TW201523570A - 用於彩色顯示器件之時空向量屏蔽 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於使用空間向量屏蔽及/或時間遞色在包括具有多個原色之顯示元件的顯示器件上顯示高位元深度影像之系統、方法及裝置，包括編碼於電腦儲存媒體上之電腦程式。本文中所描述之該等系統、方法及裝置可經組態以基於該顯示器件之操作速度而選擇在低位元深度器件上顯現高位元深度影像及/或視訊之一方法。

Description

用於彩色顯示器件之時空向量屏蔽
本發明係關於用於基於顯示器件之圖框速率使用不同半色調化方法顯示輸入影像之方法及系統。
機電系統(EMS)包括具有電及機械元件、致動器、轉訊器、感測器、光學組件(諸如，鏡及光學薄膜)及電子器件的器件。EMS器件或元件可以多種尺度來製造，包括(但不限於)微尺度及奈米尺度。舉例而言，微機電系統(MEMS)器件可包括具有範圍自約一微米至數百微米或更大之大小的結構。奈米機電系統(NEMS)器件可包括具有小於一微米之大小(包括(例如)小於數百奈米之大小)的結構。可使用沈積、蝕刻、微影及/或蝕刻掉基板及/或所沈積材料層之部分或添加層以形成電及機電器件之其他微機械加工製程來產生機電元件。
一種類型之EMS器件被稱為干涉式調變器(IMOD)。術語IMOD或干涉式光調變器係指使用光學干涉之原理選擇性地吸收及/或反射光之器件。在一些實施中，IMOD顯示元件可包括一對導電板，其中之一者或兩者可完全或部分為透明及/或反射性的，且能夠在施加適當電信號之後進行相對運動。舉例而言，一個板可包括沈積於基板上方、沈積於基板上或由基板支撐之靜止層，且另一板可包括由氣隙與靜止層分離之反射膜。一個板相對於另一板之位置可改變入射於 IMOD顯示元件上之光的光學干涉。基於IMOD之顯示器件具有廣泛範圍之應用，且預期用於改良現有產品並產生新產品，尤其係具有顯示能力之彼等產品。
諸如基於EMS系統之顯示器件的一些顯示器件可藉由利用三個以上原色產生輸入色彩。原色中之每一者可具有彼此獨立之反射或透射特性。此等器件可被稱作多原色顯示器件。在多原色顯示器件中，可存在用以產生具有輸入色彩值(諸如，紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)值)之同一色彩的一個以上組合之多個原色。
本發明之系統、方法及器件各自具有若干創新態樣，其中無單一者僅僅負責本文中所揭示之合乎需要屬性。
本發明中所描述之標的物的一個新穎態樣可實施為一種裝置，其包含：包括複數個顯示元件之一顯示器件，每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色；及能夠與該顯示器件通信之一計算器件。該計算器件能夠處理包括用於由該顯示器件顯示之複數個輸入色彩的影像資料。該影像資料包括複數個影像像素，其中每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯。對於一給定影像像素，該計算器件進一步能夠自包括能夠藉由M個時間子圖框中之該N個原色的時間遞色顯示的色彩之一調色盤，在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩。該計算器件能夠計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩。該計算器件進一步能夠至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩。該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯。該計算器件進一步能夠將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之一顯 示元件。在各種實施中，該裝置可進一步包括能夠與該計算器件通信之一非暫時性記憶體器件。該非暫時性記憶體器件可經組態以儲存該半色調螢幕。在各種實施中，該半色調螢幕可經儲存為一查找表(LUT)。在各種實施中，該查找表(LUT)亦可用於儲存該顯示色彩與原色集合之間的一對應。
在各種實施中，為識別該K個色彩，該計算器件可能夠識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。在各種實施中，該多面體可為一四面體。在各種實施中，該計算器件可能夠計算包括該四面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子四面體之一體積。在各種實施中，該半色調螢幕可包括具有大於32×32個值之一陣列。在各種實施中，該計算器件可能夠至少部分基於用於該給定影像像素之該等級次序與一臨限值的一比較，判定該顯示色彩。該臨限值可至少部分基於該等權重中之一或多者。
在各種實施中，該顯示器件可為一反射式顯示器件。在各種實施中，該複數個顯示元件中之至少一些可包括一可移動鏡。該N個原色中之每一者可對應於該可移動鏡之一相異位置。在各種實施中，該顯示器件可能夠以大於或等於一臨限圖框速率之一圖框速率操作。時間子圖框之該數目M可至少為2。在各種實施中，該顯示器件可經組態而以小於該臨限圖框速率之一圖框速率且在不使用時間遞色的情況下操作。在各種實施中，該臨限圖框速率可約為60Hz。在各種實施中，該計算器件可能夠識別對應於該顯示色彩之一原色集合；及在該M個時間子圖框中之一者中分別顯示該集合中之該等原色中的每一者。
本發明中所描述之該標的物的另一新穎態樣可實施於一種用以在包括複數個顯示元件之一顯示器件上顯示影像資料的電腦實施方法 中。每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色。該影像資料包括用於由該顯示器件顯示之複數個輸入色彩。該影像資料包括複數個影像像素。每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯。在與該顯示器件相關聯之一硬體計算器件的控制下執行該方法。
對於一給定影像像素，該方法包含自包括能夠藉由M個時間子圖框中之該N個原色的時間遞色顯示的色彩之一調色盤，在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩。該方法進一步包含計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩。該方法進一步包含至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩，該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯。該方法包含將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之該複數個顯示元件中之一或多者。
在各種實施中，識別該K個色彩可包括識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。在各種實施中，計算該等權重可包括計算包括該多面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子多面體之一體積。
本發明中所描述之該標的物的另一新穎態樣可實施於一種包含指令之非暫時性電腦儲存媒體中，該等指令在由一處理器執行時導致該處理器執行用於在一顯示器件上顯示包括複數個輸入色彩之影像資料的一方法。該顯示器件包括複數個顯示元件。每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色。該影像資料包括複數個影像像素，其中每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯。對於一給定影像像素，該方法包含自包括能夠藉由M個時間子圖框中 之該N個原色的時間遞色顯示的色彩之一調色盤，在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩。該方法進一步包含計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩。該方法進一步包含至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩，該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯。該方法進一步包含將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之該複數個顯示元件中之一或多者。
在該方法之各種實施中，識別該K個色彩可包括識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。在該方法之各種實施中，計算該等權重可包括計算包括該多面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子多面體之一體積。
本發明中所描述之該標的物的一或多個實施之細節在隨附圖式及下文描述中闡述。雖然本發明中所提供之實例主要就基於EMS及MEMS之顯示器來描述，但本文中所提供之概念可適用於其他類型之顯示器，諸如，液晶顯示器、有機發光二極體(「OLED」)顯示器及場發射顯示器。其他特徵、態樣及優勢自該描述、該等圖式及申請專利範圍將變得顯而易見。應注意，以下圖式之相對尺寸可未按比例繪製。
12‧‧‧IMOD顯示元件
13‧‧‧光
14‧‧‧可移動反射層
14a‧‧‧子層
14b‧‧‧子層
14c‧‧‧子層
15‧‧‧光
16‧‧‧光學堆疊
16a‧‧‧子層
16b‧‧‧上部子層
18‧‧‧支撐柱
19‧‧‧間隙/空腔
20‧‧‧透明基板
21‧‧‧處理器
22‧‧‧陣列驅動器
24‧‧‧列驅動器電路
25‧‧‧犧牲層
26‧‧‧行驅動器電路
27‧‧‧網路介面
28‧‧‧圖框緩衝器
29‧‧‧驅動器控制器
30‧‧‧顯示陣列或面板/顯示器
36‧‧‧EMS元件之陣列
40‧‧‧顯示器件
41‧‧‧外殼
43‧‧‧天線
45‧‧‧揚聲器
46‧‧‧麥克風
47‧‧‧收發器
48‧‧‧輸入器件
50‧‧‧電源供應器
52‧‧‧調節硬體
80‧‧‧製造製程
82‧‧‧區塊
84‧‧‧區塊
86‧‧‧區塊
88‧‧‧區塊
90‧‧‧區塊
91‧‧‧EMS封裝
92‧‧‧背板
93‧‧‧凹座
94a‧‧‧背板組件
94b‧‧‧背板組件
96‧‧‧導電通孔
97‧‧‧機械支座
98‧‧‧電接頭
900‧‧‧類比干涉式調變器(AIMOD)
902‧‧‧第二電極
904‧‧‧光學堆疊
906‧‧‧可移動反射層/反射層
910‧‧‧第一電極
912‧‧‧基板
914‧‧‧第一空腔
916‧‧‧第二空腔
930‧‧‧位置
932‧‧‧位置
934‧‧‧位置
936‧‧‧位置
1000‧‧‧方法
1005‧‧‧色域映射單元/功能區塊
1010‧‧‧區塊
1015‧‧‧操作模式選擇器/功能區塊
1020‧‧‧向量誤差擴散半色調化單元
1025‧‧‧輸入影像擷取單元
1030‧‧‧向量屏蔽及時間遞色半色調化單元
1035‧‧‧輸出圖框緩衝器
1200‧‧‧方法
1205‧‧‧反饋迴路
1210‧‧‧擴散濾波器
1215‧‧‧原色選擇器
1220‧‧‧查找表
1225‧‧‧箭頭
1505‧‧‧所要色彩
1510‧‧‧四面體
1515‧‧‧四面體
1600‧‧‧時空向量屏蔽方法
1610‧‧‧區塊
1620‧‧‧區塊
1630‧‧‧區塊
1640‧‧‧區塊
