JP2015523598A - 表示デバイスおよび可変合成色置換ポリシーに従って同表示デバイス上に画像を生成するための方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、システムと、方法と、ピクセルおよびコントローラを含む表示装置とを提供するものである。コントローラは、表示装置によってピクセルの各々に向けて放射される光量を制御する。放射される光量を制御するステップは、ピクセルに向けて放射される少なくとも4つの寄与する色の輝度を制御するステップを含む。寄与する色のうち少なくとも1つは、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、少なくとも4つの寄与する色を合成した輝度が、そのピクセルに対する色の三刺激値をもたらす。コントローラは、表示装置に、画像フレームの第1のピクセルに向けて第2のピクセル向けと異なる合成色の輝度を放射させることによって、第1および第2のピクセルに対する実質的に同一の色の三刺激値を生成するようにさらに構成されている。

Description

関連出願
本特許出願は、2012年6月1日に出願した、「Display Devices And Methods For Generating Images Thereon According To A Variable Composite Color Replacement Policy」という名称の米国特許出願第13/486,819号に対する優先権を主張するものである。先願の開示は、本出願の一部分と見なされ、参照によって本出願に組み込まれる。

本開示は、表示装置と、同表示装置に画像を生成するための、画像アーチファクトの出現率および/または深刻さを低減する方法とに関するものである。

RGBW画像形成プロセスは、フィールド順次式カラー(FSC)表示器、すなわち個別色のサブフレーム(サブフィールドと称されることもある)で一度に1つの色が順に表示される表示器に対して特に有益であるが、他を排除するものではない。そのような表示器の例には、マイクロミラー表示器およびデジタルシャッタベースの表示器が含まれる。個別の光変調器または発光素子を同時に使用して色サブフレームを示す液晶表示器(LCD)および有機発光ダイオード(OLED)表示器などの他の表示器も、RGBW画像形成プロセスを実施し得る。表示器は、表示器のアーキテクチャに依拠して、時分割グレイスケール技法によって1つの色当り複数の画像サブフレームを生成してよく、または1つの色当り単一の画像サブフレームを生成してもよく、この場合、発光体または変調器がアナログのグレイスケール技法を用いて光出力を制御する。

多くのFSC表示器につきまとう2つの画像アーチファクトには、動的偽輪郭(DFC: dynamic false contouring)および色割れ(CBU: color break-up)が含まれる。これらのアーチファクトは、一般に、所与の画像フレームに関して眼に達する同一の色(たとえばDFC)または別々の色(たとえばCBU)の不均一な時間的配光に起因するものである。

DFCおよびCBUを低減するための技法の1つには、表示器上に様々なグレイスケールを形成し得る程度(how)に対して「縮退」を与えることがある。すなわち、この表示器は、ピクセル状態の複数の別々の(または「縮退する」)シーケンスを用いて、寄与する色に対して特定の輝度値を出力することができる。この融通性により、表示器は、これらのアーチファクトを低減するピクセル状態のシーケンスを選択することができる。しかしながら、縮退を与えることは、表示器のデューティサイクルを低下させる。したがって、色が表示される程度を変化させるための、縮退が不要な代替技法を明らかにすることには利益があるであろう。

本開示のシステム、方法およびデバイスは、各々がいくつかの革新的態様を有し、それらのうちの単一の態様が、単独で、本明細書で開示する望ましい属性を担当するとは限らない。

本開示で説明される主題の革新的態様は、複数のピクセルおよびコントローラを含んでいる表示装置において実施され得る。コントローラは、画像フレームを表示するために、ピクセルのそれぞれに向けて表示装置によって放射される光量を制御するように構成されている。ピクセルに向けて表示装置によって放射される光量を制御するステップは、複数の対応するサブフレーム画像において、または複数の対応するサブピクセルによって、ピクセルに向けて放射される少なくとも4つの寄与する色の輝度を制御するステップを含む。寄与する色のうち少なくとも1つは、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、少なくとも4つの寄与する色を合成した輝度は、そのピクセルに対する色の三刺激値に関連する組を有するピクセル色をもたらす。コントローラは、表示装置に、画像フレームの第1のピクセルに向けて第2のピクセル向けと異なる合成色の輝度を放射させることによって、第1および第2のピクセルに対する実質的に同一の色の三刺激値を生成するようにさらに構成されている。

いくつかの例示的実装形態では、コントローラは、放射される合成色の輝度を選択するように構成され得る。様々な実装形態では、コントローラは、コントローラによって実施された分布様式(spatial pattern)、画像フレームのグラフィック特性、画像フレームに関連してコントローラによって受け取られたメタデータ、および周辺光センサの出力のうちの1つまたは複数に基づいて合成色の輝度を選択することができる。

特定の例示的実装形態では、第1のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し得て、第2のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は第2の合成色置換乗数(α₂)に対応し得る。α₁は、ピクセル色の三刺激値と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表すことができる。M₁は、ピクセル色の三刺激値と関連した色度または輝度を実質的に変えることなくピクセル色の三刺激値を生成することにおいて、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応する。α₂はM₁の第2の別の小部分を表すことができる。コントローラは、α₁およびα₂の値を取得することによって、第1のピクセルおよび第2のピクセルに関する合成色の輝度を選択するようにさらに構成され得る。いくつかの例示的実装形態では、コントローラは、画像フレームと関連した画像データ、少なくとも第2のフレームと関連した画像データ、画像フレームと関連したメタデータ、電源電池レベルを表すデータ、電力消費モードを表すデータ、および/または周辺光センサの出力を処理することによって、α₁およびα₂の値を取得するように構成され得る。いくつかの例示的実装形態では、コントローラは、表示装置に、フィールド順次式カラー(field sequential color: FSC)表示プロセスによって、画像フレームに向けて寄与する色を放射させるように構成されている。

本開示で説明される主題の別の革新的態様は、表示装置用のコントローラにおいて実施され得る。コントローラは、画像フレームおよび画像データプロセッサに関する表示装置の複数のピクセル向けの入力ピクセル色を受け取るための画像データ入力を含む。画像データプロセッサは、画像フレームの所与のピクセルに関して、受け取った入力ピクセル色と関連した三刺激値の対応する組に基づいて、複数の対応するサブフレーム画像のピクセルに向けて表示装置によって放射される、または複数の対応するサブピクセルによって放射される、少なくとも4つの寄与する色に関する輝度値を求めるように構成されている。寄与する色のうち少なくとも1つは、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色である。少なくとも4つの寄与する色を合成した輝度は、入力ピクセル色と関連した色の三刺激値と実質的に同一の三刺激値の組を有する出力ピクセル色をもたらす。画像プロセッサは、同一の入力ピクセル色を有する少なくとも2つのピクセルに関して、実質的に異なる合成色の輝度値を求めるようにさらに構成されている。いくつかの例示的実装形態では、合成色は白色または黄色のいずれかであり、寄与する色は、赤色、緑色、および青色のうち少なくとも2つを含む。

いくつかの例示的実装形態では、コントローラは、放射される合成色の輝度を選択するように構成され得る。様々な実装形態では、コントローラは、コントローラによって実施された分布様式、画像フレームのグラフィック特性、画像フレームに関連してコントローラが受け取ったメタデータ、および周辺光センサの出力のうちの1つまたは複数に基づいて合成色の輝度を選択することができる。

特定の例示的実装形態では、第1のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は、第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し得て、第2のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は、第2の合成色置換乗数(α₂)に対応し得る。α₁は、入力ピクセル色と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表す。M₁は、出力ピクセル色の生成において、出力のピクセルの三刺激値と関連した色度および輝度が入力の色の三刺激値と関連した色度および輝度と実質的に同一になるように、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応する。α₂は、M₁の第2の別の小部分を表す。コントローラは、α₁およびα₂の値を取得することによって、第1のピクセルおよび第2のピクセルに関する合成色の輝度を選択するようにさらに構成され得る。

本開示で説明された主題の別の革新的態様が、画像フレームおよび画像データプロセッサに関する表示装置の複数のピクセル向けの入力ピクセル色を受け取るための画像データ入力を含む表示装置用のコントローラにおいて実施され得る。画像データプロセッサは、画像フレームの所与のピクセルに関して、対応する受け取った入力ピクセル色に基づいて、複数の対応するサブフレーム画像のピクセルに向けて表示装置によって放射される、または複数の対応するサブピクセルによって放射される、少なくとも4つの寄与する色に関する輝度値を求めるように構成されている。寄与する色のうち少なくとも1つは、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、少なくとも4つの寄与する色を合成した輝度は、入力ピクセル色に実質的に似ている、そのピクセル向けの出力ピクセル色をもたらす。

第1のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は、第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し得る。α₁は、第1のピクセルの入力ピクセル色と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表す。M₁は、第1のピクセル向けの出力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した色度または輝度が、第1のピクセル向けの入力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した色度または輝度と実質的に異なることなく、表示装置上の第1のピクセルの入力ピクセル色を生成することにおいて、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応する。第2のピクセルに向けて放射される合成色の輝度は、第2の合成色置換乗数(α₂)に対応することができ、α₂は、第2のピクセルの入力ピクセル色と関連した第2の全合成色置換値(M₂)の小部分を表す。M₂は、第2のピクセル向けの出力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した色度または輝度が、第2のピクセル向けの入力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した色度または輝度と実質的に異なることなく、表示装置上の第2のピクセルの入力ピクセル色を生成することにおいて、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応する。コントローラは、α₁がα₂よりも大きくなるようにα₁およびα₂を選択するようにさらに構成され得る。

いくつかの例示的実装形態では、コントローラは、M₁およびM₂の値を求め、α₁、α₂、M₁およびM₂の値に基づいて、第1および第2のピクセルの寄与する色の各々に関する輝度値を求めるように構成され得る。いくつかの他の例示的実装形態では、コントローラは、寄与する色の各々に関して、各サブフレーム画像の第1および第2のピクセルまたは画像フレームと関連したサブピクセルの状態を選択するようにさらに構成され得る。そのような実装形態では、第1および第2のピクセルの状態の選択は、コントローラによって求められた寄与する色に関する輝度値ならびにα₁およびα₂の値に基づくものである。

いくつかの他の実装形態では、コントローラは、少なくとも1つの寄与する色の複数の輝度レベルを生成するための一連のピクセル状態を識別する少なくとも2つのデータ構造を記憶することができる。コントローラは、第1のピクセルに対して、α₁の値に基づいて、利用するためのデータ構造のうちの1つを選択するように構成され得る。コントローラは、第2のピクセルに対して、α₂の値に基づいて、利用するためのデータ構造のうちの1つを選択するようにさらに構成され得る。

本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付図面および以下の説明において示されている。この要約で提供される例は、主にMEMSベースの表示器に関して説明されているが、本明細書で提供される概念は、LCD、OLED、電気泳動表示器および電界放出表示器などの他のタイプの表示器に適用され得る。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法が、原寸に比例しない場合があることに留意されたい。

MEMSベースの直視型表示装置を示す例示の概略図である。 例示のホストデバイスを示すブロック図である。 例示のシャッタベースの光変調器を示す斜視図である。 例示の非シャッタベースの光変調器を示す断面図である。 optically compensated bend(OCB)モードで動作するフィールド順次式液晶表示器の一例を示す図である。 例示のシャッタベースの光変調器の配列を示す斜視図である。 FSCを用いて画像を表示するための表示プロセスに対応する例示のタイミング図である。 2進時分割グレイスケールプロセスの一連のサブフレーム画像を用いて画像を形成するためにコントローラによって用いられる表示プロセスを示す例示のタイミング図である。 画像フレームの各色成分につき4つのサブフレーム画像を表示することによって画像フレームが表示される符号化された時分割グレイスケールのアドレシングプロセスに対応する例示のタイミング図である。 表示器で使用される例示のコントローラのブロック図である。 可変合成色置換ポリシーに従って画像を表示するための例示のプロセスの流れ図である。 HK効果による飽和色の組合せを用いた白色光を出力することによって様々な周囲の照明レベルで取得された知覚される輝度利得を示す図である。 α値に基づいてピクセルの出力輝度値が求められ得る様子を示す例示のグラフである。 α値に基づいてピクセルの出力輝度値が求められ得る様子を示す例示のグラフである。 α値に基づいてピクセルの出力輝度値が求められ得る様子を示す例示のグラフである。

個別の色サブフレーム画像の組合せを生成する画像形成プロセスを用いる特定の表示装置が実施されており、人間視覚システム(眼、視神経および脳の関連する部分を含む)(HVS: human visual system)が、個別の色サブフレーム画像を混合して単一画像フレームを形成する。この種の画像形成プロセスの一例はRGBW画像形成と呼ばれており、この名称は、画像が赤色(R)、緑色(G)、青色(B)および白色(W)のサブ画像の組合せを用いて生成されるという事実に由来するものである。サブフレーム画像を形成するのに用いられる色の各々は、本明細書では、総称的に「寄与する」色と称される。特定の寄与する色は、「構成要素」色または「合成」色のいずれかで呼ばれることもある。合成色は、少なくとも2つの構成要素色の組合せと実質的に同一の色である。たとえば、赤色、緑色および青色は、組み合わされたとき、表示器の観察者によって白色として知覚される。したがって、RGBW画像形成プロセスに関して、本明細書で用いられるように、白色は、赤色、緑色および青色の「構成要素色」を有する「合成色」と称されることになる。

