cに示すように、本実施の形態では、波形形状の異なる3種類の維持パルス、すなわち、基準となる第1の維持パルス(図7A)、第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルス(図7B)、第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルス(図7C)を発生する構成としている。
具体的には、基準となる維持パルスである第1の維持パルスは、図7Aに示すように「立ち上がり期間」を約800nsecにして発生し、第2の維持パルスは、図7Bに示すように「立ち上がり期間」を第1の維持パルスよりも長い約850nsecにし、第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにして発生し、第3の維持パルスは、図7Cに示すように「立ち上がり期間」を第1の維持パルスよりも短い約650nsecにし、第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にして発生する。
本実施の形態において、このように立ち上がりの波形形状が異なる3種類の維持パルスを発生するのは、次のような理由による。
パネル10においては、大画面化、高精細化等により駆動負荷が高くなると、維持パルスの立ち上がり波形にばらつきが生じやすくなり、各放電セル間の放電の発生するタイミング(放電開始時間)にばらつきが生じる恐れがある。
一方、発光効率を改善するためにキセノン分圧を高めたパネルでは、表示電極対間の放電開始電圧も高くなり、そのため放電の発生するタイミングのばらつきがさらに大きくなる傾向にある。
このように、隣接する放電セル間において放電の発生するタイミングに差があると、先に放電が発生した放電セルと後で放電が発生した放電セルとでは発光強度が異なり、パネルの表示面における発光輝度のばらつきが発生する恐れがある。この原因には、例えば、先に放電する放電セルの影響を受けて後に放電する放電セルの壁電荷が減少し放電が弱くなったり、あるいは、隣接する放電セルの放電の影響を受けることによって一度開始された放電が一旦停止し、印加電圧の上昇によって再び放電を生じるために放電が弱くなる、といったことがある。
そして、放電セルの明るさは1フィールド内の維持放電の回数および維持放電1回あたりの発光強度と相関があるので、これらの現象が発生すると放電セル間に輝度のばらつきが発生する。
この問題を解決するためには、電圧の変化が急峻な状態で放電を生じさせることが有効である。ここで、維持パルスの「立ち上がり期間」と放電のばらつきについて図面を用いて説明する。
図8、図9、図10は、本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と放電のばらつきとの関係を示す特性図である。なお、ここでは、電力回収回路の共振周期を1200nsec、維持パルスの1周期の長さを2.7μsec、「立ち下がり期間」を900nsecに設定し、「立ち上がり期間」を400nsec、500nsec、550nsecの3通りで変えて実験を行った。そして、図8は「立ち上がり期間」を400nsecに設定したときの測定結果を示した図であり、図9は「立ち上がり期間」を500nsecに設定したときの測定結果を示した図であり、図10は「立ち上がり期間」を550nsecに設定したときの測定結果を示した図である。また、図8、図9、図10では、複数の放電セルにおける測定結果を1つのグラフに重ねて示している。
なお、図8、図9、図10において、縦軸は発光強度を、横軸は電力回収回路の動作が開始してからの経過時間を表す。また、縦軸における単位(a.u.)は任意単位(arbitrary unit)を表す。
例えば、図8に示すように「立ち上がり期間」を比較的短い400nsecに設定し、維持パルスの立ち上がりを急峻にすると、ほとんどの放電セルがほぼ同じ時刻に発光し、放電のばらつきが抑えられていることが確認された。
このように、維持パルスの立ち上がりを急峻にして電圧の変化が急峻な状態で放電を生じさせると、放電開始電圧のばらつきが吸収され、各放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを小さくすることができ、これにより輝度のばらつきの発生を抑えることができる。
また、電圧の変化が急峻な状態で放電を生じさせると、強い維持放電が発生して十分な壁電荷が放電セル内に形成されるので、以降の維持放電を安定に発生させることができるようになる。
