CN103890645A - 基于环境照明条件控制显示器的照明的装置及方法 - Google Patents

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CN103890645A CN201280051301.6A CN201280051301A CN103890645A CN 103890645 A CN103890645 A CN 103890645A CN 201280051301 A CN201280051301 A CN 201280051301A CN 103890645 A CN103890645 A CN 103890645A
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Abstract

本发明提供用于基于环境光条件而控制显示器的照明的包含编码于计算机存储媒体上的计算机程序的系统、方法及设备。在一个方面中，一种显示装置可包含显示器及经配置以给所述显示器提供补充光的辅助光源。所述显示装置可进一步包含传感器系统，所述传感器系统经配置以测量来自宽范围的方向的环境光的漫射照度且经配置以测量来自相对窄范围的方向的所述环境光的定向照度。所述显示装置可进一步包含控制器，所述控制器经配置以调整所述辅助光源以给所述显示器提供一定量的补充光。所述补充光量可至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度。

Description

基于环境照明条件控制显示器的照明的装置及方法
技术领域
本发明涉及基于环境照明条件控制显示器的照明的装置及方法。
背景技术
机电系统包含具有电及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(例如，镜)及电子器件的装置。可以多种尺寸制造机电系统，包含但不限于微米尺寸及纳米尺寸。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有介于从大约一微米到数百微米或更大的范围内的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(举例来说，包含小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及／或蚀刻掉衬底及／或所沉积材料层的部分或添加层以形成电装置及机电装置的其它微机械加工工艺形成机电元件。
一种类型的机电系统装置称作干涉式调制器(IMOD)。如本文中所用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指使用光学干涉原理选择性地吸收及／或反射光的装置。在一些实施方案中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可为全部或部分透明的及／或反射的且能够在施加适当电信号时相对运动。在实施方案中，一个板可包含沉积于衬底上的固定层且另一板可包含通过气隙与所述固定层分离的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。干涉式调制器装置具有广泛的应用，且预期用于改进现有产品及形成新产品，尤其是具有显示能力的那些产品。
干涉式调制器及常规液晶元件可包含于可使用环境光作为光源的反射式或半穿透半反射式显示器中。传感器可检测环境光的照度并相应地调整辅助光源。然而，显示于显示器上的图像可不仅受总体照度影响，而且受环境光的方向影响。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有数个创新性方面，所述方面中的单个方面均不单独地决定本文中所揭示的所要属性。
本发明中所描述的标的物的一个创新性方面可实施于一种显示装置中。举例来说，所述显示装置可包含显示器、辅助光源、传感器系统及控制器。所述辅助光源可经配置以给所述显示器提供补充光。所述传感器系统可经配置以测量来自宽范围的方向的环境光的漫射照度。所述传感器系统也可经配置以从相对窄范围的方向测量所述环境光的一定向照度。所述控制器可与所述传感器系统通信且经配置以调整所述辅助光源以给所述显示器提供一定量的补充光。所述补充光量可至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度。
在各种实施方案中，所述显示装置可包含(举例来说)具有干涉式调制器的反射式显示器。在一些实施方案中，所述传感器系统可包含经配置以感测来自至少两个方向的环境光的至少一个传感器。举例来说，所述至少一个传感器可包含经配置以测量所述漫射照度的漫射光传感器及经配置以测量所述定向照度的定向光传感器。作为另一实例，所述至少一个传感器可包含多个定向光传感器。在这些此类实施方案中，每一定向光传感器可经配置以测量在环绕一方向的立体角内接收的环境光的照度。所述立体角可实质上小于2π球面度。
在显示装置的各种实施方案中，所述控制器可经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述辅助光源。在一些实施方案中，所述控制器可经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述辅助光源。此外，所述控制器可经配置以基于到定向环境光源的方向及／或至少部分地基于观看者的位置而调整所述辅助光源。到所述定向环境光源的所述方向可至少部分地基于由所述传感器系统测量的所述定向照度及所述漫射照度而确定。
在一些实施方案中，所述显示装置还可包含(举例来说)用以处理图像数据的处理器，及存储器装置。所述处理器可经配置以与所述显示器通信，且所述存储器装置可经配置以与所述处理器通信。所述显示装置的某些实施方案可进一步包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱动器电路。所述显示装置还可包含经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路的驱动器控制器。另外，所述显示装置可包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的图像源模块。所述图像源模块可包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。此外，所述显示装置可包含经配置以接收输入数据并将所述输入数据传递到所述处理器的输入装置。
本发明中所描述的标的物的另一创新性方面可实施于一种显示装置中，所述显示装置包含：用于显示图像的装置；用于将辅助光提供到所述用于显示图像的装置的装置；用于感测环境光的装置；及用于控制所述用于提供辅助光的装置的装置。所述用于感测环境光的装置可经配置以测量来自宽范围的方向的所述环境光的漫射照度且经配置以测量来自相对窄范围的方向的所述环境光的定向照度。所述用于控制所述用于提供辅助光的装置的装置可经配置以至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度而调整所述用于提供辅助光的装置。
在显示装置的各种实施方案中，所述用于显示图像的装置包含反射式显示器。所述反射式显示器可包含干涉式调制器。在某些实施方案中，所述用于提供辅助光的装置可包含前光。在一些实施方案中，所述用于感测环境光的装置可包含经配置以感测来自至少两个方向的环境光的至少一个传感器。举例来说，所述至少一个传感器可包含经配置以测量所述漫射照度的漫射光传感器及经配置以测量所述定向照度的定向光传感器。作为另一实例，所述至少一个传感器可包含多个定向光传感器。在这些实例中，每一定向光传感器可经配置以测量在环绕一方向的立体角内接收的环境光的照度。所述立体角可实质上小于2π球面度。
在一些实施方案中，所述用于控制所述用于提供辅助光的装置的装置可经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述用于提供辅助光的装置。在一些实施方案中，所述用于控制所述用于提供辅助光的装置的装置可经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述用于提供辅助光的装置。所述用于控制所述用于提供辅助光的装置的装置可进一步经配置以基于到定向环境光源的方向及／或基于观看者的位置而调整所述用于提供辅助光的装置。
本发明中所描述的标的物的另一创新性方面可实施于一种控制显示装置的显示器的照明的方法中。所述显示装置可具有经配置以给所述显示器提供补充光的辅助光源。所述显示装置可具有漫射光传感器及定向光传感器。作为一实例，所述方法可包含：从宽范围的方向测量环境光的漫射照度；从相对窄范围的方向测量所述环境光的定向照度；及至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度而调整所述辅助光源。举例来说，从宽范围的方向测量漫射照度可通过所述漫射光传感器实现。举例来说，从相对窄范围的方向测量定向照度可通过所述定向光传感器实现。举例来说，调整可通过硬件处理器对指令的执行实现。在一些实施方案中，调整所述辅助光源可包含至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述辅助光源。在一些实施方案中，调整所述辅助光源可包含至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述辅助光源。在一些实施方案中，调整所述辅助光源可基于到定向环境光源的方向及／或基于观看者的位置。
本发明中所描述的标的物的另一创新性方面可实施于一种上面存储有用于控制显示装置的照明的指令的非暂时有形计算机存储媒体中。所述指令在由计算系统执行时可致使所述计算系统执行操作。作为一实例，所述操作可包含：从计算机可读媒体接收从相对窄范围的方向对环境光的定向照度的测量；从计算机可读媒体接收从宽范围的方向对环境光的漫射照度的测量；及至少部分地基于所述环境光的所述定向照度的所述测量及所述漫射照度的所述测量而确定额外照明条件。所述操作可进一步包含将至少部分地基于所述额外照明条件的照明调整发射到经配置以给显示器提供光的光源。
在非暂时有形计算机存储媒体的某些实施方案中，接收环境光的漫射照度可包含接收针对不同方向的多个定向照度。此外，在一些实施方案中，确定额外照明条件可包含存取使漫射照度与定向照度对所述漫射照度的比率相关的查找表。在一些其它实施方案中，确定额外照明条件可包含存取使漫射照度与定向照度对所述漫射照度的比率相关的公式。另外，在一些实施方案中，确定额外照明条件可包含存取至少部分地基于所测量定向照度与所测量漫射照度的和的公式。
在随附图式及以下描述中阐明本说明书中所描述的标的物的一个或一个以上实施方案的细节。根据所述描述、图式及权利要求书将明了其它特征、方面及优点。注意，以下各图的相对尺寸可能并未按比例绘制。
附图说明
图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。
图2展示图解说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。
图3展示图解说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。
图4展示图解说明当施加各种共用电压及分段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。
图5A展示图解说明在图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据帧的图的实例。
图5B展示可用于写入图5A中所图解说明的显示数据帧的共用信号及分段信号的时序图的实例。
图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例。
图6B到6E展示干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。
