CN102947874B - 反射和透射反射操作模式 - Google Patents

Abstract

直视显示装置包括透明基板、内部光源、耦合到透明基板的多个光调制器、以及用于控制多个光调制器和内部光源的状态的控制器。控制器被配置成使显示器从透射、反射和透射反射模式之一变换到所述模式中的第二种。

Description

反射和透射反射操作模式

相关申请的引用

本申请要求2010年3月11日提交的美国临时专利申请S/N.61/339,946的权益，该专利申请的公开内容通过引用整体结合于此。

发明背景

随着移动多媒体功能快速地发展，便携式电子设备正在变成人们日常生活更加密不可分的部分。由此，越来越需要移动设备在各种环境光条件和应用中提供高显示性能，而不牺牲电池寿命。另外，由于便携式设备逐步包括更多特征并变得更加复杂，因此电池电力越来越多地变成这些设备的性能中的限制因素。便携式设备的常规显示器需要用户在功耗和显示性能之间进行权衡，并且提供对显示器设置和电力使用的较少控制。

近年来，已开发了可在多种模式中操作且利用环境光来改进显示性能的显示器。例如，这些模式可包括其中调制来自背光的光的透射模式、其中调制环境光的反射模式、以及其中调制来自背光的光和相对较大量环境光两者以创建图像的透射反射模式。例如，Jepsen的美国专利申请公开No.2010/0020054描述了具有包括单独的透射和反射部分的像素的LCD显示器。由此，与其中整个像素是透射的显示器相比，透射模式中的显示器的有效孔径比减小。Jepsen公开的LCD显示器还单独地控制两个部分。单独控制功能需要单独的数据互连和附加的驱动器来独立地控制每一部分，这实质上增加了背板设计的复杂性且进一步减小了用于光传输的芯片上的空间。

对于便携式设备显示器，存在可使用相同的数据互连在透射、反射和/或一范围的透射反射操作模式之间变换以控制显示器的反射和透射输出两者的需要。例如，存在对于提供透射、反射和/或一范围的透射反射操作模式而不牺牲显示器的有效孔径比的设备的需要。

发明概要

根据一方面，直视显示装置包括透明基板、内部光源、耦合到透明基板的多个光调制器、以及用于控制多个光调制器和内部光源的状态的控制器。控制器被配置成使显示器在透射操作模式中通过点亮内部光源、以及经由耦合到多个光调制器的第一组数据电压互连输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号以使多个光调制器调制内部光源发出的光来显示至少一幅图像。控制器还被配置成：检测指令显示装置变换到反射操作模式的信号；响应于该信号，变换到反射操作模式；以及在反射操作模式中，通过在保持内部光源未点亮的同时经由相同的第一组数据电压互连将指示多个光调制器的期望状态的数据信号输出到多个光调制器以调制源自环境的光来显示至少一幅图像。

在特定实施例中，在透射模式中，多个光调制器调制内部光源发出的光以及源自环境的光两者。在一些方面，控制器接收来自用户的信号作为输入。在一些方面，变换到反射模式降低了显示装置的功耗。在特定实施例中，控制器还被配置成变换到其中用比显示设备的另一操作模式多的色彩来显示图像的操作模式。在一些方面，控制器从显示装置要显示的信息导出该信号。在一些方面，控制器从存储在电池中的一定量的能量导出该信号。在特定实施例中，在透射模式中显示至少一幅图像包括调制内部光源输出的光，其中内部光源输出的光具有第一强度。

在特定实施例中，控制器被配置成变换到其中光调制器调制的光的至少约30%源自环境的透射反射操作模式。在各个实施例中，控制器被配置成检测环境光，并且响应于所检测环境光变换到透射反射操作模式且基于所检测环境光调节第一强度。在特定方面，调节第一强度包括降低内部光源的强度。在一些方面，控制器被配置成响应于基于所检测环境光的信号变换到反射模式。

在特定实施例中，在透射模式中显示至少一幅图像包括根据图像的第一灰度分割数量来调制光，而在透射反射或反射模式中显示至少一幅图像包括根据第二灰度分割数量来调制光，其中第二灰度分割数量小于第一灰度分割数量。在特定方面，在反射模式中显示至少一幅图像包括将图像调制为黑白图像。在特定方面，在反射模式中显示至少一幅图像包括通过至少三个灰度分割来调制光。在特定方面，在透射反射模式中显示至少一幅图像包括将图像调制为黑白图像。在特定方面，在透射反射模式中显示至少一幅图像包括通过至少三个灰度分割来调制光。

在一些实施例中，在透射反射模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，其中该图像通过每一色彩仅一个灰度分割来调制。在特定方面，在透射反射模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，其中该图像通过每一色彩至少两个灰度分割来调制。在一些实施例中，内部光源包括与不同色彩相对应的至少第一和第二光源，并且控制器测量所检测环境光的至少一种色彩分量且基于对所检测环境光的至少一种色彩分量的测量调节第一和第二光源中的至少一个的第一强度。在特定方面，在透射模式中显示至少一幅图像包括根据第一帧速率调制光。在一些方面，在透射反射或反射模式中显示至少一幅图像包括根据第二帧速率调制光，其中第二帧速率小于第一帧速率。在特定方面，变换到反射操作模式包括从存储器加载与反射模式相对应的操作参数。在一些方面，在反射模式中显示至少一幅图像包括将彩色图像转换成黑白图像以供显示。

在特定实施例中，在透射模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向多个光调制器的加载的第一时序信号序列调制多个光调制器。在一些方面，在透射反射或反射模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向多个光调制器的加载的相同的第一时序信号序列调制多个光调制器。在特定方面，在透射反射或反射模式中显示至少一幅图像包括根据与第一序列不同的第二时序信号序列调制多个光调制器。在特定方面，在透射反射或反射模式中显示至少一幅图像包括向多个光调制器加载图像数据子集。

在特定实施例中，一种用于控制如上所述的显示装置的方法包括：在透射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像；检测指令显示装置变换到反射操作模式的信号；响应于该信号，通过显示装置变换到反射操作模式；以及在反射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像。在一些实施例中，该方法还包括：检测指令显示装置变换到透射反射操作模式的信号；响应于该信号，通过显示装置变换到透射反射操作模式；以及在透射反射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像。

在特定实施例中，显示装置包括：至少一个内部光源；用于接收环境光以及从至少一个内部光源发出的光的至少一个反射光学腔；用于调制离开反射光学腔到观察者的光的多个光调制器；以及控制器。控制器被配置成在透射操作模式中通过点亮所述内部光源、以及输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号以使多个光调制器调制内部光源发出的光来显示至少一幅图像。控制器还被配置成：检测指令显示装置变换到反射操作模式的信号；响应于该信号，变换到反射操作模式；以及在反射操作模式中，通过在保持内部光源未点亮的同时将指示多个光调制器的期望状态的数据信号输出到多个光调制器以调制源自环境的光来显示至少一幅图像。

在一些实施例中，多个数据互连耦合到多个光调制器和控制器，其中数据互连用于输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号。在特定方面，在透射模式中，多个光调制器调制内部光源发出的光以及源自环境的光两者。在一些方面，在透射模式中，至少一个内部光源输出具有第一强度的光。

在特定实施例中，控制器被配置成变换到其中光调制器调制的光的至少约30%源自环境的透射反射模式，其中在透射反射模式中，控制器输出信号以控制多个光调制器调制环境光以及至少一个内部光源发出的光两者。在一些方面，至少一个内部光源发出的光的强度小于第一强度，由此增加输出到用户的环境光的百分比。

在特定实施例中，显示装置包括用于检测和测量环境光的传感器。在一些方面，在透射反射模式中，控制器基于所检测环境光中的至少一种色彩分量降低至少一个内部光源发出的光的强度。在特定实施例中，至少一个光学腔包括朝后的反射层和朝前的反射层。

在特定实施例中，一种用于控制如上所述的显示装置的方法包括：在透射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像；检测指令显示装置变换到反射操作模式的信号；响应于该信号，通过显示装置变换到反射操作模式；以及在反射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像。在一些实施例中，该方法包括：检测指令显示装置变换到透射反射操作模式的信号；响应于该信号，通过显示装置变换到透射反射操作模式；以及在透射反射操作模式中，通过显示装置显示至少一幅图像。

附图简述

在以下详细描述中将参考附图，其中：

图1A是根据本发明的说明性实施例的基于MEMS的直视显示装置的示意图；

图1B是根据本发明的说明性实施例的主设备的框图；

图2A是根据本发明的说明性实施例的适于结合到图1A的基于MEMS的直视显示装置中的说明性的基于遮光器的光调制器的立体图；

图2B是适于包括在本发明的各个实施例中的说明性的非基于遮光器的光调制器的截面图；

图2C是在光学补偿弯曲（OCB）模式中操作的场序液晶显示器的示例；

图3A是根据本发明的说明性实施例的适于控制结合到图1A的基于MEMS的显示器中的光调制器的控制矩阵的示意图；

图3B是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的光调制器阵列的立体图；

图4A是根据本发明的说明性实施例的与用于使用场序色彩显示图像的显示过程相对应的时序图；

图4B是示出适合本发明的灯的替换脉冲轮廓的示图；

图4C是根据本发明的说明性实施例的控制器所采用的通过使用呈二元时分灰度的一系列子帧图像来形成图像的时序序列；

图4D是根据本发明的说明性实施例的与编码时分灰度寻址过程相对应的时序图，其中通过针对图像帧的每一色彩分量显示四幅子帧图像来显示图像帧；

图4E是根据本发明的说明性实施例的与混合编码时分和强度灰度显示过程相对应的时序图，其中可同时点亮具有不同色彩的灯；

图5是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的空间光调制器的截面图；

图6A是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的空间光调制器的截面图；

图6B是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的空间光调制器的截面图；

图6C是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的空间光调制器的截面图；

图7是根据本发明的说明性实施例的包括光检测器的基于遮光器的空间光调制器的截面图；

图8是根据本发明的说明性实施例的在直视显示器中使用的控制器的框图；

图9是根据本发明的说明性实施例的适于直视显示器使用的显示图像的过程的流程图；

图10示出控制器可基于引入图像数据的内容调适显示特性的显示方法；

图11是根据本发明的说明性实施例的在直视显示器中使用的控制器的框图；以及

图12是根据本发明的说明性实施例的适于直视显示器控制器使用的显示图像的过程的流程图。

特定说明性实施例的描述

图1是根据本发明的说明性实施例的基于MEMS的直视显示装置100的示意图。显示装置100包括排列成多行和多列的多个光调制器102a-102d（统称为“光调制器102”）。在显示装置100中，光调制器102a和102d处于打开状态，从而允许光穿过。光调制器102b和102c处于关闭状态，从而阻止光穿过。如果通过一盏或多盏灯105照亮显示装置100，则通过选择性地设置光调制器102a-102d的状态，可利用显示装置100来形成图像104以供背光显示。在另一实现中，装置100可通过反射源自该装置外部的环境光来形成图像。在特定实施例中，装置100可通过调制来自背光的光和来自环境的光的组合来形成图像。在另一实现中，装置100可通过反射来自位于显示器前面的一盏或多盏灯的光（即，通过使用正面光）来形成图像。

在显示装置100中，每一光调制器102相应于图像104中的像素106。在其他实现中，显示装置100可利用多个光调制器来形成图像104中的像素106。例如，显示装置100可包括三个色彩专用的光调制器102。通过选择性地打开与特定像素106相对应的一个或多个色彩专用的光调制器102，显示装置100可生成图像104中的色彩像素106。在另一示例中，显示装置100包括每一像素106两个或更多个光调制器102以提供图像104中的灰度。对于图像，“像素”相应于图像分辨率所限定的最小图元。对于显示装置100的结构部件，术语“像素”是指用于调制形成图像的单个像素的光的经组合的机械和电气部件。

由于显示装置100不需要对投影应用而言是必要的成像光学器件，因此它是直视显示器。在投影显示中，在显示装置的表面上形成的图像被投影到屏幕或墙壁上。显示装置显著小于投影图像。在直视显示器中，用户通过直接查看显示装置看到图像，该显示装置包含光调制器以及任选的用于增强在显示器上看到的亮度和/或对比度的背光或正面光。

直视显示器可在透射、反射或透射反射模式中操作。在透射模式中，光调制器过滤或选择性地阻挡源自位于显示器后面的一盏或多盏灯的光。来自灯的光被任选地射入光导或“背光”，从而可均匀地照亮每一像素。通常将透射直视显示器构建到透明或玻璃基板上以便于夹层组件排列，其中包含光调制器的一个基板直接位于背光顶部。在反射模式中，在位于显示器后面的一盏或多盏灯关闭时，光调制器过滤或选择性地阻挡环境光。在透射反射模式中，光调制器过滤或选择性地阻挡源自位于显示器后面的一盏或多盏灯的光以及环境光两者。在特定实施例中，在透射反射模式中，可在不牺牲显示质量的情况下减小灯强度，因为环境光增加了图像的整体亮度。在一些情况下，在透射模式中调制一些环境光。如在本文中所使用的，如果大于光调制器所调制的全部光的30%且小于其100%为环境光，则显示装置操作模式应当考虑为透射反射。