そこで、本実施の形態では、第3の維持パルスは、図8に示したように1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができる長さにまで「立ち上がり期間」を短縮し、立ち上がりを十分に急峻にすることで、放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑え、かつ強い放電を発生させて十分な壁電荷を放電セル内に形成することができる維持パルスとして発生するものとする。
しかしながら、維持パルスの「立ち上がり期間」を短くして立ち上がりを急峻にすると、電力回収回路を動作させる期間がその分だけ減って電力の回収効率が下がり、消費電力が増える、といった問題が発生する。
ここで、消費電力と「立ち上がり期間」とについて説明する。なお、消費電力に影響を与える主な項目として、発光効率、無効電力が考えられるので、ここでは、それらの項目と「立ち上がり期間」との関係について順に記す。
図11は、本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と発光効率との関係を示す特性図である。図11において、縦軸は発光効率の相対比率を、横軸は「立ち上がり期間」の長さを表す。なお、縦軸における単位(%)は、発光効率(lm/W:単位電力あたりの発光輝度)の検出結果を所定の値を100%として相対比率化したものであり、数値が大きいほど発光効率が良いことを表す。
図12は、本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と無効電力との関係を示す特性図である。図12において、縦軸は無効電力の相対比率を、横軸は「立ち上がり期間」の長さを表す。なお、縦軸における単位(%)は、無効電力(W)の検出結果を所定の値を100%として相対比率化したものであり、数値が大きいほど無効電力が大きいことを表す。
また、図11、図12では、電力回収回路の共振周期を2000nsec、維持パルスの1周期の長さを2.7μsec、「立ち下がり期間」を900nsecに設定し、「立ち上がり期間」を600nsecから900nsecまで50nsecずつ延長して実験を行った。
そして、図11、図12からも明らかなように、「立ち上がり期間」の長さ、すなわち電力回収回路の動作期間を長くするほど発光効率は向上し、無効電力は低減される。これは、「立ち上がり期間」を長くすることで、電力回収回路に回収された電力が放電の発生に使用される比率が増加するためと考えられる。
したがって、電力回収回路における電力の回収効率を上げて消費電力を削減するためには、電力回収回路を動作させる期間をできるだけ長くすればよく、維持パルスの「立ち上がり期間」をできるだけ長くして立ち上がりを緩やかにすればよい。
しかしながら、「立ち上がり期間」を、図8に示した特性の測定に用いた「立ち上がり期間」を400nsecに設定した維持パルスよりも延長(ここでは、100nsec延長して500nsecに設定)すると、図9に示すように、放電セルの発光時刻にばらつきが生じて、2つのピークを持つ発光が放電セルで発生し、放電のばらつきが大きくなることが確認された。
そして、「立ち上がり期間」を、図9に示した特性の測定に用いた「立ち上がり期間」を500nsecに設定した維持パルスよりもさらに延長(ここでは、さらに50nsec延ばして550nsecに設定)し、維持パルスの立ち上がりをさらに緩やかにすると、図10に示すように、ほとんどの放電セルが、図9に示した2つのピークを持つ発光の2つ目のピーク(時間的に遅い方のピーク)のタイミングとほぼ同じ時刻に発光して1つのピークを持つ発光となり、放電のばらつきが抑えられることが確認された。これは、「立ち上がり期間」が十分に長いため、ほとんどの放電セルにおいて、図9に示した2つ目の発光のピークを発生させる放電が強く発生しているためと考えられる。
この実験結果により、本発明者は、維持パルスの立ち上がりを十分に緩やかにすることで、立ち上がりを急峻にした維持パルスと同様に放電のばらつきを抑える効果が得られることを見出した。すなわち、維持パルスにおける「立ち上がり期間」を、図10に示した特性を持つように、1つのピークを持つ発光をほとんどの放電セルにおいて発生させることができる長さにまで延長することで、放電のばらつきを低減することが可能なことを確認した。
そこで、本実施の形態では、第2の維持パルスは、図10に示した特性を持つように、1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができる長さにまで「立ち上がり期間」を延長し、立ち上がりを十分に緩やかにすることで、電力回収回路における回収効率を向上し、かつ放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑えることができる維持パルスとして発生するものとする。
