DE60108987T2

DE60108987T2 - Verfahren zur leistungspegelsteuerung eines anzeigegeräts und vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE60108987T2
Application number: DE60108987T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Weitbruch; Harald Roth
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: KR20080037123A; AU2002210427A1; EP1366484B1; DE60108987D1; KR100846826B1; WO2002011111A9; US20040061695A1; JP2004506927A; CN1243336C; KR100953704B1; CN1444756A; WO2002011111A2; US6989828B2; EP1366484A2; JP4642319B2; KR20040034559A; WO2002011111A3; KR20090014423A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Leistungspegel-Steuerung einer Anzeigevorrichtung.
Genauer gesagt ist die Erfindung eng auf eine Art von Video-Verarbeitung zur Verbesserung der Bildqualität von Bildern bezogen, die auf Anzeigen wie Plasma-Anzeige-Tableaus (PDP) und allen Arten von Anzeigen angezeigt werden, die auf dem Prinzip der Impulsdauer-Modulation (Impulsbreiten-Modulation) von Lichtemission beruhen.
Hintergrund
Die Plasma-Anzeigetechnologie macht es nunmehr möglich, flache und große Farb-Tableaus mit begrenzter Tiefe ohne jegliche Beschränkungen des Betrachtungswinkels zu erzielen. Die Abmessungen der Anzeige können viel größer sein als es die klassischen CRT-Bildröhren jemals zugelassen hätten.
Bei der jüngsten Generation von europäischen Fernsehgeräten ist eine Menge an Arbeit geleistet worden, um die Bildqualität zu verbessern. Demzufolge gibt es einen großen Bedarf dafür, dass ein in neuer Technologie wie der Plasma-Anzeigetechnologie aufgebauter Fernsehempfänger eine Bildqualität hat, die genau so gut oder besser als die bei der alten Standard-Fernsehtechnologie ist.
Ein wichtiges Qualitätskriterium für ein Videobild ist der Weißspitzen-Verbesserungsfaktor (PWEF). Der Weißspitzen-Verbesserungsfaktor kann als das Verhältnis zwischen dem Weißspitzen-Helligkeitspegel zu der Helligkeit eines homogenen weißen Halbbildes/Vollbildes definiert werden. Auf Kathodenstrahlröhren beruhende Anzeigen haben PWEF-Werte bis hinauf zu 6, aber gegenwärtige Plasma-Anzeige-Tableaus (PDP) haben PWEF Werte von nur etwa 4.
Unter diesem Aspekt ist daher die Bildqualität von PDPs nicht die beste, und es müssen Anstrengungen gemacht werden, um diese Situation zu verbessern.
Erste Generationen von PDPs waren dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verhältnis von Spitzenweiß zu maximaler Durchschnittshelligkeit (vollkommen weißes Bild) von etwa 2 hatten. Dies ist in der letzten Zeit verbessert worden, um ein Verhältnis von 4/5, meist durch Verwendung einer dynamischen Steuerung von Unterfeldern, zu erreichen.
Die Plasma-Anzeigetechnologie, die von Natur aus digital ist, erfordert etwas andere Verfahren als die, die für Kathodenstrahlröhren verwendet werden. Kathodenstrahlröhren verwenden eine sogeannte ABL-Schaltung (Durchschnitts-Strahlstrombegren-er), die durch analoge Mittel, üblicherweise in der Video-Steuereinheit, ausgeführt wird, und die den Videogewinn als Funktion von Durchschnitts-Helligkeit, üblicherweise über einer RC-Stufe gemessen, vermindert.
Ein Plasma-Anzeige-Tableau verwendet eine Matrixgruppe von Entladungszellen, die nur „ein" oder „aus" sein können. Auch im Gegensatz zu einer CRT oder LDC, in denen Graustufen durch analoge Steuerung der Lichtemission ausgedrückt werden, steuert ein PDP die Graustufen durch Modulieren der Zahl von Lichtimpulsen pro Vollbild (Halteimpulse oder Sustain-Impulse). Das Auge integriert diese Zeitmodulation über einer Dauer, die der Augenansprechzeit entspricht.
Da die Video-Amplitude die Zahl von Lichtimpulsen bestimmt, die bei einer gegebenen Frequenz auftreten, bedeutet mehr Amplitude mehr Augenimpulse und somit mehr „Ein"-Zeit. Aus diesem Grunde ist diese Modulation als Impulsbreiten-Modulation (PWM) bekannt. Um ein Konzept für diese PWM zu erstellen, wird jedes Vollbild in Unterperioden, sogenannte „Unterfelder" unterteilt. Zur Erzeugung der elektrischen Lichtimpulse erscheint eine elektrische Entladung in einer gasgefüllten Zelle, die als Plasma bezeichnet wird, und die erzeugte UV-Strahlung erregt einen farbigen Leuchtstoff (Phosphor), der das Licht aussendet. Um auszuwählen, welche Zelle beleuchtet werden sollte, baut eine erste ausgewählte Operation, die als „Adressierung" bezeichnet wird, eine Ladung in der zu beleuchtenden Zelle auf. Jede Zelle kann als Kondensator angesehen werden, der die Ladung über eine längere Zeit hält. Danach beschleunigt eine allgemeine Operation, die als „Halten" (Sustaining) bezeichnet wird, während der Beleuchtungsperiode die Ladungen in der Zelle, erzeugt weitere Ladungen und erregt einige der Ladungen in der Zelle. Nur in den während der ersten Auswahloperation adressierten Zellen findet diese Erregung von Ladungen statt, und es wird UV-Strahlung erzeugt, wenn die erregten Ladungen in ihren neutralen Zustand zurückkehren. Die UV-Strahlung erregt die Leuchtstoffe zur Lichtemission. Die Entladung der Zelle erfolgt in einer sehr kurzen Zeitdauer, und einige der Ladungen in der Zelle verbleiben. Bei dem nächsten Halteimpuls dient diese Ladung wiederum zur Erzeugung von UV-Strahlung, und es wird der nächste Lichtimpuls erzeugt. Während der gesamten Halteperiode jedes spezifischen Unterfeldes wird die Zelle in kleinen Impulsen beleuchtet. Am Ende entfernt eine Löschoperation alle Ladungen, um einen neuen Zyklus vorzubereiten.
Mehr Halteimpulse entsprechen mehr Spitzenhelligkeit. Mehr Halteimpulse entsprechen auch einer höheren Leistung, die in dem PDP fließt. Die PDP-Steuerung kann mehr oder weniger Halteimpulse als eine Funktion der Durchschnitts-Bildleistung erzeugen, d. h. sie schaltet zwischen Betriebsarten mit unterschiedlichen Leistungspegeln in Abhängigkeit von dem Bildinhalt um. Die Zunahme der Flankensteilheit der Halteimpulse entspricht auch (nichtlinear) mehr Spitzenhelligkeit.
Die Hauptaufgabe ist die Optimierung des Kontrastverhältnisses ohne Überbeanspruchung der Stromversorgungs-Schaltung. Außerdem ist die Gesamt-Bildqualität mit der Zahl der Unterfelder verknüpft, die für die Grauskala-Wiedergabe verwendet werden. Je höher diese Zahl ist, umso besser ist die Bildqualität. Nichts desto weniger führt jedes Unterfeld Leerlaufzeit (Totzeit) ein, für die kein Halten vorgesehen werden kann. Wenn die Zahl der Unterfelder zunimmt, nimmt die maximale Zahl von verfügbaren Haltezeiten ab. Aus diesem Grunde muss ein starker Kompromiss geschlossen werden, um die Bildhelligkeit zu optimieren.
In einer früheren europäischen Patentanmeldung der Anmelderin, siehe WO 00/46782, ist eine Lösung beschrieben, bei der ein Steuerverfahren mehr oder weniger Halteimpulse als Funktion der Durchschnitts-Bildleistung erzeugt, d. h. bei dem es zwischen verschiedenen Betriebsarten mit verschiedenen Leistungspegeln umschaltet. Dieses Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe von Leistungspegel-Betriebsarten für die Unterfeld-Kodierung vorgesehen wird, wobei zu jeder Leistungspegel-Betriebsart eine charakteristische Unterfeld-Organisation gehört, wobei die Unterfeld-Organisationen in Bezug auf eines oder mehrere der folgenden charakteristischen Merkmale variabel sind:

– die Zahl von Unterfeldern
– den Unterfeld-Typ
– die Unterfeld-Positionierung
– das Unterfeld-Gewicht
– die Unterfeld-Vor-Skalierung
– einen Faktor für die Unterfeld-Gewichte, die zur Änderung der Menge von kleinen Impulsen dienen, die während jedes Unterfeldes erzeugt werden.