图7展示图解说明用于干涉式调制器的制造工艺的流程图的实例。
图8A到8E展示制作干涉式调制器的方法中的各种阶段的横截面示意性图解的实例。
图9A图解说明显示表面上的镜面反射的实例。
图9B图解说明显示表面上的朗伯反射的实例。
图9C图解说明借助漫射照明照射的反射式显示表面的实例。
图9D图解说明在镜面反射与朗伯反射之间的反射的实例。
图10图解说明以高角度且在观看者上方的定向照明的实例。
图11是随偏离(举例来说)具有高增益、低增益及朗伯特性的显示器的镜面方向的观看角度而变的显示器亮度的图形图式。
图12图解说明显示装置的实例性实施方案。
图13A图解说明包含漫射光传感器及定向光传感器的实例性传感器系统。
图13B图解说明用于实例性定向光传感器的受光角θacc的实例。
图13C图解说明包含多个定向光传感器的实例性传感器系统。
图13D图解说明包含单个定向光传感器的实例性传感器系统。
图14A展示实例性显示装置的实例性实验结果及实例性照射模型。
图14B展示与不使用前光源的反射式显示装置相比显得相对明亮的实例性反射式显示装置的实例性实验结果及实例性照射模型。
图15A图解说明在一些实施方案中可用于确定将添加到显示装置的补充光量的实例性查找表。
图15B是随偏离具有增益的显示装置的镜面方向的观看角度而变的相对强度(以任意单位)的图形图式。
图16图解说明发射式显示装置的两个实例性照射模型。
图17A图解说明控制显示器的照明的实例性方法。
图17B图解说明控制显示器的照明的另一实例性方法。
图18A及18B展示图解说明包含多个干涉式调制器的显示装置的系统框图的实例。
在各个图式中，相似的参考编号及标示指示相似的元件。
具体实施方式
以下详细描述出于描述创新性方面的目的而针对于某些实施方案。然而，可以多种不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可在经配置以显示图像(无论是处于运动(例如，视频)还是静止的(例如，静止图像)，且无论是文本、图形的还是图片的)的任一装置中实施。更特定来说，本发明预期：所述实施方案可在以下多种电子装置中实施或可与所述电子装置相关联：例如(但不限于)，移动电话、具有多媒体因特网能力的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、蓝牙装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫瞄仪、传真装置、GPS接收器／导航器、相机、MP3播放器、摄录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等等)、驾驶舱控制件及／或显示器、相机视图显示器(例如，车辆的后视相机的显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电设备、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机／干衣机、停车计时器、封装(例如，机电系统(EMS)、MEMS及非MEMS)、美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示器)及多种机电系统装置。本文中的教示还可用于非显示应用中，例如(但不限于)：电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、消费型电子器件的惯性组件、消费型电子产品的部件、变容二极管、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺及电子测试设备。因此，所述教示并不意欲限制于仅描绘于各图中的实施方案，而是具有所属领域的技术人员将容易明了的宽广适用性。
在一些实施方案中，可使用一显示器及多个显示元件(例如，空间光调制元件(例如，干涉式调制器))制作显示装置。所述显示装置可使用环境光作为光源使得显示于显示器上的图像可受环境光的方向及／或照度影响。通过使用辅助光源给显示元件中的至少一些元件提供照射，所显示的图像在某些照明条件下可变得较明亮。各种实施方案的显示装置可包含传感器系统以测量来自宽范围的方向的环境光的漫射照度及／或从相对窄范围的方向测量环境光的定向照度。显示装置的控制器可调整辅助光源以至少部分地基于所测量定向及／或漫射照度给显示元件中的至少一些元件提供额外照射(例如，在环境照明条件以上)。
可使用本发明中所描述的标的物的特定实施方案来实现以下潜在优点中的一者或一者以上。举例来说，各种实施方案经配置以在显示器上产生较明亮图像。所述显示装置可至少部分地基于环境光的漫射及／或定向照度来确定可将多少额外照明(如果有的话)添加到显示装置。在各种实施方案中，所述显示装置也可基于环境光的方向来确定可添加多少额外照明。在进一步实施方案中，所述显示装置可基于装置的观看者的所测量、所假定或所估计位置来确定可添加多少额外照明。各种实施方案也可允许优化显示装置的电力使用及亮度且可提供能量高效装置。
所描述的实施方案可适用于的适合EMS或MEMS装置的实例为反射式显示装置。反射式显示装置可并入有用以使用光学干涉原理选择性地吸收及／或反射入射于其上的光的干涉式调制器(IMOD)。IMOD可包含吸收器、可相对于所述吸收器移动的反射器及界定于所述吸收器与所述反射器之间的光学共振腔。所述反射器可移动到两个或两个以上不同位置，此可改变光学共振腔的大小且借此影响所述干涉式调制器的反射比。IMOD的反射光谱可形成可跨越可见波长移位以产生不同色彩的相当宽的光谱带。可通过改变光学共振腔的厚度(即，通过改变反射器的位置)来调整所述光谱带的位置。
图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。所述IMOD显示装置包含一个或一个以上干涉式MEMS显示元件。在这些装置中，MEMS显示元件的像素可处于亮或暗状态。在亮(“松弛”、“打开”或“接通”)状态中，所述显示元件将入射可见光的一大部分反射到(例如)用户。相反地，在暗(“激活”、“关闭”或“关断”)状态中，所述显示元件反射甚少的入射可见光。在一些实施方案中，可反转接通与关断状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在特定波长下反射，从而允许除黑色及白色以外还进行彩色显示。
IMOD显示装置可包含行／列IMOD阵列。每一IMOD可包含一对反射层，即，可移动反射层及固定部分反射层，所述对反射层以彼此相距可变且可控的距离进行定位以形成气隙(还称作光学间隙或腔)。所述可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置(即，松弛位置)中，可移动反射层可定位于距固定部分反射层相对大的距离处。在第二位置(即，激活位置)中，可移动反射层可更靠近于部分反射层而定位。取决于可移动反射层的位置，从两个层反射的入射光可以相长或相消方式干涉，从而产生每一像素的总体反射或非反射状态。在一些实施方案中，IMOD可在不被激活时处于反射状态，从而反射在可见光谱内的光，且可在不被激活时处于暗状态，从而反射在可见范围之外的光(例如，红外光)。然而，在一些其它实施方案中，IMOD可在不被激活时处于暗状态且在被激活时处于反射状态。在一些实施方案中，引入所施加电压可驱动像素改变状态。在一些其它实施方案中，所施加电荷可驱动像素改变状态。
图1中所描绘的像素阵列部分包含两个邻近的干涉式调制器12。在左侧(如所图解说明)的IMOD12中，将可移动反射层14图解说明为处于距包含部分反射层的光学堆叠16预定距离处的松弛位置。跨越左侧IMOD12施加的电压V0不足以致使可移动反射层14激活。在右侧的IMOD12中，将可移动反射层14图解说明为处于接近或邻近光学堆叠16的激活位置。跨越右侧IMOD12施加的电压Vbias足以使可移动反射层14维持处于激活位置。
在图1中，大体图解说明像素12的反射性质，其中箭头13指示入射于像素12上的光且光15从左侧像素12反射。虽然未详细地图解说明，但所属领域的技术人员将理解，入射于像素12上的光13的大部分将穿过透明衬底20朝向光学堆叠16透射。入射于光学堆叠16上的光的一部分将透射穿过光学堆叠16的部分反射层，且一部分将往回反射穿过透明衬底20。光13的透射穿过光学堆叠16的部分将在可移动反射层14处往回朝向(且穿过)透明衬底20反射。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长性或相消性)将确定从像素12反射的光15的波长。
光学堆叠16可包含单个层或数个层。所述层可包含电极层、部分反射且部分透射层及透明电介质层中的一者或一者以上。在一些实施方案中，光学堆叠16为导电、部分透明且部分反射的，且可(举例来说)通过将以上层中的一者或一者以上沉积到透明衬底20上来制作。所述电极层可由多种材料形成，例如各种金属，举例来说，氧化铟锡(ITO)。所述部分反射层可由多种部分反射的材料形成，例如各种金属，例如铬(Cr)、半导体及电介质。所述部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16可包含单个半透明厚度的金属或半导体，其充当光学吸收器及导体两者，同时(例如光学堆叠16或IMOD的其它结构的)不同的更多层或部分可用于在IMOD像素之间运送信号。光学堆叠16还可包含覆盖一个或一个以上导电层或导电／吸收层的一个或一个以上绝缘或电介质层。
在一些实施方案中，可将光学堆叠16的层图案化成若干平行条带，且其可在显示装置中形成行电极，如下文进一步描述。如所属领域的技术人员将理解，术语“图案化”在本文中用于指掩蔽以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，可将高度导电且反射的材料(例如铝(Al))用于可移动反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。可移动反射层14可形成为用以形成沉积于柱18及在柱18之间沉积的介入牺牲材料的顶部上的列的一个或若干所沉积金属层的一系列平行条带(正交于光学堆叠16的行电极)。当蚀刻掉所述牺牲材料时，可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成经界定间隙19或光学腔。在一些实施方案中，柱18之间的间隔可为约1um到1000um，而间隙19可小于10,000埃
Figure BDA0000492988100000081
。
在一些实施方案中，所述IMOD的每一像素(无论是处于激活状态还是松弛状态)基本上均为由固定反射层及移动反射层形成的电容器。当不施加电压时，可移动反射层14保持处于机械松弛状态，如图1中左侧的像素12所图解说明，其中可移动反射层14与光学堆叠16之间具有间隙19。然而，当向选定行及列中的至少一者施加电位差(例如，电压)时，在对应像素处的行电极与列电极的相交点处形成的电容器变得被充电，且静电力将所述电极拉在一起。如果所施加的电压超过阈值，那么可移动反射层14可变形且移动而接近或抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的电介质层(未展示)可防止短路且控制层14与16之间的分离距离，如图1中右侧的经激活像素12所图解说明。不管所施加电位差的极性如何，行为均相同。虽然在一些实例中可将阵列中的一系列像素称作“行”或“列”，但所属领域的技术人员将容易理解，将一个方向称作“行”且将另一方向称作“列”是任意的。重申，在一些定向中，可将行视为列，且将列视为行。此外，显示元件可均匀地布置成正交的行与列(“阵列”)，或布置成非线性配置，举例来说，相对于彼此具有某些位置偏移(“镶嵌块”)。术语“阵列”及“镶嵌块”可指代任一配置。因此，虽然将显示器称作包含“阵列”或“镶嵌块”，但在任一实例中，元件本身不需要彼此正交地布置或安置成均匀分布，而是可包含具有不对称形状及不均匀分布元件的布置。
