JP2008537161A - ディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

反射型ディスプレイパネル（１）は、画像を表示するために周辺光を変調するように構成され、ピクセル（２）とコントローラ（１０、１１、１００）とを有する。感じられる明るさを柔軟に調整した画像をパネル（１）が表示できるようにするため、コントローラ（１０、１１、１００）は、画像コンテンツに対応し、画像表示の周辺光の状態に応じた明度をピクセル（２）に与えるように構成されている。

Description

本発明は画像表示用の反射型ディスプレイパネルに関する。

また、本発明はかかるディスプレイパネルを有するディスプレイデバイスにも関する。

さらに、本発明はかかるディスプレイパネルのコントローラ、かかるディスプレイパネルの駆動方法、及びコンピュータプログラムに関する。

冒頭のパラグラフで述べた種類の反射型ディスプレイパネルは反射型電気泳動ディスプレイパネルである。

反射型電気泳動ディスプレイパネルは、概して、電極間の電場の影響下における流体中の帯電し通常は色がついた粒子の動きに基づく。これらのディスプレイパネルを用いて、バックライトまたは背景色上に黒または色つきの文字を表示し、またはその逆の表示をすることができる。それゆえ、これらのディスプレイパネルは特に紙の機能を引き継ぐディスプレイデバイスにおいて使用され、その使用は「ペーパーホワイト」アプリケーションと呼ばれ、電子新聞や電子ダイアリーなどがある。

反射型電気泳動ディスプレイパネルは米国特許第６，７０４，１１３号に開示されている。開示された電気泳動ディスプレイパネルは複数のピクセルを有し、各ピクセルの明るさはそのピクセル中の粒子の位置に応じて変わる。電極がディスプレイパネルのフロントプレート（front plate）とバックプレート（back plate）に構成される。ピクセルは、粒子の位置が電極の一方に近い端位置（extreme position）を占める時は最高明度（extreme brightness）を示し、粒子が電極の間の中間位置を占める時は中間明度を示す。例えば、ピクセルが白い流体中に黒い粒子を有し、黒い粒子がフロントプレートの電極に近い場合、黒い粒子が周辺光を吸収する。結果として、ピクセルが有する最大明度は黒である。しかし、黒い粒子がバックプレートの電極に近いところにある場合、白い流体が粒子を覆い隠し（cover）、周辺光（ambient light）は白い流体により反射され、他の最大明度は白となる。中間明度は最大明度の間の明度である。

電極に印加する電位差を制御することにより、各ピクセルに明度をもたせ、画像を表示する。しかし、看者が常に画像を見やすいわけではない。例えば、明るい太陽光など周辺光が明るい状態では、看者が感じる画像の明度は高すぎる。少なくとも部分的に周辺光から画像を遮蔽すれば、この問題は小さくなる。しかし、この解決策は面倒である。

本発明の１つの目的は、冒頭パラグラフに記載した種類の反射型ディスプレイパネルであって感じられる明度を柔軟に調整可能な画像を表示できる反射型ディスプレイパネルを提供することである。

この目的を達成するため、本発明は、画像を表示するために周辺光を変調するように構成された反射型ディスプレイパネルであって、ピクセルとコントローラとを有し、前記コントローラは、前記ピクセルに、画像コンテンツに対応した、前記画像を表示するための前記周辺光の状態に応じた明度を与えるように構成されたディスプレイパネルを提供する。明度は周辺光の状態に依存し、コントローラによる明度の調整は柔軟に明度を調整する方法であるから、画像の明度は柔軟に調節される。コントローラは、周辺光の色と方向等に応じて明度を制御するように構成してもよい。

一実施形態では、コントローラは周辺光の強度に応じて明度を制御するように構成される。さらに、明度が強度の減少関数であるとき、比較的明るい周辺光状態においては、（画像コンテンツに応じて）ピクセルは比較的暗くなる。その結果、明るい日光等の下でも比較的快適なリーディング（reading）体験が得られる。ディスプレイパネルに表示される画像をより明るくできること（日光等の屋外での照明による有害な効果に対抗するために望ましい）、及びより暗くできることに気がつくかは明らかではない。明らかに、長い間必要性はあったが、照明の反射が強すぎる目隠し効果（blinding effect）に対応して、ディスプレイパネルを傾けたりして、入射光が目に入らないようにするという選択肢しかなかった。しかし、実際には、コンテンツも読みにくくなるほどディスプレイパネルを傾ける必要があった。さらに、これは読む方法としては非常に現実的ではなく、経験的に分かるように、頭や体を不自然な姿勢にするので、その姿勢を長時間続けると体が痛くなることもある。大きなポータブルディスプレイパネルを使用するとき、それを長時間傾けておくのは容易ではない。サングラスを使うというオプションもあるが、本発明はユーザがサングラスを家に忘れた場合に特に役に立つ（is particularly intersting）（例えば、冬は習慣的にサングラスを持ち歩かないが、夏と同じように日差しが明るくなることがある）。

本発明により、従来のパラダイムにおいて画像が最適な美しさで見えるようにするだけではなく、画像の一部（例えば、明るい部分のみ）による看者の目の疲労に対する効果を制御するように、画像を望み通りに表示することが可能となる。

