JP2014209239A - ディスプレイ装置のための反射および半透過動作モード - Google Patents

ディスプレイ装置のための反射および半透過動作モード Download PDF

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Abstract

【課題】ディスプレイの有効なアパーチャ比を犠牲にすることのない、透過動作モード、反射動作モードおよび／または一連の半透過動作モードを備えたデバイスを提供する。
【解決手段】直視型ディスプレイ装置は、透明基板、内部光源、透明基板に結合された複数の光変調器、複数の光変調器および内部光源の状態を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、ディスプレイが、透過モード、反射モードおよび半透過モードのうちの１つから別のモードへ移行するように構成される。
【選択図】図１１

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１０年３月１１日に提出された、米国仮特許出願第６１／３３９，９４６号明細書の優先権を主張する。その開示全体は、参照によってここに組み込まれる。
発明の背景
モバイルマルチメディア機能が急速に成長するにつれて、携帯用電子機器は、人々の日常生活のより不可欠な部分になっている。そのため、モバイル機器は、バッテリ寿命を犠牲にせずに、様々な周辺光条件およびアプリケーションの高いディスプレイ性能を提供することがますます要求される。さらに、携帯機器が、進歩的なさらなる特徴を含み、より複雑になるにつれて、バッテリパワーは、ますますそのようなデバイス性能における制限要因になる。携帯機器のための従来のディスプレイでは、ユーザにとって電力消費量およびディスプレイ性能は、トレードオフの状態が要求され、表示設定および電力消費に対する制御をほとんど備えない。
最近、ディスプレイ性能を改善するために、マルチモードで動作し、周辺光を用いることができるディスプレイが開発されている。例えば、そのようなモードは、バックライトからの光が変調される場合の透過モード、周辺光が変調される場合の反射モード、バックライトからの光および比較的大量の周辺光の両方が画像を作成するために変調される場合の半透過モードを含んでいてもよい。例えば、Jepsenによる米国特許出願公開第２０１０／００２００５４は、個別の透過および反射部分を含むピクセルを有するＬＣＤディスプレイについて記述する。その結果、透過モードにおけるディスプレイの有効なアパーチャ比は、全体のピクセルが透過するディスプレイと比較して縮小される。Jepsen公報のＬＣＤディスプレイは、さらに別々に両方の部分を制御する。個別の制御機能は、各部分を独立して制御するために、個別のデータ配線および追加のドライバを必要とする。それは、バックプレーン（backplane）設計の複雑さを実質的に増加させ、光送信のためのチップ上のスペースをさらに縮小する。
ディスプレイの反射および透過出力を制御するために、同じデータ配線を使用して、透過動作モード、反射動作モードおよび／または一連の半透過動作モード間を移行することができる携帯機器ディスプレイの存在が必要とされている。さらに、ディスプレイの有効なアパーチャ比を犠牲にすることのない、透過動作モード、反射動作モードおよび／または一連の半透過動作モードを備えたデバイスの存在が必要とされている。
ある態様によれば、直視型ディスプレイ装置は、透明基板、内部光源、透明基板につながれた複数の光変調器、複数の光変調器および内部光源の状態を制御するためのコントローラを含んでいる。コントローラは、ディスプレイに、複数の光変調器が、内部光源によって放射された光を変調するように、複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線を通って複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示させるように構成される。コントローラは、反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、信号に応じて、反射動作モードへ移行し、内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、複数の光変調器に同じ最初のセットデータ電圧配線を通って複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示するようにさらに構成される。
ある実施形態では、透過モードにおいて、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光および周囲からの光の両方を変調する。いくつかの態様では、コントローラは、ユーザから入力として信号を受け取る。いくつかの態様では、反射モードに移行することは、ディスプレイ装置によって電力消費を低減する。ある実施形態では、コントローラは、ディスプレイ装置の別の動作モードより多い色で画像が表示される動作モードに移行するようにさらに構成される。いくつかの態様では、コントローラは、ディスプレイ装置によって表示される情報から、信号を導き出す。いくつかの態様では、コントローラは、バッテリに格納されたエネルギー量から信号を導き出す。ある実施形態では、透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、内部光源による光出力を変調することを含み、内部光源による光出力は、最初の強度である。
ある実施形態では、コントローラは、光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、周囲から導かれる半透過動作モードに移行するようにさらに構成される。様々な実施形態では、コントローラは、検知された周辺光に応じて、周辺光を検知し、半透過動作モードへ移行し、検知された周辺光に基づいて、最初の強度を調整するように構成される。ある態様では、最初の強度を調整することは、内部光源の強度を低減することを含む。いくつかの態様では、コントローラは、検知された周辺光に基づいた信号に応じて、反射モードに移行するように構成される。
ある実施形態では、透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、画像に対するグレイスケール分割（grayscale division）の第１の数に従って、光を変調することを含み、半透過モードまたは反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、グレイスケール分割の第２の数に従って、光を変調することを含み、グレイスケール分割の第２の数は、グレイスケール分割の第１の数未満である。ある態様では、反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として画像を変調することを含む。ある態様では、反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む。ある態様では、半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することが、白黒画像として画像を変調することを含む。ある態様では、半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む。
いくつかの実施形態では、半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、画像は、１色当たりただ１つのグレイスケール分割で変調される。ある態様では、半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、画像は、１色当たり少なくとも２つのグレイスケール分割で変調される。いくつかの実施形態では、内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含み、コントローラは、検知された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、検知された周辺光の少なくとも１色成分の測定に基づいて、第１および第２の光源の少なくとも１つの最初の強度を調整する。ある態様では、透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のフレームレートによって光を変調することを含む。いくつかの態様では、半透過モードまたは反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第２のフレームレートに従って光を変調することを含み、第２のフレームレートは、第１のフレームレート未満である。ある態様では、反射動作モードに移行することは、メモリから、反射モードに対応する動作パラメータをロードすることを含む。いくつかの態様では、反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像をディスプレイのための白黒画像に変換することを含む。
ある実施形態では、透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の第１のシーケンスによって複数の光変調器を変調することを含む。いくつかの態様では、半透過モードまたは反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の同じ第１のシーケンスによって複数の光変調器を変調することを含む。ある態様では、半透過モードまたは反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のシーケンスとは異なるタイミング信号の第２のシーケンスによって複数の光変調器を変調することを含む。ある態様では、半透過モードまたは反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、複数の光変調器への画像データのサブセットをロードすることを含む。
ある実施形態では、上に記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法は、ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、この信号に応じて、ディスプレイ装置によって、反射動作モードへ移行することと、ディスプレイ装置によって、反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することとを含む。いくつかの実施形態では、方法は、半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、この信号に応じて、ディスプレイ装置によって半透過動作モードに移行することと、ディスプレイ装置よって、半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することをさらに含む。
ある実施形態では、ディスプレイ装置は、少なくとも１つの内部光源と、少なくとも１つの内部光源から放射された光および周辺光を受け取るための少なくとも１つの反射光キャビティと、ビューアの方へ反射光キャビティから出る光を変調するための複数の光変調器と、コントローラとを具備する。コントローラは、複数の光変調器が、内部光源によって放射された光を変調するように、複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示するように構成される。コントローラは、反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、この信号に応じて、反射動作モードへ移行し、内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、複数の光変調器に複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示するようにさらに構成される。
いくつかの実施形態では、複数のデータ配線は、複数の光変調器およびコントローラに結合される。ここで、データ配線は、複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号の出力に使用される。ある態様では、透過モードにおいて、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光および周囲からの光の両方を変調する。いくつかの態様では、透過モードにおいて、少なくとも１つの内部光源は、最初の強度で光を出力する。
ある実施形態では、コントローラは、光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、周囲から導かれる半透過モードに移行するように構成される。ここで、半透過モードにおいて、コントローラは、周辺光および少なくとも１つの内部光源によって放射された光の両方を変調するように複数の光変調器を制御する信号を出力する。いくつかの態様では、少なくとも１つの内部光源によって放射された光は、最初の強度より低い強度であり、それによって、ユーザに出力する周辺光のパーセンテージを増加させる。
ある実施形態では、ディスプレイ装置は、周辺光の検知および測定のためのセンサを含んでいる。いくつかの態様では、半透過モードにおいて、コントローラは、検知された周辺光中の少なくとも１色成分に基づいて、少なくとも１つの内部光源によって放射された光の強度を低下させる。ある実施形態では、少なくとも１つの光キャビティは、裏面向き反射層および前面向き反射層を含んでいる。
ある実施形態では、上に記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法は、ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、この信号に応じて、ディスプレイ装置によって、反射動作モードへ移行することと、ディスプレイ装置によって、反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することとを含む。ある実施形態では、方法は、半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、この信号に応じて、ディスプレイ装置によって、半透過動作モードに移行することと、ディスプレイ装置によって半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することとを含んでいる。
続く詳細な記述では、添付の図面が参照されるだろう。
図１Ａは、発明の実例となる実施形態による、直視型のＭＥＭＳベースのディスプレイ装置の概略図である。 図１Ｂは、発明の実例となる実施形態による、ホストデバイスのブロック図である。 図２Ａは、発明の実例となる実施形態による、図１Ａの直視型のＭＥＭＳベースのディスプレイ装置の中への組み込みに適した実例となるシャッタベースの光変調器の斜視図である。 図２Ｂは、発明の様々な実施形態への包含に適した実例となる非シャッタベースの光変調器の断面図である。 図２Ｃは、光学補償ベンド（ＯＣＢ：optically compensated bend）モードで動作するフィールドシーケンシャル液晶ディスプレイの例である。 図３Ａは、発明の実例となる実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイに組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリクスの回路図である。 図３Ｂは、発明の実例となる実施形態による、複数のシャッタベースの光変調器の斜視図である。 図４Ａは、発明の実例となる実施形態による、フィールドシーケンシャルカラーを使用して、画像を表示するディスプレイ処理に対応するタイミング図である。 図４Ｂは、この発明に適したランプに対する交替パルスプロファイルを示す図である。 図４Ｃは、発明の実例となる実施形態による、２進法の時分割グレイスケール（binary time division gray scale）で一連のサブフレーム画像を使用して、画像の形成のために、コントローラによって使用されたタイミングシーケンスである。 図４Ｄは、発明の実例となる実施形態による、画像フレームの各色成分に対する４つのサブフレーム画像の表示によって画像フレームが表示されるコード化された時分割グレイスケールアドレッシング処理（coded-time division grayscale addressing process）に対応するタイミング図である。 図４Ｅは、発明の実例となる実施形態による、異なる色のランプが同時に照らされる可能性があるハイブリッドのコード化された時分割および強度グレイスケールディスプレイ処理（hybrid coded-time division and intensity grayscale display process）に対応するタイミング図である。 図５は、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの空間光変調器の断面図である。 図６Ａは、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの空間光変調器の断面図である。 図６Ｂは、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの空間光変調器の断面図である。 図６Ｃは、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの空間光変調器の断面図である。 図７は、発明の実例となる実施形態による、光検出器を含むシャッタベースの空間光変調器の断面図である。 図８は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイで使用されるコントローラのブロック図である。 図９は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイによる使用に適した画像を表示する処理のフローチャートである。 図１０は、入力画像データの内容に基づいて、コントローラがディスプレイ特性を適応させることができる表示方法を表示する。 図１１は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイで使用されるコントローラのブロック図である。 図１２は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイコントローラによる使用に適した画像を表示する処理のフローチャートである。
ある実例となる実施形態の説明
図１は、発明の実例となる実施形態による、直視型のＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００の回路図である。ディスプレイ装置１００は、ロウ（row）とカラム（column）に配置された複数の光変調器１０２ａ−１０２ｄ（一般に「光変調器１０２」）を含んでいる。ディスプレイ装置１００では、光変調器１０２ａおよび１０２ｄは、光の通過を許容する開状態にある。光変調器１０２ｂおよび１０２ｃは、光の通過を妨害する閉状態にある。光変調器１０２ａ−１０２ｄの状態を選択的に設定することによって、ディスプレイ装置１００は、１つまたは複数のランプ１０５によって照射される場合、バックライトディスプレイの画像１０４を形成するために利用することができる。別の実施形態では、装置１００は、装置の外部からの周辺光の反射により、画像を形成してもよい。ある実施形態では、装置１００は、バックライトおよび周辺光からの光のコンビネーションの変調により、画像を形成してもよい。別の実施形態では、装置１００は、ディスプレイの正面に位置した１つまたは複数のランプからの光の反射によって、つまり、正面の光の利用によって、画像を形成してもよい。
ディスプレイ装置１００では、各光変調器１０２は、画像１０４内のピクセル１０６に対応する。他の実施形態では、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内のピクセル１０６を形成するために、複数の光変調器を利用してもよい。例えば、ディスプレイ装置１００は、３つの特定色の光変調器１０２を含んでいてもよい。特定のピクセル１０６に対応する１つ以上の特定色の光変調器１０２を選択的に開くことによって、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内の色ピクセル１０６を生成することができる。別の例において、ディスプレイ装置１００は、画像１０４内にグレイスケールを設けるために、ピクセル１０６ごとに２つ以上の光変調器１０２を含んでいる。画像に関して、「ピクセル」は、画像分解能によって定義された最小のピクチャエレメントに対応する。ディスプレイ装置１００の構造部品に関して、用語「ピクセル」は、画像の単一のピクセルを形成する光を変調するために利用された機械的および電気的部品の組み合わせを指す。
ディスプレイ装置１００は、投写型の適用に必要である結合光学系を必要としないという点で、直視型ディスプレイである。投写型ディスプレイでは、ディスプレイ装置の表面上で形成された画像は、スクリーンまたは壁に投写される。ディスプレイ装置は、投写された画像より実質的に小さい。直視型ディスプレイでは、ユーザは、ディスプレイ装置で直接見ることにより画像を見る。それは、ディスプレイ上で見た明るさおよび／またはコントラストの増加のために、光変調器および任意のバックライトまたは正面の光を含んでいる。
直視型ディスプレイは、透過モード、反射モードまたは半透過モードで動作してもよい。透過モードにおいて、光変調器は、ディスプレイの後方に位置する１つまたは複数のランプからの光をフィルタリングまたは選択的に遮断する。ランプからの光は、各ピクセルを均一に照射することができるように、光導波路または「バックライト」に任意に注入される。透過直視型ディスプレイは、光変調器を含んでいる１つの基板がバックライト上に直接位置する場合に、サンドイッチ組立方式を容易にするために、透明基板またはガラス基板上にしばしば構築される。反射モードにおいて、光変調器は、周辺光をフィルタリングまたは選択的に遮断する。その間、ディスプレイの後方に位置した１つまたは複数のランプは、切られている。半透過モードにおいて、光変調器は、ディスプレイの後方に位置した１つまたは複数のランプからの光および周辺光の両方をフィルタリングまたは選択的に遮断する。ある実施形態では、半透過モードにおいて、周辺光が、画像の全面的な明るさを増加させるので、ランプ強度は、ディスプレイ品質を犠牲にせずに減少することが可能である。ある場合には、ある周辺光は、透過モードで変調される。ここに使用されるように、光変調器によって変調された合計の光の３０％より大きくかつ１００％未満が、周辺光である場合、ディスプレイ装置の動作モードは、半透過であると考えられるものとする。
各光変調器１０２は、シャッタ１０８およびアパーチャ１０９を含んでいる。画像１０４内のピクセル１０６を照射するために、シャッタ１０８は、光がアパーチャ１０９を通過してビューアに向かうことを許容するように配置される。ピクセル１０６を明かりがついていない状態にしておくために、シャッタ１０８は、アパーチャ１０９を通る光の通過を妨害するように配置される。アパーチャ１０９は、各光変調器１０２内に、反射材料または光吸収材料によりパターン化された開口によって規定される。