图2展示图解说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。所述电子装置包含可经配置以执行一个或一个以上软件模块的处理器21。除执行操作系统以外，处理器21还可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包含web浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任一其它软件应用程序。
处理器21可经配置以与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包含将信号提供到(例如)显示阵列或面板30的行驱动器电路24及列驱动器电路26。图2中的线1-1展示图1中所图解说明的IMOD显示装置的横截面。虽然为清晰起见图2图解说明3×3IMOD阵列，但显示阵列30可含有极大数目个IMOD且可在列中具有与在行中不同数目的IMOD，且反之亦然。
图3展示图解说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。对于MEMS干涉式调制器，行／列(即，共用／分段)写入程序可利用图3中所图解说明的这些装置的滞后性质。举例来说，干涉式调制器可需要大约10伏电位差来致使可移动反射层或镜从松弛状态改变为激活状态。当电压从所述值减小时，随着电压回降到低于(例如)10伏，所述可移动反射层维持其状态，然而，所述可移动反射层直到电压下降到低于2伏才会完全松弛。因此，如图3中所展示，存在约3伏到7伏的电压范围，在所述电压范围内存在所施加电压窗，在所述窗内，装置稳定在松弛状态或激活状态中。在本文中将此窗称作“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列30，行／列写入程序可经设计以一次寻址一个或一个以上行，使得在对给定行的寻址期间使经寻址行中待激活的像素暴露于大约10伏的电压差，并使待松弛的像素暴露于接近零伏的电压差。在寻址之后，使像素暴露于稳定状态或约5伏的偏置电压差使得其保持在先前选通状态中。在此实例中，在被寻址之后，每一像素经历在大约3伏到7伏的“稳定窗”内的电位差。此滞后性质特征使得例如图1中所图解说明的像素设计能够在相同所施加电压条件下保持稳定在激活状态或松弛预存状态中。由于每一IMOD像素(无论是处于激活状态还是松弛状态)基本上均为由固定反射层及移动反射层形成的电容器，因此此稳定状态可保持在滞后窗内的稳定电压下而实质上不消耗或损失电力。此外，如果所施加的电压电位保持实质上固定，那么基本上有甚少或无电流流动到IMOD像素中。
在一些实施方案中，可通过根据给定行中的像素的状态的所要改变(如果有的话)沿着所述组列电极以“分段”电压的形式施加数据信号来形成图像的帧。可依次寻址所述阵列的每一行，使得一次一行地写入所述帧。为了将所要数据写入到第一行中的像素，可将对应于所述第一行中的像素的所要状态的分段电压施加于列电极上，且可将呈特定“共用”电压或信号形式的第一行脉冲施加到第一行电极。接着，可使所述组分段电压改变为对应于第二行中的像素的状态的所要改变(如果有的话)，且可将第二共用电压施加到第二行电极。在一些实施方案中，第一行中的像素不受沿着列电极施加的分段电压的改变影响，且保持于在第一共用电压行脉冲期间其被设定到的状态。可以循序方式针对整个系列的行或替代地针对整个系列的列重复此过程，以产生图像帧。可通过以每秒某一所要数目的帧不断地重复此过程来刷新所述帧及／或用新的图像数据更新所述帧。
跨越每一像素所施加的分段与共用信号的组合(即，跨越每一像素的电位差)确定了每一像素的所得状态。图4展示图解说明当施加各种共用电压及分段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。如所属领域的技术人员将容易理解，可将“分段”电压施加到列电极或行电极，且可将“共用”电压施加到列电极或行电极中的另一者。
如在图4中(以及在图5B中所展示的时序图中)所图解说明，当沿着共用线施加释放电压VCREL时，沿着共用线的所有干涉式调制器元件将被置于松弛状态(或者称作释放或未激活状态)中，而不管沿着分段线所施加的电压如何(即，高分段电压VSH及低分段电压VSL)。特定来说，当沿着共用线施加释放电压VCREL时，在沿着所述像素的对应分段线施加高分段电压VSH及施加低分段电压VSL两种情况下，跨越调制器的电位电压(或者称作像素电压)都在松弛窗(参见图3，也称作释放窗)内。
当将保持电压(例如高保持电压VCHOLD_H或低保持电压VCHOLD_L)施加于共用线上时，干涉式调制器的状态将保持恒定。举例来说，松弛IMOD将保持处于松弛位置，且激活IMOD将保持处于激活位置。所述保持电压可经选择使得在沿着对应分段线施加高分段电压VSH及施加低分段电压VSL两种情况下，像素电压都将保持在稳定窗内。因此，分段电压摆幅(即，高VSH与低分段电压VSL之间的差)小于正稳定窗或负稳定窗的宽度。
当将寻址或激活电压(例如高寻址电压VCADD_H或低寻址电压VCADD_L)施加于共用线上时，可通过沿着相应分段线施加分段电压而选择性地将数据写入到沿着所述线的调制器。所述分段电压可经选择使得激活取决于所施加的分段电压。当沿着共用线施加寻址电压时，施加一个分段电压将导致在稳定窗内的像素电压，从而致使所述像素保持不被激活。相比之下，施加另一分段电压将导致超出所述稳定窗的像素电压，从而导致所述像素的激活。造成激活的特定分段电压可取决于使用了哪一寻址电压而变化。在一些实施方案中，当沿着共用线施加高寻址电压VCADD_H时，施加高分段电压VSH可致使调制器保持处于其当前位置，而施加低分段电压VSL可致使所述调制器激活。作为推论，当施加低寻址电压VCADD_L时，分段电压的影响可为相反的，其中高分段电压VSH致使所述调制器激活，且低分段电压VSL对所述调制器的状态无影响(即，保持稳定)。
在一些实施方案中，可使用跨越调制器始终产生相同极性电位差的保持电压、寻址电压及分段电压。在一些其它实施方案中，可使用使调制器的电位差的极性交替的信号。跨越调制器的极性的交替(即，写入程序的极性的交替)可减少或抑制在单个极性的重复写入操作之后可能发生的电荷积累。
图5A展示图解说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据帧的图的实例。图5B展示可用于写入图5A中所图解说明的显示数据帧的共用信号及分段信号的时序图的实例。可将所述信号施加到图2的(例如)3×3阵列，此将最终产生图5A中所图解说明的线时间60e的显示布置。图5A中的经激活调制器处于暗状态，即，其中反射光的实质部分在可见光谱之外，以便给(例如)观看者产生暗外观。在写入图5A中所图解说明的帧之前，所述像素可处于任一状态，但图5B的时序图中所图解说明的写入程序假定在第一线时间60a之前每一调制器已被释放且驻存于未激活状态中。
在第一线时间60a期间：将释放电压70施加于共用线1上；施加于共用线2上的电压以高保持电压72开始且移动到释放电压70；且沿着共用线3施加低保持电压76。因此，沿着共用线1的调制器(共用1，分段1)、(1，2)及(1，3)在第一线时间60a的持续时间内保持处于松弛或未激活状态，沿着共用线2的调制器(2，1)、(2，2)及(2，3)将移动到松弛状态，且沿着共用线3的调制器(3，1)、(3，2)及(3，3)将保持处于其先前状态。参考图4，沿着分段线1、2及3施加的分段电压将对干涉式调制器的状态无影响，因为在线时间60a期间，共用线1、2或3中的任一者均未暴露于造成激活的电压电平(即，VCREL-松弛及VCHOLD_L-稳定)。
在第二线时间60b期间，共用线1上的电压移动到高保持电压72，且由于未将寻址或激活电压施加于共用线1上，因此不管所施加的分段电压如何，沿着共用线1的所有调制器均保持处于松弛状态。沿着共用线2的调制器因释放电压70的施加而保持处于松弛状态，且当沿着共用线3的电压移动到释放电压70时，沿着共用线3的调制器(3，1)、(3，2)及(3，3)将松弛。
在第三线时间60c期间，通过将高寻址电压74施加于共用线1上来寻址共用线1。由于在施加此寻址电压期间沿着分段线1及2施加低分段电压64，因此跨越调制器(1，1)及(1，2)的像素电压大于调制器的正稳定窗的高端(即，电压差超过预定义阈值)，且激活调制器(1，1)及(1，2)。相反地，由于沿着分段线3施加高分段电压62，因此跨越调制器(1，3)的像素电压小于调制器(1，1)及(1，2)的像素电压，且保持在所述调制器的正稳定窗内；调制器(1，3)因此保持松弛。此外，在线时间60c期间，沿着共用线2的电压减小到低保持电压76，且沿着共用线3的电压保持处于释放电压70，从而使沿着共用线2及3的调制器处于松弛位置。
在第四线时间60d期间，共用线1上的电压返回到高保持电压72，从而使沿着共用线1上的调制器处于其相应经寻址状态。将共用线2上的电压减小到低寻址电压78。由于沿着分段线2施加高分段电压62，因此跨越调制器(2，2)的像素电压低于所述调制器的负稳定窗的较低端，从而致使调制器(2，2)激活。相反地，由于沿着分段线1及3施加低分段电压64，因此调制器(2，1)及(2，3)保持处于松弛位置。共用线3上的电压增加到高保持电压72，从而使沿着共用线3的调制器处于松弛状态中。
最后，在第五线时间60e期间，共用线1上的电压保持处于高保持电压72，且共用线2上的电压保持处于低保持电压76，从而使沿着共用线1及2的调制器处于其相应经寻址状态。共用线3上的电压增加到高寻址电压74以寻址沿着共用线3的调制器。在将低分段电压64施加于分段线2及3上时，调制器(3，2)及(3，3)激活，而沿着分段线1所施加的高分段电压62致使调制器(3，1)保持处于松弛位置。因此，在第五线时间60e结束时，3×3像素阵列处于图5A中所展示的状态，且只要沿着共用线施加保持电压就将保持处于所述状态，而不管可能在正寻址沿着其它共用线(未展示)的调制器时发生的分段电压的变化如何。
在图5B的时序图中，给定写入程序(即，线时间60a到60e)可包含高保持及寻址电压或低保持及寻址电压的使用。一旦已针对给定共用线完成写入程序(且将共用电压设定为具有与激活电压相同的极性的保持电压)，所述像素电压便保持在给定稳定窗内，且不通过松弛窗，直到将释放电压施加于所述共用线上为止。此外，由于每一调制器是在寻址所述调制器之前作为写入程序的一部分而释放，因此调制器的激活时间而非释放时间可确定必要线时间。具体来说，在其中调制器的释放时间大于激活时间的实施方案中，可将释放电压施加达长于单个线时间，如在图5B中所描绘。在一些其它实施方案中，沿着共用线或分段线所施加的电压可变化以考虑到不同调制器(例如不同色彩的调制器)的激活及释放电压的变化。
根据上文所阐明的原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图6A到6E展示包含可移动反射层14及其支撑结构的干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例，其中金属材料条带(即，可移动反射层14)沉积于从衬底20正交延伸的支撑件18上。在图6B中，每一IMOD的可移动反射层14的形状为大体正方形或矩形且在拐角处或接近拐角处经由系链32附接到支撑件。在图6C中，可移动反射层14的形状为大体正方形或矩形且悬挂于可变形层34上，可变形层34可包含柔性金属。可变形层34可围绕可移动反射层14的周界直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中称作支撑柱。图6C中所展示的实施方案具有源于可移动反射层14的光学功能与其机械功能(其由可变形层34来实施)解耦合的额外益处。此解耦合允许用于反射层14的结构设考虑到材料与用于可变形层34的结构设考虑到材料彼此独立地进行优化。