US 5,757,343 offenbart ein Verfahren zur Leistungspegen-Steuerung in einer Anzeige, das die Leistung durch Betriebsarten-Auswahl begrenzt, die mit einem Verstärkungs-Einstellsignal bewirkt wird. Die verschiedenen Betriebsarten unterscheiden sich in der Zahl von Halteimpulsen, die jedem Unterfeld zugeordnet sind, wobei größere Zahlen für höhere Durchschnitts-Helligkeitswerte verwendet werden. Die Halteimpulse selbst werden scheinbar in Bezug auf eine konstante Haltefrequenz ausgelöst.
Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das dynamische PWEF-Steuerverfahren und die Vorrichtung hierfür weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 7 gelöst.
Eine wirksamere Weißspitzen-Schaltung erfordert eine höhere Zahl von verfügbaren diskreten Leistungspegel-Betriebsarten. Die Zahl von diskreten Leistungspegeln kann erhöht werden, wenn mehr Freiheitsgrade verwendet werden, d. h. durch Verwendung einer dynamischeren Steuerung der Unterfelder in Verbindung mit einer optimierten Steuerung der Haltefrequenz und/oder der Halteimpuls-Flankensteilheit.
Mit der dynamischen Steuerung der Haltefrequenz zusätzlich zu den konventionellen oben angeführten Unterfeld-Parameter-Änderungen kann ein PWEF von 8 oder mehr erzielt werden.
Die Haltefrequenz wurde in der Vergangenheit von allen Plasma-Anzeige-Herstellern konstant gehalten. Dies hatte den zusätzlichen Nachteil, dass nur eine verminderte Zahl von diskreten Leistungspegeln (etwa 20) zugelassen und ein Grauskalen-Porträt mit geringer Qualität akzeptiert wurde. Dies beruhte auf der Tatsache, dass es für die meisten Leistungspegel schwierig war, die verfügbare diskrete Zahl von Halteimpulsen in der verfügbaren Zahl von Unterfeldern zu verteilen und dabei die relative Unterfeld-Wichtung korrekt zu halten.
Außerdem ist die Verwendung einer Hysterese-Schaltung in der Helligkeitspegel-Auswahlsteuerung erforderlich, um eine vollkommene Bildqualität (kein Pumpen oder Flackern) zu gewährleisten.
Die Erfindung besteht ferner aus einer Vorrichtung zur Leistungspegel-Steuerung einer Anzeigevorrichtung. Hier besteht die Erfindung aus einer Vorrichtung, bei der eine Tabelle (17) mit Leistungspegel-Betriebsarten in einer Steuereinheit (11) für Unterfeld-Kodierung gespeichert ist, wobei eine Bildleistungs-Messschaltung (10) einen Wert (PL) bestimmt, der charakteristisch für den Leistungspegel eines Videobildes ist, und die Steuereinheit (11) wählt eine entsprechende Leistungspegel-Betriebsart für die Unterfeld-Kodierung aus. Bei Umschaltung von einer Leistungspegel-Betriebsart zu einer anderen liefert die Steuereinheit (11) Halteimpulse zur Ansteuerung der Anzeige mit einem oder beiden der folgenden charakteristischen Merkmale, die sich gegenüber der vorhergehenden Leistungspegel-Betriebsart geändert haben:

– der Haltefrequenz
– der Halteimpuls-Flankensteilheit.

Bilder mit einer Menge an Energie (z. B. vollkommen weiße Seite) werden mit einer geringeren Helligkeit angezeigt, um den Gesamt-Leistungsverbrauch zu vermindern. Diese Helligkeit spezifiziert den maximalen Leistungsverbrauch des Tableaus. Wenn offensichtlich das Bild weniger Energie aufweist, kann mehr Helligkeit erzeugt werden, ohne die Stromversorgung zu überbeanspruchen (derselbe maximale Leistungsverbrauch).
Vorteilhafterweise werden zusätzliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den entsprechenden Unteransprüchen offenbart.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden in größeren Einzelheiten in der folgenden Beschreibung erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
1 die Zellenstruktur des Plasma-Anzeige-Tableaus in der Matrix-Technologie;
2 das konventionelle ADS-Adressierungs-Schema während einer Vollbildperiode;
3 das typische Leistungs-Management-Steuersystem in einem PDP;
4 eine Hysterese-Kurve für die dynamische Steuerung der Leistungspegel-Betriebsarten;
5 das klassische ADS-Adressierungs-Schema für ein PDP einschließlich Vorbereitung (Priming);
6 die Halteimpulse zur Ansteuerung einer Wechselstrom-Plasmazelle und die entsprechenden Lichtemissionsspitzen;
7 die prinzipielle Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung einer PDP-Ansteuerschaltung;
8 ein Beispiel einer Haltefrequenz-Änderung mittels einer Modifikation der Öffnungs- und Schließzeiten der steuerbaren Schalter in der Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung von 7;
9 die Entwicklung der Haltefrequenz in den verschiedenen Leistungspegel-Betriebsarten im Vergleich zu der Entwicklung der Lichtemission;
10 die Entwicklung der Halteimpulszahl mit dem gemessenen Bild-Leistungspegel;
11 das Prinzip der Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit mittels einer Modifikation der Öffnungs- und Schließzeiten der steuerbaren Schalter in der Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung von 7;
12 die Auswirkung der Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit auf die Tableau-Helligkeit;
13 die Auswirkung der Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit auf die Lichtausbeute;
14 ein erstes Beispiel einer Schaltungs-Ausführung der Erfindung; und
15 ein zweites Beispiel einer Schaltungs-Ausführung der Erfindung.
Ausführungsbeispiele
Der prinzipielle Aufbau einer Plasmazelle in der sogenannten Matrix-Plasma-Anzeigetechnologie ist in 1 dargestellt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Stirnplatte aus Glas. Mit der Bezugsziffer 11 ist eine durchsichtige Zeilenelektrode bezeichnet. Die Montageplatte des Tableaus hat die Bezugsziffer 12. Es sind zwei dielektrische Schichten 13 vorgesehen, um Stirnplatte und Montageplatte gegeneinander zu isolieren. In der Montageplatte sind Farbelektroden 14 integriert, die senkrecht zu den Zeilenelektroden verlaufen. Der innere Teil der Zellen besteht aus einer Leuchtsubstanz 15 (Phosphor) und Separatoren 16 zum Trennen der verschiedenfarbigen Leuchtstoffe (grün 15A), (blau 15B) und (rot 15C). Die durch die Entladung erzeugte UV-Strahlung ist mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet. Das von dem grünen Leuchtstoff 15A ausgesendete Licht wird durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 18 angezeigt. Aus diesem Aufbau einer PDP-Zelle ist klar, dass drei Plasmazellen erforderlich sind, die den drei Farbkomponenten RGB entsprechen, um die Farbe eines Bildelements (Pixel) des angezeigten Bildes zu erzeugen.
Der Graupegel jeder R-, G-, B-Komponente eines Pixels wird in einem PDP durch Modulation der Zahl von Lichtimpulsen pro Vollbildperiode gesteuert. Das Auge integriert diese Zeitmodulation über einer Dauer, die dem Ansprechen des menschlichen Auges entspricht. Das wirksamste Adressier-Schema sollte sein, n Mal zu adressieren, wenn die Zahl der zu erstellenden Videopegel gleich n ist. Im Falle der allgemein verwendeten 8-Bit-Darstellung der Videopegel sollte eine Plasmazelle demzufolge 256 Mal adressiert werden. Dies ist technisch jedoch nicht möglich, da jede Adressierungs-Operation viel Zeit erfordert (etwa 2 μs pro Zeile, d. h. 960 μs für eine Adressierungsperiode, 245 ms für alle 256 Adressierungsperioden), was mehr als die 20 ms ist, die an Zeitdauer für 50 Hz Video-Vollbilder verfügbar sind.