ディスプレイ装置は、さらに、シャッタの動きを制御するための、基板および光変調器に接続された制御マトリクスを含んでいる。制御マトリクスは、ピクセルのロウごとに少なくとも１つの書き込み許可配線１１０（「走査ライン配線」とも称す）を含む一連の電気配線（electrical interconnect）（例えば、配線１１０、１１２、１１４）と、ピクセルの各カラムに対して１つのデータ配線１１２と、すべてのピクセルに対してまたは少なくともディスプレイ装置１００内の多数のカラムと多数のロウの両方からのピクセルに対して共通電圧を供給する１つの共通配線１１４と、を含んでいる。適切な電圧（「書き込み許可電圧（Ｖｗｅ）」）の印加に応じて、所定のロウのピクセルの書き込み許可配線１１０は、新しいシャッタ移動命令を受けるために、そのロウ内にピクセルを準備する。データ配線１１２は、データ電圧パルスの形式で、新しい移動命令を通信する。データ配線１１２に印加されたデータ電圧パルスは、いくつかの実施形態では、シャッタの静電運動（electrostatic movement）に直接寄与する。他の実施形態では、データ電圧パルス制御は、光変調器１０２に別個の作動電圧（actuation voltage）（それは、通常、データ電圧より大きい）の印加を制御するスイッチ（例えば、トランジスタまたは他の非線形回路素子）を制御する。したがって、これらの作動電圧の印加は、シャッタ１０８の静電駆動運動をもたらす。
図１Ｂは、ホストデバイス（つまり、携帯電話、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤなど）のブロック図１２０である。ホストデバイスは、ディスプレイ装置１２８、ホストプロセッサ１２２、環境センサ１２４、ユーザ入力モジュール１２６および電源を含んでいる。
ディスプレイ装置１２８は、複数のスキャンドライバ１３０（「書き込み許可電源」とも称す）、複数のデータドライバ１３２（「データ電源」とも称す）、コントローラ１３４、共通のドライバ１３８、ランプ１４０−１４６およびランプドライバ１４８を含んでいる。スキャンドライバ１３０は、走査ライン配線１１０に書き込み許可電圧を印加する。データドライバ１３２は、データ配線１１２にデータ電圧を印加する。
ディスプレイ装置のいくつかの実施形態では、データドライバ１３２は、特に、画像１０４のグレイスケールがアナログ的手法で得られる場合、光変調器にアナログデータ電圧を供給するように構成される。アナログ動作では、ある範囲の中間電圧が、データ配線１１２を介して印加される場合に、シャッタ１０８のある範囲の中間開状態になり、したがって、画像１０４内にある範囲の中間照明状態またはグレイスケールが生じるように、光変調器１０２が設計される。他の場合では、データドライバ１３２は、データ配線１１２に２つ、３つまたは４つのディジタル電圧レベルの減少されたセットのみを適用するように構成される。これらの電圧レベルは、ディジタル的手法で、シャッタ１０８の各々へ開状態、閉状態または他の個別の状態で設定するように設計される。
スキャンドライバ１３０およびデータドライバ１３２は、ディジタル制御回路１３４（「コントローラ１３４」とも称す）に接続される。コントローラは、複数のロウおよび画像フレームによってグループ化された所定のシーケンスで編成された、主にシリアルな手法でデータドライバ１３２へデータを送る。データドライバ１３２は、直並列（series to parallel）データ変換器、レベルシフタ、そしていくつかのアプリケーションに対してはディジタルアナログ電圧変換器を含んでいる。
ディスプレイ装置１００は、一組の共通のドライバ１３８（共通の電源とも称する）を任意に含んでいる。いくつかの実施形態では、共通のドライバ１３８は、例えば、一連の共通配線１１４に電圧を供給することにより、光変調器のアレイ内のすべての光変調器にＤＣ共通電位を供給する。他の実施形態では、共通のドライバ１３８は、コントローラ１３４からの命令に従って、光変調器のアレイへ電圧パルスまたは信号（例えば、アレイの多数のロウおよびカラム内のすべての光変調器の同時作動を駆動および／または始動することができるグローバル作動パルス）を発する。
異なる表示機能用のドライバ（例えば、スキャンドライバ１３０、データドライバ１３２および共通のドライバ１３８）のすべては、コントローラ１３４によって時間同期される。コントローラからのタイミング命令は、ランプドライバ１４８を介する赤、緑、青および白ランプ（それぞれ、１４０、１４２、１４４および１４６）の照明と、ピクセルのアレイ内の特定のロウの書き込み許可および順番と、データドライバ１３２からの電圧の出力と、光変調器の作動をもたらす電圧の出力とを、変調する。
コントローラ１３４は、各シャッタ１０８が新しい画像１０４に適切な照明レベルに再設定され得るシーケンシングまたはアドレス方式を決定する。適切なアドレス指定、画像形成、グレイスケール技術の詳細は、米国特許出願第２００７６０２５０３２５ Ａ１号明細書と米国特許出願第２００１５００５９６９ Ａ１号明細書に見出すことができ、これらを参照により本明細書に組み込む。周期的な間隔で、新しい画像１０４を設定することができる。例えば、ビデオディスプレイでは、ビデオのカラー画像１０４またはフレームは、１０ヘルツから３００ヘルツの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実施形態では、アレイへの画像フレームの設定は、代替の画像フレームが、赤、緑、青色などの代替の一連の色で照明されるように、ランプ１４０、１４２、１４４、１４６の照明と同期される。それぞれの色の画像フレームは、カラーサブフレームと称する。この方法（フィールドシーケンシャルカラー方式と呼ぶ）では、カラーサブフレームが、２０Ｈｚを超える周波数で代替されると、人間の脳は、代替のフレーム像を平均化して、広い連続的な範囲の色を有する画像として認識する。別の実施形態では、赤、緑、青色以外の原色を利用することにより、原色を含む４つ以上のランプをディスプレイ装置１００で利用することができる。
いくつかの実施形態では、ディスプレイ装置１００がシャッタ１０８の開状態と閉状態との間でディジタル的に切り替えられるように設計される。コントローラ１５６は、上に記述されたように、時分割グレイスケールの方法によって画像を形成する。他の実施形態では、ディスプレイ装置１００は、１ピクセルごとの多数のシャッタ１０８の使用を通して、グレイスケールを提供することができる。
いくつかの実施形態では、画像状態１０４のデータは、個々のロウ（走査ラインとも称す）の順次アドレス指定をすることにより、コントローラ１３４によって変調器アレイへロードされる。シーケンスの各ロウまたは走査ラインに対して、スキャンドライバ１３０は、アレイのそのロウに対する書き込み許可電圧を書き込み許可配線１１０に印加し、その後、データドライバ１３２は、所望のシャッタ状態に対応して、選択されたロウ内の各カラムに対して、データ電圧を供給する。この処理は、データがアレイ内のすべてのロウにロードされるまで繰り返される。いくつかの実施形態では、データロードのための選択されたロウのシーケンスは、線形であり、アレイ内の上から下へ進む。他の実施形態では、選択されたロウのシーケンスは、目に見えるアーティファクト（visual artifact）を最小化するために、擬似的にランダム化される。また、他の実施形態では、シーケンスは、ブロックによって編成される。ここで、ブロックに対して、画像状態１０４の特定の一部分のみのデータは、例えば、アレイの５番目のロウごとだけに順にアドレス指定することにより、アレイにロードされる。
いくつかの実施形態では、アレイへ画像データをロードする処理は、シャッタ１０８を作動させる処理から時間的に分離される。これらの実施形態では、変調器アレイは、アレイ内のピクセルごとにデータ記憶素子を含むことができ、制御マトリクスは、記憶素子に格納されたデータに従ってシャッタ１０８の同時作動を開始するために、共通ドライバ１５３から、トリガ信号を搬送するためのグローバル作動配線を含むことができる。様々なアドレス指定シーケンス（それらの多くは、米国特許出願第１１／６４３，０４２号明細書に記載される）は、コントローラ１３４により変調することができる。
別の実施形態では、ピクセルアレイとピクセルを制御する制御マトリクスは、矩形状の複数のロウとカラム以外の構成で配置することができる。例えば、ピクセルは、六角形状アレイまたは曲線状の複数のロウとカラムで配置することができる。一般的には、ここで使用されるように、用語「走査ライン」は、書き込み許可配線を共有する任意の複数のピクセルを指すものとする。
ホストプロセッサ１２２は、一般に、ホストの動作を制御する。例えば、ホストプロセッサは、携帯用電子機器を制御するための一般的なプロセッサまたは特殊用途のプロセッサでもよい。ホストデバイス１２０内に含まれたディスプレイ装置１２８に関して、ホストプロセッサは、ホストに関する追加のデータと同様に、画像データも出力する。そのような情報は、周辺光または温度のような環境センサからのデータ；例えば、ホストの動作モードまたはホストの電源内の残りの電力量を含むホストに関する情報；画像データの内容に関する情報；画像データのタイプに関する情報；および／または、イメージングモードの選択で使用されるディスプレイ装置のための命令を含んでもよい。
ユーザ入力モジュール１２６は、コントローラ１３４にユーザの個人的好みを、直接またはホストプロセッサ１２２によって伝える。一実施形態では、ユーザ入力モジュールは、「濃色（deeper color）」、「良いコントラスト」、「低電力」、「増大した明るさ」、「娯楽（sport）」、「動画（live action）」または「アニメーション」のようなユーザプログラムの個人的好みで、ソフトウェアによって制御される。別の実施形態では、これらの好みは、スイッチまたはダイヤルのようなハードウェアを使用して、ホストへ入力される。コントローラ１３４への複数のデータ入力は、最適なイメージング特性に対応する様々なドライバ１３０、１３２、１３８および１４８にデータを供給するように、コントローラに命令する。
環境センサモジュール１２４も、ホストデバイスの一部として含まれている。環境センサモジュールは、温度および／または周辺光の条件のような周囲の環境に関するデータを受け取る。センサモジュール１２４は、装置が、明るい日中の屋外環境に対するおよび夜間の屋外環境に対する屋内またはオフィス環境で動作していても、識別するようにプログラムすることができる。センサモジュールは、ディスプレイコントローラ１３４にこの情報を伝える。その結果、コントローラは、周囲の環境に応じて見る条件および／または表示モードを最適化することができる。
図２Ａは、本発明の実例となる実施形態による、図１Ａの直視型のＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００への組み込みに適した実例となるシャッタベースの光変調器２００の斜視図である。光変調器２００は、アクチュエータ２０４に連結されたシャッタ２０２を含んでいる。２００５年１０月１４日出願の米国特許第７，２７１，９４５号明細書に記載されるように、アクチュエータ２０４は、２つの別個の弾性電極ビームアクチュエータ２０５（「アクチュエータ２０５」）で形成される。シャッタ２０２は、片側でアクチュエータ２０５に連結する。アクチュエータ２０５は、表面２０３と実質的に平行な運動面において、シャッタ２０２を表面２０３の上方で横に移動させる。シャッタ２０２の反対側は、アクチュエータ２０４により加えられる力に対抗する復原力を与えるばね２０７に連結する。
各アクチュエータ２０５は、シャッタ２０２をロードアンカー２０８に接続する弾性ロードビーム２０６を含んでいる。弾性ロードビーム２０６と共にロードアンカー２０８は、機械的支持体として機能し、表面２０３近傍にシャッタ２０２を吊るした状態に保つ。表面は、光の通過を許容する１つ以上のアパーチャ穴２１１を含んでいる。ロードアンカー２０８は、弾性ロードビーム２０６およびシャッタ２０２を表面２０３に物理的に接続し、ロードビーム２０６をバイアス電圧に（時にはグランドに）電気的に接続する。
基板が、シリコンのように不透明な場合、アパーチャ穴２１１は、基板を貫通する穴アレイをエッチングすることにより、基板内に形成される。基板が、ガラスまたはプラスチックのように透明な場合、処理シーケンスの第１の工程は、基板上に光遮断層を堆積し、光遮断層を穴アレイ２１１にエッチングすることを含む。アパーチャ穴２１１は、一般に、円形、楕円、多角形、蛇行形状、または不規則形状になり得る。
各アクチュエータ２０５は、さらに、各ロードビーム２０６に隣接して配置された弾性駆動ビーム２１６を含んでいる。駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６間で共有される駆動ビームアンカー２１８と一端で連結する。各駆動ビーム２１６の他端は、自由に動くことができる。各駆動ビーム２１６は、駆動ビーム２１６の自由端近くのロードビーム２０６とロードビーム２０６のアンカー端とに最接近するように湾曲する。
動作中、光変調器２００を内蔵するディスプレイ装置は、駆動ビームアンカー２１８を介して駆動ビーム２１６に電位を印加する。ロードビーム２０６に別の電位を印加することができる。駆動ビーム２１６とロードビーム２０６の間に生じる電位差が、駆動ビーム２１６の自由端をロードビーム２０６のアンカー端の方に引っ張り、そしてロードビーム２０６のシャッタ端を駆動ビーム２１６のアンカー端の方に引っ張ることにより、シャッタ２０２を駆動アンカー２１８の方に横に駆動する。弾性部材２０６は、ばねとして働き、ビーム２０６と２１６の間の電圧ポテンシャルが取り除かれると、ロードビーム２０６は、ロードビーム２０６に蓄えられたストレスを解放することにより、シャッタ２０２をその初期位置に押し戻す。
光変調器２００のような光変調器は、電圧が取り除かれた後、シャッタをその静止位置に戻すために、ばねのような受動的復元力を組み込む。他のシャッタアセンブリは、米国特許第７，２７１，９４５号明細書と米国特許出願公開第２００６−０２５０３２５ Ａ１号明細書に記載され、「開」および「閉」アクチュエータの２つのセット、シャッタを開状態または閉状態のいずれかに移動させるための「開」および「閉」電極の分離するセットを組み込む。
米国特許第７，２７１，９４５号明細書と米国特許出願公開第２００６−０２５０３２５ Ａ１号明細書は、適切なグレイスケールを有する画像（多くの場合は動画）を生成するために、制御マトリクスを介してシャッタアレイおよびアパーチャを制御することができる様々な方法を説明している。ある場合には、制御は、ディスプレイの周辺の駆動回路に接続されたロウとカラムの配線の受動マトリクスアレイにより実現される。他の場合には、ディスプレイの速度、グレイスケール、および／または消費電力性能のいずれかを改良するために、アレイ（いわゆる、アクティブマトリクス）の各ピクセル内にスイッチング素子および／またはデータ記憶素子を含むことは適切である。
ここに記述された制御マトリクスは、上に記述された光変調器のようなシャッタベースのＭＥＭＳ光変調器の制御に限定されない。図２Ｂは、発明の様々な実施形態への包含に適した実例となる非シャッタベースの光変調器の断面図である。具体的には、図２Ｂは、エレクトロウェッティング（electrowetting）ベースの光変調アレイ２７０の断面図である。光変調アレイ２７０は、光キャビティ（optical cavity）２７４の上で形成された複数のエレクトロウェッティングベースの光変調セル２７２ａ−２７２Ｂ（一般に「セル２７２」）を含んでいる。光変調アレイ２７０は、さらにセル２７２に対応する一組のカラーフィルタ２７６を含んでいる。
各セル２７２は、水（または他の透明な導電性または極性流体）の層２７８、光吸収オイルの層２８０、透明電極２８２（例えば、インジウムスズ酸化物から成る）、および光吸収オイルの層２８０と透明電極２８２の間に位置した絶縁層２８４を含んでいる。そのようなセルの実例となる実施形態は、２００５年５月１９日公開の米国特許出願公開第２００５／０１０４８０４号明細書、表題「Display Device」においてさらに説明される。ここに記載された実施形態では、電極は、セル２７２の裏面の一部を占める。
セル２７２の裏面の残りの部分は、光キャビティ２７４の前面を形成する反射性アパーチャ層２８６から形成される。反射性アパーチャ層２８６は、反射金属または誘電体ミラーを形成する薄膜積層のような、反射材料から形成される。各セル２７２については、アパーチャは、光が通過できるように、反射性アパーチャ層２８６内に形成される。セル用の電極２８２は、アパーチャ内および反射性アパーチャ層２８６を形成する材料上に堆積され、別の誘電体層によって分離される。
光キャビティ２７４の残りの部分は、反射性アパーチャ層２８６に近接して配置された光導波路２８８、および光導波路２８８の反射性アパーチャ層２８６と反対側の第２の反射層２９０を含んでいる。一連の光リダイレクタ２９１は、第２の反射層に近接した光導波路の裏面上で形成される。光リダイレクタ２９１は、拡散または鏡面反射鏡（specular reflector）でもよい。１つまたは複数の光源２９２は、光導波路２８８内に光２９４を注入する。
別の実施形態では、付加的な透明基板は、光導波路２９０と光変調アレイ２７０の間に位置する。この実施形態では、反射性アパーチャ層２８６は、光導波路２９０の表面の代わりに、付加的な透明基板上に形成される。
動作中、セル（例えば、セル２７２ｂまたは２７２ｃ）の電極２８２への電圧の印加により、セル２７２の一部にセル内の光吸収オイル２８０が溜まる。その結果、光吸収オイル２８０は、もはや、反射性アパーチャ層２８６内に形成されたアパーチャを通る光の通過を妨害しない（例えば、セル２７２ｂおよび２７２ｃを参照）。アパーチャでバックライトを回避した光は、セルを通り、一組のカラーフィルタ２７６内の対応するカラー（例えば赤、緑または青）フィルタを通って逃げることができ、画像内の色ピクセルを形成することができる。電極２８２がアースされる場合、光吸収オイル２８０は、反射性アパーチャ層２８６内のアパーチャを覆い、それを通過しようとするいかなる光２９４も吸収する。
電圧がセル２７２に印加される場合にオイル２８０がその下に溜まる領域は、画像の形成に関しての無駄なスペースを構成する。この領域は、電圧が印加されようがされまいが、反射性アパーチャ層２８６の反射部分の包含なしでは、光を通過させることができない。したがって、この領域は、そうでなければ、画像の形成に寄与するために使用することができたであろう光を吸収するだろう。しかしながら、反射性アパーチャ層２８６の包含で、この光（それは、そうでなければ吸収されていただろう）は、異なるアパーチャを通る将来の脱出のために、反射されて光導波路２９０内に戻される。エレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０は、ここに記述された制御マトリクスによる制御に適した非シャッタベースのＭＥＭＳ変調器のただ一つの例ではない。発明の範囲から逸脱することなく、ここに記述された制御マトリクスの様々なものによって、非シャッタベースのＭＥＭＳ変調器の他の形式を、同様に制御することができる。
ＭＥＭＳディスプレイに加えて、発明は、例えば、図２Ｃに示されるような光学補償ベンド（ＯＣＢ）モードで動作する液晶ディスプレイを含むフィールドシーケンシャル（field sequential）液晶ディスプレイを使用してもよい。ＯＣＢモードＬＣＤディスプレイをフィールドシーケンシャルカラー方法と結び付けることは、低電力および高解像度ディスプレイを可能にする。図２ＣのＬＣＤは、円偏光子２３０、２軸遅延フィルム（biaxial retardation film）２３２およびＰＤＭ（polymerized discotic material）２３４からなる。２軸遅延フィルム２３２は、２軸送信プロパティを備えた透明な表面電極を含んでいる。これらの表面電極は、電圧がそれらの両端に印加される場合に、特定の方向にＰＤＭ層の液晶分子を整列させるために作用する。フィールドシーケンシャルＬＣＤの使用については、T. Ishinabeらによる「High Performance OCB-mode for Field Sequential Color LCDs」、Society for Information Display Digest of Technical Papers, 987 (2007)に詳細が記載される。これは、参照によってここに組み込まれる。
図３Ａは、発明の実例となる実施形態による、図１ＡのＭＥＭＳベースのディスプレイ装置１００に組み込まれた光変調器を制御するのに適した制御マトリクス３００の回路図である。図３Ｂは、発明の実例となる実施形態による、図３Ａの制御マトリクス３００に接続されたシャッタベースの光変調器のアレイ３２０の斜視図である。制御マトリクス３００は、ピクセルアレイ３２０（「アレイ３２０」）をアドレス指定してもよい。各ピクセル３０１は、アクチュエータ３０３によって制御された、図２Ａのシャッタアセンブリ２００のような弾性シャッタアセンブリ３０２を含んでいる。各ピクセルは、さらにアパーチャ３２４を含むアパーチャ層３２２を含んでいる。シャッタアセンブリ３０２のようなシャッタアセンブリのさらなる電気的および機械的な説明およびその変形については、米国特許出願第１１／２５１，０３５号明細書および米国特許出願第１１／３２６，６９６号明細書に見出すことができる。別の制御マトリクスの記述も、米国特許出願第１１／６０７，７１５号明細書に見出すことができる。
制御マトリクス３００は、シャッタアセンブリ３０２が形成される基板３０４の表面上に拡散または薄膜堆積された電気回路として作製される。制御マトリクス３００は、制御マトリクス３００内のピクセル３０１のロウごとに走査ライン配線３０６を含み、制御マトリクス３００内のピクセル３０１のカラムごとにデータ配線３０８を含んでいる。各走査ライン配線３０６は、書き込み許可電源３０７をピクセル３０１の対応するロウ内のピクセル３０１に接続する。各データ配線３０８は、データ電源（「Ｖｄ電源」）３０９を、ピクセル３０１の対応するカラム内のピクセル３０１に電気的に接続する。制御マトリクス３００では、データ電圧Ｖｄは、シャッタアセンブリ３０２の作動に必要なエネルギーの大部分を供給する。したがって、データ電源３０９は、さらに作動電源として機能する。
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、ピクセルアレイ３２０内のピクセル３０１またはシャッタアセンブリ３０２ごとに、制御マトリクス３００は、トランジスタ３１０とキャパシタ３１２を含んでいる。各トランジスタ３１０のゲートは、ピクセル３０１が配置されるアレイ３２０内のロウの走査ライン配線３０６に電気的に接続される。各トランジスタ３１０のソースは、その対応するデータ配線３０８に電気的に接続される。ある実施形態では、同じデータ配線３０８は、透過モードおよび反射モードの両方のためのシャッタの移行命令を提供する。各シャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３は、２つの電極を含んでいる。各トランジスタ３１０のドレインは、対応するキャパシタ３１２の１つの電極と対応するアクチュエータ３０３の電極の１つとに、並列に電気的に接続される。シャッタアセンブリ３０２内のキャパシタ３１２の他の電極とアクチュエータ３０３の他の電極は、共通電位またはグランド電位に接続される。別の実施形態では、トランジスタ３１０は、半導体ダイオードおよび／または金属−絶縁体−金属サンドイッチ型スイッチング素子に置換されてよい。