合成色を用いて構成要素色の置換を賢く制御すると、より高いエネルギー効率と画像アーチファクトの低減との両方をもたらすことができる。画像フレームの所与の画像ピクセルについては、表示器によって構成要素色を用いて出力される輝度のいくらかの部分は、代わりに合成色を用いて出力され得る。表示装置は、生成される色の色度または輝度を実質的に変更することなく、理論的な全合成色置換値Mまで、構成要素色の輝度を置換することができる。いくつかの実装形態では、この全合成色置換値Mは、最低の輝度を有する構成要素色のピクセルの輝度レベルと実質的に等しくなり得る。したがって、表示装置は、所与のピクセル色を、ゼロの合成色出力からMと等しい合成色出力まで、どれでも使用して生成することができる。表示器によって出力される合成色の輝度レベルは、出力合成色の輝度値をMで割ったものに等しい合成色置換乗数αによって特徴付けられ得る。

表示コントローラは、αの様々な値を選択することによって、出力ピクセル色を形成するのに用いられる合成色の光の輝度を可変的に調整することができる。表示コントローラは、合成色の光の輝度を可変的に調整するとき、構成要素色の光源の輝度レベルも調整する。表示コントローラは、この原理に基づいて、表示器が、画像アーチファクトの低減という観点から都合のよい構成要素色の輝度レベルの出力をもたらすα値を選択することができる。したがって、αを変化させることにより、表示器にわたって時間的な発光の分布を変更するために、符号語縮退を用いることに加えて、または用いることの代わりに、別の選択肢がもたらされ、それによって関連する画像アーチファクトが緩和される。

様々な実装形態において、表示コントローラは、入力の画像フレームを1組の連続して示されるサブフレームまたは同時に表示されるサブフィールドに変換するステップの一部分として、表示されている各ピクセルのα値を取得するように構成されている。次いで、表示コントローラは、取得されたα値に基づいて、各々の寄与する色に特有の輝度レベルを識別するように実施され得る。表示コントローラは、画像フレームのすべてのピクセルに対して同一のα値を用いることができ、または、すべてのピクセルもしくはグループのピクセルの個別のα値を取得してもよい。コントローラは、入力データストリームまたは制御信号からα値を取得してよく、または、画像フレームの画像特性などの様々なパラメータに基づいてαの適切な値を求めてもよい。

特定の実装形態では、表示コントローラは、α値を求める際に画像特性を考慮に入れることに加えて、またはその代わりに、αの割出しにおいて周囲の照明レベルを考慮するように構成される。具体的には、コントローラは、周囲の照明レベルに左右されるヘルムホルツ-コールラウシュ(すなわちHK)効果に対抗する輝度をもたらすために、広帯域の光源(白色LEDなど)を使用することによって達成され得る効率利得の平衡を保つαのレベルを選択する。HK効果は、人間視覚システム(HVS)が、飽和色の組合せから形成された白色光を、広帯域の光源からの等価な出力よりも明るいものとして知覚する現象を指す。この効果は、より高い効率の合成色光源を使用することによって達成されるいかなる効率利得も相殺する可能性があり、特定の条件下では完全に打ち消す可能性がある。

本開示で説明される主題の特定の実施態様は、以下の可能性のある利点のうち1つまたは複数を実現するように実施することができる。合成色を用いて構成要素色の置換を賢く制御すると、より高いエネルギー効率と画像アーチファクトの低減との両方をもたらすことができる。電力の観点からすると、構成要素色の置換の度合いを変化させることにより、表示器は、広帯域の光源を使用することによって達成され得る省電力を、飽和した光源を使用することによって得られる、HK効果によって周囲光に左右される省電力と賢く交換することが可能になる。画質の観点からすると、合成色更新率を制御すると、表示器にDFCおよびCBUなどの画像アーチファクトを管理するためのさらなる自由度がもたらされる。第1に、合成色出力が増加するとCBUが低減され得る。その上に、ピクセルに対する合成色の出力レベルを変更すると、そのピクセルの対応する構成要素色の出力レベルが相応して変わる。したがって、合成色の出力レベルが制御可能であることにより、出力の色度または輝度を変更することなく構成要素色の出力レベルが制御される一方で、DFCをもたらす可能性がある構成要素色の出力が防止される。

図1Aは、例示の直視型のMEMSベース表示装置100の概略図を示す。表示装置100は、列と行に配置された複数の光変調器102a〜102d(全体的に「光変調器102」)を含む。表示装置100において、光変調器102aおよび102dは開状態であり、光が通過することを許す。光変調器102bおよび102cは閉状態であり、光の通過を妨げる。光変調器102a〜102dの状態を選択的に設定することによって、表示装置100は、1つまたは複数のランプ105によって照光されると、バックライト付き表示器向けの画像104を形成するのに利用され得る。別の実装形態では、装置100は、装置の前面から生じる周囲光の反射によって画像を形成してよい。別の実装形態では、装置100は、表示器の前方に配置された1つまたは複数のランプからの光の反射によって、すなわちフロントライトを用いることによって、画像を形成してよい。

いくつかの実装形態では、各光変調器102は、画像104のピクセル106に対応する。いくつかの他の実装形態では、表示装置100は、画像104のピクセル106を形成するのに複数の光変調器を利用してよい。たとえば、表示装置100は、色特有の光変調器102を3つ含んでよい。特定のピクセル106に対応する色特有の光変調器102のうちの1つまたは複数を選択的に開くことによって、表示装置100は、画像104の色ピクセル106を生成することができる。別の例では、表示装置100は、画像104の輝度レベルをもたらすために、ピクセル106当り2つ以上の光変調器102を含む。画像に関して、「ピクセル」は、画像の分解能によって定義された最も小さい画素に相当する。表示装置100の構造用部品に関して、「ピクセル」という用語は、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る組み合わされた機械部品および電気部品を指す。

表示装置100は、投影用途で典型的に見られる結像光学系を含まなくてよいという点で直視型表示器である。投影表示装置では、表示装置の面上に形成された画像が、スクリーンまたは壁に投影される。表示装置は、投影される画像よりも実質的に小さい。直視型表示器では、ユーザは、光変調器と、任意選択で表示器上に見られる輝度および/またはコントラストを向上させるためのバックライトまたはフロントライトとを含んでいる表示装置を直接見ることによって画像を見る。

直視型表示器は、透過モードまたは反射モードのいずれかで動作し得る。透過型表示器では、光変調器は、表示器の背後に配置された1つまたは複数のランプから生じる光をフィルタリングするかまたは選択的に遮断する。各ピクセルが一様に照光され得るように、ランプからの光が、光ガイドまたは「バックライト」に任意選択で注入される。光変調器を含んでいる1枚の基板がバックライトの上部に直接配置されるサンドイッチ組立方式を容易にするために、透過性の直視型表示器は、透明な基板またはガラス基板の上に構築されることが多い。

各光変調器102は、シャッタ108および開口109を含むことができる。画像104のピクセル106を照光するために、シャッタ108は、光が観察者の方へ開口109を通り抜けることを可能にするように配置されている。ピクセル106の点灯していない状態を保つために、シャッタ108は、光が開口109を通るのを妨げるように配置されている。開口109は、各光変調器102の反射性材料または光吸収材料を通ってパターニングされた開口部によって画定されている。

この表示装置は、シャッタの動きを制御するために基板および光変調器に接続された制御マトリクスも含む。制御マトリクスは一連の電気的相互接続(たとえば相互接続110、112および114)を含み、ピクセルの1つの行当り少なくとも1つの書込み許可相互接続110(「走査ライン相互接続」とも称される)と、ピクセルの各列につき1つのデータ相互接続112と、表示装置100のすべてのピクセルに対して、または少なくとも複数の列と複数の行の両方からのピクセルに対して、共通電圧を供給する1つの共通の相互接続114とを含む。適正電圧(「書込み許可電圧、VWE」)の印加に応答して、ピクセルの所与の行に対する書込み許可相互接続110は、新規のシャッタ動作命令を受け取るように行のピクセルを準備する。データ相互接続112は、新規の動作命令をデータ電圧パルスの形で通信する。データ相互接続112に印加されたデータ電圧パルスは、いくつかの実装形態では、シャッタの静電動作に直接寄与する。いくつかの他の実装形態では、データ電圧パルスは、たとえばデータ電圧よりも振幅が一般的により大きい個別の操作電圧の光変調器102に対する印加を制御するトランジスタまたは他の非線形回路要素といったスイッチを制御する。次いで、これらの操作電圧を印加することにより、シャッタ108の静電駆動された動作がもたらされる。

図1Bは、例示のホストデバイスのブロック図120を示す。例示のホストデバイスは、携帯電話、スマートフォン、PDA、MP3プレーヤ、タブレット、電子書籍リーダ、テレビなどを含む。このホストデバイスは、表示装置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および電源を含む。

表示装置128は、複数の走査ドライバ130(「書込み許可電圧源」とも称される)、複数のデータドライバ132(「データ電圧源」とも称される)、コントローラ134、共通ドライバ138、ランプ140〜146およびランプドライバ148を含む。走査ドライバ130は、走査ライン相互接続110に書込み許可電圧を印加する。データドライバ132は、データ相互接続112にデータ電圧を印加する。

表示装置のいくつかの実装形態では、特に画像104の輝度レベルがアナログ的に導出される場合には、データドライバ132は、光変調器にアナログの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、光変調器102は、データ相互接続112を通じて様々な中間電圧が印加されたとき、シャッタ108の様々な中間の開状態が生じ、したがって画像104の様々な中間の照明状態または輝度レベルが生じるように設計される。他の場合には、データドライバ132は、データ相互接続112に対して2つ、3つ、または4つのデジタル電圧レベルの減少された組のみを印加するように構成される。これらの電圧レベルは、シャッタ108の各々に対して、開状態、閉状態、または他の個別の状態を、デジタル的に設定するように設計される。

走査ドライバ130およびデータドライバ132は、デジタルコントローラ回路134(「コントローラ134」とも称される)に接続されている。このコントローラは、データドライバ132に対して、たいていは、行によってグループ化され、また画像フレームによってグループ化された所定の順番で構成された逐次のやり方で、データを送信する。データドライバ132は、直列から並列へのデータコンバータ、レベルシフト電圧コンバータ、およびいくつかの用途についてはデジタルからアナログへの電圧コンバータを含むことができる。

この表示装置は、任意選択で、共通電圧源とも称される1組の共通ドライバ138を含む。いくつかの実装形態では、共通ドライバ138は、たとえば一連の共通の相互接続114に電圧を供給することによって、光変調器の配列内のすべての光変調器に直流の共通電位を与える。いくつかの他の実装形態では、共通ドライバ138は、コントローラ134からの指令に従って、光変調器の配列に対して、たとえば配列の複数の行および列のすべての光変調器の同時の操作を駆動し、かつ/または開始することができる全体に及ぶ操作パルスといった電圧のパルスまたは信号を送出する。

別々の表示機能のためのすべてのドライバ(たとえば走査ドライバ130、データドライバ132および共通ドライバ138)が、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指令により、ランプドライバ148による赤色、緑色、青色および白色のランプ(それぞれ140、142、144および146)の照明と、ピクセルの配列内の特定の行の書込み許可および順番付けと、データドライバ132からの電圧の出力と、光変調器の操作をもたらす電圧の出力とが調整される。

コントローラ134は順序付けまたはアドレス方式を決定し、それによって、シャッタ108の各々が新規の画像104に対して適切な照明レベルに再設定され得る。新規の画像104は、周期的な間隔で設定され得る。たとえば、映像表示のために、色画像104または映像のフレームは10Hzから300Hzの範囲の周波数でリフレッシュされる。いくつかの実装形態では、画像フレームの配列への設定は、交番する画像フレームが、赤色、緑色および青色などの一連の交番する色で照光されるように、ランプ140、142、144および146の照明と同期される。それぞれの色に対する画像フレームは、色サブフレームと称される。フィールド順次式カラー技法と称されるこの技法では、色サブフレームが20Hzを超過する周波数で交番されると、人間の脳は、交番するフレーム画像を、広範囲の連続した色を有する画像の知覚へと平均化することになる。代替実装形態では、表示装置100には原色を有する4つ以上のランプが採用され得、赤色、緑色および青色以外の原色を採用する。

表示装置100がシャッタ108の開状態と閉状態との間のデジタル交換をするように設計されているいくつかの実装形態では、コントローラ134は、前述のように、時分割グレイスケールの技法によって画像を形成する。いくつかの他の実装形態では、表示装置100は、1つのピクセル当り複数のシャッタ108を使用することによってグレイスケールをもたらすことができる。

いくつかの実装形態では、画像状態104のデータは、コントローラ134による、走査ラインとも称される個々の行の順次のアドレシングによって、変調器の配列にロードされる。順番の各行すなわち走査ラインに対して、走査ドライバ130が、配列のその行に対する書込み許可相互接続110に書込み許可電圧を印加し、その次に、データドライバ132が、選択された行の各列に対して所望のシャッタ状態に対応するデータ電圧を供給する。このプロセスは、配列のすべての行に対してデータがロードされるまで繰り返される。いくつかの実装形態では、データローディングのために選択される行の順番は直線状であり、配列の最上位から最下位へ進む。いくつかの他の実装形態では、選択される行の順番は、視覚的なアーチファクトを最小化するように擬ランダム化される。また、いくつかの他の実装形態では、順序付けはブロックで編制され、1つのブロックについては、たとえば単に配列の5行ごとに順にアドレス指定することによって、画像状態104の特定の小部分のみに関するデータが配列にロードされる。

いくつかの実装形態では、配列に画像データをロードするためのプロセスは、シャッタ108を作動させるプロセスから時間的に分離される。これらの実装形態では、変調器の配列は、配列の各ピクセルに対してデータ記憶要素を含んでよく、制御マトリクスは、記憶要素に記憶されたデータに従ってシャッタ108の同時操作を開始するために、共通ドライバ138からのトリガ信号を搬送するための全体に及ぶ操作の相互接続を含み得る。