图6D展示IMOD的另一实例，其中可移动反射层14包含反射子层14a。可移动反射层14靠在支撑结构(例如，支撑柱18)上。支撑柱18提供可移动反射层14与下部固定电极(即，所图解说明的IMOD中的光学堆叠16的一部分)的分离，使得(举例来说)当可移动反射层14处于松弛位置时，在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成间隙19。可移动反射层14还可包含可经配置以充当电极的导电层14c及支撑层14b。在此实例中，导电层14c安置于支撑层14b的远离衬底20的一侧上，且反射子层14a安置于支撑层14b的接近于衬底20的另一侧上。在一些实施方案中，反射子层14a可为导电的且可安置于支撑层14b与光学堆叠16之间。支撑层14b可包含电介质材料(举例来说，氧氮化硅(SiON)或二氧化硅(SiO2))的一个或一个以上层。在一些实施方案中，支撑层14b可为若干层的堆叠，例如，SiO2／SiON／SiO2三层堆叠。反射子层14a及导电层14c中的任一者或两者可包含(例如)具有大约0.5％铜(Cu)的铝(Al)合金或另一反射金属材料。在电介质支撑层14b上方及下方采用导体层14a、14c可平衡应力且提供增强的传导性。在一些实施方案中，可出于多种设计目的(例如实现可移动反射层14内的特定应力分布曲线)而由不同材料形成反射子层14a及导电层14c。
如在图6D中所图解说明，一些实施方案还可包含黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可形成于光学非作用区(例如在像素之间或在柱18下方)中以吸收环境光或杂散光。黑色掩模结构23还可通过抑制光从显示装置的非作用部分反射或透射穿过所述部分借此增加对比度来改进所述显示器的光学性质。另外，黑色掩模结构23可为导电的且经配置以充当电运送层。在一些实施方案中，可将行电极连接到黑色掩模结构23以减小所连接行电极的电阻。可使用包含沉积及图案化技术的多种方法来形成黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可包含一个或一个以上层。举例来说，在一些实施方案中，黑色掩模结构23包含充当光学吸收器的钼-铬(MoCr)层、间隔件层(例如，SiO2)及充当反射器及运送层的铝合金，其分别具有在大约到
Figure BDA0000492988100000142
到
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及
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到
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Figure BDA0000492988100000146
的范围中的厚度。可使用多种技术来图案化所述一个或一个以上层，包含光刻及干蚀刻，举例来说，所述干蚀刻包含用于MoCr及SiO2层的四氟化碳(CF4)及／或氧气(02)以及用于铝合金层的氯气(Cl2)及／或三氯化硼(BCl3)。在一些实施方案中，黑色掩模23可为标准具或干涉式堆叠结构。在此些干涉式堆叠黑色掩模结构23中，导电吸收器可用于在每一行或列的光学堆叠16中的下部固定电极之间传输或运送信号。在一些实施方案中，间隔件层35可用于将吸收器层16a与黑色掩模23中的导电层大体电隔离。
图6E展示IMOD的另一实例，其中可移动反射层14为自支撑的。与图6D相比，图6E的实施方案不包含支撑柱18。而是，可移动反射层14在多个位置处接触下伏光学堆叠16，且可移动反射层14的曲率提供足够的支撑使得可移动反射层14在跨越干涉式调制器的电压不足以造成激活时返回到图6E的未激活位置。为清晰所见，此处将可含有多个数种不同层的光学堆叠16展示为包含光学吸收器16a及电介质16b。在一些实施方案中，光学吸收器16a可充当固定电极及部分反射层两者。
在例如图6A到6E中所展示的实施方案的实施方案中，IMOD充当直视装置，其中从透明衬底20的前侧(即，与其上布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施方案中，可对所述装置的背面部分(即，所述显示装置的在可移动反射层14后面的任一部分，举例来说，包含图6C中所图解说明的可变形层34)进行配置及操作而不影响或负面地影响显示装置的图像质量，因为反射层14光学屏蔽所述装置的所述部分。举例来说，在一些实施方案中，可在可移动反射层14后面包含总线结构(未图解说明)，其提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如电压寻址及由此寻址产生的移动)分离的能力。另外，图6A到6E的实施方案可简化处理(例如，图案化)。
图7展示图解说明用于干涉式调制器的制造工艺80的流程图的实例，且图8A到8E展示此制造工艺80的对应阶段的横截面示意性图解的实例。在一些实施方案中，除图7中未展示的其它框以外，制造工艺80也可经实施以制造(例如)图1及6中所图解说明的一股类型的干涉式调制器。参考图1、6及7，工艺80在框82处开始，其中在衬底20上方形成光学堆叠16。图8A图解说明在衬底20上方形成的此光学堆叠16。衬底20可为透明衬底(例如玻璃或塑料)，其可为柔性的或相对刚性且不易弯曲的，且可能已经受先前准备工艺，例如，用以促进有效地形成光学堆叠16的清洁。如上文所论述，光学堆叠16可为导电、部分透明且部分反射的且可(举例来说)通过将具有所要性质的一个或一个以上层沉积到透明衬底20上来制作。在图8A中，光学堆叠16包含具有子层16a及16b的多层结构，但在一些其它实施方案中可包含更多或更少的子层。在一些实施方案中，子层16a、16b中的一者可经配置而具有光学吸收及导电性质两者，例如组合式导体／吸收器子层16a。另外，可将子层16a、16b中的一者或一者以上图案化成若干平行条带，且其可在显示装置中形成行电极。可通过掩蔽及蚀刻工艺或此项技术中已知的另一适合工艺来执行此图案化。在一些实施方案中，子层16a、16b中的一者可为绝缘或电介质层，例如沉积于一个或一个以上金属层(例如，一个或一个以上反射及／或导电层)上方的子层16b。另外，可将光学堆叠16图案化成形成显示器的行的个别且平行条带。
工艺80在框84处继续在光学堆叠16上方形成牺牲层25。稍后移除牺牲层25(例如，在框90处)以形成腔19且因此在图1中所图解说明的所得干涉式调制器12中未展示牺牲层25。图8B图解说明包含形成于光学堆叠16上方的牺牲层25的经部分制作的装置。在光学堆叠16上方形成牺牲层25可包含以经选择以在随后移除之后提供具有所要设计大小的间隙或腔19(还参见图1及8E)的厚度沉积二氟化氙(XeF2)可蚀刻材料，例如钼(Mo)或非晶硅(a-Si)。可使用例如物理气相沉积(PVD，例如，溅镀)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)或旋涂等沉积技术来实施牺牲材料的沉积。
工艺80在框86处继续形成支撑结构，例如如图1、6及8C中所图解说明的柱18。形成柱18可包含以下步骤：图案化牺牲层25以形成支撑结构孔口，接着使用例如PVD、PECVD、热CVD或旋涂等沉积方法将材料(例如，聚合物或无机材料，例如二氧化硅)沉积到所述孔口中以形成柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的支撑结构孔口可延伸穿过牺牲层25及光学堆叠16两者而到达下伏衬底20，使得柱18的下部端接触衬底20，如在图6A中所图解说明。或者，如在图8C中所描绘，形成于牺牲层25中的孔口可延伸穿过牺牲层25，但不穿过光学堆叠16。举例来说，图8E图解说明支撑柱18的下部端与光学堆叠16的上部表面接触。可通过将支撑结构材料层沉积于牺牲层25上方并图案化支撑结构材料的位于远离牺牲层25中的孔口的部分来形成柱18或其它支撑结构。所述支撑结构可位于所述孔口内，如在图8C中所图解说明，但还可至少部分地延伸到牺牲层25的一部分上方。如上文所提及，牺牲层25及／或支撑柱18的图案化可通过图案化及蚀刻工艺来执行，但也可通过替代蚀刻方法来执行。
工艺80在框88处继续形成可移动反射层或膜，例如图1、6及8D中所图解说明的可移动反射层14。可通过采用一个或一个以上沉积步骤(例如，反射层(例如，铝、铝合金)沉积)连同一个或一个以上图案化、掩蔽及／或蚀刻步骤来形成可移动反射层14。可移动反射层14可为导电的且称作导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包含如图8D中所展示的多个子层14a、14b、14c。在一些实施方案中，所述子层中的一者或一者以上(例如子层14a、14c)可包含针对其光学性质选择的高度反射子层，且另一子层14b可包含针对其机械性质选择的机械子层。由于牺牲层25仍存在于在框88处形成的经部分制作的干涉式调制器中，因此可移动反射层14在此阶段处通常不可移动。在本文中还可将含有牺牲层25的经部分制作的IMOD称作“未释放”IMOD。如上文结合图1所描述，可将可移动反射层14图案化成形成显示器的列的个别且平行条带。
工艺80在框90处继续形成腔，例如，如图1、6及8E中所图解说明的腔19。可通过将牺牲材料25(在框84处沉积)暴露于蚀刻剂来形成腔19。举例来说，可通过干化学蚀刻(例如，通过将牺牲层25暴露于气态或蒸气蚀刻剂，例如衍生自固体XeF2的蒸气)达有效地移除所要的材料量的时间周期来移除可蚀刻牺牲材料(例如Mo或非晶Si)，通常相对于环绕腔19的结构选择性地移除所述牺牲材料。还可使用其它蚀刻方法，例如，湿蚀刻及／或等离子蚀刻。由于在框90期间移除了牺牲层25，因此可移动反射层14在此阶段之后通常可移动。在移除牺牲层25之后，在本文中可将所得的经完全或部分制作的IMOD称作“经释放”IMOD。
由于反射式显示器(例如，包含干涉式调制器的一些显示器)可为镜面反射式显示器且可使用环境光作为光源，因此所显示的图像可受环境光的方向及／或照度影响。图9A图解说明显示表面上的镜面反射的实例。在镜面反射中，沿单个方向120从显示表面110反射来自定向照明101(例如，来自一个或一个以上光源(例如，太阳、室内灯等)的方向性光)的传入光100。来自显示表面110的反射沿镜面反射的方向120可显得最明亮。由于传入光100在定向照明101下沿特定方向120反射，因此镜面反射式显示器沿不同方向可看起来不同。举例来说，当观看者从点A(镜面反射的方向120)看显示表面110时，显示表面110可显得相对明亮。然而，当观看者在点B(不沿镜面反射的方向120)处看显示表面110时，显示表面110可显得相对昏暗。
图9B图解说明显示表面110上的朗伯反射的实例。在朗伯反射中，沿实质上所有方向121从显示表面110反射传入光100且不管观看角度如何，显示表面110的表观亮度显得实质上相同。举例来说，当从点A或从点B观察显示表面110时，显示表面110具有实质上相同亮度。
图9C图解说明借助漫射照明102照射的反射式显示表面110的实例。如图9C中所图解说明，当借助漫射照明102(例如，来自表面110上的实质上所有方向的光)照射反射式显示表面110时，沿实质上所有方向121反射传入漫射光100且因此，不管观看者的位置如何，显示表面110的亮度可看起来沿所有方向(显示表面110上方)实质上相同(例如，反射式显示器在漫射照明条件下具有朗伯反射特性)。对于某些实施方案，显示表面110上方的所有方向可包含最高达且包含2π球面度的立体角范围。球面度可定义为在单位球体的中心处的由单位球体的表面上的单位面积对着的立体角。一球体对着4π球面度的立体角。因此，显示表面110上方的所有方向可具有最高达约半球体(例如，最高达且包含2π球面度)的立体角。
反射式显示器还可展现在镜面反射与朗伯反射之间的特性。图9D图解说明在镜面反射与朗伯反射之间的反射的实例。如图9D中所展示，传入光100以环绕方向122(其在一些实施方案中可为镜面方向)的角度范围散射或反射。表面110也可具有图9A到9D中所图解说明的反射特性的组合，例如，在漫射及定向照明条件下来自表面110的反射。表面110的外观(例如，亮度)可取决于包含漫射及定向照明量、表面接收定向照明的角度、观看表面110的方向等等的因素。