Aus der Literatur ist ein anderes Adressierungs-Schema bekannt, das praktischer ist. Gemäß diesem Adressierungs-Schema wird ein Minimum von 8 Unterfeldern (im Fall eines 8-Bit-Videopegel-Datenworts) in einer Unterfeld-Organisation für eine Vollbildperiode verwendet. Mit einer Kombination dieser 8 Unterfelder ist es möglich, die 256 verschiedenen Videopegel zu erzeugen. Dieses Adressierungs-Schema ist in 2 veranschaulicht. In dieser Figur wird jeder Videopegel für jede Farbkomponente durch eine Kombination von 8 Bits mit den folgenden Wichtungen dargestellt:
1/2/4/8/16/32/64/128.
Um eine solche Kodierung mit der PDP-Technologie zu realisieren, wird die Vollbildperiode in 8 Beleuchtungsperioden (als Unterfelder bezeichnet) unterteilt, von denen jede einem Bit in einem entsprechenden Unterfeld-Codewort entspricht. Die Zahl von Lichtimpulsen für das Bit „2" ist doppelt so groß wie für das Bit „1" und so weiter. Mit diesen 8 Unterperioden ist es möglich, durch Unterfeld-Kombination die 256 Graustufen aufzubauen. Das Normprinzip, diese Graustufen-Modulation zu erzeugen, beruht auf dem ADS-(Trennung von Adressierung/Anzeige)-Prinzips, bei dem alle Operationen zu verschiedenen Zeiten auf dem gesamten Tableau ausgeführt werden. In 2 unten ist gezeigt, dass bei diesem Adressierungs-Schema jedes Unterfeld aus drei Teilen besteht, nämlich einer Adressierungsperiode, einer Halteperiode und einer Löschperiode.
Bei dem ADS-Adressierungs-Schema folgen alle Basis-Zyklen aufeinander. Zunächst werden alle Zellen des Tableaus in einer Periode geschrieben (adressiert), worauf alle Zellen beleuchtet (gehalten) und am Ende alle Zellen gelöscht werden.
Die in 2 gezeigte Unterfeld-Organisation ist nur ein einfaches Beispiel, und es sind aus der Literatur sehr unterschiedliche Unterfeld-Organisationen mit z. B. mehr Unterfeldern und verschiedenen Unterfeld-Gewichten bekannt. Oft werden mehr Unterfelder verwendet, um sich bewegende Artefakte zu vermindern, und es könnte auch eine Vorbereitung („Priming") bei mehr Unterfeldern verwendet werden, um die Ansprechtreue zu erhöhen. Das Priming ist eine getrennte wahlweise Periode, bei der die Zellen geladen und gelöscht werden. Diese Ladung kann zu einer kleinen Entladung führen, d. h. sie kann Hintergrundlicht erzeugen, das im Prinzip unerwünscht ist. Auf diese Priming-Periode folgt eine Löschperiode, um die Ladung sofort zu löschen. Dies ist für die folgenden 8 Unterfeld-Perioden notwendig, wo die Zellen erneut adressiert werden müssen. Somit ist das Priming eine Periode, die die folgenden Adressierungs-Perioden erleichtert, d. h. sie verbessert die Wirksamkeit der Schreibstufe durch regelmäßige Erregung aller Zellen gleichzeitig.
Die Länge der Adressierungs-Periode ist für alle Unterfelder gleich wie auch die Länge der Löschperioden. In der Adressierungs-Periode werden die Zellen zeilenweise von der Zeile 1 bis zur Zeile n der Anzeige adressiert. In der Löschperiode werden alle Zellen parallel in einem Schritt entladen, was nicht so viel Zeit wie die Adressierung erfordert. Das Beispiel von 2 zeigt, dass die Operationen Adressieren, Halten und Löschen in der Zeit vollständig getrennt sind. An einem Zeitpunkt ist eine dieser Operationen für das gesamte Tableau aktiv.
3 zeigt das Prinzip des Leistungs-Managements in einem PDP für den Fall von PWEF = 8. Je nach der Bildlast wird die Menge des ausgesendeten Lichtes geändert, um den Leistungsverbrauch stabil zu halten, während das beste Kontrastverhältnis gezeigt wird. Es ist naheliegend, dass bei Anzeige eines vollständig weißen Bildes auf einem PDP-Schirm (linker Schirm in 3) weniger Helligkeit von dem Auge benötigt wird, um einen schönen Eindruck von Helligkeit zu erfassen, da diese Helligkeit auf einem sehr großen Teil des sichtbaren Feldes angezeigt wird. Wenn andererseits ein PDP-Schirm ein Bild mit niedriger Energie anzeigt (rechter Schirm in 3) ist das Kontrastverhältnis für das Auge sehr wichtig. In diesem Fall sollte die höchste verfügbare weiße Helligkeit auf einem solchen Bild ausgegeben werden, um dieses Kontrastverhältnis (Verhältnis zwischen schwarzen und weißen Teilen des Bildes) zu verbessern.
Dieses Konzept führt zu einer Änderung in der weißen Helligkeit in Abhängigkeit von dem Bildinhalt. Um trotzdem nicht neue Artefakte zu erzeugen wie Pumpen (Schwankungen der Bildhelligkeit) oder Flackern (starke Änderung von Weiß-Helligkeit, die wahrnehmbar wird), müssen zahlreiche Betriebsarten definiert werden, um einen glatten Übergang zu ermöglichen, und ihre Steuerung muss über eine Hysteresis-Schleife erfolgen.
Zu diesem Zweck wird ein Leistungspegel PL für jedes Videobild berechnet und zur Auswahl der gegenwärtigen Anzeige-Leistungs-Betriebsart PM verwendet. Ein Beispiel einer möglichen PL-Berechnung wird durch die Formel gegeben:
In der R_x,y die Amplitude der roten Komponente von dem Pixel darstellt, das sich an der Position (x, y) befindet, und N die Gesamtzahl der Basiszellen (Farbkomponenten für RGB-Bilder N = 3) darstellt, die in dem Vollbild enthalten sind.
In 4 ist ein Beispiel der dynamischen Steuerung der Leistungs-Betriebsart-Auswahl (PM) in Abhängigkeit von dem berechneten Leistungspegel (PL) unter Verwendung einer einfachen Hysterese-Funktion dargestellt. Wie man erwarten sollte, wenn der Bild-Leistungspegel PL zunimmt, werden Betriebsarten mit abnehmender Halte-Impulszahl ausgewählt. Es gibt eine Hysterese-Schleife in der Steuerfunktion. Wenn die Bild-Durchschnittsleistung zunimmt, werden Betriebsarten PM mit Leistungspegeln auf der oberen Linie gewählt. Wenn die Bildleistung abnimmt, werden Betriebsarten PM mit Leistungspegeln auf der unteren Linie gewählt. Punkte zwischen den beiden Linien können gewählt werden, wenn die Richtung des Bild-Durchschnitts-Leistungswachstums modifiziert wird. Zusätzlich wird für die Offenbarung eines solchen Leistungspegel- Steuerverfahrens ausdrücklich auf die oben erwähnte Patentanmeldung WO 00/46782 Bezug genommen.
Das ADS-Adressierungs-Schema ist bereits beschrieben worden. Um die Darlegung zu vereinfachen, werden einige Abtastwerte von einer möglichen Ausführung als Beispiel verwendet. Natürlich könnten auch einige andere Werte verwendet werden, da sie von der Tableau-Technologie abhängen.
Das Beispiel beruht auf den folgenden Abtastwerten:

• ein Vollbild enthält 5500 Basiszyklen (BC) mit 60 Hz.
• Die Adressierung eines Unterfeldes hat eine Dauer von 240 Basis-Zyklen.
• Eine Löschung hat einen Aufwand von 70 Basis-Zyklen.
• Ein Priming (nur am Beginn jedes Vollbildes benötigt) hat einen Aufwand von 55 Basis-Zyklen.