しかしながら、立ち上がりを急峻にした維持パルスが急峻な電圧変化により比較的強い放電を発生させるのに対し、緩やかな電圧上昇により発生する放電は比較的弱い放電となり、放電セル内に十分な壁電荷が形成されにくいといった問題がある。維持期間では、維持放電によって形成した壁電圧を続く維持放電に利用することで継続して維持放電を発生させており、続く維持放電における発光強度は直前の維持放電によって形成された壁電圧に依存している。すなわち、立ち上がりを緩やかにした維持パルスを連続して発生すると、十分な壁電圧を形成することができず、徐々に維持放電が発生しにくくなるといった問題が発生する。これは、次の図13に示す、維持パルスの「立ち上がり期間」と維持放電を安定に発生させるために必要な維持パルス電圧Vsとの関係を示す特性図からも明らかである。
図13は、本発明の実施の形態1における維持パルスの「立ち上がり期間」と維持パルス電圧Vsとの関係を示す特性図である。図13において、縦軸は安定した維持放電を発生させるために必要な維持パルス電圧Vsを、横軸は「立ち上がり期間」の長さを表す。なお、図13では、図11、図12と同様に、電力回収回路の共振周期を2000nsec、維持パルスの1周期の長さを2.7μsec、「立ち下がり期間」を900nsecに設定し、「立ち上がり期間」を600nsecから900nsecまで50nsecずつ延長して実験を行った。
そして、図13に示すように、「立ち上がり期間」の長さ、すなわち電力回収回路の動作期間を長くするほど、安定した維持放電を発生させるために必要な維持パルス電圧Vsの電圧値は大きくなることが確認された。これは、上述したように、「立ち上がり期間」が長くなることで、放電セル内に発生させる放電の強度が比較的弱くなって放電セル内に十分な壁電荷が形成されなくなり、その結果、放電セル内に蓄積される壁電荷が減少するためと考えられる。
そこで、本実施の形態では、基準となる第1の維持パルスを次のような特徴を有する維持パルスとして発生するものとする。
すなわち、第1の維持パルスは、電力回収回路における電力の回収効率をある程度高め、かつ、ある程度強い維持放電を発生させることができる維持パルスとして発生する。この「電力回収回路における電力の回収効率をある程度高く」とは、図8に示した1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させて放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑えることができる立ち上がりの急峻な維持パルスよりも電力の回収効率を高めることができる、ということを表す。また、この「ある程度強い維持放電」とは、図10に示した特性の測定に用いた、電力回収回路における電力の回収効率を高め、かつ1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができる立ち上がりの緩やかな維持パルスよりも強い放電を発生させることができる、ということを表す。
そして、本実施の形態では、図7Aのように、第1の維持パルスは、「立ち上がり期間」を図8に示した特性の測定に用いた立ち上がりの急峻な維持パルスと図10に示した特性の測定に用いた立ち上がりの緩やかな維持パルスとの間の長さ(例えば、共振周期2000nsecに対して、800nsec程度)に設定するものとする。
また、図7Bの第2の維持パルスは、上述したように、1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができる長さにまで「立ち上がり期間」を延長(例えば、共振周期2000nsecに対して、850nsec程度に設定)し、立ち上がりを十分に緩やかにすることで電力回収回路における回収効率を向上し、かつ、放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑えることができる維持パルスとして発生するものとする。
また、図7Cの第3の維持パルスは、上述したように、1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができる長さにまで「立ち上がり期間」を短縮(例えば、共振周期2000nsecに対して、650nsec程度に設定)し、立ち上がりを十分に急峻にすることで、放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑え、かつ強い放電を発生させて十分な壁電荷を放電セル内に形成することができる維持パルスとして発生するものとする。
そして、本実施の形態では、第1の維持パルスと第2の維持パルスと第3の維持パルスとを、第2の維持パルスが連続しないように切換えて発生する構成とし、これにより、消費電力の削減と維持放電の安定化とを実現する。