サングラスの機能をディスプレイパネルの内部に取り込むことにより、より多くの選択肢が広がる。サングラスは周波数に依存した低減をするだけであり、第１近似では、画像の各ピクセルの明度が同量だけ低減される（これはカバーフィルタを備えるという単純な解決策でも行える。このカバーフィルタは、例えばディスプレイパネルから外すこともできる。）しかし、本発明では、（例えば、画像全体のヒストグラム中のグレー値における輝度の位置に応じた、その色やグレー値や周辺ピクセルの色に応じて必要な変更を加えて）何らかの先験的な最適化基準に基づき、各ピクセルの明度を独立に低減することができる。

さらに、本発明は別の考え方を導入するものでもある。例えば、ディスプレイパネルのホワイトレベルを低減すると、それに応じて、それより下のグレー値も低減しなければならない。よって、ディスプレイパネルの再生可能コントラストが下がる。表示する画像に最適化された全範囲マッピング（gamut mapping）を行うことによりこれを予想することができる。例えば、駆動値の下２０％のみが使用されている場合、画像にポスター化操作（posterizing operation）を最初に行うことは有利である。最も単純なポスター化では、グレー値を一定数の最終的グレー値（その間隔は反射輝度範囲の視覚的感度に応じて決められる）に、そのグレー値との距離に応じてマッピングする。ビデオコンテンツを考慮して最もよい（ideally smarter）全範囲マッピングを使用する。例えば、テキストの場合、マッピングは２つの最適に見える色に対して行われる。すなわち、目を疲れさせない薄い灰色と、目を疲れさせない（すなわち、ガラスのカバープレート等の望ましくない反射レベルよりは高いが薄い灰色とは離れている）濃い灰色である。

顔写真の場合、（ベースカラーと、顔のテクスチャと影を表示する少数の色と、ハイライト反射カラーである）現在の輝度レジーム（luminance regime）の下で視認性及び疲労に関して最適な位置にある少数の色またはグレー値への全範囲マッピング（gamut mapping）、またはマンガ化（顔はベースカラーといくつかのアクセントのみを有するマンガとして表示される）である。特に最初のケースは許容できる。目は許容性が高く、強い照明下では特にそうだからである。（そこで、このようにトレードオフをすることが可能となる。）
関数がほぼ線形であれば、その関数的依存性は比較的容易に実装することができる。関数が対数的であるとき、関数的依存性は目の感度に合わせて調整したほうがよい。

他の実施形態では、明度は：
− 強度が所定強度より低いとき、強度の定数関数であり、
− 強度が所定強度より大きいとき、強度の増加関数である。ピクセルは、比較的明るい周辺光状態の下では、（画像コンテンツによらず）比較的暗く、例えば、明るい日光の下でも比較的快適なリーディング体験（reading experience）が得られる。この関数的依存性を実装するのも比較的容易である。

他の一実施形態において、コントローラは駆動手段と、駆動信号を受けるピクセル電極とを有し、駆動手段は画像を表示するための明度を制御する駆動信号を供給するように構成されている。かかる種類のコントローラを生産することは容易である。周辺光の状態への依存性はいくつかの方法で組み込むことができる。一実施形態では、駆動手段は、
− 画像コンテンツを、周辺光の状態に応じた画像コンテンツに対応する変換画像コンテンツに変換する画像コンテンツ変換器と、
− 画像を表示するための明度を制御する駆動信号として供給される、変換画像コンテンツに対応する駆動信号を発生する変換画像コンテンツ駆動波形発生器とを有する。画像コンテンツを変換して駆動信号を発生する方法を簡単にする。実施形態の一変形において、画像コンテンツ変換器は、強度の関数として決まる、元の表示駆動範囲（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ＝［０，２５５］）から低減された駆動範囲への全範囲マッピング（gamut mapping）を前記画像に対して適用するように構成される。さらに、低減された駆動範囲は、視認性と目の疲れとの間のバランスに関して最適であるとして予め決められた駆動値の組合せよりなれば、リーディング体験はさらに最適化される。

他の一実施形態では、駆動手段は、
− 画像コンテンツに対応する駆動信号を発生する画像コンテンツ駆動波形発生器と、
− 周辺光の状態に応じて、画像コンテンツに対応する駆動信号を、画像を表示するための明度を制御する駆動信号としてピクセルに供給される変換駆動信号に変換する駆動波形変換器とを有する。駆動信号を発生する方法を変形して、画像コンテンツを供給する方法を簡単にする。他の一実施形態では、例えば、電流アドレスピクセル（current-addressed pixel）の場合、駆動信号は電流である。一実施形態では、駆動信号は電位差信号である。

他の一実施形態では、ディスプレイパネルは、前記周辺光に寄与する光を発生するフロントライトを有する。この時、ディスプレイパネルの読み取り性（readability）は向上する。実施形態の一変形において、コントローラは、周辺光に応じてフロントライトにより発生される光を制御できる。この時、ディスプレイパネルはより柔軟に使用できる。この方法により、例えば暗い日陰や暗闇の中でさえ、低光レベルにおける使用が改善されるからである。

反射型ディスプレイパネルは、ＬＣＤパネル（好ましくはバイステーブルＬＣＤであり、例えばバイステーブル寝間チックＬＣＤやバイステーブルコレステリックＬＣＤである）、エレクトロクロミックディスプレイパネル、及びマイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭ）システム等である。

一実施形態では、ピクセルは反射表面上にある２つの液体を有し、明度は液体による表面の相対的カバレッジに依存し、コントローラは相対的カバレッジを制御して画像を表示するように構成されている。これは、例えば、エレクトロ湿潤（electrowetting）ディスプレイパネルである。かかるディスプレイパネルは、応答時間が短いので、比較的ビデオアプリケーションに使用しやすい。