每一光调制器102包括遮光器108和窗孔109。为了照亮图像104中的像素106，遮光器108被放置成允许光朝向观察者穿过窗孔109。为了使像素106保持不被照亮，遮光器108被放置成阻止光穿过窗孔109。窗孔109由穿过每一光调制器102中的反射或吸光材料图案化的开口限定。

显示装置还包括连接到基板和光调制器的用于控制遮光器的移动的控制矩阵。该控制矩阵包括一系列电互连（例如，互连110、112和114），这些电互连包括每行像素至少一个写使能互连110（也称为“扫描线互连”）、每列像素一个数据互连112、以及向显示装置100中的所有像素、或者至少向来自显示装置100中的多列多行的像素提供公共电压的一个公共互连114。响应于适当电压（“写使能电压V_we”）的施加，给定行像素的写使能互连110准备该行中的像素来接受新的遮光器移动指令。数据互连112传递数据电压脉冲形式的新移动指令。在一些实现中，施加到数据互连112的数据电压脉冲直接对遮光器的静电移动作出贡献。在其他实现中，数据电压脉冲控制开关（例如，晶体管、或者其他非线性电路元件），这些开关控制幅度通常高于数据电压的单独致动电压向光调制器102的施加。然后，这些致动电压的施加导致遮光器108的静电驱动的移动。

图1B是主设备（即，移动电话、PDA、MP3播放器等）的框图120。主设备包括显示装置128、主处理器122、环境传感器124、用户输入模块126、以及电源。

显示装置128包括多个扫描驱动器130（也称为“写使能电压源”）、多个数据驱动器132（也称为“数据电压源”）、控制器134、公共驱动器138、灯140-146、以及灯驱动器148。扫描驱动器130向扫描线互连110施加写使能电压。数据驱动器132向数据互连112施加数据电压。

在显示装置的一些实施例中，数据驱动器132被配置成向光调制器提供模拟数据电压，特别是在图像104的灰度以模拟方式得出的情况下。在模拟操作中，光调制器102被设计成在通过数据互连112施加一范围的中间电压时，这导致遮光器108中的一范围的中间打开状态、以及因此图像104中的一范围的中间照亮状态或灰度。在其他情况下，数据驱动器132被配置成只向数据互连112施加的2、3或4个数字电压电平的一缩减集合。这些电压电平被设计成以数字方式对每一遮光器108设置打开状态、关闭状态、或者其他分立状态。

扫描驱动器130和数据驱动器132连接到数字控制器电路134（也称为“控制器134”）。控制器将以按行和按图像帧分组的预定序列组织的数据以大致串行的方式发送到数据驱动器132。数据驱动器132可包括串行到并行数据转换器、电平移动、以及用于一些应用的数字到模拟电压转换器。

显示装置100任选地包括一组公共驱动器138，也称为公共电压源。在一些实施例中，公共驱动器138向光调制器阵列内的所有光调制器提供DC公共电位，举例而言，通过向一系列公共互连114供应电压完成此举。在其他实施例中，公共驱动器138跟随来自控制器134的命令向光调制器阵列发出电压脉冲或信号，举例而言，能够驱动和/或发起该阵列的多行多列中的所有光调制器的同时致动的全局致动脉冲。

用于不同显示功能的所有驱动器（例如，扫描驱动器130、数据驱动器132、以及公共驱动器138）通过控制器134来加以时间同步。来自控制器的时序命令协调经由灯驱动器148对红色、绿色和蓝色、以及白色灯（分别为140、142、144和146）的照亮、像素阵列内的特定行的写使能和排序、来自数据驱动器132的电压输出、以及提供光调制器致动的电压输出。

控制器134确定通过其每一遮光器108可重置至适合新图像104的照度级的排序或寻址方案。合适的寻址、图像形成、以及灰度技术的细节可在美国专利申请公开No.US200760250325A1和US20015005969A1中找到，这些专利申请通过引用结合于此。新图像104可以周期性的间隔设置。举例而言，对于视频显示器，彩色图像104或各帧视频以范围为从10到300赫兹的频率刷新。在一些实施例中，将图像帧对该阵列的设置与灯140、142、144和146的照亮同步，从而交替的图像帧用诸如红色、绿色和蓝色之类的一系列交替的色彩来照亮。每一对应色彩的图像帧被称为色彩子帧。在被称为场序色彩法的该方法中，如果色彩子帧以超过20Hz的频率交替，则人脑将把交替的帧图像平均化为对具有一宽泛和连续范围的色彩的图像的感知。在替换实现中，可在显示装置100中采用具有原色的四个或更多个灯，这些灯采用除红色、绿色和蓝色以外的原色。

在一些实现中，其中显示装置100被设计成使遮光器108在打开和关闭状态之间数字切换，控制器134通过如先前所描述的时分灰度的方法来形成图像。在其他实现中，显示装置100可通过每一像素使用多个遮光器108来提供灰度。

在一些实现中，通过各行（这也称为扫描线）的顺序寻址，图像状态104的数据被控制器134加载到调制器阵列。对于序列中的每一行或扫描线，扫描驱动器130向该阵列的该行的写使能互连110施加写使能电压，并且随后数据驱动器132向所选行中的每一列供应与期望遮光器状态相对应的数据电压。该过程重复，直至针对该阵列中的所有行都加载了数据。在一些实现中，用于数据加载的所选行的序列是线性的，从该阵列的顶部向底部行进。在其他实现中，为了使视觉伪影最小化，所选行的序列是伪随机的。同样，在其他实现中，排序按块来组织，其中对于一个块，仅图像状态104的特定一小部分（fraction）的数据（举例而言，通过依序只对该阵列的每隔五行寻址）被加载到该阵列。

在一些实现中，用于将图像数据加载到该阵列的过程在时间上与致动遮光器108的过程分开。在这些实现中，调制器阵列可包括该阵列中的每一像素的数据存储元件，并且该控制矩阵可包括全局致动互连，其用于携载来自公共驱动器138的触发信号，从而根据存储在存储元件中的数据发起遮光器108的同时致动。各种寻址序列可借助于控制器134来协调，许多寻址序列在美国专利申请11/643,042中进行了描述。

在替换实施例中，像素阵列、以及控制像素的控制矩阵可排列成除长方形的行和列以外的配置。例如，像素可排列成六边形阵列或曲线形的行和列。一般而言，如本文中所使用的，术语扫描线应当指共享写使能互连的任意多个像素。

主处理器122一般控制主机的操作。例如，主处理器可以是用于控制便携式电子设备的通用或专用处理器。对于包括在主设备120内的显示装置128，主处理器输出图像数据以及关于主机的附加数据。这些信息可包括：来自环境传感器的数据，诸如环境光或温度；关于主机的信息，包括例如主机的操作模式或保留在主机的电源中的电量；关于图像数据的内容的信息；关于图像数据的类型的信息；和/或显示装置在选择成像模式中使用的指令。

用户输入模块126直接或者经由主处理器122将用户的个人偏好传达给控制器134。在一个实施例中，用户输入模块由软件控制，其中用户对诸如“更深的色彩”、“更好的对比度”、“更低的功率”、“增加的亮度”、“运动”、“实景真人”、或“动画”之类的个人偏好编程。在另一实施例中，使用诸如开关或拨盘之类的硬件将这些偏好输入到主机。对控制器134的多个数据输入引导控制器向各个驱动器130、132、138和148提供与最佳成像特性相对应的数据。

可包括环境传感器模块124作为主设备的一部分。环境传感器模块接收关于周围环境的数据，诸如温度或者环境照明条件。可对传感器模块124编程以区分该设备是在室内或办公室环境中、在明亮日光的室外环境中、还是在夜晚的室外环境中操作。传感器模块将该信息传递到显示控制器134，从而响应于周围环境，该控制器可优化观察条件和/或显示模式。

图2A是根据本发明的说明性实施例的适于结合到图1A的基于MEMS的直视显示装置100中的说明性的基于遮光器的光调制器200的立体图。光调制器200包括耦合到致动器204的遮光器202。致动器204由两个单独的顺应电极梁致动器205（“致动器205”）构成，如2005年10月14日提交的美国专利No.7,271,945中所描述的。遮光器202在一侧耦合到致动器205。在基本平行于表面203的运动面上，致动器205在表面203上方横向地移动遮光器202。遮光器202的相对一侧耦合到弹簧207，该弹簧提供与致动器204所施加的力相反的回复力。

每一致动器205包括将遮光器202连接到承载锚208的顺应承载梁206。承载锚208与顺应承载梁206一起用作机械支承件，从而使遮光器202邻近表面203悬挂。该表面包括用于允许光穿过的一个或多个孔洞211。承载锚208将顺应承载梁206和遮光器202物理连接到表面203，并且将承载梁206电连接到偏压（在一些实例中为地）。

如果基板是不透明的（诸如硅），则通过穿过基板204蚀刻孔阵列在该基板中形成孔洞211。如果基板204是透明的（诸如玻璃或塑料），则处理序列的第一步骤涉及将挡光层沉积到该基板上、以及将该挡光层蚀刻成孔阵列211。一般地，孔洞211可以是圆形、椭圆形、多边形、蛇形、或者不规则形状。

每一致动器205还包括与每一承载梁206相邻放置的顺应驱动梁216。驱动梁216在一端耦合到在驱动梁216之间共享的驱动梁锚218。每一驱动梁216的另一端自由移动。每一驱动梁216弯曲成使其在驱动梁216的自由端和承载梁206的锚定端附近离承载梁206最近。

在操作中，结合有光调制器200的显示装置经由驱动梁锚218向驱动梁216施加一电位。可向承载梁206施加第二电位。驱动梁216和承载梁206之间的所得电位差将驱动梁216的自由端拉向承载梁206的锚定端，并且将承载梁206的遮光器端拉向驱动梁216的锚定端，由此朝向驱动锚218横向地驱动遮光器202。顺应构件206用作弹簧，从而在去除梁206和216两端的电压时，承载梁206将遮光器202推压回其初始位置，以释放存储在承载梁206中的应力。

诸如光调制器200之类的光调制器结合诸如弹簧之类的被动回复力，从而在已去除电压之后使遮光器返回其静止位置。如在美国专利No.7,271,945和专利申请公开No.US2006-0250325A1中所描述的其他遮光器组件结合两组“打开”和“关闭”的遮光器以及一组单独的“打开”和“关闭”的电极以将遮光器移动到打开或关闭状态。

美国专利No.7,271,945和申请公开No.US2006-0250325已描述了遮光器和窗孔的阵列可经由控制矩阵控制来产生图像、在许多情况下产生具有适当灰度的活动图像的各种方法。在一些情况下，控制借助于连接到显示器周边上的驱动电路的行和列互连的无源矩阵阵列来完成。在其他情况下，在该阵列（所谓的有源矩阵）的每一像素内包括开关和/或数据存储元件以提高显示器的速度、灰度、和/或功率耗散性能是适当的。

本文中所描述的控制矩阵不限于控制诸如以上所述的光调制器之类的基于遮光器的MEMS光调制器。图2B是适于包括在本发明的各个实施例中的说明性的非基于遮光器的光调制器的截面图。具体地，图2B是基于电润湿的光调制阵列270的截面图。光调制阵列270包括在光学腔274上形成的多个基于电润湿的光调制器单元272a-272B（统称为“单元272”）。光调制阵列270还包括与单元272相对应的一组滤色片276。

每一单元272包括一层水（或其他透明导电或极性流体）278、一层吸光油280、透明电极282（由例如氧化铟锡制成）、以及位于该层吸光油280和透明电极282之间的绝缘层284。这些单元的说明性实现在2005年5月19日公布且题为“显示设备（Display Device）”的美国专利申请公开No.2005/0104804中进一步描述。在本文中所描述的实施例中，电极占据单元272的背面的一部分。

单元272的背面的其他部分由形成光学腔274的正面的反射窗孔层286构成。反射窗孔层268由诸如反射金属之类的反射材料、或者形成介电镜的薄膜叠层构成。对于每一单元272，在反射窗孔层286中形成窗孔以允许光穿过。该单元的电极282沉积在窗孔中并沉积在形成反射窗孔层286的材料上，该电极282和反射窗孔层286被另一介电层分开。

光学腔274的其余部分包括邻近反射窗孔层286放置的光导288、以及与反射窗孔层286相对的光导288一侧的第二反射层290。在邻近第二反射层的光导的背面形成一系列光重定向器291。光重定向器291可以是漫射或镜面反射体。多个光源292之一将光294射入光导288。

在替换实现中，附加透明基板位于光导290和光调制阵列270之间。在该实现中，反射窗孔层286在附加透明基板上而不是在光导290的表面上形成。

在操作中，向单元（例如，单元272b或272c）的电极282施加电压使得该单元中的吸光油280在单元272的一部分中收集。由此，吸光油280不再阻止光通过在反射窗孔层286中形成的窗孔（参见例如单元272b和272c）。然后，在该窗孔处逃逸出背光的光能够通过该单元以及通过该组滤色片276中的相应滤色（例如，红色、绿色或蓝色）片逃逸以形成图像中的色彩像素。当电极282接地时，吸光油280覆盖反射窗孔层286中的窗孔，从而吸收试图穿过该窗孔的任何光294。