図14は、本発明の実施の形態1における3種類の維持パルスの発生の一例を示す概略波形図である。
本実施の形態では、図14に示すように、6回に1回の割合で第2の維持パルスおよび第3の維持パルスをそれぞれ発生し、6回中残りの4回は第1の維持パルスを発生するものとする。すなわち、第2の維持パルスを発生し、続いて第1の維持パルスを2回発生し、続いて第3の維持パルスを発生し、続いて第1の維持パルスを2回発生し、その後、再び第2の維持パルスを発生する、といった順番で第1の維持パルス、第2の維持パルス、第3の維持パルスを切換えて発生するものとする。これは次のような理由による。
まず、基準となる第1の維持パルスは、電力回収効率が第3の維持パルスよりも高く、かつ放電セル内に蓄積させる壁電荷を第2の維持パルスによる放電よりも多くすることができる。しかし、一方で、「立ち上がり期間」が第2の維持パルスの「立ち上がり期間」と第3の維持パルスの「立ち上がり期間」との間の長さに設定されているため、図9に示したように、2つのピークを持つ発光が放電セルで発生しやすく、放電のばらつきが大きくなりやすい。
しかしながら、本実施の形態では、発生させる維持放電のうち3回に1回は、第2の維持パルスおよび第3の維持パルスにより1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させる維持放電としている。これにより、第1の維持パルスにより発生する恐れのある放電のばらつきを抑えることができ、放電セル間の輝度のばらつきを低減して安定した発光を実現することができる。
次に、第2の維持パルスは、他の維持パルスよりも「立ち上がり期間」を長くして立ち上がりを緩やかにした維持パルスなので、電力回収回路における回収効率を向上することができ、消費電力の削減効果を高めることができる。さらに、1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させることができるので、放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑えることができる。しかし、一方で、立ち上がりが他の維持パルスと比較して緩やかなので、その分、発生する放電が弱まり、放電セル内に形成できる壁電荷も少ない。
しかしながら、本実施の形態では、第2の維持パルスが連続して発生しないように構成するとともに発生させる維持放電のうち6回中5回は、第2の維持パルスよりも強い放電を発生させることができる第1の維持パルスおよびさらに強い放電を発生させることができる第3の維持パルスによる維持放電としている。これにより、放電セル内に十分な壁電荷を蓄積することができ、安定した維持放電を継続して発生させることができる。
そして、第3の維持パルスは、他の維持パルスよりも「立ち上がり期間」を短くして立ち上がりを急峻にした維持パルスなので、強い放電を発生させて放電セル内に十分な壁電荷を形成することができ、かつ1つのピークを持つ発光を放電セルで発生させて放電セル間の放電の発生するタイミングのばらつきを抑えることができる。しかし、一方で、電力回収回路を動作させる期間が他の維持パルスと比較して短いため、その分、電力の回収効率が低くなる。
しかしながら、本実施の形態では、発生させる維持放電のうち6回中5回は、電力回収効率の高い第1の維持パルスおよび電力回収効率をさらに高めた第2の維持パルスによる維持放電としている。これにより、電力の回収効率を総合的に高め、消費電力を削減することができる。
以上のように、本実施の形態では、基準となる第1の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの3種類の維持パルスを、第2の維持パルスが連続しないように切換えて発生することで、大画面化、高輝度化、高精細化されたパネルにおいても、消費電力を削減しつつ維持放電を安定に発生させ、画像表示品質を向上することができる。
なお、本実施の形態では、第1の維持パルス、第2の維持パルス、第3の維持パルスの「立ち上がり期間」を、共振周期2000nsecに対し、それぞれ800nsec、850nsec、650nsecとする構成を説明したが、本実施の形態は何らこれらの数値に限定されるものではない。上述した各効果と「立ち上がり期間」の長さとの関係は共振周期によって変化するため、「立ち上がり期間」の長さは共振周期に応じて最適に設定することが望ましい。ただし、上述した効果を得るためには、第1の維持パルスはその「立ち上がり期間」を共振周期の2分の1の時間の80%以上85%未満にして発生し、第2の維持パルスはその「立ち上がり期間」を共振周期の2分の1の時間の85%以上100%以下にして発生し、第3の維持パルスはその「立ち上がり期間」を共振周期の2分の1の時間の65%以上80%未満にして発生し、かつ第1の維持パルスと第2の維持パルスと第3の維持パルスとで、それぞれの「立ち上がり期間」に50nsec以上の時間差を設けることが望ましい。