“具有增益的显示器”可为可展现镜面反射及在镜面反射与朗伯反射之间的特性(例如，反射到小于2π球面度的角度范围中的光)的显示器。当此显示器具有产生镜面反射的实质定向组件时，所述显示器可存在“增益”亮度的机会。如果光源在偏离显示表面的法线的某一角度范围内，那么用户可能够利用所述增益。图10图解说明呈高角度且在观看者140上方的定向照明130的实例。如图10中所展示，来自定向照明130的传入光100照射显示器210使得传入光100可从显示器210朝向方向122反射。对于(例如)在(例如)蜂窝式电话中的便携式显示器，观看者往往自然地握持显示器210使得定向光122朝向其眼睛反射且显示器210显得相对明亮。因此，可调整具有增益的显示器210(或定向照明130)使得具有最高亮度的所反射光的方向122被引导到观看者140的眼睛中。
图11是随偏离(举例来说)具有高增益／低增益及朗伯特性的显示器的镜面方向的观看角度而变的显示器的亮度的图形图式。观看角度可偏离法线方向325从约-90°到约+90°变化。显示器的亮度可表达为以烛光／m2为单位(有时称作“尼特”)测量的照度。迹线310图解说明具有相对高增益的显示器，而迹线320图解说明具有相对低增益的显示器。在这些实例中，两个迹线310及320为钟形的且可在观看角度处(例如，沿镜面反射的方向)具有最大亮度。图解说明相对高增益的迹线310具有大于图解说明相对低增益的迹线320的最大亮度。如上文所论述，观看者140可调整具有增益的显示器210以通过(例如)定向显示器210而利用最大亮度使得最大亮度的方向(或较明亮反射的方向)指向观看者的眼睛。举例来说，可以角度θdisplay(例如，相对于垂直方向300所测量)调整显示器210以相对于光源100的角度θsource调整观看角度θview。举例来说，在某些实施方案中，镜面反射偏离法线方向325的角度θspecular可约等于光源100偏离法线方向325的角度θsource。在这些实施方案中，偏离镜面方向的观看角度Δθ可表达为θspecular-θview。显示器210的亮度可为偏离镜面方向的角度Δθ的函数，如(例如)图11中所展示。
在漫射照明的高照度(例如，明亮多云天)的条件下，反射式显示器210的某些实施方案可显得相对明亮。照度(以勒克司或流明／平方米为单位)是对入射于表面的单位面积上的光通量的度量。在漫射照明的较低照度(例如，暗多云天)的条件下，反射式显示器的某些实施方案可显得相对昏暗。如上文所论述，某些类型的显示器在漫射照明条件下可具有朗伯反射特性。如图11中的迹线330中所描绘，具有朗伯特性的实例性显示器可显得实质上相同，例如，甚至当观看角度从约-90°到约+90°变化时，具有实质上相同的亮度。
如果照明相对均匀，那么一些类型的显示器210可不具有胜过朗伯显示器的“增益”优点。另外，由于光在漫射照明条件下沿宽范围的方向扩散，因此对于相同照度的光，借助漫射照明照射的显示器可显得比借助定向照明照射时昏暗。因此，显示装置的各种实施方案可使用本文中所描述的装置及方法在借助漫射照明与借助定向照明的照射之间进行区分以确定并控制可经由辅助光源(例如，例如，前光或背光)提供到显示装置的额外光量。
图12图解说明显示装置200的实例性实施方案。所述显示装置可包含显示器210及经配置以给显示器210提供补充光的辅助光源220。显示装置200可进一步包含经配置以测量环境光500的照度的传感器系统230。显示装置200可进一步包含与传感器系统230通信的控制器240。(例如)包含控制电子器件的控制器240可经配置以调整辅助光源220以给显示器210提供一定量的补充光。所述补充光量可至少部分地基于来自传感器系统230的测量。
在某些实施方案中，显示装置200可包含显示器210，例如，本文中所论述的显示器，包含用于以下各项的显示器：蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、蓝牙装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能笔记本计算机、GPS接收器／导航器、相机及相机观看显示器、MP3播放器、摄录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、DVD播放器、CD播放器或任何电子装置。显示器210的形状可为(例如)矩形，但也可使用其它形状，例如，正方形或椭圆形。显示器210可由玻璃或塑料或者其它材料制成。在各种实施方案中，显示器210包含反射式显示器，例如，包含如本文中所论述的反射干涉式调制器或液晶元件的显示器。在一些其它实施方案中，显示器210包含半穿透半反射式显示器或发射式显示器。
显示装置200可包含经配置以给显示器210提供补充光的辅助光源220。在一些实施方案中，辅助光源220可包含(例如)用于反射式显示器的前光。在一些其它实施方案中，辅助光源220可包含(例如)用于发射式或半穿透半反射式显示器的背光。辅助光源220可为任何类型的光源，例如，发光二极管(LED)。在一些实施方案中，光导(未展示)可用于接收来自光源220的光且将所述光导引到显示器210的一个或一个以上部分。
在图12中所展示的实施方案中，传感器系统230可经配置以从宽范围的方向测量环境光500的漫射照度及／或经配置以从相对窄范围的方向测量环境光500的定向照度。所述漫射照度可为从宽角度范围到达传感器系统230的环境光500(举例来说，从对着最高达约2π球面度的立体角的方向到达显示器210的光)的照度的度量。所述定向照度可为从对着小于2π球面度的立体角的方向到达传感器系统230的环境光500(例如，从一个或一个以上相对窄的角锥体到达传感器系统230的光)的照度的度量，如下文将进一步描述。在一些实施方案中，所述定向照度可为从对着比约2π球面度小得多的立体角的方向到达传感器系统230的环境光500的照度的度量。举例来说，在各种实施方案中，所述锥体可具有在从约5度到约60度的范围内的角(全)宽度，例如，约5度到约15度、从约15度到约30度、从约30到约45度、从约45度到约60度或某一其它角宽度范围。
图13A图解说明包含漫射光传感器231及定向光传感器232的实例性传感器系统230。漫射光传感器231可经配置以测量漫射照度。在一些实施方案中，漫射光传感器231可为感测来自宽范围的方向的光(例如，入射于传感器上的来自实质上所有方向的光)的全向光传感器，例如，倾角计。定向光传感器232可经配置以测量定向照度。图13B图解说明针对实例性定向光传感器232的受光角θacc的实例。举例来说，定向光传感器232可对来自具有以下各项的受光角θacc的锥体内的方向的光敏感，举例来说：约10度、约15度、约20度、约25度、约30度、约35度、约40度、约45度、约50度、约55度、约60度或某一其它角度。定向光传感器232可测量从具有介于以下各项的范围内的受光角的锥体接收的光：从约5度到约15度、从约15度到约30度、从约30度到约45度、从约45度到约60度或某一其它角宽度范围。传感器系统230可包含有机或纳米粒子传感器。传感器系统230还可包含光电二极管、光电晶体管及／或光敏电阻器。
图13C图解说明包含多个定向光传感器232的实例性传感器系统230。定向光传感器232中的每一者可指向特定方向且可对从对着小于2π球面度且在一些实施方案中比约2π球面度小得多的立体角的锥体接收的光敏感。在一些实施方案中，定向光传感器232中的一者或一者以上的光敏感度方向可至少部分重叠，此在传感器232中的一者出现故障的情况中可提供一定程度的冗余。在一些其它实施方案中，定向光传感器232中的一者或一者以上的光敏感度方向可至少部分重叠以允许通过来自定向光传感器232中的两者或两者以上的测量的内插对定向光源的角度位置的测量。在一些实施方案中，多个定向光传感器232可经布置使得可测量在相对于定向光传感器232的相对宽角度范围θrange(例如，最高达约2π球面度)内安置的定向光源。举例来说，图13C中所展示的传感器232的线性阵列可测量在沿所述阵列的线最高达约120度、最高达约140度或最高达约160度的角度范围θrange内的定向光源。在一些其它实施方案中，定向光传感器232可经布置而对来自相对于显示装置200的所预期或所预计方向的定向光源敏感。
在一些情况中，定向光传感器232中的每一者可对来自具有以下各项的受光角的锥体内的方向的光敏感，举例来说：约5度、约10度、约15度、约20度、约25度、约30度、约35度、约40度、约45度、约50度、约55度、约60度或某一其它角度。在其它情况中，定向光传感器232可对来自具有不同角度的锥体内的方向的光敏感，例如，一个定向光传感器可对约40度敏感，而另一定向光传感器可对约30度敏感。在一些实施方案中，可在所预计定向照度的位置处布置具有较窄受光角的定向光传感器232。在一些其它实施方案中，可将具有较窄受光角的定向光传感器232布置为与具有较宽受光角的定向光传感器232重叠以允许通过来自具有较窄受光角的定向光传感器232与具有较宽受光角的定向光传感器232的测量的内插对定向光源的角度位置的测量。在一些实施方案中，举例来说，多个定向光传感器232可与漫射传感器231一起使用，如图13A中所展示。在一些其它实施方案中，漫射照度可由多个定向光传感器232测量，举例来说，由定向光传感器232中的每一者测量的基于定向光传感器232中的每一者的相应受光角而加权的照度的平均值。在各种实施方案中，多个传感器232可安置于如图13C中所展示的线性阵列中或二维阵列(例如，4×4或5×5阵列)中。在一些实施方案中，多个定向光传感器232可形成为与光电传感器235或光电传感器阵列组合的若干个孔口233或若干个管234。举例来说，孔口233的阵列可形成于显示装置200的盖的一部分中且光电传感器235可安置于孔口233中的每一者下方。孔口233可形成为指向特定方向的细长开口，且孔口233的大小及／或开口角度可用于将光的接收(通过光电传感器235或光电传感器阵列)限制于特定角度范围。各种实施方案还可包含透镜以限制孔口233的受光角。
图13D图解说明包含单个定向光传感器232的实例性传感器系统。如图13D的左侧上所展示，定向光传感器232可测量第一位置中的定向照度。定向光传感器232可倾斜以从多个方向收集光。举例来说，如图13D的右侧上所展示，定向光传感器232可倾斜以测量第二位置中的定向照度。在各种实施方案中，定向光传感器232可从法线方向325倾斜约±90度范围内的角度θtilt。定向照度可由定向光传感器232以不同倾斜角度θtilt测量。漫射照度也可由定向光传感器232确定，举例来说，由定向光传感器232针对所有所测量照度测量的基于不同倾斜角度θtilt中的每一者的相应受光角而加权的照度的平均值。显示装置200可包含可自动使传感器232倾斜的致动器(未展示)。
如图12中所展示，显示装置200可进一步包含与传感器系统230通信的控制器240。(例如)包含控制电子器件的控制器240可经配置以至少部分地基于环境光500的所测量定向照度及／或所测量漫射照度来调整辅助光源220。在一些实施方案中，控制器240可调整辅助光源220以实质上匹配环境光500。在一些实施方案中，控制器240可基于传感器系统230实现闭环行为以进一步调整辅助光源220。
至少部分地基于环境光500的所测量定向照度及所测量漫射照度来确定照明条件的实例性方法可至少部分地基于所测量定向光与所测量漫射光的比率及环境光的所测量照度(例如，以勒克司为单位测量的环境照度)。控制器240可确定需要多少额外照明(如果有的话)且可将辅助光源220设定为所确定额外照明量。