圖1為描繪IMOD顯示器件之一系列顯示元件或顯示元件陣列中的兩個鄰近干涉式調變器(IMOD)顯示元件之等角視圖說明。
圖2為說明併有包括IMOD顯示元件之三個元件乘三個元件陣列的基於IMOD之顯示器的電子器件之系統方塊圖。
圖3為說明可移動反射層位置相對於IMOD顯示元件之施加電壓的曲線圖。
圖4為說明當施加各種共同及區段電壓時IMOD顯示元件之各種狀態的表。
圖5為說明用於IMOD顯示器或顯示元件之製造製程的流程圖。
圖6A至圖6E為製造IMOD顯示器或顯示元件之製程中的各種階段之橫截面說明。
圖7A及圖7B為包括EMS元件之陣列及背板的機電系統(EMS)封裝之一部分的示意性分解部分透視圖。
圖8展示類比IMOD(AIMOD)之實施的橫截面。
圖9展示由多原色顯示器件所產生之色域及標準sRGB色域的實例。
圖10為描述在多原色顯示器件上顯示影像之方法的實施之功能圖。
圖11為描述使用基於向量誤差擴散之半色調化產生半色調影像之方法的實施之流程圖。
圖12A說明藉由使用向量屏蔽半色調化方法摻合與多原色顯示器件相關聯之四個不同原色而表示輸入色彩(O)之實例。圖12B為可用於向量屏蔽之包括5×5個元素的半色調螢幕之實例。
圖13A至圖13D說明在時間上摻合兩個不同原色以產生經摻合色彩之實例。
圖14展示由CIE Lab色彩空間中之多原色顯示器件所產生的色域之實例。
圖15為說明可用於在具有複數個顯示元件之顯示器件上顯示包括複數個影像像素之輸入影像的時空向量屏蔽方法之實例的流程圖，每一顯示元件經組態以顯示與顯示器件相關聯之色彩空間中的複數個 色彩。
圖16A及圖16B為說明包括複數個IMOD顯示元件之顯示器件的系統方塊圖。
各種圖式中之類似參考編號及名稱指示類似元件。
出於描述本發明之創新態樣的目的，以下描述係關於某些實施。然而，一般熟習此項技術者將容易地認識到，本文中之教示可以許多不同方式來應用。所描述之實施可以可經組態以顯示影像(無論係運動(諸如，視訊)抑或靜止(諸如，靜態影像)的，且無論係文字、圖形抑或圖像)的任何器件、裝置或系統來實施。更特定而言，預期所描述實施可包括於諸如(但不限於)以下各者之多種電子器件中或與該等電子器件相關聯：行動電話、具備多媒體網際網路功能之蜂巢式電話、行動電視接收器、無線器件、智慧型手機、Bluetooth®器件、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或攜帶型電腦、上網本、筆記型電腦、智慧筆記型電腦、平板電腦、印表機、影印機、掃描器、傳真器件、全球定位系統(GPS)接收器/導航器、攝影機、數位媒體播放器(諸如，MP3播放器)、攝錄影機、遊戲控制台、手錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀器件(例如，電子閱讀器)、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)、座艙控制器及/或顯示器、攝影機檢視顯示器(諸如，運載工具中的後視攝影機之顯示器)、電子相片、電子廣告牌或指示牌、投影儀、架構結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、匣式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾燥器、洗衣機/乾燥器、停車儀、封裝(諸如，包括微機電系統(MEMS))應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如，關於一件珠寶或服裝的影像之顯示)及多種EMS器件。本 文中之教示亦可用於非顯示器應用中，諸如(但不限於)電子切換器件、射頻濾波器、感測器、加速計、陀螺儀、運動感測器件、磁力計、用於消費型電子器件之慣性組件、消費型電子器件產品之零件、變容器、液晶器件、電泳器件、驅動方案、製造製程及電子測試設備。因此，教示並不意欲僅僅限於圖式中所描繪之實施，而係具有廣泛適用性，如一般熟習此項技術者將容易地顯而易見。
本文中所描述之系統及方法可用於在包括具有較低色彩位元深度之(例如，每色彩頻道1位元、2位元或4位元)複數個顯示元件的顯示器件上顯示高位元深度色彩影像(例如，每色彩頻道具有8位元之影像)。顯示器件之每一顯示元件可在與顯示器件相關聯之色彩空間中產生多個原色(例如，四個(4)或六個(6)以上)。為在多原色顯示器件上顯示高位元深度色彩影像(例如，每色彩頻道具有8位元或每色彩頻道256色階)，可使用時間調變/遞色及/或空間調變。舉例而言，藉由四個時間圖框以及黑色及白色色彩使用時間調變/遞色，可顯示包括三個灰階之五個色彩。作為另一實例，藉由兩個時間圖框以及黑色、白色及原色(例如，紅色、綠色或藍色)使用時間調變/遞色，可顯示六個色彩。可藉由包括較多原色及時間圖框而產生許多不同色階。
本文中所描述之系統及方法可用於顯現靜態影像以及視訊(例如，具有快速移動物件之視訊)。本文中所描述之系統及方法可用於具有兩個操作模式之顯示器件。在第一模式中，顯示器件經組態以在60Hz或較高(例如，120Hz、240Hz等)之圖框速率下操作。在第二模式中，顯示器件經組態以在小於60Hz(例如，30Hz)之圖框速率下操作。在第一模式中，使用空間向量屏蔽及/或時間遞色顯示影像及/或視訊以提供幾乎沒有時間偽影之高影像品質。在第二模式中，使用向量誤差擴散顯示影像及/或視訊。顯示器件可包括感測顯示器件之狀況，且能夠在兩個模式之間切換顯示器件的感測器。在各種實施中， 顯示器件可包括用以儲存用於原色及/或最後輸入影像之索引的輸出緩衝器。查找表(LUT)可用於儲存顯示色彩與原色集合之間的對應。在各種實施中，當顯示器件以始終在線模式操作時，輸出緩衝器可經組態以儲存最後輸入影像並顯示最後輸入影像。
可實施本發明中所描述之標的物的特定實施以實現以下潛在優勢中之一或多者。在具有低原生位元深度多個原色之顯示器件上顯示高位元深度數位影像以顯現不能由顯示器件原生地顯示之中間色調係可能的。在顯示器件經組態以在快速圖框速率下操作之第一模式與顯示器件經組態以在較慢圖框速率下操作之第二模式之間切換顯示器係可能的。在第一模式中，顯示器件可經組態以顯示幾乎沒有視覺偽影之影像及/或視訊。在第二模式中，顯示器件可經組態以藉由減少之電力消耗顯示影像。在各種實施中，當期望節省能量時，顯示器件可經組態以第二模式進行操作。
可應用所描述實施之合適EMS或MEMS器件或裝置的實例為反射式顯示器件。反射式顯示器件可併有干涉式調變器(IMOD)顯示元件，該等顯示元件可經實施以使用光學干涉之原理選擇性地吸收及/或反射入射於其上之光。IMOD顯示元件可包括部分光學吸收器、可相對於吸收器移動之反射器及界定於吸收器與反射器之間的光學諧振腔。在一些實施中，反射器可移動至兩個或兩個以上不同位置，此情況可改變光學諧振腔之大小且藉此影響IMOD之反射率。IMOD顯示元件之反射光譜可產生相當廣之光譜帶，可橫跨可見波長移位該等光譜帶以產生不同色彩。可藉由改變光學諧振腔之厚度來調整光譜帶之位置。改變光學諧振腔之一種方式為藉由改變反射器相對於吸收器之位置。
圖1為描繪IMOD顯示器件之一系列顯示元件或顯示元件陣列中的兩個鄰近干涉式調變器(IMOD)顯示元件之等角視圖說明。IMOD顯 示器件包括一或多個干涉式EMS(諸如，MEMS)顯示元件。在此等器件中，干涉式MEMS顯示元件可經組態為明亮或黑暗狀態。在明亮(「鬆弛」、「打開」或「接通」等)狀態下，顯示元件反射大部分入射可見光。相反地，在黑暗(「致動」、「關閉」或「斷開」等)狀態下，顯示元件幾乎不反射入射可見光。MEMS顯示元件可經組態以主要反射特定波長之光，從而除黑色及白色之外實現彩色顯示。在一些實施中，藉由使用多個顯示元件，可達成不同強度之原色及不同灰度。
IMOD顯示器件可包括可以列及行配置的IMOD顯示元件之陣列。該陣列中之每一顯示元件可至少包括定位成彼此相距可變且可控制距離以形成氣隙(亦被稱作光學間隙、空腔或光學諧振腔)的一對反射及半反射層，諸如可移動反射層(亦即，可移動層(亦被稱作機械層))及固定部分反射層(亦即，靜止層)。可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。舉例而言，在第一位置(亦即，鬆弛位置)中，可移動反射層可定位成離固定部分反射層相距某一距離。在第二位置(亦即，致動位置)中，可移動反射層可定位成較接近部分反射層。取決於可移動反射層之位置及入射光之波長，自兩個層反射之入射光可相長或相消地干涉，從而針對每一顯示元件產生全反射或非反射狀態。在一些實施中，顯示元件可在未致動時處於反射狀態，從而反射可見光譜內之光，且可在致動時處於黑暗狀態，從而吸收及/或相消地干涉可見範圍內之光。然而，在一些其他實施中，IMOD顯示元件可在未致動時處於黑暗狀態，並在致動時處於反射狀態。在一些實施中，引入施加電壓可驅動顯示元件以改變狀態。在一些其他實施中，施加之電荷可驅動顯示元件以改變狀態。
圖1中的陣列之所描繪部分包括呈IMOD顯示元件12之形式的兩個鄰近干涉式MEMS顯示元件。在右側(如所說明)之顯示元件12中，將可移動反射層14說明為處於靠近、鄰近或觸摸光學堆疊16之致動位 置中。橫跨右側之顯示元件12所施加的電壓Vbias足以移動可移動反射層14並將其維持在致動位置中。在左側之顯示元件12中(如所說明)，將可移動反射層14說明為處於離光學堆疊16(其包括部分反射層)相距某一距離(其可基於設計參數而預定)之鬆弛位置中。橫跨左側之顯示元件12所施加的電壓V0不足以引起可移動反射層14至致動位置(諸如，右側之顯示元件12之彼致動位置)之致動。
在圖1中，大體上藉由指示入射於IMOD顯示元件12上之光13及自左側之顯示元件12反射之光15的箭頭說明IMOD顯示元件12之反射性質。可經由透明基板20朝向光學堆疊16透射入射於顯示元件12上之大部分光13。可經由光學堆疊16之部分反射層透射入射於光學堆疊16上之光的一部分，且將經由透明基板20反射回一部分。可自可移動反射層14朝向(且經由)透明基板20反射回光13之經由光學堆疊16透射的部分。在自光學堆疊16之部分反射層反射之光與自可移動反射層14反射之光之間的干涉(相長及/或相消)將部分判定在器件之檢視或基板側上自顯示元件12反射的光15之波長之強度。在一些實施中，透明基板20可為玻璃基板(有時被稱作玻璃板或面板)。玻璃基板可為或包括(例如)硼矽酸玻璃、鹼石灰玻璃、石英、派熱斯(Pyrex)或其他合適之玻璃材料。在一些實施中，玻璃基板可具有0.3毫米、0.5毫米或0.7毫米之厚度，但在一些實施中，玻璃基板可較厚(諸如，數十毫米)或較薄(諸如，小於0.3毫米)。在一些實施中，可使用非玻璃基板，諸如聚碳酸酯、丙烯酸、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚醚醚酮(PEEK)基板。在此實施中，非玻璃基板將很可能具有小於0.7毫米之厚度，但取決於設計考慮因素該基板可較厚。在一些實施中，可使用非透明基板，諸如基於金屬箔片或不鏽鋼之基板。舉例而言，包括固定反射層及部分透射且部分反射之可移動層的基於反向IMOD之顯示器可可經組態以自與圖1之顯示元件12相對之基板側檢視且可由非透明基板支撐。