5 veranschaulicht eine Unterfeld-Organisation auf der Basis des ADS-Adressierungs-Schemas mit 12 Unterfeldern und einer Priming/Lösch-Operation am Beginn einer Vollbildperiode.
Die Ausführung einer solchen Abtastung hat den folgenden Aufwand:

• Adressierung: 12 × 242 = 2880 BC
• Priming: 55 BVC
• Löschen: 12 × 70 = 840 BC

Demzufolge sind bei diesem Beispiel 5550 – 2880 – 55 – 840 = 1725 BC frei, um Halteimpulse zu erzeugen. Wenn einerseits die Zahl von Unterfeldern vermindert wird, sind mehr Basis-Zyklen zur Erzeugung von Licht verfügbar. Wenn andererseits die Zahl von Unterfeldern erhöht wird, sind weniger Basis-Zyklen zur Erzeugung von Licht verfügbar.
Außerdem sind Bilder mit einer Menge von Energie sehr kritisch im Hinblick auf Bewegungs-Artefakte und das Grauskalen-Porträt. Daher sind mehr Unterfelder für diese Art von Bildern erforderlich.
Alle diese Ergebnisse führen zu der Entwicklung von verschiedenen Leistungspegel-Betriebsarten, die auf der Änderung der Unterfeld-zahl in der Unterfeld-Organisation beruhen. Die folgende Tabelle stellt eine mögliche erste Definition eines Gerüsts von Leistungspegel-Betriebsarten dar:
Tabelle 1
Die Betriebsart M1 wird für Bilder verwendet, die eine Menge an Energie (vollkommen weiß) haben und die höchste Bildqualität hauptsächlich in Bezug auf sich bewegende Artefakte benötigen. Wenn die Bildenergie abnimmt, werden andere Betriebsarten Schritt für Schritt ausgewählt. In der obigen Tabelle sind nur sieben verschiedene Betriebsarten aufgeführt, was nicht genug ist, um ein gutes Bildleistungs-Management zu garantieren, da der Schritt zwischen den Betriebsarten noch hoch ist (≈ 300 BC). Im nächsten Absatz wird erläutert, wie das grobe Leistungspegel-Gerüst in der obigen Tabelle verfeinert werden kann, um viel mehr Betriebsarten zu definieren.
Die 7 verschiedenen Betriebsarten in der obigen Tabelle können leicht mit einer Technik ausgeführt werden, die nun bei verschiedenen Plasma-Herstellern gut eingeführt ist, nämlich die Veränderung der Zahl von Unterfeldern in der Unterfeld-Organisation für Weißspitzen-Verbesserung. Zum besseren Verständnis des neuen Konzepts zur Verfeinerung dieser Betriebsarten ist es vorteilhaft, zuerst den Lichtemissionsprozess in einer PDP mehr in Einzelheiten zu erläutern.
Alle Plasma-Anzeige-Technologieen basieren auf einer Gasentladung. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird die Darstellung auf die Wechselstrom-Plasma-Anzeigetechnologien (AC-Plasma-Tableaus) konzentriert, die heute hauptsächlich verwendet werden. Nichts desto weniger können alle Grundprinzipien, die in diesem Dokument beschrieben werden, auch bei Gleichstrom-(DC)-Plasma-Tableaus verwendet werden.
Um die Gasentladung in einem AC-Plasma-Display zu erzeugen, wird ein alternierendes Rechtecksignal an zwei Elektroden einer Tableau-Zelle (Halteelektroden im Fall von koplanaren Plasma-Anzeige-Tableaus) angelegt, um eine Lichtemission (Plasma-Entladung) zu erzeugen, wie in 6 dargestellt ist. Die Position der Elektroden pro Tableau-Zelle kann sich von einer Anzeigetechnologie zu einer anderen ändern, aber das Prinzip bleibt immer dasselbe. Die Rechteck-Halteimpulse sind in dem oberen Teil von 6 dargestellt. Die Polarität zwischen den Halteelektroden wird periodisch mit den Rechteck-Halteimpulsen umgeschaltet. In dem unteren Teil von 6 ist der Gaszustand in einer Plasma-Zelle dargestellt. Kurz nach der Polaritäts-Änderung eines Halteimpulses findet die Gasentladung statt, wird UV-Licht erzeugt, und das Leuchtmaterial wird erregt, um einen Lichtimpuls zu erzeugen.
Die Dauer jedes Halteimpulses bestimmt die Menge von Halteimpulsen, die pro Vollbildperiode in Abhängigkeit von der Zeit gemacht werden können, die für das Halten zur Verfügung steht. Dies bestimmt auch die Frequenz der Halteimpulse. Allgemein gibt es ein Minimum der Halteimpulsdauer, um eine gute Haltefunktion zu gewährleisten, die eine gute Tableau-Ansprechtreue ermöglicht. Diese minimale Zeit ist im oberen Teil von 6 dargestellt und beträgt etwa die Hälfte eines Halteimpulses in der Zeichnung. Der Rest der Halteimpulsdauer bildet eine Spanne, die genutzt werden kann, um die Haltefrequenz auf das Tableau-Verhalten einzustellen. Man sieht im unteren Teil von 6, dass die Gasentladungs-Spitzen sich in der Zeit leicht von Halteimpuls zu Halteimpuls ändern können. Innerhalb der Zeit Tmin findet die Gasentladung und die entsprechende Lichtemission mit hoher Zuverlässigkeit statt.
Jedes Tableau hat einen Bereich, in dem sein Verhalten völlig stabil ist. Ein stabiles Tableau-Verhalten kann beispielsweise für eine Haltefrequenz zwischen 120 kHz und 180 kHz gewährleistet werden. In diesem Bereich kann die Lichteffizienz (lumen/watt) als die beste für dieses Beispiel angesehen werden. Heute wird eine feste Frequenz (z. B. 150 kHz) in diesem Bereich verwendet, um die Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung zu optimieren, die später noch erläutert wird.
Wechselstrom-Plasma-Anzeigen erfordern eine spezielle diskrete Halteschaltung, um die Halteimpulse zu erzeugen. Da eine PDP-Zelle als Kapazität betrachtet werden kann, führen die in jeder Zelle eingeführten Kapazitätsverluste (1/2 × C × V2) eine starke Verlustleistung in der Halteschaltung ein, nur um die Tableau-Kapazität zu laden oder zu entladen. Dies ist für viele Anwendungen unannehmbar hoch (z. B. volle weiße Last) und sogar noch größer für Tableaus mit größerer Diagonale. Glücklicherweise kann mehr als 90% dieser Energie durch die Verwendung einer Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung wie die in 7 gezeigte Schaltung wiedergewonnen werden. Die Plasma-Zellen des Tableaus können insgesamt als ein Kondensator C_P angesehen werden, der für die Lichterzeugung geladen und entladen werden muss. Ein entsprechender Kondensator C_SS ist in der Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung des oberen Teils von 7 vorgesehen, um die Ladung der Tableau-Kapazität während der Entladung zu speichern. Zwei Dioden D1 und D2 können in dem Lade- und Entladeweg der Zellen-Kapazität C_P mittels steuerbarer Schalter S1 und S2 umgeschaltet werden. Auch eine Induktivität L ist in dem Lade- und Entladeweg der Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung vorgesehen. Die Induktivität L und der Kondensator C_P haben eine spezifische Resonanzfrequenz, die für den periodischen Lade- und Entladeprozess optimiert wird. Die Versorgungsspannung V_CC und Masse ist mit dem Lade- und Entladeweg über steuerbare Schalter S3 und S4 verbunden. Diese werden zum Kompensieren der unvermeidbaren Verluste in den Lade- und Entladephasen verwendet. Im unteren Teil von 7 ist veranschaulicht, wie der Halteimpuls mit positiver Polarität mit der im linken Teil des oberen Teils von 7 gezeigten Halte-Treiberschaltung erzeugt wird. Der Spannungsabfall über dem Kondensator C_P und der Stromfluss in den Kondensator C_P hinein und aus diesem heraus sind getrennt angezeigt. Eine Steuereinheit schaltet die Schalter S1 und S9, wie in den vier Phasen (1) bis (4) angezeigt ist.
