JP7325457B2 - 全内部反射型画像ディスプレイ用カラーフィルタアレイ - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、概して、反射型画像ディスプレイに関する。一実施形態では、本開示は、凸状突起に追従する複数の形状及びカラーフィルタアレイ(CFA)を有する全内部反射型(TIR)画像ディスプレイに関する。
臨界角θCは、以下の式(式1):
ある実施形態では、CFAをチューニングすることで全色TIR型反射ディスプレイの色全域及び輝度を最適化する方法を提供する。CFAは、サブピクセルごとベースで調整されてもよい。これは、カラーフィルタサブピクセルの寸法、形状及びカラー点を変更することによって行われてもよい。例示的な実施例では、CFAは、1つのピクセルに1:1でマッピングされる一又は複数のサブピクセルを有していてもよい。他の実施形態では、一又は複数のサブピクセルは、サブピクセル・レンダリング内の複数のピクセルには、動的にマッピングされることで、論理的ピクセルを形成してもよい。マッピングは、ディスプレイ駆動中に実行されてもよい。ここで用いられるように、用語「論理的ピクセル」は、ピクセルが一又は複数の繰り返しセルの隣接するサブピクセルから形成される場合に用いられてもよい。このように、サブピクセル・レンダリングは、ここで用いられるように、画像として表示される1つのピクセル(すなわち、画像ピクセル)を形成するために、近くの繰り返しセルから一又は複数のサブピクセルを選択することである。例示的な実施例では、TIR型反射画像ディスプレイは、サブピクセル・レンダリングを用いることで駆動される。サブピクセルは、CFAにわたってアレイ化された繰り返し可能なパターン内に繰り返しセルを形成する。望ましい色及び画像を形成するために隣接する繰り返しセルから複数のサブピクセルを用いているので、ディスプレイを駆動するための電子部品をより少なくかつより簡単にできる。これにより、ディスプレイは安くなり消費電力も少なくなる。コスト、エネルギー効率及び製造の容易さは、開示された実施形態の有利な点に含まれている。
カラーフィルタ層208は、赤、緑、青、黒、クリア、白(W)、シアン、マゼンタ又は黄のサブピクセルカラーフィルタを一又は複数有していてもよい。例示的な実施例では、カラーフィルタ層208は、国際照明委員会(CIE)1931色空間のどれかの色点を有するサブピクセルカラーフィルタを含んでいてもよい。カラーフィルタ層208は、サブピクセル繰り返しセル内の一又は複数のカラーフィルタサブピクセル又はカラーフィルタサブピクセルのグループの周りにある黒、白又は透明マスク又は境界の一又は複数を備えていてもよい。例示的な実施例では、カラーフィルタアレイ層208は、サブピクセルカラーフィルタ繰り返しセルのPenTile(商標)アレイを備えていてもよい。カラーフィルタアレイ層208は、サブピクセル繰り返しセルのPenTile(商標)RGBG(Takahashiとしても知られている)又はサブピクセル繰り返しセルのPenTile(商標)RGBWアレイの一方又は両方を備えていてもよい。
表1は、CFA実施形態208Bにおけるサブピクセル繰り返しセル配置の一例である。
ある実施形態では、CFA208Bは、一又は複数のサブピクセルカラーフィルタ周りの黒、白又はクリアマスクの一又は複数を有していてもよい。例示のための実施形態では、F2及びF4(図2B)は、CIE1931色度図内の緑の異なる座標であってもよい。例えば、表1の設計13~16では、F2は緑-青であってもよい。それに対してF4は緑-黄であってもよい。結合されれば、それらはトゥルー緑色を形成することができ、別に離れていれば、F2及びF4の両方がトゥルー緑色である場合に比べれば、より良い又はよりトゥルーな黄及び藍色を形成することができる。
バイアス源234は、一又は複数のプロセッサ回路及びメモリ回路に接続されていてもよい。それは、印加バイアスを定められた方法及び/又は定められた継続期間を変更又は切り替えするように構成されている。例えば、プロセッサ回路は、ディスプレイ200上に文字を表示するために印加電圧を切り替える。