他の実施形態では、ピクセルは荷電粒子を有し、明度は粒子の方向に依存し、コントローラは粒子の方向を制御して画像を表示するように構成されている。これは、例えば、ツイスティングボール（twisting ball）ディスプレイパネル（Ｇｙｒｉｃｏｎ）である。かかるディスプレイパネルは、よい紙状／ホワイトディスプレイ特性を有する。

他の実施形態では、ピクセルは荷電粒子を有する電気泳動媒体を有し、明度は粒子の位置に依存し、コントローラは粒子の位置を制御して画像を表示するように構成されている。これは、例えば、電気泳動（electrophoretic）ディスプレイパネルである。かかるディスプレイパネルは、さらによい紙状／ホワイトディスプレイ特性を有する。

実施形態の一変形において、コントローラは駆動手段と、電位差を受けるピクセル電極とを有し、駆動手段は電位差を与えて粒子の位置を制御して画像を表示するように構成されている。

他の実施形態では、ピクセルは複数のピクセルの１つであり、コントローラは、複数のピクセルにそのピクセルに関係する画像コンテンツに対応し、周辺光の状態に応じた明度を与え画像を表示するように構成されている。 実施形態の一変形において、コントローラは周辺光の強度に応じて複数のピクセルの明度を制御するように構成されている。さらに、明度の和が強度の減少関数であるとき、平均的に、比較的明るい周辺光状態においては、（画像コンテンツに応じて）ピクセルは比較的暗くなる。その結果、明るい日光等の下でも比較的快適なリーディング（reading）体験が得られる。これにより、薄い灰色または濃い灰色の背景に黒い文字が与えられる。 明るい日光の下で比較的快適なリーディング体験を得る他の方法において、明度は、明度反転させた画像コンテンツに対応する。これにより、灰色または黒の背景に白い文字が与えられる。

電子ブック（イーブック）、イーマガジン（e-magazine）、イーニュースペーパー（e-newspapers）等の電子リーディングアプリケーションとは別に、電気泳動ディスプレイパネルは様々なアプリケーションの基礎となり、例えば、（１ピクセルとして駆動される）情報標識、交通標識、広告ポスター、価格ラベル、陳列棚ラベル、ビルボード等の形式で情報を表示してもよい。また、パターンや色が変化する壁紙等の情報を表示するものではない表面を変化させることが必要な場合に使用され、特に、その表面が紙のような外観を必要とする場合に使用される。

本発明の他の態様によると、請求項１に記載のディスプレイパネルと、ディスプレイパネルに画像情報を提供する回路とを有するディスプレイデバイスが提供される。一実施形態では、そのデバイスは、ユーザに個人的好みによりスクリーンの明度を調整させるソフトボタンまたはハードボタンを有する。

本発明の他の態様により、反射型ディスプレイパネルのコントローラであって、ディスプレイパネルは周辺光を変調して画像を表示するように構成され、ピクセルを有し、コントローラは画像コンテンツに対応し周辺光の状態に応じた明度をピクセルに与えて画像を表示するコントローラが提供される。

本発明の他の態様により、反射型ディスプレイパネルの駆動方法であって、ディスプレイパネルは周辺光を変調して画像を表示するように構成され、ピクセルを有し、方法は画像コンテンツに対応し周辺光の状態に応じた明度をピクセルに与えて画像を表示する段階を有する方法が提供される。

本発明の他の態様により、コンピュータで実行された時、請求項２６に記載の方法による方法を実行するプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提供される。

異なるクレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。

本発明のディスプレイパネルの上記その他の態様を、図面を参照して説明する。

全ての図面において、対応する部分は同じ参照数字により参照する。

図１は、画像を表示するために周辺光を変調するように構成された反射型ディスプレイパネル１を示す図である。ディスプレイパネル１は複数のピクセル２とコントローラとを有する。好ましくは、ピクセル２は２次元構造においてほぼ直線上に構成されている。ハニカム（honeycomb）構成等、ピクセル２の他の構成も可能である。アクティブマトリックスの実施形態では、ピクセル２はさらに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、ＭＩＭデバイス等のスイッチングエレクトロニクスを有する。ピクセルは、さらに、アドレッシング後に印加されたデータ電圧を保持するコンデンサ等の別々のストレージコンデンサを有してもよい。

ディスプレイパネル１は看者が見るビューイング面（viewing surface）９１を有する。
各ピクセルは、黒と白などの最高明度（extreme brightness）レベルと、濃い灰色と薄い灰色等の中間明度（intermediate brightness）レベルに対応する明度を有する。

コントローラは、ピクセル２に、画像コンテンツに対応した、画像を表示する周辺光の状態に応じた明度を持たせる（providing）ように構成されている。コントローラは、例えば、各ピクセル２について、電位差等の駆動信号を受ける電極と、その駆動信号を制御するように構成された駆動手段１００とを有する。

反射型ディスプレイパネルの場合、表示明度は照明レベルとディスプレイパネルの反射率との積である。高品質の白紙の反射率は７０−８０％であり、ペーパー状ディスプレイパネルの反射率は近年６０％より高いレベルに近づいており、間もなく真の紙の反射率を達成するであろう。