代替実装形態では、ピクセルの配列と、これらのピクセルを制御する制御マトリクスとは、長方形の行と列以外の構成に配置されてよい。たとえば、ピクセルは、六角形の配列または曲線状の行と列に配置され得る。一般に、本明細書で用いられる走査ラインという用語は、書込み許可の相互接続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、ホストの動作を全体的に制御する。たとえば、ホストプロセッサは、携帯電子デバイスを制御するための汎用プロセッサまたは専用プロセッサでよい。ホストプロセッサは、ホストデバイス120内に含まれている表示装置128に対して、画像データならびにホストに関する追加のデータを出力する。そのような情報には、周辺光または温度などの環境センサからのデータ、たとえばホストの動作モードまたはホストの電源に残っている電力量を含む、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/または結像モードを選択するのに使用される表示装置に対する命令が含まれ得る。

ユーザ入力モジュール126は、ユーザの個人的選択を、直接的に、またはホストプロセッサ122を介してコントローラ134に伝える。いくつかの実装形態では、ユーザ入力モジュールはソフトウェアによって制御され、ユーザは、このソフトウェアで、「より深い色」、「より優れたコントラスト」、「より低電力」、「輝度を増す」、「スポーツ」、「生放送」、または「アニメーション」などの個人的選択をプログラムする。いくつかの他の実装形態では、これらの選択は、スイッチまたはダイヤルなどのハードウェアを使用してホストに入力される。コントローラ134に対する複数のデータ入力が、最適な結像特性に対応する様々なドライバ130、132、138および148に対してデータを供給するように、コントローラに指示する。

環境センサモジュール124も、ホストデバイスの一部分として含まれ得る。環境センサモジュールは、温度および/または周囲の照明条件などの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、デバイスが動作しているのは、屋内またはオフィス環境であるか、明るい昼光の野外環境であるか、夜間の野外環境であるか、といったことを見分けるようにプログラムされ得る。センサモジュールは、この情報を表示コントローラ134に通信し、その結果、コントローラは周囲の環境に応じて視聴条件を最適化することができる。

図2Aは、例示のシャッタベース光変調器200の斜視図を示す。シャッタベース光変調器200は、図1Aに示された直視型MEMSベース表示装置100に組み込むのに適している。光変調器200は、アクチュエータ204に結合されたシャッタ202を含む。アクチュエータ204は、2つの個別の適合した電極ビームアクチュエータ205(「アクチュエータ」205)から形成され得る。シャッタ202の片面はアクチュエータ205に結合されている。アクチュエータ205は、シャッタ202を、面203に対して実質的に平行な運動面において面203にわたって横方向に移動させる。シャッタ202の反対側は、アクチュエータ204によって加えられた力に対抗する復元力をもたらすばね207に結合されている。

各アクチュエータ205は、シャッタ202をロードアンカー208に接続する柔軟なロードビーム206を含む。ロードアンカー208は、柔軟なロードビーム206とともに機械的支持として働き、シャッタ202を、面203に近接して一時停止させておく。面は、光の通過を導くための1つまたは複数の開口穴211を含む。ロードアンカー208は、柔軟なロードビーム206およびシャッタ202を面203に物理的に接続し、ロードビーム206をバイアス電圧に、いくつかの事例では接地に、電気的に接続する。

基板がシリコンなどで不透明であれば、開口穴211は、基板204を貫通する穴の配列をエッチングすることによって基板に形成される。基板204がガラスまたはプラスチックなどで透明であれば、処理シーケンスの最初のブロックは、基板上に光障壁層を堆積して、光障壁層を穴211の配列へとエッチングするステップを伴う。開口穴211は、全体的に、円形、楕円形、多角形、蛇行形状、または不規則な形状であり得る。

各アクチュエータ205は、各ロードビーム206に隣接して配置された柔軟な駆動ビーム216も含む。駆動ビーム216は、一端で、駆動ビーム216間で共有されている駆動ビームアンカー218に結合される。各駆動ビーム216の他端は自由に移動できる。各駆動ビーム216は、駆動ビーム216の自由端の近くのロードビーム206およびロードビーム206の固定された終端に最も近接するように湾曲している。

動作においては、光変調器200を内蔵する表示装置は、駆動ビームアンカー218を介して駆動ビーム216に電位を与える。ロードビーム206に対して第2の電位が与えられてよい。駆動ビーム216とロードビーム206との間に結果として生じる電位差により、駆動ビーム216の自由端がロードビーム206の固定端の方へ引かれ、ロードビーム206のシャッタ終端が駆動ビーム216の固定端の方へ引かれ、それによって、シャッタ202が駆動アンカー218の方へ横方向に駆動される。柔軟な部材206は、ビーム206と216にわたる電圧の電位が除去されたとき、ロードビーム206が、ロードビーム206に保存された応力を解放してシャッタ202を初期位置に押し返すように、ばねとして働く。

光変調器200などの光変調器は、電圧が除去された後、シャッタをそのレスト位置に返すために、ばねなどの受動的復元力を内蔵する。他のシャッタ組立体は、アクチュエータの「開」と「閉」の2重の組、および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」と「閉」の電極の分離された組を内蔵することができる。

適切な輝度レベルを伴う画像、ほとんどの場合動画像を生成するように、制御マトリクスによって配列のシャッタおよび開口を制御することができる様々なプロセスがある。場合によっては、制御は、表示器の周辺の駆動回路に接続された行と列の相互接続の受動マトリクス配列によって達成される。他の場合には、表示器の速度、輝度レベルおよび/またはワット損性能を改善するために、配列(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要素および/またはデータ記憶要素を含むのが適切である。

本明細書で説明されたコントローラ機能は、上記で説明された光変調器などのシャッタベースのMEMS光変調器の制御に限定されるものではない。図2Bは、例示の非シャッタベースの光変調器の断面図を示す。具体的には、図2Bは、エレクトロウェッティングベースの光変調配列270の断面図を示す。光変調配列270は、光共振器274上に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〜d(全体的に「セル272」)を含む。光変調配列270は、セル272に対応する1組の色フィルタ276を含む。

各セル272は、水(または他の透明な導電性流体または極性流体)の層278、光吸収油の層280、透明な電極282(たとえばインジウムスズ酸化物から製作されたもの)、および光吸収油の層280と透明な電極282との間に配置された絶縁層284を含む。本明細書で説明された実装形態では、電極は、セル272の裏面の一部分を占有する。

セル272の裏面の残りは、光共振器274の前面を形成する反射性開口層286から形成されている。反射性開口層286は、反射性金属または誘電体ミラーを形成する薄膜のスタックなどの反射性材料から形成されている。各セル272に関して、反射性開口層286に開口が形成されており、光の通過を許す。セルの電極282が、開口の中に、また、別の誘電体層によって分離された反射性開口層286を形成する材料の上に、堆積される。

光共振器274の残りは、反射性開口層286に近接して配置された光ガイド288と、反射性開口層286の反対側の光ガイド288の面上の第2の反射層290とを含む。光ガイドの裏面に、第2の反射層に近接して、一連の光リダイレクタ291が形成される。光リダイレクタ291は、拡散反射体または鏡面反射体でよい。1つまたは複数の光源292が、光ガイド288に光294を注入する。

代替実装形態では、光ガイド290と光変調配列270との間に追加の透明基板が配置される。この実装形態では、反射性開口層286は、光ガイド290の面上ではなく追加の透明基板上に形成される。

動作においては、セル(たとえばセル272bまたは272c)の電極282に電圧を印加すると、セルの中の光吸収油280がセル272の一部分に集中する。結果として、光吸収油280は、もはや反射性開口層286に形成された開口を通る光の通過を妨げることはない(たとえばセル272bおよび272cを参照されたい)。開口でバックライトを逃れる光は、次いでセルを通り、色フィルタ276の組の中の対応する色フィルタ(たとえば赤色、緑色、または青色)を通って逃れることができ、画像の色ピクセルを形成する。電極282が接地されているとき、光吸収油280が反射性開口層286の開口を覆い、この開口を通ろうとするあらゆる光294を吸収する。

セル272に電圧が印加されたときオイル280が下に集中する領域は、画像の形成に関してスペースを浪費する。この領域は、電圧が印加されていてもいなくても光を通すことができず、したがって、反射性開口層286の反射部分が含まれていなければ画像の形成に寄与するよう用いることができるはずの光を吸収することになる。しかしながら、反射性開口層286を含むことにより、そうでなければ吸収されていたはずのこの光は、今後別の開口を通って逃れるように、反射して光ガイド290に戻される。本明細書で説明された制御マトリクスによる制御に適している非シャッタベースのMEMS変調器の例は、エレクトロウェッティングベースの光変調配列270だけではない。他の形式の非シャッタベースのMEMS変調器も、本明細書で説明された様々なコントローラ機能によって、本開示の範囲から逸脱することなく同様に制御され得る。

図2Cは、optically compensated bend(OCB)モードで動作するフィールド順次式液晶表示器の一例を示す。MEMS表示器に加えて、これも本開示で使用され得るフィールド順次式カラー(FSC)液晶表示器は、たとえば図2Cに示されるようにOCBモードで動作する液晶表示器を含む。OCBモードのLCD表示器をFSC技法と結合すると、低消費電力で高分解能の表示器が可能になり得る。図2Cに示されたLCD表示器は、円形の偏光器230、2軸遅延フィルム(biaxial retardation film)232および重合ディスコティック材料(PDM:polymerized discotic material)234から成る。2軸遅延フィルム232は、2軸透過特性を有する透明な表面電極を含む。表面電極は、それらにわたって電圧が印加されたとき、PDM層の液晶分子を特定方向に整列させるように働く。

図3は、シャッタベースの光変調器の配列320の斜視図を示す。シャッタベースの光変調器の配列320は、表示器380の一部分であって、バックライト350の上部に配設されている。いくつかの実装形態では、バックライト350は透明材料、すなわちガラスまたはプラスチックで製作されており、ランプ382、384および386からの光を、表示面の全体にわたって均等に分配するための光ガイドとして機能する。表示器380をフィールド順次式表示器として組み立てるとき、ランプ382、384および386は、赤色、緑色、および青色、あるいは青緑色、赤紫色および黄色のランプなどの別々の色のランプであり得る。

複数の別々のタイプのランプ382、384および386は、白熱電灯、蛍光灯、レーザ、または発光ダイオード(LED)を制限なく含む表示器で採用され得る。さらに、直視型表示器380のランプ382、384および386は、複数のランプを含んでいる単一の組立体に組み合わされてよい。たとえば赤色LED、緑色LED、および青色LEDの組合せは、小さい半導体チップの中で白色LEDと組み合わせるか、もしくは白色LEDを置換することができ、または小さいマルチランプのパッケージに組み立てることができる。同様に、各ランプは、たとえば赤色、黄色、緑色および青色のLEDの組合せ、青緑色、赤紫色、黄色および白色のLEDの組合せ、または赤色、緑色、青色および白色のLEDの組合せといった4色のLEDの組立体を表すことができる。いくつかの他の実装形態では、ランプ組立体には追加のLEDが含まれてよい。たとえば、5つの色を用いる場合、ランプ組立体は、赤色、緑色、青色、青緑色および黄色のLEDを含んでよい。いくつかの他の実装形態では、ランプ組立体は、白色、橙色、青色、紫色および緑色のLED、または白色、青色、黄色、赤色、および青緑色のLEDを含んでよい。6つの色を用いる場合、ランプ組立体は、赤色、緑色、青色、青緑色、赤紫色および黄色のLED、または白色、青緑色、赤紫色、黄色、橙色および緑色のLEDを含んでよい。

シャッタ組立体302は光変調器として機能する。シャッタ組立体302は、関連するコントローラからの電気信号を用いることによって、開状態または閉状態のいずれかに設定され得る。開状態のシャッタは、バックライト350からの光が観察者まで通過することを許し、それによって直視型画像を形成する。

いくつかの実装形態では、光変調器は、バックライト350から離れて観察者の方へ向く基板304の面上に形成される。いくつかの他の実装形態では、基板304は、光変調器が光ガイドの方へ向く面上に形成されるように、反対され得る。これらの実装形態では、開口層322などの開口層を、バックライト350の上面に直接形成するのが好ましいことがある。いくつかの他の実装形態では、光ガイドと光変調器との間に個別の部片のガラスまたはプラスチックを挟むのが有益であり、そのような個別の部片のガラスまたはプラスチックは、開口層322などの開口層と、開口穴324などの関連する開口穴とを含む。シャッタ組立体302の平面と開口層322との間の間隔が、できるだけ近く、好ましくは10ミクロン未満に、場合によっては1ミクロンと近く保たれるのが好ましい。

いくつかの表示器では、色ピクセルは、たとえば赤色、緑色、青色といった別々の色に対応する光変調器の照光するグループによって生成される。このグループの各光変調器は、所望の色を達成するための対応するフィルタを有する。しかしながら、これらのフィルタは大量の光を吸収し、場合によってはフィルタを通る光の60%もが吸収され、それによって表示器の効率および輝度が制限される。それに加えて、1つのピクセルごとに複数の光変調器を使用すると、表示される画像に寄与するように用いることができる表示器上のスペースの合計が低減され、そのような表示器の輝度および効率がさらに制限される。

図4は、フィールド順次式カラー(FSC)を用いて画像を表示するための表示プロセスに対応する例示のタイミング図400である。タイミング図400は、たとえば図1Bで説明された表示装置128によって実施され得る。タイミング図400を含む、本明細書に含まれるタイミング図は、図4、図5および図6に示され、タイミング図の上部が光変調器のアドレス指定イベントを示し、下部がランプ照明イベントを示す、という規則に従うものである。