光學堆疊16可包括單一層或若干層。該(等)層可包括電極層、部分反射且部分透射層及透明介電層中之一或多者。在一些實施中，光學堆疊16係導電，部分透明且部分反射的，且可(例如)藉由將上文層中之一或多者沈積至透明基板20上來進行製造。電極層可由多種材料形成，諸如，各種金屬(例如，氧化銦錫(ITO))。部分反射層可由諸如各種金屬(例如，鉻及/或鉬)、半導體及介電質的部分反射之多種材料形成。部分反射層可由一或多個材料層形成，且該等層中之每一者可由單一材料或材料之組合形成。在一些實施中，光學堆疊16之某些部分可包括充當部分光學吸收器及電導體兩者的單一半透明厚度之金屬或半導體，而不同的較導電層或部分(例如，光學堆疊16或顯示元件之其他結構的層或部分)可用以在IMOD顯示元件之間用匯流排傳送(bus)信號。光學堆疊16亦可包括覆蓋一或多個導電層之一或多個絕緣或介電層或導電/部分吸收層。
在一些實施中，光學堆疊16之該(等)層中的至少一些可經圖案化為平行條帶，且可形成顯示器件中之列電極，如下文進一步描述。如將由一般熟習此項技術者理解，術語「經圖案化」在本文中用以指遮蔽以及蝕刻製程。在一些實施中，可將高度導電且反射之材料(諸如，鋁(Al))用於可移動反射層14，且此等條帶可形成顯示器件中之行電極。可移動反射層14可形成為(若干)所沈積金屬層之一系列平行條帶(與光學堆疊16之列電極正交)，以形成沈積於支撐件(諸如，所說明之柱18)及位於柱18之間的介入犧牲材料之頂部上的行。當蝕刻掉犧牲材料時，所界定間隙19或光學腔可形成於可移動反射層14與光學堆疊16之間。在一些實施中，柱18之間的間隔可為大約1μm至1000μm，而間隙19可大約小於10,000埃(Å)。
在一些實施中，可將每一IMOD顯示元件(無論是處於致動或鬆弛狀態)視為由固定反射層及移動反射層形成之電容器。如由圖1中左側 之顯示元件12所說明，當未施加電壓時，可移動反射層14保持處於機械鬆弛狀態，其中間隙19存在於可移動反射層14與光學堆疊16之間。然而，當將電位差(亦即，電壓)施加至所選擇列及行中之至少一者時，在對應顯示元件處的列電極與行電極之交叉點處形成的電容器變得帶電，且靜電力將該等電極牽拉在一起。若施加電壓超過臨限值，則可移動反射層14可變形並靠近或抵靠光學堆疊16移動。光學堆疊16內之介電層(未展示)可防止短路並控制層14與層16之間的分離距離，如由圖1中右側之致動顯示元件12所說明。不管所施加電位差之極性如何，行為可係相同的。雖然陣列中之一系列顯示元件可在一些情況下被稱為「列」或「行」，但一般熟習此項技術者將容易地理解，將一個方向稱為「列」且將另一方向稱為「行」係任意的。再聲明，在一些定向上，可將列考慮為行，並將行考慮為列。在一些實施中，可將列稱為「共同」線路且可將行稱為「區段」線路，或可將行稱為「共同」線路且可將列稱為「區段」線路。此外，顯示元件可均勻地配置於正交之列及行(「陣列」)中，或以非線性組態配置，例如，具有相對於彼此之某些位置偏移(「馬賽克」)。術語「陣列」及「馬賽克」可指任一組態。因此，儘管顯示器被稱作包括「陣列」或「馬賽克」，但元件自身無需彼此正交地配置，或以均勻分佈而安置，而在任何情況下可包括具有不對稱形狀及不均勻分佈之元件的配置。
圖2為說明併有包括IMOD顯示元件之三個元件乘三個元件陣列的基於IMOD之顯示器的電子器件之系統方塊圖。電子器件包括可經組態以執行一或多個軟體模組之處理器21。除執行作業系統之外，處理器21可經組態以執行一或多個軟體應用程式，包括網頁瀏覽器、電話應用程式、電子郵件程式或任何其他軟體應用程式。
處理器21可經組態以與陣列驅動器22通信。陣列驅動器22可包括將信號提供至(例如)顯示陣列或面板30之列驅動器電路24及行驅動 器電路26。由圖2中之線1-1展示圖1中所說明之IMOD顯示器件的橫截面。儘管為清楚起見，圖2說明IMOD顯示元件之3×3陣列，但顯示陣列30可含有極大數目個IMOD顯示元件，且可在列中具有與行中不同數目個IMOD顯示元件，且可在行中具有與列中不同數目個IMOD顯示元件。
圖3為說明可移動反射層位置相對於IMOD顯示元件之施加電壓的曲線圖。對於IMOD，列/行(亦即，共同/區段)寫入程序可利用如圖3中所說明的顯示元件之滯後性質。在一個實例實施中，IMOD顯示元件可使用約10伏特電位差以導致可移動反射層或鏡自鬆弛狀態改變至致動狀態。在此實例中，當電壓自彼值減少時，可移動反射層在電壓下降回低於10伏特時維持其狀態，然而，可移動反射層並不完全鬆弛直至電壓下降為低於2伏特為止。因此，在圖3之實例中，存在元件在施加電壓之窗內時穩定為鬆弛抑或致動狀態的大約3伏特至7伏特之一系列電壓。此窗在本文中被稱為「滯後窗」或「穩定窗」。對於具有圖3之滯後特性的顯示陣列30，列/行寫入程序可經設計以一次定址一或多個列。因此，在此實例中，在定址給定列期間，可將經定址列中待致動之顯示元件曝露於約10伏特之電壓差，且可將待鬆弛之顯示元件曝露於靠近零伏特之電壓差。在此實例中，在定址之後，可將顯示元件曝露於穩定狀態或大約5伏特之偏壓電壓差，使得其保持處於先前所選通或寫入狀態。在此實例中，在定址之後，每一顯示元件經歷約3伏特至7伏特之「穩定窗」內的電位差。此滯後性質特徵使得IMOD顯示元件設計能夠在相同施加電壓條件下保持穩定為致動抑或鬆弛預先存在狀態。由於每一IMOD顯示元件(無論係處於致動或鬆弛狀態)可充當由固定反射層及移動反射層形成之電容器，因此可在實質上並不消耗或損耗電力之情況下在滯後窗內之平穩電壓處保持此穩定狀態。此外，若施加之電壓電位實質上保持固定，則基本上極少或 並無電流流入顯示元件中。
在一些實施中，可藉由根據給定列中之顯示元件之狀態的所要改變(若存在)沿著行電極之集合以「區段」電壓之形式施加資料信號來產生影像之圖框。可依次定址陣列之每一列，使得一次一列地寫入圖框。為了將所要資料寫入至第一列中之顯示元件，可將對應於第一列中之顯示元件的所要狀態之區段電壓施加於行電極上，且可將呈特定「共同」電壓或信號之形式的第一列脈衝施加至第一列電極。接著，可改變區段電壓之集合以對應於第二列中之顯示元件的狀態之所要改變(若存在)，且可將第二共同電壓施加至第二列電極。在一些實施中，第一列中之顯示元件不受沿著行電極所施加的區段電壓之改變影響，且保持處於其在第一共同電壓列脈衝期間所設定至之狀態。對於整個系列之列(或替代性地，行)，可以依序方式重複此程序以產生影像圖框。可藉由以每秒某一所要數目個圖框不斷地重複此程序來用新影像資料再新及/或更新圖框。
橫跨每一顯示元件所施加之區段信號及共同信號的組合(亦即，橫跨每一顯示元件或像素之電位差)判定每一顯示元件之所得狀態。圖4為說明當施加各種共同及區段電壓時IMOD顯示元件之各種狀態的表。如一般熟習此項技術者將容易地理解，可將「區段」電壓施加至行電極抑或列電極，且可將「共同」電壓施加至行電極或列電極中之另一者。
如圖4中所說明，不管沿著區段線路所施加之電壓(亦即，高區段電壓VSH及低區段電壓VSL)如何，當沿著共同線路施加釋放電壓VCREL時，沿著共同線路之所有IMOD顯示元件將處於鬆弛狀態(替代性地被稱作經釋放或未致動狀態)。特定言之，當沿著共同線路施加釋放電壓VCREL時，在沿著用於彼顯示元件之對應區段線路施加高區段電壓VSH及低區段電壓VSL兩種情況時，橫跨調變器顯示元件或像 素之電位電壓(替代性地被稱作顯示元件或像素電壓)皆可處於鬆弛窗(參見圖3，亦被稱作釋放窗)內。
當在共同線路上施加保持電壓(諸如，高保持電壓VCHOLD_H或低保持電壓VCHOLD_L)時，沿著彼共同線路之IMOD顯示元件的狀態將保持恆定。舉例而言，鬆弛IMOD顯示元件將保持處於鬆弛位置中，且致動IMOD顯示元件將保持處於致動位置中。可選擇保持電壓，使得顯示元件電壓在沿著對應區段線路施加高區段電壓VSH及低區段電壓VSL兩種情況時皆將保持處於穩定窗內。因此，此實例中之區段電壓擺動為高VSH與低區段電壓VSL之間的差，且小於正穩定窗抑或負穩定窗之寬度。
當在共同線路上施加定址或致動電壓(諸如，高定址電壓VCADD_H或低定址電壓VCADD_L)時，可藉由沿著各別區段線路施加區段電壓來沿著彼線路將資料選擇性地寫入至調變器。可選擇區段電壓，使得致動取決於所施加之區段電壓。當沿著共同線路施加定址電壓時，一個區段電壓之施加將帶來穩定窗內之顯示元件電壓，從而使顯示元件保持未致動。相反地，另一區段電壓之施加將帶來穩定窗外之顯示元件電壓，從而導致顯示元件之致動。引起致動之特定區段電壓可取決於使用哪一定址電壓而變化。在一些實施中，當沿著共同線路施加高定址電壓VCADD_H時，高區段電壓VSH之施加可使調變器保持處於其當前位置中，而低區段電壓VSL之施加可引起調變器之致動。作為推論，當施加低定址電壓VCADD_L時，區段電壓之效應可相反，其中高區段電壓VSH引起調變器之致動，且低區段電壓VSL實質上並不影響調變器之狀態(亦即，保持穩定)。
在一些實施中，可使用橫跨調變器產生相同極性電位差之保持電壓、定址電壓及區段電壓。在一些其他實施中，可使用不定期地交替調變器之電位差的極性之信號。橫跨調變器交替極性(亦即，寫入 程序之極性交替)可減少或抑制在單一極性之重複寫入操作之後可發生的電荷累積。
圖5為說明用於IMOD顯示器或顯示元件之製造製程80的流程圖。圖6A至圖6E為用於製造IMOD顯示器或顯示元件之製造製程80中的各種階段之橫截面說明。在一些實施中，製造製程80可經實施以製造一或多個EMS器件(諸如，IMOD顯示器或顯示元件)。此EMS器件之製造亦可包括圖5中未展示之其他區塊。製程80以在基板20上形成光學堆疊16之區塊82開始。圖6A說明形成於基板20上之此光學堆疊16。基板20可為諸如玻璃或塑膠(諸如，上文關於圖1所論述之材料)之透明基板。基板20可為可撓或相對剛性且不彎曲的，且可已經受之前製備製程(諸如，清潔)，以促進光學堆疊16之有效形成。如上文所論述，光學堆疊16可為導電、部分透明、部分反射且部分吸收性的，且可(例如)藉由將具有所要性質之一或多個層沈積至透明基板20上來進行製造。
在圖6A中，光學堆疊16包括具有子層16a及16b之多層結構，但在一些其他實施中可包括較多或較少子層。在一些實施中，子層16a及16b中之一者可組態有光學吸收及導電性質兩者(諸如，組合之導體/吸收器子層16a)。在一些實施中，子層16a及16b中之一者可包括鉬-鉻(鉻化鉬或MoCr)或具有合適之複合折射率的其他材料。另外，子層16a及16b中之一或多者可經圖案化成平行條帶，且可形成顯示器件中之列電極。可藉由遮蔽及蝕刻製程或此項技術中已知之另一合適製程來執行此圖案化。在一些實施中，子層16a及16b中之一者可為絕緣或介電層，諸如沈積於一或多個底層金屬及/或氧化物層(諸如，一或多個反射及/或導電層)上的上部子層16b。此外，光學堆疊16可經圖案化成形成顯示器之列的個別且平行條帶。在一些實施中，即使子層16a及16b在圖6A至圖6E中展示為稍厚，但光學堆疊之子層中的至少 一者(諸如，光學吸收層)可非常薄(例如，相對於本發明中所描繪之其他層)。
製程80在區塊84處繼續，其中在光學堆疊16上形成犧牲層25。因為稍後移除犧牲層25(參見區塊90)以形成空腔19，所以所得之IMOD顯示元件中未展示犧牲層25。圖6B說明包括形成於光學堆疊16上之犧牲層25的經部分製造器件。在光學堆疊16上形成犧牲層25可包括按經選擇以在後續移除之後提供具有所要設計大小之間隙或空腔19(亦參見圖6E)之厚度沈積二氟化氙(XeF2)可蝕刻材料(諸如，鉬(Mo)或非晶矽(Si))。可使用諸如物理氣相沈積(PVD，其包括諸如濺鍍之許多不同技術)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、熱化學氣相沈積(熱CVD)或旋塗之沈積技術來進行犧牲材料之沈積。
