(57)【要約】  本開示は、電子デバイス上に表示するためにビデオ画像をハーフトーン化することに関連する技法を提供する。この技法は、マスクベースのディザリング(MBD)ハーフトーニング技法と誤差拡散(ED)ハーフトーニング技法とから画素ごとに適応的に選択する段階を含む。ED技法は、それぞれの閾値を超える時間的変化率メトリック(CRM)または空間的CRMのどちらかを有するデータの入力フレームの画素をハーフトーン化するために選択することができる。時間的CRMと空間的CRMの両方がそれぞれの閾値未満の場合、ハーフトーニングは、比較用フレームの比較用ハーフトーン値により近いハーフトーン値を生成する技法によって実行することができる。この比較用フレームは先行するフレームであってもよいし、直前にくるフレームであってもよい。
2014535064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ディスプレイと、
ディスプレイ制御モジュールと
を備える装置であって、前記ディスプレイ制御モジュールが、
ビデオデータの複数の入力フレームを受信することであって、各入力フレームが複数の入力画素を含む、受信することと、
各入力フレームに対して、ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットおよびハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを含む、ビデオデータの出力フレームを、以下、すなわち、
各入力画素に対する時間的変化率メトリック(CRM)および空間的CRMを計算すること、
誤差拡散技法を使用して、前記入力画素の第1のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットを生成することであって、前記第1のサブセットが、時間的CRMおよび前記空間的CRMのうちの一方または両方がそれぞれの閾値を超える入力画素のみを含む、生成すること、ならびに
選択されたハーフトーニング技法を使用して、前記入力画素の第2のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを生成することであって、前記第2のサブセットが、時間的CRMおよび前記空間的CRMのそれぞれが前記それぞれの閾値以下である入力画素のみを含む、生成すること
によって、生成することとを行うように構成され、
前記ディスプレイ制御モジュールが、前記選択されたハーフトーニング技法を、以下、すなわち、
(i)前記誤差拡散技法を使用して第1のハーフトーン値を計算し、
(ii)マスクベースのディザリング技法を使用して第2のハーフトーン値を計算し、
(iii)前記第1のハーフトーン値および前記第2のハーフトーン値のそれぞれを、比較用フレーム内の対応する出力画素の比較用ハーフトーン値と比較し、
(iv)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近いことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第1の個々の画素に対して、前記マスクベースのディザリング技法を選択し、
(v)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近くないことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第2の個々の画素に対して、前記誤差拡散技法を選択する
ことによって決定するように構成され、
前記ディスプレイ制御モジュールがさらに、
前記電子ディスプレイにおいて各出力フレームをレンダリングして、表示されるハーフトーンビデオ画像を形成するように構成されている、
装置。
【請求項２】
各入力画素の前記時間的CRMを計算することが、前記入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記比較用フレームが前記入力フレームに先行する、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
各入力画素の前記空間的CRMを計算することが、前記入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することを含み、前記隣接する入力画素および前記入力画素が共通ローカル領域内に位置する、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
第1のデータ値および前記対応するデータ値のうちの一方または両方がハーフトーン値である、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記共通ローカル領域が、3×3画素ブロック、5×5画素ブロック、または7×7画素ブロックのうちの1つを含む、請求項4または5に記載の装置。
【請求項７】
前記マスクベースのディザリングハーフトーニング技法が、前記入力画素をマスクでディザリングすることを含み、
前記誤差拡散技法が、前記入力画素を量子化すること、および第1の量子化誤差を誤差拡散フィルタで拡散することを含み、
前記第1の量子化誤差が、前記マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる第2の量子化誤差を含む、
請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第2の量子化誤差が、前記マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる量子化誤差を制限することによって計算される、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記電子ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスと
をさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
ディスプレイに少なくとも1つの信号を送信するように構成されたドライバ回路と、
前記ドライバ回路に前記画像データの少なくとも一部分を送信するように構成されたコントローラと
をさらに備える、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサに前記画像データを送信するように構成された画像ソースモジュールをさらに含み、前記画像ソースモジュールが、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの1つまたは複数を含む、請求項9または10に記載の装置。
【請求項１２】
入力データを受信し、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力デバイス
をさらに備える、請求項9から11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
ビデオデータをハーフトーン化するための方法であって、
複数のフレームを有するビデオデータを受信する段階であって、前記複数のフレームのそれぞれが複数の画素を有する、段階と、
前記複数のフレームのそれぞれの中の前記複数の画素のそれぞれに対して、
それぞれの画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するかどうか判断する段階と、
前記それぞれの画素が前記それぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連しない場合には、
前記それぞれの画素に対して誤差拡散を実行して、出力画素を生成する段階、
そうでない場合、
前記それぞれの画素に対して誤差拡散を実行して、誤差拡散ベースのハーフトーン値を生成する段階、
前記それぞれの画素に対してマスクベースのディザリングを実行して、マスクベースのディザリングハーフトーン値を生成する段階と、
前記誤差拡散ベースのハーフトーン値および前記マスクベースのディザリングハーフトーン値のうち、比較用フレーム内の対応する出力画素のハーフトーン値により近い方を選択する段階と、
前記選択されたハーフトーン値を使用して前記出力画素を生成する段階と
を含む方法。
【請求項１４】
前記比較用フレームが、前記それぞれの画素を含むそれぞれのフレームの直前にくるフレームである、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記それぞれの画素が前記それぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するかどうか判断する段階が、
前記それぞれの画素を含むローカル領域内の画像データにハイパスフィルタを適用する段階と、
前記ローカル領域内の画素の平均画素値を計算する段階と、
計算された前記平均画素値を前記比較用フレーム内の対応する平均画素値と比較する段階と
を含む、請求項13または14に記載の方法。
【請求項１６】
前記ローカル領域が7×7画素ブロックを含み、前記それぞれの画素が前記画素ブロック内で実質的に中心にある、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
電子ディスプレイと、
ビデオデータの複数の入力フレームを受信するように構成されたディスプレイ制御モジュールであって、各入力フレームが複数の入力画素を含む、ディスプレイ制御モジュールと、
各入力フレームに対して、ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットおよびハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを含む、ビデオデータの出力フレームを、以下、すなわち、
各入力画素に対する時間的変化率メトリック(CRM)および空間的CRMを計算すること、
誤差拡散ハーフトーニング技法を使用して、前記入力画素の第1のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットを生成することであって、前記第1のサブセットが、時間的CRMまたは前記空間的CRMのうちの一方または両方がそれぞれの閾値を超える入力画素のみを含む、生成すること、ならびに
選択されたハーフトーニング技法を使用して、前記入力画素の第2のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを生成することであって、前記第2のサブセットが、時間的CRMおよび前記空間的CRMのそれぞれが前記それぞれの閾値以下である入力画素のみを含む、生成すること
によって生成するための手段と
を備える装置であって、
前記選択されたハーフトーニング技法が、
(i)誤差拡散技法を使用して第1のハーフトーン値を計算し、
(ii)マスクベースのディザリング技法を使用して第2のハーフトーン値を計算し、
(iii)前記第1のハーフトーン値および前記第2のハーフトーン値のそれぞれを、比較用フレーム内の対応する出力画素の比較用ハーフトーン値と比較し、
(iv)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近いことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第1の個々の画素に対して、前記マスクベースのディザリング技法を選択し、
(v)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近くないことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第2の個々の画素に対して、誤差拡散技法を選択する
ことによって決定される、
装置。
【請求項１８】
各入力画素の前記時間的CRMを計算することが、前記入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することを含む、請求項17に記載の装置。
【請求項１９】
各入力画素の前記空間的CRMを計算することが、前記入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することを含み、前記隣接する入力画素および前記入力画素が共通ローカル領域内に位置する、請求項17に記載の装置。
【請求項２０】
前記ディスプレイ制御モジュールが、電子ディスプレイにおいて前記出力フレームをレンダリングするように構成されている、請求項17から19のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
コンピューティングシステムによって実行されるときに前記コンピューティングシステムに動作を実行させる命令を格納したコンピュータ可読記憶媒体であって、前記動作が、
ビデオデータの複数の入力フレームを受信することであって、各入力フレームが複数の入力画素を含む、受信することと、
各入力フレームに対して、ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットおよびハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを含む、ビデオデータの出力フレームを、以下、すなわち、
各入力画素に対する時間的変化率メトリック(CRM)および空間的CRMを計算すること、
誤差拡散ハーフトーニング技法を使用して、前記入力画素の第1のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットを生成することであって、前記第1のサブセットが、時間的CRMまたは前記空間的CRMのうちの一方または両方がそれぞれの閾値を超える入力画素のみを含む、生成すること、ならびに
選択されたハーフトーニング技法を使用して、前記入力画素の第2のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、前記ハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットを生成することであって、前記第2のサブセットが、時間的CRMおよび前記空間的CRMのそれぞれが前記それぞれの閾値以下である入力画素のみを含む、生成すること
によって生成することとを含み、
前記命令が、コンピューティングシステムによって実行されるとき、
(i)誤差拡散技法を使用して第1のハーフトーン値を計算し、
(ii)マスクベースのディザリング技法を使用して第2のハーフトーン値を計算し、
(iii)前記第1のハーフトーン値および前記第2のハーフトーン値のそれぞれを、比較用フレーム内の対応する出力画素の比較用ハーフトーン値と比較し、
(iv)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近いことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第1の個々の画素に対して、前記マスクベースのディザリング技法を選択し、
(v)前記比較が、前記第2のハーフトーン値が前記第1のハーフトーン値よりも前記比較用ハーフトーン値に近くないことを示すとき、前記第2のサブセットの画素のうちの第2の個々の画素に対して、誤差拡散技法を選択する
ことによって、前記コンピューティングシステムに前記選択されたハーフトーニング技法を決定させる、
記憶媒体。
【請求項２２】
各入力画素の前記時間的CRMを計算することが、前記入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することを含む、請求項21に記載の記憶媒体。
【請求項２３】
各入力画素の前記空間的CRMを計算することが、前記入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することを含み、前記隣接する入力画素および前記入力画素が共通ローカル領域内に位置する、請求項21または22に記載の記憶媒体。
【請求項２４】
前記誤差拡散技法が、前記入力画素を量子化すること、および第1の量子化誤差を誤差拡散フィルタで拡散することを含み、
前記第1の量子化誤差が、前記マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる第2の量子化誤差を含む、
請求項21から23のいずれか一項に記載の記憶媒体。
【請求項２５】