アドレス指定する部分は、時間間隔をおいて配置された対角線によってアドレス指定イベントを示す。各対角線は、一連の個別データのローディングイベントに対応し、このイベントの間、光変調器の配列の各行に、一度に一行ずつデータがロードされる。表示器に含まれる変調器をアドレス指定して駆動するのに使用される制御マトリクスに依拠して、各ローディングイベントは、所与の行の光変調器を作動させることを可能にするための待ち時間を必要とすることがある。いくつかの実装形態では、光変調器の配列のすべての行が、光変調器のうちいかなるものの操作にも先立ってアドレス指定される。光変調器の配列の最後の行へのデータのローディングが完了すると、すべての光変調器が実質的に同時に作動される。

ランプ照明イベントは、表示器に含まれたランプの各色に対応するパルス列によって示される。各パルスは、対応する色のランプが照明されることを示し、それによって、直前のアドレス指定イベントで光変調器の配列にロードされたサブフレーム画像を表示する。

所与の画像フレームの、表示器における第1のアドレス指定イベントが始まる時間には、各タイミング図においてAT0とラベルが付けられている。ほとんどのタイミング図において、この時間は、表示器が受け取る各映像フレームの開始に先行する電圧パルスVsyncの検出の直後に当る。個々の後続のアドレス指定イベントが起こる時間にはAT1、AT2、...、AT(n-1)とラベルが付けられており、nは、画像フレームを表示するのに用いら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、対角線には、光変調器の配列にデータがロードされるのを示すように、さらにラベルが付けられている。たとえば、図4に示されたタイミング図では、D0は、あるフレームに関して光変調器の配列に第1のデータがロードされることを表し、D(n-1)は、そのフレームに関して、光変調器の配列に最後のデータがロードされることを表す。図5および図6に示されたタイミング図では、各アドレス指定イベントの間にロードされるデータはビット面に対応する。

ビット面は、光変調器の配列の複数の行および複数の列の変調器に関する所望の変調器の状態を識別するデータのコヒーレントな組である。その上、各ビット面は、2進符号化方式に従って導出さ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、画像フレームの寄与する色に関する各サブフレーム画像は、2進数系列の1、2、4、8、16などによって加重される。最低の加重を伴うビット面は、最下位ビット面と称され、タイミング図におけるラベルおよび本明細書における参照では、対応する寄与する色の最初の文字に続いて数字0が与えられている。寄与する色に関する個々の最下位から2番目のビット面については、寄与する色の最初の文字に続く数が1だけ増加する。たとえば、1つの色につき4つのビット面に分割された画像フレームについては、赤色の最下位のビット面は、R0ビット面とラベルを付けられ、R0ビット面と称される。赤色の最下位から2番目のビット面はR1とラベルを付けられてR1と参照され、赤色の最上位のビット面はR3とラベルを付けられてR3と称される。

ランプ関連のイベントにはLT0、LT1、LT2、...、LT(n-1)とラベルが付けられる。タイミング図におけるラベルが付けられたランプ関連のイベント時間は、タイミング図に依拠して、ランプが照明されている時間またはランプが消されている時間のいずれかを表す。特定のタイミング図におけるランプ時間の意味は、特定のタイミング図の照明部分のパルス列に対してそれらの時間軸における位置を比較することによって求めることができる。具体的には、図4に示されたタイミング図400へ戻って参照すると、タイミング図400に従って画像フレームを表示するために、画像フレームの3つの寄与する色の各々を表示するのに単一のサブフレーム画像が用いられる。最初に、赤色のサブフレーム画像向けに望まれる変調器状態を示すデータD0の光変調器の配列へのロードが、時間AT0で開始される。アドレス指定が完了した後、時間LT0で赤色ランプが照明され、それによって赤色のサブフレーム画像を表示する。緑色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が、時間AT1で光変調器の配列にロードされる。時間LT1で緑色ランプが照明される。最後に、青色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が、時間AT2で光変調器の配列にロードされて、時間LT2で青色ランプが照明される。次いで、このプロセスが、表示すべき後続の画像フレームに対して繰り返される。

図4に示されたタイミング図に従って画像を形成する表示器によって達成可能な輝度レベルの数は、各光変調器の状態がどれくらい精彩に制御され得るかということに依拠する。たとえば、光変調器が2値の性質であると、すなわちオンまたはオフしかあり得なければ、表示器は、8つの異なる色の生成に限定されることになる。輝度レベルの数は、そのような表示器に対して、追加の中間状態へと駆動され得る光変調器を設けることによって増加され得る。図4に示されたフィールド順次式技法に関するいくつかの実装形態では、印加電圧に対してアナログの応答を示すMEMSベースの光変調器または他の光変調器を用意することができる。そのような表示器で達成可能な輝度レベルの数を限定するのは、データ電圧源と併せて供給されるデジタルアナロク変換器の分解能のみである。

あるいは、各サブフレーム画像を表示するのに使われる期間が、個々にそれ自体の対応するサブフレーム画像を有する複数の期間に分割されると、より精彩な輝度レベルを生成することができる。たとえば、2値の光変調器を用いると、寄与する色ごとに長さおよび光強度が等しい2つのサブフレーム画像を形成する表示器は、8つではなく27個の別々の色を生成することができる。画像フレームの個々の寄与する色を複数のサブフレーム画像に分ける輝度レベルの技法は、一般に時分割グレイスケール技法と称される。

図5は、2進時分割グレイスケールプロセスの一連のサブフレーム画像を用いて画像を形成するためにコントローラによって用いられる表示プロセス500の例示のタイミング図を示す。いくつかの実装形態では、表示プロセス500は、図1Bに示されたコントローラ134によって実施されてよい。したがって、表示プロセス500は、図5および図1Bを参照しながら以下で説明される。

図1Bおよび図5を参照すると、表示プロセス500とともに用いられるコントローラ134は、時間シーケンス(時間は図5の左から右へ変化する)における多重動作の調整を担当する。コントローラ134は、サブフレームデータの組のデータ項目が、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を判断する。コントローラ134は、走査ドライバ130による配列の行の走査を可能にするためのトリガ信号も送り、それによって、ドライバ132からのデータを配列のピクセルにロードすることを可能にする。コントローラ134は、ランプ140、142および144(表示プロセス500には白色ランプ146は採用されない)の照明を可能にするように、ランプドライバ148の動作も管理する。コントローラ134は、配列の複数の行および列におけるシャッタの全体に及ぶ操作などの機能を実質的に同時に可能にする共通ドライバ138にトリガ信号を送ることもできる。

表示プロセス500における画像を形成するプロセスは、個々のサブフレーム画像に対して、サブフレームデータの組をフレームバッファから配列にロードするステップを含む。サブフレームデータの組は、配列の複数の行および複数の列における変調器の所望の状態(たとえば開状態または閉状態)に関する情報を含む。2進時分割グレイスケールについては、グレイスケールに関する2進の符号化されたワードの個々の色の中の個々のビットレベルについて、個別のサブフレームデータの組が配列に伝送される。2進符号化の場合については、サブフレームデータの組はビット面と称される。表示プロセス500は、赤色、緑色および青色の3色の各々の4つのビット面データの組をロードするステップを指す。これらのデータの組は、赤色についてはR0〜R3とラベルが付けられ、緑色についてはG0〜G3とラベルが付けられ、青色についてはB0〜B3とラベルが付けられている。図解の経済性のために、表示プロセス500には、1つの色につき4つのビットレベルしか示されていないが、1つの色につき6つ、7つ、8つ、もしくは10個、またはさらに多くのビットレベルを採用する代替の画像形成シーケンスが可能であることが理解されよう。

表示プロセス500は、一連のアドレス指定時間AT0、AT1、AT2などを参照する。これらの時間は、特定のビット面を配列にロードするステップの開始時間すなわちトリガ時間を表す。第1のアドレス指定時間AT0と同時に起こるVsyncは、画像フレームの開始を示すために一般に採用されるトリガ信号である。表示プロセス500は一連のランプ照明時間LT0、LT1、LT2なども参照し、これらはビット面をロードするステップに対応する。これらのランプトリガは、ランプ140、142および144のうちの1つからの照明が消される時間を示す。赤色ランプ、緑色ランプおよび青色ランプの各々に関する照明パルス時間および振幅が、図5の下部に沿って示されており、個別のラインに沿って文字「R」、「G」および「B」でラベルが付けられている。

第1のビット面R3をロードするステップは、トリガポイントAT0で始まる。ロードされる第2のビット面R2はトリガポイントAT1で始まる。各ビット面をロードするステップは、相当な時間を必要とする。たとえば、ビット面R2に対してアドレス指定するシーケンスは、この図ではポイントAT1で始まってポイントLT0で終わる。各ビット面に対してアドレス指定する動作またはデータをロードする動作は、タイミング図500の対角線として示されている。対角線は、ビット面情報の個々の行が、フレームバッファからデータドライバ132(図1Bに示されている)へ、そこから配列へと、1つずつ転送される順次の動作を表す。各行または走査ラインにデータをロードするステップは、1マイクロ秒から100マイクロ秒までの範囲の何らかの時間を必要とする。配列への複数の行の完全な転送または完全なビット面のデータの転送は、配列の行数に依拠して、約100マイクロ秒から約5ミリ秒までの範囲の何らかの時間を要し得る。

表示プロセス500では、配列に画像データをロードするためのプロセスは、関連する光変調器を移動させるかまたは作動させるプロセスから時間的に分離される。いくつかの実装形態については、光変調器の配列は、配列のピクセルごとに記憶キャパシタなどのデータ記憶要素を含んでおり、データをロードするプロセスに含まれるのは、記憶要素にデータを記憶するステップ(すなわちオン/オフの命令または開/閉の命令)のみである。光変調器は、全体に及ぶ操作信号が共通ドライバ138(図1Bに示されている)のうちの1つによって生成されるまで、動作したり作動したりすることはない。データのすべてが配列にロードされるまで、全体に及ぶ操作信号がコントローラ134(これも図1Bに示されている)によって送られることはない。指定時間において、動作または状態変化に指定された光変調器のすべてが、全体に及ぶ操作信号によって実質的に同時に動作する。ビット面をロードするシーケンスの最後と、対応するランプの照明との間に短い時間間隔が示されている。これは、シャッタの全体に及ぶ操作に必要な時間である。全体に及ぶ操作時間は、たとえばトリガポイントLT2とAT4との間に示されている。画像を、部分的にしか作動していない光変調器の照明と混同しないように、全体に及ぶ操作の期間中にすべてのランプが消えるのが望ましい。図3に示されたシャッタ組立体320などの光変調器の全体に及ぶ操作には、光変調器の設計および構成に依拠して、約10マイクロ秒から約500マイクロ秒の範囲の何らかの時間が必要とされ得る。

表示プロセス500の例については、コントローラ134は、各ビット面をロードするステップの後にランプを1つだけ照明するようにプログラムされており、そのような照明は、配列の最後の走査ラインのデータをロードするステップの後に、全体に及ぶ操作時間と等しい時間だけ遅延される。配列の記憶要素にデータをロードするステップが、シャッタの位置に直接影響することはないので、ランプがオン状態を保っている間に、後続のビット面に対応するデータをロードするステップを始めて進行させ得ることに留意されたい。

たとえばビット面R3、R2、R1およびR0と関連したサブフレーム画像の各々が、図5の下部に「R」のラインで示された、赤色ランプ140(図1Bに示されている)からの別個の照明パルスによって照明される。同様に、ビット面G3、G2、G1およびG0と関連したサブフレーム画像の各々が、図5の下部に「G」のラインで示された、緑色ランプ142(図1Bに示されている)からの別個の照明パルスによって照明される。各サブフレーム画像に対して用いられる照明値(この例については照明期間の長さ)は、振幅において、2進数系列8、4、2、1によってそれぞれ関連付けられる。照明値のこの2進加重により、2進ワードで符号化されたグレイスケール値の表現または表示が可能になり、各ビット面は、2進ワードにおける桁の値のうちの1つだけに対応するピクセルのオン/オフデータを含む。コントローラ134(図1Bに示されている)が発するコマンドは、ランプとデータをロードするステップとを協調させることばかりでなく、各データビット面と関連した正確な相対照明期間も保証する。

表示プロセス500において、2つの後続のトリガ信号Vsyncの間に完全な画像フレームがもたらされる。表示プロセス500における完全な画像フレームは、1つの色につき4つのビット面の照明を含む。60Hzのフレーム率については、Vsync信号間の時間は16.6ミリ秒である。最上位のビット面(R3、G3およびB3)の照明に割り当てられる時間は、この例では、各々約2.4ミリ秒であり得る。そこで、次のビット面R2、G2およびB2に対する照明時間は、比例して1.2ミリ秒になるはずである。最下位のビット面の照明期間、R0、G0およびB0は、各々300マイクロ秒になるはずである。より大きいビット分解能をもたらすか、または1つの色につきより多くのビット面を望むのであれば、最下位のビット面に対応する照明期間は、各々実質的に100マイクロ秒未満とさらに短い期間にしなければならないことになる。

輝度レベルの表現を管理する重要なシーケンスパラメータのすべてを、シーケンス表の記憶装置と称されることのあるシーケンス表の、同一場所に配置するかまたは記憶することは、コントローラ134(図1Bに示されている)の開発またはプログラミングにおいて有益であり得る。記憶されたシーケンスパラメータを表す表の一例が、以下にTable 1(表1)として列挙されている。このシーケンス表は、サブフレームまたは「フィールド」の各々について、相対的アドレス指定時間(たとえばビット面をロードするステップが始まるAT0)と、バッファメモリで見つけるべき関連するビット面の記憶場所(たとえば位置M0、M1など)と、ランプのうちの1つに関する識別符号(たとえばR、GまたはB)と、ランプ時間(たとえば、この例ではランプを消す時間を決定するLT0)とを列挙するものである。