Ein entsprechender Halte-Treiber ist auf der rechten Seite des Tableaus (nicht in Einzelheiten dargestellt) vorgesehen. Wegen größerer Einzelheiten hinsichtlich dieser Schaltung wird auf die Literatur Bezug genommen, in der diese Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung seit langem bekannt ist.
Das grundsätzliche Prinzip ist die Ladung und Entladung der Tableau-Kapazität über eine Induktivität L anstatt über den verlustbehafteten Widerstand eines Schalters. Die grundsätzliche Form der Halte-Wellenform ist noch ein Rechteckimpuls, jedoch erscheinen die ansteigenden und fallenden Flanken der Rechteckimpulse als Sinuswellen-Segmente mit einer Resonanzfrequenz, die durch die Induktivität L und die Tableau-Kapazität C_P bestimmt ist. Wie bereits gesagt wurde, wird diese Schaltung heute für eine ausgewählte Haltefrequenz in den PDPs optimiert.
Um über mehr Leistungs-Betriebsarten unter Verwendung desselben Gerüsts – wie in der obigen Tabelle dargestellt – zu verfügen, wird die Länge der Halteimpulse gemäß der Erfindung geändert, was gleichzeitig ermöglicht, mehr oder weniger Halteimpulse zu erzeugen. Natürlich muss dafür gesorgt werden, dass die Dauer der Halteimpulse nicht unter die Grenze Tmin vermindert wird.
Außerdem sollte dafür gesorgt werden, in einem Haltefrequenz-Bereich mit einem stabilen Tableau-Verhalten (gleiche Effizienz) zu verbleiben, um die Definition von linearen Betriebsarten zu gewährleisten. Bei dem vorliegenden Beispiel bedeutet dies, in einem Haltefrequenzbereich zwischen 120 kHz und 180 kHz zu bleiben.
Dies erfordert auch, die Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung etwas zu modifizieren, um sie nicht mehr für eine feste Haltefrequenz (früher 150 kHz) zu optimieren, sondern für den vollständigen Bereich 120 kHz bis 180 kHz. Eine einfache Lösung ist zum Beispiel die Verwendung von mehr verschiedenen Induktivitäten in der Schaltung, die für die verschiedenen Frequenzen und entsprechenden Auswahlvorrichtungen verwendet werden.
Nunmehr wird das neue Konzept mit Hilfe eines Beispiels veranschaulicht, bei dem die folgenden Annahmen getroffen werden: Ein Basis-Zyklus BC entspricht 150 Taktperioden. Bei 150 kHz entspricht ein Haltezyklus (positiver und negativer Halteimpuls) 300 Taktperioden.
Es ist nun möglich, das Gerüst der Leistungspegel-Betriebsarten in der obigen Tabelle zu verfeinern, indem neue Unter-Betriebsarten durch einen Wechsel der Haltefrequenz hinzugefügt werden. Die Steuerung der Haltefrequenz ist in 8 gezeigt. Die Phase (2) wurd entweder für eine Haltefrequenz-Verminderung verlängert oder für eine Haltefrequenz-Erhöhung verkürzt, wie dargestellt. Dies kann einfach durch die Steuereinheit erfolgen, die die Schalter S1 bis S4 steuert.
In der Tabelle 2 sind die resultierenden neuen Leistungspegel-Betriebsarten aufgelistet. Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, nimmt die verfügbare Haltezahl allmählich und linear von 338 (M1.1) bis zu 1576 (M7.18) zu. Diese verschiedenen Betriebsarten sind aus den Basis-Betriebsarten in der Tabelle 1 durch Spielen mit der Haltedauer (gemessen in Taktperioden) abgeleitet worden, um die Schritte zwischen den Betriebsarten zu verfeinern.
Da eine gute Tableau-Linearität für alle Betriebsarten erforderlich ist, sollte sichergestellt werden, dass die Haltefrequenz in dem Bereich [120; 180] verbleibt.
Tabelle 2
Bei diesem Beispiel ist die niedrigste Haltefrequenz 121 kHz und die höchste 179 kH7. Außerdem ist aus der Tabelle 2 ersichtlich, dass mehr Unter-Betriebsarten für die Basis-Betriebsart mit 9 Unterfeldern definiert worden sind, da hier eine Menge an Zeit verfügbar ist, um Halteimpulse zu erstellen, und somit können alle Frequenzen zwischen 120 kHz und 180 kHz tatsächlich verwendet werden.
In den vorangehenden Absätzen wurde erläutert, dass die Verwendung der Haltefrequenz-Modifikation innerhalb eines Bereichs, in dem das Tableau-Verhalten stabil bleibt, das Verfeinern von Leistungspegel-Betriebsarten ermöglicht. Dies kostet eine angepasste Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung, um diesen neuen Zwängen zu folgen.
Wenn man wünscht, den Kontrast des Tableaus für Bilder zu verbessern, die einen Videoinhalt mit geringer Energie haben (Weiß-Spitze-Bilder), sollte das Folgende beachtet werden. Für solche Bilder ist die Belastung des Tableaus sehr niedrig, und dies bedeutet, dass die Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung für solche Betriebsarten nicht vollständig optimiert werden muss. Außerdem kann man es sich für solche Betriebsarten leisten, ein bisschen weniger Tableau-Effizienz und -Linearität zu haben. Aus all diesen Gründen ist es akzeptabel, die Haltefrequenz weiter zu erhöhen (Verminderung der Haltedauer), um mehr Leistungspegel-Betriebsarten zu definieren. Die einzige Begrenzung besteht darin, die Haltedauer länger als T_min zu lassen, um eine gute Tableau-Ansprechtreue (100 Beleuchtung) zu gewährleisten.
Tabelle 3
Die vorangehende Tabelle 3 listet die zusätzlichen Leistungspegel-Betriebsarten auf, die durch diesen Vorschlag unter der Annahme hinzugefügt wurden, dass die Grenze T_min äquivalent zu einer maximalen Frequenz von 265 kHz ist.
Wie man aus der Tabelle 3 sieht, sind 22 neue Betriebsarten mit einer verfügbaren Haltezahl hinzugefügt worden, die allmählich von 1608 (M8.1) bis zu 2300 (M8.22) zunimmt. Die Haltefrequenz nimmt von 183 kHz bis hinauf zu 262 kHz zu.
9 zeigt die Entwicklung der Haltezahl (obere Kurve) für alle 64 Betriebsarten im Vergleich zu der Entwicklung der Helligkeit (cd/m²) (untere Kurve). Auf der Abszisse ist die Betriebsarten-Zahl dargestellt und auf der Ordinate ist die Haltezahl in Bezug auf die Helligkeit gezeigt. 9 zeigt ein Beispiel eines untersuchten PDP-Verhaltens. In dieser graphischen Darstellung kann man sehen, dass außerhalb des Bereichs von stabilem Frequenzverhalten die Lichteffizienz des Tableaus etwas abnimmt und es eine kleine positive Abweichung von der Linearität für die Haltezahl-Entwicklungskurve gibt, aber dieses passt noch in das Konzept des Leistungs-Managements. Dies ist nur ein Beispiel, und bei einer anderen Tableau-Technologie kann das Verhalten außerhalb des stabilen Bereiches anders sein.
In den vorangehenden Absätzen haben wir gesehen, dass die Änderung der Haltefrequenz die Definition einer Menge von Leistungs-Betriebsarten ermöglichen kann. Die Betriebsart ist in Abhängigkeit von dem in dem Bild gemessenen Leistungspegel PL zu wählen.