前記動作が、前記マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる量子化誤差を制限することによって第2の量子化誤差を計算することをさらに含む、請求項21から24のいずれか一項に記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、米国特許法(35 U.S.C.)第119条に基づき、2011年9月16日に出願した「METHODS AND APPARATUS FOR HYBRID HALFTONING AN IMAGE」という名称の米国特許仮出願第61/535,891号の優先権を主張するものである。本開示は、米国特許法第120条に基づき、2012年3月16日に出願した「METHODS AND APPARATUS FOR HYBRID HALFTONING OF AN IMAGE」という名称の米国特許出願第13/422,819号および2012年5月24日に出願した「HYBRID VIDEO HALFTONING TECHNIQUES」という名称の米国特許出願第13/480,314号の優先権を主張するものであり、これらの開示は本明細書の一部とみなされ、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、ハーフトーニング(halftoning)技法に関し、より詳細には、電子ディスプレイ上に表示するためにビデオ画像をハーフトーン化するための改善された技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気機械システム(EMS)は、電気的要素および機械的要素、アクチュエータ、トランスデューサ、センサ、光学部品(たとえば鏡および光学フィルム層)、ならびに電子部品を有するデバイスを含む。EMSは、マイクロスケールおよびナノスケールを含むがこれらに限定されない、さまざまなスケールで製造可能である。たとえば、マイクロ電気機械システム(MEMS)デバイスは、約1ミクロンから数百ミクロン以上の範囲にわたるサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム(NEMS)デバイスは、たとえば数百ナノメートルより小さいサイズを含む、1ミクロンより小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気機械的要素は、堆積、エッチング、リソグラフィ、ならびに/あるいは基板および/もしくは堆積材料層の一部をエッチング除去する、または層を追加して、電気デバイスおよび電気機械的デバイスを形成する他のマイクロマシニングプロセスを使用して、作製可能である。
【０００４】
電気機械システムデバイスの1種は干渉変調器(IMOD)と呼ばれる。本明細書で使用されるIMODまたは干渉光変調器という用語は、光学的干渉の原理を使用して光を選択的に吸収かつ/または反射するデバイスを指す。いくつかの実装形態では、IMODは、1対の導電性プレートを含むことができ、そのうちの一方または両方は、全体的または部分的に透明かつ/または反射性であってもよく、適切な電気信号の印加により相対運動が可能である。ある実装形態では、一方のプレートは、基板に堆積された固定層を含むことができ、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含むことができる。一方のプレートのもう1つのプレートに対する位置は、IMODに入射する光の光学的干渉を変化させることができる。IMODデバイスは広範囲の用途を有し、既存の製品の改良および新製品、特に、パーソナルコンピュータおよび個人用電子デバイス(PED)などの、表示機能を有する製品の開発での使用が予想されている。
【０００５】
電子ディスプレイは、たとえばブロードキャストネットワークもしくはセルラーネットワークによって、またはインターネット経由で、たとえば30フレーム/秒のフレームレートで、フレームごとに受信される画像データをリアルタイムでレンダリングおよび提示するために必要とされることがある。このようなデジタル画像は、一般的には、カラー画像の場合、24ビット/画素(bpp)という比較的高いビット深度で符号化される。しかし、多数の電子ディスプレイ(2層ディスプレイ、または数層しかない多層ディスプレイなど)は、かなり低いビット深度により画像をレンダリングすることしかできない。いくつかのカラー反射型ディスプレイ、たとえばアナログ電気機械ディスプレイデバイスは、2ビット/色チャネル(6bpp)のビット深度で画像をレンダリングすることができる。高ビット深度(「連続階調」)画像をより限定された数のトーンレベルを有する画像に低減するために、ハーフトーニングと呼ばれるプロセスが使用される。一般に、ハーフトーニングは、人間の視覚系の空間色弁別機能(spatio-chromatic discrimination capabilities)の知識を使用することによってより限定された数のトーンレベルを有する連続階調カラー画像の知覚を作り出すためのプロセスである。
【０００６】
伝送されるビデオコンテンツの電子ディスプレイなどのリアルタイムアプリケーションに適した既知のハーフトーニング技法には、誤差拡散技法およびマスクベースのディザリング(「スクリーニング」とも呼ばれる)技法がある。これらの2つの方法のうち、マスクベースのディザリングすなわちスクリーニングの方が、必要とする計算ソースは少ないが、ほとんどのタイプの画像データの場合、生成するハーフトーンの品質は不良である。たとえば、マスクベースのディザリングによって生成されるハーフトーン画像は、パターンの鮮明度、ノイズの多い外観(特に中間トーン区域において)、および細部を再現できないために、不良な画像品質を有することがある。フロイドスタインバーグ(Floyd Steinberg)誤差拡散(FSED)方法に基づく技法などの誤差拡散技法は、ビデオ画像データが空間的および/または時間的に変化するならば、許容可能な品質のハーフトーンビデオ出力を生じることができる。すなわち、たとえば、画素が画像要素の「エッジ」の近くにある場合、またはテクスチャが多く付いた(highly textured)画像要素の一部である場合、または(たとえば、画像要素の動きにより)時間的に変化している場合、FSEDベースの技法は満足のいくものである。しかし、ハーフトーンテクスチャは時間軸に沿って相関しないので、FSEDベースの方法をビデオデータに適用すると、好ましくないアーチファクトが生成されることがある。これらの好ましくないアーチファクトには、ビデオ画像データが静的で均一な(「フラットフィールド(flat field)」)画像要素に関係があるときに容易に観察可能な一時的明滅すなわち「ボイリング(boiling)」がありうる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的な態様を有し、そのいずれも、本明細書で開示される望ましい属性に単独で寄与するものではない。
【０００８】
本開示で説明する主題の1つの革新的な態様は、電子ディスプレイとディスプレイ制御モジュールとを含む装置で実施されうる。このディスプレイ制御モジュールは、ビデオデータの複数の入力フレームを受信するように構成することができ、各入力フレームは複数の入力画素を含む。このディスプレイ制御モジュールは、各入力フレームに対して、ビデオデータの出力フレームを生成することができ、この出力フレームは、ハーフトーン化された出力画素の第1のサブセットと、ハーフトーン化された出力画素の第2のサブセットとを含む。このディスプレイ制御モジュールは、各入力画素に対する時間的変化率メトリック(CRM)および空間的CRMを計算し、誤差拡散技法を使用して、入力画素の第1のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって、出力画素の第1のサブセットを生成し、この第1のサブセットは、時間的CRMおよび空間的CRMのうちの一方または両方がそれぞれの閾値を超える入力画素のみを含み、このディスプレイ制御モジュールは、選択されたハーフトーニング技法を使用して、入力画素の第2のサブセット内の各入力画素に対する対応するハーフトーン化された出力画素を生成することによって出力画素の第2のサブセットを生成することができ、この第2のサブセットは、時間的CRMおよび空間的CRMのそれぞれがそれぞれの閾値以下である入力画素のみを含む。このディスプレイ制御モジュールは、(i)誤差拡散技法を使用して第1のハーフトーン値を計算し、(ii)マスクベースのディザリング技法を使用して第2のハーフトーン値を計算し、(iii)第1のハーフトーン値および第2のハーフトーン値のそれぞれを、比較用フレーム内の対応する出力画素の比較用ハーフトーン値と比較し、(iv)この比較が、第2のハーフトーン値が第1のハーフトーン値よりも比較用ハーフトーン値に近いことを示すとき、第2のサブセットの画素のうちの第1の個々の画素に対して、マスクベースのディザリング技法を選択し、(v)比較が、第2のハーフトーン値が第1のハーフトーン値よりも比較用ハーフトーン値に近くないことを示すとき、第2のサブセットの画素のうちの第2の個々の画素に対して、誤差拡散技法を選択することによって、選択されるハーフトーニング技法を決定するように構成すること
ができる。ディスプレイ制御モジュールは、電子ディスプレイにおいて各出力フレームをレンダリングして、表示されるハーフトーンビデオ画像を形成することができる。
【０００９】
一実装形態では、各入力画素の時間的CRMを計算することは、入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することを含むことができる。この比較用フレームは、入力フレームに先行することができる。
【００１０】
別の実装形態では、各入力画素の空間的CRMを計算することは、入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することを含むことができ、隣接する入力画素および入力画素は共通ローカル領域内に位置する。第1のデータ値および対応するデータ値のうちの一方または両方は、ハーフトーン値であることができる。共通ローカル領域は、3×3画素ブロック、5×5画素ブロック、または7×7画素ブロックのうちの1つを含むことができる。
【００１１】
さらなる実装形態では、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法は、入力画素をマスクでディザリングすることを含むことができる。誤差拡散技法は、入力画素を量子化すること、および第1の量子化誤差を誤差拡散フィルタで拡散することを含むことができる。この第1の量子化誤差は、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる第2の量子化誤差を含むことができる。この第2の量子化誤差は、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法から生じる量子化誤差を制限する(clip)ことによって計算することができる。
【００１２】
さらに別の実装形態では、装置は、ディスプレイと通信するように構成され、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、このプロセッサと通信するように構成されたメモリデバイスとをさらに含むことができる。装置は、電子ディスプレイに少なくとも1つの信号を送信するように構成されたドライバ回路と、このドライバ回路に画像データの少なくとも一部分を送信するように構成されたコントローラとをさらに含むことができる。装置は、プロセッサに画像データを送信するように構成された画像ソースモジュールをさらに含むことができる。この画像ソースモジュールは、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの1つまたは複数を含むことができる。装置は、入力データを受信してこの入力データをプロセッサに通信するように構成された入力デバイスをさらに含むことができる。
【００１３】
一実装形態では、ビデオデータをハーフトーン化するための方法は、複数のフレームを有するビデオデータを受信する段階であって、この複数のフレームのそれぞれが複数の画素を有する、段階を含むことができる。複数のフレームのそれぞれの中の複数の画素のそれぞれに対して、方法は、それぞれの画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するかどうか判断することができる。それぞれの画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連しない場合、方法は、それぞれの画素に対して誤差拡散を実行して、出力画素を生成することができる。それ以外の場合は、方法は、それぞれの画素に対して誤差拡散を実行して、誤差拡散ベースのハーフトーン値を生成することができ、それぞれの画素に対してマスクベースのディザリングを実行して、マスクベースのディザリングハーフトーン値を生成することができる。方法は、誤差拡散ベースのハーフトーン値およびマスクベースのディザリングハーフトーン値の、比較用フレーム内の対応する出力画素のハーフトーン値により近い方を選択し、この選択されたハーフトーン値を使用して出力画素を生成することができる。
【００１４】
一実装形態では、比較用フレームは、それぞれの画素を含むそれぞれのフレームの直前にくるフレームであってよい。
【００１５】
別の実装形態では、それぞれの画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するかどうか判断する段階は、それぞれの画素を含むローカル領域内の画像データにハイパスフィルタを適用する段階と、このローカル領域内の画素の平均画素値を計算する段階と、計算された平均画素値を比較用フレーム内の対応する平均画素値と比較する段階とを含むことができる。ローカル領域は7×7画素ブロックを含むことができ、それぞれの画素は画素ブロック内で実質的に中心にあることができる。
【００１６】
本明細書に記載されている主題の1つまたは複数の実装形態の詳細を、添付の図面および以下の説明で説明する。本概要で提供される例は、主に、MEMSベースのディスプレイに関して説明するが、本明細書において提供される概念は、有機発光ダイオード(「OLED」)ディスプレイおよび電界放出ディスプレイなどの他のタイプのディスプレイにも適用される。その他の特徴、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となるであろう。以下の図の相対的寸法が縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスの一連の画素のうちの2つの隣接する画素を示す等角図の一例である。
【図２】3×3 IMODディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例である。
【図３】図1のIMODのための可動反射層位置対印加電圧を示すグラフの一例である。
【図４】種々のコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときのIMODの種々の状態を示す表の一例である。
【図５Ａ】図2の3×3 IMODディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例である。
【図５Ｂ】図5Aに示されるディスプレイデータのフレームを記述するために使用されうるコモン信号およびセグメント信号のためのタイミング図の一例である。
【図６Ａ】図1のIMODディスプレイの部分断面図の一例である。
【図６Ｂ】IMODのさまざまな実装形態の断面図の一例である。
【図６Ｃ】IMODのさまざまな実装形態の断面図の一例である。
【図６Ｄ】IMODのさまざまな実装形態の断面図の一例である。
【図６Ｅ】IMODのさまざまな実装形態の断面図の一例である。
【図７】IMODの製造プロセスを示す流れ図の一例である。
【図８Ａ】IMODを作製する方法における種々の段階の断面概略図の一例である。
【図８Ｂ】IMODを作製する方法における種々の段階の断面概略図の一例である。
【図８Ｃ】IMODを作製する方法における種々の段階の断面概略図の一例である。
【図８Ｄ】IMODを作製する方法における種々の段階の断面概略図の一例である。
【図８Ｅ】IMODを作製する方法における種々の段階の断面概略図の一例である。
【図９】電子ディスプレイとディスプレイ制御モジュールとを含む装置のブロック図の一例を示す図である。