また、表示プロセスのイベントのタイミングまたはシーケンスを再プログラムするかもしくは変更するプロセスを容易にするために、シーケンス表のパラメータの記憶を同一場所に配置することは有益であり得る。たとえば、ほとんどの赤色サブフレームの直後に緑色サブフレームが続き、緑色サブフレームの直後に青色サブフレームが続くように、色サブフレームの順番を再配置することが可能である。そのような色サブフレームの再配置または散布配置により、ランプ色の間で照明が切り換えられる公称周波数が増加し、これによってCBUの影響が低減する。メモリに記憶された複数の別々のスケジュール表の間を切り換えることによって、またはスケジュール表を再プログラムすることによって、1つの色につきビット面のより少ない数またはより多い数のいずれかを必要とするプロセスの間で切り換えることも、たとえば単一画像フレームの時間内に1つの色につき8つのビット面の照明を可能にすることによって可能になる。図1Bに示された白色ランプ146などの第4の色LEDに対応するサブフレームを含むことを可能にするように、タイミングシーケンスを再プログラムすることも可能である。

表示プロセス500は、ランプのパルス幅すなわち照明期間に基づいて各サブフレーム画像を別個の照明値に関連付けることによって、符号化されたワードに従ってグレイスケールまたは輝度レベルを確立するように実施され得る。照明値を表現するのに代替選択肢が利用可能である。代替形態の1つでは、サブフレーム画像の各々に割り当てられた照明期間が一定に保たれ、また、ランプからの照明の振幅すなわち強度は、2進数の比率1、2、4、8などによってサブフレーム画像の間で変化される。そのような実装形態については、シーケンス表のフォーマットは、サブフレームの各々に対して、固有のタイミング信号ではなく固有のランプ強度を割り当てるように変更される。いくつかの他の実装形態では、ランプからのパルス持続時間とパルス振幅との両方の変化が採用され、サブフレーム画像間の輝度レベルの差異を確立するために、どちらもシーケンス表で指定される。

図6は、画像フレームの各色成分につき4つのサブフレーム画像を表示することによって画像フレームが表示される符号化された時分割グレイスケールのアドレシングプロセスに対応する例示のタイミング図600を示す。このタイミング図は、図1Bに示されたコントローラ134によって実施されてよい。したがって、タイミング図600は、図6および図1Bに関して以下で説明される。

タイミング図600は、以下でTable 2(表2)に列挙されたパラメータを用いる。所与の色に表示された各サブフレーム画像が、先のサブフレーム画像の半分の期間にわたって同一の強度で表示され、それによって、サブフレーム画像の2進加重方式が実施される。タイミング図600は、赤色、緑色、および青色に加えて、白色に対応するサブフレーム画像を含んでおり、これらは白色ランプを使用して照明される。白色ランプを追加すると、表示器は、より明るい画像を表示するか、または同じ輝度レベルを維持しながらより低い電力レベルでそのランプを動作させることができる。輝度と消費電力の関係が直線的なものではないため、より低い照明レベルの動作モードは、同等な画像輝度をもたらす一方でエネルギー消費がより少なくなる。それに加えて、白色ランプは、より効率的であることが多く、すなわち、同じ輝度を達成するのに他の色のランプよりも消費電力が少ない。

より具体的には、タイミング図600における画像フレームの表示は、Vsyncパルスの検出で始まる。タイミング図およびTable 2(表2)のスケジュール表に示されるように、記憶場所M0から記憶されているビット面R3が、時間AT0で始まるアドレス指定イベントにおいて、光変調器の配列150(図1Bに示されている)にロードされる。コントローラ134(図1Bに示されている)は、一旦、光変調器の配列150にビット面の最終行のデータを出力すると、全体に及ぶ操作コマンドを出力する。コントローラ134は、操作時間だけ待った後に赤色ランプを照明する。すべてのサブフレーム画像に関して操作時間が不変数であるので、この時間を求めるために、スケジュール表の記憶装置の中に、対応する時間値を記憶する必要はない。時間AT4で、コントローラ134は、緑色ビット面G3の第1のものをロードし始め、これは、スケジュール表に従って記憶場所M4から記憶される。時間AT8で、コントローラ134は、青色ビット面B3の第1のものをロードし始め、これは、スケジュール表に従って記憶場所M8から記憶される。時間AT12で、コントローラ134は、白色ビット面W3の第1のものをロードし始め、これは、スケジュール表に従って記憶場所M12から記憶される。コントローラは、白色ビット面W3の第1のものに対応するアドレス指定を完了して操作時間だけ待ってから、初めて白色ランプを照明する。

すべてビット面が、光変調器の配列150にビット面をロードする時間よりも長い間照明されるべきであるので、コントローラ134は、後続のサブフレーム画像に対応するアドレス指定イベントを完了すると、サブフレーム画像を照明しているランプを消す。たとえば、LT0は、AT0の後の時間に生じるように設定されており、この時間は、ビット面R2をロードするステップの完了と一致する。LT1は、AT1の後の時間に生じるように設定されており、この時間は、ビット面R1をロードするステップの完了と一致する。

タイミング図のVsyncパルスの間の期間は、フレーム時間を示す記号FTで示されている。いくつかの実装形態では、アドレス指定時間AT0、AT1など、ならびにランプ時間LT0、LT1などは、4つの色の各々に関する4つのサブフレーム画像を、16.6ミリ秒のフレーム時間FT内に、すなわち60Hzのフレーム率に従って、完成するように設計されている。いくつかの他の実装形態では、スケジュール表の記憶装置に記憶された時間値は、33.3ミリ秒のフレーム時間FT内に、すなわち30Hzのフレーム率に従って、1つの色につき4つのサブフレーム画像を完成するように変更され得る。いくつかの他の実装形態では、24Hzと低いフレーム率が採用されてよく、または100Hzを上回るフレーム率が採用されてもよい。

白色ランプを使用すると、表示器の効率を改善することができる。サブフレーム画像において4つの別個の色を用いるには、コントローラ134(図1Bに示されている)のデータ処理に対する変更が必要とされる。タイミング図600による表示プロセスは、3つの別々の色の各々に対してビット面を導出する代わりに、4つの別々の色の各々に対応するビット面を記憶する必要がある。したがって、コントローラ134は、データ構造をビット面に変換する前に、3色の空間における色向けに符号化された入力のピクセルデータを、4色の空間に対して適切な色座標に変換してもよい。

タイミング図600に示された、赤色ランプと、緑色ランプと、青色ランプと、白色ランプとの組合せに加えて、達成可能な色の空間または全範囲を拡張する他のランプの組合せが可能である。拡張した色域を有する有用な4つの色のランプの組合せは、赤色、青色、真の緑色(約520nm)にオウム緑色(約550nm)を加えたものである。色域を拡張する別の5つの色の組合せは、赤色、緑色、青色、青緑色および黄色である。YIQ NTSC色空間に類似の5つの色が、白色ランプ、橙色ランプ、青色ランプ、紫色ランプ、および緑色ランプを用いて確立され得る。周知のYUV色空間に類似の5つの色が、白色ランプ、青色ランプ、黄色ランプ、赤色ランプ、および青緑色ランプを用いて確立され得る。

他のランプの組合せが可能である。たとえば、有用な6つの色の空間が、赤色ランプ、緑色ランプ、青色ランプ、青緑色ランプ、赤紫色ランプおよび黄色ランプを用いて確立され得る。6つの色の空間は、白色、青緑色、赤紫色、黄色、橙色および緑色を用いても確立され得る。上記で既に列挙した色から、他の多数の4つの色の組合せおよび5つの色の組合せが導出され得る。別々の色を有する6つ、7つ、8つまたは9つのランプのさらなる組合せが、上記で列挙された色から生成され得る。上記で列挙された色の間に位置するスペクトルを有するランプを用いて、追加の色を採用してもよい。

図7は、表示器で使用される例示のコントローラ700のブロック図を示す。たとえば、コントローラ700は、図1Bに示されたコントローラ134として働くことができる。したがって、図7は、図1Bに関連して以下で説明される。

コントローラ700は、合成色、すなわち、実質的には表示器によって出力される少なくとも2つの他の寄与する色を組み合わせた色として出力される画像フレームの輝度の小部分を調整するように、可変合成色の置換乗数αを選択し、かつ/または用いることによって、表示器向けのサブフレーム画像を部分的に生成するように構成されている。上記で説明されたように、結合して合成色を形成する寄与する色は、本明細書では「構成要素色」と称される。

一般に、コントローラ700は、光変調器の配列150の中の光変調器ならびに表示装置128のランプ140、142、144および146(すべて図1Bに示されている)を制御するために、画像ソースから画像信号702を受け取って、ドライバ130、132、138および148に対する出力データおよび制御信号を生成する。データと制御信号が出力される順番は、本明細書では「出力シーケンス」と称され、以下でさらに説明される。本明細書では、コントローラ700の機能性が、たとえばMEMSシャッタ、MEMSミラー、LCDまたはエレクトロウェッティングセルなどの光変調器を組み込んだ表示装置に関して説明されるが、この機能性は、OLEDベースの表示器などの発光型表示器にも適用可能である。

前述の機能性を実行するために、コントローラ700は、入力処理モジュール704、メモリ制御モジュール706、フレームバッファ708、タイミング制御モジュール710およびスケジュール表の記憶装置712を含む。いくつかの実装形態では、これらの構成要素は、回路ボード、ケーブルまたは他の電気的相互接続によって相互に接続された別個のチップまたは回路として用意されてよい。いくつかの他の実装形態では、これらの構成要素のいくつかは、機能によらなければ境界がほとんど判別不能になるように、単一の半導体チップへと一緒に設計され得る。いくつかの他の実装形態では、構成要素のうちのいくつかはコントローラ700に組み込まれたマイクロプロセッサ上で実行するファームウェアまたはソフトウェアで実施され得る。

さらに図1Bおよび図7を参照して、入力処理モジュール704は、画像信号702を入力として受け取り、その中に符号化されているデータを、図1Bに示された光変調器の配列150によって表示するのに適したフォーマットへと処理する。そのために、入力処理モジュール704は、各画像フレームを符号化するデータを得て、それを一連のサブフレームデータの組に変換する。サブフレームデータの組は、コヒーレントなデータ構造に集約された光変調器の配列150の複数の行および複数の列における変調器の所望の状態に関する情報を含む。画像フレームを表示するために用いられるサブフレームデータの組の数および内容は、コントローラ700によって採用されたグレイスケール技法に依拠するものである。一般に、グレイスケール技法が指すプロセスによって、表示装置は、表示器の所与の寄与する色に関する輝度レベルの出力を変化させる。たとえば、符号化された時分割グレイスケール技法を用いて画像フレームを形成するのに用いられるサブフレームデータの組は、非符号化時分割グレイスケール技法を用いて画像フレームを表示するのに用いられるサブフレームデータの組とは、数および内容において異なる。様々な実装形態において、入力処理モジュール704は、画像信号705を、非符号化サブフレームデータの組、ビット面、3進に符号化されたサブフレームデータの組、または符号化されたサブフレームデータの組の他の形式に変換してよい。入力の画像データをサブフレームデータの組に変換するのを容易にするために、入力処理モジュール704は、表示器の寄与する色の各々の輝度値の、所望の輝度値を生成する一連のピクセル状態への変換を記憶している1組の輝度レベルのルックアップ表(LUT)714にアクセスする。コントローラ700は、コントローラ700が実施する結像モードに関する各々の寄与する色と関連した少なくとも1つの輝度レベルのLUTを含むように実施され得る。所与の輝度レベルのLUTは、1つまたは複数の結像モードに関する1つまたは複数の寄与する色に関連付けられてよい。

入力処理モジュール704は、サブフレームデータの組をメモリ制御モジュール706に出力する。次いで、メモリ制御モジュール706が、サブフレームデータの組をフレームバッファ708に記憶する。フレームバッファ708は、好ましくはランダムアクセスメモリであるが、他のタイプのシリアルメモリも使用することができる。メモリ制御モジュール706は、いくつかの実装形態では、サブフレームデータの組の符号化方式における色および加重に基づいて、サブフレームデータの組を所定の記憶場所に記憶する。いくつかの他の実装形態では、メモリ制御モジュール706は、動的に求められた記憶場所にサブフレームデータの組を記憶し、後の識別のために、その位置をルックアップ表に記憶する。

メモリ制御モジュール706は、タイミング制御モジュール710からの命令で、フレームバッファ708からサブフレームデータの組を検索してデータドライバ132(図1Bに示されている)に出力することも担当することができる。データドライバ132は、メモリ制御モジュール706から出力されたデータを、光変調器の配列150の光変調器にロードする。メモリ制御モジュール706は、サブ画像データの組のデータを一度に1行出力する。いくつかの実装形態では、フレームバッファ708には、役割が交番する2つのバッファが含まれる。メモリ制御モジュール706は、1つのバッファの新規の画像フレームに対応する新しく生成されたサブフレームデータの組を記憶する一方で、光変調器の配列150に対する出力のために、以前に受け取った画像フレームに対応するサブフレームデータの組を他のバッファから抽出することができる。いくつかの実装形態では、どちらのバッファメモリも、アドレスによってのみ分離されて同一の回路内に存在することができる。

タイミング制御モジュール710は、出力シーケンスに従って、データおよび指令信号のコントローラ700による出力を管理する。出力シーケンスには、サブフレームデータの組が光変調器の配列150(図1Bに示されている)に出力される順番およびタイミングと、照明イベントのタイミングおよび特性とが含まれる。出力シーケンスは、いくつかの実装形態では、全体に及ぶ操作イベントも含む。出力シーケンスを定義するパラメータのうちの少なくともいくつかは、揮発性メモリに記憶される。この揮発性メモリは、スケジュール表の記憶装置712と称される。スケジュール表の記憶装置712は、図5および図6に関連して上記で説明したように、1つまたは複数のスケジュール表を記憶する。