製程80以形成諸如支撐柱18之支撐結構的區塊86繼續。支撐柱18之形成可包括圖案化犧牲層25以形成支撐結構孔隙，接著使用諸如PVD、PECVD、熱CVD或旋塗之沈積方法，將材料(諸如，聚合物或無機材料，如氧化矽)沈積至孔隙內以形成支撐柱18。在一些實施中，形成於犧牲層中之支撐結構孔隙可延伸穿過犧牲層25及光學堆疊16兩者而至底層基板20，使得支撐柱18之下部末端接觸基板20。替代性地，如圖6C中所描繪，形成於犧牲層25中之孔隙可延伸穿過犧牲層25，但並不穿過光學堆疊16。舉例而言，圖6E說明支撐柱18之下部末端接觸光學堆疊16之上表面。可藉由將支撐結構材料層沈積於犧牲層25上並圖案化支撐結構材料之遠離犧牲層25中之孔隙而定位的部分來形成支撐柱18或其他支撐結構。支撐結構可位於孔隙內(如圖6C中所說明)，但亦可至少部分在犧牲層25之一部分上延伸。如上文所提到，可藉由遮蔽及蝕刻製程來執行犧牲層25及/或支撐柱18之圖案化，但亦可藉由替代性圖案化方法來執行。
製程80以形成可移動反射層或膜(諸如，圖6D中所說明之可移動 反射層14)之區塊88繼續。可藉由利用一或多個沈積步驟(包括(例如)反射層(諸如，鋁、鋁合金或其他反射材料)沈積)連同一或多個圖案化、遮蔽及/或蝕刻步驟而形成可移動反射層14。可移動反射層14可經圖案化成形成(例如)顯示器之行的個別且平行條帶。可移動反射層14可係導電的，且被稱作導電層。在一些實施中，可移動反射層14可包括複數個子層14a、14b及14c，如圖6D中所展示。在一些實施中，諸如子層14a及14c的子層中之一或多者可包括針對其光學性質而選擇之高度反射性子層，且另一子層14b可包括針對其機械特性而選擇之機械子層。在一些實施中，機械子層可包括介電材料。由於犧牲層25仍存在於區塊88處所形成之經部分製造IMOD顯示元件中，因此可移動反射層14在此階段通常不可移動。含有犧牲層25之經部分製造IMOD顯示元件在本文中亦可被稱為「未釋放」IMOD。
製程80以形成空腔19之區塊90繼續。可藉由將犧牲材料25(區塊84處所沈積)曝露至蝕刻劑來形成空腔19。舉例而言，可藉由乾式化學蝕刻藉由將犧牲層25曝露於氣態或蒸氣蝕刻劑(諸如，自固體XeF2得出之蒸氣)歷時可有效移除所要量之材料的時間段來移除諸如Mo或非晶Si之可蝕刻犧牲材料。通常相對於環繞空腔19之結構選擇性地移除犧牲材料。亦可使用其他蝕刻方法(諸如，濕式蝕刻及/或電漿蝕刻)。由於在區塊90期間移除犧牲層25，因此可移動反射層14在此階段之後通常可移動。在移除犧牲材料25之後，所得之經完全或部分製造IMOD顯示元件在本文中可被稱為「經釋放」IMOD。
在一些實施中，EMS組件或器件(諸如，基於IMOD之顯示器)之封裝可包括背板(替代性地被稱作底板、背玻璃或凹陷玻璃)，該背板可經組態以保護EMS組件免受損害(諸如，免受機械干涉或潛在損害性物質的損害)。背板亦可為包括(但不限於)以下各者之廣泛範圍之組件提供結構支撐：驅動器電路、處理器、記憶體、互連陣列、蒸氣障 壁、產品外殼及其類似者。在一些實施中，使用背板可促進組件之整合，且藉此減小攜帶型電子器件之體積、重量及/或製造成本。
圖7A及圖7B為包括EMS元件之陣列36及背板92的EMS封裝91之一部分的示意性分解部分透視圖。藉由切斷背板92之兩個拐角而展示圖7A以較好地說明背板92之某些部分，而並不切斷拐角來展示圖7B。EMS陣列36可包括基板20、支撐柱18及可移動層14。在一些實施中，EMS陣列36可包括透明基板上之IMOD顯示元件之陣列以及一或多個光學堆疊部分16，且可移動層14可實施為可移動反射層。
背板92可基本上為平面，或可具有至少一個波狀表面(例如，背板92可形成有凹座及/或突起)。背板92可由無論透明或不透明、導電或絕緣之任何合適材料製成。用於背板92之合適材料包括(但不限於)玻璃、塑膠、陶瓷、聚合物、層板、金屬、金屬箔片、科伐合金(Kovar)及經電鍍科伐合金。
如圖7A及圖7B中所展示，背板92可包括可部分或完全嵌入於背板92中之一或多個背板組件94a及94b。如圖7A中可看出，背板組件94a嵌入於背板92中。如圖7A及圖7B中可看出，背板組件94b安置於背板92之表面中所形成的凹座93內。在一些實施中，背板組件94a及/或94b可自背板92之表面突出。儘管背板組件94b安置於背板92之面向基板20的側上，但在其他實施中，背板組件可安置於背板92之相對側上。
背板組件94a及/或94b可包括一或多個主動或被動電組件，諸如電晶體、電容器、電感器、電阻器、二極體、切換器及/或積體電路(IC)(諸如，封裝、標準或離散IC)。可用於各種實施之背板組件的其他實例包括天線、電池及諸如電、觸碰、光學或化學感測器之感測器或薄膜沈積式器件。
在一些實施中，背板組件94a及/或94b可與EMS陣列36之部分電 通信。諸如跡線、凸塊、柱或通孔之導電結構可形成於背板92或基板20中之一或兩者上，且可彼此接觸或接觸其他導電組件以在EMS陣列36與背板組件94a及/或94b之間形成電連接。舉例而言，圖7B包括背板92上之一或多個導電通孔96，其可與自EMS陣列36內之可移動層14朝上延伸的電接頭98對準。在一些實施中，背板92亦可包括將背板組件94a及/或94b與EMS陣列36之其他組件電絕緣的一或多個絕緣層。在背板92由蒸氣可滲透材料形成之一些實施中，背板92之內部表面可塗佈有蒸氣障壁(未展示)。
背板組件94a及94b可包括用於吸收可進入EMS封裝91之任何濕氣的一或多個除濕劑。在一些實施中，可單獨於任何其他背板組件地提供除濕劑(或其他濕氣吸收材料(諸如，集氣劑))，例如作為藉由黏著劑而安裝至背板92(或形成於其中之凹座中)的薄片。替代性地，可將除濕劑整合至背板92中。在一些其他實施中，可(例如)藉由噴射塗佈、網板印刷或任何其他合適方法將除濕劑直接或間接施加至其他背板組件。
在一些實施中，EMS陣列36及/或背板92可包括用以維持背板組件與顯示元件之間的距離，且藉此防止彼等組件之間的機械干涉之機械支座97。在圖7A及圖7B中所說明之實施中，機械支座97形成為與EMS陣列36之支撐柱18對準的自背板92突出之柱。替代性地或另外，可沿著EMS封裝91之邊緣提供諸如軌道或柱之機械支座。
儘管圖7A及圖7B中未說明，但可提供部分或完全包圍EMS陣列36之密封件。密封件可形成包圍EMS陣列36連同背板92及基板20之保護性空腔。密封件可為半氣密密封件，諸如習知之基於環氧樹脂黏著劑。在一些其他實施中，密封件可為氣密密封件，諸如薄膜式金屬焊接件或玻璃粉。在一些其他實施中，密封件可包括聚異丁烯(PIB)、聚胺基甲酸酯、液態旋塗式玻璃、焊料、聚合物、塑膠或其他材料。 在一些實施中，強化型密封劑可用於形成機械支座。
在替代性實施中，密封環可包括背板92或基板20中之任一或兩者的延伸部。舉例而言，密封環可包括背板92之機械延伸部(未展示)。在一些實施中，密封環可包括單獨部件，諸如O形環或其他環形部件。
在一些實施中，單獨地形成EMS陣列36及背板92，之後將其附接或耦接在一起。舉例而言，可如上文所論述地將基板20之邊緣附接並密封至背板92之邊緣。替代性地，可將EMS陣列36及背板92一起形成並接合為EMS封裝91。在一些其他實施中，可以任何其他合適方式製造EMS封裝91，諸如藉由在EMS陣列36上藉由沈積而形成背板92之組件。
多原色顯示器件之各種實施可包括EMS陣列36。陣列中之EMS元件可包括一或多個IMOD。在一些實施中，IMOD可包括類比IMOD(AIMOD)。AIMOD可經組態以選擇性地反射多個原色並每色彩提供1位元。
圖8展示AIMOD之實施的橫截面。AIMOD 900包括基板912及安置於基板912上之光學堆疊904。AIMOD包括第一電極910及第二電極902(如所說明，第一電極910為下部電極，且第二電極902為上部電極)。AIMOD 900亦包括安置於第一電極910與第二電極902之間的可移動反射層906。在一些實施中，光學堆疊904包括吸收層及/或複數個其他層。在一些實施中且在圖8中所說明之實例中，光學堆疊904包括經組態為吸收層之第一電極910。在此組態中，吸收層(第一電極910)可為包括MoCr之大約6nm之材料層。在一些實施中，吸收層(亦即，第一電極910)可為厚度介於自大約2nm至50nm之範圍的包括MoCr之材料層。
當在第一電極910與第二電極902之間施加電壓時，可朝向第一 電極910抑或第二電極902致動反射層906。以此方式，可將反射層906驅動通過兩個電極902與910之間的一系列位置，包括高於及低於鬆弛(未致動)狀態。舉例而言，圖8說明反射層906可移動至第一電極910與第二電極902之間的各種位置930、932、934及936。
圖8中之AIMOD 900具有兩個結構空腔：反射層906與光學堆疊904之間的第一空腔914及反射層906與第二電極902之間的第二空腔916。在各種實施中，第一空腔914及/或第二空腔可包括空氣。由反射層906與吸收層(第一電極910)之間的距離判定由AIMOD 900所反射之光的色彩及/或強度。
取決於AIMOD之組態，AIMOD 900可經組態以選擇性地反射某些波長之光。第一電極910(其在此實施中充當吸收層)與反射層906之間的距離改變AIMOD 900之反射性質。當反射層906與吸收層(第一電極910)之間的距離使得吸收層(第一電極910)位於由入射光與自反射層906反射之光之間的干涉產生之駐波的最小光強度處時，自AIMOD 900最大限度地反射任何特定波長。舉例而言，如所說明，AIMOD 900經設計以自AIMOD之基板912側檢視(經由基板912)，亦即，光經由基板912進入AIMOD 900。取決於反射層906之位置，經由基板912反射回不同波長之光，此情況給予不同色彩之外觀。此等不同色彩亦被稱作原生色彩或原色。由AIMOD 900所產生之原色的數目可大於4。舉例而言，由AIMOD 900所產生之原色的數目可為5、6、8、10、16、18、33等。
可移動層906處於某一位置使得其反射一定波長之位置可被稱作AIMOD 900之顯示狀態。舉例而言，當反射層906處於位置930中時，相比其他波長較大比例地反射紅色波長之光，且相比紅色波長較大比例地吸收其他波長之光。因此，AIMOD 900顯現紅色且被稱為處於紅色顯示狀態或簡單地為紅色狀態。類似地，當反射層906移動至位置 932時，其中相比其他波長較大比例地反射綠色波長之光且相比綠色波長較大比例地吸收其他波長之光，AIMOD 900處於綠色顯示狀態(或綠色狀態)。當反射層906移動至位置934時，AIMOD 900處於藍色顯示狀態(或藍色狀態)，且相比其他波長較大比例地反射藍色波長之光且相比藍色波長較大比例地吸收其他波長之光。當反射層906移動至位置936時，AIMOD 900處於白色顯示狀態(或白色狀態)，且實質上反射可見光譜中之寬範圍波長之光，使得當使用裸金屬反射器時，AIMOD 900顯現「灰色」或(在一些狀況下)「銀色」且具有低全反射(或照度)在一些狀況下，可藉由添加安置於金屬反射器上之介電層而達成增加之全反射(或照度)，但取決於936之準確位置，經反射色彩可經著色有藍色、綠色或黃色。在一些實施中，在經組態以產生白色狀態之位置936中，反射層906與第一電極910之間的距離介於約0nm與20nm之間。在其他實施中，AIMOD 900可基於反射層906之位置，以及基於用於建構AIMOD 900(特定言之為光學堆疊904中之各種層)的材料，呈不同狀態並選擇性地反射其他波長之光。
由顯示元件(例如，AIMOD 900)所顯示之多個原色及由顯示元件所顯示之多個原色的可能色彩組合可表示與顯示元件相關聯之色彩空間。可由表示色調、灰度級、色相、色度、飽和度、明度、亮度、照度、相關色溫、主要波長或與顯示元件相關聯之色彩空間中的座標之色階識別與顯示器件相關聯之色彩空間中的色彩。