動作中、画像を形成するために、制御マトリクス３００は、各走査ライン配線３０６に順番にＶｗｅを印加することにより、アレイ３２０内の各ロウを順番に書き込み可能にする。書き込み可能にされたロウでは、ロウ内のピクセル３０１のトランジスタ３１０のゲートへＶｗｅを印加すると、データ配線３０８を通ってトランジスタ３１０を通る電流の流れにより、シャッタアセンブリ３０２のアクチュエータ３０３へ電位を印加できるようになる。ロウが書き込み可能にされている間、データ電圧Ｖｄは、データ配線３０８に選択的に印加される。アナロググレイスケールを設ける実施形態では、各データ配線３０８に印加されるデータ電圧は、書き込み可能にされた走査ライン配線３０６とデータ配線３０８との交点に位置するピクセル３０１の所望の輝度に関係して変化する。ディジタル制御方式を実現する実施形態では、データ電圧は、比較的小さい電圧（すなわち、グランド電位近くの電圧）となるように、またはＶａｔ（作動閾値電圧）以上となるように、選択される。データ配線３０８へのＶａｔの印加に応答して、対応するシャッタアセンブリ３０２内のアクチュエータ３０３が作動し、シャッタアセンブリ３０２内のシャッタが開く。データ配線３０８に印加される電圧は、制御マトリクス３００がＶｗｅをロウに印加するのを停止した後でも、ピクセル３０１のキャパシタ３１２に蓄えられたままである。したがって、シャッタアセンブリ３０２が作動するのに十分に長い時間待って、ロウ上に電圧Ｖｗｅを維持する必要はない。すなわち、書き込み許可電圧がロウから取り除かれた後も、このような作動を続けることができる。キャパシタ３１２は、またアレイ３２０内の記憶素子として機能し、画像フレームの照明が必要な期間の間、作動命令を保存する。
アレイ３２０の制御マトリクス３００だけでなくピクセル３０１も、基板３０４上に形成される。アレイは、基板３０４上に配置されたアパーチャ層３２２を含んでいる。アパーチャ層３２２は、アレイ３２０内のそれぞれのピクセル３０１用の一組のアパーチャ３２４を含んでいる。アパーチャ３２４は、各ピクセル内のシャッタアセンブリ３０２にアライメントされる。一実施形態では、基板３０４は、ガラスまたはプラスチックのような透明材料で作られる。別の実施形態では、基板３０４は、不透明な材料で作られ、基板３０４内には、アパーチャ３２４を形成するための穴がエッチングされる。
シャッタアセンブリ３０２の部品は、制御マトリクス３００と同時に処理される、または、同じ基板上において後続の処理工程で処理される。制御マトリクス３００内の電気部品は、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタアレイの製造と共通な多くの薄膜技術を使用することにより作製される。利用可能な技術は、Den Boer, Active Matrix Liquid Crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005)に記載されており、参照によってここに組み込まれる。シャッタアセンブリは、マイクロマシニングの技術と同様な技術またはマイクロメカニカル（すなわち、ＭＥＭＳ）デバイスの製造技術を使用することにより、作製される。多くの適用可能な薄膜ＭＥＭＳ技術は、Rai-Choudhury, ed., Handbook of Microlithography, Micromachining & Microfabrication (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997)に記載され、参照によってここに組み込まれる。ガラス基板上に形成されるＭＥＭＳ光変調器に固有の製造技術は、米国特許出願第１１／３６１，７８５号明細書と米国特許出願第１１／７３１，６２８号明細書に見出すことができ、参照によってここに組み込まれる。例えば、これらの出願に記載されるように、シャッタアセンブリ３０２は、化学蒸着処理により蒸着されるアモルファスシリコンの薄膜で形成することができる。
アクチュエータ３０３と共にシャッタアセンブリ３０２は、双安定とすることができる。すなわち、シャッタは、シャッタをいずれかの位置に保持するのに電力がほとんど必要ないか全くない少なくとも２つの平衡位置（例えば、開または閉の位置）に存在することができる。具体的には、シャッタアセンブリ３０２は、機械的に双安定であってよい。一旦、シャッタアセンブリ３０２のシャッタが、適切な位置に設定されると、その位置を維持するのに、電気エネルギーまたは保持電圧は必要ない。シャッタアセンブリ３０２の物理的素子上の機械的応力により、シャッタを所定位置に保持することができる。
アクチュエータ３０３と共にシャッタアセンブリ３０２も、また電気的に双安定にすることができる。電気的に双安定なシャッタアセンブリにおいては、シャッタアセンブリの作動電圧より低い電圧の範囲が存在する。この電圧が閉じたアクチュエータ（シャッタは開いているかまたは閉じている）に印加されると、シャッタアセンブリは、反力がシャッタに加わっても、アクチュエータを閉じた状態にし、シャッタを適切な位置に保持する。反力は、シャッタベースの光変調器２００内のばね２０７のようなばねによって加えられてもよいし、または「開いた」または「閉じた」アクチュエータのような対向するアクチュエータにより加えられてもよい。
光変調器アレイ３２０は、ピクセルごとに単一のＭＥＭＳ光変調器を有するものとして描写される。他の実施形態では、複数のＭＥＭＳ光変調器を各ピクセル内に設けることにより、各ピクセルの単なる２進の「オン」または「オフ」光学状態より多い状態を実現する。ピクセル内の複数のＭＥＭＳ光変調器が設けられ、これら光変調器のそれぞれに対応付けられたアパーチャ３２４が非均等なエリアを有する、特定の形式の符号化エリア分割グレイスケール（coded area division gray scale）が可能である。
他の実施形態では、他のＭＥＭＳベースの光変調器だけでなく、ローラーベースの光変調器２２０、光タップ２５０またはエレクトロウェッティングベースの光変調アレイ２７０も、光変調器アレイ３２０内のシャッタアセンブリ３０２と置換可能である。
図３Ｂは、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの光変調器のアレイ３２０の斜視図である。図３Ｂは、また、バックライト３３０の上に配置された光変調器３２０のアレイを例証する。一実施形態では、バックライト３３０は、ディスプレイ面の全体にわたるランプ３８２、３８４および３８６からの光を均一に分配するために、光導波路として機能し、透明な材料（つまり、ガラスまたはプラスチック）で作られている。そして、フィールドシーケンシャルディスプレイとしてディスプレイ３８０を組み立てる場合、ランプ３８２、３８４および３８６は、色ランプ（例えば、赤、緑、青ランプ）にそれぞれ交換することができる。
ランプ３８２−３８６の複数の異なるタイプは、限定されることなく、白熱灯、蛍光灯、レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）含むディスプレイで使用することができる。さらに、直視型ディスプレイ３８０のランプ３８２−３８６は、多数のランプを含んでいる単一のアセンブリへ組み合わせることができる。例えば、赤、緑および青色ＬＥＤのコンビネーションでは、小さな半導体チップ中の白色ＬＥＤと組み合わせるか、またはその白色ＬＥＤの代わりに用いることもでき、または小さなマルチランプパッケージへ組み立てることができる。同様に、各ランプは、４色ＬＥＤ（例えば、赤色、黄色、緑色および青色ＬＥＤのコンビネーション）のアセンブリを示すことができる。
シャッタアセンブリ３０２は、光変調器として機能する。関連する制御マトリクスからの電気信号の使用によって、シャッタアセンブリ３０２は、開状態または閉状態のいずれかにセットすることができる。開いたシャッタだけが、光導波路３３０からの光をビューアに通過することを可能にし、それによって、透過モードにおける直視型画像を形成する。
直視型ディスプレイ３８０では、光変調器は、光導波路３３０から離れて面し、ビューアの方へ向く、基板３０４の表面上に形成される。他の実施形態では、光変調器が、光導波路へ面する表面上に形成されるように、基板３０４を逆にすることができる。これらの実施形態では、光導波路３３０の上面上に、アパーチャ層３２２のようなアパーチャ層を直接形成することは、時には好ましい。他の実施形態では、光導波路と光変調器の間の個別のガラスまたはプラスチックの一部分、アパーチャ層３２２のようなアパーチャ層を含んでいるガラスまたはプラスチックのそのような個別の一部分、およびアパーチャ穴３２４のような関連するアパーチャ穴を、間に置くことは有用である。シャッタアセンブリ３０２の面とアパーチャ層３２２の間の間隔は、好ましくは１０ミクロン未満で、ある場合には１ミクロンほど接近し、できるだけ接近させておくことが望ましい。この発明に役立つ他の光学アセンブリの記述は、２００５年９月２日に出願され、「Methods and Apparatus for Spatial Light Modulation」とタイトルされた、米国特許出願公開第２００６０１８７５２８Ａ１、および、２００７年１２月６日に公開され、「Display Apparatus with Improved Optical Cavities」とタイトルされた、米国特許出願公開第２００７−０２７９７２７Ａ１で見つけることができる。それらは、両方とも参照によってここに組み込まれる。
いくつかのディスプレイでは、色ピクセルは、異なる色（例えば、赤、緑、青）に対応する光変調器のグループを照らすことにより生成される。グループ内の各光変調器は、所望の色を達成するために、対応するフィルタを有する。しかしながら、フィルタは、ある場合には、フィルタを通過する光の６０％ほども、多量の光を吸収する。従って、ディスプレイの効率および明るさを制限する。さらに、１ピクセル当たりの多数の光変調器の使用は、そのようなディスプレイの明るさおよび効率をさらに制限して、表示された画像に寄与するように使用することができるディスプレイ上のスペースの量を減少させる。
人間の脳は、例えば２０Ｈｚ以上の周波数で、急速に変わる画像を見ることに応じて、対応する期間内に表示された画像のコンビネーションである画像を感知するために画像をともに平均する。この現象は、フィールドシーケンシャルカラーのような技術で参照された技術を使用して、ディスプレイの各ピクセルに対する単一の光変調器だけを使用する間に、カラー画像を表示するように利用することができる。ディスプレイでのフィールドシーケンシャルカラー技術の使用は、１ピクセル当たりのカラーフィルタおよび多数の光変調器の必要性をなくす。ディスプレイで使用可能なフィールドシーケンシャルカラーでは、表示される画像フレームは、オリジナルの画像フレームの特定の色成分（例えば、赤、緑または青）に各々対応して、複数のサブフレーム画像に分割される。各サブフレーム画像については、ディスプレイの光変調器は、色成分の画像への貢献に対応する状態へセットされる。光変調器は、対応する色のランプによって照らされる。サブ画像は、脳が一連のサブフレーム画像を単一の画像として感知するのに十分な周波数（例えば、６０Ｈｚ以上）で、順に表示される。サブフレームを生成するために使用されるデータは、様々なメモリ部品の中でしばしば破壊される。例えば、いくつかのディスプレイでは、ディスプレイの所定のロウに対するデータは、そのロウのために設けられたシフトレジスタの中で保持される。画像データは、各シフトレジスタの中でおよびそのシフトレジスタから、固定されたクロックサイクルによるディスプレイのそのロウ中の対応するカラムの光変調器へシフトされる。ディスプレイを制御するための回路の他の実施形態は、２００７年４月１９日に公開された、「Circuits for Controlling Display Apparatus」とタイトルされた米国特許出願公開第２００７−００８６０７８ Ａ１に記述される。それは、参照によってここに組み込まれる。
図４Ａは、フィールドシーケンシャルカラーを使用して、画像を表示するディスプレイ処理に対応するタイミング図である。それは、例えば、上記の図に記述されるようなＭＥＭＳ直視型ディスプレイによって、発明の実例となる実施形態によってインプリメントすることができる。図４Ｂ、４Ｃ、４Ｄおよび４Ｅのタイミング図を含めて、ここに含まれたタイミング図は、次の仕様に従う。タイミング図のトップ部分は、光変調器のアドレッシングイベントを例証する。ボトム部分は、ランプ照明のイベントを例証する。
アドレッシング部分は、時間的な間隔が置かれた対角線によってアドレッシングイベントを描く。各対角線は、そのデータが、一度に１つのロウで（one row at a time）、光変調器アレイの各ロウにロードされる間、イベントをロードする一連の個々のデータに対応する。ディスプレイに含まれた変調器をアドレス指定し駆動するために使用される制御マトリクスによって、各ロードするイベントは、所定のロウ中の光変調器を作動させることを可能にすることを待機期間に要求してもよい。いくつかの実施形態では、光変調器アレイ内のすべてのロウは、任意の光変調器アレイの作動に先立って処理される。光変調器アレイの最後のロウにデータをロードする終了に際して、すべての光変調器は、実質的に同時に作動する。
ランプ照明のイベントは、ディスプレイに含まれたランプの各色に対応するパルストレインによって例証される。各パルスは、対応する色のランプが照らされることを示し、それによって、直接先行するアドレッシングイベントでの光変調器アレイにロードされたサブフレーム画像を表示する。
所定の画像フレームのディスプレイにおける最初のアドレッシングイベントが始まる時間に、ＡＴ０として各タイミング図上にラベルが付けられる。ほとんどのタイミング図では、この時間は、電圧パルスｖｓｙｎｃの検知の直後に落ちる（fall）。それは、ディスプレイによって受信された各ビデオフレームの始まりに先行する。後のアドレッシングイベントがそれぞれ起こる時間に、ＡＴ１、ＡＴ２、…ＡＴ（ｎ−１）として、ラベルが付けられる。ここで、ｎは、画像フレームを表示するのに使用されるサブフレーム画像の数である。タイミング図のうちのいくつかでは、対角線は、光変調器のアレイにロードされているデータを示すように、さらにラベルが付けられる。例えば、図４のタイミング図では、Ｄ０は、フレームに対する光変調器のアレイにロードされた最初のデータを表す。また、Ｄ（ｎ−１）は、フレームに対する光変調器のアレイにロードされた最後のデータを表す。図４Ｂ−４Ｄのタイミング図では、各アドレッシングイベント中にロードしたデータは、ビットプレーンに対応する。
ビットプレーンは、光変調器アレイの多数のカラムおよび多数のロウの中の変調器のための所望の変調器状態を確認するデータのコヒーレントのセットである。さらに、各ビットプレーンは、２進法のコードスキームによって導かれた一連のサブフレーム画像のうちの１つに対応する。すなわち、画像フレームの色成分に対する各サブフレーム画像は、２進法のシリーズ１、２、４、８、１６などによって重み付けされる。最低の重み付けがされたビットプレーンは、最下位のビットプレーン（least significant bitplane）と呼ばれ、タイミング図でラベルが付けられ、ナンバー０が後続する対応する色成分の最初の文字によってここに参照される。色成分に対する個々の次の最上位のビットプレーン（next-most significant bitplane）については、色成分の最初の文字に続く数は、１だけ増加する。例えば、１色当たり４つのビットプレーンへ分かれた画像フレームについては、最下位の赤のビットプレーンが、Ｒ０ビットプレーンとしてラベルを付けられ参照される。次の最上位の赤のビットプレーンは、Ｒ１としてラベルを付けられ参照される。また、最上位の赤のビットプレーンは、Ｒ３としてラベルを付けられ参照される。
ラベルは、ＬＴ０、ＬＴ１、ＬＴ２…ＬＴ（ｎ−１）としてランプ関連のイベントに付けられる。タイミング図でラベル付けされたランプ関連のイベント時間は、タイミング図に依存して、ランプが照らされる時間またはランプが消滅する時間を示す。特定のタイミング図のランプ時間の意味は、特定のタイミング図の照明部分中のパルストレインに関連のある時間にそれらの位置を比較することにより決定することができる。図４Ａのタイミング図を特に参照して、タイミング図によって画像フレームを表示するために、単一のサブフレーム画像は、画像フレームの各々の３色成分を表示するために使用される。まず、赤のサブフレーム画像に対して望まれる変調器状態を示すデータＤ０は、時間ＡＴ０で始まる光変調器アレイにロードされる。アドレッシングが終了した後、赤ランプは、時間ＬＴ０で照らされ、それによって、赤のサブフレーム画像を表示する。緑のサブフレーム画像に対応する変調器状態を示すデータＤ１は、時間ＡＴ１で光変調器アレイにロードされる。緑ランプは、時間ＬＴ１で照らされる。最後に、青のサブフレーム画像に対応する変調器状態を示すデータＤ２は、光変調器アレイにロードされる。青ランプは、時間ＡＴ２およびＬＴ２でそれぞれ照らされる。その後、その処理は、表示される後の画像フレームのために繰り返される。
図４Ａのタイミング図によって画像を形成するディスプレイによって達成可能なグレイスケールのレベルは、各光変調器の状態をどのように素晴らしく制御することができるかに依存する。例えば、光変調器が本来２進法の場合、つまり、それらは単にオンかオフでありえる場合、ディスプレイは、８つの異なる色の生成に制限されるだろう。グレイスケールのレベルは、追加の中間状態に推進できるより、光変調器の提供によりそのようなディスプレイのために増加される場合がある。図４Ａのフィールドシーケンシャル技術と関係するいくつかの実施形態では、ＭＥＭＳ光変調器を提供することができ、それは、印加電圧に対するアナログ表示を示す。そのようなディスプレイにおいてグレイスケールの達成可能なレベルの数は、データ電源と共に提供されるディジタルアナログ変換器の分解能によってのみ制限されている。
または、各サブフレーム画像を表示するのに使用される期間が、複数の期間（それ自身の対応するサブフレーム画像をそれぞれ有する）に分割される場合、より素晴らしいグレイスケールは生成することができる。例えば、２進法の光変調器で、色成分ごとに等しい長さおよび光強度の２つのサブフレーム画像を形成するディスプレイは、８の代わりに２７の異なる色を生成することができる。多数のサブフレーム画像へ画像フレームの各色成分を壊すグレイスケール技術は、一般に、時分割グレイスケール技術と呼ばれる。
その照明の強度を備えた照明期間（またはパルス幅）の積（product）（または積分（integral））として照明値を定義することは有用である。ビットプレーンの照明に対して出力シーケンスで割り当てられた所定の時間間隔については、任意の必要な照明値を達成するようにランプを制御するための多数の代替方法がある。この発明に適切なランプに対する３つのそのような交替パルスプロファイルが、図４Ｂの中で比較される。図４Ｂでは、タイムマーカー１４８２および１４８４は、ランプパルスがその照明値を表現しなければならないタイムリミットを決定する。ＭＥＭＳベースのディスプレイを駆動するグローバル作動スキームでは、タイムマーカー１４８２は、１つのグローバル作動サイクルの終了を表してもよい。そこでは、変調器状態は、以前にロードしたビットプレーンのためにセットされる。その一方で、後のビットプレーンに適切な変調器状態を設定し、タイムマーカー１４８４は、後のグローバル作動サイクルの始めを表すことができる。より小さな重要性を備えたビットプレーンについては、マーカー１４８２と１４８４の間の時間間隔は、変調器のアレイに、データサブセット（例えば、ビットプレーン）をロードするのに必要な時間によって制約される。これらの場合に、より大きな重要なビットに割り当てられたパルス幅からの単純なスケーリングを仮定して、使用可能な時間間隔では、ビットプレーンの照明に必要な時間が実質的により長い。
ランプパルス１４８６は、特定の照明値の表現に適切なパルスである。パルス幅１４８６は、マーカー１４８２と１４８４の間で利用可能な時間を十分に満たす。しかしながら、ランプパルス１４８６の強度または振幅は、必要な照明値を達成するために調整される。ランプパルス１４８６による振幅変調スキームは、特にランプ効率が線形でない場合に有用であり、電力効率は、ランプに要求されるピーク強度の減少により改善される。
ランプパルス１４８８は、ランプパルス１４８６と同じ照明値の表現に適切なパルスである。パルス１４８８の照明値は、振幅変調の代わりに、パルス幅変調によって表現される。複数のビットプレーンについては、ビットプレーンのアドレッシングによって決定されるように、適切なパルス幅が利用可能な時間未満であるだろう。
一連のランプパルス１４９０は、ランプパルス１４８６と同じ照明値を表現する別の方法を表す。一連のパルスは、パルス幅およびパルスの周波数の両方の制御を通じて照明値を表現することができる。照明値は、パルス振幅の積（product）、マーカー１４８２と１４８４の間の使用可能な時間期間およびパルスデューティサイクルと見なすことができる。
ランプドライバ回路は、上記の任意の交替ランプパルス１４８６、１４８８または１４９０を生成するようにプログラムすることができる。例えば、ランプドライバ回路は、タイミング制御モジュール７２４からランプ強度のためのコード化されたワードを受信し、強度に適切なパルスのシーケンスを構築するようにプログラムすることができる。強度は、パルス振幅またはパルスデューティサイクルのいずれかの機能として変えることができる。
図４Ｃは、２進法の時分割グレイスケールの中で一連のサブフレーム画像を使用して、画像の構成のために、コントローラ１３４によって使用されたタイミングシーケンスの例を例証する。コントローラ１３４は、タイムシーケンス（時間は、図４Ｃの左から右へ変わる）のコーディネイティングマルチプル動作に関与する。コントローラ１３４は、サブフレームデータセットのデータ素子が、フレームバッファからデータドライバ１３２へいつ転送されるか決める。コントローラ１３４は、スキャンドライバ１３０によって、アレイ内の複数のロウの走査を可能にするために、トリガ信号を送り、それによって、データドライバ１３２からアレイのピクセルへデータのロードを可能にする。コントローラ１３４は、ランプ１４０、１４２、１４４の照明を可能にするために、ランプドライバ１４８の動作を管理する。コントローラ１３４は、アレイの多数のカラムおよびカラムの中でシャッタのグローバル作動のような機能を実質的に同時に可能にする共通のドライバ１３８へトリガ信号を送る。