【図１０】電子ディスプレイ上に画像をレンダリングするための装置のブロック図の一例を示す図である。
【図１１】マスクベースのディザリングハーフトーニング技法の一実装形態を示すデータ流れ図の一例である。
【図１２】マスクベースのディザリングを使用して24bpp画像を6bpp画像に減少することによって生成されるハーフトーン画像の一例を示す図である。
【図１３】誤差拡散ハーフトーニング技法によって一時的明滅をどのように生成することができるかについての一例を示す図である。
【図１４】ハイブリッドビデオハーフトーニング方法の一実装形態の概念的データ流れ図の一例である。
【図１５】一実装形態による誤差制限(error clipping)スキームの一例を示す図である。
【図１６Ａ】一実装形態によりビデオデータをハーフトーン化するための方法の一例を示す図である。
【図１６Ｂ】一実装形態によりビデオデータをハーフトーン化するための方法の一例を示す図である。
【図１７Ａ】開示するハーフトーニング技法と従来の誤差拡散技法の性能の例示的な比較を示す図である。
【図１７Ｂ】開示するハーフトーニング技法と従来の誤差拡散技法の性能の例示的な比較を示す図である。
【図１８Ａ】複数のIMODを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。
【図１８Ｂ】複数のIMODを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
種々の図面における同じ参照符号および名称は、同じ要素を示す。
【００１９】
以下の説明は、本開示の革新的な態様を説明することを目的として、いくつかの実装形態を対象とする。しかし、本明細書における教示は多数の異なる方法で適用可能であることが、当業者には容易に認識されよう。説明する実装形態は、動いていようと(たとえばビデオ)静止していようと(たとえば静止画像)、および文字であろうと図であろうと絵であろうと、画像を表示するように構成されうるいかなるデバイスまたはシステムでも実施されうる。より具体的には、説明する実装形態は、携帯電話、マルチメディアインターネットに対応したセルラー電話、携帯型テレビ受像機、無線デバイス、スマートフォン、ブルートゥース（商標）デバイス、携帯情報端末(PDA)、無線電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノート型コンピュータ、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、GPS受信機/ナビゲータ、カメラ、MP3プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子書籍端末(すなわち電子書籍リーダー)、コンピュータ用モニタ、自動車のディスプレイ(走行距離計ディスプレイおよび速度計ディスプレイなどを含む)、コックピット制御装置および/またはディスプレイ、カメラ視野のディスプレイ(乗り物の後方監視カメラのディスプレイなど)、電子写真、電子広告板または電光サイン、プロジェクタ、建築構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはカセットプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、パーキングメータ、包装(電気機械システム(EMS)、マイクロ電気機械システム(MEMS)および非MEMSアプリケーションなど)、芸術的構造(たとえば、宝石への画像の表示)、およびEMSデバイスなどであるがこれらに限定されないさまざまな電子デバイスに含まれうるか、または関連付けられうることが企図されている。本明細書における教示は、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き検知デバイス、磁力計、民生用電子機器の慣性構成要素、民生用電子機器製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動スキーム
、製造プロセス、および電子検査機器などであるがこれらに限定されない、ディスプレイ以外の用途でも使用されうる。したがって、当業者には容易に明らかであるように、本教示は、図のみに示されている実装形態に限定されるのではなく、代わりに広い適用可能性を有することを意図する。
【００２０】
本明細書において以下で説明するのは、ビデオ画像をハーフトーン化するための新しい技法である。ビデオ画像の入力フレームが受信でき、各入力フレームはいくつかの入力画素を含む。各入力フレームに対して、いくつかのハーフトーン化された出力画素を含む出力フレームを生成することができる。このハーフトーン化された出力画素は、誤差拡散ハーフトーニング技法を使用して生成することができるものもあれば、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法を使用して生成することができるものもある。ハーフトーニング技法の選択は画素ごとに実行することができ、有利には、空間的相関と時間的相関の両方を引き起こす。たとえば、誤差拡散技法は、有利には、時間的変化率および空間的変化率のうちの一方または両方がそれぞれの閾値を超えるとき、入力画素に選択することができる。どちらの閾値も超えられない場合、マスクベースのディザリング技法と誤差拡散技法の選択は、(i)各技法によって計算されたそれぞれのハーフトーン値を比較用フレーム内の対応する出力画素の比較用ハーフトーン値と比較すること、および(ii)比較用ハーフトーン値により近いハーフトーン値になる技法を選択することによって行うことができる。この比較用フレームは、入力フレームに先行するフレームであってもよいし、入力フレームの直前にくるフレームであってもよい。
【００２１】
本開示において説明する主題の特定の実装形態は、以下の潜在的な利点のうちの1つまたは複数を実現するために実施されうる。本開示のビデオハーフトーニング技法は、その技法が実施される電子デバイスの計算またはメモリの要求を実質的に増やすことなく、既知のハーフトーニング方法によってもたらされる好ましくない視覚的アーチファクトを実質的に抑制する。具体的には、通常は誤差拡散技法をフラットフィールド画像要素または領域に適用することから生じる一時的明滅は、実質的に除去される。その結果、開示する技法は、ハーフトーン化されたビデオ画像の視覚的外観を、従来の方法によりハーフトーン化されたビデオ画像に対して改善する。さらに、特にフレームバッファリソースなどの計算リソースに対する要求が軽減する。本明細書で開示されるハイブリッドビデオハーフトーニング技法のいくつかの実装形態は、低ビット深度ディスプレイデバイスなどの低ビット深度デバイスによってレンダリングされる画像内のアーチファクトを減少させるうえで特に有用である。さらに、フレーム更新率の増加は開示する技法によって達成することができ、たとえば、いくつかの実装形態では、画像領域が静止しているとき、その画像領域内の画素の更新を回避することができ、フレーム更新時間が必然的に短縮される。
【００２２】
本明細書における説明の大部分はIMODディスプレイに関するものであるが、開示する技法は、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、超ねじれネマティック液晶ディスプレイ(STN LCD)、または薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ(TFT-LCD)などの他のタイプのディスプレイに利益をもたらすために使用することができる。さらに、本明細書において説明するIMODディスプレイは、一般に、赤色画素と、青色画素と、緑色画素とを含むが、本明細書において説明する多くの実装形態は、紫色画素、黄橙色(yellow-orange)画素、および黄緑色画素を有するなどの他の色の画素を有する反射型ディスプレイにおいて使用することができる。さらに、本明細書において説明する多くの実装形態は、4色、5色、またはより多数の色に対応する画素を有するなどのより多くの色の画素を有する反射型ディスプレイにおいて使用することができる。このようないくつかの実装形態は、赤色、青色、緑色、および黄色に対応する画素を含むことができる。代替実装形態は、少なくとも赤色、青色、緑色、黄色、およびシアンに対応する画素を含むことができる。
【００２３】
説明する実装形態を適用可能な適切なデバイスの一例は、EMSまたはMEMSベースのディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学的干渉の原理を使用してIMODに入射する光を選択的に吸収かつ/または反射するようにIMODを組み込むことができる。IMODは、吸収体と、この吸収体に対して可動な反射体と、吸収体と反射体の間に画定された光共振空洞とを含むことができる。反射体は、2つ以上の異なる位置に移動でき、これによって光共振空洞の大きさを変更でき、それによりIMODの反射率に影響を及ぼす。IMODの反射スペクトルは、可視波長全体をシフトしてさまざまな色を生成可能なかなり幅広いスペクトルバンドをもたらすことができる。スペクトルバンドの位置は、光共振空洞の厚さを変更することによって、すなわち反射体の位置を変更することによって調節されうる。光共振空洞を変化させる1つの方法は、反射体の位置を変化させることによるものである。
【００２４】
図1は、IMODディスプレイデバイスの一連の画素のうちの2つの隣接する画素を示す等角図の一例を示す。IMODディスプレイデバイスは、1つまたは複数の干渉MEMSディスプレイ素子を含む。これらのデバイスでは、MEMSディスプレイ素子の画素は、明状態または暗状態のどちらかとなりうる。明(「弛緩(relaxed)」、「開」、または「オン」)状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光の大部分をたとえばユーザに反射する。逆に、暗(「作動」、「閉」、または「オフ」)状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光をほとんど反射しない。いくつかの実装形態では、オン状態およびオフ状態の光反射率特性は、逆にされうる。MEMS画素は、主に特定の波長で反射するように構成可能であり、黒色および白色に加えてカラー表示を可能にする。
【００２５】
IMODディスプレイデバイスは、IMODの行/列配列を含むことができる。各IMODは、エアギャップ(光学ギャップまたは光学空洞とも呼ばれる)を形成するように互いから可変かつ制御可能な距離に配置された1対の反射層すなわち可動反射層と固定部分反射層とを含むことができる。可動反射層は、少なくとも2つの位置の間で移動されうる。第1の位置すなわち弛緩位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きな距離に配置されうる。第2の位置すなわち作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近く配置されうる。2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて強め合うように(constructively)または弱め合うように(destructively)干渉し、各画素について全体反射状態または非反射状態を作り出すことができる。いくつかの実装形態では、IMODは、作動されていないときに可視スペクトル内の光を反射する反射状態であってもよいし、作動されていないときに可視範囲内の光を吸収するおよび/または弱め合うように(destructively)干渉する暗状態であってもよい。しかし、他のいくつかの実装形態では、IMODは、作動されていないときは暗状態になり、作動されているときは反射状態になることができる。いくつかの実装形態では、印加電圧の導入により、画素を駆動して状態を変更させることができる。他のいくつかの実装形態では、電荷の印加により、画素を駆動して状態を変更させることができる。
【００２６】
図1の画素アレイの図示された部分は、2つの隣接するIMOD 12を含む。(図に示される)左側のIMOD12では、可動反射層14は、光学スタック16から所定の距離にある弛緩位置で示されており、光学スタック16は部分反射層を含む。左側のIMOD12の両端に印加される電圧V0は、可動反射層14の作動を引き起こすのに不十分である。右側のIMOD12では、可動反射層14は、光学スタック16に近いまたは隣接する作動位置で示されている。右側のIMOD12にされる印加電圧Vbiasは、可動反射層14を作動位置に維持するのに十分である。
【００２７】
図1では、画素12の反射特性は、画素12に入射する光を示す矢印13および左側の画素12から反射する光15により概括的に示されている。詳細に示されてはいないが、画素12に入射する光13のほとんどは透明基板20を通って光学スタック16の方へ透過することが当業者には理解されよう。光学スタック16に入射する光の一部分は、光学スタック16の部分反射層を透過し、一部分は反射して透明基板20を通る。光学スタック16を透過する光13の一部分は、可動反射層14で反射して、透明基板20の方へ進む(さらに、これを通る)。光学スタック16の部分反射層から反射した光と可動反射層14から反射した光の間の(強め合う(constructive)または弱め合う(destructive))干渉により、画素12から反射する光15の波長が決まる。
【００２８】
光学スタック16は、単一の層または複数の層を含むことができる。この層は、電極層、部分的反射性かつ部分的透過性の層、および透明誘電体層のうちの1つまたは複数を含むことができる。いくつかの実装形態では、光学スタック16は、導電性であると共に、部分的透過性かつ部分的反射性であり、たとえば上記の層のうちの1つまたは複数を透明基板20上に堆積させることによって製作されうる。電極層は、種々の金属たとえば酸化インジウムスズ(ITO)などのさまざまな材料から形成可能である。部分反射層は、クロム(Cr)、半導体、および誘電体などの種々の金属などの部分的に反射性であるさまざまな材料から形成可能である。部分反射層は、材料の1つまたは複数の層から形成可能であり、層のそれぞれは、単一の材料または材料の組み合わせから形成可能である。いくつかの実装形態では、光学スタック16は、光吸収体と電気導体の両方の役割を果たす半透明の単一厚の金属または半導体を含むことができるが、電気的により導電性の高い異なる層または(たとえば、光学スタック16またはIMODの他の構造の)部分がIMOD画素間で信号をバスで送る(bus)役割を果たすことができる。光学スタック16は、1つまたは複数の導電層または電気的な導電/光学的吸収層を覆う1つまたは複数の絶縁層または誘電体層を含むこともできる。
【００２９】
いくつかの実装形態では、光学スタック16の層は、平行ストリップにパターニング可能であり、以下でさらに説明するようにディスプレイデバイス内に行電極を形成することができる。当業者には理解されるように、「パターニングされる」という用語は、本明細書では、マスキングプロセスならびにエッチングプロセスを指すために使用される。いくつかの実装形態では、アルミニウム(Al)などの導電性および反射性の高い材料は、可動反射層14に使用されてもよく、これらのストリップは、ディスプレイデバイス内に列電極を形成することができる。可動反射層14は、支柱18およびそれら複数の支柱18の間に堆積された介在犠牲材料に堆積された列を形成するために、堆積された1つの金属層または複数の層(光学スタック16の行電極と直交する)の一連の平行ストリップとして形成されうる。犠牲材料がエッチングされて除去されると、画定されたギャップ19すなわち光学空洞は、可動反射層14と光学スタック16の間に形成されうる。いくつかの実装形態では、支柱18間の間隔は約1〜1000umであってよく、ギャップ19は、約10,000オングストローム(Å)未満であってもよい。
【００３０】