スケジュール表の記憶装置712に記憶された出力シーケンスのパラメータは、本明細書で開示された表示装置の別々の実装形態では一様でない。いくつかの実装形態では、スケジュール表の記憶装置712は、各々のサブフレームデータの組と関連したタイミング値を記憶する。たとえば、スケジュール表の記憶装置712は、出力シーケンスにおいて各々のアドレス指定イベントの開始と関連したタイミング値、ならびにランプを照明するイベントおよび/またはランプを消すイベントと関連したタイミング値を記憶してよい。いくつかの他の実装形態では、スケジュール表の記憶装置712は、アドレス指定イベントと関連したタイミング値の代わりに、またはそれに加えて、ランプの強度値を記憶する。様々な実装形態において、スケジュール表の記憶装置712は、サブ画像データの組がフレームバッファ708のどこに記憶されているかを示す識別子、ならびにそれぞれのサブ画像データの組と関連した1つまたは複数の色を示す照明データを記憶する。

スケジュール表の記憶装置712に記憶されたタイミング値の性質は、コントローラ700の特定の実装形態に依拠して変化し得る。スケジュール表の記憶装置712に記憶されたタイミング値は、いくつかの実装形態では、たとえば、画像フレームの表示の開始以来、または最後のアドレス指定イベントもしくはランプイベントの起動以来、経過した複数のクロックサイクルである。あるいは、このタイミング値は、マイクロ秒またはミリ秒で記憶された実時間値でもよい。

スケジュール表のアドレスデータは、複数の形式で記憶され得る。たとえば、アドレスは、フレームバッファ708において、バッファ、列および行の番号によって参照される、対応するビット面の開始の特定の記憶場所である。別の実装形態では、スケジュール表の記憶装置712に記憶されたアドレスは、メモリ制御モジュール706によって保存されたサブフレームデータの組のルックアップ表と併せて用いられる識別子である。たとえば、識別子は単純な6ビットの2進ワード構造を有してよく、最初の2ビットがビット面と関連した色を識別し、次の4ビットがビット面の加重を表す。次いで、メモリ制御モジュール706がビット面をフレームバッファに記憶したとき、メモリ制御モジュール706によって保存されているルックアップ表に、ビット面の実際の記憶場所が記憶される。いくつかの他の実装形態では、出力シーケンスにおけるビット面に関する記憶場所は、タイミング制御モジュール710内のハードワイヤードロジックとして記憶され得る。

タイミング制御モジュール710は、いくつかの異なるプロセスを用いてスケジュール表のエントリを検索してよい。いくつかの実装形態では、スケジュール表のエントリの順番は固定されており、タイミング制御モジュール710は、シーケンスの終了を明示する特別のエントリに到着するまで、各エントリを順番に検索する。あるいは、シーケンス表のエントリは、表における次のエントリとは異なるエントリを検索するようにタイミング制御モジュール710に命令するコードを含んでもよい。これらの追加のフィールドは、一般的なマイクロプロセッサの命令の組の制御機能と類似の、ジャンプ、分岐およびループを遂行する能力を内蔵してよい。タイミング制御モジュール710の動作に対するそのような流れ制御の変更により、シーケンス表のサイズの縮小が可能になる。

コントローラ700の入力処理モジュール704は、ホストデバイスの他の構成要素からの制御信号720も受け取る。図1Bに関して説明されたように、コントローラ700は、ホストプロセッサ122、環境センサ、および/または様々なユーザインターフェースデバイスから制御信号720を受け取ることができる。入力処理モジュール704は、制御信号720に基づいて、受け取った画像データを出力するのに用いる結像モードを選択する。結像モードを選択すると、その結果として、適切な輝度レベルのLUT 714と、シーケンス表の記憶装置712に記憶された各シーケンス表との選択が管理される。制御信号720が含むことができるのは、結像モードの選択に関する明示的な命令、または入力処理モジュール704が結像モードを選択するために処理することができるデータである。たとえば、制御信号は、周辺光のデータ、省電力モードのデータ、バッテリーレベルのデータ、ユーザ選択のデータおよび/または内容のメタデータを含むことができる。特定の実装形態では、入力処理モジュール704は、入力画像信号702の実際の内容と併せて制御信号720を処理して、適切な結像モードを選択する。

図8は、可変合成色置換ポリシーに従って画像を表示する例示のプロセス800の流れ図である。プロセス800は、たとえば図7に示されたコントローラ700によって実行され得る。図7および図8を参照して、プロセス800は、コントローラ700が入力画像フレームを受け取るステップ(ブロック802)から始まる。入力処理モジュール704は、画像フレームから、各ピクセルに関して、入力データストリームの色の各々に関する輝度値を求める(ブロック804)。次いで、コントローラ700は、各ピクセルの合成色置換乗数αを取得する(ブロック806)。コントローラ700は、取得されたα値に基づいて、各ピクセル向けに表示器によって出力される、寄与する色の各々に関する1組の輝度レベルを求め(ブロック808)、また、輝度レベルを生成するのに用いられる、対応する一連のピクセル状態を求める(ブロック810)。次いで、コントローラは、このピクセル状態を光変調器の配列150に出力する(ブロック812)。これらのステージの各々が、以下でさらに説明される。

上記で説明されたように、画像を表示するためのプロセス800は、コントローラ700が入力画像フレームを受け取るステップ(ブロック802)から始まる。コントローラ700は、図1Bに示されたホストプロセッサ122などのホストプロセッサ、メモリデバイス、または任意の他の画像ソースから入力画像フレームを受け取ることができる。画像フレームは、いくつかの実装形態では、映像の内容のフレームを含む。画像フレームは、1組のピクセルに関する複数の色について、色の輝度値を識別する。一般的に、入力画像フレームが各ピクセルに関して含んでいる個別の赤色、緑色および青色の輝度値は、たとえば2進加重のビットストリームに符号化されているが、他のフォーマットもあり得る。

コントローラは、受け取った画像フレームに基づいて、表示器の各ピクセルに対して1組のベース出力の色輝度値を求める(ブロック804)。初期の輝度値は、入力画像信号に含まれている輝度値に等しく設定されてよい。あるいは、入力処理モジュール704は、ベース出力の色輝度値を取得するために、入力画像信号に対して様々な前処理プロシージャを実行してよい。たとえば、入力処理モジュール704は、図1Bに示された光変調器の配列150に含まれているピクセルの数へと入力画像を変倍してよい。それに加えて、入力処理モジュール704は、入力画像信号で受け取った輝度値を表示装置の出力特性にさらに適合させるために、空間ディザリング、時間的ディザリングまたはガンマ補正処理のうちの1つまたは複数を実行してもよい。本開示の目的のために、そのような前処理の結果と実質的に類似している、表示器によって出力される色も、コントローラが受け取る実際の入力色に実質的に類似していると見なすべきであると考えられる。

コントローラ700は、各ピクセルに対して用いる合成色置換乗数αを取得する。プロセス800のいくつかの実装形態では、コントローラ700は、画像フレームのすべてのピクセルに対して用いられる単一のα値を取得する。いくつかの他の実装形態では、コントローラ700は、各ピクセル用のα値またはピクセルのグループ用のα値を取得する。たとえば、コントローラは、アプリケーションウィンドウのすべてのピクセルに対してα値を割り当ててよい。あるいは、コントローラは、1つのα値を上半分などの画像フレームの1つの部分に任意に割り当て、別のα値を下半分などの別の部分に割り当てるように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、コントローラ700は、入力画像信号702に組み込まれているかまたは制御信号720に含まれているα値を識別するように構成される。いくつかの他の実装形態では、コントローラ700は、あらゆるピクセルに対してそのピクセル自体のα値を選択する。結果として、多くの画像フレームにおいて、同一の画像フレームの同一の入力色に対応する2つのピクセルが、2つの異なるα値を用いて、したがって合成色の2つの異なる輝度レベルを用いて生成され得る。同様に、いくつかの状況では、2つの順次フレームにおいて、同じ表示位置で、その合成色用の2つの異なる輝度レベルを有する同一の入力色が生成される可能性がある。

いくつかの実装形態では、この選択プロセスは、各ピクセルにランダムなα値を割り当てることによって、またはあらかじめ記憶されたパターンのαの用法(たとえば格子縞パターンに従う1つおきのα値)を適用することなどによって、簡単になり得る。いくつかの他の実装形態では、より複雑になることがある。たとえば、コントローラは、
・1つまたは複数の近接したピクセルに関するピクセル入力色、
・画像アーチファクトを誘発するための既知の傾向を有する三刺激値、
・ピクセルのグループにわたる合成色の平均輝度、
・全体の画像フレームにわたる合成色の平均輝度、
・画像フレームの以前の組からの、ピクセル輝度および/または画像フレーム輝度の変化率、
・ピクセルによって出力される画像データを生成するソフトウェアアプリケーションを示すメタデータ、および
・そのピクセルと関連した内容のタイプを示すメタデータ、といったパラメータのうちの1つまたは複数を考慮に入れるように実施され得る。
αを選択するために採用される特定アルゴリズムは、表示器ごとに、場合によっては結像モードごとに異なることになる。しかしながら、いくつかの共通の原理が全般的に当てはまる。

たとえば、α値は、CBUアーチファクトを低減するように、ピクセルのグループの合成色の全体的な輝度に比例する傾向がある。したがって、合成色が白色であると想定すると、ピクセルのグループが大量の白色の内容を有する場合、コントローラは、ピクセルのそのグループに対して、より大きいα値を選択する傾向を示すことになる。コントローラは、画像データを直接分析することによって、そのグループのピクセルが高度な白色の内容を有すると判断してよい。あるいは、コントローラは、それらのピクセルにおける出力用の画像データをもたらすソフトウェアアプリケーションウィンドウと関連したソフトウェアアプリケーションの識別に基づいて、高度な白色の内容を求めてもよい。たとえば、文書処理およびスプレッドシートのドキュメントなどの多くのオフィスアプリケーションは、実質的に白色の背景を利用する傾向がある。したがって、ピクセルのグループを示すメタデータが関連付けられているウィンドウは、スプレッドシートまたは文書処理のドキュメントの出力が出力されており、コントローラによって、そのピクセルのグループ向けに、より大きいα値を選択するように処理され得る。たとえばアプリケーションウィンドウと関連したピクセルのグループを調べるための代替形態では、コントローラは、全体の画像フレームの合成色の平均輝度を採用することができる。

同様に、コントローラは、一般に、ピクセルの入力色向けに全合成色置換値Mに反比例するα値を選択する傾向がある。入力色に関して、Mは合成色の輝度レベルと等しく、この輝度レベルでは、最低の輝度レベルを有する構成要素色のいかなる光の出力の必要性も、合成色の出力によって、出力ピクセル色の色の三刺激値と関連した色度または輝度が、入力ピクセル色の三刺激値と関連した輝度および色度と実質的に異なることなく完全に置換される。当業者には理解されるように、1つの色は、その対応する三刺激値の組によって(その色度と輝度の両方に関して)完全に記述され得る。全合成色置換値が減少するのにつれて、表示装置は、合成色を用いて、より低レベルの照明を供給してよい。したがって、コントローラは、合成色を利用することができることを保証するために、Mの値が減少するのにつれてαを増加させる傾向がある。

別の実装形態では、前述のように、コントローラは、近接したピクセルと関連した入力色を考慮に入れる。たとえば、コントローラは、隣接したピクセルで生成されるとDFCをもたらす可能性が高い、対になった寄与する色の強度のリストを記憶することができる。たとえば、8ビットの2進加重方式を想定して、共通の寄与する色に対してそれぞれ127と128の輝度値を有する互いに近接した2つのピクセルを表示すると、DFCが検出される可能性が増すことが判明している。したがって、この実装形態によって構成されたコントローラは、2つの近接したピクセルのうちの1つに対して、この特定のペアリングまたはDFCの増加をもたらすと判断される他のペアリングを回避する、寄与する色の輝度値をもたらすα値を選択することになる。いくつかの他の実装形態では、コントローラは、いかなる近接したピクセルの値にも関係なく、いかなるピクセルも、DFCの増加をもたらしそうな輝度値を有するのを回避するように構成される。たとえば、8ビットの2進加重方式を用いて、コントローラは、ピクセルが127もしくは128の輝度値またはDFCの増加をもたらすと判断される他の輝度値を有することのないようにα値を選択する。同様に、白色ピクセルの隣に黄色ピクセルを表示すると、画像アーチファクトをもたらす可能性があることが判明している。したがって、いくつかの実装形態では、コントローラは、黄色ピクセルに近接する白色ピクセルに対して、より小さいα値を与える。いくつかの他の実装形態では、画像フレームが何らかの黄色ピクセルを含んでいる場合、コントローラは、画像フレームのすべての白色ピクセルに対して、ランダムに選択されたα値を与える。

いくつかの実装形態では、コントローラは、DFCに対するそれぞれの寄与を相殺する輝度値を有する寄与する色をもたらすα値を選択することによって、様々な寄与する色から、DFCの寄与を積極的に相殺することへさらに進む。一般に、寄与する色に関する特定の符号語のDFC寄与は、次式によって計算することができ、

この式で、xは符号語と関連した所与の輝度レベルであり、M_i(x)はその輝度レベルに関するビット値であり、W_iはビットiに対する重みであり、Nは符号語におけるその色のビットの合計数であり、Absは絶対値関数である。

式(1)を用いて、コントローラの設計段階の間に、前述のDFC相殺を達成するために、所与の入力色値に対して適切な特定のα値を識別するための入力色の範囲の生成において、様々なレベルのαが分析され得る。次いで、これらの値は、表示器の動作のために、コントローラ上のルックアップ表に記憶され得る。

α値の選択に関係することとして上記で識別された別の要因は、フレームごとのピクセルの変化率または全体的な画像輝度である。一般に、コントローラは、ピクセルの変化率または画像フレームの輝度が増加するのにつれて、より小さいα値を選択する。