図４Ｃに示されるディスプレイ処理における画像を形成する処理は、各サブフレーム画像に対して、最初に、フレームバッファからアレイの中へサブフレームデータセットをロードすることを含んでいる。サブフレームデータセットは、アレイの多数のカラムおよび多数のロウに変調器の所望の状態（例えば、開状態対閉状態）に関する情報を含んでいる。２進法の時分割グレイスケールについては、個別のサブフレームデータセットは、グレイスケールのための２進法のコード化されたワードの各色内の各ビットレベルのアレイに送信される。２進法コーディングの場合については、サブフレームデータセットは、ビットプレーンと呼ばれる。（２進法のコーディング以外に使用するコード化された時分割シームは、米国特許出願公開第２００１５００５９６９ Ａ１に記述される。）図４Ｃのディスプレイ処理は、赤、緑および青の３色の各々の４つのビットプレーンデータセットのロードを指す。これらのデータセットは、赤に対してＲ０、Ｒ１、Ｒ２およびＲ４、緑に対してＧ０−Ｇ３、青に対してＢ０−Ｂ３として、ラベルが付けられる。実例の節約については、シーケンスを形成する代替の画像が、１色当たり６、７、８または１０ビットレベルを使用することが可能であることは理解されるが、１色当たりわずかに４ビットレベルは、図４Ｃのディスプレイ処理で例証される。
図４Ｃのディスプレイ処理は、一連のアドレッシング時間ＡＴ０、ＡＴ１、ＡＴ２などを指す。これらの時間は、アレイの中への特定のビットプレーンのロードのための開始時間またはトリガ時間に対応する。最初のアドレッシング時間ＡＴ０は、Ｖｓｙｎｃに対応する。それは、画像フレームの開始を表示するために一般に使用されるトリガ信号である。図４Ｃのディスプレイ処理は、一連のランプ照明時間ＬＴ０、ＬＴ１、ＬＴ２などを指す。それは、ビットプレーンのロードで変調される。これらのランプトリガは、ランプ１４０、１４２、１４４のうちの１つからの照明が消滅する時間を示す。赤ランプ、緑ランプおよび青ランプの各々に対する照明パルス間隔および振幅は、図４Ｃの下部に沿って例証される。また、ラベルは、文字「Ｒ」、「Ｇ」および「Ｂ」によって個別のラインに沿って付けられる。
第１のビットプレーンＲ３のロードは、トリガポイントＡＴ０で始まる。ロードされる第２のビットプレーンＲ２は、トリガポイントＡＴ１で始まる。各ビットプレーンのロードは、多量の時間を要求する。例えば、ビットプレーンＲ２に対するアドレッシングシーケンスは、この実例では、ＡＴ１で始まり、ポイントＬＴ０で終わる。各ビットプレーンの動作をロードするデータまたはアドレッシングは、図４Ｃのタイミング図中の対角線として例証される。対角線は、ビットプレーン情報の個別のロウが、フレームバッファからデータドライバ１３２へおよびそこからアレイへ、１つずつ転送されるシーケンス動作を表す。各ロウまたは走査ラインの中へのデータロードは、１マイクロ秒から１００マイクロ秒までのあたりで要求する。多数のロウの完全な転送またはアレイへのデータの完全なビットプレーンの転送は、アレイ内のロウの数に依存して、１００マイクロ秒から５ミリ秒までのあたりで行うことができる。
図４Ｃのディスプレイ処理で、アレイへ画像データをロードする処理は、シャッタ１０８を移動または始動させる処理から時間的な隔たりがある。この実施形態については、変調器アレイは、アレイ内の各ピクセルに対して、記憶キャパシタのようなデータ記憶素子を含んでいる。また、データロードの処理は、記憶素子の中でデータを格納すること（つまり、オンオフまたは開閉命令）だけを必要とする。グローバル始動信号が、共通のドライバ１３８のうちの１つによって生成されるまで、シャッタ１０８は、移動しない。データのすべてが、アレイにロードされるまで、グローバル始動信号は、コントローラ１３４によって送られない。指定の時間に、動作または状態変化として指定されたシャッタのすべては、グローバル始動信号によって実質的に同時に移動させる。そのときの小さなギャップは、シーケンスをロードするビットプレーンの終了と対応するランプの照明の間に示される。これは、シャッタのグローバル始動に必要な時間である。グローバル作動時間は、例えば、トリガポイントＬＴ２とＡＴ４の間で例証される。すべてのランプが、単に部分的に開閉するシャッタの照明と画像を混同しないように、グローバル始動期間に消滅することは望ましい。シャッタアセンブリ３２０のようなシャッタのグローバル始動に必要な時間量は、１０マイクロ秒から５００マイクロ秒までのあたりで、アレイ内のシャッタのデザインおよび構成に依存して、とることができる。
図４Ｃのディスプレイ処理の例として、シーケンスコントローラは、各ビットプレーンのロードの後に、ランプの１つだけを照らすようにプログラムされる。そこでは、そのような照明は、グローバル作動時間と等しい時間によってアレイ内の最後の走査ラインのデータをロードした後に遅れる。アレイの記憶素子内へのデータのロードは、直ちにシャッタの位置に影響しないので、ランプが維持される間、次のビットプレーンに対応するデータのロードが、開始および進行する場合があることに留意する。
サブフレーム画像（例えば、ビットプレーンＲ３、Ｒ２、Ｒ１およびＲ０に関連したもの）の各々は、図４Ｃの下部の「Ｒ」ラインで示されて、赤ランプ１４０からの別個の照明パルスによって照らされる。同様に、ビットプレーンＧ３、Ｇ２、Ｇ１およびＧ０に関連したサブフレーム画像の各々は、図４Ｃの下部の「Ｇ」ラインによって示されて、緑ランプ１４２からの別個の照明パルスによって照らされる。各サブフレーム画像に使用された照明値（この例として、照明期間の長さ）は、２進法のシリーズ８、４、２、１による大きさでそれぞれ関連づけられる。照明値の２進法に重みを加えることは、２進ワードでコード化されたグレイスケールの表示または表現を可能にする。ここで、各ビットプレーンは、２進ワードの桁の値の１つだけに対応するピクセルオンオフデータを含んでいる。シーケンスコントローラ１６０から出るコマンドは、データのロードを備えたランプの変調だけでなく、各データビットプレーンに関連した正確な関連照明期間も保証する。
完全な画像フレームは、２つの次のトリガ信号Ｖｓｙｎｃの間に図４Ｃのディスプレイ処理で生成される。図４Ｃのディスプレイ処理の完全な画像フレームは、１色当たり４つのビットプレーンの照明を含んでいる。６０Ｈｚのフレームレートについては、Ｖｓｙｎｃ信号間の時間は、１６．６ミリ秒である。最上位（most significant）のビットプレーン（Ｒ３、Ｇ３およびＢ３）の照明に割り当てられた時間は、この例において、それぞれ、およそ２．４ミリ秒である。そして、割合によって、次のビットプレーンＲ２、Ｇ２およびＢ２のための照明時間は、１．２ミリ秒になるだろう。最下位（least significant）のビットプレーンＲ０、Ｇ０およびＢ０の照明期間は、それぞれ、３００マイクロ秒になるだろう。より大きなビット解像度が提供されるまたは１色当たり所望の複数のビットプレーンが提供されるならば、最下位のビットプレーンに対応する照明期間は、さらに短い期間（それぞれ、実質的に１００マイクロ秒未満）を要求するだろう。
シーケンスコントローラ１６０の開発またはプログラミングでは、シーケンステーブルストアとして時々呼ばれる、シーケンステーブルのグレイスケールの表示を管理するクリティカルなシーケンスパラメータをすべて格納するまたは同一場所に配置することは、有用である。格納されたクリティカルなシーケンスパラメータを表すテーブルの一例は、テーブル１として下にリストされる。サブフレームまたは「フィールド」の各々に対するシーケンステーブルリスト、相対的なアドレッシング時間（例えば、ＡＴ０、ビットプレーンのロードはそれで始まる）、バッファメモリ１５９で見つけられる関連するビットプレーンの記憶場所（例えば、場所Ｍ０、Ｍ１など）、ランプの１つに対する識別コード（例えば、Ｒ、ＧまたはＢ）、ランプ時間（例えば、ＬＴ０、それは、この例において、ランプが消される時間を決定する）。
Figure 2014209239
ディスプレイ処理でのイベントのタイミングまたはシーケンスを変更するまたは再プログラムするための容易な方法を促進するために、シーケンステーブルにパラメータの記憶を同一場所に置くことは有用である。例えば、緑のサブフィールドが赤のサブフィールドの大部分にすぐに続き、青のサブフィールドが緑のサブフィールドにすぐに続くように、色サブフィールドの順序を再配置ことは可能である。そのような色サブフィールドの再配置または散在（interspersing）は、照明がランプ色の間で切り替えられる公称周波数（nominal frequency）を増加させる。それは、色破壊として知られている知覚イメージングアーチファクトの影響を縮小する。メモリに格納された複数の異なるスケジュールテーブル間で切り替わることにより、または、再プログラムすることにより、例えば、単一の画像フレームの時間内の１色当たり８つのビットプレーンの照明を許可することによって、１色当たりのビットプレーンの少ない数または多い数のいずれかを要求する処理の間で切り替わることが可能である。さらに、白色電球１４６のような４色ＬＥＤに対応するサブフィールドの包含を許可するように、タイミングシーケンスを容易に再プログラムすることは可能である。
図４Ｃのディスプレイ処理は、ランプのパルス幅または照明期間に基づいて、別個の照明値に各サブフレーム画像を関連させることにより、コード化されたワードによるグレイスケールを確立する。代替の方法は、照明値の表示に利用可能である。１つの代案では、サブフレーム画像の各々に割り当てられた照明期間は、一定に保持される。また、ランプからの照明の振幅または強度は、２進法の比１、２、４、８などによるサブフレーム画像間で変えられる。この実施形態については、シーケンステーブルのフォーマットは、ユニークなタイミング信号の代わりに、サブフィールドの各々に対するユニークなランプ強度を割り当てるために変更される。ディスプレイ処理の他の実施形態では、ランプからのパルス振幅およびパルス時間の変化の両方が、使用される。その両方は、サブフレーム画像のグレイスケール相違を確立するためにシーケンステーブルで指定される。これらおよびタイミングコントローラを使用して時間ドメイングレイスケールを表現するための他の代替方法は、２００７年９月６日に公開された米国特許出願公開第２００７０２０５９６９ Ａ１に記述され、参照によってここに組み込まれる。
図４Ｄは、テーブル６（以下の）にリストされたパラメータを利用するタイミング図である。図４Ｄのタイミング図は、画像フレームの各色成分に対して４つのサブフレーム画像の表示により、画像フレームが表示されるコード化された時分割グレイスケールアドレッシング処理に対応する。所定の色に表示された各サブフレーム画像は、先のサブフレーム画像の半分長い期間の同じ強度で表示され、それによって、サブフレーム画像に対して２進法の重みを加える計画を実施する。図４Ｄのタイミング図は、赤、緑および青色を加えて、白色に対応するサブフレーム画像を含んでいる。それは、白色ランプを使用して照らされる。白色ランプの追加は、同じ明るさレベルを維持する間に、ディスプレイが、低電力レベルでそのランプを動作するまたは明るい画像を表示することを可能にする。明るさと電力消費量が直線的に関連づけられないように、より低い照明レベル動作モードは、等しい画像明るさを提供する間に、より少ないエネルギーを消費する。さらに、白色ランプは、大抵、さらに効率的である。つまり、それらは、同じ明るさを達成するために、他の色のランプより少ない電力を消費する。
より具体的には、図４Ｄのタイミング図中の画像フレームのディスプレイは、ｖｓｙｎｃパルスの検知で始まる。タイミング図上およびテーブル６スケジュールテーブルで表示されるように、記憶場所Ｍ０で始まって格納されたビットプレーンＲ３は、時間ＡＴ０で始まるアドレッシングイベントでの光変調器１５０のアレイにロードされる。一旦コントローラ１３４が、光変調器１５０のアレイにビットプレーンの最後のロウデータを出力すれば、コントローラ１３４は、グローバル作動コマンドを出力する。作動時間を待った後に、コントローラは、赤ランプを照らす。作動時間が、すべてのサブフレーム画像に対して一定であるので、この時を決定するためにスケジュールテーブルストアに対応する時間値を格納する必要はない。時間ＡＴ４では、コントローラ１３４は、第１の緑のビットプレーンＧ３をロードし始める。それは、スケジュールテーブルによれば、記憶場所Ｍ４で始まって格納される。時間ＡＴ８では、コントローラ１３４は、第１の青のビットプレーンＢ３をロードし始める。それは、スケジュールテーブルによれば、記憶場所Ｍ８で始まって格納される。時間ＡＴ１２では、コントローラ１３４は、第１の白のビットプレーンＷ３をロードし始める。それは、スケジュールテーブルによれば、記憶場所Ｍ１２で始まって格納される。第１の白のビットプレーンＷ３に対応するアドレッシングを終えた後、作動時間を待った後に、コントローラは、初めて白ランプを照らす。
すべてのビットプレーンが、光変調器１５０のアレイにビットプレーンをロードするために、それを行う時間より長い間照らされることになっているので、コントローラ１３４は、後のサブフレーム画像に対応するアドレッシングイベントの終了におけるサブフレーム画像を照らすランプを消滅させる。例えば、ＬＴ０は、ビットプレーンＲ２のロードの終了と一致するＡＴ０の後に一度に生じるようにセットされている。ＬＴ１は、ビットプレーンＲ１のロードの終了と一致するＡＴ１の後に一度に生じるようにセットされている。
タイミング図中のｖｓｙｎｃパルス間の期間は、フレーム時間を示して、シンボルＦＴによって示される。いくつかの実施形態では、アドレッシング時間ＡＴ０、ＡＴ１などと同様にランプ時間ＬＴ０、ＬＴ１などは、１６．６ミリ秒のフレーム時間ＦＴ内の、つまり、６０Ｈｚのフレームレートによって、４色の各々に対する４つのサブフレーム画像を完成することを目的とする。他の実施形態では、スケジュールテーブルストアに格納された時間値は、３３．３ミリ秒のフレーム時間ＦＴの内の、つまり、３０Ｈｚのフレームレートによって、１色当たり４つのサブフレーム画像を完成するように変更することができる。他の実施形態では、２４Ｈｚのような低いフレームレートが、使用されてもよい。または、１００Ｈｚを超えるフレームレートが使用されてもよい。
Figure 2014209239
白ランプの使用は、ディスプレイの効率を改善することができる。サブフレーム画像内の４つの別個の色の使用は、入力処理モジュールのデータ処理への変更を要求する。各々の３つの異なる色に対するビットプレーンを導き出す代わりに、図４Ｄのタイミング図によるディスプレイ処理は、ビットプレーンが各々の４つの異なる色に対応して格納されることを要求する。したがって、入力処理モジュールは、ビットプレーンへデータ構造を変換する前に、４色空間に適切な色座標へ、３色空間の色に対してエンコードされた入力ピクセルデータを変換してもよい。
図４Ｄのタイミング図に示された赤（レッド）、緑（グリーン）、青（ブルー）及び白（ホワイト）ランプのコンビネーションに加えて、達成可能な色空間または色域を拡張する他のランプコンビネーションは可能である。拡張した色域を備えた有用な４色のランプコンビネーションは、レッド、ブルー、トゥルーグリーン（約５２０ｎｍ）およびパロットグリーン（約５５０ｎｍ）である。色域を拡張する別の５色コンビネーションは、レッド、グリーン、ブルー、シアンおよびイエローである。有名なＹＩＱ色空間への５色アナログは、ホワイト、オレンジ、ブルー、パープルおよびグリーンのランプで設定することができる。有名なＹＵＶ色空間への５色アナログは、ホワイト、ブルー、イエロー、レッドおよびシアンのランプで設定することができる。
他のランプコンビネーションは、可能である。例えば、有用な６色空間は、レッド、グリーン、ブルー、シアン、マゼンタおよびイエローカラーのランプで設定することができる。６色空間は、ホワイト、シアン、マゼンタ、イエロー、オレンジおよびグリーンカラーで設定することができる。複数の他の４色および５色コンビネーションは、既に上にリストされた色の中から導き出すことができる。異なる色を備えた６、７、８または９つのランプのさらなるコンビネーションは、上にリストされた色から生成することができる。追加の色は、上にリストされた色の間に位置するスペクトルを備えたランプを用いて使用してもよい。
図４Ｅは、テーブル７のスケジュールテーブルにリストされたパラメータを利用するタイミング図である。図４Ｅのタイミング図は、異なる色のランプが同時に照らされてもよいハイブリッドのコード化された時分割および強度グレイスケールディスプレイ処理に対応する。各サブフレーム画像は、すべての色のランプによって照らされるが、特定の色に対するサブフレーム画像は、その色のランプによって主に照らされる。例えば、赤のサブフレーム画像用の照明期間の間、赤ランプは、緑ランプおよび青ランプより高い強度で照らされる。明るさと電力消費量が直線的に関連づけられないように、より低い照明レベル動作モードで多数のランプを各々使用することは、より高い照明レベルで１つのランプを使用して、その同じ明るさを達成するより少ない電力を要求してもよい。
最下位のビットプレーンに対応するサブフレーム画像は、先のサブフレーム画像と同じ時間の長さで、しかし、強度の半分で照らされる。そのため、最下位のビットプレーンに対応するサブフレーム画像は、アレイにビットプレーンをロードするのに必要なそれより長いまたはそれと等しい期間で照らされる。
Figure 2014209239
より具体的には、図４Ｅのタイミング図中の画像フレームのディスプレイは、ｖｓｙｎｃパルスの検知で始まる。タイミング図上およびテーブル７スケジュールテーブルで表示されるように、記憶場所Ｍ０で始まって格納されたビットプレーンＲ３は、時間ＡＴ０で始まるアドレッシングイベントでの光変調器１５０のアレイにロードされる。一旦コントローラ１３４が、光変調器１５０のアレイにビットプレーンの最後のロウデータを出力すれば、コントローラ１３４は、グローバル作動コマンドを出力する。作動時間を待った後に、コントローラは、テーブル７スケジュールによってそれぞれ示された強度レベル（すなわち、ＲＩ０、ＧＩ０、ＢＩ０）で、赤ランプ、緑ランプおよび青ランプを照らす。作動時間が、すべてのサブフレーム画像に対して一定であるので、この時を決定するためにスケジュールテーブルストアに対応する時間値を格納する必要はない。時間ＡＴ１では、コントローラ１３４は、光変調器１５０のアレイへ、後のビットプレーンＲ２をロードし始める。それは、スケジュールテーブルによれば、記憶場所Ｍ１で始まって格納される。ビットプレーンＲ２に対応するサブフレーム画像および後のビットプレーンＲ１に対応するサブフレーム画像は、テーブル７スケジュールによって示されるように、ビットプレーンＲ１に対して強度レベルの同じセットでそれぞれ照らされる。相対的に、記憶場所Ｍ３で始まって格納された最下位ビットプレーンＲ０に対応するサブフレーム画像は、各ランプの強度レベルの半分で照らされる。すなわち、強度レベルＲＩ３、ＧＩ３およびＢＩ３は、強度レベルＲＩ０、ＧＩ０およびＢＩ０のその半分とそれぞれ等しい。その処理は、緑の強度が優位である時間ビットプレーンが表示される時間ＡＴ４から開始し続ける。その後、時間ＡＴ８では、コントローラ１３４は、青の強度が優位であるビットプレーンをロードし始める。
すべてのビットプレーンが、光変調器１５０のアレイにビットプレーンをロードするために、それを行う時間より長い間照らされることになっているので、コントローラ１３４は、後のサブフレーム画像に対応するアドレッシングイベントの終了におけるサブフレーム画像を照らすランプを消滅させる。例えば、ＬＴ０は、ビットプレーンＲ２のロードの終了と一致するＡＴ０の後に一度に生じるようにセットされている。ＬＴ１は、ビットプレーンＲ１のロードの終了と一致するＡＴ１の後に一度に生じるようにセットされている。
図４Ｅのタイミング図のサブフレーム画像内の色ランプの混合は、ディスプレイにおける電力効率の改良に結びつくことができる。色混合は、画像が高い飽和色（saturated colors）を含んでいない場合、特に有用になりえる。
［表示パネル］
図５は、発明の実例となる実施形態による、シャッタベースの空間光変調器５００の断面図である。シャッタベースの空間光変調器５００は、光変調アレイ５０２、光キャビティ５０４および光源５０６を含んでいる。さらに、空間光変調器は、カバープレート５０８を含んでいる。図５に示されるように、光線５１４は、ビューアに変調され放射される前に、光源５０６から生じてもよい。さらに、光線５１８は、ビューアに変調され放射される前に、周囲から生じてもよい。
カバープレート５０８は、機械的および環境被害から光変調アレイ５０２を保護することを含むいくつかの機能を果たす。カバープレート５０８は、ポリカーボネートのような薄い透明プラスチックまたは板ガラスから構成されてもよい。カバープレートは、ブラックマトリクス５１０と呼ばれた、光吸収材料で覆ってパターン化することができる。ブラックマトリクスは、光吸収色素を含む厚膜アクリル樹脂またはビニール樹脂としてカバープレート上に堆積することができる。任意に、個別の層が、設けられてもよい。
ブラックマトリクス５１０は、いくらかまたはすべての入射周辺光５１２を実質的に吸収する。ある実施形態（つまり、反射および半透過モード）では、ブラックマトリクスを通過する周辺光は、光キャビティに入り、ユーザに戻って再利用される。ビューアの近辺からの周辺光は、空間光変調器５００の外部からの光である。図５に示されるように、光は、光源５０６から始まり、ビューアに達する前に、変調アレイ５０２によって変調されてもよい。ある実施形態では、光は、周囲から始まり、空間光変調器５００に再利用され、ビューアに達する前に、変調アレイ５０２によって変調されてもよい。周辺光は、ディスプレイでの任意のピクセルに再利用されてもよい。ある実施形態では、ブラックマトリクス５１０は、空間光変調器５００によって形成された画像のコントラストを増加させる。ブラックマトリクス５１０は、リークまたは時間連続的な方法（leaky or time-continuous fashion）で、放射される可能性がある光キャビティ５０４を回避する光を吸収するために、機能することができる。
一実施形態では、カラーフィルタは、例えば、カバープレート５０８上にアクリルまたはビニール樹脂の形で堆積される。フィルタは、ブラックマトリクス５１０を形成するために使用されるそれに似ている方法で堆積されてもよい。しかし、代わりに、フィルタは、光キャビティ５０４の開アパーチャ光透過領域５１６上にパターン化される。樹脂は、赤、緑、青または他の色素で交互にドープすることができる。
光変調アレイ５０２とカバープレート５０８の間の間隔は、１００ミクロン未満で、１０ミクロン以下でもよい。光変調アレイ５０２およびカバープレート５０８は、好ましくは、これが光変調アレイ５０２の動作を妨げるかもしれないので、ある場合を除いて、所定のポイントで、接触しない。間隔は、高さ２〜２０ミクロンの、リソグラフィで規定されたスペーサまたはポストによって維持することができる。それは、光変調器５０２内の個々の光変調器間に置かれる。または、間隔は、結合した装置の端のまわりに挿入されたシートメタルスペーサによって維持することができる。
図６Ａは、発明の実例となる実施形態による、シャッタアセンブリ１７００の断面図である。シャッタアセンブリ１７００は、シャッタアセンブリ１７００の後ろに位置した光源によって放射された両方の光１７０１および周辺光１７０３からの画像を形成する。シャッタアセンブリ１７００は、金属カラム層１７０２、２つのロウ電極１７０４ａおよび１７０４ｂ、光源１７２２、ボトム反射層１７２４およびシャッタ１７０６を含んでいる。シャッタアセンブリ１７００は、カラム金属層１７０２によってエッチングされたアパーチャ１７０８を含んでいる。カラム金属層１７０２の一部は、約１から約５ミクロンまでの大きさを有し、半透過素子１７１０として役立つためにアパーチャ１７０８の表面に残される。光吸収フィルム１７１２は、シャッタ１７０６の上面をカバーする。