相对于形成图像，向单元272施加电压时油280在其下面收集的区域构成浪费的空间。不管是否施加电压，该区域都无法使光穿过，并且因此在不包括反射窗孔层286的反射部分的情况下可吸收否则可用于对形成图像作出贡献的光。然而，在包括反射窗孔层286的情况下，否则可能吸收的该光被反射回光导290，以使其将来通过不同的窗孔逃逸。基于电润湿的光调制阵列270不是适于由本文中所描述的控制矩阵控制的非基于遮光器的MEMS调制器的唯一示例。同样，其他形式的非基于遮光器的MEMS调制器可相似地由本文中所描述的各种控制矩阵之一控制而不脱离本发明的范围。

除了MEMS显示器以外，本发明还可利用场序液晶显示器，包括例如如图2C所示的在光学补偿弯曲（OCB）模式中操作的液晶显示器。OCB模式的LCD显示器与场序色彩法相耦合允许低功率和高分辨率显示。图2C的LCD由圆形偏振器230、双轴阻滞膜232、以及聚合盘状材料（PDM）234构成。双轴阻滞膜232包含具有双轴传输特性的透明表面电极。当在这些表面电极两端施加电压时，这些表面电极用来使PDM层的液晶分子在特定方向上取向。在信息显示学会技术文章摘录（2007年）的T.Ishinabe等人的“场序色彩LCD的高性能OCB模式”中更详细地描述了场序LCD的用途，该文章通过引用结合于此。图3A是根据本发明的说明性实施例的适于控制结合到图1A的基于MEMS的显示装置100中的光调制器的控制矩阵300的示意图。图3B是根据本发明的说明性实施例的连接到图3A的控制矩阵300的基于遮光器的光调制器的阵列320的立体图。控制矩阵300可对像素阵列320（“阵列320”）寻址。每一像素301包括由致动器303控制的弹性遮光器组件302，诸如图2A的遮光器组件200。每一像素还包括具有窗孔324的窗孔层322。诸如遮光器组件302之类的遮光器组件的其他电和机械描述、以及其变体可在美国专利申请No.11/251,035和11/326,696中找到。替换控制矩阵的描述还可在美国专利申请No.11/607,715中找到。

在基板304的表面上，控制矩阵300被制造为漫射或薄膜沉积的电路，在该表面上形成遮光器组件302。控制矩阵300包括控制矩阵300中的每一行像素301的扫描线互连306、以及控制矩阵300中的每一列像素301的数据互连308。每一扫描线互连306将写使能电压源307电连接到相应行像素301中的像素301。每一数据互连308将数据电压源（“Vd源”）309电连接到相应列像素301中的像素301。在控制矩阵300中，数据电压Vd提供致动遮光器组件302所必需的主要能量。由此，数据电压源309还用作致动电压源。

参考图3A和3B，对于像素阵列320中的每一像素301或每一遮光器组件302，控制矩阵300包括晶体管310和电容器312。每一晶体管310的栅极电连接到像素301所处的阵列320中的行的扫描线互连306。每一晶体管310的源极电连接到其相应的数据互连308。在特定实施例中，相同的数据互连308向透射和反射模式两者提供遮光器变换指令。每一遮光器组件302的致动器303包括两个电极。每一晶体管310的漏极与相应电容器312的一个电极、以及相应致动器303的电极之一并联电连接。电容器312的另一电极、以及遮光器组件302中的致动器303的另一电极连接到公共电位或地电位。在替换实现中，晶体管310可用半导体二极管、或金属-绝缘体-金属夹层型开关元件来替代。

在操作中，为了形成图像，控制矩阵300通过依次向每一扫描线互连306施加Vwe来按顺序写使能阵列320中的每一行。对于写使能行，向该行像素301的晶体管310的栅极施加Vwe允许电流流经穿过晶体管310的数据互连308，从而向遮光器组件302的致动器303施加电位。在该行被写使能时，选择性地向数据互连308施加数据电压Vd。在提供模拟灰度的实现中，施加到每一数据互连308的数据电压相关于位于写使能扫描线互连306和数据互连308的交点的像素301的期望亮度而变化。在提供数字控制方案的实现中，数据电压被选择为相对较低幅度的电压（即，接近于地电压的电压）、或者满足或超过Vat（致动阈值电压）。响应于向数据互连308施加Vat，相应遮光器组件302中的致动器303致动，从而打开该遮光器组件302中的遮光器。即使在控制矩阵300停止向一行施加Vwe之后，施加到数据互连308的电压也保持存储在像素301的电容器312中。因此，并不一定等待和保持一行上的电压Vwe长达足以使遮光器组件302致动的时间，这种致动可在已从该行去除写使能电压之后进行。电容器312还用作阵列320内的存储元件，用于存储致动指令长达照亮图像帧所需的时间段。

像素301、以及阵列320中的控制矩阵300在基板304上形成。该阵列包括设置在基板304上的窗孔层322，该窗孔层322包括针对阵列320中的对应像素301的一组窗孔324。窗孔324与每一像素中的遮光器组件302对准。在一个实现中，基板304由诸如玻璃或塑料之类的透明材料制成。在另一实现中，基板304由不透明材料制成，但是在该基板304中蚀刻洞以形成窗孔324。

与控制矩阵300同时地、或者在对同一基板的后续处理步骤中处理遮光器组件302的部件。与制造液晶显示器件的薄膜晶体管阵列一样，控制矩阵300中的电气部件使用许多薄膜技术来制造。可用技术在通过引用结合于此的DenBoer的有源矩阵液晶显示器（ActiveMatrix Liquid Crystal Displays）（Elsevier，Amsterdam，2005年）中进行了描述。遮光器组件使用与显微机械加工领域或来自微机械（即，MEMS）设备的制造领域类似的技术来制造。许多可应用薄膜MEMS技术在Rai-Choudhury编辑的微光刻、微加工和微制造手册（美国华盛顿州贝灵汉市SPIE光学工程出版社，1997年）中进行了描述。在玻璃基板上形成的MEMS光调制器专用的制造技术可在美国专利申请No.11/361,785和11/731,628中找到，这些专利申请通过引用结合于此。举例而言，如在这些申请中所描述的，遮光器组件302可由通过化学气相沉积工艺而沉积的非晶硅薄膜构成。

遮光器组件302连同遮光器303可以是双稳态的。即，遮光器可存在于至少两个平衡位置（例如，打开或关闭），从而使这些遮光器保持在任一位置需要很少的功率或者不需要功率。更具体地，遮光器组件302可以是机械双稳态的。一旦遮光器组件302的遮光器设置在适当的位置，维持该位置就不需要电能或保持电压。遮光器组件302的物理元件上的机械应力可使遮光器保持在适当的位置。

遮光器组件302连同遮光器303也可以是电双稳态的。在电双稳态的遮光器组件中，存在低于遮光器组件的致动电压的一电压范围，如果该致动电压施加到关闭的致动器（其中遮光器打开或关闭），则即使对遮光器施加反力，也使致动器保持关闭并使遮光器保持在适当的位置。反力可通过诸如基于遮光器的光调制器200中的弹簧207之类的弹簧来施加，或者反力可通过诸如“打开”或“关闭”的致动器之类的相对致动器来施加。

光调制器阵列320被示为每一像素具有单个MEMS光调制器。其他实施例是可能的，其中多个MEMS光调制器设置在每一像素中，由此提供每一像素中的多于仅二元“开”或“关”光学状态的可能性。特定形式的编码域分灰度是可能的，其中提供该像素中的多个MEMS光调制器，并且与每一光调制器相关联的窗孔324具有不相等的面积。

在其他实施例中，基于辊的光调制器220、光分接器250或基于电润湿的光调制阵列270、以及其他基于MEMS的光调制器可替代光调制器阵列320内的遮光器组件302。

图3B是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的光调制器阵列320的立体图。图3B还示出设置在背光330的顶部的光调制器阵列320。在一个实现中，背光330由透明材料（即，玻璃或塑料）制成，并且用作用于在整个显示平面上均匀地分布来自灯382、384和386的光的光导。当组装显示器380作为场序显示器时，灯382、384和386可分别是交替色彩的灯，例如红色、绿色和蓝色灯。

可在显示器中采用多个不同类型的灯382-386，包括但不限于白炽灯、荧光灯、激光器、或发光二极管（LED）。此外，直视显示器380的灯382-386可组合成包含多盏灯的单个组件。举例而言，红色、绿色和蓝色LED的组合可在小的半导体芯片中与白色LED组合、或者替代白色LED，或者组装成小的多灯封装。类似地，每一盏灯可表示四种色彩的LED的组件，举例而言，红色、黄色、绿色和蓝色LED的组合。

遮光器组件302用作光调制器。通过使用来自相关联控制矩阵的电信号，遮光器组件302可被设置成打开或关闭状态。只有打开的遮光器才允许来自光导330的光穿过到达观察者，由此在透射模式中形成直视图像。

在直视显示器380中，光调制器在背离光导330且朝向观察者的基板304的表面上形成。在其他实现中，可反转基板304以使光调制器在朝向光导的表面上形成。在这些实现中，有时优选将诸如窗孔层322之类的窗孔层直接形成到光导330的顶面。在其他实现中，将单独的玻璃片或塑料片（诸如包含窗孔层（诸如窗孔层322）以及相关联孔洞（诸如孔洞324）的单独的玻璃片或塑料片）插在光导和光调制器之间是有用的。优选遮光器组件302的平面和窗孔层322之间的间隔保持尽可能地紧密，优选小于10微米，在一些情况下紧密到1微米。对本发明有用的其他光学组件的描述可在2005年9月2日提交且题为“用于空间光调制的方法和装置（Methods and Apparatus for Spatial LightModulation）”的美国专利申请公开No.20060187528A1、以及2007年12月6日公布且题为“具有经改进的光学腔的显示装置（Display Apparatus withImproved Optical Cavities）”的美国专利申请公开No.US2007-0279727A1中找到。

在一些显示器中，通过照亮与不同色彩（例如，红色、绿色和蓝色）相对应的光调制器组来生成色彩像素。该组中的每一光调制器具有相应滤色片以实现期望色彩。然而，滤色片吸收大量的光，在一些情况下多达穿过滤色片的光的60%，由此限制了显示器的效率和亮度。另外，每一像素使用多个光调制器减少了可用于对显示图像作出贡献的显示器上空间的量，由此限制这种显示器的亮度和效率。

响应于观察到例如以大于20Hz的频率快速改变的图像，人脑对图像一起求平均以感知作为在相应周期内所显示图像的组合的图像。该现象可用于通过使用在本领域中称为场序色彩的技术来显示彩色图像，同时针对显示器的每一像素只使用单个光调制器。在显示器中使用场序色彩技术消除了对滤色片、以及每一像素多个光调制器的需要。在场序色彩使能的显示器中，将要显示的图像帧分成多幅子帧图像，每一子帧图像相应于原始图像帧的特定色彩分量（例如，红色、绿色或蓝色）。对于每一子帧图像，显示器的光调制器被设置成与色彩分量对图像的贡献相对应的状态。然后，光调制器通过相应色彩的灯来照亮。子图像按顺序以大脑足以将一系列子帧图像感知为单个图像的频率（例如，大于60Hz）来显示。用于生成子帧的数据通常碎裂在各个存储器部件中。例如，在一些显示器中，显示器的给定行的数据保持在该行专用的移位寄存器中。根据固定的时钟周期，图像数据移入每一移位寄存器并从每一移位寄存器移出到显示器的该行中的相应列中的光调制器。用于控制显示器的电路的其他实现在2007年4月19日公布且题为“用于控制器显示装置的电路（Circuits forControlling Display Apparatus）”的美国专利公开NO.US 2007-0086078A1中进行了描述。

图4A是与用于使用场序色彩来显示图像的显示过程相对应的时序图，该显示过程可根据本发明的说明性实施例通过如以上附图所描述的MEMS直视显示器来实现。在此所包括的时序图（包括图4B、4C、4D和4E的时序图）遵循以下约定。这些时序图的上部示出光调制器寻址事件。下部示出灯照亮事件。

寻址部分通过按时间间隔开的对角线来示出寻址事件。每一条对角线相应于一系列单个数据加载事件，在这些数据加载事件期间数据被加载到光调制器阵列的每一行中，一次加载一行。取决于用于寻址和驱动显示器中所包括的调制器的控制矩阵，每一加载事件可能需要允许给定行中的光调制器致动的等待周期。在一些实现中，在致动任何光调制器之前，对光调制器阵列中的所有行寻址。在将数据加载到光调制器阵列的最后一行完成之后，基本同时地致动所有光调制器。

灯照亮事件通过与显示器中所包括的灯的每一种色彩相对应的脉冲串示出。每一脉冲指示相应色彩的灯被点亮，由此显示在紧邻的前一寻址事件中加载到光调制器阵列中的子帧图像。

在给定图像帧的显示中的第一寻址事件开始的时刻在每一时序图上被标记为AT0。在大多数时序图中，该时刻落在检测到电压脉冲Vsync（V_同步）之后不久，其在显示器接收到的每一视频帧开始之前。每一后续寻址事件发生的时刻被标记为AT1、AT2、…、AT(n-1)，其中n是用于显示图像帧的子帧图像的数量。在一些时序图中，对角线还被标记为指示正被加载到光调制器阵列中的数据。例如，在图4A的时序图中，D0表示针对一帧加载到光调制器阵列中的第一数据，而D(n-1)表示针对该帧加载到光调制器阵列中的最后数据。在图4B-4D的时序图中，在每一寻址事件期间加载的数据对应于位平面。