他の実施形態では、側壁240は、カラーフィルタ層208のカラーフィルタサブピクセルと実質的に一列に並んでいてもよい。ある実施例では、側壁240は、リア誘電体層228、リア電極層222、平坦層226又はリア基板218のトップの上に形成されてもよい。例示的な実施例では、ディスプレイ200は、リア誘電体層のトップの上に直接的に形成された側壁240を有していてもよい。他の実施形態では、側壁240は、凸状突起210のアレイ層の一部として形成されてもよい。側壁240及び凸状突起210は、同じマイクロ複製プロセスによって形成されてもよい。誘電体層は、フロント電極層224及び側壁240の上にその後に形成されてもよい。側壁240は、平坦層226のトップに形成されてもよい。
ある実施例では、図2Aのディスプレイ200は、さらに環境光センサ(ALS)250及びフロント光コントローラ252を有している。ALS250は、存在する環境光の情報を検出してそれをフロント光コントローラ252に送信してもよい。フロント光コントローラ252は、次に、フロント光システム244を制御することで、利用可能な環境光の量に応じてシステム244によって発された光の量を変調してもよい。例えば、薄暗い照明の部屋では、フロント光コントローラ252は、光フロント光システム244から発された量を増加することになる。晴れた日の海岸では、例えば、フロント光コントローラ252は、フロント光システム244を完全に終了させてもよい。
正の電圧バイアスは、バイアス源234によってリア電極222に印加される。負電荷粒子232は、リア電極層222に向かって移動する。粒子232がフロント電極224から離れて位置してかつエバネッセント波領域から外れている場合は、光は、突起層210及び低屈折率媒体230の境界におて、完全に内部反射する。これによ、入射光は、目視者206に向かって半後側反射的に戻って行くように反射させられる。これにより、目視者206には光又は観たときにブライト状態が実現される。これは、目視者206に向かって戻るようにTIRによって反射された入射光の光線284、286によって示されている。反射光線は、光線288及び290によってそれぞれ示されている。ここで述べられたディスプレイ実施形態のブライト状態及びダーク状態は、バイアス源234によって媒体230内の粒子232の動きによって調整される。
図3は、リジッド、フレキシブル又はコンフォーマルTIR型ディスプレイを駆動するためのアクティブマトリックス・アレイ薄膜トランジスタ(TFT)の一部の実施形態を概略的に例示する。バックプレーン電子部品実施形態300は、サブピクセル302のアレイから構成されている。サブピクセルは、フレキシブルTIR型ディスプレイを駆動するのに用いられてもよい。単一のサブピクセル302は、図3で破線箱302によって強調されている。サブピクセル302は、図3で例示するように、行304及び列306に並べられているが、他の配置が可能である。例示的な実施例では、各サブピクセル302は、単一のTFT308を有しており、さらに単一のサブピクセルカラーフィルタに合わせて並べられている。アレイ実施形態300では、各TFT308は、各ピクセル302の左上側に位置している。他の実施形態では、TFT308は、各ピクセル302内の他の位置に配置されてもよい。各ピクセル302は、さらに伝導性の電極310を有していてもよい。それは、図2A~2Eに関連して議論されたディスプレイ値の各サブピクセルをアドレスする。電極310は、ポリマー内に分散された、ITO、アルミニウム、銅、金、Baytron(商標)、又は伝導性のナノ粒子、銀ワイヤ、金属ナノワイヤ、グラフェン、ナノチューブ、又は他の伝導性のカーボン同素体又はこれらの材料の組み合わせを有していてもよい。バックプレーン電子部品実施形態300は、さらに列ワイヤ312及び行ワイヤ314を有していてもよい。列ワイヤ312及び行ワイヤ314は、アルミニウム、銅、金又は他の電気的に伝導性の金属といった金属を有していてもよい。列ワイヤ312及び行ワイヤ314は、ITOを有している。列ワイヤ312及び行ワイヤ314は、TFT308に取り付けられている。サブピクセル302は、行及び列によってアドレスされる。TFT308は、アモルファスシリコン又は多結晶シリコンを用いて形成されてもよい。TFT308用のシリコン層は、プラズマ化学気相堆積(PECVD)を用いて蒸着されてもよい。各電極310は、層208、208B~E(後述)内の単一のサブピクセルカラーフィルタと実質的に一列に並んでいてもよい。列ワイヤ312及び行ワイヤ314は、集積回路及び駆動電子部品に接続されて、ディスプレイを駆動するようになっていてもよい。