图14A展示实例性显示装置的实例性实验结果及实例性照射模型。垂直轴是显示器的亮度(以烛光／平方米或“尼特”为单位测量)且水平轴展示环境照射的条件(以勒克司或流明／平方米为单位)。迹线400图解说明针对实例性显示装置200的最优可读性(例如，最优视敏度)的估计。迹线410图解说明具有设定为零的辅助光源的实例性显示装置200。迹线420图解说明具有设定为40尼特的辅助光源的实例性显示装置200。在高照度的条件(例如，晴天及／或明亮多云条件)下，可不需要额外照明，因此可将辅助光源220设定为零(或充分小的值)。对于具有较小漫射照度的条件(例如，暗多云条件)，可能需要额外照明，因此可将辅助光源220设定为最高达或等于可由光源220产生的最大光量的值。对于具有高定向照度的条件(例如，办公室环境)，可不需要额外照明，因此可将辅助光源220设定为零(或充分小的值)。对于具有较小定向照度的条件(例如，家庭环境)，可能需要额外照明，因此可将辅助光源220设定为足以在所述环境照明条件下提供可易于观看的显示内容的值。如图14A中所展示，通过给显示装置200的一些实施方案提供一定量的补充光，显示装置200的亮度可接近最优可读性的条件，例如，迹线400。在图14A中所展示的实例性照射模型中，此补充照射值为40尼特。图14A中所展示的实例性补充照射模型可节省能量，因为其可在亮度与电力使用之间进行优化。因此，某些实施方案可在宽范围的环境照射条件下提供充分明亮的显示。另外，可延长电池供电式显示装置200的电池寿命。
图14B展示与不使用前光源的反射式显示装置相比显得相对明亮的实例性反射式显示装置的实例性实验结果及实例性照射模型。类似于参考图14A所论述的实例，在高照度的条件(例如，晴天及／或明亮多云条件)下，可将辅助光源220设定为零(或充分小的值)，因为可能需要很少额外照明或不需要额外照明。此外，类似于图14A中所展示的实例，在具有较小漫射照度的条件(例如，暗多云条件)下，可将辅助光源220设定为最高达或等于可由光源220产生的最大光量的值。对于具有高定向照度的条件(例如，办公室环境)，为了得到明亮显示可能需要额外照明，因此可将辅助光源220设定为最高达或等于可由光源220产生的最大光量的值。对于具有较小定向照度的条件(例如，家庭环境)，也可需要较多额外照明，因此可将辅助光源220设定为比被确定用于图14A的显示器的值高的值，例如，60尼特。由于图14B的显示装置可使用比图14A的显示装置多的补充光，因此图14B的显示装置可显得比图14A的显示装置明亮。然而，通过使用较少补充光，图14A的显示装置与图14B的显示装置相比可消耗较少电力、节省能量且具有延长的电池寿命。参考图14A及14B所描述的实例性辅助照射模型意欲为说明性的且非限制性的。在显示装置200的一些其它实施方案中，可使用其它辅助照射模型。
图15A图解说明在一些实施方案中可用于确定将添加到显示装置200的补充光量的实例性查找表。在一些实施方案中可至少部分地基于实验数据(例如，图14A及14B)而产生查找表。查找表的x坐标可表示环境光的照度(例如，环境光的漫射分量的照度)。y坐标可表示定向光量与漫射光量的比率。实例性查找表中在任何x-y坐标处的值是将添加到显示器的辅助光量(以尼特为单位)。在此实例中，针对极低照度环境光(由查找表内的“40”表示，例如，家庭环境)，可能需要额外照明，而针对极高照度环境光(由查找表内的“0”表示，例如，用于高效显示器的晴天条件或办公室环境)，不论定向光与漫射光的比率如何均不需要额外照明。在这两个极端情况之间，对于环境光的相同照度条件(例如，勒克司)，当在定向光对漫射光的较低比率的情况下照射显示装置200时，可能需要具有比在定向光对漫射光的较高比率(与在表的顶部处的较低值(例如，家庭环境)相比，由在表的底部处的较高值(例如，暗多云条件)表示)的情况下多的额外光。
在某些实施方案中，漫射传感器231可测量漫射照度，例如，x坐标。定向传感器232可测量定向照度。使用所测量漫射照度及所测量定向照度，控制器240可确定所测量定向照度与所测量漫射照度的比率，例如，y坐标。接着，控制器240可使用可大体类似于上文所描述的查找表的查找表以至少部分地基于环境光量(例如，漫射照度)及定向光与漫射环境光的比率(例如，定向照度对漫射照度的比例)来确定将向显示装置200添加多少辅助光。
在一些其它实施方案中，控制器240可使用公式(或算法)来确定如何调整显示装置200的辅助光源220。举例来说，漫射光量及定向光量可为到所述公式的输入中的一些输入。在一些实施方案中，所述公式也可取决于定向光源中的一些或全部光源的所测量(或所估计或者所假定)位置。所述公式可产生极类似或等同于(或者不同于)图15A中所图解说明的经调整辅助光水平的经调整辅助光水平。
图15B是随偏离具有增益的显示装置的镜面方向的观看角度而变的相对强度(以任意单位)的图形图式。如上文所描述，偏离镜面方向的角度Δθ可表达为θspecular-θview。在具有增益的一些显示器中，定位于偏离镜面的较大角度处(例如，具有较大Δθ)的定向光源可往往向观看者贡献比定位于偏离镜面的较小角度处(例如，具有较小Δθ)的定向光源小的相对强度。图15B图解说明其中存在两个定向光源502及504的实例。在其它实例中，可存在不同数目个定向光源，例如，一个没有、一个、三个或三个以上。定位于偏离镜面方向Δθ1处的定向光源502具有I1的强度，且定位于偏离镜面Δθ2处的定向光源504具有I2的强度，在此实例中，I2大于I1，因为Δθ2<Δθ1。在图15B中所展示的实例中，如观看者观察到的显示装置200的强度I可表达为I1、I2及Idiffuse的和，其中Idiffuse为漫射照度的强度。
在一些实施方案中，用于确定具有NS个定向光源的显示装置200的强度I的一股公式可表达为
I = &Sigma; k = 1 N S I k ( &Delta; &theta; k ) + I diffuse , - - - ( 1 )
其中Ik(Δθk)为来自位于角度Δθk处的NS个定向光源中的每一者的强度。在各种实施方案中，强度Ik可大体类似于图11及15B中所展示的实例性强度曲线。此方程序的右手侧上的求和可为总定向照射Idirected的估计。在各种实施方案中，通过确定显示装置200显得多明亮(例如，强度I)，可至少部分地基于以下各项中的一者或一者以上确定所要补充光量：I、Idirected、Idiffuse、Idirected／Idiffuse等等。
虽然以上实例提供用于反射式显示器的实例(例如，用于具有低照度的环境光的额外照明)的查找表及公式，但可提供用于发射式或半穿透半反射式显示器的查找表及／或公式。举例来说，虽然发射式LCD可使用背光作为光源，但如果环境光反射到观看者的眼睛中，那么查找表或公式可提供如何调整背光以使对比度保持低，例如，当环境光具有高照度时，将向显示器增加多少额外光，或当环境光具有低照度时，将从显示器减少多少光。图16图解说明发射式显示装置的两个实例性照射模型。迹线510及迹线520表示随用于发射式显示装置的环境照射(以勒克司为单位测量)而变的总背光强度(以任意单位)的两个响应。在这些实例中，当环境照射增加时，可调整背光的强度以增加显示器的强度直到达到背光的最大值为止。迹线510表示其中对比度高于由迹线520表示的眩光情形的较高眩光情形。为了克服较高眩光，可以比用于较低眩光情形的速率(例如，遵循迹线520)快的速率(例如，遵循迹线510)增加发射式显示器的背光。通过确定显示装置显得多明亮，可调整背光以增加到显示器的光或减少来自显示器的光。
当定向环境光源接近显示装置200时，各种实施方案可通过找出或估计最明亮定向光源的方向而定位环境光源的方向。举例来说，显示装置200可通过对由定向光传感器232检测的来自不同方向的光的照度进行加权而定位环境光源的方向。举例来说，可将所述方向确定为到定向光源的所估计角度(例如，经由图13C中所展示的实例性线性阵列测量)或确定为一对所估计角度(例如，相对于2-D传感器阵列的高度角及方位角)。至少部分地基于定向光与漫射光的比率、环境光的照度及定向光源的方向，控制器240可经配置以调整辅助光源220。
在又一实施方案中，显示装置220可确定当存在定向光源时所推测观看者的位置。此实施方案可包含背向低分辨率相机(例如，经配置以将光成像到低分辨率图像传感器阵列上的广角镜头)以确定观看者的位置。也可使用如图13C中所展示的定向光传感器232的二维阵列(其可用作低分辨率相机)以检测观看者方向。举例来说，在一些实施方案中，可假定观看者相对于显示器在距法线几度处且稍微向后倾斜。在一些实施方案中，所述低分辨率相机可通过定位由观看者阻挡来自所述方向的环境光中的一些环境光导致的在显示器前方的“暗点”而定位所述观看者。
在一些情况中，控制器240可假定观看者已将显示装置200动态调整到最优(或接近最优)位置使得定向光源朝向观看者的眼睛反射(例如，通过手动定向观看者的手中的显示器)。如图11及15B中所展示，可以角度θdisplay调整显示装置200(例如，相对于垂直方向300测量)以相对于光源100的角度调整观看角度θview。在一些实施方案中，可假定显示器200的角度θdisplay与垂直位置300成约45度，或在约43度与约47度之间，或在约40度与约50度之间，或在约35度与约55度之间。当在室内使用时，可假定最明亮观看角度偏离法线方向325在约15度与约30度之间，或在约17度与约28度之间，或在约20度与约25度之间。当在室外使用时，可假定最明亮观看角度偏离法线方向325在约30度与约45度之间，或在约33度与约43度之间，或在约35度与约40度之间。如图13B中所展示，用于实例性传感器系统230的受光角θacc可基于显示装置200的方向而变化。举例来说，如果显示装置200的角度θdisplay与垂直位置300成约45°角度，那么用于传感器系统的受光角θacc可为约40°。
至少部分地基于定向光与漫射光的比率、环境光的照度、到定向光源的方向及观看者相对于定向光源的位置的所推测、所估计或所测量位置，控制器240可经配置以相应地调整辅助光源220。举例来说，如上文所描述，一些实施方案可使用公式(1)来确定总强度、定向强度及漫射强度。
图17A图解说明控制显示器的照明的实例性方法。在图17A中，方法1000与本文中所描述的显示装置200的各种实施方案兼容。举例来说，可由控制器240来实施方法1000。方法1000包含从宽范围的方向测量环境光500的漫射照度，如框1010中所展示。举例来说，漫射光传感器231可用于做出框1010中所描述的测量。方法1000进一步包含从相对窄范围的方向测量环境光500的定向照度，如框1020中所展示。举例来说，定向光传感器232可用于做出框1020中所描述的测量。如框1030中所展示，方法1000进一步包含至少部分地基于照射条件(例如，环境光500的所测量定向照度及／或所测量漫射照度)来调整辅助光源220。举例来说，在一些实施方案中，控制器240可至少部分地基于环境光的定向照度的测量及漫射照度的测量来确定额外照明条件。控制器240可从计算机可读存储媒体(例如，与所述控制器通信的存储器装置)接收定向照度及漫射照度的测量。控制器240可将照明调整发射到经配置以给显示器210提供光的光源220。所述照明调整可至少部分地基于由控制器240确定的额外照明条件。举例来说，所述照明调整可包含将由光源220提供的照射增加或减少的量。在一些实施方案中，控制器240可将额外照明条件发射到经配置以调整光源220的照明控制器。
在一些实施方案中，调整辅助光源220是至少部分地基于所测量定向照度与所测量漫射照度的比率。如图17A中所展示，方法1000还可包含确定环境光500的方向，如任选框1022中所展示。还如图17A中所展示，方法1000还可包含确定显示器210的观看者的位置，如任选框1023中所展示。因此，如框1030中所展示调整辅助光源220也可基于到定向环境光源的方向及／或观看者的位置。
图17B图解说明控制显示器的照明的另一实例性方法。可由控制器240执行实例性方法2000。如框2010中所展示，方法2000可包含收集关于环境光500的方向及强度信息。收集关于环境光500的方向及强度信息可包含从宽范围的方向收集环境光500的所测量漫射照度，例如，如图17A的框1010中所描述。收集关于环境光500的方向及强度信息还可包含沿相对窄范围的方向收集环境光500的所测量定向照度，例如，如图17A的框1020中所描述。如果环境光500的照射为实质上漫射，那么显示表面的亮度可沿显示表面上方的所有方向看起来实质上相同(例如，显示朗伯反射特性)。如果需要补充光，那么所述方法的一些实施方案可包含至少部分地基于漫射照度来调整辅助光源220，如框2040中所展示。另一方面，如果不需要补充光，那么一些实施方案可包含将辅助光源设定为零(或充分小值)，如框2050中所展示。