位平面是标识光调制器阵列的多行和多列中的调制器的期望遮光器状态的相干数据集。此外，每一位平面对应于根据二元编码方案导出的一系列子帧图像之一。即，根据二元级数1、2、4、8、16等，对图像帧的色彩分量的每一子帧图像加权。具有最低权重的位平面被称为最低有效位平面且标记为时序图，并且在本文中相应色彩分量的第一个字母之后加数字0来引用。对于色彩分量的每一下一最高有效位平面，色彩分量的第一个字母之后的数字加1。例如，对于每一色彩分成四个位平面的图像帧，最低有效红色位平面被标记且称为R0位平面。下一最高有效红色位平面被标记且称为R1，而最高有效红色位平面被标记且称为R3。

灯相关的事件被标记为LT0、LT1、LT2…LT(n-1)。取决于时序图，标记在该时序图中的灯相关事件的时刻表示点亮灯的时刻、或者熄灭灯的时刻。可通过将灯在时间上的位置与特定时序图的照亮部分中的脉冲串进行比较来确定特定时序图中的灯时刻的含义。具体地，再参看图4A的时序图，为了根据该时序图显示图像帧，单个子帧图像用于显示图像帧的三种色彩分量中的每一种。首先，从时刻AT0开始，将指示红色子帧图像所期望的调制器状态的数据D0加载到光调制器阵列中。在完成寻址之后，在时刻LT0点亮红色灯，由此显示红色子帧图像。在时刻AT1，将指示与绿色子帧图像相对应的调制器状态的数据D1加载到光调制器阵列中。在时刻LT1，点亮绿色灯。最后，在时刻AT2和LT2，将指示与蓝色子帧图像相对应的调制器状态的数据D2分别加载到光调制器阵列和蓝色灯中。然后，该过程针对要显示的后续图像帧重复。

根据图4A的时序图形成图像的显示器可实现的灰度级取决于可如何精细地控制每一光调制器的状态。例如，如果光调制器本质上是二元的（即，它们只能开或关），则显示器将限于生成八种不同的色彩。对于这种显示器，可通过提供可驱动到附加中间状态中的光调制器来增加灰度级。在与图4A的场序技术相关的一些实现中，可设置呈现对所施加电压作出模拟响应的MEMS光调制器。可在这种显示器中实现的灰度级数量只受结合数据电压源供应的数模转换器的分辨率限制。

替换地，如果用于显示每一子帧图像的时间段分成多个时间段（每一时间段具有它自己的相应子帧图像），则可生成更精细的灰度。例如，在二元光调制器的情况下，每一色彩分量形成相等长度和光强度的两个子帧图像的显示器可生成二十七种而非八种不同的色彩。将图像帧的每一色彩分量分成多幅子帧图像的灰度技术被统称为时分灰度技术。

将照度值限定为照射周期（或脉冲宽度）与该照射的强度的乘积（或积分）是有用的。对于用于照亮位平面的输出序列中所分配的给定时间间隔，存在用于控制灯以实现任何所需照度值的大量替换方法。在图4B中比较适合本发明的灯的三种此类替换脉冲轮廓。在图4B中，时间标志1482和1484确定灯脉冲必须在其内表达其照度值的时间限值。在用于驱动基于MEMS的显示器的全局致动方案中，时间标志1482可表示一个全局致动循环的结束，其中针对先前加载的位平面设置调制器状态，而时间标志1484可表示后续全局致动循环的开始以设置适合后续位平面的调制器状态。对于具有较低有效性的位平面，标记1482和1484之间的时间间隔可受到将数据子集（例如，位平面）加载到调制器阵列中所需的时间的约束。在这些情况下，假设根据分配给具有较高有效性的位的脉冲宽度简单地按比例绘制，可用时间间隔实质上比照亮位平面所需的时间长。

灯脉冲1486是适于表达特定照度值的脉冲。脉冲宽度1486完全填充在标志1482和1484之间可用的时间。然而，调节灯脉冲1486的强度或振幅以实现所需照度值。根据灯脉冲1486的振幅调制方案是有用的，特别是在灯的效率不是线性的情况下，并且可通过减小灯所需的峰值强度来改进功效。

灯脉冲1488是适于表达与在灯脉冲1486中相同的照度值的脉冲。借助于脉冲宽度调制而非振幅调制来表达脉冲1488的照度值。对于许多位平面，适当的脉冲宽度将小于如通过对位平面寻址确定的可用时间。

一系列灯脉冲1490表示表达与灯脉冲1486中相同的照度值的另一方法。一系列脉冲可通过控制多个脉冲的脉冲宽度和频率两者来表达照度值。照度值可被认为是脉冲振幅、标志1482和1484之间的可用时间段、以及脉冲占空比的乘积。

可对灯驱动电路编程以产生以上替换灯脉冲1486、1488或1490中的任一个。例如，可对灯驱动电路编程以接受来自时序控制模块724的灯强度的编码字，并且构建适合强度的脉冲序列。作为脉冲振幅或脉冲占空比的函数，该强度可变化。

图4C示出用于通过使用呈二元时分灰度的一系列子帧图像来形成图像的由控制器134所采用的时序序列的示例。控制器134负责协调定时序列中的多个操作（在图4C中，时间从左到右地变化）。控制器134确定子帧数据集的数据元素何时从帧缓冲器传送出来并传送到数据驱动器132中。控制器134还发送触发信号以借助于扫描驱动器130实现对该阵列中的行的扫描，由此实现数据从数据驱动器132向该阵列的像素中的加载。控制器134还支配灯驱动器148的操作以实现灯140、142和144的照亮。控制器134还将触发信号发送到公共驱动器138，该公共驱动器138在该阵列的多行和多列中基本同时地实现诸如遮光器的全局致动之类的功能。

在图4C所示的显示过程中形成图像的过程包括对于每一子帧图像首先将子帧数据集从帧缓冲器卸载出来并加载到该阵列中。子帧数据集包括关于该阵列的多行和多列中的调制器的期望状态（例如，打开或关闭）的信息。对于二元时分灰度，单独的子帧数据集被传输到针对灰度的二元编码字中的每一色彩内的每一位级的阵列。对于二元编码的情况，子帧数据集被称为位平面。（除二元编码以外所使用的编码时分方案在美国专利申请公开No.US 20015005969A1中进行了描述）图4C的显示过程是指将四个位平面数据集加载到三种色彩（红色、绿色和蓝色）中的每一种中。这些数据集被标记为针对红色的R0、R1、R2和R4，针对绿色的G0-G3，以及针对蓝色的B0-B3。为了简化说明起见，在图4C的显示过程中只示出每一色彩四个位级，但是应当理解，每一色彩采用6、7、8或10位级的替换图像形成序列是可能的。

图4C的显示过程涉及一系列寻址时刻AT0、AT1、AT2等。这些时刻表示用于将特定位平面加载到该阵列中的开始时刻或触发时刻。第一寻址时刻AT0与V_同步一致，V_同步是通常用于指示图像帧的开始的触发信号。图4C的显示过程还涉及与位平面的加载一致的一系列灯照射时刻LT0、LT1、LT2。这些灯触发指示熄灭来自灯140、142、144之一的照亮的时刻。红色、绿色和蓝色灯中的每一个的照射脉冲时间段和振幅沿着图4C的底部示出，并且沿着分开的线用字母“R”、“G”和“B”标记。

在触发点AT0，第一位平面R3的加载开始。在触发点AT1，第二位平面R2的加载开始。每一位平面的加载需要相当多的时间。举例而言，在该图示中，位平面R2的寻址序列在AT1开始并在点LT0结束。每一位平面的寻址或数据加载操作被示为图4C的时序图中的对角线。对角线表示其中位平面信息的各行从帧缓冲器一次一个地传送出来并传送到数据驱动器132中，并且从那里传送到该阵列中的顺序操作。数据加载到每一行或每一扫描线中需要从1微秒到100微秒的任一时间。取决于该阵列中的行的数量，多个行完整地传送到该阵列中或者数据的完整位平面传送到该阵列中可花费从100微秒到5毫秒的任一时间。

在图4C的显示过程中，用于将图像数据加载到该阵列的过程在时间上与移动或致动遮光器108的过程分开。对于该实现，调制器阵列包括该阵列中的每一像素的数据存储器元件（诸如存储电容器），并且数据加载的过程只涉及将数据（即，开-关或打开-关闭指令）存储在存储器元件中。直到全局致动信号由公共驱动器138之一生成，遮光器108才移动。直至已将所有数据加载到该阵列，全局致动信号才由控制器134发送。在指定时刻，全局致动信号使得指定移动或改变状态的所有遮光器基本同时地移动。在位平面加载序列结束和相应灯照亮之间指示有小的时间间隙。这是全局致动遮光器所需的时间。例如，在触发点LT2和AT4之间示出全局致动时间。优选在全局致动时间段期间熄灭所有灯，以使图像不与只部分地关闭或打开的遮光器的照亮混淆。取决于该阵列中的遮光器的设计和结构，全局致动诸如遮光器组件320中的遮光器所需的时间量可花费从10微秒到500微秒的任一时间。

对于图4C的显示过程的示例，对序列控制器编程从而在加载每一位平面之后只点亮多盏灯之一，其中这种照亮在将最后一条扫描线的数据加载到该阵列中之后延迟与全局致动时间相等的时间量。注意，加载与后续位平面相对应的数据可在灯保持开时开始和进行，因为将数据加载到该阵列的存储器元件中不即时地影响遮光器的位置。

通过在图4C的底部的“R”线中指示的来自红色灯140的不同照射脉冲来照亮子帧图像（例如，与位平面R3、R2、R1和R0相关联的那些子帧图像）中的每一幅。类似地，通过在图4C的底部的“G”线中指示的来自绿色灯142的不同照射脉冲来照亮与位平面G3、G2、G1和G0相关联的子帧图像中的每一幅。用于每一子帧图像的照度值（对于该示例为照射周期的长度）在振幅上通过二元级数8、4、2、1来关联。照度值的该二元加权实现对以二元字编码的灰度的表达或显示，其中每一位平面包含只与二元字中的位值（place value）之一相对应的像素开-关数据。源于序列控制器160的命令不仅确保灯与数据加载的协调，而且确保与每一数据位平面相关联的正确的相对照射周期。

在图4C的显示过程中，在两个后续触发信号V_同步之间产生完整的图像帧。在图4C的显示过程中，完整的图像帧包括每一色彩照亮四个位平面。对于60Hz的帧速率，V_同步信号之间的时间为16.6毫秒。在该示例中，分配给照射最高有效位平面（R3、G3和B3）的时间各自可约为2.4毫秒。然后，按照比例，下一位平面R2、G2和B2的照射时间可以是1.2毫秒。最低有效位平面照射周期R0、G0和B0各自可以是300微秒。如果要提供更大的位分辨率或者每一色彩期望更多的位平面，则与最低有效位平面相对应的照射周期各自可需要甚至更短的时间段、基本上小于100微秒。

在对序列控制器160的开发或编程中，共同定位（co-locate）或存储支配对序列表中的灰度的表达的所有关键测序参数（有时称为序列表存储）是有用的。以下在表格1中列出表示所存储关键序列参数的表格的示例。对于每一子帧或“场”，序列表列出相对寻址时刻（例如，位平面的加载开始的AT0）、要在缓冲存储器159中找到的相关联位平面的存储位置（例如，位置M0、M1等）、多盏灯之一的标识代码（例如，R、G或B）、以及灯时刻（例如，在该示例中确定关闭灯的时刻的LT0）。

表格1：序列表1

共同定位参数在序列表中的存储以便于用于重新编程或更改显示过程中的事件的时序或序列的简便方法是有用的。举例而言，有可能重新排列色彩子场的次序，以使大多数红色子场之后紧接着绿色子场且使绿色子场之后紧接着蓝色子场。色彩子场的这种重新排列或散布增加在灯色彩之间切换照亮的标称频率，这减少了已知为色彩分离的感知成像伪影的影响。通过在存储于存储器中的多个不同的调度表之间切换、或者通过对调度表重新编程，还有可能在每一色彩需要更小量或更大量的位平面的过程之间切换－举例而言，通过在单个图像帧的时间内允许每一色彩照射八个位平面。还有可能容易地对时序序列重新编程以允许包括与诸如白色灯146之类的第四色彩LED相对应的子场。

通过将每一子帧图像与基于灯中的脉冲宽度或照射周期的不同照度值相关联，图4C的显示过程根据编码字建立灰度。替换方法可用于表达照度值。在一个替换方案中，分配给每一子帧图像的照射周期保持恒定，并且根据二元比率1、2、4、8等，来自灯的照射的振幅或强度在子帧图像之间变化。对于该实现，改变序列表的格式以对每一子场分配唯一的灯强度而非唯一的时序信号。在显示过程的其他实施例中，来自灯的脉冲持续时间和脉冲振幅的变化两者被采用并且在序列表中指定以建立子帧图像之间的灰度差异。用于使用时序控制器表达时域灰度的这些以及其他替换方法在2007年9月6日公布的美国专利申请公开No.US 20070205969A1中进行了描述，该专利申请通过引用结合于此。