シャッタが、閉位置にある間、光吸収フィルム１７１２は、シャッタ１７０６の上面に影響を与える周辺光１７０３を吸収する。シャッタ１７０６が、図１７に描かれるような開位置にある間、シャッタアセンブリ１７００は、専用の光源１７２２および反射された周辺光１７０３および１７２０から、光１７０１がシャッタアセンブリを通過することを可能にすることにより、画像の形成に寄与する。半透過素子１７１０の小さなサイズは、周辺光１７０３の反射のランダムパターンに多少帰着する。ある実施形態では、周辺光１７２０は、ボトム反射層１７２４で反射し、ユーザへ後ろに放射される前に光キャビティで再利用される。
シャッタアセンブリ１７００は、カバープレート１７１４で覆われている。それは、ブラックマトリクス１７１６を含んでいる。ブラックマトリクスは、光を吸収する。それによって、周辺光１７０３が、覆われていないアパーチャ１７０８または反射層１７２４に反射しなければ、周辺光１７０３が、ビューアに反射するのを実質的に防ぐ。
図６Ｂは、発明の実例となる実施形態による別のシャッタアセンブリ１８００の例の断面図である。シャッタアセンブリ１８００は、金属カラム層１８０２、２つのロウ電極１８０４ａおよび１８０４ｂ、光源１８２２、ボトム反射層１８２４、およびシャッタ１８０６を含んでいる。シャッタアセンブリ１８００は、カラム金属層１８０２を貫通してエッチングされたアパーチャ１８０８を含んでいる。カラム金属層１８０２の少なくとも一部分は、約５から約２０ミクロンの寸法を有し、半透過素子１８１０として機能するために、アパーチャ１８０８の表面に残存する。光吸収フィルム１８１２は、シャッタ１８０６の上面を覆う。シャッタが閉位置にある間、光吸収フィルム１８１２は、シャッタ１８０６の上面に影響を与える周辺光１８０３を吸収する。シャッタ１８０６が開位置にある間、半透過素子１８１０は、ビューアの方へ戻ってアパーチャ１８０８にぶつかる周辺光１８０３の一部を反射する。ある実施形態では、ボトム層１８２４は、ビューアの方へ戻る周辺光１８２０の少なくとも一部を反射する。半透過素子１７１０と比較して、半透過素子１８１０の大きな寸法は、反射モードのより反射性をもたらす。それは、ビューアの後方からの周辺光が、ビューアに実質的に直接反射されるほどのものである。
シャッタアセンブリ１８００は、カバープレート１８１４で覆われている。それは、ブラックマトリクス１８１６を含んでいる。ブラックマトリクスは、光を吸収する。それによって、周辺光１８０３が、覆われていないアパーチャ１８０８に反射しなければ、周辺光１８０３が、ビューアに反射するのを実質的に防ぐ。
図６Ａおよび６Ｂの両方を参照すると、アパーチャ１７０８および１８０８内に位置した半透過素子１７１０および１８１０でさえ、周辺光１７０３および１８０３のある部分は、対応するシャッタアセンブリ１７００および１８００のアパーチャ１７０８および１８０８を通過する。上に記述されるように、シャッタアセンブリ１７００および１８００が、光キャビティおよび光源を有する空間光変調器に組み込まれる場合、アパーチャ１７０８および１８０８を通過する周辺光１７０３および１８０３は、光キャビティに入り、光源によって導かれた光と共に再利用される。いくつかの実施形態では、光キャビティは、反射光キャビティである。別のシャッタアセンブリでは、カラム金属内のアパーチャは、半反射−半透過材料（semi-reflective-semitransmissive material）で少なくとも部分的に満たされる。
図６Ｃは、発明の実例となる実施形態によるシャッタアセンブリ１９００の断面図である。シャッタアセンブリ１９００は、反射光変調アレイ内で使用することができる。シャッタアセンブリ１９００は、周辺光１９０２を裏反射層１９２４からビューアへ反射する。ある実施形態では、光１９０２は、ビューアに放射される前に、光キャビティで再利用されてもよい。したがって、空間光変調器内のシャッタアセンブリアレイ１９００の使用は、反射モードの場合、コントローラが照射されていない光源１９２２を維持することを可能にする。シャッタアセンブリ１９００は、裏面反射層１９１６を含んでいる。
少なくともシャッタ１９０４の前面を含むシャッタアセンブリ１９００の最前層は、光吸収フィルム１９０８に覆われる。したがって、シャッタ１９０４が閉まっている場合、シャッタアセンブリ１９００に影響を与える光１９０２は、吸収される。シャッタ１９０４が開いている場合、反射シャッタアセンブリ１９００に影響を与える光１９０２の少なくともごく少量が、ビューアの方へ露出した反射層１９２４から後ろに反射する。交代として、裏反射層１９２４は、吸収フィルム覆われることができ、その一方、シャッタ１９０８の前面は、反射フィルムで覆われることができる。この方法では、光は、シャッタが閉まっている場合に限り、ビューアに反射される。
上に記述された他のシャッタアセンブリおよび光変調器のように、シャッタアセンブリ１９００は、それに適用したブラックマトリクス１９１２を有するカバープレート１９１０で覆われることができる。ブラックマトリクス１９１２は、シャッタの開位置に対向しないカバープレート１９１０の部分を覆う。
図６Ａ−６Ｃのシャッタアセンブリの各々は、透過モード、反射モード、半透過モードで操作されることができる。さらに、図６Ａ−６Ｃで描かれたシャッタアセンブリを含むディスプレイ装置は、それがここに記述されるような適切なコントローラを含んでいる場合、特に、反射モードで、光変調中に内部光源のオフまたは非照射を維持することを含む、内部光源の強度を調整することによって、１つ以上の半透過モード、透過モードおよび反射モードの操作間を移行してもよい。
さらに、図６Ａ−６Ｃに関して記述された光変調器の例は、光変調器が構築される基板の後方の個別の光導波路で構築することができる。または、光変調器がカバープレートにつながれる場合、それらは、ＭＥＭＳダウン構成（MEMS down configuration）に構築することができる（例えば、ＭＥＭＳダウン構成のための図７を参照）。
図７（下記に述べられた）と同様、図６Ａ−６Ｃで示されるシャッタアセンブリの例の各々では、同じ光変調器は、内部光源からの光のように周囲からの光の両方を変調する。したがって、同じデータ配線は、周囲からの光および内部光源によって発生した光の両方の変調を制御するために使用されてもよい。
シャッタアセンブリ１７００、１８００および１９００（それらは、光の再利用のために光キャビティを含んでいる）は、反射光から形成されたハイコントラスト画像を提供する。いくつかの実施形態では、低出力反射ディスプレイは、ディスプレイアセンブリから光源１７２２、１８２２および１９２２を完全に除去することによって、提供することができる。
図７は、発明の実例となる実施形態による、光検出器を含むディスプレイアセンブリ７００の断面図である。ディスプレイアセンブリ７００は、光導波路７１６、反射性アパーチャ層７２４および一組のシャッタアセンブリ７０２を特徴とする。それらのすべては、個別の基板上に構築される。図７では、シャッタアセンブリ７０２は、反射性アパーチャ層７２４の向かい側に、それらに直接面するように位置する。
図７では、光検出器のポジショニングの３つの例が示される。光検出器７３８は、反射性アパーチャ層７２４の反対側に直接面する基板７０４上に構築される。光検出器７４２は、アセンブリブラケット７３４に取り付けられている（別の実施形態では、光検出器は、基板７０４の前面、つまりビューアと向かい合う側に置くことができる。）。光検出器７４２は、光導波路７１６に近い位置でアセンブリブラケットに置くことができる。または、それは、ディスプレイの前面の近くのアセンブリブラケット７３４に置くことができる。光検出器７４２は、アセンブリブラケット７３４の外部の表面に置くことができる。その場合には、それは、周囲からの強い信号であるが、恐らくランプ７１８からのゼロ信号を受け取る。ある実施形態では、光検出器７４２は、周囲からの光およびランプ７１８からの光の両方を受け取るように置かれる。光検出器７４４は、光導波路７１６に取り付けられている。この位置では、光検出器７４４は、ランプ７１８からの強い信号を受け取るが、まだ、周囲のからの光を間接的に測定する。光検出器７４４は、光導波路７１６のプラスチック材料内に直接成型することができる。周辺光は、開位置にあるシャッタアセンブリ７０２および反射性アパーチャ層７２４内のアパーチャ７０８を通過した後に、光導波路７１６に達することができる。周辺光は、散乱センサ（scattering center）７１７および／または前面反射層７２０の散乱オフ（scattering off）の後、光検出器７４４に衝突するように、光導波路の全体にわたって散乱することができる。周辺光に対する信号の強さは、光導波路７１６に取り付けられた光検出器のために減少されるが、そのようなセンサは、屋内と屋外の間または昼間と夜間の間の差のような、周囲から光強度への変更の測定で、有効になりえるだろう。
図７の光検出器７３８は、反射性アパーチャ層７２４と向かい合って直接面する基板７０４側に、光変調器基板７０４上に直接構築される。（別の実施形態では、光検出器は、基板７０４の前面に、つまりビューアに面する側に置くことができる。）光検出器７３８は、基板７０４に適所に半田付けされる個別部品でもよい。光検出器７３８は、基板７０４上に堆積されてパターン化された薄膜配線を使用してもよい、または、それは、それ自身の配線ハーネス（wiring harness）を含んでもよい。もし個別部品としてマウントされれば、光検出器７３８は、２方向（つまり、光導波路７１６からの光、または、周囲（つまりビューア方向）からの光）からセンサの活性領域に光が入ることができるように、パッケージにすることができる。代わりに、光検出器７３８は、シャッタアセンブリ７０２と共に使用されるような同様の処理を使用して、基板７０４上に同時に形成される薄膜部品から形成することができる。一実施形態では、光検出器７３８は、光変調器基板７０４上に形成されたアクティブマトリクス制御マトリクス内で使用された薄膜トランジスタに使用されたそれに似ている構造から形成することができる。つまり、それは、アモルファスまたは多結晶シリコンのいずれかから形成することができる。アモルファスシリコンのような薄膜を利用する適切な光検出器は、例えば広域Ｘ線イメージャ（wide-area x-ray imager）での使用に対して、当技術で知られている。
光検出器７３８、７４２および７４４は、それらが可視スペクトル中のすべての光に反応し易いことを意味して、広帯域光検出器になりえる。または、それらは、狭帯域光検出器になりえる。狭帯域センサは、その感度が、例えば、赤、緑、または青の波長で、スペクトル中のわずかな波長だけでピークに達するように、例えば、光検出器の前にカラーフィルタを置くことにより、作成することができる。一実施形態では、光検出器７３８、７４２、または７４４は、３つ以上の光検出器のグループを表わすことができる。各センサは、ランプ７１８のうちの１つのスペクトルに適切な波長に合わせられた狭帯域センサである。別の狭帯域センサは、センサ７３８、７４２または７４４のグループ内で提供することができる。感度帯域は、波長に対応して選択され、任意のランプ７１８からの波長に対して比較的感度が悪い。それは、一般的な周囲の照明を示す。例えば、それは、５７０ｎｍ近くの主として黄色の放射線に反応し易い。下記に述べられた好ましい実施形態では、単一の広帯域センサだけが使用され、フィールドシーケンシャルディスプレイからのタイミング信号は、様々なランプ７１８からの光または周囲からの光の間でセンサが認識するのを支援するために使用される。
図７中のシャッタアセンブリ７０２は、基板面に水平に移動するシャッタ７５０を含んでいる。他の実施形態では、シャッタは、基板に交わる面で回転または移動することができる。他の実施形態では、１ペアの流体（fluid）は、シャッタアセンブリ７０２と同じ位置に配置することができる。ここで、それらは、エレクトロウェッティング変調器として機能することができる。他の実施形態では、抑制された減衰全反射（frustrated total internal reflection）のためのメカニズムを提供する一連の光タップは、シャッタアセンブリ７０２の代わりに利用することができる。
シャッタアセンブリ７０２と反射性アパーチャ層７２４の間の垂直の距離は、約０．５ｍｍ未満である。別の実施形態では、シャッタアセンブリ７０２と反射性アパーチャ層７２４の間の距離は、０．５ｍｍ以上であるが、ディスプレイピッチよりさらに小さい。ディスプレイピッチは、ピクセルの間の距離（測定された中心から中心）として定義され、多くの場合に、裏面向き反射層７２４中のアパーチャ７０８の間の距離として設定される。シャッタアセンブリ７０２と反射性アパーチャ層７２４の間の距離が、ディスプレイ未満である場合、アパーチャ７０８を通過する光のより大部分は、それらの対応するシャッタアセンブリ７０２および１つ以上の光検出器７３８、７４２、７４４によって遮られるだろう。
ディスプレイアセンブリ７００は、１つ以上のランプ７１８によって照らされる光導波路７１６を含んでいる。ランプ７１８は、限定されず、例えば、白熱灯、ランプ、蛍光灯、レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）である。一実施形態では、ランプ７１８は、様々な色のＬＥＤ（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤ）を含んでいる。それは、フィールドシーケンシャルカラーをインプリメントするために交互に照らされてもよい。
レッド、グリーンおよびブルーに加えて、有色のランプ５１８のいくつかの４色コンビネーションは、例えば、レッド、グリーン、ブルー及びホワイトのコンビネーション、または、レッド、グリーン、ブルーおよびイエローのコンビネーションが可能である。いくつかのランプコンビネーションは、再生可能な色空間または色域を拡張するために選ばれる。拡張した色域を備えた有用な４色のランプコンビネーションは、レッド、ブルー、トゥルーグリーン（約５２０ｎｍ）およびパロットグリーン（約５５０ｎｍ）である。色域を拡張する１つの５色コンビネーションは、レッド、グリーン、ブルー、シアンおよびイエローである。有名なＹＩＱ色空間への５色のランプコンビネーションアナログは、ホワイト、オレンジ、ブルー、パープルおよびグリーンカラーのランプで設定することができる。有名なＹＵＶ色空間への５色のランプコンビネーションアナログは、ホワイト、ブルー、イエロー、レッドおよびシアンカラーのランプで設定することができる。他のランプコンビネーションは、可能である。例えば、有用な６色空間は、レッド、グリーン、ブルー、シアン、マゼンタおよびイエローカラーのランプで設定することができる。代替のコンビネーションは、ホワイト、シアン、マゼンタ、イエロー、オレンジおよびグリーンである。８以下または８以上の異なる色のランプのコンビネーションは、上にリストされた色を用いて使用されてもよく、または、そのスペクトルが上にリストされた色の間に位置する代替の色を使用してもよい。
ランプアセンブリは、角度の所定の範囲内の光導波路へランプからの光円錐（cone of light）を導くために、反射板またはコリメータ７１９を含んでいる。光導波路は、光導波路からのおよびディスプレイの垂直軸またはＺ軸に沿って再直接光に貢献する一組の幾何学的な抽出構造またはデフレクタ７１７を含んでいる。デフレクタ７１７の密度は、ランプ７１８からの距離に応じて変わる。
ディスプレイアセンブリ７００は、前面向き反射層７２０を含んでいる。それは、光導波路７１６の後ろに位置する。ディスプレイアセンブリ７００では、前面向き反射層７２０は、光導波路７１６の背面上に直接置かれる。他の実施形態で、バック反射層７２０は、エアギャップによって光導波路から分けられる。バック反射層７２０は、反射性アパーチャ層７２４のそれと実質的に平行な面に合わされる。
アパーチャプレート７２２は、光導波路７１６とシャッタアセンブリ７０２の間に置かれる。反射性アパーチャまたは裏面向き反射層７２４は、アパーチャプレート７２２の上面に配置される。反射層７２４は、複数の表面アパーチャ７０８を定義する。そのそれぞれは、シャッタアセンブリ７０２のシャッタ７５０のうちの１つの閉位置の下に直接位置する。
光キャビティは、裏面向き反射層７２４と前面向き反射層７２０の間の光の反射によって形成される。ランプ７１８からの光は、アパーチャ７０８を通って光キャビティからシャッタアセンブリ７０２へ逃げてもよい。それは、画像を形成するために、シャッタ７５０を使用して、光を選択的に遮断するように制御される。アパーチャ７０８を通って逃げない光は、再利用のために反射層７２４によって光導波路７１６に返される。同様の反射光キャビティは、シャッタアセンブリ１７００における反射層１７０２と１７２４の間に形成される。同様の光キャビティは、シャッタアセンブリ１８００における反射層１８０２と１８２４の間に形成される。同様の光キャビティは、シャッタアセンブリ１９００における反射層１９１６と１９２４の間に形成される。反射層７２０と７２４の間に形成されたそれに似ている光キャビティも、光キャビティ５０４を備えた使用のために使用することができる。
光拡散フィルム７３２およびプリズムフィルム７５４は、光導波路７１６とシャッタアセンブリ７０２の間に置かれる。これらのフィルムの両方は、周辺光を含む光の方向をランダム化するのを支援する。それが、アパーチャ７０８のうちの１つを通って放射される前に、それは、光キャビティ内で再利用される。プリズムフィルム７５４は、裏面向きプリズムフィルムの例である。代替の実施形態では、前面向きプリズムフィルムは、この目的のため、または、裏面向きおよび前面向きプリズムフィルムのコンビネーションのために使用されてもよい。フィルム７５４の目的で有用なプリズムフィルムは、ブライトネスエンハンスフィルム（brightness enhancing film）またはオプティカルターニングフィルム（optical turning film）と時々呼ばれる。
アパーチャ７０８を通過する光は、さらに１つ以上の光検出器７３８、７４２、７４４にぶつかってもよい。それは、画像および色品質を維持する目的のために、光の明るさまたは強度を測定する。光検出器７３８、７４２、７４４は、ランプ照明レベルおよび／またはシャッタ変調を適応させる目的のために、光変調器基板７０４を通ってそれに達する周辺光を検知するように配置されてもよい。いくつかの実施形態では、より明るい周辺光は、より明るい画像がディスプレイ装置７００によって表示されることを要求し、したがって、ランプ７１８に印加される大きな駆動電流または電圧を要求する。いくつかの実施形態では、周辺光は、画像の明るさに寄与するために、反射モードまたは半透過モードで変調してもよい。この場合、ランプ７１８に印加された駆動電流および電圧を減少でき、節電することができる。
アパーチャプレート７２２は、例えばガラスまたはプラスチックから形成することができる。裏面向き反射層７２４を形成するために、金属層または薄膜が、アパーチャプレート７２２上に堆積されてもよい。適切な高反射金属層は、スパッタリング、蒸発、イオンメッキ、レーザ切断または化学気相蒸着を含む多くの蒸着技術によって形成されたわずかな介在物のないまたはその介在物を備えたきめの細かい金属膜を含んでいる。この反射性アプリケーションに有効な金属は、これらに限定されず、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｍｏおよび／またはこれらの合金を含んでいる。堆積の後、金属層は、アパーチャアレイ７０８を規定するために、微細加工技術で知られている多数のフォトリソグラフィとエッチング技術のどれによってもパターン化することができる。
別の実施形態では、裏面向き反射層７２４は、誘電体ミラーのようなミラーから形成することができる。誘電体ミラーは、高い屈折率と低い屈折率の材料を交互にする誘電体薄膜の積層として作製される。入射光の一部は、屈折率が変化する各インターフェースから反射される。波長のある固定された分数または倍数に誘電体層の厚さを制御することによって、および多数（ある場合には６を超える）の並列の誘電体インターフェースからの反射を加えることによって、９８％を超える反射率を有するネット（net）反射面を生成することが可能である。ハイブリッド反射器は、金属反射層を組み合わせて１つ以上の誘電体層を含んで、使用することができる。
上に記述された技術は、反射層７２４の形成のために、反射層２８６、１７０２、１８０２または１９１６の形成に適用することができる。
基板７０４は、ディスプレイアセンブリ７００の前面を形成する。基板７０４上に配置された低反射率膜７０６は、シャッタアセンブリ７０２と基板７０４の間に位置した複数の表面アパーチャ７３０を規定する。膜７０６用に選ばれた材料は、周辺光の反射を最小化し、したがって、ディスプレイのコントラストを増加させることを目的としている。いくつかの実施形態では、膜７０６は、ＷまたはＷ−Ｔｉ合金のような低反射率金属から成る。他の実施形態では、膜７０６は、光吸収材料、または、入射光線の２０％未満を反射するように設計された誘電体膜の積層で作られている。さらに、低反射率膜および／または薄膜のシーケンスは、米国特許出願第１２／９８５，１９６号明細書に記述される。それは、参照によってここに組み込まれる。
追加の光学フィルムは、基板７０４の外部の表面に、つまり、ビューアに近い表面に、置くことができる。例えば、この外部の表面上の円偏光子または薄膜ノッチフィルタ（それらは、ランプ７１８の波長内の光の通過を許容する）の介在物は、ディスプレイの輝度を下げる別のやり方なしで、周辺光の反射率を減少させることができる。
シートメタルまたは成型プラスチックアセンブリブラケット７３４は、アパーチャプレート７２２、シャッタアセンブリ７０２、基板７０４、光導波路７１６および他の構成部品をエッジのまわりに一緒に保持する。アセンブリブラケット７３２は、結合されたディスプレイアセンブリ７００に剛性を増すために、ねじまたはインデントタブで固定される。いくつかの実施形態では、光源７１８は、エポキシポッティング化合物によって適所に成型される。
アセンブリブラケットは、光導波路７１６およびアパーチャプレート７２２のエッジまたは側面に接近して位置した側面向き反射膜７３６を含んでいる。これらの反射膜は、光導波路またはアパーチャプレートのいずれかの側面から光キャビティへ戻って放射されるあらゆる光を返すことにより、光キャビティの光漏れを低減する。光導波路の側面と側面向き反射膜の間の距離は、好ましくは、約０．５ｍｍ未満であり、より好ましくは、約０．１ｍｍ未満である。
熱センサまたは光検出器（例えば、光検出器７３８、７４２および７４４）のようなセンサからの情報は、ランプの照明および／またはシャッタ変調の制御のために、コントローラに送信される。その結果、画質を維持するために（例えば、表示された画像の明るさを変えることによって、または、色品質を改善するために色のバランスを変更することによって）、閉ループフィードバックまたは開ループ制御のいずれかを実施する。
図７に関して、示されたディスプレイアセンブリの例に加えて、ある実施形態では、図６Ａおよび６Ｂに関して記述された半透過素子は、図７のアパーチャに加えることができ、トランスフレクタンス（transflectance）を増加させる。
［表示モード］