他の実施形態では、ここで開示された反射画像ディスプレイ実施形態はいずれも、さらに、少なくとも一つのスペーサ構造(図示せず)を有している。スペーサ構造は、フロント及びリア電極間のギャップを制御するために用いられてもよい。スペーサ構造は、ディスプレイ内の様々な層を支持するのに用いられてもよい。スペーサ構造は、円形又は楕円ビード、ブロック、円柱状又は他の幾何学的形状又はそれらの組み合わせの形状でもよい。スペーサ構造は、ガラス、金属、プラスチック又は他の樹脂を有していてもよい。
ある実施例では、多孔性の反射層(図示せず)は、開示されたディスプレイ実施形態と組み合わせて用いられてもよい。多孔性の反射層は、フロント及びリア電極層の間に挟まれてもよい。他の実施形態では、リア電極は、多孔性の電極層の表面の上に配置されてもよい。
いくつかの実施形態では、命令を含有する有形の機械可読非一時記憶媒体は、本開示のディスプレイの実施形態との組合せで使用されてもよい。他の実施形態では、有形機械可読非一時記憶媒体は、1つ以上のプロセッサとの組合せでさらに使用されてもよい。
メモリ420は、ディスプレイ200を駆動するためにプロセッサ430により実行される命令を記憶していてもよい。命令は、ディスプレイ200を操作するように構成されていてもよい。一実施形態では、命令は、電源450を通して、ディスプレイ200に関連する電極をバイアスすることを含んでいてもよい。バイアス時、電極は、フロント透明シートの内向き表面で複数の突起の表面に近接する領域に向けて又はそれから離れるように電気泳動粒子の移動を引き起こすことにより、フロント透明シートの内向き表面で受け取った光を吸収又は反射してもよい。電極を適切にバイアスすることにより、電気泳動移動性粒子(例えば、図2の粒子232)を制御してもよい。高屈折率突起と低屈折率媒体との界面で入射光を吸収すると、ダーク状態又は着色状態が生成される。電極を適切にバイアスすることにより、入射光を反射又は吸収するために高屈折率突起と低屈折率媒体との界面から離れるように電気泳動移動性粒子(例えば、図2の粒子232)を移動させてもよい。入射光を反射すると、ブライト状態が生成される。
図5のフローチャートは高レベルのアルゴリズムを記述している。例示のアルゴリズムのコーディング及びその詳細は当業者の常識の範囲である。図5のプロセスは、ステップ502に示されるように表示される画像の次にくる(又は後続の)フレームの一又は複数の属性を特定することから始まる。属性は、少数であるが、輝度、色、ダイナミック及びフレームレートといったフレーム属性を含んでいる。属性は、さらに、ディスプレイ周りの環境条件のような外的属性を含んでいる。例えば、ディスプレイは、環境光を検出する一又は複数のセンサを有する(又は、通信する)ことで、それに従ってピクセル輝度を調整してもよい。属性は、さらに、輝度又はディスプレイ色合いといったユーザ定義の属性を有していてもよい。
回答がNOであれば、フローチャートステップ510に進みアルゴリズムは終了する。図5のフローチャートは、各フレームのために又はフレームのグループのために繰り返されてもよい。例示的な実施例では、図5のプロセスは、毎秒30回繰り返されることで、第2画像ディスプレイあたり30フレームを収容する。繰り返しユニットをより早くしたり遅くしたりすることは、開示された原理から離れることなく可能である。
限定されるものではないが、以下の例示的実施形態は、特定の本開示の実施形態に係るさまざまな実装形態をさらに例示するために提供される。
全内部反射型ディスプレイは、
第1面及び第2面を有する透明フロントシートと、
透明フロントシートの第1面にわたって形成された複数の凸状突起と、
透明フロントシートの第2面にわたって配置された複数のカラーフィルタサブピクセルであって、各カラーフィルタは繰り返しセルの一部を形成している、複数のカラーフィルタサブピクセルと、
凸状突起にわたって形成された一又は複数のフロント電極と、
フロント電極との間にギャップを形成するように配置された一又は複数のリア電極と、
ギャップ内に配置された複数の電気泳動性粒子と、
サブピクセルのアレイから複数のサブピクセルを動的に選択することで一又は複数の論的ピクセルを形成するように構成されている画像ドライバと、
を備えている。
全内部反射型(TIR)ディスプレイは、
サブピクセルアレイであって、アレイ内の各サブピクセルは、さらに、一又は複数の凸状突起にわたって配置されたトップ電極と、トップ電極からギャップを形成するように離れているボトム電極と、ギャップ内に配置された複数の電気泳動性粒子と、カラーフィルタとを有するサブピクセルアレイと、
処理回路と、