如果环境光500的照射具有定向分量，那么显示器可展现镜面反射及在镜面反射与朗伯反射之间的特性，例如，具有增益的显示器。如果需要补充光，那么所述方法的一些实施方案可包含至少部分地基于环境光的定向照度及／或漫射照度来调整辅助光源220，如框2030中所展示。另一方面，如果不需要补充光，那么一些实施方案可包含将辅助光源220设定为零(或充分小值)，如框2050中所展示。在一些实施方案中，方法2000还可包含确定环境光500的方向，如任选框2022中所展示。在这些实施方案中，在框2030中调整辅助光源220也可基于环境光500的方向。在一些实施方案中，方法2000可包含确定观看者的位置，如任选框2023中所展示。在这些实施方案中，在框2030中调整辅助光源220还可基于观看者的所假定、所估计或所测量位置。
图18A及18B展示图解说明包含多个干涉式调制器的显示装置40的系统框图的实例。举例来说，显示装置40可为蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变化形式也为对各种类型的显示装置的说明，例如，电视、电子阅读器及便携式媒体播放器。参考图12所描述的显示装置200(及其组件)可大体类似于显示装置40。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。显示器30可包含如本文中所描述的显示器210的各种实例。外壳41可由多种制造工艺中的任一者形成，包含注射模制及真空形成。另外，外壳41可由多种材料中的任一者制成，包含(但不限于)：塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。外壳41可包含可装卸部分(未展示)，其可与其它不同色彩或含有不同标识、图片或符号的可装卸部分互换。如本文中所描述，外壳41可包含与光电传感器组合以形成定向光传感器的至少一个孔口或管。外壳41还可包含与光电传感器组合以形成多个定向光传感器的多个孔口或管。
显示器30可为多种显示器中的任一者，包含本文中所描述的双稳态或模拟显示器。显示器30还可经配置以包含平板显示器(例如等离子显示器、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板显示器(例如CRT或其它管式装置)。另外，显示器30可包含干涉式调制器显示器，如本文中所描述。
在图18B中示意性地图解说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分地包封于其中的额外组件。举例来说，显示装置40包含网络接口27，网络接口27包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。在某些实施方案中，处理器21可包含控制器240或可充当本文中所描述的控制器240。本文中所描述的方法(例如，方法1000及2000)可经由指令由处理器21执行。调节硬件52可经配置以对信号进行调节(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电力供应器50可向如特定显示装置40设计所需要的所有组件提供电力。
网络接口27包含天线43及收发器47，使得显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。网络接口27还可具有一些处理能力以减轻(例如)对处理器21的数据处理要求。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据包含IEEE16.11(a)、(b)或(g)的IEEE16.11标准或包含IEEE802.11a、b、g或n的IEEE802.11标准发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据蓝牙标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况中，天线43经设计以接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM／通用包无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、地面中继无线电(TETRA)、宽带CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1×EV-DO、EV-DO修订版A、EV-DO修订版B、高速包接入(HSPA)、高速下行链路包接入(HSDPA)、高速上行链路包接入(HSUPA)、演进高速包接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用于在无线网络内(例如利用3G或4G技术的系统)通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号使得其可由处理器21接收及进一步操纵。收发器47还可处理从处理器21接收的信号使得其可经由天线43从显示装置40发射。
在一些实施方案中，可由接收器来替换收发器47。另外，可由图像源来替换网络接口27，所述图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。处理器21可控制显示装置40的总体操作。处理器21从网络接口27或图像源接收数据(例如经压缩图像数据)，且将所述数据处理成原始图像数据或处理成容易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将经处理数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常指代识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。举例来说，此些图像特性可包含色彩、饱和度及灰度级。
处理器21可包含用以控制显示装置40的操作的微控制器、中央处理单元(CPU)或逻辑单元。调节硬件52可包含用于向扬声器45发射信号及从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29可直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据，且可适当地将原始图像数据重新格式化以供高速发射到阵列驱动器22。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，使得其具有适合于跨越显示阵列30进行扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。虽然驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常作为独立的集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但可以许多方式实施此些控制器。举例来说，可将控制器作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中或与阵列驱动器22完全集成在硬件中。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化的信息且可将视频数据重新格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒许多次地施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百条且有时数千条(或更多)引线。
在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适于本文中所描述的显示器类型中的任一者。举例来说，驱动器控制器29可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，IMOD控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，IMOD显示器驱动器)。此外，显示阵列30可为常规显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包含IMOD阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成在一起。此实施方案在高度集成系统(例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器)中为常见的。
在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许(例如)用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、摇杆、触敏屏或者压敏或热敏膜。麦克风46可配置为显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，可使用通过麦克风46所做的话音命令来控制显示装置40的操作。
电力供应器50可包含如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，电力供应器50可为可再充电电池，例如镍-镉电池或锂离子电池。电力供应器50还可为可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池或太阳能电池涂料。电力供应器50还可经配置以从壁式插座接收电力。
在一些实施方案中，控制可编程性驻存于驱动器控制器29中，驱动器控制器29可位于电子显示系统中的数个位置中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻存于阵列驱动器22中。上文所描述的优化可以任何数目个硬件及／或软件组件且以各种配置实施。
可将结合本文中所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。已就功能性大体描述且在上文所描述的各种说明性组件、框、模块、电路及步骤中图解说明了硬件与软件的可互换性。此功能性是以硬件还是软件实施取决于特定应用及对总体系统强加的设计约束。
可借助通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文中所描述的功能的其任一组合来实施或执行用于实施结合本文中所揭示的方面所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。还可将处理器实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合或任何其它此种配置。在一些实施方案中，可通过给定功能特有的电路来执行特定步骤及方法。
在一个或一个以上方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或以其任一组合来实施所描述的功能。本说明书中所描述的标的物的实施方案还可实施为编码于计算机存储媒体上以用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一个或一个以上计算机程序，即，一个或一个以上计算机程序指令模块。