図８は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイで使用するために、図１Ｂのコントローラ１３４のようなコントローラのブロック図である。コントローラ１０００は、入力処理モジュール１００３、メモリ制御モジュール１００４、フレームバッファ１００５、タイミング制御モジュール１００６、プリセットイメージングモードセレクタ１００７および複数のユニークなプリセットイメージングモードストア１００９、１０１０、１０１１および１０１２を含み、それぞれのプリセットイメージングモードをインプリメントするのに十分なデータを各々含んでいる。コントローラは、様々なプリセットイメージングモード間で切り替わるためのプリセットモードセレクタに応答するスイッチ１００８を含んでいる。いくつかの実施形態では、部品は、回路基板、ケーブルまたは他の電気配線によって共に接続される別個のチップまたは回路として提供されてもよい。他の実施形態では、これらの部品のいくつかは、それらの境界が機能による場合以外はほとんど区別ができない単一の半導体チップと共に設計することができる。
コントローラ１０００は、ホストデバイス１２０からのホスト制御データ１００２と同様に外部電源から画像信号１００１を受け取り、それが組み入れられるディスプレイ１２８のランプおよび光変調器を制御するためのデータおよび制御信号の両方を出力する。
入力処理モジュール１００３は、画像信号１００１を受け取り、光変調器アレイ１００によって表示するのに適したフォーマットへ、ここでコード化されたデータを処理する。入力処理モジュール１００３は、各画像フレームをコード化するデータを取り、それを一連のサブフレームデータセットに変換する。様々な実施形態では、入力処理モジュール１００３は、画像信号を、非コード化サブフレームデータセット、３つのコード化サブフレームデータセットまたはコード化サブフレームデータセットの他の形式に変換してもよい。好ましくは、入力処理モジュールは、画像信号を、ビットプレーンに変換する。さらに、いくつかの実施形態では、図１０に関してさらに下に記述した、コンテンツプロバイダおよび／またはホストデバイスは、コントローラ１０００によるプリセットイメージングモードの選択に影響を及ぼすため、追加情報を画像信号１００１へコード化する。そのような追加のデータは、時々メタデータを指す。そのような実施形態では、入力処理モジュール１００３は、処理用のプリセットイメージングモードセレクタ１００７へのこの追加情報を確認し、抽出し、転送する。
入力処理モジュール１００３は、さらにメモリ制御モジュール１００４にサブフレームデータセットを出力する。その後、メモリ制御モジュールは、フレームバッファ１００５にサブフレームデータセットを格納する。フレームバッファは、発明の範囲から逸脱することなく、他のタイプのシリアルメモリを使用することができるが、好ましくはランダムアクセスメモリである。一実施形態では、メモリ制御モジュール１００４、サブフレームデータセットのコード体系の色および重要性に基づいて、所定の記憶場所にサブフレームデータセットを格納する。他の実施形態では、メモリ制御モジュールは、ダイナミックに決定した記憶場所にサブフレームデータセットを格納し、後の識別のためにルックアップ表内にその場所を格納する。ある特定の実施形態では、フレームバッファ１００５は、ビットプレーンの記憶装置用に形成される。
さらに、メモリ制御モジュール１００４は、タイミング制御モジュール１００６からの命令で、フレームバッファ１００５からサブ画像データセットを検索し、データドライバ１３２にそれらを出力することに関与する。データドライバは、光変調器アレイ１００の光変調器にメモリ制御モジュールによるデータ出力をロードする。メモリ制御モジュールは、一度に１つのロウで、サブ画像データセット内のデータを出力する。一実施形態では、フレームバッファは、２つのバッファを含んでいる。その役割は、交替する。メモリ制御モジュールは、１つのバッファ内の新しい画像フレームに対応する新しく生成されたビットプレーンを格納するが、それは、出力用の別のバッファから光変調器アレイまでの前に受信した画像フレームに対応するビットプレーンを抽出する。両方のバッファメモリは、アドレスによってのみ識別されて、同じ回路内に存在することができる。
プリセットイメージングモードの各々のためのディスプレイモジュールの動作を定義するデータは、プリセットイメージングモードストア１００９、１０１０、１０１１および１０１２に格納される。例えば、透過モード、反射モードおよび半透過モードのうちの１つのディスプレイを操作するためのデータが、格納されてもよい。具体的には、一実施形態では、データは、スケジューリングテーブルの形式をとる。上に記述されるように、スケジューリングテーブルは、ランプが照らされ消される場合と同様に、データが光変調器にロードされる時間を命令する別個のタイミング値を含んでいる。ある実施形態では、プリセットイメージングモードストア１００９−１０１２は、ランプの明るさを制御するために、電圧および／または電流の値を格納する。全体的には、プリセットイメージングモードストアの各々に格納された情報は、別個のイメージングアルゴリズム間、例えば、内部ランプ、フレームレート、ランプ明るさ、ホワイトポイントの色温度、画像内で使用されるビットレベル、ガンマ補正、解像度、色域、達成可能なグレイスケールの精度、または表示された色の彩度によって生成された光および／または周辺光の変調のプロパティにおいて異なる表示モード間、の選択を提供する。したがって、多数のプリセットモードテーブルの記憶装置は、画像を表示する方法の柔軟性を提供する。その柔軟性は、ポータブルエレクトロニクスでの使用で節電するための方法を提供する場合、特に有利である。いくつかの実施形態では、プリセットイメージングモードの各々のためのディスプレイモジュールの動作を定義するデータは、例えば、対応するＩＣ会社によって、または、家電ＯＥＭによって、ベースバンド、メディアまたはアプリケーションプロセッサに組み込まれる。
図８に描かれていない別の実施形態では、メモリ（例えばランダムアクセスメモリ）は、所定の画像のために各色のレベルを一般的に格納するために使用される。この画像データは、所定の量の画像フレームまたは経過タイムのために集めることができる。ヒストグラムは、画像内のデータの分配のコンパクトな要約を提供する。この情報は、プリセットイメージングモードを選択するために、プリセットイメージングモードセレクタ１００７によって使用することができる。これは、コントローラ１０００が、前の画像からの情報に基づいて、将来のイメージングモードを選択することを可能にする。
図９は、発明の実例となる実施形態による、図８のコントローラのような直視型ディスプレイによる使用に適した画像１１００を表示する処理のフローチャートである。ディスプレイ処理１１００は、動作モードを選択するために、モード選択データ、つまり、プリセットイメージングモードセレクタ１００７によって使用されたデータの受信から始まる（ステップ１１０２）。例えば、様々な実施形態では、モード選択データは、これらに限定されることなく、次のタイプのデータの１つ以上を含んでいる：コンテンツタイプ識別子、ホストモード動作識別子、環境センサ出力データ、ユーザ入力データ、ホスト命令データ、および電源レベルデータ。コンテンツタイプ識別子は、表示されている画像のタイプを識別する。実例となる画像タイプは、テキスト、画像、ビデオ、ウェブページ、コンピュータアニメーションまたは画像を生成するソフトウェアアプリケーションの識別子を含んでいる。ホストモード動作識別子は、ホストの動作モードを識別する。そのようなモードは、コントローラが組み込まれたホストデバイスのタイプによって異なるだろう。例えば、携帯電話に対して、透過モード、反射モード、半透過モード、実例となる動作モードは、電話モード、カメラモード、スタンバイモード、テキストモード、ウェブブラウジングモード、ｅ−リーダモード、ドキュメント編集モードおよびビデオモードを含んでいる。環境センサデータは、光検出器および熱センサのようなセンサからの信号を含んでいる。例えば、環境データは、周辺光と温度のレベルを示す。ユーザ入力データは、ホストデバイスのユーザによって提供される命令を含んでいる。このデータは、ソフトウェアへプログラムされてもよいし、または、ハードウェア（例えば、スイッチまたはダイヤル）で制御されてもよい。ホスト命令データは、「シャットダウン」または「電源オン」信号のような、ホストデバイスからの複数の命令を含んでもよい。電源レベルデータは、ホストプロセッサによって通信され、ホストの電源内の残りの電力量を示す。
これらのデータ入力に基づいて、プリセットイメージングモードセレクタ１００７は、適切なプリセットイメージングモードを決定する（ステップ１１０４）。例えば、選択は、プリセットイメージングモードストア１００９−１０１２で格納されたプリセットイメージングモード間でなされる。プリセットイメージングモードの選択が、プリセットイメージングモードセレクタによってなされる場合、それは、表示される画像のタイプ（例えば、（テキスト画像のような）コントラストレベルの限られた数だけ必要とする画像に対して、グレイスケールコントラストの細かいレベルを要求するビデオまたは画像）に応じて作ることができる。イメージングモードの選択に影響を及ぼすかもしれない別の要因は、装置の周囲の照明かもしれない。例えば、屋外に対して屋内またはオフィス環境で見る場合、一つは、ディスプレイ用の１つの明るさを好むかもしれない。ここで、ディスプレイは、明るい日光の環境に匹敵するに違いない。より明るいディスプレイは、直射日光の周囲で見える可能性が高いが、より明るいディスプレイは、大量の電力を消費する。プリセットモードセレクタは、周辺光に基づいてプリセットイメージングモードを選択する場合、組み込まれた光検出器を通ってそれが受信する信号に応じて決定することができる。例えば、高い周辺光の領域では、ディスプレイ装置のコントローラは、内部ランプがターンオフする反射モードに移行してもよい。また、周辺光は、画像を形成するために変調される。いくつかの実施形態では、内部光源からの光および周辺光の両方が変調される場合、ディスプレイ装置のコントローラは、半透過モードに移行してもよい。ある半透過モードにおいて、周辺光が、合計の照明レベルに寄与するので、透過モードと比較する場合、光源の強度は、減少する。別の半透過モードにおいて、光源の強度は、色の差異および／またはコントラストを改善するために、増してもよい。ある実施形態では、内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含んでいる。いくつかの状況で、コントローラは、検出された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、検出された周辺光の少なくとも１色成分の測定に基づいて、第１および第２の光源の少なくとも１つの強度を調整する。例えば、周囲が、他の色成分に関連のある青い光の高い割合を含んでいる場合、ディスプレイアセンブリでの青い光源の強度は、他の色光源と比べて調整される。半透過動作モードの一実施形態では、画像を形成するために使用される光の３０％以上は、周囲のものからもたらされる。半透過動作モードの別の実施形態では、画像を形成するために使用される光の５０％以上または６０％以上は、周囲のものからもたらされる。イメージングモードの選択に影響を及ぼすかもしれない別の要因は、ディスプレイが組み込まれる装置に電力を供給するバッテリ内の蓄積エネルギーのレベルかもしれない。それらの記憶容量の限界近くのバッテリとして、バッテリの寿命を伸ばすために（例えば、単色の反射モード、または、光源を照らすために、より少ない電力を使用する半透過モードに）、より少ない電力消費のイメージングモードに切り変えることは望ましいかもしれない。
選択ステップ１１０４は、機械的な中継によって遂行することができる。それは、４つのプリセット画像モードストア１００９−１０１２のうちの１つへのタイミング制御モジュール１００６内の参照を変更する。代わりに、選択ステップ１１０４は、プリセット画像モードストア１００９−１０１２のうちの１つの位置を示すアドレスコードの受取によって遂行することができる。タイミング制御モジュール１００６は、プリセットイメージングモード用のメモリ内の正確な位置を示すために、スイッチ制御１００８を通じて受け取られるように、選択アドレスを利用する。
処理１１００は、画像フレームに対するデータの受信を継続する（ステップ１１０６）。データは、入力ライン１００１による入力処理モジュール１００３によって受け取られる。その後、入力処理モジュールは、複数のサブフレームデータセット（例えば、ビットプレーン）を生成し、フレームバッファ１００５にそれらを格納する（ステップ１１０８）。いくつかの実施形態では、生成されたビットプレーンの数は、選択されたモードに依存する。さらに、各ビットプレーンの内容も、選択されたモードに一部基づいてもよい。ステップ１１１０では、サブフレームデータセットの格納の後、タイミング制御モジュール１００６は、それらの適切な順で、プリセットイメージングモードストアに格納されたタイミングと強度の値によって、サブフレームデータセットの各々を表示し始める。
処理１１００は、決定ブロック１１１２に基づいて繰り返される。例えば、一実施形態では、コントローラは、ホストプロセッサから受け取られた画像フレームの処理１１００を実行する。処理が決定ブロック１１１２に達する場合、ホストプロセッサからの命令は、画像モードを変更する必要がないことを示す。その後、処理１１００は、ステップ１１０６で、後の画像データの受信を続ける。別の実施形態では、処理が決定ブロック１１１２に達する場合、ホストプロセッサからの命令は、画像モードが異なるプリセットモードに変わる必要があることを示す。その後、処理１１００は、新しいプリセットイメージングモード選択データを受け取ることにより、ステップ１１０２で再び開始される。表示される各画像フレームが、同じ選択されたプリセット画像モードテーブルによって管理される場合、ステップ１１１０のサブフレームデータセットのディスプレイを通じてステップ１１０６における画像データを受け取るシーケンスは、何度も繰り返すことができる。イメージングモードを変更する命令が、決定ブロック１１１２で受け取られるまで、この処理は継続することができる。別の実施形態では、決定ブロック１１１２は、周期的な原則（例えば、１０フレーム、３０フレーム、６０フレーム、９０フレームごと）でのみ実行されてもよい。または、別の実施形態では、処理は、入力処理モジュール１００３または画像モードセレクタ１００７の一方または他方から生じる割り込み信号の受信の後にだけ、ステップ１１０２で再び開始する。例えば、ホストデバイスが、アプリケーション間で、または、環境センサのうちの１つによるデータ出力の本質的な変更の後に、変更を加える場合は、常に、割り込み信号は、生成されてもよい。
図１０は、コントローラ１０００が入力画像データの内容に基づいてディスプレイ特性を適応させることができるディスプレイ方法１２００を描く。図１０および１２を参照して、ディスプレイ方法１２００は、ステップ１２０２で、画像フレーム用のデータの受信から開始する。データは、入力ライン１００１を介して入力処理モジュール１００３によって受信される。ある場合においては、ステップ１２０４では、入力処理モジュールは、コンテンツタイプの表示を探すために、入力画像の内容を分析する。例えば、ステップ１２０４では、入力処理モジュールは、画像信号がテキスト、ビデオ、画像、またはウェブコンテンツを含むかどうか判断する。表示に基づいて、プリセットイメージングモードセレクタ１００７は、ステップ１２０６で、適切なプリセットモードを決定する。例えば、画像信号が、白黒ディスプレイだけを要求する場合、コントローラは、周辺光を変調し、ビューアへの単カラー画像を放射する反射モードに移行してもよい。これは、バックライトの照明を要求しない画像のためのバッテリ電力消費量を減少させる効果がある。
別の実施形態では、入力処理モジュール１００３によって受信された画像信号１００１は、プリセット表示モードの選択に対するコーデックによってエンコードされたヘッダーデータを含んでいる。エンコードされたデータは、入力を規定するユーザ、コンテンツタイプ、画像タイプ、または使用される特定の表示モードを示す識別子を含む多数のデータフィールドを含んでもよい。ステップ１２０４では、画像処理モジュール１００３は、エンコードされたデータを認識し、プリセットイメージングモードセレクタ１００７へ情報を送る。プリセットモードセレクタは、コーデックのデータの１つまたは多数のセットに基づいて、適切なプリセットモードを選ぶ（ステップ１２０６）。ヘッダー内のデータは、あるプリセットモードを使用すべきである場合に関係する情報を含んでいてもよい。例えば、ヘッダーデータは、プリセットモードが、フレームのある数の後に、フレームごとの原理で更新されること、または、プリセットモードが、情報が別の方法を示すまで、永久に継続すべきことを示す。
ステップ１２０８では、入力処理モジュール１００３は、データからプリセットイメージングモード（例えば、ビットプレーン）に基づいて、複数のサブフレームデータセットを生成し、フレームバッファ１００５にビットプレーンを格納する。完全な画像フレームが、受信され、フレームバッファ１００５に格納された後、方法１２００は、ステップ１２１０に移る。最後に、ステップ１２１０では、シーケンスタイミング制御モジュール１００６は、プリセットイメージングモードストアの内に含まれていた命令を判断し、プリセット画像モード内に再プログラムされた、命令のパラメータおよびタイミング値によるドライバに信号を送る。
その後、方法１２００は、画像データの後のフレームの受信を繰り返し続ける。画像データの受信処理（ステップ１２１０）および表示処理（ステップ１２０２）は、新しいサブフレームデータセットが分析され、並列バッファメモリへ格納されると同時に、プリセットイメージングモードによる１つのバッファメモリのデータから表示されている１つの画像と共に、並列して行われてもよい。表示される各画像フレームが、プリセットイメージングモードによって管理される場合、ステップ１２１０のサブフレームデータセットのディスプレイを通じてステップ１２０２で画像データを受け取るシーケンスは、永久に繰り返すことができる。
ステップ１２０４で集められたデータに応じて適切なプリセットイメージングモードを選ぶことにより、方法１２００がどのように電力消費量を低減することができるかについて、いくつかの例を考慮することは有益である。これらの例は、適応性のあるパワースキームと呼ばれる。
［例１］
処理は、映像または写真画像とは対照的に、テキストまたはシンボルがプラスされたテキストで画像がもっぱら構成されるかどうか判断する入力処理モジュール１００３内で提供される。プリセットイメージングモードセレクタは、プリセットモードをそれに応じて選択することができる。テキスト画像（特に、ブラックテキスト画像およびホワイトテキスト画像）をビデオ画像と同じくらい頻繁にリフレッシュする必要がなく、一般的に、異なる色またはグレーシェイド（gray shade）の限られた数だけを要求する。したがって、適切なプリセットイメージングモードは、各画像フレームに対して表示されるサブ画像の数と同様に両方のフレーム比を調整することができる。テキスト画像は、写真画像よりディスプレイ処理での少量のサブ画像を要求する。
［例２］
プリセットイメージングモードセレクタ１００７は、あるモードを選択するため、ホストプロセッサ１２２から直接命令を受け取る。例えば、ホストプロセッサは、「半透過モードを使用する」ようにプリセットイメージングモードセレクタに直接命じてもよい。
［例３］
プリセットイメージングモードセレクタ１００７は、低レベルの周辺光を示すフォトセンサからデータを受け取る。低レベルの周辺光でディスプレイを見るほうが容易であるので、プリセットイメージングモードセレクタは、低い光環境で電力を節約するために、「薄暗いランプ」のプリセットモードで「透過モード」を選ぶことができる。
［例４］
特定のプリセットモードは、ホストの動作モードに基づいて、選択することができる。例えば、ホストからの信号は、それが、通話モード、ピクチャービューモード、ビデオモード、または、スタンバイ状態である場合、表示するだろう。プリセットモードセレクタは、ホストの現状に適合させるように、最良のプリセットモードを決めるだろう。より具体的には、異なるプリセットモードは、テキスト、ビデオ、アイコンまたはウェブページの表示のために使用してもよい。
図１１は、発明の実例となる実施形態による、直視型ディスプレイで使用するための、図１Ｂのコントローラ１３４のようなコントローラのブロック図である。コントローラ１３００は、入力処理モジュール１３０６、メモリ制御モジュール１３０８、フレームバッファ１３１０、タイミング制御モジュール１３１２、イメージングモードセレクタ／パラメータカルキュレータ１３１４およびプリセットイメージングモードストア１３１６を含んでいる。イメージングモードストア１３１６は、パワー、コンテンツおよび環境サブモードを含むサブモードの個別カテゴリを含んでいる。「パワー」サブモードは、「低い」１３１８、「中間」１３２０、「高い」１３２２および「フル（full）」１３２４を含んでいる。「コンテンツ」サブモードは、「テキスト」１３２６、「ウェブ」１３２８、「ビデオ」１３３０および「静止画像」１３３２を含んでいる。「環境」サブモードは、「暗い」１３３４、「屋内」１３３６、「屋外」１３３８および「白日（bright sun）」１３４０を含んでいる。これらのサブモードは、所望の特性を備えたプリセットイメージングモードを形成するために、選択的に組み合わされてもよい。例えば、コントローラは、「白日」の設定で透過モードから半透過モードに移行してもよい。
いくつかの実施形態では、部品は、回路基板、ケーブルまたは他の電気配線によってともに接続される別個のチップまたは回路として提供されてもよい。他の実施形態では、これらの部品のいくつかのものは、それらの境界が機能による場合以外はほとんど判別不能であるような、単一の半導体チップとともに設計することができる。コントローラ１３００は、ホストデバイス１２０からのホスト制御データ１３０４と同様に、外部電源から画像信号１３０２を受け取り、それが組み入れられるディスプレイ１２８の光変調器およびランプを制御するためのデータおよび制御信号の両方を出力する。入力処理モジュール１００３は、画像信号１００１を受け取り、光変調器１００のアレイによって表示するのに適したフォーマットへそこにエンコードされたデータを処理する。入力処理モジュール１００３は、各画像フレームをエンコードするデータを取り出し、それを一連のサブフレームデータセットに変換する。様々な実施形態では、入力処理モジュール１００３は、画像信号を非コード化サブフレームデータセット、３値コード化サブフレームデータセットまたはコード化サブフレームデータセットの他の形式に変換してもよい。好ましくは、入力処理モジュールは、画像信号をビットプレーンに変換する。入力処理モジュール１００３は、さらにメモリ制御モジュール１００４にサブフレームデータセットを出力する。その後、メモリ制御モジュールは、フレームバッファ１００５にサブフレームデータセットを格納する。発明の範囲から逸脱せずに、他のタイプのシリアルメモリを使用することができるが、フレームバッファは、好ましくは、ランダムアクセスメモリである。一実施形態では、メモリ制御モジュール１００４は、サブフレームデータセットのコード体系の色および重要性に基づいて、所定の記憶場所にサブフレームデータセットを格納する。他の実施形態では、メモリ制御モジュールは、ダイナミックに決定された記憶場所にサブフレームデータセットを格納し、後の識別ためのルックアップ表内にその位置を格納する。ある特定の実施形態では、フレームバッファ１００５は、ビットプレーンの記憶装置用に形成される。