圖9展示由多原色顯示器件所產生之色域及標準sRGB色域的實例。多原色顯示器件之實施的色域具有由顯示器件所產生之N個離散原色及其線性組合所定義的多面體形狀。在圖9中所展示之色域中，選擇十六(16)個離散原色。因此，N=16。在一些實施中，離散原色可選自色彩空間中之螺旋曲線。藉由空間及/或時間混合此等原色，人類視覺系統接收作為色彩摻合之結果的全部色彩光譜。只要空間解析 率及/或時間圖框速率充分高，可藉由色彩摻合獲得位於多面體色域內部之任何色彩。為選擇適當原色組合，可以向量方式顯現彩色影像，亦即為判定適當輸出原色，可研究3維(3D)色彩空間中之輸人色彩。本文中所揭示之各種實施係關於自包括大量離散原色之集合(例如，大於四個(4)或六個(6))選擇原色以表示色彩空間(例如，與顯示器件相關聯之色彩空間或標準色彩空間)中之色彩。
存在用於空間及時間色彩摻合之許多方法。用以在顯示器件上顯現影像及/或視訊之一個方法包括誤差擴散。並非贊成任何特定理論，誤差擴散包括將進入影像像素之色彩與進入影像像素映射至之對應顯示像素的色彩之間的色差(或誤差)分佈至相鄰像素之半色調化方法。用以顯現影像及/或視訊之另一方法包括屏蔽。並非贊成任何特定理論，屏蔽包括將進入影像像素光之色彩與經建構以具有特定性質之螢幕比較的半色調化方法。基於比較判定進入影像像素映射至之對應顯示像素的色彩。
並非贊成任何特定理論，基於誤差擴散之方法可比基於屏蔽之方法較好地顯現靜態影像。並非贊成任何特定理論，基於屏蔽之方法可比基於誤差擴散之方法較好地顯現視訊影像。對於移動物件，基於屏蔽之方法可較穩固並在顯現移動物件之視訊時具有較少運動偽影。組合時間遞色與基於誤差擴散或基於屏蔽之方法可進一步增加所顯現影像之影像品質。
圖10為描述在多原色顯示器件上顯示影像之方法1000的實施之功能方塊圖。多原色顯示器件之各種實施可包括AIMOD 900。可藉由執行包括於機器可讀非暫時性儲存媒體(諸如，RAM、ROM、EEPROM等)中之指令的處理器實施圖10中所說明之各種功能區塊。可藉由電子處理器、微控制器、FPGA等實施各種功能區塊。下文描述圖10中所說明之各種功能區塊。
功能區塊1005為經組態以接收第一色彩空間中之輸入影像並將其映射至第二色彩空間之色域映射單元。第二色彩空間可為與顯示器件相關聯之色彩空間。在各種實施中，第一色彩空間可為sRGB色彩空間且第二色彩空間可為線性RGB色彩空間。在各種實施中，輸入影像可為24位元sRGB影像，且自色域映射單元1005輸出之影像可為30位元線性RGB影像。該方法進一步包括如區塊1010中所展示地載入可由色域映射單元1005所存取以將來自第一色彩空間之輸入影像映射至第二色彩空間的查找表(LUT)。LUT可包括對應於第一色彩空間中之色彩的第二色彩空間中之色彩。在各種實施中，LUT可為具有M×M×M個頂點之3D LUT內插單元。在第一色彩空間為sRGB色彩空間且第二色彩空間為線性RGB色彩空間之實施中，M可具有9之值。對於不同照射環境，LUT可係可重載入的。在各種實施中，可使用諸如四面體內插方法之內插方法產生LUT。
圖10中之功能區塊1015為操作模式選擇器。操作模式選擇器1015經組態以選擇兩個顯示模式中之一者。第一顯示模式為標準顯示模式。標準顯示模式為動態顯示模式，其中改變各種顯示元件中之一些或所有的顯示狀態，使得以大於60Hz之圖框速率顯示影像。第二顯示模式為始終在線模式。在始終在線模式中，以小於60Hz之圖框速率顯示影像，使得所顯示影像歷時時間段似乎靜態。在各種實施中，操作模式可取決於顯示器件之圖框速率。舉例而言，若以大於或等於60Hz之圖框速率操作/執行顯示器件，則使用標準模式顯示影像及/或視訊，其中顯示由向量屏蔽及時間遞色半色調化單元1030所處理之影像及/或視訊。作為另一實例，若以小於60Hz之圖框速率操作/執行顯示器件，則使用始終在線模式顯示影像及/或視訊，其中顯示由向量誤差擴散半色調化單元1020所處理之影像。由顯示器件使用標準模式或始終在線模式所顯現之影像可儲存於輸出緩衝器1035中。在 各種實施中，方法1000可使用輸入擷取單元1025，基於輸出緩衝器1035中所儲存之資訊重建構輸入影像。在各種實施中，模式選擇器1015能夠偵測顯示圖框速率之狀況。另外，若顯示器件自主機或電力控制單元接收改變顯示模式之命令，則模式選擇器1015可經組態以相對應地起作用。舉例而言，當主機停止發送視訊輸入且所要的為始終在線顯示時，選擇器1015可切換至始終在線模式，並利用輸入擷取單元1025及輸出圖框緩衝器1035中所儲存之影像以產生用於始終在線顯示之經新遞色輸出影像。
當以小於60Hz(例如，30Hz)之圖框速率操作/執行顯示器件時，基於向量誤差擴散之半色調化單元1020提供省電優勢。對於靜態影像，相比屏蔽遞色方法基於向量誤差擴散之半色調化可提供總較高品質。基於向量誤差擴散之半色調化亦可用於產生可保存於輸出圖框緩衝器1035中以用於始終在線顯示之輸出影像(例如，當顯示模組停止自主機接收視訊輸入時)。下文參考圖11論述由向量誤差擴散半色調化單元1020所利用之影像處理方法的實施。
如上文所論述，向量屏蔽及時間遞色單元1030可用於顯現具有色彩梯度區之視訊或影像，而基於向量誤差擴散之半色調化單元1020可用於顯現靜態影像。然而，在一些實施中，基於向量誤差擴散之半色調化單元1020可與可減少影像品質之視覺偽影相關聯。向量屏蔽及時間遞色單元1030可為靜態影像及視訊流兩者提供良好影像品質。標準顯示模式要求以60Hz或較高(例如，120Hz)之圖框速率執行顯示器件。若亦藉由相同圖框速率時控來自主機之顯示輸入，則向量屏蔽及時間遞色單元1030可用於逐圖框地處理顯示輸入，並將對應半色調輸出發送至輸出圖框緩衝器1035以用於由顯示器件顯示。若輸入具有小於顯示圖框速率之圖框速率，則向量屏蔽及時間遞色單元1030可用於處理輸入並將兩個(或兩個以上)圖框輸出發送至輸出圖框緩衝器 1035。以60Hz或較高圖框速率執行之顯示器件可循環輸出圖框緩衝器1035中之兩個(或兩個以上)圖框輸出，直至由向量屏蔽及時間遞色半色調化單元1030所輸出之下一圖框再新緩衝器為止。下文論述向量屏蔽及時間遞色單元1030之進一步細節。
輸出圖框緩衝器1035經組態以儲存來自上文所描述之兩個半色調化單元1020及1030之輸出。在各種實施中，兩個或兩個以上圖框可用於由向量屏蔽及時間遞色單元1030所產生之輸出，且僅一個圖框用於由基於向量誤差擴散之單元1020所產生的輸出。除用於顯示器件之圖框速率高於輸入信號之圖框速率的情境以外，輸出圖框緩衝器1035亦可為輸入影像擷取單元提供輸入，如下文所描述。在各種實施中，所要求之輸出圖框緩衝器的大小可為400×400×2×4個位元，其中4個位元用於儲存每一圖框中之每一像素的原色索引，且2個圖框用於以60Hz操作/執行之顯示器件。若以較高圖框速率操作/執行顯示器件，則輸出緩衝器1035可含有較多圖框。舉例而言，在各種實施中，3個圖框可用於以90Hz圖框速率操作之顯示器件，且4個圖框可用於以120Hz圖框速率操作之顯示器件。
可能需要能夠在兩個操作模式(標準與始終在線模式)之間來回切換。舉例而言，當主機停止將60Hz視訊輸入發送至以60Hz執行之顯示器時，系統可經組態以保留顯示器上之最後圖框影像，輸出圖框緩衝器1035中所儲存之兩個半色調影像可不能夠提供用於始終在線顯示之可接受半色調影像。然而，輸出緩衝器中之兩個半色調影像的組合資訊相似於原始最後圖框。輸入影像擷取單元1025可經組態以將原色索引轉譯至RGB值並組合兩個輸出圖框以擷取原始RGB輸入。可將經擷取RGB輸入發送至基於向量誤差擴散之半色調化單元1020以獲得可用於始終在線顯示之單圖框半色調輸出。
3D LUT四面體內插
如上文所論述，色域映射單元功能區塊1005可接收第一色彩空間中之輸入影像並將其映射至第二色彩空間。色域映射單元1005可使用多種方法以將來自第一色彩空間之輸入影像的色彩映射至第二色彩。舉例而言，如上文所論述，可使用四面體內插方法將輸入影像之色彩自第一色彩空間映射至第二色彩。四面體內插方法可利用三維查找表(LUT)。在圖10中所說明之方法1000的各種實施中，LUT可為具有9×9×9個頂點之3D LUT。輸入影像可為具有無正負號24個位元之sRGB彩色影像，且輸出可為包括具有30個位元之三個色彩的線性RGB影像。因此，3D LUT中之每一表的大小可具有9×9×9×30個位元。
基於向量誤差擴散之半色調化
圖11為描述使用基於向量誤差擴散之半色調化產生半色調影像之方法1200的實施之流程圖。如上文所論述，基於向量誤差擴散之半色調化可用於在以低圖框速率(例如，小於60Hz)操作之顯示器件(例如，AIMOD 900)上顯現靜態及/或視訊影像。可使用可程式化電路或處理器(例如，向量誤差擴散半色調化單元1020)實施該方法。至半色調化單元(例如，向量誤差擴散半色調化單元1020)之輸入為30位元線性RGB影像，且此單元之輸出為經寫碼為所有像素之原色索引的4位元單通道影像。可如下描述顯現程序：藉由添加來自包括擴散濾波器1210之反饋迴路1205的擴散誤差而修改每一像素之輸入RGB值。原色選擇器1215比較所要色彩與N個原色以選擇具有最接近所要色彩之色彩的輸出原色。在各種實施中，可相對於色彩空間中之距離量測最接近色彩。在將所選擇原色發送至如由箭頭1225所指示的其原色索引中之輸出通道時，計算所選擇原色與所要RGB色彩之間的誤差或差異並將其發送至具有擴散濾波器1210之反饋迴路1205。為計算誤差，可使用查找表1220將對應於輸出色彩之原色索引轉換成RGB值。將擴散誤 差添加至未來處理位置處之像素。
向量屏蔽
向量屏蔽為基於像素之半色調化方法。藉由屏蔽之每一像素的半色調輸出取決於像素之輸入RGB值及經建構以具有與像素相關聯之特定性質的半色調螢幕上之值。在各種實施中，半色調螢幕可為具有指派至每一矩陣元素之特定值的預定二維矩陣。藉由向量誤差擴散之每一像素的半色調輸出取決於像素之輸入RGB值及與相鄰像素之處理相關聯的誤差。相反於向量誤差擴散，輸入及鄰域像素之輸出皆不影響藉由向量屏蔽所獲得之輸出。因此，可發生於其他影像顯現方法中之視覺偽影可並不發生於向量屏蔽中。儘管大體而言基於誤差擴散之半色調化方法可提供較有型且較平滑之半色調影像，但向量屏蔽可有利於處理視訊流。可使用可程式化電路或處理器(例如，半色調化單元1030)實施向量屏蔽。
類似於誤差擴散，亦可將基於屏蔽之半色調化方法分類成兩種類型：純量屏蔽及向量屏蔽。純量屏蔽方法在R、G及B通道中獨立地操作二進位或多階定限以產生對應離散R、G及B半色調輸出。用於此等三個通道之三個半色調螢幕可相同或不同。本文中所論述之向量屏蔽方法的各種實施以向量方式在3D RGB空間中選擇半色調輸出並僅使用一個半色調螢幕。可如下描述用於使用四個原色之多原色顯示器件(例如，包括AIMOD 900之顯示器件)的向量屏蔽程序之實例：1.對於具有給定色彩O(RO,GO,BO)之每一像素(x,y)，自由四個原色所定義之所有四面體發現將給定色彩O封閉於四面體內部之一者。四個原色可被稱作A(RA,GA,BA)、B(RB,GB,BB)、C(RC,GC,BC)及D(RD,GD,BD)；2.計算用於將四個原色摻合在一起以產生等於給定色彩O之平均色彩的權重。圖12A說明藉由使用向量屏蔽半色調化方法摻合與多 原色顯示器件相關聯之四個不同原色而表示輸入色彩(O)之實例。如圖12A中所展示，ABCD內部之點O將四面體劃分成四個子四面體OBCD、AOCD、ABOD及ABCO。接著，藉由如下方程式定義四個摻合權重w A =V OBCD /V ABCD , (1a)
w B =V AOCD /V ABCD , (1b)
w C =V ABOD /V ABCD , (1c)
w D =V ABCO /V ABCD , (1d)