Die Leistung des Bildes wird auf der Basis der 8-Bit-Zahlen der RGB-Werte der Pixel in dem Bild gemäß der Formel gemessen, die bereits oben dargelegt wurde:
Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass der PL-Wert auch durch eine 8-Bit-Zahl dargestellt werden kann. Nun muss in Abhängigkeit von dem gemessenen PL-Wert eine Betriebsart ausgewählt werden. Der Leistungspegel wird unter dem Zwang ausgewählt, dass der maximale Leistungsverbrauch der Stromversorgung nie überschritten wird. Hierfür muss definiert werden, wie groß der maximale Leistungsverbrauch des Tableaus ist. Natürlich ergibt sich der maximale Leistungsverbrauch wenn das gesamte Tableau eine völlig weiße Seite anzeigt. Dieser völlig weißen Seite ist ein PL = 255 zugeordnet. Es sei nun in unserem Beispiel angenommen, dass wir dieses Bild mit den 338 Halteimpulsen und einer Helligkeit von 120 cd/m² entsprechend der Betriebsart M1.1 von Tabelle 2 anzeigen möchten. Dies ist die Betriebsart, die die höchste Unterfeldzahl 15 und die niedrigste Halteimpulszahl hat. In diesem Fall ist der Verbrauch des Tableaus proportional zu der Größe des Tableaus und zum Quadrat der Halteimpulszahl: P_max = k.852.480.338² unter der Annahme, dass die PDP-Größe 852 Pixel mal 480 Zeilen beträgt. Dies spezifiziert die maximale Energie, die in die Stromversorgung fließt und entsprechend zu spezifizieren ist. Nun muss für alle 255 möglichen PL eine Betriebsart definiert werden, die den maximalen Leistungsverbrauch des Tableaus respektieren muss. Diese Betriebsart kann mit einer Formel definiert werden, die eine Beziehung zwischen dem gemessenen Pegel PL und der gewünschten Haltezahl N_SUS ergibt. Ein Beispiel solch einer Funktion ist in der folgenden Formel gegeben:
Einige andere Funktionen von ähnlicher Art können alternativ verwendet werden.
Der Leistungspegel-Betriebsauswahl-Prozess wird mittels des Beispiels transparenter: PL = 56 → N_SUS = 718. Es gibt keine Betriebsart in der Tabelle 2, die genau diese Haltezahl darstellt. Um die Stromversorgung nicht zu überlasten, besteht eine Möglichkeit darin, eine Betriebsart zu wählen, die etwas mehr Haltezahlen gibt (M4.2 mit N_SUS = 729), und um leicht die Energie zu modifizieren, die sich in dem Bild befindet, indem ein Korrekturfaktor (Vor-Skalierungsfunktion) dem Bildinhalt zugeführt wird. In unserem Beispiel ist der Korrekturfaktor 718/729 = 0,98, und das vollständige Bild wird wie folgt korrigiert: R ~x,y = 0.98 × Rx,y G ~x,y = 0.98 × Gx,y B ~x,y = 0.98 × Bx,y
In denen R ~_x,y dem angezeigten Wert der roten Komponente und R_x,y alle ursprünglichen roten Werte darstellt.
Bei dieser Vor-Skalierungs-Funktion ist es daher leicht möglich, die zuvor berechneten Betriebsarten weiter zu verfeinern. Die in diesem Dokument angegebenen Werte sollten nur als Beispiel genommen werden.
In dem vorhergehenden Absatz wurde erläutert, wie ein Korrekturfaktor helfen kann, die verschiedenen Leistungspegel-Betriebsarten zu verfeinern. Naheliegenderweise ist es auch möglich, die gewünschten Leistungspegel-Betriebsarten unmittelbar ohne Verwendung einer Vor-Skalierungsfunktion zu berechnen. In diesem Fall wird in Abhängigkeit von der Zahl von verfügbaren Leistungspegeln PL eine Tabelle mit Leistungs-Betriebsart-Abtastung unmittelbar berechnet.
Ein Beispiel ist in Tabelle 4 mit den folgenden Annahmen gegeben:

• ein vollkommen weißes Bild sollte mit 338 Halteimpulsen angezeigt werden.
• Die Beziehung zwischen der Halteimpulszahl und dem gemessenen PL-Wert ist durch die Formel gegeben:

Die Tabelle 4 stellt ein Beispiel dar, wie eine solche Betriebsart-Definition aussehen könnte (nur wenige PL-Pegel sind dargestellt worden, um die Größe der Tabelle zu vermindern, und die nicht dargestellten Werte können leicht mit der oben gegebenen Formel abgeleitet werden).
In dieser Tabelle ist die Haltefrequenz die Frequenz des Halte-Zyklus. Auch die Haltedauer ist die Dauer von einem vollen Halte-Zyklus. Ferner ist die Haltezahl die Zahl der Halte-Zyklen, nicht die Zahl von Lichtimpulsen.
Die Werte in der Tabelle werden in der folgenden Weise berechnet. In einem ersten Schritt wird die Haltezahl zu einem gegebenen Leistungspegel-Wert PL gemäß der obigen Formel berechnet.
Tabelle 4
Beim nächsten Schritt wird geprüft, ob sich die resultierende Haltefrequenz gemäß der freien Zahl von Basis-Zyklen für die gegenwärtige Basis-Betriebsart in dem erlaubten Bereich zwischen 120 und 180 kHz befindet oder nicht. Falls dies nicht zutrifft, wird die nächste Basis-Betriebsart mit der nächst-niedrigeren Unterfeld-Zahl verwendet. Die grauen Zellen in Tabelle 4 stellen die Betriebsarten außerhalb der Tableau-Linearität (in unserem Beispiel) und außerhalb des zulässigen Haltefrequenz-Bereichs dar. Diese Tabelle ist ein Beispiel, und es können sich unterschiedliche Werte oder Funktionen für ein anderes Tableau-Modell ergeben.
10 veranschaulicht die Entwicklung der Haltezahl in Abhängigkeit von dem gemessenen Leistungspegel PL.
Bei dem Beispiel von Tabelle 4 sind keine besonderen Betriebsarten für die PL-Werte unterhalb von 5 geplant, da die Haltefrequenz bereits bis auf die Grenze von 265 kHz hinauf erhöht worden ist, die der oberen Grenze (entsprechend der Zeit T_min) bei diesem Beispiel entspricht. Nichts desto weniger ist dieser Wert nur ein Beispiel und hängt von der Tableau-Technologie ab.
Um weiter in das Gebiet der Spitzen-Helligkeits-Verbesserung hineinzugehen, gibt es ein weiteres Potential für weitere Verbesserungen, die in der Möglichkeit liegen, die Flankensteilheit der Halteimpulse gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zu modifizieren.
Um die Spitzen-Helligkeit der Plasma-Anzeige zu erhöhen, ist es möglich, die Flankensteilheit der Halteimpulse durch früheres Umschalten der steuerbaren Schalter S3 und S4 zu erhöhen. Auf diese Weise werden die ansteigenden und fallenden Flanken eines positiven Halteimpulses versteilert. Wenn die Gesamtdauer dieser Halteimpulse konstant gehalten wird, wird die Phase (2) verlängert und daher kann der zulässige Haltefrequenz-Bereich ausgedehnt werden, weil die Zeit T_min auch bei höheren Haltefrequenzen respektiert wird. Messungen haben gezeigt, dass bei diesem Verfahren eine Erhöhung der Spitzen-Helligkeit von etwa 20% erzielt werden kann, jedoch nur für kleine Beleuchtungs-Bereiche auf dem PDP-Schirm. Der Nachteil besteht darin, dass auch das Übersprechen zunimmt.
11 veranschaulicht eine Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit bei Verbleiben auf derselbe Haltefrequenz.
In 12 und 13 ist die Auswirkung einer solchen Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit auf die Tableau-Helligkeit dargestellt. Die verschiedenen Kurven in den beiden Figuren entsprechen dem Umschalten der Schalter S3 und S4 nach einer Verzögerung von 270 bzw. 210 ns.
12 zeigt, dass die von dem Tableau für dieselbe Zahl von Halteimpulsen erzeugte Helligkeit zunimmt, wenn die Zeit der Halteimpuls-Flankensteilheit von 270 ns auf 210 ns (Beispielswerte) abnimmt. Dies erfolgt ohne jeglichen negativen Effekt auf die Tableau-Effizienz (Leistungsverbrauch pro Halten) wie in 13 gezeigt ist.