如果以软件实施，那么用于产生辅助光量的值的查找表、用于产生或使用所述查找表的函数或公式可作为一个或一个以上数据结构或指令或代码储存于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。可以可驻存于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块来实施本文中所揭示的方法或算法的步骤。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及包含可经启用以将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何媒体的通信媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以实例而非限制的方式，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或可用于以指令或数据结构的形式存储所要的程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。此外，任何连接均可适当地称作计算机可读媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含：压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘借助激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为一个或任何代码及指令组合或集合驻存于可并入到计算机程序产品中的机器可读媒体及计算机可读媒体上。
所属领域的技术人员可容易明了对本发明中所描述的实施方案的各种修改，且本文中所定义的类属原理可应用于其它实施方案，此并不背离本发明的精神或范围。因此，权利要求书并非意欲限制于本文中所展示的实施方案，而是被赋予与本发明、本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最宽广范围。词语“示范性”在本文中专用于意指“用作实例、例子或图解说明”。在本文中描述为“示范性”的任何实施方案未必解释为比其它实施方案优选或有利。另外，所属领域的技术人员将容易了解，术语“上部”及“下部”有时为了便于描述各图而使用，且指示对应于图在经恰当定向的页面上的定向的相对位置，且可能不反映如所实施的IMOD的恰当定向。
还可将在本说明书中在单独实施方案的背景中描述的某些特征以组合形式实施于单个实施方案中。相反地，还可将在单个实施方案的背景中描述的各种特征单独地或以任一适合子组合的形式实施于多个实施方案中。此外，虽然上文可将特征描述为以某些组合的形式起作用且甚至最初如此主张，但在一些情况中，可从所主张的组合去除来自所述组合的一个或一个以上特征，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化形式。
类似地，尽管在图式中以特定次序来描绘操作，但并不应将此理解为需要以所展示的特定次序或以循序次序来执行此些操作或执行所有所图解说明的操作来实现所要结果。此外，所述图式可以流程图的形式示意性地描绘一个或一个以上实例性工艺。然而，可将其它并未描绘的操作并入于示意性地图解说明的实例性工艺中。举例来说，可在所图解说明的操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一个或一个以上额外操作。在某些情形中，多任务化及并行处理可为有利的。此外，不应将上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离理解为在所有实施方案中均需要此分离，且应理解，一股来说，可将所描述的程序组件及系统一起集成于单个软件产品中或封装成多个软件产品。另外，其它实施方案在以上权利要求书的范围内。在一些情况中，可以不同次序执行权利要求书中所叙述的动作且其仍实现所要的结果。

Claims (38)

1.一种显示装置，其包括：
显示器；
辅助光源，其经配置以给所述显示器提供补充光；
传感器系统，其经配置以测量：
来自宽范围的方向的环境光的漫射照度；以及
来自相对窄范围的方向的所述环境光的定向照度；以及
控制器，其与所述传感器系统通信，所述控制器经配置以调整所述辅助光源以给所述显示器提供一定量的补充光，所述补充光量至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示器包含反射式显示器。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中所述反射式显示器包含干涉式调制器。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述传感器系统包含经配置以感测来自至少两个方向的环境光的至少一个传感器。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中所述至少一个传感器包含经配置以测量所述漫射照度的漫射光传感器及经配置以测量所述定向照度的定向光传感器。
6.根据权利要求4所述的显示装置，其中所述至少一个传感器包含多个定向光传感器，每一定向光传感器经配置以测量在环绕一方向的立体角内接收的所述环境光的照度，所述立体角实质上小于2π球面度。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述控制器经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述辅助光源。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述控制器经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述辅助光源。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述控制器经配置以基于到定向环境光源的方向而调整所述辅助光源。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中到所述定向环境光源的所述方向是至少部分地基于由所述传感器系统测量的所述定向照度及所述漫射照度而确定的。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述控制器经配置以至少部分地基于观看者的位置而调整所述辅助光源。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其进一步包括：
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其进一步包括：
驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其进一步包括：
驱动器控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
15.根据权利要求12所述的显示装置，其进一步包括：
图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
17.根据权利要求12所述的显示装置，其进一步包括：
输入装置，其经配置以接收输入数据并将所述输入数据传递到所述处理器。
18.一种显示装置，其包括：
显示器；
辅助光源；
用于感测环境光的装置，所述用于感测环境光的装置经配置以测量来自宽范围的方向的所述环境光的漫射照度且经配置以测量来自相对窄范围的方向的所述环境光的定向照度；以及
控制器，其与所述用于感测环境光的装置通信，所述控制器经配置以至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度而调整所述辅助光源。
19.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述显示器包含反射式显示器。
20.根据权利要求19所述的显示装置，其中所述反射式显示器包含干涉式调制器。
21.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述辅助光源包含前光。
22.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述用于感测环境光的装置包含经配置以感测来自至少两个方向的环境光的至少一个传感器。
23.根据权利要求22所述的显示装置，其中所述至少一个传感器包含经配置以测量所述漫射照度的漫射光传感器及经配置以测量所述定向照度的定向光传感器。
24.根据权利要求22所述的显示装置，其中所述至少一个传感器包含多个定向光传感器，每一定向光传感器经配置以测量在环绕一方向的立体角内接收的所述环境光的照度，所述立体角实质上小于2π球面度。
25.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述控制器经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述辅助光源。
26.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述控制器经配置以至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述辅助光源。
27.根据权利要求18所述的显示装置，其中所述控制器经配置以基于到定向环境光源的方向而调整所述辅助光源。
28.根据权利要求27所述的显示装置，其中所述控制器经配置以基于观看者的位置而调整所述辅助光源。
29.一种控制显示装置的显示器的照明的方法，所述显示装置具有经配置以给所述显示器提供补充光的辅助光源，所述显示装置具有漫射光传感器及定向光传感器，所述方法包括：
经由所述漫射光传感器测量来自宽范围的方向的环境光的漫射照度；
经由所述定向光传感器测量来自相对窄范围的方向的所述环境光的定向照度；以及
经由硬件处理器对指令的执行，至少部分地基于所述环境光的所述所测量定向照度及所述所测量漫射照度而调整所述辅助光源。
30.根据权利要求29所述的方法，其中调整所述辅助光源包含至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的比率而调整所述辅助光源。
31.根据权利要求29所述的方法，其中调整所述辅助光源包含至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和而调整所述辅助光源。
32.根据权利要求29所述的方法，其中调整所述辅助光源是基于到定向环境光源的方向。
33.根据权利要求32所述的方法，其中调整所述辅助光源是基于观看者的位置。
34.一种上面存储有用于控制显示装置的显示器的照明的指令的非暂时有形计算机存储媒体，所述指令在由计算系统执行时致使所述计算系统执行包括以下各项的操作：
从计算机可读媒体接收来自相对窄范围的方向的环境光的定向照度的测量；
从计算机可读媒体接收来自宽范围的方向的环境光的漫射照度的测量；
至少部分地基于所述环境光的所述定向照度的所述测量及所述漫射照度的所述测量而确定额外照明条件；以及
将至少部分地基于所述额外照明条件的照明调整发射到经配置以给所述显示器提供光的光源。
35.根据权利要求34所述的非暂时有形计算机存储媒体，其中接收环境光的所述漫射照度包含接收针对不同方向的多个定向照度。
36.根据权利要求34所述的非暂时有形计算机存储媒体，其中确定额外照明条件包含存取使漫射照度与定向照度对所述漫射照度的比率相关的查找表。
37.根据权利要求34所述的非暂时有形计算机存储媒体，其中确定额外照明条件包含存取使漫射照度与定向照度对所述漫射照度的比率相关的公式。
38.根据权利要求34所述的非暂时有形计算机存储媒体，其中确定额外照明条件包含存取至少部分地基于所述所测量定向照度与所述所测量漫射照度的和的公式。
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