いくつかの実装形態では、IMODの各画素は、作動状態であろうと弛緩状態であろうと、本質的には、固定反射層および動く反射層によって形成されるコンデンサである。電圧が印加されないとき、図1の左側の画素12によって示されるように、可動反射層14は、機械的弛緩状態のままであり、可動反射層14と光学スタック16の間にはギャップ19がある。しかし、電位差、電圧が、選択された行および列のうちの少なくとも1つに印加されるとき、対応する画素において行電極と列電極の交差点に形成されたコンデンサが帯電し、静電力が電極を引き合わせる。印加電圧が閾値を超える場合、可動反射層14は、変形して光学スタック16の近くに移動するかまたは光学スタック16と逆の方向に移動することができる。図1の右側の作動画素12によって示されるように、光学スタック16内の誘電体層(図示せず)は、短絡を防止し、層14と16の間の分離距離を制御することができる。この挙動は、印加される電位差の極性にかかわらず同じである。アレイ内の一連の画素は、いくつかの例では「行」または「列」と呼ばれることがあるが、一方向を「行」と呼び、別の方向を「列」と呼ぶことは任意であることが、当業者には容易に理解されよう。言い換えると、いくつかの向きでは、行は列とみなされ、列は行とみなされうる。そのうえ、ディスプレイ素子は、直交する行と列(「配列」)に均等に構成されても、またはたとえば互いに対してある特定の位置のオフセットを有する(「モザイク」)非線形構成に構成されてもよい。「配列」および「モザイク」という用語は、どちらも構成を指すことができる。したがって、ディスプレイは「配列」または「モザイク」を含むと言及されるが、素子自体は、どのような場合でも、互いに直交するように構成されたり均一な分布に配置されたりする必要はないが、非対称の形状および不均一に分布された素子を有する構成を含むことができる。
【００３１】
図2は3×3 IMODディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図の一例を示す。電子デバイスは、1つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうるプロセッサ21を含む。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサ21は、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、または他の任意のソフトウェアアプリケーションを含む1つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されうる。
【００３２】
プロセッサ21は、配列ドライバ22と通信するように構成されうる。配列ドライバ22は、たとえばディスプレイ配列またはパネル30に信号を提供する行ドライバ回路24および列ドライバ回路26を含むことができる。図1に示されるIMODディスプレイデバイスの断面は、図2では線1-1によって示される。図2は、分かりやすくするためにIMODの3×3配列を示しているが、ディスプレイ配列30は、非常に多数のIMODを含むことができ、列と異なる数のIMODを行に有してもよいし、行と異なる数のIMODを列に有してもよい。
【００３３】
図3は、図1のIMODのための可動反射層位置対印加電圧を示すグラフの一例を示す。MEMS IMODの場合、行/列(すなわち、コモン/セグメント)書き込み手順は、図3に示されるこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用することができる。IMODは、例示的な一実装形態で、可動反射層すなわち鏡を弛緩状態から作動状態に変化させるために、たとえば約10ボルトの電位差を使用することがある。電圧がその値から減少するとき、電圧がこの例で10ボルト未満に降下すると、可動反射層はその状態を維持するが、可動反射層は、電圧が2ボルト未満に降下するまで完全には弛緩しない。したがって、図3に示すように、この例では、約3〜7ボルトの電圧の範囲が存在し、その範囲には、デバイスが弛緩状態または作動状態のどちらかで安定している印加電圧のウィンドウがある。これは、本明細書において「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を有するディスプレイ配列30では、行/列書き込み手順は、一度に1つまたは複数の行にアドレス指定するように設計可能であり、したがって、所与の行のアドレス指定中に、作動されるべきアドレス指定される行が、この例では、約10ボルトの電圧差にさらされ、弛緩されるべき画素がゼロボルトに近い電圧差にさらされる。アドレス指定の後、この例では、画素は定常状態または約5ボルトのバイアス電圧差にさらされうる。したがって、画素は前のストローブ状態のままである。この例では、アドレス指定された後、各画素には、約3〜7ボルトの「安定性ウィンドウ」の範囲内の電位差が生じる。このヒステリシス特性特徴により、たとえば図1に示されるように画素設計は、同じ印加電圧条件下で、作動状態または弛緩状態のどちらかの先在する状態で安定を保つことができる。各IMOD画素は、作動状態であろうと弛緩状態であろうと、本質的に、固定反射層および動く反射層によって形成されたコンデンサであるので、この安定状態は、電力を大幅に消費したり損失したりすることなく、ヒステリシスウィンドウの範囲内の定常電圧で保持されうる。さらに、印加電位が実質的に固定されたままである場合、IMOD画素に流れる電流は本質的にほとんどまたは全くない。
【００３４】
いくつかの実装形態では、画像のフレームは、所与の行内の画素の状態の所望の変化(もしあれば)に従って、「セグメント」電圧の形をしたデータ信号を列電極の組に沿って印加することによって生成されうる。次に、配列の各行がアドレス指定可能であり、したがって、そのフレームは一度に1行書き込まれる。所望のデータを第1の行内の画素に書き込むため、第1の行内の画素の所望の状態に対応するセグメント電圧が列電極に印加可能であり、特定の「コモン」電圧または信号の形をした第1の行パルスが第1の行電極に印加可能である。次に、セグメント電圧の組は、第2の行内の画素の状態の所望の変化(もしあれば)に対応するように変更可能であり、第2のコモン電圧が第2の行電極に印加可能である。いくつかの実装形態では、第1の行内の画素は、列電極に沿って印加されたセグメント電圧の変化による影響を受けず、第1のコモン電圧行パルス中に設定された状態のままである。このプロセスは、画像フレームを生成するために一連の行あるいは列の全体について連続的に繰り返し可能である。フレームは、このプロセスを毎秒ある所望数のフレームで連続的に繰り返すことによって、新しい画像データでリフレッシュおよび/または更新されうる。
【００３５】
各画素の両端に印加されるセグメント信号およびコモン信号の組み合わせ(すなわち各画素の両端の電位差)によって、各画素の得られる状態が決まる。図4は、種々の一般的な電圧およびセグメント電圧が印加されたときのIMODの種々の状態を示す表の一例を示す。当業者には容易に理解されるように、「セグメント」電圧は、列電極または行電極のどちらかに印加可能であり、「コモン」電圧は、列電極または行電極の他方に印加可能である。
【００３６】
図4(ならびに図5Bに示されるタイミング図)に示されるように、解放(release)電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されるとき、コモンラインに沿ったすべてのIMOD素子は、セグメントラインに沿って印加される電圧すなわち高いセグメント電圧VSHおよび低いセグメント電圧VSLに関係なく、弛緩状態に置かれ、弛緩状態は、あるいは解放状態または非作動状態と呼ばれる。具体的には、解放電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されるとき、変調器画素の両端の電位(あるいは画素電圧と呼ばれる)は、その画素に関して対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSHが印加されるときと低いセグメント電圧VSLが印加されるときの両方で、弛緩ウィンドウ(図3を参照、解放ウィンドウとも呼ばれる)の範囲内にある。
【００３７】
高い保持電圧VCHOLD_Hまたは低い保持電圧VCHOLD_Lなどの保持電圧がコモンラインに印加されるとき、IMODの状態は一定のままである。たとえば、弛緩されたIMODは弛緩位置のままであり、作動IMODは作動位置のままである。保持電圧は、対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSHが印加されるときと低いセグメント電圧VSLが印加されるときの両方で画素電圧が安定性ウィンドウの範囲内にあるままであるように選択されうる。したがって、セグメント電圧の振幅すなわち高いセグメント電圧VSHと低いセグメント電圧VSLの差は、正の安定性ウィンドウまたは負の安定性ウィンドウのどちらかの幅より小さい。
【００３８】
高いアドレッシング電圧VCADD_Hまたは低いアドレッシング電圧VCADD_Lなどのアドレッシング電圧すなわち作動電圧がコモンラインに印加されるとき、データは、それぞれのセグメントラインに沿ってセグメント電圧を印加することにより、そのコモンラインに沿って変調器に選択的に書き込まれうる。セグメント電圧は、印加されるセグメント電圧に作動が依存するように選択されうる。アドレッシング電圧がコモンラインに沿って印加されるとき、一方のセグメント電圧を印加すると、画素電圧は安定性ウィンドウの範囲内にあり、画素は非作動のままである。対照的に、他方のセグメント電圧を印加すると、画素電圧は安定性ウィンドウを超え、画素が作動する。作動を引き起こす特定のセグメント電圧は、どのアドレッシング電圧が使用されるかに応じて変化することができる。いくつかの実装形態では、高いアドレッシング電圧VCADD_Hがコモンラインに沿って印加されるとき、高いセグメント電圧VSHの印加により、変調器をその現在の位置のままにさせることができ、低いセグメント電圧VSLの印加により、変調器の作動を引き起こすことができる。当然の結果として、低いアドレッシング電圧VCADD_Lが印加されるとき、セグメント電圧の影響は反対とすることが可能であり、高いセグメント電圧VSHは変調器の作動を引き起こし、低いセグメント電圧VSLは、変調器の状態への影響をもたらさない(すなわち、安定を保つ)。
【００３９】
いくつかの実装形態では、変調器の両端に同じ極性電位差を生成する保持電圧、アドレス電圧、およびセグメント電圧が使用可能である。いくつかの他の実装形態では、変調器の電位差の極性を交番する信号が時折使用されうる。変調器両端の極性の交番(すなわち書き込み手順の極性の交番)は、単一極性の書き込み動作を繰り返した後に発生する可能性のある電荷蓄積を減少または阻止することができる。
【００４０】
図5Aは、図2の3×3IMODディスプレイにおけるディスプレイデータのフレームを示す図の一例を示す。図5Bは、図5Aに示されるディスプレイデータのフレームを記述するために使用されうるコモン信号およびセグメント信号のためのタイミング図の一例を示す。信号が、図2のアレイと同様に3×3配列に印加可能であり、それにより、図5Ｂに示されるライン時間60eのディスプレイ構成が最終的に得られる。図5Aの作動された変調器は暗状態にあり、すなわち、反射された光のかなりの部分は、たとえばビューアに暗色の外観を与えるように可視スペクトルの範囲外にある。図5Aに示されているフレームを書き込む前、画素はどのような状態であってもよいが、図5Bのタイミング図に示される書き込み手順は、各変調器が解放されており、第1のライン時間60aの前に非作動状態にあることを仮定している。
【００４１】
第1のライン時間60a中:解放電圧70がコモンライン1に印加され、コモンライン2に印加される電圧は、高い保持電圧72で始まり、解放電圧70に移行し、低い保持電圧76がコモンライン3に沿って印加される。したがって、コモンライン1に沿った変調器(コモン1,セグメント1)、(1,2)、および(1,3)は、第1のライン時間60aの持続時間の間は弛緩状態すなわち非作動状態のままであり、コモンライン2に沿った変調器(2,1)、(2,2)、および(2,3)は弛緩状態に移行し、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)、および(3,3)は前の状態のままである。図4を参照すると、セグメントライン1、2、および3に沿って印加されるセグメント電圧はIMODの状態に影響を及ぼさない。というのは、コモンライン1、2、または3のいずれも、ライン時間60a中に作動を引き起こす電圧レベルにさらされないからである(すなわち、VCREL弛緩およびVCHOLD_L安定)。
【００４２】
第2のライン時間60b中、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に移行し、コモンライン1に沿ったすべての変調器は、印加されるセグメント電圧に関係なく弛緩状態のままである。その理由は、アドレッシング電圧すなわち作動電圧がコモンライン1に印加されたからである。コモンライン2に沿った変調器は、解放電圧70の印加により弛緩状態のままであり、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)、および(3,3)は、コモンライン3に沿った電圧が解放電圧70に移行すると弛緩する。
【００４３】
第3のライン時間60c中、コモンライン1は、コモンライン1に高いアドレス電圧74を印加することによってアドレス指定される。このアドレス電圧の印加中に低いセグメント電圧64がセグメントライン1および2に沿って印加されるので、変調器(1,1)および(1,2)の両端の画素電圧は、変調器の正の安定性ウィンドウの最高値より高く(すなわち、電圧差は、あらかじめ定められた閾値を超える)、変調器(1,1)および(1,2)が作動される。逆に、高いセグメント電圧62がセグメントライン3に沿って印加されるので、変調器(1,3)の両端の画素電圧は変調器(1,1)および(1,2)の画素電圧より低く、変調器の正の安定性ウィンドウの範囲内にあるままであり、したがって、変調器(1,3)は、弛緩のままである。また、ライン時間60c中に、コモンライン2に沿った電圧は低い保持電圧76に低下し、コモンライン3に沿った電圧は解放電圧70に留まり、コモンライン2および3に沿った変調器を弛緩位置のままにしておく。
【００４４】
第4のライン時間60d中に、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に復帰し、コモンライン1に沿った変調器を、それぞれのアドレス指定された状態のままにしておく。コモンライン2にかかる電圧は、低いアドレス電圧78に低下する。高いセグメント電圧62がセグメントライン2に沿って印加されるので、変調器(2,2)の両端の画素電圧は変調器の負の安定性ウィンドウの下端より低く、変調器(2,2)を作動させる。逆に、低いセグメント電圧64がセグメントライン1および3に沿って印加されるので、変調器(2,1)および(2,3)は弛緩位置のままである。コモンライン3にかかる電圧は高い保持電圧72に上昇し、コモンライン3に沿った変調器を弛緩状態のままにしておく。
【００４５】
最後に、第5のライン時間60e中に、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に留まり、コモンライン2にかかる電圧は低い保持電圧76に留まり、コモンライン1および2に沿った変調器をそれぞれのアドレス指定された状態のままにしておく。コモンライン3にかかる電圧は、高いアドレス電圧74に上昇し、コモンライン3に沿った変調器をアドレス指定する。低いセグメント電圧64がセグメントライン2および3に印加されるとき、変調器(3,2)および(3,3)は作動するが、高いセグメント電圧62がセグメントライン1に沿って印加されることによって、変調器(3,1)を弛緩位置のままにさせる。したがって、第5のライン時間60eの終了時に、3×3画素アレイは、図5Aに示される状態にあり、他のコモンラインに沿った変調器(図示せず)がアドレス指定されているときに発生しうるセグメント電圧の変動に関係なく、保持電圧がコモンラインに沿って印加される限り、その状態のままである。
【００４６】
図5Bのタイミング図では、所与の書き込み手順(すなわち、ライン時間60a〜60e)は、高い保持電圧およびアドレス電圧または低い保持電圧およびアドレス電圧の使用を含むことができる。所与のコモンラインに対して書き込み手順が完了する(そして、コモン電圧が、作動電圧と同じ極性を有する保持電圧に設定される)と、画素電圧は、所与の安定性ウィンドウの範囲内のままであり、そのコモンラインに解放電圧が印加されるまで弛緩ウィンドウを通過しない。そのうえ、変調器をアドレス指定する前に書き込み手順の一部として各変調器が解放されるので、解放時間ではなく変調器の作動時間によって、ライン時間が決定されうる。具体的には、変調器の解放時間が作動時間より長い実装形態では、解放電圧は、図5Bに示されるように、単一のライン時間より長い間印加されうる。いくつかの他の実装形態では、コモンラインまたはセグメントラインに沿って印加される電圧は、異なる色の変調器などの異なる変調器の作動電圧および解放電圧の変動を考慮するように変化することができる。