さらに、メモリ制御モジュール１００４は、タイミング制御モジュール１００６からの命令で、フレームバッファ１００５からサブ画像データセットを検索し、データドライバ１３２にそれらを出力することについて関与する。データドライバは、光変調器アレイ１００の光変調器にメモリ制御モジュールによってデータ出力をロードする。メモリ制御モジュールは、一度に１つのロウで、サブ画像データセット内のデータを出力する。一実施形態では、フレームバッファは、２つのバッファを含んでいる。その役割は、交替する。メモリ制御モジュールは、１つのバッファ内の新しい画像フレームに対応する新しく生成されたビットプレーンを格納しているが、それは、出力用の別のバッファから光変調器のアレイまでの前に受信した画像フレームに対応するビットプレーンを抽出する。両方のバッファメモリは、アドレスによってのみ識別されて、同じ回路内に存在することができる。
プリセットイメージングモードの各々のためのディスプレイモジュールの動作を定義するデータは、プリセットイメージングモードストア１３１６に保存される。プリセットイメージングモードストアは、異なるカテゴリ内の個別のサブモードに分割される。一実施形態では、カテゴリは、「パワーモード」（それは、より少ないパワーがディスプレイで消費されるような、具体的には、画像を修正する）、「コンテンツモード」（それは、コンテンツタイプに基づいて、画像を表示する特定の命令を含んでいる）、および「環境モード」（それは、バッテリパワーレベルおよび周辺光および熱のような、様々な環境上の態様に基づいて、画像を修正する）を含んでいる。例えば、「パワーモード」カテゴリのサブモードは、節電するために、ランプ１４０−１４６に対するより低い照明値の使用のための命令を保持してもよい。「コンテンツモード」カテゴリのサブモードは、より小さな色域（color gamut）のための命令を保持してもよい。テキストのような大きな色域を要求しない画像を適切に表示している間、それは、節電するだろう。コントローラ１３００では、イメージングモードセレクタ／パラメータカルキュレータ１３１４は、入力画像またはホスト制御データに基づいて、プリセットサブモードを表示するコンビネーションを選択する。その後、結合したプリセットイメージングサブモードの命令は、スケジュールテーブルを引き出し、画像の表示のための電圧を駆動するために、モードセレクタ／パラメータカルキュレータ１３１４を表示することにより処理される。または、プリセットイメージングモードストア１３１６は、サブモードの様々なコンビネーションに対応するプリセットイメージングモードを格納してもよい。各コンビネーションは、それ自身のイメージングモードに関係してもよい。または、多数のコンビネーションは、同じプリセットイメージングモードとリンクされてもよい。
図１２は、発明の実例となる実施形態による、図１１のコントローラのような直視型ディスプレイコントローラによる使用に適した画像を表示する処理１４００のフローチャートである。図１１および１２を参照して、ディスプレイ処理１４００は、画像信号とホスト制御データの受信から始まる（ステップ１４０２）。その後、イメージングモードセレクタ／パラメータカルキュレータ１３１４は、入力データに基づいて、複数のプリセットイメージングサブモードを算出する（ステップ１４０４）。例えば、様々な実施形態では、モード計算データは、限定されることなく、次のタイプのデータの１つ以上を含んでいる：コンテンツタイプ識別子、ホストモード動作識別子、環境センサ出力データ、ユーザ入力データ、ホスト命令データ、および電源レベルデータ。イメージングパラメータカルキュレータは、所望のイメージング表示モードを得るために、異なるカテゴリからのサブモードを「ミックスアンドマッチする（mix and match）」能力を有している。例えば、ホスト制御データ１３０４が、ホストがスタンバイモードであることを示し、画像データ１３０２が、静止画を示す場合、イメージングモードセレクタ／パラメータカルキュレータ１３１４は、電力消費を減少するために、パワーモードカテゴリにおけるプリセットイメージングモードストア１３１６からサブモードを選び、静止画に対するイメージングパラメータを調整するために、コンテンツモードカテゴリにおけるサブモードを選ぶだろう。ステップ１４０６では、パラメータカルキュレータ１３１４は、選択されたサブモードに基づいて、適切なタイミングおよび駆動パラメータ値を決める。
ステップ１４０８では、入力処理モジュール１３０６は、データから選択されたサブモード（例えば、ビットプレーン）に基づいて、複数のサブフレームデータセットを導き出し、フレームバッファ１３１０にビットプレーンを格納する。完成した画像フレームが、受信され、フレームバッファ１３１０に格納された後、方法１４００は、ステップ１４１０に移る。最後に、ステップ１４１０では、シーケンスタイミング制御モジュール１３１２は、プリセットイメージングモードストアの内に含まれていた命令を判断し（assess）、複数の選択されたプリセットイメージングサブモード内に再プログラムされた、命令パラメータおよびタイミング値によるドライバに信号を送る。
ディスプレイ装置が、透過モード、反射モードおよび半透過モードのうちの１つから前述のモードの別のものへどのように移行することができるかについて、いくつかの例を考慮することは有益である。
［例１］
コントローラ１３４のようなコントローラ（それは、内部光源およびディスプレイ装置内の複数の光変調器の状態を制御する）は、透過動作モード中の少なくとも１つの画像を表示するディスプレイ装置を制御する。透過動作モードは、内部光源を照らすこと、複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線による複数の光変調器の所望の状態を示すデータ信号を出力することを含んでいる。データ信号の結果として、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光を変調する。つまり、光変調器は、変調された光の合計の約３０％未満で、光源からの光に関連する少量の周辺光を変調してもよい。コントローラが、反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に指示する信号を検知する場合、コントローラは、信号に応じて、１つ以上の画像を表示する反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置を制御する。反射動作モードでは、内部光源は、画像フレームのディスプレイの全体にわたって照らされていない状態が保たれる。したがって、変調され光だけが、周囲からの光である。
［例２］
コントローラ１３４のようなコントローラ（それは、内部光源およびディスプレイ装置内の複数の光変調器の状態を制御する）は、反射動作モード中の少なくとも１つの画像を表示するディスプレイ装置を制御する。反射動作モードでは、内部光源は、画像のディスプレイの全体にわたって照らされていない状態が保たれる。データ信号の結果として、複数の光変調器は、周囲からの光を変調する。コントローラが、透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置に指示する信号を検知する場合、コントローラは、信号に応じて、１つ以上の画像を表示する透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置を制御する。透過動作モードは、内部光源を照らすこと、複数の光変調器の所望の状態を示すデータ信号を出力することを含んでいる。データ信号の結果として、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光を変調する。つまり、光変調器は、変調された光の合計の約３０％未満で、光源からの光に関連する少量の周辺光を変調してもよい。
［例３］
コントローラ１３４のようなコントローラ（それは、内部光源およびディスプレイ装置内の複数の光変調器の状態を制御する）は、反射動作モード中の少なくとも１つの画像を表示するディスプレイ装置を制御する。反射動作モードでは、内部光源は、画像フレームのディスプレイの全体にわたって照らされていない状態が保たれる。したがって、画像を形成するために変調された唯一の光は、周辺光である。コントローラが、半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置に指示する信号を検知する場合、コントローラは、信号に応じて、１つ以上の画像を表示する半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置を制御する。ここで、光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％は、周囲から生じる。
［例４］
コントローラ１３４のようなコントローラ（それは、内部光源およびディスプレイ装置内の複数の光変調器の状態を制御する）は、透過動作モード中の少なくとも１つの画像を表示するディスプレイ装置を制御する。透過動作モードは、内部光源を照らすことこと、複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線による複数の光変調器の所望の状態を示すデータ信号を出力することを含んでいる。データ信号の結果として、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光を変調する。つまり、光変調器は、変調された光の合計の約３０％未満で、光源からの光に関連する少量の周辺光を変調してもよい。コントローラが、半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置に指示する信号を検知する場合、コントローラは、信号に応じて、１つ以上の画像を表示する半透過動作モードに移行するようにディスプレイ装置を制御する。ここで、光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％は、周囲から生じる。半透過動作モードは、内部光源を照らすこと、複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線による複数の光変調器の所望の状態を示すデータ信号を出力することを含んでいる。データ信号の結果として、複数の光変調器は、内部光源によって放射された光および周囲からの多量の光の両方を変調する。
多くの可能な例の少しだけが上記に詳細に記述されているが、ディスプレイ装置は、発明の範囲から逸脱することなく、透過モード、反射モード、半透過モードのうちの任意の１つから、３つのモードの任意の他のモードへ、または、同じモードの異なるバージョン（例えば、最初の半透過モードから別の半透過モードまで）へ移行することができることを、当業者の一人は認識するだろう。
本発明は、その趣旨または本質的特徴ら逸脱することなく、他の特定の形態で実施することができる。上に記述された特定の実施形態および例は、発明の範囲から逸脱することなく、任意の数で組み合わせることができる。さらに、前述の実施形態は、すべての点で例示的であり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。
本発明は、その趣旨または本質的特徴ら逸脱することなく、他の特定の形態で実施することができる。上に記述された特定の実施形態および例は、発明の範囲から逸脱することなく、任意の数で組み合わせることができる。さらに、前述の実施形態は、すべての点で例示的であり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 透明基板と、
内部光源と、
前記透明基板に結合された複数の光変調器と、
前記複数の光変調器および前記内部光源の状態を制御するためのコントローラと、
を具備し、
前記コントローラは、ディスプレイが、
前記複数の光変調器が、前記内部光源によって放射された光を変調するように、前記複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線を通って前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、前記内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示し、
反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、
前記信号に応じて、前記反射動作モードへ移行し、
前記内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、前記複数の光変調器に同じ前記最初のセットデータ電圧配線を通って前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示する
ように構成される、直視型ディスプレイ装置。
［２］ 前記透過モードにおいて、前記複数の光変調器は、前記内部光源によって放射された光および前記周囲からの光の両方を変調する、上記［１］の装置。
［３］ 前記コントローラは、ユーザから入力として信号を受信する、上記［１］の装置。
［４］ 前記反射モードに移行することは、前記ディスプレイ装置によって電力消費を低減する、上記［１］の装置。
［５］ 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置の別の動作モードより多い色で画像が表示される動作モードに移行するようにさらに構成される、上記［１］の装置。
［６］ 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置によって表示される情報から、信号を導き出す、上記［１］の装置。
［７］ 前記コントローラは、バッテリに格納されたエネルギー量から信号を導き出す、上記［１］の装置。
［８］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記内部光源による光出力を変調することを含み、
前記内部光源による前記光出力は、最初の強度である、上記［１］の装置。
［９］ 前記コントローラは、前記光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、前記周囲から導かれる半透過動作モードに移行するようにさらに構成される、上記［８］の装置。
［１０］ 前記コントローラは、検知された周辺光に応じて、前記周辺光を検知して前記半透過動作モードへ移行し、前記検知された周辺光に基づいて、前記最初の強度を調整するように構成される、上記［９］の装置。
［１１］ 前記最初の強度を調整することは、前記内部光源の強度を低減することを含む、上記［１０］の装置。
［１２］ 前記コントローラは、検知された周辺光に基づいた信号に応じて、前記反射モードに移行するように構成される、上記［１］の装置。
［１３］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記画像に対するグレイスケール分割の第１の数に従って、光を変調することを含み、
前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記グレイスケール分割の第２の数に従って、光を変調することを含み、
前記グレイスケール分割の前記第２の数は、前記グレイスケール分割の前記第１の数未満である、上記［９］の装置。
［１４］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、上記［１］の装置。
［１５］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、上記［１］の装置。
［１６］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、上記［９］の装置。
［１７］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、上記［９］の装置。
［１８］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
前記画像は、１色当たりただ１つのグレイスケール分割で変調される、上記［９］の装置。
［１９］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
前記画像は、１色当たり少なくとも２つのグレイスケール分割で変調される、上記［９］の装置。
［２０］ 前記内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含み、
前記コントローラは、前記検知された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、前記検知された周辺光の前記少なくとも１色成分の測定に基づいて、前記第１および第２の光源の少なくとも１つの前記最初の強度を調整する、上記［１０］の装置。
［２１］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のフレームレートに従って光を変調することを含む、上記［９］の装置。
［２２］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第２のフレームレートに従って光を変調することを含み、
前記第２のフレームレートは、前記第１のフレームレート未満である、上記［２１］の装置。
［２３］ 前記反射動作モードに移行することは、メモリから、前記反射モードに対応する動作パラメータをロードすることを含む、上記［１］の装置。
［２４］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像をディスプレイのための白黒画像に変換することを含む、上記［１］の装置。
［２５］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［９］の装置。
［２６］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の同じ前記第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［２５］の装置。
［２７］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記第１のシーケンスとは異なるタイミング信号の第２のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［２５］の装置。
［２８］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのサブセットをロードすることを含む、上記［２７］の装置。
［２９］ 上記［１］〜［２８］のうちのいずれか１つに記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法であって、
前記ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
反射動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードへ移行することと、
前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
を具備する方法。
［３０］ 半透過動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードへ移行することと、
前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
をさらに具備する、上記［２９］の方法。
［３１］ 少なくとも１つの内部光源と、
前記少なくとも１つの内部光源から放射された光および周辺光を受け取るための少なくとも１つの反射光キャビティと、
ビューアの方へ前記反射光キャビティから出る光を変調するための複数の光変調器と、
コントローラと、
を具備し、
前記コントローラは、
前記複数の光変調器が、前記内部光源によって放射された光を変調するように、前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、前記内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示し、
反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、
前記信号に応じて、前記反射動作モードへ移行し、
前記内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、前記複数の光変調器に前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示する
ように構成される、ディスプレイ装置。
［３２］ 前記複数の光変調器および前記コントローラに結合された複数のデータ配線をさらに具備し、
前記データ配線は、前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号の出力に使用される、上記［３１］の装置。
［３３］ 前記透過モードにおいて、前記複数の光変調器は、前記内部光源によって放射された光および周囲からの光の両方を変調する、上記［３１］の装置。
［３４］ 前記透過モードにおいて、前記少なくとも１つの内部光源は、最初の強度で光を出力する、上記［３１］の装置。
［３５］ 前記コントローラは、前記光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、前記周囲から導かれる半透過モードに移行するようにさらに構成され、
前記半透過モードにおいて、前記コントローラは、周辺光および前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光の両方を変調するように前記複数の光変調器を制御する信号を出力する、上記［３４］の装置。
［３６］ 前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光は、前記最初の強度より低い強度であり、それによって、ユーザに出力する周辺光のパーセンテージを増加させる、上記［３５］の装置。
［３７］ 周辺光を検知および測定するためのセンサをさらに具備する、上記［３１］の装置。
［３８］ 前記半透過モードにおいて、前記コントローラは、検知された周辺光中の少なくとも１色成分に基づいて、前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光の強度を低下させる、上記［３７］の装置。
［３９］ 前記少なくとも１つの光キャビティは、裏面向き反射層および前面向き反射層を含む、上記［３１］の装置。
［４０］ 前記コントローラは、ユーザから入力として信号を受信する、上記［３１］の装置。
［４１］ 前記反射モードに移行することは、前記ディスプレイ装置によって電力消費を低減する、上記［３１］の装置。
［４２］ 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置の別の動作モードより多い色で画像が表示される動作モードに移行するようにさらに構成される、上記［３１］の装置。