13 zeigt, dass die Modifikation der Flankensteilheit der Halteimpulse von 270 ns auf 210 ns auch die Tableau-Effizienz verbessert hat. Dies bedeutet, wie man in 12 sieht, dass dieselbe Zahl von Halteimpulsen mehr Licht erzeugt, ohne mehr Leistungsverbrauch. In anderen Worten sind die Lichtimpulse, die pro Halteimpuls erzeugt werden, intensiver als ohne Erhöhung der Halteimpuls-Flankensteilheit. Dies kann nicht für alle Betriebsarten verwendet werden, da es negative Auswirkungen auf das Bild- Übersprechen hat. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dies vorzugsweise nur für Betriebsarten zu verwenden, bei denen eine extrem hohe Weißspitzen-Verbesserung erwünscht ist.
Das in diesem Dokument beschriebene Leistungs-Managemant-Konzept beruht auf der Möglichkeit, vier mögliche Parameter entweder einzeln oder in Kombination zu modifizieren: Die Unterfeldzahl, die Haltefrequenz, die Halteimpuls-Flankensteilheit und einen Vor-Skalierungsfaktor. Die Modifikation der Unterfeldzahl und des Vor-Skalierungsfaktors ist bereits in WO 00/46782 dargelegt worden. Gemäß dieser Erfindung sind die neuen Parameter, die geändert werden können, die Haltefrequenz und die Halteimpuls-Flankensteilheit. Diese neuen Parameter können allein oder parallel verwendet werden, und sie können mit einem oder beiden der anderen Parameter (Unterfeldzahl oder Vor-Skalierung) kombiniert werden.
Für eine Schaltungsausführung werden nachfolgend zwei verschiedene Szenarien erläutert. Die Modifikation der Haltefrequenz erfolgt durch die Steuereinheit der Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung. In 7, die eine mögliche Ausführung einer Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung zeigt, ist zu sehen, dass die Länge der Halteimpulse grundsätzlich durch die Zeit gegeben ist, in der S1 und S3 geschlossen, S2 und S4 offen sind. Es ist natürlich möglich, das System in diesen Zustand für eine längere oder kürzere Zeit, die von der gewählten Betriebsart abhänt, zu lassen.
14 und 15 veranschaulichen zwei mögliche Schaltungsausführungen des vollständigen Systems.
In 14 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsausführung für das oben erläuterte Verfahren dargestellt. RGB-Daten werden in dem Durchschnitts- Leistungs-Messblock 20 analysiert, der den berechneten Durchschnitts-Leistungswert PL an den PWEF-Steuerblock 21 weitergibt. Der Durchschnitts-Leistungswert eines Bildes kann einfach durch Summieren der Pixelwerte für alle RGB-Datenströme und Teilen des Ergebnisses durch die Zahl von Pixelwerten multipliziert mit drei berechnet werden. Der Steuerblock 21 konsultiert seine interne Leistungspegel-Betriebsart-Tabelle 27, wobei der zuvor gemessene Durchschnitts-Leistungswert und die gespeicherte Hysterese-Kurve 28 berücksichtigt werden. Er erzeugt unmittelbar die ausgewählten Betriebsart-Steuersignale für die anderen Verarbeitungsblöcke. Er wählt den Vor-Skalierungsfaktor (PS) aus, den zu verwendenden Unterfeld-Code (CD) und die Halteimpulsdauer (SD) für die Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung.
Die Unterfeld-Kodier-Parameter (CD) definieren die Zahl von Unterfeldern, die Positionierung der Unterfelder, die Wichtungen der Unterfelder und die Arten der Unterfelder, wie in WO 00/46782 erläutert.
In der Vor-Skalierungseinheit 22, die den Vor-Skalierungsfaktor PS empfängt, werden die RGB-Datenworte auf den Wert normiert, der der ausgewählten Leistungspegel-Betriebsart zugeordnet ist, wie oben in Verbindung mit den Tabellen 2 und 3 erläutert wurde. Der Unterfeld-Kodierprozess erfolgt in der Unterfeld-Kodiereinheit 23. Hier wird jedem normierten Pixelwert ein Unterfeld-Codewort zugeordnet. Für einige Werte kann alternativ mehr als eine Möglichkeit verfügbar sein, ein Unterfeld-Codewort zuzuordnen. Bei einer einfachen Ausführungsform kann eine Tabelle für jede Betriebsart vorliegen, so dass die Zuordnung mit dieser Tabelle erfolgt. Auf diese Weise können Mehrdeutigkeiten vermieden werden.
Der PWEF-Steuerblock 21 steuert auch das Schreiben WR von RGB-Pixeldaten in den Vollbildspeicher 24, das Lesen RD von RGB-Unterfelddaten SF-R, SF-G, SF-B aus dem zweiten Vollbildspeicher 24 und die Schaltung 25 für die serielle in parallele Umwandlung über die Steuerleitung SP. Die gelesenen Bits der Unterfeld-Codeworte werden in einer Seriell-Parallel-Umwandlungseinheit 25 für eine ganze Zeile des PDP gesammelt. Da es in einer Zeile 854 Pixel gibt, bedeutet dies, dass 2562 Unterfeld-Kodier-Bits für jede Zeile pro Unterfeldperiode gelesen werden müssen. Diese Bits werden in die Schieberegister der Seriell-Parallel-Umwandlungseinheit 25 eingegeben. Schließlich erzeugt der Steuerblock 11 die Abtast-, Halte-, Vorbereitungs-, Lösch- und Schaltimpulse für die Halteimpuls-Erzeugung, die zur Ansteuerung der Treiberschaltungen für das PDP 26 erforderlich sind.
Es sei bemerkt, dass am besten eine Ausführung mit zwei Vollbildspeichern vorgesehen werden kann. Daten werden in einen Vollbildspeicher pixelweise geschrieben, aber aus dem anderen Vollbildspeicher unterfeldweise gelesen. Um in der Lage zu sein, das vollständige erste Unterfeld zu lesen, muss ein ganzes Vollbild bereits in dem Speicher vorhanden sein. Dies spricht für die Notwendigkeit von zwei Speichern für gesamte Vollbilder. Während ein Vollbildspeicher zum Schreiben verwendet wird, dient der andere zum Lesen, wobei auf diese Weise ein Lesen der falschen Daten vermieden wird.
Die beschriebene Ausführung führt eine Verzögerung von einem Vollbild zwischen Leistungsmessung und Aktion ein. Der Leistungspegel wird gemessen, und am Ende eines gegebenen Vollbildes wird der Durchschnitts-Leistungswert für die Steuereinheit verfügbar. Zu dieser Zeit ist es jedoch zu spät, um eine Aktion vorzunehmen, beispielsweise Modifizieren der Unterfeld-Kodierung, weil bereits Daten in den Speicher geschrieben worden sind.
Für kontinuierlich laufende Videosignale führt diese Verzögerung jedoch keine Probleme ein. Im Fall eines Sequenzwechsels jedoch kann ein heller Blitz auftreten. Dies geschieht, wenn sich Videosignale von einer dunklen Sequenz zu einer hellen ändern. Dies kann ein Problem für die Stromversorgung sein, die vielleicht nicht in der Lage ist, mit einer extremen Leistungsspitze fertig zu werden.
Um dieses Problem zu handhaben, kann der Steuerblock feststellen, dass „falsche" Daten in den Speicher geschrieben worden sind. Der Steuerblock reagiert darauf mit der Ausgabe eines leeren Schirms für ein Vollbild, oder wenn dies nicht akzeptabel ist, mit einer starken Verminderung der Zahl von Halteimpulsen für alle Unterfelder auch für die Dauer eines Vollbildes, sogar auf Kosten eines Auftretens von Rundungsfehlern, die in jedem Fall für einen menschlichen Betrachter nicht bemerkbar sind. Wenn zum Beispiel bei dem vorhergehenden Beispiel die gemessene Durchschnitts-Bildleistung eines Bildes, das gerade in den Speicher geschrieben wird, berechnet wurde, und das Ergebnis einem Leistungspegel von 460 entspricht, aber eine Betriebsart mit einem Leistungspegel von 1220 irrtümlich für die Unterfeld-Kodierung verwendet worden ist, kann eine grobe Korrektur ausgeführt werden, einfach durch Unterdrücken von zwei Dritteln aller Halteimpulse in allen Unterfeldern.