【００４７】
上述した原理に従って動作するIMODの構造の詳細は、広範に変化することができる。たとえば、図6B〜図6Eは、可動反射層14およびその支持構造を含むIMODのさまざまな実装形態の断面図の例を示す。図6Aは、金属材料のストリップすなわち可動反射層14が基板20と直交して延びる支持体18に堆積される図1のIMODディスプレイの部分断面図の一例を示す。図6Bでは、各IMODの可動反射層14は、略正方形または略長方形の形状をしており、連結部(tether)32において、隅部またはその近くで支持体に取り付けられる。図6Cでは、可動反射層14は、略正方形または略長方形の形状をしており、変形可能層34から吊設され、変形可能層34は、可撓性金属を含むことができる。変形可能層34は、可動反射層14の周辺を囲んで基板20に直接的または間接的に接続することができる。これらの接続は、本明細書において支持支柱と呼ばれる。図6Cに示される実装形態は、可動反射層14の光学的機能の、変形可能層34によって実行されるその機械的機能からの分離に由来する追加の利点を有する。この分離により、反射層14に使用される構造設計および材料ならびに変形可能層34に使用される構造設計および材料は、互いに独立して最適化可能である。
【００４８】
図6Dは、可動反射層14が反射副層14aを含むIMODの別の例を示す。可動反射層14は、支持支柱18などの支持構造に載っている。支持支柱18は、たとえば可動反射層14が弛緩位置にあるときにギャップ19が可動反射層14と光学スタック16の間に形成されるように、下方の静止電極(すなわち、図示のIMOD内の光学スタック16の一部)からの可動反射層14の分離を可能にする。可動反射層14は、電極として作用するように構成されうる導電層14cと、支持層14bとを含むこともできる。この例では、導電層14cは、基板20から遠位にある支持層14bの片側に配置され、反射副層14aは、基板20の近位にある支持層14bの他方の側に配置される。いくつかの実装形態では、反射副層14aは、導電性とすることができ、支持層14bと光学スタック16の間に配置可能である。支持層14bは、誘電材料たとえば酸窒化シリコン(SiON)または二酸化ケイ素(SiO2)の1つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実装形態では、支持層14bは、たとえばSiO2/SiON/SiO2の3層スタックなどの層のスタックとすることができる。反射副層14aおよび導電層14cのどちらかまたは両方は、たとえば、約0.5%銅(Cu)を有するアルミニウム(Al)合金または別の反射性金属材料を含むことができる。誘電体支持層14bの上下に導電層14a、14cを用いることにより、応力のバランスをとり、導電性の向上をもたらすことができる。いくつかの実装形態では、反射副層14aおよび導電層14cは、特定の応力プロファイルを可動反射層14内で達成するなどのさまざまな設計目的のために、異なる材料から形成されてよい。
【００４９】
図6Dに示されるように、いくつかの実装形態は、黒色マスク構造23も含むことができる。この黒色マスク構造23は、周辺光または迷光を吸収するために、光学的に不活性な領域(画素の間または支柱18の下など)に形成されうる。黒色マスク構造23はまた、光がディスプレイの不活性な部分から反射されるかまたはディスプレイの不活性な部分を透過するのを阻止することによってディスプレイデバイスの光学的特性を向上させ、それによりコントラスト比を増加させることができる。さらに、黒色マスク構造23は、導電性とすることができ、電気ブッシング層(electrical bussing layer)として機能するように構成可能である。いくつかの実装形態では、行電極は、接続された行電極の抵抗を減少させるために黒色マスク構造23に接続されうる。黒色マスク構造23は、堆積技法およびパターニング技法を含むさまざまな方法を使用して形成されうる。黒色マスク構造23は、1つまたは複数の層を含むことができる。たとえば、いくつかの実装形態では、黒色マスク構造23は、光吸収体の役割を果たすモリブデンクロム(MoCr)層と、層と、反射体およびブッシング層の役割を果たすアルミニウム合金とを含み、それぞれ約30〜80Å、500〜1000Å、および500〜6000Åの範囲の厚さを有する。1つまたは複数の層は、たとえばMoCr層およびSiO2層の場合はカーボンテトラフルオロメタン(CF4)および/または酸素(02)ならびにアルミニウム合金層の場合は塩素(Cl2)および/または三塩化ホウ素(BC13)を含む、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを含むさまざまな技法を使用してパターニングされうる。いくつかの実装形態では、黒色マスク23は、エタロン構造であっても、または干渉スタック構造であってもよい。このような干渉スタックの黒色マスク構造23では、導電性吸収体は、各行または各列の光学スタック16内の下方の静止電極の間で信号を伝送するかまたはバスで送るために使用されうる。いくつかの実装形態では、スペーサ層35は、概して吸収体層16aを黒色マスク23内の導電層から電気的に分離する役割を果たすことができる。
【００５０】
図6Eは、可動反射層14が自己支持性であるIMODの別の例を示す。図6Dとは対照的に、図6Eの実装形態は、支持支柱18を含まない。その代わりに、可動反射層14は、下にある光学スタック16と複数の場所で接触し、可動反射層14の湾曲は、IMODの両端にかかる電圧が作動を引き起こすのに不十分なときに可動反射層14が図6Eの非作動位置に戻るのに十分な支持を提供する。光学スタック16は、複数の異なる層を含むことができ、本明細書では明確にするために、光吸収体16aと誘電体16bとを含むように示されている。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、固定電極と部分反射層の両方の役割を果たすことができる。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、可動反射層14よりも薄い大きさ(10分の1以下)である。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、反射副層14aよりも薄い。
【００５１】
図6Aから図6Eに示される実装形態などの実装形態では、IMODは、透明基板20の前側すなわち変調器が配置される側とは反対の側から画像が見られる直視型デバイスとして機能する。これらの実装形態では、反射層14がデバイスの背面部分(すなわち、たとえば図6Cに示される変形可能層34を含む、可動反射層14の後ろにあるディスプレイデバイスの任意の部分)を光学的に遮蔽するので、デバイスのそれらの部分は、ディスプレイデバイスの画像品質に影響を及ぼすことなく、または悪影響を及ぼすことなく構成および動作されうる。たとえば、いくつかの実装形態では、バス構造(図示されていない)は、電圧アドレス指定およびこのようなアドレス指定から生じる動きなどの変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する機能を提供する可動反射層14の後ろに含まれうる。さらに、図6Aから図6Eの実装形態は、パターニングなどの処理を簡略化することができる。
【００５２】
図7は、IMODの製造プロセス80を示す流れ図の一例を示し、図8Aから図8Eは、このような製造プロセス80の対応する段階断面概略図の例を示す。いくつかの実装形態では、製造プロセス80は、図1および図6に示される一般型のIMODなどの電気機械システムデバイスを製造するために実施されうる。電気機械システムデバイスの製造はまた、図7に示されない他のブロックを含むことができる。図1、図6、および図7を参照すると、プロセス80はブロック82で開始し、基板20の上に光学スタック16を形成する。図8Aは、基板20の上に形成されたこのような光学スタック16を示す。基板20は、ガラスまたはプラスチックなどの透明基板とすることができ、可撓性であってもよいし、比較的剛性で屈曲しなく(unbending)てもよく、光学スタック16の効率的な形成を容易にするために、洗浄などの前の準備プロセスを受けていてもよい。上記で説明したように、光学スタック16は、導電性で、部分的に透明かつ部分的に反射性とすることができ、たとえば透明基板20上に所望の特性を有する1つまたは複数の層を堆積させることによって製作されうる。図8Aでは、光学スタック16は、副層16aおよび16bを有する多層構造を含むが、いくつかの他の実装形態では、より多くまたはより少ない副層が含まれうる。いくつかの実装形態では、副層16aおよび16bのうちの一方は、一体化した導体/吸収体の副層16aなどの光学的吸収性特性と電気的導電性特性の両方を有するように構成されうる。さらに、副層16a、16bのうちの1つまたは複数は、平行ストリップにパターニング可能であり、ディスプレイデバイス内に行電極を形成することができる。このようなパターニングは、マスキングプロセスおよびエッチングプロセスまたは当技術分野で知られている別の適切なプロセスによって実行されうる。いくつかの実装形態では、1つまたは複数の金属層(たとえば、1つまたは複数の反射層および/または導電層)の上に堆積された副層16bなどの、副層16a、16bのうちの一方は、絶縁層であっても、または誘電体層であってもよい。さらに、光学スタック16は、ディスプレイの行を形成する個別の平行ストリップにパターニングされうる。図8A〜図8Eは縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。たとえば、いく
つかの実装形態では、副層16a、16bが図8A〜図8Eでやや薄く示されているが、光学スタックの副層のうちの1つである光学的吸収層は非常に薄くてもよい。
【００５３】
プロセス80は、ブロック84に進み、犠牲層25が光学スタック16の上に形成される。犠牲層25は、後で、空洞19を形成するために除去され(ブロック90参照)、したがって犠牲層25は、図1に示される得られるIMOD12内に示されていない。図8Bは、光学スタック16の上に形成された犠牲層25を含む部分的に製作されたデバイスを示す。光学スタック16の上の犠牲層25の形成は、続く除去の後で、所望の設計寸法を有するギャップまたは空洞19(図1および8Eも参照されたい)を形成するように選択された厚さをした、モリブデン(Mo)またはアモルファスシリコン(a-Si)などの二フッ化キセノン(XeF2)エッチング可能な材料の堆積を含むことができる。犠牲材料の堆積は、物理的気相成長(スパッタリングなど多くの異なる技術を含むPVD)、プラズマ化学気相成長(PECVD)、熱化学気相成長(熱CVD)、またはスピンコーティングなどの堆積技法を使用して実行可能である。
【００５４】
プロセス80は、ブロック86に進み、図1、図6、および図8Cに示される、支柱18などの支持構造が形成される。支柱18の形成は、犠牲層25をパターニングして支持構造開口を形成するステップ、次にPVD、PECVD、熱CVD、またはスピンコーティングなどの堆積方法を使用して開口の内部に材料(ポリマーまたは無機材料、酸化シリコンなど)を堆積させて支柱18を形成するステップを含むことができる。いくつかの実装形態では、犠牲層に形成された支持構造開口は、犠牲層25と光学スタック16の両方を貫通して、下にある基板20に至ることができ、したがって図6Aに示されるように、支柱18の下端は基板20と接触する。あるいは、図8Cに示されるように、犠牲層25に形成された開口は犠牲層25を貫通することはできるが、光学スタック16を貫通することはできない。たとえば、図8Eは、支持支柱18の下端が光学スタック16の上側表面と接触することを示す。支柱18または他の支持構造は、犠牲層25の上に支持構造材料の層を堆積させ、犠牲層25内の開口から離れて位置する支持構造材料の一部分をパターニングすることによって、形成されうる。支持構造は、図8Cに示されるように開口の内部に位置されうるが、少なくとも一部は、犠牲層25の一部分の上に延びることもできる。前述のように、犠牲層25および/または支持支柱18のパターニングは、パターニングプロセスおよびエッチングプロセスによって実行可能であるが、代替エッチング方法によっても実行可能である。
【００５５】
プロセス80は、ブロック88に進み、図1、図6、および図8Dに示されている可動反射層14などの可動反射層または膜の形成が行われる。可動反射層14は、1つまたは複数のパターニングステップ、マスキングステップ、および/またはエッチングステップに加えて、たとえば反射層(アルミニウム、アルミニウム合金または他の反射層など)の堆積を含む1つまたは複数の堆積ステップ を用いることによって形成されうる。可動反射層14は、電導性とすることができ、導電層と呼ばれうる。いくつかの実装形態では、可動反射層14は、図8Dに示される複数の副層14a、14b、14cを含むことができる。いくつかの実装形態では、副層14a、14cなどの副層のうちの1つまたは複数は、光学的特性のために選択された非常に反射性の高い副層を含むことができ、別の副層14bは、その機械的特性ために選択された機械的な副層を含むことができる。犠牲層25はまだ、ブロック88で形成された部分的に製作されたIMOD内に存在するので、可動反射層14は、典型的には、この段階では可動ではない。犠牲層25を含む部分的に製作されたIMODは、本明細書において「開放されていない(unreleased)」IMODと呼ばれることもある。図1に関連して上述したように、可動反射層14は、ディスプレイの列を形成する個別の平行ストリップにパターニングされうる。
【００５６】
プロセス80は、ブロック90に進み、図1、図6、および図8Eに示される空洞19などの空洞が形成される。空洞19は、犠牲材料25(ブロック84で堆積された)をエッチング液に浸すことによって形成されうる。たとえば、MoまたはアモルファスSiなどのエッチング可能な犠牲材料は、ケミカルドライエッチングによって、固体XeF2由来の蒸気などのガスまたは蒸気状のエッチング液に犠牲層25を、所望量の材料を除去するのに有効なある期間浸すことによって、除去可能である。犠牲材料は、典型的には、空洞19を取り囲む構造に対して選択的に除去される。ウェットエッチングおよび/またはプラズマエッチングなどの他のエッチング方法も使用可能である。犠牲層25がブロック90で除去されるので、可動反射層14は、典型的には、この段階の後で可動である。犠牲材料25の除去後、得られる完全にまたは部分的に製作されたIMODは、本明細書において、「解放」IMODと呼ばれることがある。
【００５７】
図9は、電子ディスプレイとディスプレイ制御モジュールとを含む装置のブロック図の一例を示す。図示の実装形態では、装置900は、電子ディスプレイ903と、ディスプレイ制御モジュール901とを含む。ディスプレイ制御モジュール901は、入力画像ソースからビデオデータの入力フレームを受信するように構成することができる。この入力画像ソースは、たとえば装置のメモリまたは入力デバイスなどの、装置の別の構成要素を含むことができる。さらに、またはあるいは、入力画像ソースは、装置の外部にある入力画像ソース、たとえば、ブロードキャストネットワークもしくはセルラーネットワーク、またはインターネットを含むことができる。
【００５８】
ディスプレイ制御モジュール901は、ビデオデータの出力フレームを電子ディスプレイ903上にレンダリングするように構成することができ、したがって、電子ディスプレイ903は、ビデオデータの入力フレームに対応するハーフトーン化された画像を表示させられる。より具体的には、ディスプレイ制御モジュール901は、複数の入力フレームをフレームごとに受信することができ、たとえば、各入力フレームは入力画素のセットを含む。ディスプレイ制御モジュール901は、各入力フレームに対して、ビデオデータの出力フレームを生成するように構成することができ、このビデオデータの出力フレームは、本明細書において以下でより詳細に説明するハーフトーニング技法を使用して生成されるハーフトーン化された出力画素を含む。その結果、連続階調画素の逐次フレームの入力ビデオストリームを、ハーフトーン化された画素の逐次フレームの出力ビデオストリームに変換することができる。