太陽光の下では、フルホワイトのディスプレイパネルは明度が高い（高照度レベル×高反射率）ので、目を痛めることがある。人間は白い背景上に書かれた黒い文字を読むことを好むので、米国特許第６，７０４，１１３号に開示された標準状態で動作させた先行技術のディスプレイパネルの標準的読み取り状態（standard reading conditions）は受け入れがたい。「楽しい読み取り体験（enjoyable reading experience）」にするには、文字通りサングラスをかけなければならないであろう。

本発明によるディスプレイパネルにおいては、周辺光レベルが高いときディスプレイパネルの反射率を下げ、例えば、反射率が高い紙状の（ペーパーホワイトの）ディスプレイパネルのホワイトレベルを周辺光量に適応させて、見やすくする。一例として、ホワイトレベル（white level）を下げるには白状態（white state）の反射率を下げる。この例を図２に示した。

これはいろいろな方法で実現することができる：
−全範囲におけるマッピング（gamut mapping）。例えば、駆動信号の大きさ（amplitude）を照度依存ファクタに応じて下げる。すなわち、駆動信号全体をファクタ（factor）に応じて、デジタル領域で減衰させる。これは図３Ａに示した。明度レベル全体が同じ割合で下げられる（場合によっては、最も暗い状態で、ディスプレイパネルが表示できる最も黒い明度レベルになっているときは除く）；
−全範囲マッピング方法の例としては、いくつかのカラーへのクラスタリング（a clustering to a number of colors）がある。これは、他方で、視認性・美的表示基準（visibility/beautiful rendering criterion）と眼精疲労基準（eye straining criterion）とのバランスに基づいて事前に決められる。例えば、事前に、各照度区間に対していくつかのカラーを決めておく（各照度区間は、簡単のため等距離にする。例えば、第１の平均周辺光度について、０から１２８までの２５５／４個の等距離駆動値に対応し、第２の平均周辺光度について、６４までの２５５／８個の等距離九度うちに対応する）ピクチャ中のカラーは次にこれらの所定値にマップ（map）される。

−より高度な方法では、ピクチャ（picture）中のカラー（色）をクラスタリングして、これを考慮して最適な最終的カラーを決定（または、事前に決定されていた最適な最終的カラーを再決定）する。例えば、実際の画像コンテンツが元から暗ければ、単にカラーを事前に決められている最終的なテンプレートカラーにスケーリング・投影するだけではなく、よりよい表示方法（rendering strategy）を使用する。

−駆動信号の強さを照度依存の明度レベル（illumination dependent brightness level）に応じて下げる。すなわち、すべての表示駆動信号から同一明度レベルを引く（そして、明度レベルが負になるピクセルは黒の明度レベルにクリッピング（clipping）する。これを図３Ｂに示した。

−明度が高いところを照度に依存した最大明度レベルにデジタル領域でクリッピングする。このクリッピングは「ハード」に行ってもよいし（図３Ｃ参照）、「ソフト」に行って明度が高い領域における明度レベルの詳細を保持してもよい。８ビットディスプレイの例として、２００より高い明度レベル全体を非常に高い明度でクリップ（clip）し、最大ディスプレイ明度レベルを２５５から２００に下げる。

−駆動信号のレベル（アナログの振幅、またはＰＷＭ駆動方式やサブフィールド駆動方式におけるデューティサイクル）を下げる。

重要な問題はディスプレイパネルのコントラストが下がることである。我々のアプローチでは、駆動値を変更し、例えばすべてを暗くするが、「制御可能（drivable）」なコントラストが少ししか下がらない。これはそれほど悪くない。照度が高いとき、コントラスト・カラーの小さな変化に対して目自体はそれほど敏感ではないからである。すなわち、画像変換方法（ソフトウェア）はこれを考慮して画像を最適に表示できる。

その結果生じるコントラストの低下（黒の明度レベルを変えずに白の明度レベルを下げた場合、コントラストは下がる）は一般的には許容可能である。コントラストの低下を補償するため、最大反射率を下げたとき、黒い文字の幅を大きくすることができる。これは徐々に行ってもよいし、標準文字と太字を切り換えてもよい。

一例として、ディスプレイまたはフロントライトを駆動する駆動信号を実際の周辺光強度に応じて調整して、いろいろな周辺光条件の下で最も鋭敏（best acuity）になるようにする。いろいろな光強度に対する駆動信号は、例えば、実験的に発生させてメモリに格納しておき、ディスプレイパネルを使用する時に手動または自動で選択してもよい。

あるアプローチでは、パネルに光度計またはフォトダイオードを組み込んで、フロントスクリーン（すなわち、第２の基板９）を照らす実際の周辺光強度を測定できるようにする。測定された光強度は事前に記憶されている値と比較され、その比較に基づき正しい駆動信号がコントローラにより選択され、または求められ、最も読みやすいか、最も鮮明に見える明度を、周辺光強度にかかわらず得ることができる。例えば、パネルを（強い）日光の下で読む時、ディスプレイ駆動信号を調節して駆動エネルギー（電圧×時間）を下げて所望の明るさをえることができる。対照的に、パネルを暗い周辺光の下で読む時、フロントライトを調節して光出力を高くして（かかるフロントライトがパネルに備えられていると仮定する）所望の明度を得ることができる。このように、ユーザは、電子ブックを読む際、従来の紙の本を読むよりもよい体験（enhanced experience）をすることができる。

他のアプローチでは、パネルには予め少数のデフォルト値が設けられており、ユーザは照明状態を見てそのデフォルト値を選択することができる。この場合、光度計を使用する必要はない。