表示コントローラ700は、ピクセル色を生成するのに用いられるαのレベルを画像品質問題に基づいて調整することに加えて、表示器の電力消費特性を変更するためにαを調整するように構成され得る。αの選択には、2つの対抗するエネルギー効率現象が関連する。第1に、合成色LED、特に白色LEDは、実質的に構成要素色LEDよりも効率的な傾向がある。しかしながら、同時に、上記で説明したように、人間視覚システムは、たとえば赤色LED、緑色LED、および青色LEDといった飽和した光源の組合せから生成された白色光の方が、広域スペクトルの白色LEDによって出力された同一の光強度よりも実質的に明るいものとして知覚する。これはHK効果と称される。知覚される輝度が増加する度合いは周辺光のレベルの関数であり、周辺光のレベルがより高ければ、知覚される輝度はあまり増加しない。図9は、HK効果による飽和色の組合せを用いた白色光を出力することによって様々な周囲の照明レベルで取得された知覚される輝度利得を示す。

電力消費を制御するのに、これらの競合する現象を利用するために、いくつかの実装形態では、図1Bに示された表示装置128の環境センサ124のうちの1つは周辺光センサである。周辺光センサは、周辺光データを、αの選択で用いるために、コントローラに、直接、またはホストプロセッサを介して出力する。たとえば、より高レベルの周辺光で、たとえば飽和した構成要素色を用いて白色光を生成することから得られた知覚される輝度が閾値未満に低下すると、コントローラは、画像を形成するのに用いられるα値を増加させる。好ましくは閾値が設定されるポイントでは、白色LEDを用いることで得られる実際の輝度効率が、飽和色を用いることによって達成された知覚される輝度利得を上回る。いくつかの実装形態では、閾値は、HK効果が約20%の効率利得もたらす周辺光レベルに設定される。

いくつかの実装形態では、HK効果の評価は、何らかの合成色置換を用いることに対するゲート機能(gating feature)として役立つ。すなわち、周囲の照明条件が、合成色を用いることによってある程度の省電力が達成され得ることを示唆しなければ、αは0に設定される。あるいは、合成色の使用を増すことから省電力が得られることをHK効果の評価が示唆する場合、コントローラは、他の方法で求められたαを選択的に増加させる。さらなる代替の実装形態では、コントローラは、画像の入力パラメータおよび/またはエネルギーベースの入力パラメータの任意の組合せに対して、最適なα値または少なくとも性能の改善をもたらすα値を識別するために、ニューラルネットワークまたは遺伝的アルゴリズムを用いてコントローラの設計段階の間に設定された多次元のルックアップ表を記憶する。

図10A〜図10Cは、α値に基づいてピクセルの出力輝度値が求められ得る様子の例示のグラフ表現を示す。図10A〜図10Cは、赤色120、緑色50、青色75の構成要素色の輝度値を有する共通のピクセル入力色を想定している。図10Aは、表示器によって、入力ピクセル値を生成するために、α=0を用いて出力された寄与する色の輝度レベルを示す。図10Bは、表示器によって、入力ピクセル値を生成するために、α=1を用いて出力された寄与する色の輝度レベルを示す。図10Cは、表示器によって、入力ピクセル値を生成するために、α=0.5を用いて出力された寄与する色の輝度レベルを示す。寄与する色の輝度レベルの各々を、α値に基づいて適切に調整することによって、図10A〜図10Cの各々における寄与する色を組み合わせた出力によって生成される色の三刺激値が、したがって色度および輝度が、実質的に同一になる。

図10Aは、表示器によって、赤色120、緑色50、青色75の入力ピクセル色を有するピクセルに対して、α=0を用いて出力された輝度レベルを示す。α=0を用いて出力された色は、合成色を用いることなく非合成の寄与する色だけを用いて形成された出力に相当する。各構成要素色は、入力ピクセル色において示された輝度レベル、すなわち赤色120、緑色50、青色75と一致する輝度レベルで放射される。

図10Bは、α=1、すなわち全合成色置換値を用いて同一の出力ピクセル色を生成するのに用いられる、寄与する色の輝度レベルを示す。構成要素色の最弱レベルが緑色に関する50であるので、この入力色に対する全合成色置換値は50である。50の合成色出力を供給することによって、このピクセルに対して緑色の何らかの出力を供給する必要性が実質的に排除され、また、赤色と青色の輝度レベルが、それぞれ50低下し、70および25になり得る。寄与する色を組み合わせた出力は、図10Aの寄与する色を組み合わせた出力から得られた色に関連する三刺激値と実質的に同一の色度および輝度を有する色の三刺激値をもたらす。

図10Cは、α=0.5を用いた寄与する色の輝度レベルを示す。すなわち、合成色は、全合成色置換値の50%で(この場合25で)出力され、構成要素色の輝度は50%だけ(この場合25だけ)低下される。結果として、表示器は、赤色95、緑色25、青色50、および白色25の輝度レベルを出力する。寄与する色を組み合わせた出力は、図10Aおよび図10Bの寄与する色を組み合わせた出力から得られた色に関連する三刺激値と実質的に同一の色度および輝度を有する色の三刺激値をもたらす。

上記の例から理解され得るように、コントローラは、αの別々の値を選択することによって、所与の出力ピクセル色を生成するのに用いられる寄与する色(構成要素色および合成色)の各々の輝度レベルを変更することができる。別々の構成要素色の輝度レベルが、(以下でさらに説明されるように)別々の一連のピクセル状態に形を変えるので、αを変化させることにより、表示器にわたって時間的な発光の分布を変更するために、符号語縮退を用いることの代わりに、または用いることに加えて、別の選択肢がもたらされ、それによって関連する画像アーチファクトが緩和される。

戻って図7および図8を参照すると、コントローラ700は、取得されたα値に基づいて、寄与する色の各々に関して各ピクセル向けの新規の出力輝度値を計算する(ブロック808)。いくつかの実装形態では、プロセッサ700は、新規の輝度値を直接計算する(ブロック808)。たとえば、プロセッサが、入力の色データを、n個の構成要素色(たとえばn=3については赤色、緑色、および青色)に関する強度値の形で受け取ると想定すれば、プロセッサは、
M=min[ICcompon₀, ICompon₁,…, ICcompon_n-1] 式(2)
OCcompos=α*M 式(3)
および
OCcompon_i=ICcompon_i-OCcompos 式(4)
といったアルゴリズムを実行するように構成され得、OCcomposは合成色ソースの出力される輝度レベルであり、ICcompon_iは構成要素色iの入力の輝度値であり、OCcompon_iは構成要素色iの出力される輝度レベルである。

いくつかの実装形態では、いかなる端数の輝度値も、最も近い整数に丸められる。別の実装形態によれば、コントローラの設計段階の間に、輝度値がどうにかして丸められる場合、その影響が、DFCに対して起こり得る寄与に基づいて分析され、その分析に基づいて、適切な輝度値を求めるためにコントローラが用いるルックアップ表が生成される。さらに別の実装形態では、すべての出力輝度値が計算された後、コントローラは、合成色の減法プロセスに由来する何らかの分布誤差を修正するためにディザリングアルゴリズムを適用する。

コントローラ700は、新規の出力輝度値を用い、画像フレームの各ピクセルに関する1組のピクセル状態を取得して(ブロック810)、表示器上に画像フレームを形成するのに用いられることになるサブフレームデータの組を生成する。いくつかの実装形態では、コントローラ700は、各々の寄与する色に対して単一の輝度レベルのルックアップ表714を記憶する。上記で説明されたように、輝度レベルのルックアップ表714は、表示器が寄与する色向けに生成することができる各輝度値を生成するのに用いられるピクセル状態のそれぞれの組を記憶する。ピクセル状態の組は、「1」または「0」などの値の文字列の形で記憶され、1は「オン」のピクセル状態に相当し、0は「オフ」のピクセル状態に相当する。値の文字列は符号語と称される。いくつかの実装形態では、コントローラ700は、複数の寄与する色に関する単一の輝度レベルのルックアップ表714を共有する。

いくつかの他の実装形態では、コントローラは、符号語縮退と可変α技法との両方を採用する。そのような実装形態のうちのいくつかでは、コントローラ700は、寄与する色のうち少なくとも1つに関して複数の輝度レベルのLUT 714を記憶し、輝度レベルのルックアップ表714の各々がαに関する値または値の範囲に関連付けられる。これらの実装形態では、コントローラ700は、所与のピクセルに関するピクセル状態を取得する前に、そのピクセルに用いられるα値に基づいて、適切な輝度レベルのルックアップ表714を最初に選択する。いくつかの他の実装形態では、寄与する色ごとに複数の輝度レベルのLUT 714が特定のα値に結び付けられるわけではない。その代わりに、コントローラ700は、DFCおよびCBUなどの可能性のある画像アーチファクトを緩和するために、ピクセルごと、ピクセルのグループごと、または画像フレームごとに用いるための特定の輝度レベルのLUT 714を選択する。たとえば、いくつかの実装形態では、コントローラは、各々の寄与する色に対して、交番する画像フレームにおいて、格子縞風に、ピクセルごとに、またはピクセルのグループごとに、あるいはコントローラによって記憶された、またはコントローラで実施される、任意の他の適切な時間パターンもしくは空間パターンに従って、2つの異なる輝度レベルのLUTを交番させる。いくつかの他の実装形態では、コントローラ714は、2つのピクセルが、DFC、CBU、または他の画像アーチファクトを促進すると知られている2組のピクセル状態を示すのを回避するために、各ピクセルと関連した寄与する色の輝度レベルに基づいて、適切な輝度レベルのLUT 714を動的に選択する。この割出しは、いくつかの実装形態では、対応するピクセルまたはピクセルのグループに関して取得されたα値も考慮に入れる。

すべてのピクセルに関して輝度レベルのLUT 714から取得されたピクセル状態の組が、コントローラ700によって1群のサブフレームデータの組に変換され、それがフレームバッファ708に記憶される。最後に、コントローラ700は、導出されたサブフレームデータの組を、記憶された出力シーケンスに従って光変調器の配列に出力する(ブロック812)。

本明細書で開示された実装形態に関連して説明した様々な例示的論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのプロセスは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実施されてもよい。ハードウェアとソフトウェアの互換性について、概して機能に関して説明し、前述の様々な例示的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびプロセスを示してきた。そのような機能が、ハードウェアにおいて実施されるかそれともソフトウェアにおいて実施されるかということは、システム全体に課される用途および設計上の特定の制約に依拠する。

本明細書で開示された態様に関連して説明した様々な例示的論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するのに使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、本明細書において説明した機能を実行するように設計された、汎用シングルチッププロセッサまたは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラム可能な論理デバイス、離散ゲートもしくはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、またはそれらの任意の組合せによって実施または実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、または任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、もしくは状態マシンであってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえばDSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連動する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはそのような任意の他の構成として実施されてもよい。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所定の機能に特有の回路で実行されてもよい。

1つまたは複数の態様では、前述の機能は、本明細書で開示された構造およびそれらの構造的等価物を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実施されてもよい。本明細書で説明した主題の実装形態は、1つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置によって実行できるように、またはデータ処理装置の動作を制御するために、コンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして実施されてもよい。

ソフトウェアで実施する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶するか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して伝送することができる。本明細書で開示された方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在し得る、プロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで実施され得る。コンピュータ可読媒体には、コンピュータプログラムをある場所から別の場所に転送することを可能にし得る任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体との両方が含まれる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含み得る。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれ得る。本明細書で用いるディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。それに加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る、機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上のコードおよび命令の、1つまたは任意の組合せまたは組として存在し得る。

当業者には、本開示において説明した実装形態の様々な修正形態が容易に明らかになり得、本明細書で定められた一般原則は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で示した実装形態に限定されるものではなく、本開示と、本明細書で開示する原理および新規の特徴とに一致する、最も広い範囲を与えられるべきである。

それに加えて、当業者には、「上部」および「下部」という用語が、時には各図の説明を容易にするために用いられており、適切な向きに定められたページ上の図の向きに対応する相対的な位置を示しており、実施される何らかのデバイスの適切な向きを反映していない場合があることが容易に理解されよう。

本明細書において別々の実装形態の文脈で説明した特定の特徴は、単一の実装形態において組み合わされて実施されてもよい。逆に、単一の実装形態の文脈で説明した様々な特徴を複数の実装形態において別々に実施しても、任意の適切な部分組合せとして実施してもよい。さらに、特徴は、上記では特定の組合せにおいて働くように記載されており、最初からそのように請求されている場合でも、請求された組合せの1つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから実施されてもよく、請求された組合せは、部分組合せまたは部分組合せの変形例を対象とするものであってもよい。

同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序または連続した順序で実行されること、あるいはすべての図示の動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。さらに、図面は、流れ図の形態でもう1つの例示的プロセスを概略的に示し得る。ただし、図示されていない他の動作が、概略的に示される例示的プロセスに組み込まれ得る。たとえば、1つまたは複数の追加の動作が、図示の動作のうちのいずれかの前に、後に、同時に、またはそれの間で、実行され得る。特定の状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上記で説明した実装形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離が必要とされるものと理解されるべきではなく、前述のプログラム構成要素およびシステムが概して単一のソフトウェア製品として一体化されるかまたは複数のソフトウェア製品としてパッケージ化されてもよいことを理解されたい。それに加えて、他の実装形態も以下の特許請求の範囲の範囲内である。場合によっては、特許請求の範囲に記載された動作を異なる順序で実行してもよく、しかも望ましい結果を実施することができる。