［４３］ 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置によって表示される情報から、信号を導き出す、上記［３１］の装置。
［４４］ 前記コントローラは、バッテリに格納されたエネルギー量から信号を導き出す、上記［３１］の装置。
［４５］ 前記コントローラは、検知された周辺光に基づいた信号に応じて、前記透過モード、前記反射モードおよび前記半透過モードのうちの１つに移行するように構成される、上記［３７］の装置。
［４６］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記画像に対するグレイスケール分割の第１の数に従って、光を変調することを含み、
前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記グレイスケール分割の第２の数に従って、光を変調することを含み、
前記グレイスケール分割の前記第２の数は、前記グレイスケール分割の前記第１の数未満である、上記［３５］の装置。
［４７］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、上記［３１］の装置。
［４８］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、上記［３１］の装置。
［４９］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、上記［３５］の装置。
［５０］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、上記［３５］の装置。
［５１］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
前記画像は、１色当たりただ１つのグレイスケール分割で変調される、上記［３５］の装置。
［５２］ 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
前記画像は、１色当たり少なくとも２つのグレイスケール分割で変調される、上記［３５］の装置。
［５３］ 前記内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含み、
前記コントローラは、前記検知された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、前記検知された周辺光の前記少なくとも１色成分の測定に基づいて、前記第１および第２の光源の少なくとも１つの強度を調整する、上記［３７］の装置。
［５４］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のフレームレートに従って光を変調することを含む、上記［３５］の装置。
［５５］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第２のフレームレートに従って光を変調することを含み、
前記第２のフレームレートは、前記第１のフレームレート未満である、上記［５４］の装置。
［５６］ 前記反射動作モードに移行することは、メモリから、前記反射モードに対応する動作パラメータをロードすることを含む、上記［３１］の装置。
［５７］ 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像をディスプレイのための白黒画像に変換することを含む、上記［３１］の装置。
［５８］ 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［３５］の装置。
［５９］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の同じ前記第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［５８］の装置。
［６０］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記第１のシーケンスとは異なるタイミング信号の第２のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、上記［５８］の装置。
［６１］ 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのサブセットをロードすることを含む、上記［６０］の装置。
［６２］ 上記［３１］〜［６１］のうちのいずれかの１つに記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法であって、
前記ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
反射動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードへ移行することと、
前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
を具備する方法。
［６３］ 半透過動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードへ移行することと、
前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
をさらに具備する、上記［６２］の方法。

Claims (63)

  1. 透明基板と、
    内部光源と、
    前記透明基板に結合された複数の光変調器と、
    前記複数の光変調器および前記内部光源の状態を制御するためのコントローラと、
    を具備し、
    前記コントローラは、ディスプレイが、
    前記複数の光変調器が、前記内部光源によって放射された光を変調するように、前記複数の光変調器に結合された最初のセットデータ電圧配線を通って前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、前記内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示し、
    反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、
    前記信号に応じて、前記反射動作モードへ移行し、
    前記内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、前記複数の光変調器に同じ前記最初のセットデータ電圧配線を通って前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示する
    ように構成される、直視型ディスプレイ装置。
  2. 前記透過モードにおいて、前記複数の光変調器は、前記内部光源によって放射された光および前記周囲からの光の両方を変調する、請求項１の装置。
  3. 前記コントローラは、ユーザから入力として信号を受信する、請求項１の装置。
  4. 前記反射モードに移行することは、前記ディスプレイ装置によって電力消費を低減する、請求項１の装置。
  5. 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置の別の動作モードより多い色で画像が表示される動作モードに移行するようにさらに構成される、請求項１の装置。
  6. 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置によって表示される情報から、信号を導き出す、請求項１の装置。
  7. 前記コントローラは、バッテリに格納されたエネルギー量から信号を導き出す、請求項１の装置。
  8. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記内部光源による光出力を変調することを含み、
    前記内部光源による前記光出力は、最初の強度である、請求項１の装置。
  9. 前記コントローラは、前記光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、前記周囲から導かれる半透過動作モードに移行するようにさらに構成される、請求項８の装置。
  10. 前記コントローラは、検知された周辺光に応じて、前記周辺光を検知して前記半透過動作モードへ移行し、前記検知された周辺光に基づいて、前記最初の強度を調整するように構成される、請求項９の装置。
  11. 前記最初の強度を調整することは、前記内部光源の強度を低減することを含む、請求項１０の装置。
  12. 前記コントローラは、検知された周辺光に基づいた信号に応じて、前記反射モードに移行するように構成される、請求項１の装置。
  13. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記画像に対するグレイスケール分割の第１の数に従って、光を変調することを含み、
    前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記グレイスケール分割の第２の数に従って、光を変調することを含み、
    前記グレイスケール分割の前記第２の数は、前記グレイスケール分割の前記第１の数未満である、請求項９の装置。
  14. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、請求項１の装置。
  15. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、請求項１の装置。
  16. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、請求項９の装置。
  17. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、請求項９の装置。
  18. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
    前記画像は、１色当たりただ１つのグレイスケール分割で変調される、請求項９の装置。
  19. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
    前記画像は、１色当たり少なくとも２つのグレイスケール分割で変調される、請求項９の装置。
  20. 前記内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含み、
    前記コントローラは、前記検知された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、前記検知された周辺光の前記少なくとも１色成分の測定に基づいて、前記第１および第２の光源の少なくとも１つの前記最初の強度を調整する、請求項１０の装置。
  21. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のフレームレートに従って光を変調することを含む、請求項９の装置。
  22. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第２のフレームレートに従って光を変調することを含み、
    前記第２のフレームレートは、前記第１のフレームレート未満である、請求項２１の装置。
  23. 前記反射動作モードに移行することは、メモリから、前記反射モードに対応する動作パラメータをロードすることを含む、請求項１の装置。
  24. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像をディスプレイのための白黒画像に変換することを含む、請求項１の装置。
  25. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項９の装置。
  26. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の同じ前記第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項２５の装置。
  27. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記第１のシーケンスとは異なるタイミング信号の第２のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項２５の装置。
  28. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのサブセットをロードすることを含む、請求項２７の装置。
  29. 請求項１−２８のうちのいずれか１つに記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法であって、
    前記ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    反射動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
    前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードへ移行することと、
    前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    を具備する方法。
  30. 半透過動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
    前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードへ移行することと、
    前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    をさらに具備する、請求項２９の方法。
  31. 少なくとも１つの内部光源と、
    前記少なくとも１つの内部光源から放射された光および周辺光を受け取るための少なくとも１つの反射光キャビティと、
    ビューアの方へ前記反射光キャビティから出る光を変調するための複数の光変調器と、
    コントローラと、
    を具備し、
    前記コントローラは、
    前記複数の光変調器が、前記内部光源によって放射された光を変調するように、前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力し、前記内部光源を照らすことによって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示し、
    反射動作モードに移行するようにディスプレイ装置に命じる信号を検知し、
    前記信号に応じて、前記反射動作モードへ移行し、
    前記内部光源の非照射を維持している間、周囲からの光を変調するために、前記複数の光変調器に前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号を出力することによって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示する
    ように構成される、ディスプレイ装置。
  32. 前記複数の光変調器および前記コントローラに結合された複数のデータ配線をさらに具備し、
    前記データ配線は、前記複数の光変調器の所望の状態を表示するデータ信号の出力に使用される、請求項３１の装置。
  33. 前記透過モードにおいて、前記複数の光変調器は、前記内部光源によって放射された光および周囲からの光の両方を変調する、請求項３１の装置。
  34. 前記透過モードにおいて、前記少なくとも１つの内部光源は、最初の強度で光を出力する、請求項３１の装置。
  35. 前記コントローラは、前記光変調器によって変調された光の少なくとも約３０％が、前記周囲から導かれる半透過モードに移行するようにさらに構成され、
    前記半透過モードにおいて、前記コントローラは、周辺光および前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光の両方を変調するように前記複数の光変調器を制御する信号を出力する、請求項３４の装置。
  36. 前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光は、前記最初の強度より低い強度であり、それによって、ユーザに出力する周辺光のパーセンテージを増加させる、請求項３５の装置。
  37. 周辺光を検知および測定するためのセンサをさらに具備する、請求項３１の装置。
  38. 前記半透過モードにおいて、前記コントローラは、検知された周辺光中の少なくとも１色成分に基づいて、前記少なくとも１つの内部光源によって放射された光の強度を低下させる、請求項３７の装置。
  39. 前記少なくとも１つの光キャビティは、裏面向き反射層および前面向き反射層を含む、請求項３１の装置。
  40. 前記コントローラは、ユーザから入力として信号を受信する、請求項３１の装置。
  41. 前記反射モードに移行することは、前記ディスプレイ装置によって電力消費を低減する、請求項３１の装置。
  42. 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置の別の動作モードより多い色で画像が表示される動作モードに移行するようにさらに構成される、請求項３１の装置。
  43. 前記コントローラは、前記ディスプレイ装置によって表示される情報から、信号を導き出す、請求項３１の装置。
  44. 前記コントローラは、バッテリに格納されたエネルギー量から信号を導き出す、請求項３１の装置。
  45. 前記コントローラは、検知された周辺光に基づいた信号に応じて、前記透過モード、前記反射モードおよび前記半透過モードのうちの１つに移行するように構成される、請求項３７の装置。
  46. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記画像に対するグレイスケール分割の第１の数に従って、光を変調することを含み、
    前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記グレイスケール分割の第２の数に従って、光を変調することを含み、
    前記グレイスケール分割の前記第２の数は、前記グレイスケール分割の前記第１の数未満である、請求項３５の装置。
  47. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、請求項３１の装置。
  48. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、請求項３１の装置。
  49. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、白黒画像として前記画像を変調することを含む、請求項３５の装置。
  50. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、少なくとも３つのグレイスケール分割で光を変調することを含む、請求項３５の装置。
  51. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
    前記画像は、１色当たりただ１つのグレイスケール分割で変調される、請求項３５の装置。
  52. 前記半透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像を形成するために、光を変調することを含み、
    前記画像は、１色当たり少なくとも２つのグレイスケール分割で変調される、請求項３５の装置。
  53. 前記内部光源は、異なる色に対応する第１および第２の光源を少なくとも含み、
    前記コントローラは、前記検知された周辺光の少なくとも１色成分を測定し、前記検知された周辺光の前記少なくとも１色成分の測定に基づいて、前記第１および第２の光源の少なくとも１つの強度を調整する、請求項３７の装置。
  54. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第１のフレームレートに従って光を変調することを含む、請求項３５の装置。
  55. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、第２のフレームレートに従って光を変調することを含み、
    前記第２のフレームレートは、前記第１のフレームレート未満である、請求項５４の装置。
  56. 前記反射動作モードに移行することは、メモリから、前記反射モードに対応する動作パラメータをロードすることを含む、請求項３１の装置。
  57. 前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、カラー画像をディスプレイのための白黒画像に変換することを含む、請求項３１の装置。
  58. 前記透過モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項３５の装置。
  59. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのロードを制御するタイミング信号の同じ前記第１のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項５８の装置。
  60. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記第１のシーケンスとは異なるタイミング信号の第２のシーケンスによって前記複数の光変調器を変調することを含む、請求項５８の装置。
  61. 前記半透過モードまたは前記反射モードで少なくとも１つの画像を表示することは、前記複数の光変調器への画像データのサブセットをロードすることを含む、請求項６０の装置。
  62. 請求項３１−６１のうちのいずれかの１つに記述されるようなディスプレイ装置を制御する方法であって、
    前記ディスプレイ装置によって、透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    反射動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
    前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードへ移行することと、
    前記ディスプレイ装置によって、前記反射動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    を具備する方法。
  63. 半透過動作モードに移行するように前記ディスプレイ装置に命じる信号を検知することと、
    前記信号に応じて、前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードへ移行することと、
    前記ディスプレイ装置によって、前記半透過動作モードで少なくとも１つの画像を表示することと、
    をさらに具備する、請求項６２の方法。
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