15 stellt eine andere Möglichkeit für eine Ausführung des Konzepts ohne Vor-Skalierung dar. Dies entspricht einer unmittelbaren Ausführung auf der Basis von Tabelle 4.
Einige oder alle in den verschiedenen Blöcken gezeigten elektronischen Komponenten können zusammen mit der PDP-Matrixanzeige integriert werden. Sie könnten auch in einem getrennten Gehäuse sein, das mit dem Plasma-Anzeige-Tableau zu verbinden ist.
Die Erfindung kann insbesondere in DPDs verwendet werden. Plasma-Anzeigen werden gegenwärtig in der Unterhaltungselektronik zum Beispiel bei Fernsehgeräten, und auch als Monitor für Computer verwendet. Die Verwendung der Erfindung ist jedoch auch für Matrixanzeigen geeignet, bei denen der Lichtausgang auch mit kleinen Impulsen in Unterperioden gesteuert wird, d. h. wenn das PWM-Prinzip für die Steuerung des Lichtausgangs verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Leistungspegel-Steuerung in einer Anzeigevorrichtung, die eine Mehrzahl von Elementen aufweist, die den Farbkomponenten von Pixeln eines Bildes entsprechen, wobei die Zeitdauer eines Video-Vollbildes oder Video-Halbbildes in eine Mehrzahl von Unterfelder unterteilt wird, während denen die Leuchtelemente für Lichtausgang mit kleinen Halteimpulsen aktiviert werden können, die einem Unterfeld-Codewort entsprechen, das für Helligkeitssteuerung verwendet wird, wobei für die Unterfeld-Kodierung ein Satz Leistungspegel-Betriebsarten vorgesehen ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte enthält, einen Wert (PL) zu bestimmen, der charakteristisch für den Leistungspegel eines Videobildes ist, und eine entsprechende Leistungspegel-Betriebsart für die Unterfeld-Kodierung auszuwählen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leistungspegel-Betriebsarten sich voneinander durch einen oder durch beide der folgenden Parameter unterscheiden: – die Haltefrequenz – die Halteimpuls-Flankensteilheit
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu einer Leistungspegel-Betriebsart eine charakteristische Unterfeld-Organisation gehört, wobei die Unterfeld-Organisation auch variabel in Bezug auf einen oder mehrere der folgenden Parameter sind: – die Zahl von Unterfeldern – den Unterfeld-Typ – die Unterfeld-Positionierung – das Unterfeld-Gewicht – die Unterfeld-Vor-Skalierung – einen Faktor für die Unterfeld-Gewichte, der zur Änderung der Menge von kleinen Impulsen dient, die während jedes Unterfeldes erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der charakteristische Wert (PL) für den Leistungspegel eines Videobildes der Durchschnitts-Bild-Leistungswert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem die Unterfeld-Vor-Skalierung bestimmt, welcher digitale Wert dem Videopegel von 100 IRE zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Umschalten zwischen Leistungspegel-Betriebsarten entsprechend dem charakteristischen Wert (PL) für den Leistungspegel des Videobildes mit einem Hystereseähnlichen Schaltverhalten gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem für die Hystereseähnliche Schaltsteuerung zwei parallele Linien in einem Diagram von Leistungspegel-Betriebsart über Bild-Durchschnittsleistung verwendet und die folgenden Regeln angewendet werden: i) wenn die Bild-Durchschnittsleistung zunimmt, werden Betriebsarten mit Leistungspegeln auf der oberen Linie gewählt; ii) wenn die Bild-Durchschnittsleistung abnimmt, werden Betriebsarten mit Leistungspegeln auf der unteren Line gewählt; iii) im Fall von Änderungen der Wachstumsrichtung der Bild-Durchschnittsleistung wird das Umschalten auf eine neue Leistungspegel-Betriebsart unterdrückt, bis der Bild-Durchschnittspegel auf der entsprechenden anderen unteren oder oberen Linie liegt.
Vorrichtung zur Leistungspegel-Steuerung in einer Anzeigevorrichtung, die eine Mehrzahl von Elementen aufweist, die den Farbkomponenten von Pixeln eines Bildes entsprechen, wobei eine Steuereinheit (21) vorgesehen ist, die die Zeitdauer eines Video-Vollbildes oder eines Video-Halbbildes in eine Mehrzahl von Unterfelder unterteilt, während denen die Leuchtelemente für einen Lichtausgang mit kleinen Halteimpulsen entsprechend einem Untercodewort aktiviert werden können, das zur Helligkeitssteuerung verwendet wird, wobei die Vorrichtung eine Lichtleistungs-Messschaltung (20) und eine Unterfeld-Kodiereinheit (23) enthält, und wobei eine Tabelle mit Leistungspegel-Betriebsarten (27) in der Steuereinheit (21) für Unterfeld-Kodierung gespeichert ist, wobei die Bildleistungs-Messschaltung (20) einen Wert (PL) bestimmt, der charakteristisch für den Leistungspegel eines Videobildes ist, und die Steuereinheit (21) eine entsprechende Leistungspegel-Betriebsart für die Unterfeld-Kodierung auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass bei Umschaltung von einer Leistungspegel-Betriebsart zu einer anderen die Steuereinheit (21) Halteimpulse mit einer oder beiden der folgenden Eigenschaften liefert, die sich im Vergleich zu der vorherigen Leistungspegel-Betriebsart geändert haben: – die Haltefrequenz – die Halteimpuls-Flankensteilheit.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Steuereinheit (21) das Timing für das Öffnen und Schließen von steuerbaren Schaltern (S1 bis S4) in einer Energie-Wiedergewinnungs-Schaltung zur Ansteuerung der Anzeige ändert, um eine Änderung der Haltefrequenz oder eine Änderung der Halteimpuls-Flankensteilheit vorzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Tabelle der Leistungspegel-Betriebsarten (27) eine vollständige Gruppe von Leistungspegel-Betriebsarten für jeden möglichen Bild-Leistungswert enthält, und dem maximalen Bild-Leistungswert eine Leistungspegel-Betriebsart mit der minimalen Zahl von Halteimpulsen und der maximalen Zahl von Unterfeldern zugeordnet ist, und wobei in den verbleibenden Leistungspegel-Betriebsarten die Zahl von Halteimpulsen Schritt für Schritt zunimmt, wobei die Zahl von Halteimpulsen gemäß einer Formel in Abhängigkeit von dem Bild-Leistungswert berechnet wird, und einer Leistungspegel-Betriebsart die nächst niedrigere Zahl von Unterfeldern zugeordnet wird, wenn die resultierende Haltefrequenz einen vorbestimmten Bereich von stabilen Frequenzen überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Tabelle mit den Leistungspegel-Betriebsarten (27) eine verminderte Gruppe von Basis-Leistungspegel-Betriebsarten enthält, und wenn für einen gegebenen Leistungspegelwert keine deutliche Leistungspegel-Betriebsart in der Tabelle (27) verfügbar ist, die Steuereinheit (21) die nächste benachbarte Basis-Betriebsart mit einer etwas höheren Halteimpulszahl wählt, wobei die Anzahl von Halteimpulsen gemäß einer Formel in Abhängigkeit von dem Bild-Leistungswert berechnet wird und eine Korrektur der Eingangs-Videodaten in einer Vor-Skalierungseinheit (22) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Formel zur Berechnung der Zahl von Halteimpulsen N_sus für einen gegebenen Bild-Leistungswert PL ist:
worin N_min die minimale Zahl von Halteimpulsen gemäß dem maximal zulässigen Leistungsverbrauch des Tableaus im falle der Anzeige eines vollkommen weißen Bildes, und PL_max der maximal mögliche Leistungspegelwert entsprechend einem vollkommen weißen Bild ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Korrekturfaktor der Quotient zwischen der nominalen Zahl von Halteimpulsen entsprechend dem gemessenen Bild-Leistungswert und der Zahl von Halteimpulsen der ausgewählten benachbarten Basis-Leistungspegel-Betriebsart ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der die Steuereinheit (21) einer Hysterese-Kurve (28) für die Leistungspegel-Betriebsart-Schaltsteuerung folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, die in einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einer Plasma-Anzeigevorrichtung integriert ist.