其中V ABCD 表示四面體ABCD之體積。若色點O位於四面體ABCD內，則上文四個權重之和為一。因此，僅可藉由向量屏蔽中之方程式1(a)至1(d)來計算前三個權重。若用於上文計算之色彩空間為作為CIE XYZ色彩空間之線性組合的線性RGB，則可藉由在空間上摻合四個原色與對應權重獲得所要色彩O，亦即，R O =w A * R A +w B * R B +w C * R C +w D * R D , (2a)
G O =w A * G A +w B * G B +w C * G C +w D * G D , (2b)
B O =w A * B A +w B * B B +w C * B C +w D * B D ； (2c)
3.使用預定義半色調螢幕發現用於給定空間位置(x,y)之輸出原色A、B、C或D。半色調螢幕為覆蓋整個影像區域或用於實施顯示器件之400×400個元素的大矩陣。在一些實施中，可替代地使用具有128×128個元素之較小矩陣。在各種實施中，半色調螢幕可包括至少64×64個元素以便減少平鋪效應。在各種實施中，半色調螢幕可被視為與顯示器件相關聯且在處理不同輸入影像像素時並不移位之固定遮罩或濾波器。螢幕之每一元素含有等級次序S(x,y)，S=1、2......N，其中N為最低等級，或對於螢幕具有128×128個元素之實施為128×128。圖12B為可用於向量屏蔽之包括5×5個元素的半色調螢幕之實例。藉由以下不等式判定輸出原色P： 若S(x,y)<NA，則P=A， (3a)
若S(x,y) N A 且S(x,y)<N A +N B ，則P=B， (3b)
若S(x,y) N A +N B 且S(x,y)<N A +N B +N C ，則P=C， (3c)
若S(x,y) N A +N B +N C ，則P=D， (3d)
其中N A =w A N、N B =w B N且N C =w C N。 (3e)
對於各種實施，可將半色調螢幕中所儲存之等級次序S(x,y)及三個加權因子N A 、NB及NC歸一化成8位元整數0至255以用於向量屏蔽。因此，128×128之半色調螢幕對應於16K位元組之記憶體空間。假定對於所有元素所要色彩恆定，且其位於由四個原色A(黃色)、B(紅色)、C(棕色)及D(青色)所定義的四面體內。圖12B中所展示之半色調螢幕具有N=25個元素。基於上文所提供之權重計算，具有最高9等級之9個元素具有以原色A之黃色展示之遞色輸出，以原色B之紅色展示具有下一5等級之5個元素等等，7個元素為C之棕色且4個元素為D之青色。
上文所描述之向量屏蔽中所涉及的大部分計算為計算四面體之體積。藉由以下方程式給出計算四面體體積之一種方式，V ABCD =h A * A BCD /6， (4)
其中A BCD 為由三個原色B、C或D所定義之三角形的面積，且h A 為自表示原色A之點至由3D色彩空間中之三個原色B、C或D所定義的平面之距離。藉由如下方程式給出三角形A BCD 之面積
可藉由以下方程式表示由RGB色彩空間中之三個原色B(RB,GB,BB)、C(RC,GC,BC)及D(RD,GD,BD)所定義的平面，a * R+b * G+c * B+d=0， (6)
其中R、G或B為色彩變數，a、b、c及d為平面BCD之四個參數。 可藉由如下方程式判定四個參數
其中
藉由如下方程式之振幅給出自原色A(RA,GA,BA)至此平面之距離
由方程式8所給出之h A 的正負號指示點A之位置在平面BCD之那一側上。
無需詳細推導，吾人可發現可將由方程式3e所定義且用於方程式3a至3d以判定用於給定位置(x,y)及給定色彩(Ro,Go,Bo)之輸出原色P的三個等級數目NA、NB及NC概括為由方程式9所給出之矩陣計算。
方程式9中之所有12個係數mij為四個原色A(RA,GA,BA)、B(RB,GB,BB)、C(RC,GC,BC)及D(RD,GD,BD)之函數，且可使用1至8進行計算。當使用16個原色時，僅受限數目個四面體用於向量屏蔽。對於由四個原色所定義之所選擇四面體中之每一者，可預計算12個係數mij並將其儲存於查找表中。因此，一旦針對每一像素判定對應於給定輸入RGB色彩(Ro,Go,Bo)之四面體，所要求計算可為九個乘法加上受限個加法及比較。以下章節中論述搜尋含有給定輸入色彩之四面體的方法之一些實施。
組合式空間及時間遞色
在多原色顯示器件(例如，包括AIMOD 900之顯示器件)之各種實施中，對於顯示模組之每一元件，在任何給定時間處僅可實施所選擇原色。為顯示並不位於色彩空間中之SMI顯示的螺旋曲線上的色彩，可在空間上及/或時間上使用多個原色之色彩遞色或色彩摻合。諸如如上文所述之基於向量誤差擴散之半色調化及向量屏蔽的不同空間遞色方法可與時間遞色方法組合，以提供較高影像品質及/或如下文所論述地減少閃爍。在具有74微米或小於74微米之像素間距或343 PPI(每吋像素)或小於343 PPI之空間解析率的顯示器件之各種實施中，人類視覺系統可不能夠解析標準檢視距離處之每一個別像素。在此等實施中，由人類眼睛所感知之色彩可為由2×2像素陣列所顯示之色彩的平均。在時間上，人類視覺系統亦具有受限之敏感度以偵測快速改變之動作，且敏感度主要取決於時間改變之對比度。圖13A至圖13D說明在時間上摻合兩個不同原色以產生經摻合色彩之實例。如圖13A中所展示，若在快速視訊流(例如，以120Hz或120Hz以上之速率)中逐圖框地交替兩個色彩貼片，則人類眼睛將感知圖13B中所展示之經摻合色彩而感測不到任何閃爍。然而，若以較低圖框速率(例如，以60Hz之速率)顯示相同視訊流，則30Hz之閃爍可係可感知的。當將時間及空間遞色組合在一起時，接著，如圖13C中所展示之兩個經遞色貼片包括相同於圖13A中所展示之兩個色彩的兩個不同色彩。若空間解析率足夠高以模糊此等棋盤格圖案之檢視，則在視訊流中在時間上交替兩個貼片組合時間與空間色彩摻合。因此，兩個貼片之間的所感知對比度可較低，且可減少較低圖框速率下所感知之閃爍量。此經組合時間及空間遞色方法可用於以小於120Hz(例如，60Hz、40Hz、30Hz等)之圖框速率顯示視訊。圖14展示由CIE Lab色彩空間中之多原色顯示器件所產生的色域之實例。可由位於CIE Lab色彩空間 中之N個所選擇原色之集合定義多原色顯示器件(例如，包括AIMOD 900之顯示器件)之各種實施的色域。對於圖14中所說明之實例，選擇16個原色以形成色域。由圖14中之大正方形展示所選擇16個原色。如先前章節中所描述，可使用向量屏蔽來使用多個原色以顯示所要色彩。參考圖14，可藉由選自形成色域之16個原色的四個原色之向量屏蔽來顯示由星形所表示之所要色彩1505。四個原色定義封閉所要色彩1505之四面體1510的拐角。由於四個原色位於色域之表面上，因此其在3D色彩空間中可較遠地相隔開。用於藉由時間及/或空間遞色使用向量屏蔽以顯示所要色彩之原色在3D色彩空間中彼此之間存在較大分離之結果為原色之間存在較高對比度，此情況可帶來較高可見遞色雜訊。
然而，若藉由向量屏蔽與時間遞色之組合顯示所要色彩1505，則可將原色數目增加為超出N個所選擇原色。舉例而言，對於16個所選擇原色(其中2個圖框用於時間遞色)，存在可用以顯示所要色彩之約120個兩原色組合。兩原色組合為藉由在時間上摻合兩個不同原色所獲得之平均色彩，如圖13A至圖13D中所說明。在圖14中，藉由較小圓形點展示120個兩原色組合中之一些。在具有額外選擇之情況下，可藉由小得多之四面體1515進行向量屏蔽方法。兩原色組合在3D色彩空間中由較小距離分離，且因此所顯示色彩可具有較低可見遞色雜訊。
對於每一像素，經空間及時間組合遞色之輸出為所選擇原色組合。對於時間遞色之K個圖框及16個原色，可直接使用K個4位元原色索引或用於N個所選擇原色組合之索引寫碼原色組合。對於第二選擇，額外N元素LUT可用於將原色組合索引解譯成K個4位元原色索引。如圖10中所展示之組合式空間及時間遞色的實施使用K=2個時間遞色及N=60個兩原色組合。輸出影像圖框緩衝器可包括用於4位元原 色索引之兩個全圖框(400×400)。當使用向量誤差擴散而非時間遞色顯現影像時，僅使用兩個圖框中之一者。當以60Hz操作顯示器件時，可藉由組合空間與時間遞色顯現影像。在組合式空間及時間遞色模式中，根據以下規則將兩個原色索引Pa及Pb(作為遞色輸出)置放於兩個圖框F1(x,y)及F2(x,y)之對應位置中：假定L*(Pa)>L*(Pb)，其中L*(P)為原色P之亮度，若x%2=0，則F1(x,y)=Pa且F2(x,y)=Pb，否則，F1(x,y)=Pb且F2(x,y)=Pa。 (9a)
方程式9a中之模數運算子%將所有垂直線劃分成兩個群組：所有偶數線及所有奇數線，且垂直交錯半色調輸出。用於2×時間遞色之替代性規則為由以下方程式給出之水平交錯及棋盤格狀交錯：若y%2=0，則F1(x,y)=Pa且F2(x,y)=Pb，否則，F1(x,y)=Pb且F2(x,y)=Pa。 (9b)
及若(x+y)%2=0，則F1(x,y)=Pa且F2(x,y)=Pb，否則，F1(x,y)=Pb且F2(x,y)=Pa。 (9c)
另外，(例如)歸因於所涉及體積或計算之複雜性或為實質上即時提供結果，本發明之功能性的某些實施在數學上、計算上或技術上充分複雜，使得特殊應用硬體或一或多個實體計算器件(利用適當可執行指令)可係必要的以執行功能性。舉例而言，在使用大量原色(例如，大於8個原色)及若干時間圖框(例如，大於3個)之一些實施中，可能之色彩組合的數目可係極大的(例如，數百、數千或數千以上可能色彩)，且實體計算器件可係必要的以自較大數目個可能色彩選擇待顯示之適當原色組合。因此，可由包括於顯示器件中之硬體處理器(例如，處理器21、驅動器控制器29及/或下文參考圖16A及圖16B之顯示器件所描述的陣列驅動器22)執行本文中所描述之方法的各種實 施。為執行本文中所描述之方法，處理器可執行儲存於非暫時性電腦儲存器中之指令集。處理器可存取儲存用於原色及/或最後輸入影像之索引的電腦可讀媒體。查找表(LUT)可用於儲存顯示色彩與原色集合之間的對應。可由包括於與顯示器件分離之計算器件中的硬體處理器執行本文中所描述之方法的各種其他實施。在此等實施中，可將該等方法之輸出儲存於非暫時性電腦儲存器中並提供為用於顯示器件。
圖15為說明可用於在具有複數個顯示元件之顯示器件上顯示包括複數個影像像素之輸入影像的時空向量屏蔽方法1600之實例的流程圖，每一顯示元件經組態以顯示與顯示器件相關聯之色彩空間中的複數個色彩。在各種實施中，顯示元件可類似於如上文所述之AIMOD 900。複數個影像像素中之每一者可與相關聯於顯示器件之色彩空間中的色彩相關聯。如本文所用，與複數個影像像素中之每一者相關聯的色彩可包括色調、灰度級、色相、色度、飽和度、明度、亮度、照度、相關色溫、主要波長及/或色彩空間中之座標中之至少一者。在各種實施中，與複數個影像像素中之每一者相關聯的色彩可具有介於0與255之間的值。
方法1600包括針對給定影像像素，在輸入影像像素色彩之鄰域中識別K個色彩，如區塊1610中所展示。K個色彩係來自包括能夠藉由M個時間子圖框中之N個原色的時間遞色顯示的色彩之調色盤。在各種實施中，所識別K個色彩可在與調色盤相關聯之色彩空間中形成包括輸入影像像素色彩之多面體。在各種實施中，多面體可為四面體。
方法1600進一步包括計算用於所識別K個色彩之權重，如區塊1620中所展示。計算權重，使得藉由摻合K個色彩與對應權重所產生之色彩組合產生在感知上類似於輸入影像像素色彩之色彩。在各種實施中，計算用於所識別K個色彩之權重可包括計算包括多面體(例如， 四面體)之面及對應於輸入影像像素色彩之頂點的子多面體(例如，子四面體)之體積。