本発明は、反射型ディスプレイの明度（brightness）が、所定の照明状態や基準となる光の状態において、駆動エネルギーにより決まるということにより可能である。駆動エネルギーは電圧レベル×時間であり、すなわちＲ（明度）＝Ｉ（光強度）×Ｄ（駆動エネルギー）。最終的に重要なことは、ディスプレイから目に届く輝度（luminance）であり、この輝度は、周辺光の照度（illuminance）と（ディスプレイパネルのガンマ関数を考慮した、その時の駆動値の下での）ピクセルのその時の反射率の関数である。ここでは、強度（intensity）という言葉を周辺光の照度の替わりとしても使用している。通常、照明状態（lighting condition）が同じであれば、明度（brightness）は駆動エネルギーが下がれば低くなるので、照明強度の高くなった時には駆動エネルギーを下げ、光強度が下がった時には駆動エネルギーを高くすると明度はほぼ一定に留まる。しかし、基準光強度において白状態等の最大明度となっているとき、駆動エネルギーを上げても周辺光強度が下がると明度をそれ以上維持できない。この場合、フロントライトを含めて、周辺光が下がったときにはフロントライトの出力を上げて明度を維持する。これは図４に示した。

図４は、周辺光強度と明度との間の相関を示す概略図であり、３つの領域（I、II、III）があり、２つの閾値Ｔ１、Ｔ２により分割されている。Ｔ１は、それより低いと、光強度がＩ１より低く、暗すぎて本が読めなくなる、低可読性を示す閾値である。Ｔ２は、それより高いと、光強度がＩ２より高く、明るすぎて本が読めなくなる、最大許容明度レベルを示す閾値である。Ｔ１とＴ２の間の領域ＩＩは非常に読みやすい。人間の目はある程度の変化を受け入れる十分な耐性があり、この範囲の光強度はユーザが完ぺきに受け入れられるからである。それゆえ、ユーザは紙の本を読む時に実際に経験しているように、この領域内では明度を一定に保つ必要はない。しかし、明度がこの範囲外のとき、パネルが暗すぎたり明るすぎたりするのでユーザには読みにくくなり、本発明による補償を有効にする。

図４には、明度を中点Ｍ等にほぼ一定にする場合に、本発明による、周辺光強度と駆動エネルギーとの間の相関も示した。光強度が高いところでは駆動エネルギーを下げ、光強度が高いところでは駆動エネルギーを上げる。以下の点に留意することが重要である。すなわち、駆動エネルギーは、光強度がＩ１とＩ２の間にあるときよりもＩ２を越えると、急速に低下する。その理由は、明度を低くして、上の閾値Ｔ２より低いレベルにしないとならないからである。例えば、ユーザは、ホワイト状態を（従来の紙の本のページのように、通常は全体の６０％以上を占める）背景として（Ｉ２よりも遥かに）強い日光の下で電子ブックを読むと、Ｔ２のレベルより非常に高い明度を経験する。ディスプレイパネルをホワイトに駆動する駆動エネルギーは、明度がＴ２より低いレベルになるように、低くしなければならない。光強度がＩ１とＩ２の間にあるとき、人間の目は耐性があるので、明度を補償する必要性は最小である。しかし、光強度が下がっても明度を一定にするか、よりよくすることをユーザが欲している場合、図４に示したように、駆動エネルギーを上げてもよい（傾きが小さいことは、必要性が低いことを示す）。ユーザは、紙の本を読むときに慣れているので、この範囲の明度変化は許容する場合、例えば中央レベルＭになるように設計された一定の駆動エネルギーを印加する。そこで、ユーザは自分で選択して、最適な状態で読むことができる。光強度がＩ１より低いとき、駆動エネルギーをさらに高くして、よりよい明度を実現することができる。しかし、例えばフルホワイト（full white）状態のとき、すでに明度が固有の最大値になっている場合、駆動エネルギーを上げても明度は高くならない。この場合、図４に示したように出力が可変のフロントライトのスイッチをオンにしてもよい。様々な光強度における駆動エネルギーを実験的に測定して、ルックアップテーブルリストまたはフィッティング関数（fitting function）として提供することもできる。デバイスを使用しているとき、正しい駆動信号をリストから直接選択するか、フィッティング関数を使って求めることができる。

図５は、光度計を用いる周辺光の変化による明度変化の補正を示す概略図である。ディスプレイパネルのフロントスクリーンにあたる入来周辺光を光度計を用いて測定する。スクリーンの近く、またはスクリーン上のどこかのパネル中に、光度計やフォトダイオードを組み込んでもよい。測定した光強度をコンパレータで事前に記憶したリストと比較する。比較結果に応じて、測定した光強度に適した正しい駆動信号をコントローラにより選択または求める。周辺光の測定強度（Ｉ０）が最小閾値Ｉ１より小さいとき、通常、駆動信号をエネルギーを高くして使用する。これは、ディスプレイ駆動信号の駆動時間及び／または駆動電圧を高くすること、または電圧を高くしてフロントライト出力を高くすることを意味する。測定した強度レベルが最小閾値（Ｉ１）と最大閾値（Ｉ２）の間であるとき、デフォルト駆動信号を選択してもよい。すなわち、調整をしなくてもよい。測定した強度が最大閾値（Ｉ２）より高いとき、通常は、駆動信号のエネルギーを下げて使用する。これは、ディスプレイ駆動信号の駆動時間及び／または駆動電圧を下げることを意味する。