图4D是利用表格6（在下文中）列出的参数的时序图。图4D的时序图对应于其中通过针对图像帧的每一色彩分量显示四幅子帧图像来显示图像帧的编码时分灰度寻址过程。所显示的给定色彩的每一子帧图像以与先前子帧图像相同的强度显示长达先前子帧图像的时间段的一半，由此实现子帧图像的二元加权方案。图4D的时序图包括与除红色、绿色和蓝色以外的白色相对应的子帧图像，这些子帧图像使用白色灯来照亮。添加白色灯允许显示器显示更亮的图像，或者在维持相同亮度级时以更低功率级操作它的灯。由于照射和功耗不是线性相关的，因此更低照度级操作模式在提供等效图像亮度时消耗更少的能量。另外，白色灯通常更加有效，即它们消耗比其他色彩的灯少的功率以实现相同的亮度。

更具体地，在检测到V_同步脉冲之后，图4D的时序图中的图像帧的显示开始。如在该时序图上以及在表格6的调度表中所指示的，在时刻AT0开始的寻址事件中，在存储位置M0开始存储的位平面R3被加载到光调制器阵列150中。一旦控制器134将位平面的最后一行数据输出到光调制器阵列150，控制器134就输出全局致动命令。在等待致动时间之后，控制器使红色灯被点亮。由于所有子帧图像的致动时间都是恒定的，因此无需将相应时间值存储在调度表存储中来确定该时间。在时刻AT4，控制器134开始加载第一绿色位平面G3，其根据该调度表在存储位置M4开始存储。在时刻AT8，控制器134开始加载的第一蓝色位平面B3，其根据该调度表在存储位置M8开始存储。在时刻AT12，控制器134开始加载第一白色位平面W3，其根据该调度表在存储位置M12开始存储。在完成与第一白色位平面W3相对应的寻址之后且在等待致动时间之后，控制器使白色灯被第一次照亮。

由于所有位平面照射的时间段比将位平面加载到光调制器阵列150中花费的时间长，因此在完成与后续子帧图像相对应的寻址事件之后控制器134熄灭照亮子帧图像的灯。例如，LT0被设为出现在AT0之后的时刻，其与完成加载位平面R2一致。LT1被设为出现在AT1之后的时刻，其与完成加载位平面R1一致。

该时序图中的V_同步脉冲之间的时间段由码元FT指示，其指示帧时间。在一些实现中，寻址时刻AT0、AT1等、以及灯时刻LT0、LT1等被设计成在16.6毫秒的帧时间FT内（即，根据60Hz的帧速率）针对四种色彩中的每一种色彩完成四幅子帧图像。在其他实现中，可更改存储在调度表存储中的时间值，从而在33.3毫秒的帧时间FT内（即，根据30Hz的帧速率）每一色彩完成四幅子帧图像。在其他实现中，可采用低至24Hz的帧速率，或者可采用超过100Hz的帧速率。

表格6：调度表6

使用白色灯可改进显示器的效率。在子帧图像中使用四种不同色彩需要改变输入处理模块中的数据处理。代替导出三种不同色彩中的每一种的位平面，根据图4D的时序图的显示过程需要存储与四种不同色彩中的每一种相对应的位平面。因此，输入处理模块可在将数据结构转换成位平面之前将针对三色空间中的色彩编码的引入像素数据转换成适合四色空间的色彩坐标。

除了在图4D的时序图中示出的红色、绿色、蓝色和白色的灯的组合以外，扩展可实现色彩的空间或色域（gamut）的其他灯组合是可能的。有用的四色灯的组合是红色、蓝色、纯绿色（约520nm）、加鹦鹉绿（约550nm）。扩展色域的另一五色组合是红色、绿色、蓝色、青色和黄色。公知YIQ色彩空间的五色类似物（analogue）可用白色、橙色、蓝色、紫色和绿色的灯建立。公知YUV色彩空间的五色类似物可用白色、蓝色、黄色、红色和青色的灯建立。

其他灯组合是可能的。举例而言，有用的六色空间可用红色、绿色、蓝色、青色、品红色和黄色的灯建立。六色空间还可用色彩白色、青色、品红色、黄色、橙色和绿色建立。大量的其他四色和五色组合可从以上已列出的色彩导出。可从以上列出的色彩产生具有不同色彩的六、七、八或九盏灯的其他组合。通过使用具有位于以上列出的色彩之间的光谱的灯，可采用附加色彩。

图4E是利用表格7的调度表列出的参数的时序图。图4E的时序图与其中可同时照射不同色彩的灯的混合编码时分和强度灰度显示过程相对应。虽然通过所有色彩的灯来照射每一子帧图像，但是主要通过特定色彩的灯来照射该色彩的子帧图像。例如，在红色子帧图像的照射周期期间，以高于绿色灯和蓝色灯的强度照亮红色灯。由于亮度和功耗不是线性相关的，因此使用各自在更低照度级操作模式的多盏灯可能需要比使用在更高照度级的一盏灯实现相同亮度少的功率。

分别照射与最低有效位平面相对应的子帧图像达与先前子帧图像相同的时间，但是其强度是先前子帧图像的强度的一半。由此，照射与最低有效位平面相对应的子帧图像达长于或等于将位平面加载到该阵列中所需的时间段。

表格7：调度表7

更具体地，在检测到V_同步脉冲之后，图4E的时序图中的图像帧的显示开始。如在该时序图上以及在表格7的调度表中所指示的，在时刻AT0开始的寻址事件中，在存储位置M0开始存储的位平面R3被加载到光调制器阵列150中。一旦控制器134将位平面的最后一行数据输出到光调制器阵列150，控制器134就输出全局致动命令。在等待致动时间之后，控制器将红色、绿色和蓝色的灯以调度表7所指示的强度级（即，分别为RI0、GI0和BI0）照射。由于所有子帧图像的致动时间都是恒定的，因此无需将相应时间值存储在调度表存储中来确定该时间。在时刻AT1，控制器134开始将后续位平面R2加载到光调制器阵列150中，该后续位平面R2根据该调度表在存储位置M1开始存储。与位平面R2相对应的子帧图像以及后面的与位平面R1相对应的子帧图像各自以与如调度表7所指示的位平面R1相同的一组强度级照亮。相比之下，与在存储位置M3开始存储的最低有效位平面R0相对应的子帧图像以每一盏灯的强度级的一半照亮。即，强度级RI3、GI3和BI3分别等于强度级RI0、GI0和BI0的一半。该过程在时刻AT4继续开始，在该时刻显示其中绿色强度占主导的位平面。然后，在时刻AT8，控制器134开始加载其中蓝色强度占主导的位平面。

由于所有位平面照射的时间段比将位平面加载到光调制器阵列150中花费的时间长，因此在完成与后续子帧图像相对应的寻址事件之后控制器134熄灭照亮子帧图像的灯。例如，LT0被设为出现在AT0之后的时刻，其与完成加载位平面R2一致。LT1被设为出现在AT1之后的时刻，其与完成加载位平面R1一致。

图4E的时序图中的子帧图像内的彩色灯的混合可导致显示器中的功率效率的改进。在图像不包括高度饱和的色彩时，色彩混合可能特别有用。

显示面板

图5是根据本发明的说明性实施例的基于遮光器的空间光调制器500的截面图。基于遮光器的空间光调制器500包括光调制阵列502、光学腔504、以及光源506。另外，空间光调制器包括盖板508。如图5所示，光线514可在调制和发射给观察者之前源自光源506。同样，光线518可在调制和发射给观察者之前源自环境。

盖板508提供若干功能，这些功能包括保护光调制阵列502免遭机械和环境损害。盖板508可由诸如聚碳酸酯之类的薄透明塑料、或玻璃片构造而成。该盖板可涂敷和图案化有也称为黑底510的吸光材料。可将黑底沉积到盖板上，作为包含吸光颜料的厚膜的丙烯酸或乙烯树脂。任选地，可设置单独的层。

黑底510吸收相当部分或全部的入射环境光512。在特定实施例中（即，在反射和透射反射模式中），穿过黑底的环境光进入光腔并回收到用户处。环境光是源自空间光调制器500外部、源自观察者附近的光。如图5所示，光可源自光源506，并且在到达观察者之前由调制阵列502调制。在特定实施例中，光可源自环境，在空间光调制器500中回收，并且在到达观察者之前由调制阵列502调制。环境光可回收到显示器中的任何像素。在特定实施例中，黑底510可增加由空间光调制器500构成的图像的对比度。黑底510还可用来吸收逃出光学腔504的光，该光可以泄漏或时间连续的方式发出。

在一个实现中，例如丙烯酸或乙烯树脂形式的滤色片沉积在盖板508上。这些滤色片可以与用于形成黑底510类似的方式沉积，但是相反，这些滤色片在光学腔504的打开窗孔的透光区域516上图案化。树脂可交替地掺杂有红色、绿色、蓝色或其他颜料。

光调制阵列502和盖板508之间的间隔小于100微米，并且可小于或等于10微米。光调制阵列502和盖板508优选不接触（除了在一些情况下在预定点接触外），因为这可干扰光调制阵列502的操作。可借助于置于光调制器阵列502中的各个右调制器之间的光刻限定间隔物或柱状物使该间隔维持2至20微米高，或者可通过插在组合设备的边缘周围的片状金属间隔物来维持该间隔。

图6A是根据本发明的说明性实施例的遮光器组件1700的截面图。遮光器组件1700从位于遮光器组件1700后面的光源发出的光1701以及环境光1703两者形成图像。遮光器组件1700包括金属柱层1702、两个行电极1704a和1704b、光源1722、底部反射层1724、以及遮光器1706。遮光器组件1700包括穿过柱状金属层1702蚀刻的窗孔1708。尺寸为从约1到约5微米的柱状金属层1702的各部分保留在窗孔1708的表面上以用作透射反射元件1710。吸光膜1712覆盖遮光器1706的顶面。

当遮光器处于关闭位置时，吸光膜1712吸收入射到遮光器1706的顶面的环境光1703。当如图17所示遮光器1706处于打开位置时，遮光器组件1700有助于通过允许源自专用光源1722的光1701以及反射的环境光1703和1702两者穿过遮光器组件来形成图像。透射反射元件1710的小尺寸导致环境光1703的反射的有些随机的图案。在特定实施例中，环境光1720可从底部反射层1724反射，并且在发射出回到用户处之前在光学腔中回收。

遮光器组件1700用盖板1714覆盖，该盖板1714包括黑底1716。该黑底吸收光，由此基本上防止环境光1703反射回观察者，除非环境光1703从未被覆盖的窗孔1708或反射层1724反射。

图6B是根据本发明的说明性实施例的另一遮光器组件1800的截面图。遮光器组件1800包括金属柱层1802、两个行电极1804a和1806b、光源1822、底部反射层1824、以及遮光器1806。遮光器组件1800包括穿过柱状金属层1802蚀刻的窗孔1808。尺寸为从约5到约20微米的柱状金属层1802的至少一部分保留在窗孔1808的表面上以用作透射反射元件1810。吸光膜1812覆盖遮光器1806的顶面。当遮光器处于关闭位置时，吸光膜1812吸收入射到遮光器1806的顶面的环境光1803。当遮光器1806处于打开位置时，透射反射元件1810将撞击窗孔1808的环境光1803的一部分反射回观察者。在特定实施例中，底层1824将环境光1820的至少一部分反射回观察者。与透射反射元件1710相比，透射反射元件1810的更大尺寸产生更多的镜面反射模式，以使源自观察者后面的环境光基本上直接反射回观察者。

遮光器组件1800用盖板1814覆盖，该盖板1814包括黑底1816。该黑底吸收光，由此基本上防止环境光1803反射回观察者，除非环境光1803从未被覆盖的窗孔1808反射。

参考图6A和6B两者，即使在位于窗孔1708和1808中的透射反射元件1710和1810的情况下，环境光1703和1803的某部分穿过相应遮光器组件1700和1800的窗孔1708和1808。当如上所述遮光器组件1700和1800结合到具有光学腔和光源的空间光调制器中时，穿过窗孔1708和1808的环境光1703和1803进入光学腔，并且与该光源所导入的光一起回收。在一些实施例中，光学腔是反射光学腔。在替换遮光器组件中，柱状金属中的窗孔至少部分地用半反射半透射材料填充。

图6C是根据本发明的说明性实施例的遮光器组件1900的截面图。可在反射光调制阵列中使用遮光器组件1900。遮光器组件1900将环境光1902从后反射层1924反射给观察者。在特定实施例中，光1902可在发射给观察者之前在光学腔中回收。由此，在空间光调制器中使用遮光器组件1900的阵列允许控制器在处于反射模式中时使光源1922保持不被点亮。遮光器组件1900包括朝后的反射层1916。

在吸光膜1908中涂敷包括照射遮光器1904的至少正面的遮光器组件1900的最前面的层。由此，当遮光器1904关闭时，吸收入射到遮光器组件1900上的光1902。当遮光器1904打开时，入射到反射遮光器组件1900的光1902的至少一小部分从暴露的反射层1924反射回观察者。替换地，可用吸收膜来覆盖后反射层1924，并且在反射膜中覆盖遮光器1908的正面。以此方式，只有在遮光器关闭时，光才反射回观察者。