【００５９】
フレーム内の各画素は、フレーム内のその空間(x, y)座標によって、およびその時間座標によって、参照することができ、これらの座標はフレーム番号によって定義することができる。たとえば、さらに図9を参照すると、入力フレーム「i」内の画素915は、(3, 2, i)と識別することができる。同じ(x, y)座標に位置する、出力フレーム「j」内の画素925は、画素915に対応すると言うことができ、(3, 2, j)と識別することができる。同様に、出力フレーム「j+1」内の画素926は、(3, 2, j+1)と識別され、画素916(3, 2, i+1)に対応すると言うことができる。
【００６０】
図10は、電子ディスプレイ上に画像をレンダリングするための装置のブロック図の一例を示す。装置1000は、電子ディスプレイ903と、ディスプレイ制御モジュール1001とを含む。図示のように、ディスプレイ制御モジュール1001は、プロセッサ56と、フレームバッファ64と、ディスプレイコントローラ60と、ドライバ回路1060とを含む。したがって、ディスプレイ制御モジュール1001は、図9に示されるディスプレイ制御モジュール901の特定の実装形態である。プロセッサ56は、メモリ1050と通信することができる。メモリ1050は、ホストソフトウェア1030と、オペレーティングシステム1040とを含むことができる。プロセッサ56はまた、ディスプレイコントローラ60と通信することもできる。ディスプレイコントローラ60は、フレームバッファ64およびメモリ1010と通信することができる。メモリ1010は、ディスプレイ制御ファームウェア1020を含むことができる。
【００６１】
いくつかの実装形態では、オペレーティングシステム1040内の命令は、装置1000の特定の機能を達成するために装置1000のリソースを管理することができる。たとえば、オペレーティングシステム1040は、スピーカ45およびマイクロホン46、ならびにアンテナ43およびトランシーバ47などのリソースを管理することができる。オペレーティングシステム1040はまた、ディスプレイコントローラ60によって制御されるディスプレイなどの電子ディスプレイ903を管理するディスプレイデバイスドライバを含むことができる。オペレーティングシステム1040内のディスプレイデバイスドライバは、電子ディスプレイ上に画像をレンダリングする命令を含むことができる。
【００６２】
たとえば、オペレーティングシステム1040内の命令は、電子ディスプレイ903上に画像をレンダリングすることができる。オペレーティングシステム1040は、ビデオデータの入力フレームを受信するようにプロセッサ56を構成する命令をさらに含むことができ、各入力フレームは画素のセットを含む。
【００６３】
オペレーティングシステム1040は、各入力画素に対する空間的変化率メトリック(CRM)および時間的CRMを計算して対応するハーフトーン化された出力画素を生成するようにプロセッサ56を構成する命令をさらに含むことができる。本明細書において以下でより詳細に説明するように、対応するハーフトーン化された出力画素を生成することは、有利には、計算された時間的CRMおよび空間的CRMを考慮して適宜選択された技法を使用して実行することができる。したがって、オペレーティングシステム1040内の命令は、ハーフトーニング技法を選択および適用するための1つの方法を表す。
【００６４】
他の実装形態では、オペレーティングシステム1040に含まれると上記で説明した機能は、代わりに、ホストソフトウェア1030に含まれてもよい。あるいは、これらの機能は、代わりに、ディスプレイ制御ファームウェア1020に含まれる命令によって実施されてもよい。さらに他の実装形態では、これらの機能は、特殊目的回路において実施されてもよい。図10のブロック図から変化してもよい他の実装形態は本開示の企図に含まれることが理解されるであろう。
【００６５】
本開示の一態様は、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法と誤差拡散ハーフトーニング技法とから画素ごとに適応的に選択することに関する。したがって、本開示のより良い理解は、各技法のいくつかの特性を要約することからもたらされうる。
【００６６】
図11は、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法の一実装形態を示すデータ流れ図の一例を示す。マスクベースのディザリングは、複雑性が低い方法として実施することができる。ディザ値は、ディザマスク1110を画像画素の行1130および列1120のアドレスを用いて剰余計算によりアドレス指定を行う(modularly address)ことによって決定することができる。次に、ディザ値1160を入力画素I(x, y)の入力値1140に加算する。ディザ値1160と入力値1140の合計を固定閾値1170と比較して、出力画素O(x, y)の出力値1150を生成することができる。たとえば、ディザ値1160と入力値1140の合計が固定閾値1170を超える場合、画素値1140に「1」の値を割り当てることができる。一方、ディザ値1160と入力値1140の合計が固定閾値1170を超えない場合、画素値1140に「0」の値を割り当てることができる。
【００６７】
マスクベースのディザリングハーフトーニング方法は、画素並列で、高速、かつ単純である。しかし、単純なマスクベースのディザリングからのハーフトーン画像は、たとえばパターンの鮮明度、ノイズの多い外観(特に中間トーン区域において)、およびテクスチャが多く付いた画像の細部の不十分な再現などの好ましくない特性を有する。
【００６８】
図12は、マスクベースのディザリングを使用して24bpp画像を6bpp画像に減少することによって生成されるハーフトーン画像の一例を示す。元の24bpp画像1210と比較して、ハーフトーン化された画像1220は、目に見えて明らかな好ましくないアーチファクトと、たとえば細部1212を細部1222と比較することによって観察することができるような、特にテクスチャが多く付いた領域における、細部の喪失とを示す。しかし、比較的テクスチャの少ない(untextured)(すなわち「フラットフィールド」)領域では、たとえば細部1211を細部1222と比較することによって観察することができるように、画像品質を経験することはより少ない。
【００６９】
たとえばフロイドスタインバーグ誤差拡散(FSED)に基づく誤差拡散ハーフトーニング技法は、特にテクスチャが多く付いた画像の場合、マスクベースのディザリングよりも品質の良いハーフトーンを提供することが知られている。しかし、ビデオ画像データが静的でフラットフィールドの画像要素に関連するとき、FSEDベースの方法を適用することによって、ミミズ状の方向(directional)アーチファクトを生成するおよび/または一時的明滅すなわち「ボイリング」を生成することができる。ボイリングは、ビデオシーケンス内の静止した物体が対応するハーフトーンシーケンスにおいてさまざまなハーフトーンパターンでレンダリングされるときに生じる。従来のフロイドスタインバーグ誤差拡散によって生成されるハーフトーン画像は、ボイリングを特に受けやすい。
【００７０】
図13は、誤差拡散ハーフトーニング技法によって一時的明滅をどのように生成することができるかについての一例を示す。画像1310および1320は、同一であるという視覚的印象を与えるが、実際には、誤差拡散技法への異なる入力画像であり、それぞれ、非常に少量の一様なランダムノイズを一定トーンの画像に加えることから生じる。画像1311および1321はそれぞれ、画像1310および1320のハーフトーン化された画像である。画像1330は、画像1311と1321との差異を示す。この差異は、少なくとも、提示することが求められる画像がフラットフィールドであり静止している場合、人間の視覚系がボイリングすなわち好ましくない視覚的アーチファクトと知覚することができるものである。一方、提示することが求められる画像にテクスチャが多く付いている、またはフレーム単位で変化する場合、ボイリングが視覚的アーチファクトであることは稀である。
【００７１】
種々の実装形態によれば、ハイブリッドビデオ画像ハーフトーニング技法は、誤差拡散ハーフトーニング技法とマスクベースのディザリングハーフトーニング技法とから画素ごとに適応的に選択することができる。
【００７２】
一実装形態では、時間的変化率メトリック(CRM)および空間的CRMは、各画素に対して計算することができる。時間的CRMは、画素におけるまたはその近くの画像要素の現在のフレームに対する画像データと比較用フレームからの対応する画像データとの比較を定量化することができる。この比較用フレームは、たとえば、先行するフレームであってもよいし、直前にくるフレームであってもよい。各入力画素の時間的CRMは、入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することによって計算することができる。たとえば、時間的CRMの値が高い場合、時間に対する画像データの急激な変化を示すことができ、たとえば画像要素がフレームごとに動いていることを意味する。一方、時間的CRMの値が低い場合、画像要素が時間に対して比較的静的であることを示すことができる。
【００７３】
空間的CRMは、画素によってレンダリングされるべき画像データと隣接する画素または近接する画素によってレンダリングされるべき画像データとの比較を定量化することができる。たとえば、空間的CRMの値が高い場合、現在のフレーム内の画素がテクスチャの多く付いた画像要素の一部または画像要素のエッジを表すことを示すことができる。一方、空間的CRMの値が低い場合、現在のフレーム内の画素が比較的フラットフィールドである画像要素の一部を表すことを示すことができる。各入力画素の空間的CRMは、入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することによって計算することができる。入力画素および隣接する入力画素は、入力フレームの共通ローカル領域内に位置することができる。このローカル領域は、たとえば、3X3画素ブロック、5X5画素ブロック、7X7画素ブロックなどであってもよく、入力画素は、ローカル領域内で実質的に中心にあることができる。
【００７４】
各画素に対して、ハーフトーニング技法を、計算された空間的CRMおよび時間的CRMを考慮して選択することができる。空間的CRMおよび時間的CRMのそれぞれがそれぞれの閾値未満でない限り、ハーフトーニングは、FSEDハーフトーニング技法を使用して実行することができる。第1のCRMと第2のCRMの両方がそれぞれの閾値未満であるとき、ハーフトーニングは、誤差拡散ハーフトーニング技法またはマスクベースのディザリング技法のどちらかにより実行することができる。しかし、有利には、2つのハーフトーン値、すなわち、誤差拡散ハーフトーニング技法によって生成される第1のハーフトーン値とマスクベースのディザリング技法によって生成される第2のハーフトーン値を決定することができる。2つのハーフトーン値のうちの1つは、選択された値が比較用フレーム内の画素のハーフトーン値からのより小さな変化をもたらすように選択することができる。
【００７５】
図14は、ハイブリッドビデオハーフトーニング技法の一実装形態の概念的流れ図の一例である。ブロック1401では、現在の入力フレームデータを受信することができる。各入力フレームは、たとえば24bppで符号化された、いくつかの入力画素を含むことができる。各入力フレームのローカル領域は、シーン解析器ブロック1403、ディザマスクブロック1405、および誤差拡散ブロック1407に順次転送することができる。各ローカル領域は、たとえば、3X3画素ブロック、5X5画素ブロック、7X7画素ブロックなどとすることができる。
【００７６】
ブロック1405および1407は、実質的に並列に動作することができ、画素ごとに、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法および誤差拡散ハーフトーニング技法をそれぞれ使用して各画素に対するハーフトーン値をそれぞれ計算することができる。
【００７７】
ブロック1405および1407の出力は、シーン解析器ブロック1403に転送することができる。シーン解析器ブロック1403はまた、比較用フレームの対応するローカル要素に対するハーフトーン画像データをブロック1415から受信する。いくつかの実装形態では、比較用フレームは、たとえば、直前にくるフレームなどの先行フレームであってよい。一実装形態では、比較用フレームの対応するローカル要素に対するハーフトーン画像データは、フレームバッファ、たとえばフレームバッファ64に格納される。
【００７８】
シーン解析器ブロック1403は、上記で説明したように、空間的CRMおよび時間的CRMを各画素に対して計算することができる。計算された時間的CRMに基づいて、判断ブロック1411では、時間的CRMが第1の閾値を超えるほど、ローカル画像データが時間に対して大きく変化するかどうか判断を行うことができる。時間的CRMが第1の閾値を超えるとき、量子化ブロック1419において、画素を誤差拡散ハーフトーニング技法によってハーフトーン化することができる。
【００７９】
時間的CRMが第1の閾値を超えないとき、判断ブロック1413において、計算された空間的CRMに基づいて、空間的CRMが第2の閾値を超えるほど、現在の画素がかなりテクスチャの付いたローカル領域に属するかどうか判断を行うことができる。空間的CRMが第2の閾値を超えるとき、量子化ブロック1419において、画素を誤差拡散ハーフトーニング技法によってハーフトーン化することができる。
【００８０】
空間的CRMが第2の閾値を超えないとき、ブロック1417において、マスクベースのディザリングハーフトーニング技法と誤差拡散ハーフトーニング技法から選定を行うことができる。一実装形態では、選択される技法は、比較用フレーム、たとえば先行するフレーム内の対応する出力画素のハーフトーン値により近いハーフトーン値を生成する技法である。量子化ブロック1419では、ハーフトーン化された出力画素は、選択された技法を使用して生成される。量子化誤差はまた、ブロック1419から出力され、誤差制限ブロック1421に転送される。その動作については、本明細書において以下で説明する。誤差制限ブロック1421の出力は、誤差拡散ブロック1407に転送される。
【００８１】
有利には、ブロック1421では、量子化誤差を特定の許容可能な誤差範囲に制限する。従来の誤差拡散方法では、量子化誤差は本質的に有界である。たとえば、出力が0(黒色)または1(白色)のどちらかであり閾値が約0.5である2値誤差拡散では、量子化誤差の範囲は約-0.5から0.5までである。量子化誤差がこの限界に近づくときはいつでも、誤差拡散によって誤差が(他方の閾値により近い)反対方向に動かされるので、この限界を超えることはできない。しかし、提案するハイブリッドハーフトーニングでは、この誤差制限スキームがない場合、マスクベースのディザリングハーフトーニングは一般に量子化誤差とは無関係に動作するので、量子化誤差は必ずしも有界ではない。したがって、いくつかの実装形態では、量子化誤差を有界に保つために、誤差制限ブロック1421を設けることができる。
【００８２】
図15は、一実装形態による誤差制限スキームの一例を示す。この誤差制限スキームは、2値ハーフトーニング(1bpp出力)および多値ハーフトーニング(たとえば、2bpp出力)をサポートすることができる。いくつかの実装形態では、誤差制限プロセス1500は、図10に示されるホストプログラム1030、オペレーティングシステム1040、またはディスプレイコントローラファームウェア1020に含まれる命令によって実施することができる。いくつかの実装形態では、図15に示される誤差制限スキームは、図14のブロック1421で実施することができる。
【００８３】