方法1600進一步包括至少部分基於所計算權重及由半色調螢幕針對給定影像像素所給出之等級次序自調色盤判定顯示色彩，如區塊1630中所展示。半色調螢幕與顯示器件之顯示元件的區塊相關聯。在各種實施中，半色調螢幕可為包括L×L個元素之陣列。在一些實施中，半色調螢幕可具有不同形狀，諸如正方形、矩形、六邊形、八邊形、圓形等。在各種實施中，半色調螢幕可提供顯示器件中之每一顯示元件的等級次序，且由每一顯示元件所顯示之色彩係基於所計算權重及等級次序。在各種實施中，判定顯示色彩可包括比較給定影像像素之等級次序與臨限值，該臨限值至少部分基於權重中之一或多者。
方法1600進一步包括將所判定顯示色彩指派至對應於影像像素的顯示器件之顯示元件，如區塊1640中所展示。在各種實施中，該方法可包括識別對應於顯示色彩之原色集合。可在M個時間子圖框中之一者中顯示原色集合。
可由實體計算器件執行方法1600之全部內容。計算器件可包括硬體處理器及一或多個緩衝器。非暫時性電腦可讀儲存媒體可包括可由實體計算器件中之處理器執行以執行方法1600的指令。在各種實施中，計算器件及/或非暫時性電腦可讀儲存媒體可包括於包括顯示器件之系統內，該顯示器件包括複數個IMOD顯示元件(包括(但不限於)類似於AIMOD 900之實施)。
顯示器件之區可經組態以藉由使用如上文所述之方法1600顯示色彩。顯示器件之區可包括至少兩個像素。舉例而言，該至少兩個像素中之每一者可經組態以在不同時間子圖框中顯示所選擇原色，使得包括至少兩個像素的顯示器件之區顯示藉由時間遞色所產生之經摻合色彩。在各種實施中，該至少兩個像素包括可在第一時間子圖框中顯 示第一原色之第一顯示像素，及可在第一時間子圖框中顯示第二原色之第二顯示像素。在第二時間子圖框中，第一顯示像素可顯示第二原色，而第二顯示像素可顯示第一原色，(例如)如圖13C及圖13D中所展示。在各種實施中，第一原色與第二原色可為相同色彩。在各種實施中，第一顯示像素與第二顯示像素可彼此鄰近或彼此位於空間距離「L」內。可在像素大小方面(例如，寬度或高度)量測空間距離L，例如，在1個、2個、3個、4個、5個或5個以上像素寬度(或高度)內。
圖16A及圖16B為說明包括複數個IMOD顯示元件(包括(但不限於)類似AIMOD 900之實施)的顯示器件40之系統方塊圖。顯示器件40可經組態以使用利用本文中所揭示之經約束調色盤的時間(及/或空間)調變方案。顯示器件40可為(例如)智慧型手機、蜂巢式或行動電話。然而，顯示器件40之相同組件或其略微變化亦說明各種類型之顯示器件，諸如電視、電腦、平板電腦、電子閱讀器、手持式器件及攜帶型媒體器件。
顯示器件40包括外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入器件48及麥克風46。外殼41可由多種製造製程中之任一者形成，包括射出模製及真空成形。另外，外殼41可由多種材料中之任一者製成，包括(但不限於)塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其組合。外殼41可包括可與其他不同色彩或含有不同標識、圖像或符號之可卸除式部分互換的可卸除式部分(未展示)。
顯示器30可為如本文中所描述之多種顯示器中之任一者，包括雙穩態或類比顯示器。顯示器30亦可經組態以包括平板顯示器(諸如，電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板顯示器(諸如，CRT或其他管式器件)。另外，顯示器30可包括如本文中所描述的基於IMOD之顯示器。
圖16A中示意性地說明顯示器件40之組件。顯示器件40包括外殼 41，且可包括至少部分圍封於其中之額外組件。舉例而言，顯示器件40包括網路介面27，該網路介面包括可耦接至收發器47之天線43。網路介面27可為可顯示於顯示器件40上之影像資料的源。因此，網路介面27為影像源模組之一個實例，但處理器21及輸入器件48亦可充當影像源模組。收發器47連接至處理器21，該處理器連接至調節硬體52。調節硬體52可經組態以調節信號(諸如，對信號進行濾波或以其他方式操縱信號)。調節硬體52可連接至揚聲器45及麥克風46。處理器21亦可連接至輸入器件48及驅動器控制器29。驅動器控制器29可耦接至圖框緩衝器28並耦接至陣列驅動器22，該陣列驅動器又可耦接至顯示陣列30。顯示器件40中之一或多個元件(包括圖16A中未特定描繪之元件)可經組態以充當記憶體器件並經組態以與處理器21通信。在一些實施中，電源供應器50可將電力提供至特定顯示器件40設計中之實質上所有組件。
網路介面27包括天線43及收發器47，使得顯示器件40可經由網路與一或多個器件通信。網路介面27亦可具有用以降低(例如)處理器21之資料處理要求的一些處理能力。天線43可傳輸並接收信號。在一些實施中，天線43根據IEEE 16.11標準(包括IEEE 16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11標準(包括IEEE 802.11a、b、g、n)及其進一步實施來傳輸並接收RF信號。在一些其他實施中，天線43根據Bluetooth®標準傳輸並接收RF信號。在蜂巢式電話之狀況下，天線43可經設計以接收分碼多重存取(CDMA)、分頻多重存取(FDMA)、分時多重存取(TDMA)、全球行動通信系統(GSM)、GSM/通用封包無線電服務(GPRS)、增強型資料GSM環境(EDGE)、陸上集群無線電(TETRA)、寬頻CDMA(W-CDMA)、演進資料最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上行鏈路封包存取(HSUPA)、演進型高速封包存 取(HSPA+)、長期演進(LTE)、AMPS或用以在無線網路(諸如，利用3G、4G或5G技術之系統)內通信之其他已知信號。收發器47可預處理自天線43接收之信號，使得其可由處理器21接收並進一步操縱。收發器47亦可處理自處理器21接收之信號，使得該等信號可經由天線43自顯示器件40傳輸。
在一些實施中，收發器47可由接收器替換。另外，在一些實施中，可用可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料的影像源替換網路介面27。處理器21可控制顯示器件40之總操作。處理器21接收資料(諸如，來自網路介面27或影像源之經壓縮影像資料)，且將資料處理成原始影像資料或處理成可容易地處理成原始影像資料之格式。處理器21可將經處理資料發送至驅動器控制器29或圖框緩衝器28以用於儲存。原始資料通常指識別影像內之每一位置處之影像特性的資訊。舉例而言，此等影像特性可包括色彩、飽和度及灰度階。處理器21(或器件40中之其他計算硬體)可經程式設計以執行本文中所描述之方法(諸如，方法1000、1200及1600)的實施。處理器21(或器件40中之其他計算硬體)可與包括指令之電腦可讀媒體通信，該等指令在由處理器21執行時導致處理器21執行本文中所描述之方法(諸如，方法1000、1200及1600)的實施。
處理器21可包括微控制器、CPU或邏輯單元以控制顯示器件40之操作。調節硬體52可包括用於將信號傳輸至揚聲器45且用於自麥克風46接收信號的放大器及濾波器。調節硬體52可為顯示器件40內之離散組件，或可併入於處理器21或其他組件內。
驅動器控制器29可直接自處理器21抑或自圖框緩衝器28獲取由處理器21所產生之原始影像資料，且可適當地重新格式化原始影像資料以用於高速傳輸至陣列驅動器22。在一些實施中，驅動器控制器29可將原始影像資料重新格式化為具有光柵狀格式之資料流，使得其具 有適於橫跨顯示陣列30掃描之時間次序。接著，驅動器控制器29將經格式化資訊發送至陣列驅動器22。儘管諸如LCD控制器之驅動器控制器29常常作為獨立積體電路(IC)而與系統處理器21相關聯，但可以許多方式來實施此等控制器。舉例而言，控制器可作為硬體嵌入處理器21中、作為軟體嵌入處理器21中，或與陣列驅動器22一起完全整合於硬體中。
陣列驅動器22可自驅動器控制器29接收經格式化資訊，且可將視訊資料重新格式化為平行之波形集合，該等波形被每秒許多次地施加至來自顯示器的x-y顯示元件矩陣之數百且有時數千個(或更多)導線。
在一些實施中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適合於本文所描述之任何類型的顯示器。舉例而言，驅動器控制器29可為習知顯示器控制器或雙穩態顯示器控制器(諸如，IMOD顯示元件控制器)。另外，陣列驅動器22可為習知驅動器或雙穩態顯示器驅動器(諸如，IMOD顯示元件驅動器)。此外，顯示陣列30可為習知顯示陣列或雙穩態顯示陣列(諸如，包括IMOD顯示元件陣列之顯示器)。驅動器控制器29及/或陣列驅動器22可為AIMOD控制器或驅動器。在一些實施中，驅動器控制器29可與陣列驅動器22整合。此實施可用於高度整合系統(例如，行動電話、攜帶型電子器件、手錶或小面積顯示器)中。
在一些實施中，輸入器件48可經組態以允許(例如)使用者控制顯示器件40之操作。輸入器件48可包括小鍵盤(諸如，QWERTY鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、搖臂、觸敏螢幕、與顯示陣列30整合之觸敏螢幕或壓敏或熱敏膜。麥克風46可經組態為用於顯示器件40之輸入器件。在一些實施中，經由麥克風46之話音命令可用於控制顯示器件40之操作。
電源供應器50可包括多種能量儲存器件。舉例而言，電源供應器50可為可再充電電池，諸如，鎳鎘電池或鋰離子電池。在使用可再充電電池之實施中，可使用來自(例如)壁式插座或光伏打器件或陣列之電力對可再充電電池充電。替代性地，可再充電電池可為無線充電式。電源供應器50亦可為可再生能源、電容器或太陽能電池(包括塑膠太陽能電池或太陽能電池漆)。電源供應器50亦可經組態以自壁式插座接收電力。
在一些實施中，控制可程式化性駐留於可位於電子顯示系統中之若干處的驅動器控制器29中。在一些其他實施中，控制可程式化性駐留在陣列驅動器22中。可以任何數目個硬體及/或軟體組件並以各種組態實施用於產生經約束調色盤之上文所描述方法。
如本文中所使用，參考項目清單「中之至少一者」的片語指彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為實例，「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
結合本文中所揭示之實施所描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。已大體按功能性描述硬體與軟體之互換性，並在上文所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟中說明該互換性。將此功能性實施於硬體或是軟體中取決於特定應用及強加於整個系統上之設計約束。
用於實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理裝置可藉由通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器，或任何習知處理器、控 制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算器件之組合，諸如，DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心或任何其他此組態。在一些實施中，特定步驟及方法可由特定於給定功能之電路執行。