至于以上所述的其他遮光器组件和光调制器，遮光器组件1900可用施加有黑底1910的盖板1910覆盖。黑底1912覆盖不与遮光器的打开位置相对的盖板1910的各部分。

图6A-6C中的每一遮光器组件可在透射、反射或透射反射模式中操作。另外，如果包括图6A-6C所示的遮光器组件的显示装置包括如本文中所描述的适当控制器，则该显示装置可通过调节内部光源的强度等（包括在反射模式中通过在光调制期间将内部光源保持为关或不被点亮）而在一个或多个透射反射模式、透射模式、以及反射模式操作之间变换。

另外，参考图6A-6C描述的光调制器的示例可在其上构建有光调制器的基板后面构建有单独的光导，或者它们可构建在其中光调制器耦合到盖板的MEMS下配置中（例如，参见用于MEMS下配置的图7）。

在图6A-6C以及图7（在下文中描述）所示的遮光器组件的每一示例中，相同的光调制器调制源自环境的光和来自内部光源的光两者。因此，相同的数据互连可用于控制源自环境的光和从内部光源生成的光两者的调制。

包括用于回收光的光学腔的遮光器组件1700、1800和1900提供由反射光构成的高对比度的图像。在一些实施例中，可通过从显示组件中一起消除光源1722、1822和1922来提供低功率反射显示器。

图7是根据本发明的说明性实施例的包括光电传感器的显示组件700的截面图。显示组件700表征为光导716、反射窗孔层724、以及遮光器组件702集合，所有元件都构建到单独的基板上。在图7中，遮光器组件702被放置成它们直接面向反射窗孔层724。

在图7中，示出光电传感器定位的三个示例。光电传感器738构建到基板704上，直接面向反射窗孔层724。光电传感器742附连到组件支架734（在替换实施例中，光电传感器可置于基板704的正面，即面向观察者的一侧）。光电传感器742可在组件支架上定位于接近光导716的位置，并且它可在组件支架734上定位于显示器前面附近。光电传感器742可置于组件支架734的外表面上，在此情况下，它接收来自环境的强信号，但是有可能接收来自灯718的零信号。在特定实施例中，光电传感器742被定位成它接收来自环境和灯718两者的光。光电传感器744附连到光导716。在该位置中，光电传感器744接收来自灯718的强信号，并且仍然可间接测量来自环境的光。光电传感器744可直接模制在光导716的塑料材料内。环境光可在穿过处于打开位置的遮光器组件702以及穿过反射窗孔层724中的窗孔708之后到达光导716。然后，可在整个光导上分布环境光以使其在散射中心717和/或朝前的反射层720散射开之后入射到光电传感器744上。虽然对于附连到光导716的光电传感器而言环境光的信号强度将减小，但是这种传感器在测量来自环境的光强度的变化（诸如室内和室外之间、或者白天和夜晚照明水平的差异）时仍然可以是有效的。

在直接面向反射窗孔层724的基板704的一侧，图7中的光电传感器738直接构建到光调制器基板704上（在替换实施例中，光电传感器可置于基板704的正面，即，面向观察者的一侧）。光电传感器738可以是在基板704上焊接在适当位置的分立部件。光电传感器738可采用在基板704上沉积和图案化的薄膜互连，并且该光电传感器738可包括它自己的线束（wiring harness）。如果安装为分立部件，则光电传感器738可被封装成光可从两个方向（即，从源自光导176或环境的光的方向、或者从观察者的方向）进入传感器的有源区。替换地，光电传感器738可由使用类似于在遮光器组件702的情况下使用的工艺在基板704上同时形成的薄膜部件构成。在一个实现中，光电传感器738可由类似于用于在有源矩阵（即，在光调制器基板704上形成的控制矩阵）中采用的薄膜晶体管的结构构成，即它可由非晶硅或多晶硅构成。利用薄膜（诸如非晶硅）的合适的光电传感器在本领域中是已知的，例如在宽泛区域的x射线成像器中使用的光电传感器。

光电传感器738、842和744可以是宽带光电传感器（即，它们对可见光谱中的所有光是敏感的），或者它们可以是窄带的。举例而言，可通过将滤色片置于光电传感器前面来创建窄带传感器，以使其灵敏度只在光谱中的少数波长处（举例而言，在红色、绿色或蓝色波长处）出现峰值。在一个实现中，光电传感器738、742或744可表示一组三个或更多个光电传感器，每一传感器是调谐到适合灯178之一的光谱的波长的窄带传感器。另一窄带传感器可设置在一组传感器738、742或744内，其中挑选与指示一般环境照射的波长相对应的***，并且该***对来自灯718中的任一个的波长相对不太敏感，举例而言它可能对570nm附近的主要黄色照射是敏感的。在以下所述的优选实现中，只采用单个宽带传感器，并且采用来自场序显示器的时序信号来帮助传感器在源自各盏灯718的光和源自环境的光之间进行区分。

图7中的遮光器组件702包括在基板的平面上水平移动的遮光器750。在其他实施例中，遮光器可在与基板垂直的平面上旋转或移动。在其他实施例中，一对流体可设置在与可用作电润湿调制器的遮光器组件702相同的位置。在其他实施例中，代替遮光器组件702，可利用提供用于受控受抑的全内反射的机构的一系列光分接器。

遮光器组件702和反射窗孔层724之间的垂直距离小于约0.5mm。在替换实施例中，遮光器组件702和反射窗孔层724之间的距离大于0.5mm，但是仍然小于显示间距。显示间距被定义为像素之间的距离（从中心到中心测量），并且在许多情况下被建立为朝后的反射层724中的窗孔708之间的距离。当遮光器组件702和反射窗孔层724之间的距离小于显示间距时，穿过窗孔708的较大部分的光将被其相应遮光器组件702以及一个或多个光电传感器738、742、744截断。

显示组件700包括由一盏或多盏灯718照射的光导716。灯718可以是例如但不限于白炽灯、荧光灯、激光器、或发光二极管（LED）。在一个实施例中，灯718包括可交替地照射以实现场序色彩的各种色彩的LED（例如，红色LED、绿色LED、以及蓝色LED）。

除了红色、绿色和蓝色以外，彩色灯518的若干四色组合是可能的，举例而言红色、绿色、蓝色和白色的组合，或者红色、绿色、蓝色和黄色的组合。挑选一些灯组合以扩展可再现色彩的空间或色域。具有扩展色域的有用的四色灯的组合是红色、蓝色、纯绿色（约520nm）、以及鹦鹉绿（约550nm）。扩展色域的一个五色组合是红色、绿色、蓝色、青色和黄色。公知YIQ色彩空间的五色灯类似物可用白色、橙色、蓝色、紫色和绿色的灯建立。公知YUV色彩空间的五色灯的组合类似物可用白色、蓝色、黄色、红色和青色的灯建立。其他灯组合是可能的。举例而言，有用的六色空间可用红色、绿色、蓝色、青色、品红色和黄色的灯建立。替换组合是白色、青色、品红色、黄色、橙色和绿色。通过使用以上列出的色彩、或者采用其光谱位于以上列出的色彩之间的替换色彩，可使用高达八种或更多种不同色彩的灯的组合。

灯组件包括用于在预定范围的角内将来自灯的锥形光导入光导的光反射器或准直仪719。光导包括用于从光导且沿着显示器的垂直轴或z轴重新定向光的一组几何提取结构或偏转器717。偏转器717的密度随着离灯718的距离而变化。

显示组件700包括位于光导716后面的朝前的反射层720。在显示组件700中，将朝前的反射层720直接沉积到光导716的背面。在其他实现中，背面反射层720与光导分开一气隙。背面反射层720在与反射窗孔层724基本平行的平面上取向。

插在光导716和遮光器组件702之间的是孔板722。设置在孔板722的顶面的是反射窗孔或朝后的反射层724。反射层724限定多个表面窗孔708，每一表面窗孔直接位于遮光器组件702的遮光器750之一的关闭位置下方。

通过朝后的反射层724和朝前的反射层720之间的光的反射来形成光学腔。源自灯718的光可通过窗孔708从光学腔逃逸到遮光器组件702，该遮光器组件702受控制来选择性地使用遮光器750阻挡光以形成图像。未通过窗孔708逃逸的光被反射层724返回到光导716以供回收。在遮光器组件1700中的反射层1702和1724之间形成类似的反射光学腔。在遮光器组件1800中的反射层1802和1824之间形成类似的光学腔。在遮光器组件1900中的反射层1916和1924之间形成类似的光学腔。还可采用类似于在反射层720和724之间形成的光学腔，以与光学腔504一起使用。

插在光导716和遮光器组件702之间的是光学漫射膜732和棱镜膜754。两个膜有助于使包括环境光的光的方向随机化，该光在通过窗孔708之一发射之前在光学腔内回收。棱镜膜754是朝后的棱镜膜的示例。在替换实施例中，出于该目的，可采用朝前的棱镜膜、或者朝后和朝前的棱镜膜的组合。出于膜754的目的有用的棱镜膜有时被称为亮度增强膜或者光学调谐膜。

穿过窗孔708的光还可撞击一个或多个光电传感器738、742、744，出于维持图像和色彩质量的目的，这些光电传感器测量光的亮度或强度。出于调适灯照度级和/或遮光器调制的目的，光电传感器738、742、744还可被设置成检测通过光调制器基板704到达光电传感器的环境光。在一些实施例中，更亮的环境光需要显示装置700显示更亮的图像，并且因此需要将更大的驱动电流或电压施加到灯718。在一些实施例中，可在反射或透射反射模式中调制环境光以对图像的亮度作出贡献。在此情况下，可减小施加到灯718的驱动电流和电压以节约功率。

孔板722可由例如玻璃或塑料构成。为了形成朝后的反射层724，可将金属层或薄膜沉积到孔板722上。合适的高度反射的金属层包括没有或具有通过多种气相沉积技术（包括溅射、蒸镀、离子镀覆、激光切除、或化学气相沉积）形成的受限包含物的细粒度金属膜。对该反射应用有效的金属包括但不限于Al、Cr、Au、Ag、Cu、Ni、Ta、Ti、Nd、Nb、Si、Mo、和/或其合金。在沉积之后，可通过微制造领域中已知的多种光刻和蚀刻技术中的任一种来图案化金属层以限定窗孔708阵列。

在另一实现中，朝后的反射层724可由诸如介电镜之类的镜子构成。介电镜被制造为在高折射率和低折射率的材料之间交替的介电薄膜的叠层。从折射率改变的每一界面反射入射光的一部分。通过将介电层的厚度控制成波长的某固定比例或倍数以及通过添加来自多个平行介电界面（在一些情况下大于6）的反射，有可能产生反射率超过98%的净反射表面。还可采用包括与金属反射层组合的一个或多个介电层的混合反射体。

用于形成反射层724的以上所述的技术还可应用于形成反射层286、1702、1802或1916。

基板704构成显示组件700的正面。设置在基板704上的低反射率膜709限定位于遮光器组件702和基板704之间的多个表面窗孔730。为膜706挑选的材料被设计成使环境光的反射最小化并且因此增加显示器的对比度。在一些实施例中，膜706由诸如W或W-Ti合金之类的低反射率金属组成。在其他实施例中，膜706由吸光材料或者被设计成反射小于入射光的20%的介电膜叠层制成。此外，低反射率膜或薄膜序列在美国专利申请No.12/985,196中进行了描述，该专利申请通过引用结合于此。

附加光学膜可置于基板704的外表面上，即置于离观察者最近的表面上。举例而言，在该外表面上包括圆形偏振器或薄膜陷光滤光片（notch filter）（其允许灯718的波长中的光穿过）可进一步减少环境光的反射，而不以其他方式劣化显示器的辉度。

片状金属或模制塑料组件支架734将盖板722、遮光器组件702、基板704、光导716、以及其他部件部分一起保持在这些边缘周围。组件支架732用螺杆或锯齿状调整片（tab）紧固，从而为组合的显示组件700增加刚性。在一些实现中，光源718通过环氧灌注化合物而模制在适当的位置。

该组件支架包括邻近光导716的边缘或侧面放置的朝向侧面的反射膜736、以及孔板722。这些反射膜通过将从光导或孔板的侧面射出的任何光返回到光学腔中来减少光学腔中的光泄漏。光导的侧面和朝向侧面的反射膜之间的距离优选小于约0.5mm、更优选小于约0.1mm。

将来自诸如热传感器或光电传感器（例如，光电传感器738、742和744）之类的传感器的信息被传输到用于控制灯的照射和/或遮光器调制的控制器，由此实现闭环反馈或开环控制以维持图像质量（例如，通过改变所显示图像的亮度或者变更色彩的平衡来改进色彩质量）。

参考图7，除了所示的显示组件的示例以外，在特定实施例中，可将参考图6A和6B所描述的透射反射元件添加到图7中的窗孔以增加透射反射。

显示模式

图8是根据本发明的说明性实施例的在直视显示器中使用的控制器（诸如图1B的控制器134）的框图。控制器1000包括输入处理模块1003、存储器控制模块1004、帧缓冲器1005、时序控制模块1006、预设成像模式选择器1007、以及多个唯一的预设成像模式存储1009、1010、1011和1012，每一预设成像模式存储包含足以实现对应预设成像模式的数据。该控制器还包括响应于预设模式选择器的用于在各种预设成像模式之间切换的开关1008。在一些实现中，这些部件被设置为借助于电路板、电缆、或其他电互连连接在一起的不同芯片或电路。在其他实现中，这些部件中的若干部件可一起设计成单个半导体芯片以使其边界除按照功能以外几乎难以区分。