図15のプロセス1500は、開始ブロック1505から始まり、次に判断ブロック1510に移る。判断ブロック1510では、ハーフトーニングモードが1ビット/画素なのかそれとも2ビット/画素なのか判断することができる。ハーフトーニングモードが1ビット/画素データである場合、プロセス1500は、判断ブロック1510から判断ブロック1520に移る。判断ブロック1520では、出力ビットをゼロと比較することができる。出力ビットがゼロでない場合、プロセス1500は処理ブロック1540に移る。処理ブロック1540では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差は約-0.5から0.0の間に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値(clip value)を使用してよい。出力ビットがゼロである場合、プロセス1500は処理ブロック1530に移り、処理ブロック1530では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差はゼロから0.5の間に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値を使用してよい。
【００８４】
ハーフトーニングモードが2ビット/画素である場合、プロセス1500は、判断ブロック1510から判断ブロック1550に移る。判断ブロック1550では、出力画素をゼロと比較する。出力画素がゼロである場合、プロセス1500は判断ブロック1550から処理ブロック1555に移る。処理ブロック1555では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差は0.0から0.25の間に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値を使用してよい。出力ビットがゼロでない場合、プロセス1500は判断ブロック1550から判断ブロック1560に移る。判断ブロック1560では、出力画素を1/3(0x01)と比較する。出力ビットが1/3に設定される場合、プロセス1500は判断ブロック1560から処理ブロック1565に移る。処理ブロック1565では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差は-1/12から1/6の間の値に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値を使用してよい。出力画素が1/3に等しくない場合、プロセス1500は判断ブロック1560から判断ブロック1570に移る。判断ブロック1570では、出力画素を2/3(0x10)という値と比較する。出力画素が2/3に等しい場合、プロセス1500は判断ブロック1570から処理ブロック1575に移る。処理ブロック1575では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差は-1/6から1/12の間の値に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値を使用してよい。出力画素が2/3に等しくない場合、プロセス1500は処理ブロック1580に移る。処理ブロック1580では、誤差を制限する。図示の実装形態では、誤差は-1/4から0の間の値に制限されるが、別の実装形態では、他の制限値を使用してよい。プロセス1500は、次に、終了状態1590に移る。図15に示される誤差制限方法をより大きなビット深度に一般化することが可能であることが理解されるであろう。
【００８５】
図16A〜図16Bは、一実装形態によりビデオデータをハーフトーン化するための方法の一例を示す。最初に図16Aを参照すると、一実装形態では、ハーフトーニング方法1600は、それぞれ図9および図10に示されるディスプレイ制御モジュール901または1001によって実行することができる。
【００８６】
方法は、ブロック1610から始まることができ、ビデオデータの入力フレームを受信し、この入力フレームは複数の入力画素を含む。この入力フレームは、たとえば装置のメモリまたは入力デバイスなどの、電子ディスプレイを含む装置の別の構成要素から受信することができる。さらに、またはあるいは、入力フレームのソースは、装置の外部にある、たとえば、ブロードキャストネットワークもしくはセルラーネットワーク、またはインターネットとすることができる。
【００８７】
ブロック1620では、ビデオデータの出力フレームを生成することができる。この出力フレームは、図16Bに示される方法に従って生成されるハーフトーン化された出力画素を含むことができる。
【００８８】
ブロック1630では、さらなる入力フレームを依然として処理するべきかどうか判断を行うことができる。依然として処理するべき少なくとも1つのさらなる入力フレームがある場合、プロセスはブロック1610に戻ることができる。処理するべき入力フレームがない場合、プロセスはブロック1640で停止することができる。
【００８９】
次に図16Bを参照して、プロセスブロック1620のより詳細な説明について説明する。
【００９０】
ブロック1621では、入力画素を受信することができる。この入力画素は、共通の入力フレームに関連するいくつかの画素のうちの1つであってよい。
【００９１】
ブロック1622では、時間的CRMおよび空間的CRMを計算することができる。時間的CRMは、画素におけるまたはその近くの画像要素の現在のフレームに対する画像データと比較用フレームからの対応する画像データとの比較を定量化することができる。一実装形態では、時間的CRMは、現在の入力フレームのローカル平均画素値と比較用フレーム内の対応する画素のローカル平均画素値を比較することによって決定することができる。比較用フレームは、直前にくるフレームなどの先行するフレームであってよいが、必ずしも先行フレームである必要はない。各入力画素の時間的CRMは、入力画素のハーフトーン値を比較用フレームの対応する出力画素のハーフトーン値と比較することによって計算することができる。たとえば、時間的CRMの値が高い場合、時間に対する画像データの急激な変化を示すことができ、たとえば画像要素がフレームごとに動いていることを意味する。一方、時間的CRMの値が低い場合、画像要素が時間に関して比較的静的であることを示すことができる。
【００９２】
空間的CRMは、画素によってレンダリングされるべき画像データと隣接する画素または近接する画素によってレンダリングされるべき画像データとの比較を定量化することができる。たとえば、空間的CRMの値が高い場合、現在のフレームにおいて、画素がテクスチャの多く付いた画像要素の一部または画像要素のエッジを表すことを示すことができる。一方、空間的CRMの値が低い場合、現在のフレームにおいて、画素が比較的フラットフィールドである画像要素の一部を表すことを示すことができる。各入力画素の空間的CRMは、入力画素のデータ値を隣接する入力画素の対応するデータ値と比較することによって計算することができる。一実装形態では、空間的CRMは、二次元ハイパスフィルタを画像データに適用することによって計算することができる。
【００９３】
ブロック1623では、入力画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するかについて判断を行うことができる。時間的CRMと空間的CRMのどちらも、それぞれの別々に決定された閾値を超えない場合、入力画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するという判断を行うことができる。時間的CRMがそのそれぞれの閾値を超えるか、または、空間的CRMがそのそれぞれの閾値を超える、のどちらかである場合、方法はブロック1624に進むことができる。一方、時間的CRMと空間的CRMの両方が、それぞれの別々に決定された閾値以下である場合、入力画素がそれぞれのフレーム内の実質的に静止した均一な領域に関連するという判断を行うことができ、方法はブロック1625に進むことができる。
【００９４】
ブロック1625では、誤差拡散ベースのハーフトーン値およびマスクベースのディザリングハーフトーン値を生成することができる。
【００９５】
ブロック1626では、第1のハーフトーン値と第2のハーフトーン値のどちらが比較用フレーム内の対応する出力画素のハーフトーン値により近いかについて、判断を行うことができる。この判断に基づいて、誤差拡散ベースのハーフトーン値とマスクベースのディザリングハーフトーン値の、比較用フレーム内の対応する出力画素のハーフトーン値により近い方を選択することができる。誤差拡散ベースのハーフトーン値を選択する場合、方法はブロック1624に進むことができる。一方、マスクベースのディザリングハーフトーン値を選択する場合、方法はブロック1627に進むことができる。
【００９６】
ブロック1624では、入力画素に対して誤差拡散を実行することによって、ハーフトーン化された出力画素を生成することができる。
【００９７】
ブロック1627では、入力画素に対してマスクベースのディザリングを実行することによって、ハーフトーン化された出力画素を生成することができる。
【００９８】
ブロック1628では、さらなる入力画素を依然として処理するべきかどうか判断を行うことができる。「yes」の場合、方法はブロック1621に戻ることができる。「no」の場合、方法は図16Aのブロック1630に戻ることができる。
【００９９】
図17A〜図17Bは、開示するハーフトーニング技法と従来の誤差拡散技法の性能の例示的な比較を示す。最初に図17Aを参照すると、フレーム1710(1)および1710(2)は、ビデオシーケンスから抽出されたビデオデータの2つの連続的な入力フレームを示す。画像要素1711、1712、1713、および1714は動いていることが理解されるであろう。画像要素1711、1712、1713、および1714の動きによって影響を受ける画像データ以外のフレーム1710(1)の画像データは、1710(2)と実質的に同一である。
【０１００】
次に図17Bを参照すると、画像1720は、フレーム1710(1)と1710(2)のハーフトーン画像の差異を示し、このハーフトーン化された画像は、従来の誤差拡散技法から生成されたものである。1712(1)の画像要素の動きに関連する画像データにおける大きな差異は白色に見えるが、変化のないデータは黒色に見える。次に画像1720の細部1721を参照すると、入力データは実際には、画像要素1712(1)の付近のすぐ外側ではフレーム間で変化していないが、ハーフトーン画像間の差異が、特に強調された領域Aで灰色の画素化(pixelation)によって示されることが観察されよう。これらの差異は、ハーフトーン化されたフレームのシーケンスにおいて、好ましくない一時的明滅すなわちボイリングを生じるであろう。画像1730およびその細部1731は、フレーム1710(1)と1710(2)のハーフトーン画像の差異を示し、このハーフトーン化された画像は、本開示のハーフトーニング技法から生成されたものである。動いている画像要素1711および1712の付近のすぐ外側の細部1731の領域は黒色であることが観察されよう。これは、好ましくないボイリングが大幅に減少しているまたは解消されていることを意味する。
【０１０１】
図18Aおよび図18Bは、複数のIMODを含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の例を示す。ディスプレイデバイス40は、たとえば、スマートフォン、セルラー式電話機または携帯電話機とすることができる。しかし、ディスプレイデバイス40の同じ構成要素またはそのわずかな変形形態も、テレビ、タブレット、電子書籍リーダー、手で持てるデバイスおよび携帯型メディアプレーヤなどの種々のタイプのディスプレイデバイスを例示するものである。
【０１０２】
ディスプレイデバイス40は、筐体41と、ディスプレイ30と、アンテナ43と、スピーカ45と、入力デバイス48と、マイクロホン46とを含む。筐体41は、射出成形および真空成形を含むさまざまな製造プロセスのいずれかから形成されうる。さらに、筐体41は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されないさまざまな材料のいずれかから作製されうる。筐体41は、異なる色をしたまたは異なるロゴ、画像、もしくは記号を含む他の着脱可能な一部分と交換されうる着脱可能な部分(図示せず)を含むことができる。
【０１０３】
ディスプレイ30は、本明細書において説明する、双安定ディスプレイまたはアナログディスプレイを含む、さまざまなディスプレイのいずれかであってよい。ディスプレイ30はまた、プラズマ、EL、OLED、STN LCD、もしくはTFT LCDなどのフラットパネルディスプレイ、またはCRTもしくは他の管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含むように構成されうる。さらに、ディスプレイ30は、本明細書において説明するように、IMODディスプレイを含むことができる。
【０１０４】
ディスプレイデバイス40の構成要素は、図20Bに概略的に示されている。ディスプレイデバイス40は、筐体41を含み、その中に少なくとも部分的に納められた追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス40は、トランシーバ47に結合されたアンテナ43を含むネットワークインタフェース27を含む。トランシーバ47は、プロセッサ21に接続され、プロセッサ21は、調整用ハードウェア(conditioning hardware)52に接続される。調整用ハードウェア52は、信号を調整する(たとえば、信号をフィルタリングする)ように構成されうる。調整用ハードウェア52は、スピーカ45およびマイクロホン46に接続される。プロセッサ21は、入力デバイス48およびドライバコントローラ29にも接続される。ドライバコントローラ29は、フレームバッファ28および配列ドライバ22に結合され、配列ドライバ22は、ディスプレイ配列30に結合される。いくつかの実装形態では、電源50は、特定のディスプレイデバイス40の設計によって必要とされるほぼすべての構成要素に電力を供給することができる。
【０１０５】
ネットワークインタフェース27は、アンテナ43とトランシーバ47とを含み、その結果、ディスプレイデバイス40は、ネットワークを介して1つまたは複数のデバイスと通信することができる。ネットワークインタフェース27は、たとえばプロセッサ21のデータ処理要件を軽減するためにいくつかの処理能力も有することができる。アンテナ43は、信号を送信および受信することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ43は、IEEE 16.11(a)、(b)、もしくは(g)を含むIEEE 16.11規格またはIEEE 802.11a、b、g、もしくはnを含むIEEE 802.11規格およびそのさらなる実装形態に従ってRF信号を送信および受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ43は、ブルートゥース規格に従ってRF信号を送信および受信する。セルラー式電話の場合、アンテナ43は、符号分割多元接続(CDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続(TDMA)、Global System for Mobile communications(GSM（登録商標）)、GSM（登録商標）/General Packet Radio Service(GPRS)、Enhanced Data GSM（登録商標） Environment(EDGE)、Terrestrial Trunked Radio(TETRA)、広帯域CDMA(W-CDMA)、Evolution Data Optimized(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、High Speed Packet Access(HSPA)、High Speed Downlink Packet Access(HSDPA)、High Speed Uplink Packet Access(HSUPA)、Evolved High Speed Packet Access(HSPA+)、Long Term Evolution(LTE)、AMPS、または3G技術もしくは4G技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される他の知られている信号を受信するように設計される。トランシーバ47は、アンテナ43から受信された信号を、これらがプロセッサ21によって受信され、さらに操作可能であるように前処理することができる。トランシーバ47はまた、プロセッサ21から受信された信号を、これらがアンテナ43を介してディスプレイデバイス40から送信可能であるように処理することができる。