在一或多個態樣中，所描述功能可以硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包括在此說明書中揭示之結構及其結構等效物)或其任何組合來實施。此說明書中所描述之標的物的實施亦可實施為編碼於電腦儲存媒體上的一或多個電腦程式(亦即，電腦程式指令之一或多個模組)以供資料處理裝置執行或控制資料處理裝置之操作。
若以軟體實施，則該等功能可作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒體上或經由該電腦可讀媒體而傳輸。本文中所揭示的方法或演算法之步驟可實施於可駐留於電腦可讀媒體上之處理器可執行軟體模組中。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(包括可經啟用以將電腦程式自一處傳送至另一處的任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。作為實例而非限制，此等電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存器件或可用以按指令或資料結構之形式儲存所要程式碼且可由電腦存取的任何其他媒體。又，可將任何連接適當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用之磁碟及光碟包括光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及blu-ray光碟，其中磁碟通常以磁性方式再生資料，而光碟用雷射以光學方式再生資料。上文各者之組合亦可包括於電腦可讀媒體之範疇內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令中之一者或任何組合或集合而駐留於機器可讀媒體及電腦可讀媒體上，可將機器可讀媒體及電腦可讀媒體併入至電腦程式產品內。
熟習此項技術者可容易地顯而易見對本發明中所描述之實施的 各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，本文中所定義之一般原理可應用於其他實施。因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施，而應符合與本文中揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。另外，一般熟習此項技術者將容易地瞭解，有時為了易於描述圖式而使用術語「上部」及「下部」，且該等術語指示對應於在適當定向之頁面上的圖式之定向的相對位置，且可並不反映(例如)如所實施之IMOD顯示元件的適當定向。
在單獨實施之上下文中描述於此說明書中之某些特徵亦可在單一實施中以組合形式實施。相反地，在單一實施之上下文中所描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施中或以任何合適子組合而實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些狀況下可自該組合刪除，且所主張組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地，雖然在圖式中以特定次序來描繪操作，但一般熟習此項技術者將容易地認識到，此等操作無需以所展示之特定次序或以依序次序執行，或所有所說明操作經執行以達成合乎需要的結果。另外，圖式可按流程圖之形式示意性地描繪一或多個實例製程。然而，未描繪之其他操作可併入於示意性說明之實例製程中。舉例而言，可在所說明操作中之任一者之前、之後、同時或之間執行一或多個額外操作。在某些情況下，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將在上文所描述之實施中的各種系統組件之分離理解為要求在所有實施中之此分離，且應理解，所描述程式組件及系統可大體上在單一軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施屬於以下申請專利範圍之範疇內。在一些狀況下，申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍達成合乎需要的結果。
1000‧‧‧方法
1005‧‧‧色域映射單元/功能區塊
1010‧‧‧區塊
1015‧‧‧操作模式選擇器/功能區塊
1020‧‧‧向量誤差擴散半色調化單元
1025‧‧‧輸入影像擷取單元
1030‧‧‧向量屏蔽及時間遞色半色調化單元
1035‧‧‧輸出圖框緩衝器

Claims (27)

  1. 一種裝置，其包含：一顯示器件，其包括複數個顯示元件，每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色；及一計算器件，其能夠與該顯示器件通信，該計算器件能夠處理包括用於由該顯示器件顯示之複數個輸入色彩的影像資料，該影像資料包括複數個影像像素，其中每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯，其中該計算器件進一步能夠：對於一給定影像像素：自包括能夠藉由M個時間子圖框中之該N個原色之時間遞色所顯示的色彩之一調色盤在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩，計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩，至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩，該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯，及將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之一顯示元件。
  2. 如請求項1之裝置，其中為識別該K個色彩，該計算器件能夠識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。
  3. 如請求項2之裝置，其中該多面體為一四面體。
  4. 如請求項3之裝置，其中該計算器件能夠計算包括該四面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子四面體之一體積。
  5. 如請求項1之裝置，其中該半色調螢幕包括具有大於32×32個值之一陣列。
  6. 如請求項1之裝置，其進一步包含能夠與該計算器件通信之一非暫時性記憶體器件，該非暫時性記憶體器件經組態以儲存該半色調螢幕。
  7. 如請求項6之裝置，其中該半色調螢幕係儲存為一查找表(LUT)。
  8. 如請求項1之裝置，其中該計算器件能夠至少部分基於用於該給定影像像素之該等級次序與一臨限值之一比較判定該顯示色彩，該臨限值至少部分基於該等權重中之一或多者。
  9. 如請求項1之裝置，其中該顯示器件為一反射式顯示器件。
  10. 如請求項9之裝置，其中該複數個顯示元件中之至少一些包括一可移動鏡。
  11. 如請求項10之裝置，其中該N個原色中之每一者對應於該可移動鏡之一相異位置。
  12. 如請求項1之裝置，其進一步包含能夠將至少一個信號發送至該顯示器件之一驅動器電路。
  13. 如請求項12之裝置，其進一步包含能夠將該影像資料之至少一部分發送至該驅動器電路之一控制器。
  14. 如請求項1之裝置，其進一步包含能夠將該影像資料發送至該處理器之一影像源模組。
  15. 如請求項14之裝置，其中該影像源模組包括一接收器、收發器及傳輸器中之至少一者。
  16. 如請求項1之裝置，其進一步包含能夠接收輸入資料並將該輸入資料傳達至該處理器之一輸入器件。
  17. 如請求項1之裝置，其中該顯示器件能夠以大於或等於一臨限圖框速率之一圖框速率操作，且時間子圖框之該數目M至少為2。
  18. 如請求項17之裝置，其中該顯示器件經組態而以小於該臨限圖框速率之一圖框速率且在不使用時間遞色的情況下操作。
  19. 如請求項17之裝置，其中該臨限圖框速率約為60Hz。
  20. 如請求項1之裝置，其中該計算器件進一步能夠：識別對應於該顯示色彩之一原色集合；及在該M個時間子圖框中之一者中分別顯示該集合中之該等原色中之每一者。
  21. 如請求項20之裝置，其中一查找表(LUT)用於儲存該顯示色彩與該原色集合之間的一對應。
  22. 一種用以在包括複數個顯示元件之一顯示器件上顯示影像資料之電腦實施方法，每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色，該影像資料包括用於由該顯示器件顯示之複數個輸入色彩，該影像資料包括複數個影像像素，其中每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯，該方法包含：在與該顯示器件相關聯之一硬體計算器件的控制下：對於一給定影像像素：自包括能夠藉由M個時間子圖框中之該N個原色之時間遞色所顯示的色彩之一調色盤在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩，計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩， 至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩，該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯，及將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之該複數個顯示元件中之一或多者。
  23. 如請求項22之方法，其中識別該K個色彩包括識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。
  24. 如請求項23之方法，其中計算該等權重包括計算包括該多面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子多面體之一體積。
  25. 一種包含指令之非暫時性電腦儲存媒體，該等指令在由一處理器執行時導致該處理器執行用於在一顯示器件上顯示包括複數個輸入色彩之影像資料的一方法，該顯示器件包括複數個顯示元件，每一顯示元件能夠顯示與該顯示器件相關聯之一色彩空間中的N個原色，該影像資料包括複數個影像像素，其中每一影像像素與一輸入影像像素色彩相關聯，該方法包含：對於一給定影像像素：自包括能夠藉由M個時間子圖框中之該N個原色之時間遞色所顯示的色彩之一調色盤，在該輸入影像像素色彩之一鄰域中識別K個色彩，計算用於該所識別K個色彩之權重，使得藉由摻合該K個色彩與該等對應權重所產生之一色彩組合產生在感知上類似於該輸入影像像素色彩之一色彩，至少部分基於該等所計算權重及由一半色調螢幕針對該給 定影像像素所給出之一等級次序而自該調色盤判定一顯示色彩，該半色調螢幕與該顯示器件之該等顯示元件的一區塊相關聯，及將該顯示色彩指派至對應於該影像像素的該顯示器件之該複數個顯示元件中之一或多者。
  26. 如請求項25之方法，其中識別該K個色彩包括識別形成包括與該調色盤相關聯之一色彩空間中的該輸入影像像素色彩之一多面體的該K個色彩。
  27. 如請求項26之方法，其中計算該等權重包括計算包括該多面體之一面及對應於該輸入影像像素色彩之一頂點的一子多面體之一體積。
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