100 表示装置
102a, 102b, 102c, 102d 光変調器
104 画像
105 ランプ
106 ピクセル
108 シャッタ
109 開口
110, 112, 114 相互接続
120 ホストデバイス
122 ホストプロセッサ
124 環境センサ
126 ユーザ入力モジュール
128 表示装置
130 走査ドライバ
132 データドライバ
134 コントローラ
138 共通ドライバ
140, 142, 144, 146 ランプ
148 ランプドライバ
150 光変調器の配列
200 光変調器
202 シャッタ
203 面
204, 205 アクチュエータ
206 ロードビーム
207 ばね
208 ロードアンカー
211 開口穴
216 駆動ビーム
218 駆動ビームアンカー
230 偏光器
232 2軸遅延フィルム
234 重合ディスコティック材料
270 光変調配列
272 セル
272a, 272b, 272c, 272d 光変調セル
274 光共振器
276 色フィルタ
278 水の層
280 光吸収油の層
282 透明な電極
284 絶縁層
286 反射性開口層
288 光ガイド
290 第2の反射層
291 光リダイレクタ
292 光源
294 光
302 シャッタ組立体
304 基板
320 シャッタベースの光変調器の配列
322 開口層
324 開口穴
380 表示器
382, 384, 386 ランプ
400, 600 タイミング図
500 表示プロセス
700 コントローラ
702 画像信号
704 入力処理モジュール
706 メモリ制御モジュール
708 フレームバッファ
710 タイミング制御モジュール
712 スケジュール表の記憶装置
714 輝度レベルのルックアップ表
720 制御信号

Claims (47)

1. 表示装置であって、
   複数のピクセルと、
   画像フレームを表示するために、前記ピクセルのそれぞれに向けて前記表示装置によって放射される光量を制御するように構成されたコントローラとを備え、
   ピクセルに向けて前記表示装置によって放射される前記光量を制御することが、複数の対応するサブフレーム画像において、または複数の対応するサブピクセルによって、前記ピクセルに向けて放射された少なくとも4つの寄与する色の輝度を制御することを含み、前記寄与する色のうち少なくとも1つが、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、前記少なくとも4つの寄与する色を合成した輝度が、前記ピクセルに対する色の三刺激値に関連する組を有するピクセル色をもたらし、
   前記コントローラが、前記表示装置に、画像フレームの第1のピクセルに向けて第2のピクセル向けと異なる合成色の輝度を放射させることによって、前記第1および第2のピクセルに対する実質的に同一の色の三刺激値を生成するようにさらに構成されている表示装置。
2. 前記合成色が、白色および黄色のうち1つを含み、前記少なくとも2つの残りの寄与する色が、赤色、緑色および青色のうち少なくとも2つを含む請求項1に記載の表示装置。
3. 前記画像フレーム用の前記コントローラが、前記表示装置に、フィールド順次式カラー(FSC)表示プロセスによって、前記寄与する色を放射させるように構成されている請求項1に記載の表示装置。
4. 前記コントローラが、前記第1のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項1に記載の表示装置。
5. 前記コントローラが、前記コントローラによって実施された空間パターンに従って前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項4に記載の表示装置。
6. 前記コントローラが、前記画像フレームのグラフィック特性に基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項4に記載の表示装置。
7. 前記画像フレームの前記グラフィック特性が、前記第1のピクセルに近接する少なくとも1つのピクセルのピクセル色の色度を含む請求項6に記載の表示装置。
8. 前記コントローラが、少なくとも1つの近接したピクセルのピクセル色の複数の色度に基づいて、ピクセルに向けて放射される適切な合成色の輝度を表すデータを含むデータ構造を記憶する請求項7に記載の表示装置。
9. 前記コントローラが、第1の画像フレームに関して、前記ピクセルにわたって前記合成色の平均輝度を計算するように構成されており、前記画像フレームの前記グラフィック特性が、前記計算された平均値を含む請求項6に記載の表示装置。
10. 前記コントローラが、第1の画像フレームに関して、前の画像フレームに対するピクセル輝度の平均変化率を計算するように構成されており、前記画像フレームの前記グラフィック特性が、前記計算された平均変化率を含む請求項6に記載の表示装置。
11. 前記コントローラが、前記コントローラが受け取った前記第1のピクセルと関連した内部形式を表すメタデータに基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項4に記載の表示装置。
12. 前記コントローラが、前記コントローラが受け取った前記第1のピクセルと関連した画像データを供給するソフトウェアアプリケーションを表すメタデータに基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項4に記載の表示装置。
13. 前記コントローラが、前記コントローラが受け取ったバッテリーレベルおよび電力消費モードのうちの1つを表すデータに基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項4に記載の表示装置。
14. 前記コントローラが、前記第1のピクセルに関して、前記第1のピクセル向けに選択された前記合成色の前記輝度に基づいて、前記寄与する色の各々と関連した複数のサブフレーム画像の各々に関するピクセル状態を求めるように構成されている請求項4に記載の表示装置。
15. 前記第1のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し、α₁が、前記ピクセル色の三刺激値と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表し、M₁が、前記ピクセル色の三刺激値と関連した色度または輝度を実質的に変えることなく前記ピクセル色を生成することにおいて、前記残りの寄与する色のうち前記少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応し、
    前記第2のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、M₁の第2の別の小部分を表す第2の合成色置換乗数(α₂)に対応し、
    前記コントローラが、α₁およびα₂の値を取得することによって前記第1のピクセルおよび前記第2のピクセルに関する前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項1に記載の表示装置。
16. 前記コントローラが、前記画像フレームと関連した画像データを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
17. 前記コントローラが、前記画像フレームおよび少なくとも第2の画像フレームと関連した画像データを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
18. 前記コントローラが、前記画像フレームと関連したメタデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
19. 周辺光センサを備える表示装置であって、前記コントローラが、前記周辺光センサの出力を表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
20. 前記コントローラが、バッテリーレベルおよび電力消費モードのうち少なくとも1つを表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
21. 前記コントローラが、前記コントローラによって実施された空間パターンに従ってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項15に記載の表示装置。
22. 前記コントローラが、前記第1および第2のピクセルに関して、前記第1および第2のピクセル向けに選択された前記合成色の前記輝度と、α₁およびα₂の値とに基づいて、前記寄与する色の各々と関連した複数のサブフレーム画像の各々に関するそれぞれのピクセル状態を求めるように構成されている請求項15に記載の表示装置。
23. 表示装置用のコントローラであって、
    画像フレームに関する前記表示装置の複数のピクセル向けの入力ピクセル色を受け取るための画像データ入力と、
    前記画像フレームの所与のピクセルに関して、受け取った入力ピクセル色と関連した色の三刺激値の対応する組に基づいて、複数の対応するサブフレーム画像のピクセルに向けて前記表示装置によって放射される、または複数の対応するサブピクセルによって放射される、少なくとも4つの寄与する色に関する輝度値を求めるように構成されている画像データプロセッサであって、前記寄与する色のうち少なくとも1つが、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、前記少なくとも4つの寄与する色を合成した前記輝度が、前記入力ピクセル色と関連した前記色の三刺激値と実質的に同一の色の三刺激値の組を有する出力ピクセル色をもたらす画像データプロセッサとを備え、
    前記画像プロセッサが、前記同一の入力ピクセル色を有する少なくとも2つのピクセルに関して、実質的に異なる合成色の輝度値を求めるようにさらに構成されているコントローラ。
24. 前記合成色が、白色および黄色のうち少なくとも1つを含み、前記少なくとも2つの残りの寄与する色が、赤色、緑色および青色のうち少なくとも2つを含む請求項23に記載のコントローラ。
25. 前記画像フレーム用の前記コントローラが、前記表示装置に、フィールド順次式カラー(FSC)表示プロセスによって、前記寄与する色を放射させるように構成されている請求項23に記載のコントローラ。
26. 前記コントローラが、前記第1のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項23に記載のコントローラ。
27. 前記コントローラが、前記コントローラによって実施された空間パターンに従って前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項26に記載のコントローラ。
28. 前記コントローラが、前記画像フレームのグラフィック特性に基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項26に記載のコントローラ。
29. 前記コントローラが、前記画像フレームに関連して前記コントローラが受け取ったメタデータに基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項26に記載のコントローラ。
30. 前記コントローラが、前記周辺光センサの出力を表すデータに基づいて前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項26に記載のコントローラ。
31. 前記第1のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し、α₁が、前記入力ピクセル色と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表し、M₁が、前記出力ピクセル色の生成において、前記出力のピクセルの三刺激値と関連した前記色度および輝度が前記入力の色の三刺激値と関連した前記色度および輝度と実質的に同一になるように、前記残りの寄与する色のうち前記少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応し、
    前記第2のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、M₁の第2の別の小部分を表す第2の合成色置換乗数(α₂)に対応し、
    前記コントローラが、α₁およびα₂の値を取得することによって前記第1のピクセルおよび前記第2のピクセルに関する前記合成色の前記輝度を選択するように構成されている請求項23に記載のコントローラ。
32. 前記コントローラが、前記第1および第2のピクセルに関して、前記第1および第2のピクセル向けに選択された前記合成色の前記輝度と、α₁およびα₂の値とに基づいて、前記寄与する色の各々と関連した複数のサブフレーム画像の各々に関するそれぞれのピクセル状態を求めるように構成されている請求項31に記載のコントローラ。
33. 前記コントローラが、周辺光センサの出力を表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項23に記載のコントローラ。
34. 前記コントローラが、バッテリーレベルおよび電力消費モードのうち少なくとも1つを表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項23に記載のコントローラ。
35. 表示装置用のコントローラであって、
    画像フレームに関する表示装置の複数のピクセル向けの入力ピクセル色を受け取るための画像データ入力と、
    画像フレームの所与のピクセルに関して、対応する受け取った入力ピクセル色に基づいて、複数の対応するサブフレーム画像の前記ピクセルに向けて前記表示装置によって放射される、または複数の対応するサブピクセルによって放射される、少なくとも4つの寄与する色に関する輝度値を求めるように構成されている画像データプロセッサであって、前記寄与する色のうち少なくとも1つが、残りの寄与する色のうち少なくとも2つの組合せに実質的に対応する合成色であり、前記少なくとも4つの寄与する色を合成した前記輝度が、前記入力ピクセル色に実質的に似ている、前記ピクセル向けの出力ピクセル色をもたらす画像データプロセッサとを備え、
    第1のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、第1の合成色置換乗数(α₁)に対応し、α₁が、前記第1のピクセルの前記入力ピクセル色と関連した第1の全合成色置換値(M₁)の小部分を表し、M₁が、前記第1のピクセル向けの前記出力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した前記色度または輝度が前記第1のピクセル向けの前記入力ピクセル色に関する1組の三刺激値と関連した前記色度または輝度と実質的に異なることなく前記表示装置上の前記第1のピクセルの前記入力ピクセル色を生成することにおいて、前記残りの寄与する色のうち前記少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる前記最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応し、
    第2のピクセルに向けて放射される前記合成色の前記輝度が、第2の合成色置換乗数(α₂)に対応し、α₂が、前記第2のピクセルの前記入力ピクセル色と関連した第2の全合成色置換値(M₂)の小部分を表し、M₂が、前記第2のピクセル向けの前記出力ピクセル色に関する前記三刺激値と関連した前記色度または輝度が前記第2のピクセル向けの前記入力ピクセル色に関する三刺激値と関連した前記色度または輝度と実質的に異なることなく前記表示装置上の前記第2のピクセルの前記入力ピクセル色を生成することにおいて、前記残りの寄与する色のうち前記少なくとも2つの出力を相殺するのに用いることができる前記最大の理論的な合成色の出力に実質的に対応し、
    前記コントローラが、α₁がα₂よりも大きくなるようにα₁およびα₂を選択するように構成されているコントローラ。
36. 前記コントローラが、M₁およびM₂の値を求め、α₁、α₂、M₁、およびM₂の値に基づいて、前記第1および第2のピクセルの前記寄与する色の各々に関する輝度値を求めるように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
37. 前記コントローラが、前記寄与する色の各々に関して、各サブフレーム画像の前記第1および第2のピクセルまたは前記画像フレームと関連したサブピクセルの状態を選択するようにさらに構成されており、前記第1および第2のピクセルの前記状態の前記選択が、前記寄与する色に関する前記求められた輝度値ならびにα₁およびα₂の値に基づくものである請求項35に記載のコントローラ。
38. 前記コントローラが、少なくとも1つの寄与する色の複数の輝度レベルを生成するための一連のピクセル状態を識別する少なくとも2つのデータ構造を記憶し、
    前記第1のピクセルに対して、前記α₁の値に基づいて、利用するための前記データ構造のうちの1つを選択し、
    前記第2のピクセルに対して、前記α₂の値に基づいて、利用するための前記データ構造のうちの1つを選択する請求項35に記載のコントローラ。
39. 前記コントローラが、前記画像フレームと関連した画像データを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
40. 前記コントローラが、前記画像フレームおよび少なくとも第2の画像フレームと関連した画像データを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
41. 前記コントローラが、前記画像フレームと関連したメタデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
42. 前記コントローラが、周辺光センサの出力を表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
43. 前記コントローラが、バッテリーレベルおよび電力消費モードのうち少なくとも1つを表すデータを処理することによってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
44. 前記コントローラが、前記コントローラによって実施された空間パターンに従ってα₁およびα₂のうち少なくとも1つの値を取得するように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
45. 前記合成色が、白色および黄色のうち少なくとも1つを含み、前記少なくとも2つの残りの寄与する色が、赤色、緑色および青色のうち少なくとも2つを含む請求項35に記載のコントローラ。
46. 前記画像フレーム用の前記コントローラが、前記表示装置に、フィールド順次式カラー(FSC)表示プロセスによって前記寄与する色を放射させるように構成されている請求項35に記載のコントローラ。
47. 前記画像フレーム用の前記コントローラが、前記表示装置に、フィールド順次式カラー(FSC)表示プロセスによって前記寄与する色を放射させるように構成されている請求項35に記載のコントローラ。

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