【０１０６】
いくつかの実装形態では、トランシーバ47は、受信機と交換されうる。さらに、いくつかの実装形態では、ネットワークインタフェース27は、プロセッサ21に送られるべき画像データを保存または生成できる画像ソースと交換されうる。プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ21は、ネットワークインタフェース27または画像ソースから圧縮画像データなどのデータを受信し、そのデータを処理して未加工の画像データを、または未加工の画像データに容易に処理されるフォーマットを生成する。プロセッサ21は、この処理されたデータをドライバコントローラ29に、または保存するためにフレームバッファ28に送ることができる。未加工のデータとは、典型的には、画像内の各場所における画像特性を識別する情報を指す。たとえば、このような画像特性は、色、彩度、およびグレースケールレベルを含むことができる。
【０１０７】
プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の動作を制御するためにマイクロコントローラ、CPU、または論理演算装置を含むことができる。調整用ハードウェア52は、信号をスピーカ45に送信するための、および信号をマイクロホン46から受信するための、増幅器とフィルタとを含んでもよい。調整用ハードウェア52は、ディスプレイデバイス40内の個別構成要素品であっても、あるいはプロセッサ21または他の構成要素内に組み込まれてもよい。
【０１０８】
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成された未加工の画像データを、プロセッサ21から直接またはフレームバッファ28から取得でき、配列ドライバ22への高速送信のために未加工の画像データを適切に再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29は、ディスプレイ配列30全体にわたって走査に適した時間順序を有するように、未加工の画像データをラスターのようなフォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができる。次に、ドライバコントローラ29は、フォーマットした情報を配列ドライバ22に送る。LCDコントローラなどのドライバコントローラ29は、独立した集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21を関連付けられることが多いが、このようなコントローラは多数の方法で実施されうる。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21に埋め込まれても、ソフトウェアとしてプロセッサ21に埋め込まれても、またはハードウェア内で配列ドライバ22と完全に一体化されてもよい。
【０１０９】
配列ドライバ22は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ29から受信でき、ディスプレイの画素のxy行列から来る、数百、場合によっては数千(またはそれ以上)のリード線に毎秒多数回印加される並列な1組の波形にビデオデータを再フォーマットすることができる。
【０１１０】
いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29、配列ドライバ22、およびディスプレイ配列30は、本明細書において説明するディスプレイのタイプのいずれかに適している。たとえば、ドライバコントローラ29は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ(IMODコントローラなど)とすることができる。さらに、配列ドライバ22は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ(IMODディスプレイドライバなど)とすることができる。さらに、ディスプレイ配列30は、従来のディスプレイ配列または双安定ディスプレイ配列(IMODの配列を含むディスプレイなど)とすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29は、配列ドライバ22と一体化されうる。このような実装形態は、たとえば、携帯電話、持ち運び可能な電子デバイス、腕時計、または他の小面積ディスプレイなどの高集積システムで有用となりうる。
【０１１１】
いくつかの実装形態では、入力デバイス48は、たとえばユーザがディスプレイデバイス40の動作を制御できるように構成されうる。入力デバイス48は、QWERTYキーボードまたは電話機のキーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー(rocker)、タッチセンシティブスクリーン、または感圧膜もしくは感熱膜を含むことができる。マイクロホン46は、ディスプレイデバイス40のための入力デバイスとして構成されうる。いくつかの実装形態では、マイクロホン46を介した音声コマンドは、ディスプレイデバイス40の動作を制御するために使用されうる。
【０１１２】
電源50は、さまざまなエネルギー貯蔵デバイスを含むことができる。たとえば、電源50は、ニッケルカドミウム電池またはリチウムイオン電池などの充電式電池とすることができる。充電式電池を使用する実装形態では、充電式電池は、たとえば壁コンセントまたは光起電性デバイスまたは光起電アレイから来る電力を使用して充電可能とすることができる。あるいは、充電式電池は、ワイヤレスで充電可能とすることができる。電源50はまた、再生可能なエネルギー源、コンデンサ、またはプラスチック太陽電池もしくは太陽電池塗料を含む太陽電池を含むことができる。電源50はまた、壁コンセント電力を受信するように構成されうる。
【０１１３】
いくつかの実装形態では、制御プログラマビリティ(control programmability)は、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に設置可能なドライバコントローラ29内に備わっている。いくつかの他の実装形態では、制御プログラマビリティは配列ドライバ22内に備わっている。上述した最適化は、任意の数のハードウェア構成要素および/またはソフトウェア構成要素において、ならびに種々の構成で実施されうる。
【０１１４】
本明細書で開示される実装形態に関連して説明した種々の例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこの両者の組み合わせとして実施可能である。ハードウェアおよびソフトウェアの互換性について、機能に関して概略的に説明し、上述の種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップとして示してきた。このような機能がハードウェアで実施されるかソフトウェアで実施されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課せられた設計の制約によって決まる。
【０１１５】
本明細書で開示される態様に関連して説明した種々の例示的なロジック、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するため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する機能を実行するように設計された、シングルチップまたはマルチチップの汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(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、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、個別のハードウェア構成要素、またはこれらの任意の組み合わせによって実施または実行されうる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいし、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、またはステートマシンであってもよい。プロセッサは、DSPとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、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の組み合わせなどの、コンピューティングデバイスの組み合わせ、または他の任意のこのような構成としても実施されうる。いくつかの実装形態では、特定のステップおよび方法は、所与の機能に固有の回路によって実行されうる。
【０１１６】
1つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書に開示されている構造およびそれらの構造的な等価物を含む、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み合わせにおいて実施されうる。本明細書において説明する主題の実装形態はまた、データ処理装置によって処理されるための、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で符号化された1つまたは複数のコンピュータプログラムすなわち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うる。
【０１１７】
これらの機能は、ソフトウェアで実施する場合、コンピュータ可読媒体上に1つまたは複数の命令またはコードとして記憶されてもよいし、送信されてもよい。本明細書で開示される方法またはアルゴリズムのステップは、コンピュータ可読媒体上に存在可能なプロセッサで実行可能なソフトウェアモジュールで実施されうる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所にコンピュータプログラムを転送することを可能とすることができる任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であってよい。限定ではなく、例として、こ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で所望のプログラムコードを記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる他の任意の媒体を含むことができる。さらに、任意の接続は、コンピュータ可読媒体と呼ぶことが適切な場合がある。本明細書で使用されるとき、ディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(compact disc)(CD)、レーザディスク(laser disc)、光ディスク(optical disc)、デジタル多用途ディスク(digital versatile disc)(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(floppy disk)、およびブルーレイディスク(blu-ray disc)を含み、ここでディスク(disk)は通常、磁気的にデータを再生するが、ディスク(disc)はレーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含められてもよい。さらに、方法またはアルゴリズムの動作は、機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上でコードおよび命令の1つまたは任意の組み合わせまたはセットとして存在することができ、コンピュータプログラム製品に組み込まれてもよい。
【０１１８】
本開示において説明する実装形態の種々の変更は、当業者には容易に明らかになり得、本明細書において定義される一般的原理は、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うる。したがって、特許請求の範囲は、本明細書において示される実装形態に限定されることを意図したものではなく、特許請求の範囲には、本明細書で開示される本開示、原理、および新規な特徴と一致する最も広い範囲が認められるべきである。「例示的(exemplary)」という語は、本明細書ではもっぱら「例(example)、具体例(instance)、または例証(illustration)として使用する」という意味で用いられている。本明細書で「例示的」なものとして説明する実装形態は、必ずしも他の可能性または実装形態より好ましい、または有利であると解釈すべきものであるとは限らない。さらに、「上の(upper)」および「下の(lower)」という用語が、図を説明しやすくするために使用されることがあり、適切に配向されたページ上の図の向きに対応する相対的位置を示し、実施されるIMODの適切な向きを反映しなくてもよいことは、当業者には容易に理解されるであろう。
【０１１９】
別個の実装形態に関して本明細書において説明する特定の特徴はまた、単一の実装形態で組み合わせて実施されうる。逆に、単一の実装形態に関して説明する種々の特徴はまた、複数の実装形態でまたは任意の適切な副組み合わせ(subcombination)で別々に実施されうる。さらに、特徴が特定の組み合わせで作用すると上述され、さらに当初はそのようなものとして請求されうるが、請求した組み合わせからの1つまたは複数の特徴は場合によってはその組み合わせから除きうること、請求した組み合わせは副組み合わせまたは副組み合わせの変形を対象としうる。
【０１２０】
同様に、動作が図面では特定の順序で示されているが、望ましい結果を達成するために、このような動作が示された特定の順序でもしくは順次に実行される必要はないこと、または示された動作のすべてが実行される必要はないことが、当業者には容易に理解されよう。さらに、図面は、さらに1つの例示的なプロセスを流れ図の形で概略的に示すことができる。しかし、示されない他の動作が、概略的に示される例示的なプロセスに組み込まれてもよい。たとえば、示された動作のいずれかの前、その後、またはその間に、1つまたは複数の追加の動作が実行可能である。特定の状況では、マルチタスク方式および並列処理が有利な場合がある。さらに、上述の実装形態における種々のシステム構成要素の分離は、すべての実装形態でこのような分離を必要とすると理解されるべきではなく、説明したプログラム構成要素およびシステムは一般に単一のソフトウェア製品に合わせて統合されるかまたは複数のソフトウェア製品にパッケージ化されることが可能なことを理解されたい。さらに、他の実装形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。場合によっては、特許請求の範囲に記載された作用は、異なる順序で実行でき、依然として所望の結果を達成することが可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
12  画素、干渉変調器
13  矢印、光
14  可動反射層
14a  反射副層、導電層
14b  誘電体支持層、副層
14c  導電層
15  光
16  光学スタック
16a  吸収体層、光吸収体、副層
16b  副層、誘電体
18  支持支柱、支持体
19  空洞、ギャップ
【図１】
2014535064.tif 000003
【図２】
2014535064.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2014535064.tif 000015
【図８Ｂ】
2014535064.tif 000016
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2014535064.tif 000018
【図８Ｅ】
2014535064.tif 000019
【図９】
2014535064.tif 000020
【図１０】
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【図１１】
2014535064.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【国際調査報告】
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