控制器1000接收来自外部源的图像信号1001、以及来自主设备120的主机控制数据1002，并且输出数据以及用于控制结合其中的显示器128的光调制器和灯的控制信号。

输入处理模块1003接收图像信号1001，并且将在其中编码的数据处理成适于经由光调制器阵列100显示的格式。输入处理模块1003对每一图像帧采取数据编码，并且将其转换成一系列子帧数据集。尽管在各个实施例中输入处理模块1003可将图像信号转换成非编码子帧数据集、三元编码子帧数据集、或其他形式的编码子帧数据集，但优选该输入处理模块将图像信号转换成位平面。另外，在以下参考图10进一步描述的一些实现中，内容提供者和/或主设备将附加信息编码成图像信号1001以影响控制器100对预设成像模式的选择。这种附加数据有时被称为元数据。在这些实现中，输入处理模块1003标识、提取该附加信息，并将其转发到预设成像模式选择器1007以供处理。

输入处理模块1003还将子帧数据集输出至存储器控制模块1004。然后，该存储器控制模块将子帧数据集存储在帧缓冲器1005中。帧缓冲器优选为随机存取存储器，但是可使用其他类型的串行存储器而不脱离本发明的范围。在一个实现中，存储器控制模块1004基于子帧数据集的编码方案中的色彩和有效性将子帧数据集存储在预定存储位置中。在其他实现中，存储器控制模块将子帧数据集存储在动态确定的存储位置中，并将该位置存储在查找表中以供后面标识。在一个特定实现中，帧缓冲器1005被配置用于位平面的存储。

在接收来自时序控制模块1006的指令之后，存储器控制模块1004还负责从帧缓冲器1005中检索子图像数据集并将其输出到数据驱动器132。数据驱动器将存储器控制模块输出的数据加载到光调制器阵列100的光调制器中。存储器控制模块一次一行地输出子图像数据集中的数据。在一个实现中，帧缓冲器包括其作用交替的两个缓冲器。当存储器控制模块将与新图像帧相对应的新生成的位平面存储在一个缓冲器中时，它提取与先前从另一缓冲器接收到的图像帧相对应的位平面以输出到光调制器阵列。只按照地址区分的两个缓冲存储器可驻留在同一电路内。

定义针对每一预设成像模式的显示模块的操作的数据被存储在预设成像模式存储1009、1010、1011和1012中。例如，可存储用于在透射模式、反射模式和透射反射模式之一中操作显示器的数据。具体地，在一个实现中，数据采取调度表的形式。如上所述，调度表包括指示将数据加载到光调制器中以及多盏灯都点亮和熄灭时的时刻的不同时序值。在特定实现中，预设成像模式存储1009-1012存储电压和/或电流振幅值以控制灯的亮度。总的来说，存储在每一预设成像模式存储中的信息提供了不同成像算法之间（举例而言，在环境光和/或内部灯所生成的光的调制、帧速率、灯亮度、白点的色彩温度、用于图像的位级、γ校正、分辨率、色域、可实现的灰度精度的各种性质方面、或者在显示色彩的饱和度方面不同的显示模式之间）的选择。因此，存储多个预设模式表提供了显示图像的方法中的灵活性、在它提供用于节约功率以供在便携式电子设备中使用的方法时是特别有利的灵活性。在一些实施例中，定义用于每一预设成像模式的显示模块的操作的数据例如由相应IC公司或消费者电子设备OEM集成到基带、介质或应用处理器中。

在在图8中未示出的另一实施例中，存储器（例如，随机存取存储器）用于一般地存储针对任何给定图像的每一色彩的水平。可收集该图像数据达预定量的图像帧或流逝的时间。直方图提供了图像中的数据分布的紧凑概括。该信息可被预设成像模式选择器1007用来选择预设成像模式。这允许控制器1000基于从先前图像导出的信息选择未来的成像模式。

图9是根据本发明的说明性实施例的适于直视显示器（诸如图8的控制器）使用的显示图像1100的过程的流程图。显示过程110开始于接收模式选择数据，即预设成像模式选择器1007用来选择操作模式的数据（步骤1102）。例如，在各个实施例中，模式选择数据包括但不限于以下类型数据中的一种或多种：内容类型标识符、主模式操作标识符、环境传感器输出数据、用户输入数据、主机指令数据、以及电源级数据。内容类型标识符标识所显示图像的类型。说明性图像类型包括文本、静止图像、视频、网页、计算机动画、或者生成图像的软件应用的标识符。主模式操作标识符标识主机的操作模式。这些模式（例如，透射模式、反射模式、透射反射模式）将基于其中结合有控制器的主设备的类型而变化。对于蜂窝电话，说明性操作模式包括电话模式、相机模式、待机模式、文本模式、web浏览模式、电子阅读器模式、文档编辑模式、以及视频模式。环境传感器数据包括来自传感器（诸如光电检测器和热传感器）的信号。例如，环境数据指示环境光以及温度的水平。用户输入数据包括主设备的用户所提供的指令。该数据可被编程为软件或者用硬件（例如，开关或拨盘）控制。主机指令数据可包括来自主设备的多个指令，诸如“关闭”或“打开”信号。电源级数据由主处理器传递，并且指示保留在主机的电源中的功率量。基于这些数据输入，预设成像模式选择器1007确定适当的预设成像模式（步骤1104）。另外，在存储于预设成像模式存储1009-1012中的预设成像模式之间作出选择。当预设成像模式之间的选择由预设成像模式选择器作出时，该选择可响应于要显示的图像的类型作出（举例而言，视频或静止图像与只要求有限数量的对比度水平的图像（诸如文本图像）相比需要更精细的灰度对比度水平）。可影响对成像模式的选择的另一因素可以是该设备的照明环境。例如，在室内或办公室环境中、或者显示器必须在明亮阳光的环境中完成的室外观察时，可偏好显示器的一个亮度。更亮的显示器更有可能可在直接阳光的环境中观察到，但是更亮的显示器消耗更大量的功率。预设模式选择器在环境光的基础上选择预设成像模式时可响应于其通过结合的光电检测器接收的信号作出该判定。例如，在高环境光的区域中，显示设备的控制器可变换到其中关闭内部灯且调制环境光以形成图像的反射模式。在一些实施例中，显示设备的控制器可变换到其中调制环境光和来自内部光源的光两者的透射反射模式。在一种透射反射模式中，在与透射模式相比时，光源的强度减小，因为环境光对总照度级作出贡献。在另一透射反射模式中，可增加光源的强度以提高色彩差异和/或对比度。在特定实施例中，内部光源包括与不同色彩相对应的至少第一和第二光源。在一些情形下，控制器测量所检测环境光的至少一种色彩分量，并且基于对所检测环境光的至少一种色彩分量的测量来调节第一和第二光源的至少一个的强度。例如，如果环境包括相对于其他色彩分量高百分比的蓝色光，则相对于其他色彩光源相应地调节显示组件中的蓝色光源的强度。在透射反射模式的一个实施例中，用于形成图像的光的30%或更多源自环境。在另一透射反射实施例中，用于形成图像的光的大于50%或60%源自环境。可影响对成像模式的选择的另一因素可以是向结合有显示器的设备供电的电池中的所存储能量的水平。随着电池接近其存储容量的极点，它优选切换到消耗更少功率的成像模式以延长电池寿命（例如，单色反射模式或者使用更少功率来点亮光源的透射反射模式）。

可借助于机械延迟来实现选择步骤1104，该选择步骤将时序控制模块1006内的基准变成四个预设图像模式存储1009-1012之一。替换地，可通过接收指示预设图像模式存储1009-1012之一的位置的地址代码来实现选择步骤1104。然后，时序控制模块1006利用如通过开关控制1008接收的选择地址来指示用于预设成像模式的存储器中的正确位置。

然后，过程1100继续至接收图像帧的数据（步骤1106）。该数据由输入处理模块1005借助于输入线1001接收。然后，该输入处理模块导出多个子帧数据集（举例而言，位平面）并将其存储在帧缓冲器1005中（步骤1008）。在一些实现中，所生成的位平面的数量取决于所选模式。另外，每一位平面的内容还可至少部分地基于所选模式。在存储子帧数据集之后，时序控制模块1006继续至在步骤1110以其准确的次序且根据存储在预设成像模式存储中的时序和强度值来显示每一子帧数据集。

过程1100本身基于判定框1112重复。例如，在一个实现中，控制器针对从主处理器接收到的图像帧执行过程1100。当该过程到达判定框1112时，来自主处理器的指令指示图像模式不需要改变。然后，在步骤1106，过程1100继续接收后续图像数据。在另一实现中，当该过程到达判定框1112时，来自主处理器的指令指示图像模式不需要变成不同的预设模式。然后，在步骤1102，过程1110再次通过接收新的预设成像模式选择数据开始。通过在步骤1110显示子帧数据集在步骤1106接收图像数据的序列可重复多次，其中要显示的每一图像帧由同一所选预设图像模式表支配。该过程可继续，直至在判定框1112接收到改变成像模式的指示。在替换实施例中，判定框1112可只在周期性的基础上（例如，每10帧、30帧、60帧、或90帧）执行。或者，在另一实施例中，该过程只在接收到源于输入处理模块1003或图像模式选择器1007中的一个或另一个的中断信号之后再次在步骤1102开始。举例而言，无论何时主设备在应用之间作出改变或者在数据的显著改变由环境传感器之一输出之后，可生成中断信号。

图10示出控制器1000可基于引入图像数据的内容调适显示特性的显示方法1200。参考图10和12，显示方法1200开始于在步骤1202接收图像帧的数据。该数据由输入处理模块1005经由输入线1001接收。在一个实例中，在步骤1204，输入处理模块监控和分析引入图像的内容以寻找内容类型的指示符。例如，在步骤1204，输入处理模块可确定图像信号是否包含文本、视频、静止图像、或web内容。在步骤1206中，基于该指示符，预设成像模式选择器1007可确定适当的预设模式。例如，如果图像信号只需要黑白显示器，则控制器可变换到调制环境光并将单色图像发射到观察者的反射模式。这允许不需要背光照亮的图像的电池功耗降低。

在另一实现中，输入处理模块1003接收到的图像信号1001包括根据用于选择预设显示模式的编解码器而编码的报头数据。经编码数据可包含多个数据字段，这些数据字段包括用户限定的输入、内容的类型、图像的类型、或者指示要使用的特定显示模式的指示符。在步骤1204，图像处理模块1003识别经编码数据并将该信息传递到预设成像模式选择器1007上。然后，预设模式选择器基于编解码器中的一个或多个数据集来挑选适当的预设模式（步骤1206）。报头中的数据还可包含关于何时应当使用特定预设模式的信息。例如，报头数据指示预设模式应当在一帧接一帧的基础上、在特定数量的帧之后更新，或者预设模式应当无限地继续直至信息有其他指示。

在步骤1208，输入处理模块1003基于预设成像模式从该数据导出多个子帧数据集（举例而言，位平面），并且将位平面存储在帧缓冲器1005中。在接收到完整的图像帧并将其存储在帧缓冲器1005中之后，方法1200行进至步骤1210。最后，在步骤1210，序列时序控制模块1006评估包含在预设成像模式存储中的指令，并且根据已在预设图像模式内重新编程的排序参数和时序值将信号发送到驱动器。

然后，方法1200迭代地继续至接收图像数据的后续帧。接收图像数据（步骤1202）和显示图像数据（步骤1210）的过程可并行地运行，其中与正在分析新的子帧数据集且将其存储在并行缓冲存储器中同时地，根据预设成像模式显示来自一个缓冲存储器的数据的一个图像。通过在步骤1202接收图像数据直至在步骤1210显示子帧数据集的序列可无止境地重复，其中要显示的每一图像帧由预设图像模式支配。

考虑方法1200可如何通过响应于在步骤1204收集的数据而挑选适当的预设成像模式来减少功耗的一些示例是有益的。这些示例被称为自适应功率方案。

示例1

过程设置在输入处理模块1003内，其确定该图像是否与视频或摄影图像相反的只由图像文本或者文本加符号组成。然后，预设成像模式选择器可相应地选择预设模式。文本图像（特别是黑白文本图像）不需要像视频图像那样频繁地刷新，并且通常只需要有限数量的不同色彩或灰度阴影。因此，适当的预设成像模式可调节帧速率以及针对每一图像帧要显示的子图像的数量。在显示过程中，文本图像需要比摄影图像少的子图像。

示例2

预设成像模式选择器1007接收来自主处理器的直接指令以选择特定模式。例如，主处理器可直接告诉预设成像模式选择器“使用透射反射模式”。

示例3

预设成像模式选择器1007接收指示低水平环境光的来自光电传感器的数据。由于在低水平环境光中更容易看到显示，因此预设成像模式选择器可挑选“透射模式”与“昏暗灯”预设模式从而在低光环境中节电。