クロック機能（clock function）を駆動信号に持たせて、明度（brightness）を時間の関数とすることも可能である。例えば、読むことによる疲労を軽減するため、読んでいる時間が長くなったときに、異なる駆動信号を選択して、明度を手動または自動で調節してもよい。例えば、パネルを長い時間読んでいるか見ているとき、明度を下げるために、駆動エネルギーが低い駆動信号を手動または自動で選択することができる。携帯電話の場合、ごく短時間読むには明度が高い方が望ましいが、長時間に及んだ時は明度を下げることができる。

パネルで光度計を使用しなくてもよい。代わりに、様々な照明状態に対応した少数のデフォルト駆動信号を予め決めてパネルに設け、例えば選択ボタンを押すことにより推定照明状態に応じたデフォルト値の１つをユーザが選択できるようにする。例えば、パネルに「明度（Brightness）」や「周辺（Ambient）」といったボタンを付けてもよい。

他の実施形態では、非常に明るい状態では、駆動信号を反転して黒い背景に白い文字とする。これは、ピクセルごとに２つの明度レベル（例えば、白と黒）しかない電子ブックの場合に合理的な解決策であるが、明度レベルがより多いときにはそれほど好ましくはない。写真もネガ（negative）になってしまうからである。

オランダにおいて、明るく雲がない晴天の日に実験を行った。白いレーザプリンタ用紙に黒いテキストがあるＡ４用紙を使用した。この用紙の反射率は約７０−７５％である。テスト材料はガンマ（gamma）が２．２のディスプレイのために用意した。フルホワイト（フルペーパー反射率が１００％）の場合の明度レベルは２５５、フルペーパー反射率が７５％の場合の明度は０．７５^{（１／２．２）}×２５５＝２２３、５０％の場合の明度は１８６、２２％の場合の明度は１２８を使用した。テストページを図６Ａ−６Ｄに示す。

フルホワイトの背景に標準印刷をしたページ（図６Ａ）は、直射日光の下では読むのに明らかに明るすぎ、数分間その明るさに慣れようとしてもだめだった。

最大明度を７５％に下げたページ（図６Ｂ）は許容できるが、それでも少し明るすぎるかも知れない。５０％に下げると（図６Ｃ）、用紙は少し灰色に見え、さらに下げると（図６Ｄ）、用紙は明らかな灰色となり、コントラストの低下も許容できない。

結論として、この実験の場合、最適な明度の低減はフルペーパー反射で、７５％と５０％の間の反射率である。これらの反射率では、コントラストの低下はそれほど気にならないが、５０％の場合には気がつく。

本発明によるディスプレイパネルの動作と機能を図７に概略的に示した。周辺光センサがコントローラにレベルを送る。このレベルが最大反射率を決定する。駆動信号が上記の方法（図３Ａ−３Ｄ等を参照）の１つにより変更される。（システム）コントローラは画像の測定結果（image measurements）と、キーボード入力等の（ユーザ）制御と、周辺光状態の測定結果とを使用できる。任意的に、コントローラを拡張して、入来ビデオの測定から、さらに（例えば、ホワイトレベルを下げるか画像を反転させるか判断するために）画像コンテンツに依存するか、（例えば、多数のピクセルがクリッピングされたか判断し、クリッピング方法を調整して次のフレームで多数のピクセルのクリッピングが起きないようにするため）駆動信号に依存するようにすることもできる。

ビデオメモリと駆動信号メモリは、図７に示したが、フルフレームメモリであっても、ラインバッファであってもよいし、全くなくてもよく、許容できるシステムコストと要求される性能・機能に応じて決まる。制御ループはフィードバックだけでなくフィードフォワードであってもよい。

この駆動方法は、パルス振幅変調、パルス幅変調、及び組合せ変調方式（Ｅインクディスプレイについて以下に説明する「インテグレーテッド・ドライブ」法等）のディスプレイパネルで使用でき、サブフィールド駆動ディスプレイ（subfield driven display）でも使用できる。

完全に自律的なシステム制御でなく、ユーザ制御も可能である。ユーザは、例えば手でスイッチを操作して、最大反射率を下げることもできる。デバイスには例えば予め決めた少数のデフォルト値を設けて、ユーザは照明状態に応じてそのデフォルト値の１つを選択できる。この場合、光度計は使用しない。