なお、各維持パルスの発生頻度および発生の順序は、何ら上述したものに限定されるものではない。図15は、本発明の実施の形態1における3種類の維持パルスの発生の他の一例を示す概略波形図である。例えば、図15に示すように、第2の維持パルスの直後に第3の維持パルスを発生するように構成してもよい。この構成によれば、第2の維持パルスによる比較的弱い維持放電の直後に、第3の維持パルスによるより強い維持放電を発生させることができるので、放電をさらに安定に発生させることが可能となる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、第1の維持パルス、第2の維持パルス、第3の維持パルスを切換えて発生することで、放電のばらつきを低減する効果および消費電力を低減する効果が得られることを説明した。しかし、これらの効果は、点灯させるべき放電セル(以下、「点灯セル」とも記す)の割合、すなわち点灯率に応じて変化する。
これは、電力回収回路の出力インピーダンスがクランプ回路の出力インピーダンスと比較して大きいため、表示画像に応じて放電セルの点灯率が変化し駆動時の負荷が変化すると、「立ち上がり期間」の波形形状に変化が生じるためである。
そこで、パネル10の全放電セルに対する点灯セルの割合を示す全セル点灯率を検出し、その検出結果に応じて、第2の維持パルスおよび第3の維持パルスの発生回数を変更し、第2の維持パルス、第3の維持パルスの発生頻度を変更する構成としてもよい。例えば、全セル点灯率の低いサブフィールドでは、駆動負荷が比較的小さく波形形状の変化が比較的小さいと考えられるので、第2の維持パルスの発生回数を多くして第2の維持パルスの発生頻度を高め、点灯率の高いサブフィールドでは、駆動負荷が比較的大きく波形形状の変化が比較的発生しやすいと考えられるので、第3の維持パルスの発生回数を多くして第3の維持パルスの発生頻度を高める、といった駆動にしてもよい。
このように、検出した全セル点灯率に応じて、各維持パルスの発生回数を変更することで、上述した効果をさらに高めることができる。
一方、たとえ同じ全セル点灯率であっても、表示する画像の図柄、すなわち点灯セルの分布によって、1対の表示電極対24上に発生する点灯セルの数は大きく変化し、表示電極対24毎の駆動負荷も大きく変化する。
図16は、全セル点灯率が等しくかつ点灯セルの分布が異なる図柄を説明するための概略図である。なお、図16において、表示電極対24は、図2と同様に、図面における左右方向に延長して配列されているものとする。また、図16において斜線で示した部分は維持放電を発生させない非点灯セルの分布を表し、斜線のない白抜きの部分は点灯セルの分布を表す。
例えば、図16の上段に示すように、点灯セルが(図面における)上下に延びた形状で分布している場合は、1対の表示電極対上に発生する点灯セルの数は比較的少なく、その1対の表示電極対における駆動負荷も小さい。しかし、同じ全セル点灯率であっても、図16の下段に示すように、点灯セルが(図面における)左右に延びた形状で分布している場合は、ある1対の表示電極対上に発生する点灯セルの数は多くなり、その1対の表示電極対の駆動負荷は大きくなる。
このように、同じ全セル点灯率であっても、図柄に応じて部分的な駆動負荷の違いが発生し、図柄によっては部分的に駆動負荷の大きい表示電極対が発生することがある。
そこで、本実施の形態では、全セル点灯率に加え、パネルの表示領域を複数の領域に分け、各領域における点灯率を部分点灯率として検出し、それらの検出結果に応じて各維持パルスの発生比率を変更する構成としてもよい。
図17は、本発明の実施の形態2におけるプラズマディスプレイ装置の回路構成の一例を示す回路ブロック図である。プラズマディスプレイ装置2は、パネル10、画像信号処理回路41、データ電極駆動回路42、走査電極駆動回路43、維持電極駆動回路44、タイミング発生回路45、全セル点灯率検出回路46、部分点灯率検出回路47、最大値検出回路48、および各回路ブロックに必要な電源を供給する電源回路(図示せず)を備えている。なお、実施の形態1で図4に示した回路ブロックと同じ名称を付した回路ブロックは、実施の形態1と同様の構成であり同様の動作であるので、ここでの説明は省略する。
全セル点灯率検出回路46は、サブフィールド毎の画像データにもとづき、全放電セル数に対する点灯させるべき放電セル数の割合、すなわち全セル点灯率をサブフィールド毎に検出する。そして、検出した全セル点灯率をあらかじめ定めた点灯率しきい値(例えば、50%)と比較し、その結果を表す信号をタイミング発生回路45に出力する。