処理回路と通信するメモリ回路であって、処理回路にサブピクセルアレイから複数のサブピクセルを動的に選択させること論理的ピクセルを形成する命令をさらに備えている、メモリ回路と、を備えている。
論理的ピクセルのサブピクセルは、複数のサブピクセルの隣接するグループから選択される。
命令は、
表示される第1フレームのための一又は複数のディスプレイ属性を特定すること、
サブピクセルアレイから第1複数のサブピクセルを動的に選択することで、第1論理的ピクセルを形成すること、
複数の電気泳動性粒子を第1電極から第2電極に駆動することで、第1フレームの論理的ピクセルを表示すること、を含んでいる。
第1複数のサブピクセルの第1論理的ピクセルは、複数のサブピクセルの隣接グループから選択される。
表示されることになる第2フレームのための一又は複数のディスプレイ属性を特定すること、
サブピクセルアレイから第2複数のサブピクセルを選択することで、第2論理的ピクセルを形成すること、
第1及び第2電極の間にある複数の電気泳動性粒子を駆動することで、第1フレームの第2論理的ピクセルを表示すること、
をさらに備えている。
Claims (25)
- 全内部反射型(TIR)ディスプレイであって、
第1面及び第2面を有する透明フロントシートと、
前記透明フロントシートの前記第1面にわたって形成された複数の凸状突起と、
前記透明フロントシートの前記第2面にわたって配置された複数のカラーフィルタサブピクセルであって、各カラーフィルタは繰り返しセルの一部を形成している、複数のカラーフィルタサブピクセルと、
前記凸状突起にわたって形成された一又は複数のフロント電極と、
前記フロント電極との間にギャップを形成するように配置された一又は複数のリア電極と、
前記ギャップ内に配置された複数の電気泳動性粒子と、
サブピクセルのアレイから複数のサブピクセルを動的に選択することで一又は複数の論理的ピクセルを形成するように構成されている画像ドライバと、
を備え、
前記画像ドライバは、フレーム属性、環境条件又はユーザ選択属性の少なくとも一つに応じて、繰り返しセル内の前記サブピクセルを選択する、
全内部反射型画像ディスプレイ。 - 前記動的に選択されたサブピクセルの少なくとも2つは、同じ列又は同じ行において互いに隣接していない、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 論理的ピクセルの前記動的に選択されたサブピクセルは、同じ列又は同じ行において互いに隣接している、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 繰り返しセル内の前記サブピクセルの少なくとも2つは、異なる寸法を有している、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 2つの隣接するサブピクセルの間に配置されたマスクをさらに備えている、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記画像ドライバは、一又は複数の繰り返しセルから第1複数のサブピクセルを動的に選択することで画像の第1フレームの第1論理的ピクセルを形成し、一又は複数の繰り返しセルから第2複数のサブピクセルを選択することで前記画像の第2フレームを表示するための第2論理的ピクセルを形成するように構成されている、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 第1論理的ピクセル及び第2論理的ピクセルは、少なくとも一つのサブピクセルを共有している、請求項6に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 第1論理的ピクセル及び第2論理的ピクセルは、サブピクセルを共有していない、請求項6に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記ディスプレイはサブピクセル・レンダリングを用いて駆動される、請求項1に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 全内部反射型(TIR)ディスプレイであって、
サブピクセルアレイであって、前記アレイ内の各サブピクセルは、一又は複数の凸状突起にわたって配置されたトップ電極と、前記トップ電極からギャップを形成するように離れているボトム電極と、前記ギャップ内に配置された複数の電気泳動性粒子と、カラーフィルタとを有するサブピクセルアレイと、
処理回路と、