あるいは、例えばユーザは標準の白地に黒文字のモードと、代替的な黒地に白文字のモードとを切り換えることができる。

本発明はあらゆる高反射率ディスプレイに適用することができ、特に電子的な読書用や屋外使用用のものに適用することができる。

例としては、例えば、ソニー社のＬＩＢＲＩＥイーブックに使用されているＥインクを使用した電気泳動ディスプレイがある。

図１と図８は、第１の基板８と第２の透明対向基板９と複数のピクセル２とを有する電気泳動ディスプレイパネル１の一例を示している。電気泳動媒体５は、流体中に荷電粒子６を有し、基板８と基板９との間に入っている。第１の電極１０と第２の電極１１とが各ピクセル２に設けられ（associated with）、電位差を印加される。図８において、第１の基板８は各ピクセル２に対して第１の電極１０を有し、第２の基板９は各ピクセル２に対して第２の電極１１を有する。ディスプレイパネル１は看者が見るビューイング面（viewing surface）９１を有する。荷電粒子６は電極１０、１１に近い端位置（extreme positions）を取ることができ、電極１０、１１の間の中間位置（intermediate positions）を取ることもできる。各ピクセル２の明度は電極１０、１１の間の荷電粒子６の位置により決まる。電気泳動媒体５は、米国特許第５，９６１，８０４号、第６，１２０，８３９号、及び第６，１３０，７７４号に記載されそれ自体知られており、例えばＥインク社から入手可能である。流体は液体または気体である。例として、電気泳動媒体５は白い流体中に負の電荷を有する黒い粒子６が入っている。荷電粒子６が第１の端位置にあるとき、すなわち、電位差（例えば１５ボルト）の結果として第１の電極１０の近くにあるとき、ピクセル２の明度（brightness）は白になる。荷電粒子６が第２の端位置にあるとき、すなわち、逆極性の電位差（例えば−１５ボルト）の結果として第２の電極１１の近くにあるとき、ピクセル２の明度（brightness）は黒になる。荷電粒子６が中間位置のいずれかにあるとき、すなわち電極１０、１１の間にあるとき、ピクセル２は白と黒の間の灰色レベルである中間明度の１つ（例えば、薄い灰色、中間の灰色、または濃い灰色）を示す。中間明度は粒子６に異なるエネルギーを与えることにより得られる（エネルギーは、電位差とその時間的長さとの積としてここでは定義される）。

コントローラは、ピクセル２に、画像コンテンツに対応した、画像を表示する周辺光の状態に応じた明度を持たせる（providing）ように構成されている。コントローラは各ピクセル２に対して電位差を印加するための電極１０、１１を有する。さらに、コントローラは、電位差を制御するように構成された駆動手段１００を有する。この場合、各電極１０、１１の表面１１０、１１１はほぼ平坦（substantially flat）であり、媒体５に面している。さらに、このレイアウトでは、粒子６がビューイング面（viewing surface）９１に垂直な平面内で動けるように、電極１０、１１が構成されている。

電気泳動ディスプレイパネルは一種の「合成パルス（integrated pulse）」駆動でアドレッシングされている。ディスプレイ消去シーケンス（ディスプレイパネル全体を所定状態（通常は黒）に設定）の後、ある長さの正の電位差、負の電位差、またはゼロ電位差のデータパルスのシーケンスにより、所望の明度レベルを構成する（正の電位差のとき、白い粒子が看者に近づき、黒い粒子は看者から離れるので、ピクセルは白くなる。負の電位差のとき、黒い粒子が看者に近づくのでピクセルは黒くなる。ゼロ電位差のとき、粒子は動かない）。その結果得られる明度レベルは

で与えられる。このように、例えば、すべてのシーケンスを黒に向けて（周辺光レベルに応じた）同じ時間的長さだけ駆動してすべてのシーケンスを終わらせることにより、最大ディスプレイ明度レベルを下げることができる。これは、図４Ｂに示した方法を実施する簡単な方法である。こうすることにより、ディスプレイパネル全体をラインごとにリフレッシュすることなく、明るい環境に適応することができる。ディスプレイ全体を黒に向けてある時間的長さだけ一度だけ駆動することにより、すでに表示された画像に灰色を少し加えることができる。図３Ａに示した方法は、（正または負の）電位差を同じファクタだけ下げるか、または駆動シーケンスの長さを短くすることにより、実施することができる。他の例として、Ｇｙｒｉｃｏｎ社の「ＳｍａｒｔＰａｐｅｒ」ディスプレイパネルのような回転ボールディスプレイパネル（rotating ball display panel）がある。

他の例として、Ｎｔｅｒａ社のディスプレイパネルのようなエレクトロクロミックディスプレイパネル（electrochromic display panel）がある。

他の例として、Ｉｒｉｄｉｇｍ社の「デジタルペーパー」ディスプレイパネル等の、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）に基づくサブフィールド駆動紙状ディスプレイパネルがある。例えば、Ｍ．Ｍｉｌｅｓ等著、「反射型ディスプレイ用デジタルペーパー（Digital Paper for Reflective Displays）」（Digest SID'０２ session １０.１, p. １１５-１１８. (Iridigm)）を参照。

他の例として、フィリップス社の電子湿潤ディスプレイ（electrowetting display）がある。例えば、ＰＣＴ国際出願第ＷＯ０３／００１９６号（B.J. Feenstra、R.A. Hayes、及びM.W.J. Prins、「ディスプレイデバイス（Display Device）」）を参照。

ディスプレイパネルの一実施形態の概略前面図である。 反射率が７５％、フルホワイト（full-white）状態のディスプレイについて、周辺光に依存する最大ディスプレイ反射率を示すグラフである。周辺光レベルが低いときは屋内ビューイング向きの状態であり、周辺光レベルが高いときは明るい太陽光の中での屋外ビューイング向きの状態である。 明るい太陽光の条件下でディスプレイの明るさを低下させる方法を示すグラフである。パーセンテージは駆動レベルのパーセンテージである。 点Ｍで示した所定の駆動エネルギーを用いた周辺光強度と明度の間の相関と、点Ｍで示した明度を得るための周辺光強度と駆動エネルギーの間の相関と、Ｉ１以下の照明強度における可変出力のフロントライトとを示すグラフである。 光度計を用いる周辺光の変化による明度変化の補正を示す概略図である。 図６Ａ乃至６Ｄは、実験で使用した「白い」背景に黒いテキストがあるＡ４ページを示し、図６Ａは１００％白、図６Ｂは７５％白、図６Ｃは５０％白、図６Ｄは２２％白である。 周辺光適応装置（scheme）の一例を示すブロック図である。 図１のＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図であり、ピクセルのレイアウトを表している。