部分点灯率検出回路47は、パネルの表示領域を複数の領域に分け、サブフィールド毎の画像データにもとづき、領域毎かつサブフィールド毎に、放電セル数に対する点灯させるべき放電セル数の割合、すなわち部分点灯率を検出する。本実施の形態では、この部分点灯率を検出する領域を次のように設定する。
図18は、本発明の実施の形態2における部分点灯率を検出する領域の一例を示す概略図である。本実施の形態では、図18に示すように、パネル10の表示領域を、その境界が表示電極対24と平行になるように設け、かつ各領域に属する表示電極対数ができるだけ均等になるようにした8つの領域(図18に、領域(1)〜領域(8)で示す領域)に分けるものとする。そして、各領域毎に点灯率を検出して部分点灯率とする。例えば、表示電極対数が1080のパネルであれば、表示電極対数135ずつの領域に分け、それぞれの領域で点灯率を検出する。これにより、サブフィールド毎に8つの部分点灯率を検出することができる。
最大値検出回路48は、部分点灯率検出回路47で検出した部分点灯率を互いに比較し、その最大値をサブフィールド毎に検出する。そして、検出した最大値をあらかじめ定めた最大値しきい値(例えば、60%)と比較し、その結果を表す信号をタイミング発生回路45に出力する。
タイミング発生回路45は水平同期信号H、垂直同期信号Vに加え、全セル点灯率検出回路46、最大値検出回路48からの出力にもとづき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。そして、上述した各維持パルスの発生回数を、全セル点灯率検出回路46および最大値検出回路48からの出力にもとづいて変更し、それに応じたタイミング信号を走査電極駆動回路43および維持電極駆動回路44に出力する。
このように構成されたプラズマディスプレイ装置2では、全セル点灯率および部分点灯率の最大値に応じて、各維持パルスの発生回数を変更することができる。例えば、全セル点灯率および部分点灯率の最大値ともに設定されたしきい値未満のサブフィールドでは、駆動負荷が比較的小さく波形形状の変化が比較的小さいと考えられるので、第2の維持パルスの発生回数を多くして第2の維持パルスの発生頻度を高め、全セル点灯率および部分点灯率の最大値ともにしきい値以上のサブフィールドでは、駆動負荷が比較的大きく波形形状の変化が比較的発生しやすいと考えられるので、第3の維持パルスの発生回数を多くして第3の維持パルスの発生頻度を高める、といった駆動を行うことができる。この制御の具体的な一例について説明する。
図19は、本発明の実施の形態2における全セル点灯率および部分点灯率の最大値に応じた各維持パルスの発生の一例を示す図である。
例えば、図19に示すように、全セル点灯率および部分点灯率の最大値ともにしきい値未満のサブフィールドでは、発生する維持パルスのうち3回に1回は第2の維持パルス、6回に1回は第3の維持パルスとし、残りは第1の維持パルスとする。また、全セル点灯率および部分点灯率の最大値ともにしきい値以上のサブフィールドでは、発生する維持パルスのうち6回に1回は第2の維持パルス、3回に1回は第3の維持パルスとし、残りは第1の維持パルスとする。また、全セル点灯率が点灯率しきい値以上で部分点灯率の最大値が最大値しきい値未満のサブフィールドでは、発生する維持パルスのうち4回に1回は第2の維持パルス、5回に1回は第3の維持パルスとし、残りは第1の維持パルスとする。また、全セル点灯率が点灯率しきい値未満で部分点灯率の最大値が最大値しきい値以上のサブフィールドでは、発生する維持パルスのうち5回に1回は第2の維持パルス、4回に1回は第3の維持パルスとし、残りは第1の維持パルスとする。
このように、全セル点灯率に加え、部分点灯率の最大値を検出し、それらの検出結果に応じて各維持パルスの発生回数を変更することで、表示画像の図柄に応じた制御を実現することができ、これにより消費電力の削減効果と維持放電を安定に発生させる効果とをさらに高めることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、全セル点灯率や、部分点灯率および部分点灯率の最大値を検出し、それらの検出結果に応じて各維持パルスの発生を制御することが可能となるので、表示画像に応じた制御をより細かく行うことができ、消費電力を削減しつつ維持放電を安定に発生させる効果をさらに高めることが可能となる。
なお、本実施の形態では、点灯率しきい値を50%に設定し、最大値しきい値を60%に設定する例を説明しているが、何らこれらの数値に限定されるものではなく、パネルの特性やプラズマディスプレイ装置の仕様等にもとづいて最適な値に設定することが望ましい。あるいは、点灯率しきい値および最大値しきい値をそれぞれ複数設定し、各維持パルスの発生回数の変更等をより細かく行う構成としてもよい。