前記処理回路と通信するメモリ回路であって、前記処理回路に前記サブピクセルアレイから複数のサブピクセルを動的に選択させることで論理的ピクセルを形成する命令をさらに備えている、メモリ回路と、を備え、
前記論理的ピクセルの前記サブピクセルは、複数のサブピクセルの隣接するグループから選択され、
前記サブピクセルは、フレーム属性、環境条件又はユーザ選択属性の少なくとも一つに応じて選択される、
全内部反射型画像ディスプレイ。 - 前記メモリ回路は、前記処理回路に一又は複数のサブピクセルを動的に選択させることで、環境条件の関数として論理的ピクセルを形成する命令を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記メモリ回路は、さらに、前記処理回路に一又は複数のサブピクセルを動的に選択させることで、次に来るフレーム属性の関数として論理的ピクセルを形成する命令を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記メモリ回路は、さらに、前記処理回路に一又は複数のサブピクセルを動的に選択させることで、次に来るフレーム属性の関数として論理的ピクセルを形成する命令を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記メモリ回路は、さらに、前記処理回路にサブピクセルの前記アレイから第1複数のサブピクセルを選択させることで画像のフレームの第1論理的ピクセルを形成し、第2複数のサブピクセルを選択させることで前記画像の第2フレームを表示するための第2論理的ピクセルを形成する命令を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記論理的ピクセル内の前記サブピクセルは、実質的に前記同じ寸法を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記論理的ピクセル内の前記サブピクセルの少なくとも2つは、異なる寸法を有している、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 2つの隣接するサブピクセル間に配置されたマスクをさらに備えている、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 前記ディスプレイはサブピクセル・レンダリングを用いて駆動される、請求項10に記載の全内部反射型画像ディスプレイ。
- 少なくとも一つの非一時機械可読媒体であって、全内部反射型(TIR)ディスプレイにおける複数のフレームを有する画像を表示する命令を含んでおり、
前記命令は、表示される第1フレームのための一又は複数のディスプレイ属性を特定すること、
サブピクセルアレイから第1複数のサブピクセルを動的に選択することで第1論理的ピクセルを形成すること、及び
複数の電気泳動性粒子を第1電極から第2電極に駆動することで、前記第1フレームの論理的ピクセルを表示すること、を含んでおり、
前記第1論理的ピクセルの前記第1複数のサブピクセルは、複数のサブピクセルの隣接のグループから選択され、
前記サブピクセルは、フレーム属性、環境条件又はユーザ選択属性の少なくとも一つに応じて選択される、
媒体。 - 表示されることになる第2フレームのための一又は複数のディスプレイ属性を特定すること、
前記サブピクセルアレイから第2複数のサブピクセルを選択することで、第2論理的ピクセルを形成すること、
前記第1電極及び前記第2電極の間にある前記複数の電気泳動性粒子を駆動することで、前記第1フレームの前記第2論理的ピクセルを表示すること、
をさらに備えている、請求項19に記載の媒体。 - 前記第1論理的ピクセル及び前記第2論理的ピクセルは、少なくとも一つのサブピクセルを共有している、請求項20に記載の媒体。
- 前記第1論理的ピクセル及び前記第2論理的ピクセルは、異なるサブピクセルを有している、請求項20に記載の媒体。
- 前記第1論理的ピクセルは、前記サブピクセルアレイにわたって実質的に複製されることで、前記第1フレームのピクセルを表示する、請求項19に記載の媒体。
- 前記第1論理的ピクセル内の前記サブピクセルは、実質的に同じ寸法を有している、請求項19に記載の媒体。
- 前記第1論理的ピクセル内の前記サブピクセルの少なくとも2つは、異なる寸法を有している、請求項19に記載の媒体。
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