Claims (27)

1. 画像を表示するために周辺光を変調するように構成された反射型ディスプレイパネルであって、ピクセルとコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記ピクセルに、画像コンテンツに対応した、前記画像を表示するための前記周辺光の状態に応じた明度を与えるように構成されたディスプレイパネル。
2. 前記コントローラは前記周辺光の強度に応じて前記明度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
3. 前記明度は前記強度の増加関数であることを特徴とする、請求項２に記載のディスプレイパネル。
4. 前記関数は実質的に線形であることを特徴とする、請求項３に記載のディスプレイパネル。
5. 前記関数は実質的に対数関数であることを特徴とする、請求項３に記載のディスプレイパネル。
6. 前記明度は：
   − 前記強度が所定強度より低いとき前記強度の定数関数であり、
   − 前記強度が前記所定強度より大きいとき前記強度の増加関数であることを特徴とする、請求項２に記載のディスプレイパネル。
7. 前記コントローラは駆動手段と駆動信号を受けるピクセル電極とを有し、
   前記駆動手段は前記画像を表示するための前記明度を制御する前記駆動信号を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
8. 前記駆動手段は、
   − 前記画像コンテンツを、前記周辺光の状態に応じた画像コンテンツに対応する変換画像コンテンツに変換する画像コンテンツ変換器と、
   − 前記画像を表示するための前記明度を制御する駆動信号として供給される、前記変換画像コンテンツに対応する駆動信号を発生する変換画像コンテンツ駆動波形発生器とを有することを特徴とする、請求項７に記載のディスプレイパネル。
9. 前記画像コンテンツ変換器は、前記強度の関数として決まる、元の表示駆動範囲から低減駆動範囲への全範囲マッピングを前記画像に対して適用することを特徴とする、請求項８に記載のディスプレイパネル。
10. 前記低減駆動範囲は、視認性と目の疲れとの間のバランスに関して最適であるとして予め決められた駆動値の組合せよりなることを特徴とする、請求項９に記載のディスプレイパネル。
11. 前記駆動手段は、
    前記画像コンテンツに対応する駆動信号を発生する画像コンテンツ駆動波形発生器と、
    前記周辺光の状態に応じて、前記画像コンテンツに対応する前記駆動信号を、前記画像を表示するための前記明度を制御する駆動信号として前記ピクセルに供給される変換駆動信号に変換する駆動波形変換器とを有することを特徴とする、請求項７に記載のディスプレイパネル。
12. 前記駆動信号は電位差信号であることを特徴とする、請求項７、８、または１１に記載のディスプレイパネル。
13. 前記ディスプレイパネルは前記周辺光に寄与する光を発生するフロントライトを有することを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
14. 前記コントローラは、前記周辺光に応じて前記フロントライトにより発生される光を制御できることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
15. 前記ピクセルは反射表面上にある２つの液体を有し、前記明度は前記液体による前記表面の相対的カバレッジに依存し、前記コントローラは前記相対的カバレッジを制御して前記画像を表示するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
16. 前記ピクセルは荷電粒子を有し、前記明度は前記粒子の方向に依存し、前記コントローラは前記粒子の方向を制御して前記画像を表示するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
17. 前記ピクセルは荷電粒子を有する電気泳動媒体を有し、前記明度は前記粒子の位置に依存し、前記コントローラは前記粒子の位置を制御して前記画像を表示するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイパネル。
18. 前記コントローラは駆動手段と、電位差を受けるピクセル電極とを有し、前記駆動手段は前記電位差を与えて前記粒子の位置を制御して前記画像を表示するように構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載のディスプレイパネル。
19. 前記ピクセルは複数のピクセルの１つであり、前記コントローラは、前記複数のピクセルにそのピクセルに関係する前記画像コンテンツに対応し、前記周辺光の状態に応じた明度を与え前記画像を表示するように構成された、請求項１に記載のディスプレイパネル。
20. 前記コントローラは前記周辺光の強度に応じて前記複数のピクセルの明度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１９に記載のディスプレイパネル。
21. 前記明度の合計は前記強度の減少関数であることを特徴とする、請求項２０に記載のディスプレイパネル。
22. 前記明度は明度を反転した画像コンテンツに対応することを特徴とする、請求項２０に記載のディスプレイパネル。
23. 請求項１に記載のディスプレイパネルと、前記ディスプレイパネルに画像情報を提供する回路とを有するデバイス。
24. 前記デバイスは、ユーザに個人的好みにより前記スクリーンの前記明度を調整させるソフトボタンまたはハードボタンを有することを特徴とする、請求項２３に記載のデバイス。
25. 反射型ディスプレイパネルのコントローラであって、前記ディスプレイパネルは周辺光を変調して画像を表示するように構成され、ピクセルを有し、前記コントローラは画像コンテンツに対応し前記周辺光の状態に応じた明度を前記ピクセルに与えて前記画像を表示するコントローラ。
26. 反射型ディスプレイパネルの駆動方法であって、前記ディスプレイパネルは周辺光を変調して画像を表示するように構成され、ピクセルを有し、前記方法は画像コンテンツに対応し前記周辺光の状態に応じた明度を前記ピクセルに与えて前記画像を表示する段階を有する方法。
27. コンピュータで実行された時、請求項２６に記載の方法による方法を実行するプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。

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