なお、本実施の形態では、パネル10の表示領域を8つの領域に分ける構成を説明したが、この数値は単なる一例を挙げたものに過ぎず、パネルの特性やプラズマディスプレイ装置の仕様等に応じて、最適に設定すればよい。例えば、表示電極対の駆動に用いるICの仕様に応じて領域を分ける構成としてもよい。具体的な一例としては、1つのICで108本の走査電極または維持電極を駆動するように構成したプラズマディスプレイ装置では、このICに合わせて108対の表示電極対を1つの領域とし、表示電極対数1080のパネルを10の領域に分ける構成としてもよい。あるいは、表示電極対数と領域数とを同数とし、表示電極対毎に点灯率を検出する構成としてもかまわない。
なお、本発明における実施の形態は、走査電極と走査電極とが隣り合い、維持電極と維持電極とが隣り合う電極構造、すなわち前面板21に設けられる電極の配列が、「・・・走査電極、走査電極、維持電極、維持電極、走査電極、走査電極、・・・」となる電極構造(以下、「ABBA電極構造」と呼称する)のパネルにおいても、有効である。
ABBA電極構造にしたパネルでは、隣接する放電セル間で、維持パルス電圧の変化を同相にすることができ、これにより無効電力を削減することができる。しかし、ABBA電極構造にした放電セルでは、放電のばらつきが発生しやすい。これは、ABBA電極構造では同種の電極同士が隣り合う(走査電極−走査電極、または維持電極−維持電極)ため、印加される維持パルスが同相となり、その結果、無効電力を削減する効果は得られるが、一方で、通常の、走査電極と走査電極とが交互に配列された電極構造(以下、「ABAB電極構造」と呼称する)の放電セルと比較して列方向に隣接する放電セル間にかかる電界が小さくなり、行方向に隣接する放電セルに電荷が移動しやすくなって放電セル間で電荷の移動量が増え、それにより壁電荷のばらつきが大きくなるためと考えられる。そして、本発明における実施の形態は、このような放電のばらつきが発生しやすいパネルにおいても消費電力を低減しかつ安定した維持放電を発生させる効果を得ることが可能である。
なお、本発明の実施の形態において示した各数値、例えば、「立ち上がり期間」や共振周期、点灯率しきい値、最大値しきい値等の具体的な各数値は、42インチ、表示電極対数1080対のパネルの特性にもとづき設定したものであって、実施の形態における一例を示したものに過ぎない。本発明はこれらの数値に何ら限定されるものではなく、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最適に設定することが望ましい。また、これらの各数値は、上述した効果を得られる範囲でのばらつきを許容するものとする。
なお、本発明の実施の形態は、走査電極SC1〜走査電極SCnを第1の走査電極群と第2の走査電極群とに分割し、書込み期間を、第1の走査電極群に属する走査電極のそれぞれに走査パルスを順次印加する第1の書込み期間と、第2の走査電極群に属する走査電極のそれぞれに走査パルスを順次印加する第2の書込み期間とで構成し、第1の書込み期間および第2の書込み期間の少なくとも一方において、走査パルスを印加する走査電極群に属する走査電極には、走査パルス電圧よりも高い第2の電圧から走査パルス電圧に遷移し再び第2の電圧に遷移する走査パルスを順次印加し、走査パルスを印加しない走査電極群に属する走査電極には、走査パルス電圧より高い第3の電圧と、第2の電圧および第3の電圧より高い第4の電圧とのいずれかの電圧を印加し、少なくとも隣接する走査電極に走査パルス電圧が印加されている間は第3の電圧を印加する、いわゆる2相駆動によるパネルの駆動方法にも適用することができ、上述と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明の実施の形態では、消去ランプ電圧を走査電極SC1〜走査電極SCnに印加する構成を説明したが、消去ランプ電圧を維持電極SU1〜維持電極SUnに印加する構成とすることもできる。あるいは、消去ランプ電圧ではなく、いわゆる細幅消去パルスにより消去放電を発生させる構成としてもよい。
なお、本発明の実施の形態では、電力回収回路51、61において、維持パルスの立ち上がりと立ち下がりとで1つのインダクタを共通に用いる構成を説明したが、複数のインダクタを用い、維持パルスの立ち上がりと立ち下がりとで異なるインダクタを使用する構成としてもかまわない。
本発明は、大画面化、高輝度化、高精細化されたパネルにおいても、消費電力を削減しつつ維持放電を安定に発生させ、画像表示品質を向上することができるので、プラズマディスプレイ装置およびパネルの駆動方法として有用である。
1,2 プラズマディスプレイ装置
10 パネル
21 前面板
22 走査電極
23 維持電極
24 表示電極対
25,33 誘電体層
26 保護層
31 背面板
32 データ電極
34 隔壁
35 蛍光体層
41 画像信号処理回路
42 データ電極駆動回路
43 走査電極駆動回路
44 維持電極駆動回路
45 タイミング発生回路
46 全セル点灯率検出回路
47 部分点灯率検出回路
48 最大値検出回路
50,60 維持パルス発生回路
51,61 電力回収回路
52,62 クランプ回路
Q11,Q12,Q13,Q14,Q21,Q22,Q23,Q24,Q26,Q27,Q28,Q29 スイッチング素子
C10,C20,C30 コンデンサ
L10,L20 インダクタ
D11,D12,D21,D22,D30 ダイオード

Claims (4)

  1. 初期化期間と書込み期間と維持期間とを有するサブフィールドを1フィールド内に複数設け、サブフィールド毎に輝度重みを設定して階調表示するサブフィールド法で駆動し、走査電極と維持電極とからなる表示電極対を有する放電セルを複数備えたプラズマディスプレイパネルと、
    前記表示電極対の電極間容量とインダクタとを共振させて維持パルスの立ち上がりまたは立ち下がりを行う電力回収回路と前記維持パルスの電圧を所定の電圧にクランプするクランプ回路とを有し、前記維持期間において輝度重みに応じた回数の維持パルスを前記表示電極対に交互に印加する維持パルス発生回路とを備え、
    前記維持パルス発生回路は、前記クランプ回路が前記維持パルスの電圧を所定の電圧にクランプするタイミングを制御することにより、基準となる第1の維持パルスと、前記第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、前記第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの少なくとも3種類の維持パルスを、前記第2の維持パルスを前記表示電極対の一方の電極にのみ印加し、前記第3の維持パルスを前記表示電極対の他方の電極にのみ印加し、さらに前記第2の維持パルスを発生した直後は前記第3の維持パルスを発生することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
  2. 前記プラズマディスプレイパネルの表示領域における全放電セルに対する点灯させるべき放電セルの割合を全セル点灯率としてサブフィールド毎に検出する全セル点灯率検出回路を備え、
    前記維持パルス発生回路は、前記全セル点灯率検出回路における検出結果が所定のしきい値より高い場合には、前記検出結果が前記しきい値より低い場合よりも前記第2の維持パルスの発生回数を減らし、前記第3の維持パルスの発生回数を増やす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. 走査電極と維持電極とからなる表示電極対を有する放電セルを複数備えたプラズマディスプレイパネルを、初期化期間と書込み期間と維持期間とを有するサブフィールドを1フィールド内に複数設け、サブフィールド毎に輝度重みを設けるとともに、
    前記表示電極対の電極間容量とインダクタとを共振させて維持パルスの立ち上がりまたは立ち下がりを行う電力回収回路と前記維持パルスの電圧を所定の電圧にクランプするクランプ回路とを用い、前記維持期間において輝度重みに応じた回数の維持パルスを発生して前記表示電極対に交互に印加して駆動するプラズマディスプレイパネルの駆動方法であって、
    前記クランプ回路が前記維持パルスの電圧を所定の電圧にクランプするタイミングを制御することにより、基準となる第1の維持パルスと、前記第1の維持パルスよりも立ち上がりを緩やかにした第2の維持パルスと、前記第1の維持パルスよりも立ち上がりを急峻にした第3の維持パルスとの少なくとも3種類の維持パルスを、
    前記第2の維持パルスを前記表示電極対の一方の電極にのみ印加し、前記第3の維持パルスを前記表示電極対の他方の電極にのみ印加し、さらに前記第2の維持パルスを発生した直後は前記第3の維持パルスを発生す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。
  4. 前記プラズマディスプレイパネルの表示領域における全放電セルに対する点灯させるべき放電セルの割合を全セル点灯率としてサブフィールド毎に検出し、検出した前記全セル点灯率が所定のしきい値より高い場合には、前記全セル点灯率が前記しきい値より低い場合よりも前記第2の維持パルスの発生回数を減らしかつ前記第3の維持パルスの発生回数を増やすことを特徴とする前記請求項3に記載のプラズマディスプレイパネルの駆動方法。
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