示例4

可基于主机的操作模式来选择特定预设模式。举例而言，来自主机的信号可指示它是处于电话呼叫模式、图片观看模式、视频模式、还是待机，并且预设模式选择器随后可关于最佳预设模式作出判定以适合主机的当前状态。更具体地，不同预设模式可用于显示文本、视频、图标、或网页。

图11是根据本发明的说明性实施例的在直视显示器中使用的控制器（诸如图1B的控制器134）的框图。控制器1300包括输入处理模块1306、存储器控制模块1308、帧缓冲器1310、时序控制模块1312、成像模式选择器/参数计算器1314、以及预设成像模式存储1316。成像模式存储1316包含单独类别的子模式，包括功率、内容和环境子模式。“功率”子模式包括“低”1318、“中”1320、“高”1322、以及“全”1324。“内容”子模式包括“文本”1326、“web”1328、“视频”1330、以及“静止图像”1332。“环境”子模式包括“暗”1334、“室内”1336、“室外”1338、以及“明亮阳光”1340。这些子模式可选择性地组合以形成具有期望特性的预设成像模式。例如，在“明亮阳光”设置中，控制器可从透射模式变换到透射反射模式。

在一些实现中，这些部件被设置为借助于电路板、电缆、或其他电互连连接在一起的不同芯片或电路。在其他实现中，这些部件中的若干部件可一起被设计成单个半导体芯片以使其边界除按照功能以外几乎难以区分。控制器1300接收来自外部源的图像信号1302、以及来自主设备120的主机控制数据1304，并且输出数据以及用于控制结合其中的显示器128的光调制器和灯的控制信号。输入处理模块1003接收图像信号1001，并且将在其中编码的数据处理成适于经由光调制器阵列100显示的格式。输入处理模块1003对每一图像帧采取数据编码，并且将其转换成一系列子帧数据集。尽管在各个实施例中输入处理模块1003可将图像信号转换成非编码子帧数据集、三元编码子帧数据集、或其他形式的编码子帧数据集，但优选该输入处理模块将图像信号转换成位平面。输入处理模块1003还将子帧数据集输出至存储器控制模块1004。然后，存储器控制模块将子帧数据集存储在帧缓冲器1005中。帧缓冲器优选为随机存取存储器，但是可使用其他类型的串行存储器而不脱离本发明的范围。在一个实现中，存储器控制模块1004基于子帧数据集的编码方案中的色彩和有效性将子帧数据集存储在预定存储位置中。在其他实现中，存储器控制模块将子帧数据集存储在动态确定的存储位置中，并将该位置存储在查找表中以供后面标识。在一个特定实现中，帧缓冲器1005被配置用于位平面的存储。

在接收来自时序控制模块1006的指令之后，存储器控制模块1004还负责从帧缓冲器1005中检索子图像数据集并将其输出到数据驱动器132。数据驱动器将存储器控制模块输出的数据加载到光调制器阵列100的光调制器中。存储器控制模块一次一行地输出子图像数据集中的数据。在一个实现中，帧缓冲器包括其作用交替的两个缓冲器。当存储器控制模块将与新图像帧相对应的新生成的位平面存储在一个缓冲器中时，它提取与先前从另一缓冲器接收到的图像帧相对应的位平面以输出到光调制器阵列。只按照地址区分的两个缓冲存储器可驻留在同一电路内。

定义用于每一预设成像模式的显示模块的操作的数据被存储在预设成像模式存储1316中。预设成像模式存储分成不同类别内的单独的子模式。在一个实施例中，这些类别包括具体修改图像以使显示器消耗较少功率的“功率模式”、包含特定指令以基于内容的类型显示图像的“内容模式”、以及基于各个环境方面（诸如电池功率水平、环境光和热量）修改图像的“环境模式”。例如，“功率模式”类别中的子模式可保持供灯140-146使用较低照度值以节电的指令。“内容模式”类别中的子模式可保持用于较小色域的指令，这可在充分地显示不需要大色域的图像（诸如文本）的同时节电。在控制器1300中，成像模式选择器/参数计算器1314基于输入图像或主机控制数据选择成像预设子模式的组合。然后，组合的预设成像子模式的指令由成像模式选择器/参数计算器1314处理以导出调度表并导出用于显示图像的电压。替换地，预设成像模式存储1316可存储与子模式的各种组合相对应的预设成像模式。每一组合可与它自己的成像模式相关联，或者多个组合可用同一预设成像模式链接。

图12是根据本发明的说明性实施例的适于直视显示控制器（诸如图11的控制器）使用的显示图像的过程1400的流程图。参考图11和12，显示过程1400开始于接收图像信号和主机控制数据（步骤1402）。然后，成像模式选择器/参数计算器1314基于输入数据计算多个预设成像子模式（步骤1404）。例如，在各个实施例中，模式计算数据包括但不限于以下类型数据中的一种或多种：内容类型标识符、主模式操作标识符、环境传感器输出数据、用户输入数据、主机指令数据、以及电源级数据。成像参数计算器具有“混合和匹配”来自不同类别的子模式以获取期望成像显示模式的能力。例如，如果主机控制数据1304指示主机处于待机模式而图像数据1302指示静止图像，则成像模式选择器/参数计算器1314可在功率模式类别中从预设成像模式存储1316中选择子模式以减少用电，且在内容模式类别中从预设成像模式存储1316中选择子模式以调节静止图像的成像参数。在步骤1406中，参数计算器1314基于所选子模式确定准确的时序和驱动参数值。

在步骤1408，输入处理模块1306基于所选子模式从该数据导出多个子帧数据集（举例而言，位平面），并且将位平面存储在帧缓冲器1310中。在接收到完整的图像帧并将其存储在帧缓冲器1310中之后，方法1400行进至步骤1410。最后，在步骤1410，序列时序控制模块1312评估包含在预设成像模式存储中的指令，并且根据已在多个所选预设成像子模式内重新编程的排序参数和时序值将信号发送到驱动器。

考虑显示装置可如何从透射、反射和透射反射模式之一变换到所述模式中的另一个的一些示例是有益的。

示例1

诸如控制器134之类的控制器控制显示装置中的多个光调制器的状态，并且内部光源控制该显示装置在透射操作模式中显示至少一幅图像。透射操作模式包括点亮内部光源、以及通过耦合到多个光调制器的第一组数据电压互连输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号。作为数据信号的结果，多个光调制器调制内部光源发出的光。光调制器还可调制比源自光源的光少的小量环境光，即小于所调制的全部光的约30%。当控制器检测指令显示装置变换到反射操作模式的信号时，控制器控制显示装置响应于该信号变换到反射操作模式以显示一幅或多幅图像。在反射操作模式中，内部光源在显示图像帧的整个过程中保持不被点亮。由此，只有所调制的光是源自环境的光。

示例2

诸如控制器134之类的控制器控制显示装置中的多个光调制器的状态，并且内部光源控制该显示装置在反射操作模式中显示至少一幅图像。在反射操作模式中，内部光源在显示帧的整个过程中保持不被点亮。作为数据信号的结果，多个光调制器调制源自环境的光。当控制器检测指令显示装置变换到透射操作模式的信号时，控制器控制显示装置响应于该信号变换到透射操作模式以显示一幅或多幅图像。透射操作模式包括点亮内部光源、以及输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号。作为数据信号的结果，多个光调制器调制内部光源发出的光。光调制器还可调制比源自光源的光少的小量环境光，即小于所调制的全部光的约30%。

示例3

诸如控制器134之类的控制器控制显示装置中的多个光调制器的状态，并且内部光源控制该显示装置在反射操作模式中显示至少一幅图像。在反射操作模式中，内部光源在显示图像帧的整个过程中保持不被点亮。由此，只有调制以形成图像的光是环境光。当控制器检测到指令显示装置变换到透射反射操作模式的信号时，控制器控制显示装置响应于该信号变换到透射反射操作模式以显示一幅或多幅图像，其中光调制器所调制的光的至少约30%源自环境。

示例4

诸如控制器134之类的控制器控制显示装置中的多个光调制器的状态，并且内部光源控制该显示装置在透射操作模式中显示至少一幅图像。透射操作模式包括点亮内部光源、以及通过耦合到多个光调制器的第一组数据电压互连输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号。作为数据信号的结果，多个光调制器调制内部光源发出的光。光调制器还可调制比源自光源的光少的小量环境光，即小于所调制的全部光的约30%。当控制器检测到指令显示装置变换到透射反射操作模式的信号时，控制器控制显示装置响应于该信号变换到透射反射操作模式以显示一幅或多幅图像，其中光调制器所调制的光的至少约30%源自环境。透射反射操作模式包括点亮内部光源、以及通过耦合到多个光调制器的相同的第一组数据电压互连输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号。作为数据信号的结果，多个光调制器调制内部光源发出的光和源自环境的相当多的光两者。

尽管在上文中只详细地描述了许多可能示例中的一些示例，但本领域普通技术人员应当了解，显示装置可从透射、反射或透射反射模式中的任一个变换到三种模式中的任一其他模式、或者变换到不同版本的相同模式（例如，从第一透射反射模式变换到第二透射反射模式）而不脱离本发明的范围。

本发明可体现为其他具体形式而不脱离其精神或本质特性。以上所述的特定实施例和示例可以任何形式组合而不脱离本发明的范围。另外，上述实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制本发明。

Claims (60)

1.一种直视显示装置，包括：

透明基板；

内部光源；

耦合到所述透明基板的多个基于MEMS的遮光器，其中每个基于MEMS的遮光器包括位于定义在所述基于MEMS的遮光器中的窗孔之中的透射反射元件；以及

用于控制所述多个基于MEMS的遮光器和所述内部光源的状态的控制器，其中所述控制器被配置成使所述显示装置：

在透射操作模式中，通过以第一强度点亮所述内部光源、以及经由耦合到所述多个基于MEMS的遮光器的第一组数据电压互连输出指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号以使所述多个基于MEMS的遮光器调制所述内部光源发出的光来显示至少一幅图像；

检测指令所述显示装置变换到透射反射操作模式的第一信号；

响应于所述第一信号，变换到所述透射反射操作模式，其中变换到所述透射反射操作模式包括将所述内部光源的第一强度减小到第二强度；以及

在所述透射反射操作模式中，通过经由相同的第一组数据电压互连将指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号输出到所述多个基于MEMS的遮光器以调制源自环境和所述内部光源的光来显示至少一幅图像，至少环境光的第一部分从所述透射反射元件反射。

2.如权利要求1所述的直视显示装置，其特征在于，所述环境光的第二部分从与所述基于MEMS的遮光器相关联的光学腔中的反射层反射，所述光学腔也提供来自所述内部光源的光。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：

检测指令所述显示装置变换到反射操作模式的第二信号；

响应于所述第二信号，变换到所述反射操作模式；以及

在所述反射操作模式中，通过在保持所述内部光源未点亮的同时经由相同的第一组数据电压互连将指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号输出到所述多个基于MEMS的遮光器以调制源自环境的光来显示至少一幅图像。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中，所述多个基于MEMS的遮光器调制所述内部光源发出的光以及源自环境的光。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器控制至少一个基于MEMS的遮光器以在所述透射操作模式和所述反射操作模式两者中操作。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，变换到所述透射反射操作模式降低了所述显示装置的功耗。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还被配置成变换到用比所述显示装置的另一操作模式多的色彩来显示图像的操作模式。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器从所述显示装置要显示的信息以及存储在电池中的一定量的能量中的至少一个导出所述第一信号。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在变换到所述透射反射操作模式期间减小所述光源的第一强度包括减小所述第一强度以使所述基于MEMS的遮光器调制的光的至少约30％源自环境。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一信号至少部分地基于检测到的环境光。

11.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器被配置成响应于基于检测到的环境光变换到所述反射操作模式。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据所述图像的第一灰度分割数量来调制光，而在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第二灰度分割数量来调制光，其中所述第二灰度分割数量小于所述第一灰度分割数量。

13.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一信号至少部分地基于检测到的环境光，并且在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据所述图像的第一灰度分割数量来调制光，而在所述反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第二灰度分割数量来调制光，其中所述第二灰度分割数量小于所述第一灰度分割数量。

14.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述反射操作模式中显示至少一幅图像包括以下至少一个：调制所述图像作为黑白图像以及通过至少三个灰度分割来调制光。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括以下至少一个：调制所述图像作为黑白图像以及通过至少三个灰度分割来调制光。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，并且所述图像通过每一色彩仅一个灰度分割来调制。

17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，并且所述图像通过每一色彩至少两个灰度分割来调制。

18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述内部光源包括与不同色彩相对应的至少第一和第二光源，并且所述控制器测量检测到的环境光的至少一种色彩分量且基于对检测到的环境光的至少一种色彩分量的测量调节所述第一和第二光源中的至少一个的第一强度。

19.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第一帧速率调制所述光。

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第二帧速率调制光，其中所述第二帧速率小于所述第一帧速率。

21.如权利要求3所述的装置，其特征在于，变换到所述反射操作模式包括从存储器加载与所述反射操作模式相对应的操作参数。

22.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述反射操作模式中显示至少一幅图像包括将彩色图像转换成黑白图像以供显示。

23.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向所述多个基于MEMS的遮光器的加载的第一时序信号序列调制所述多个基于MEMS的遮光器。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向所述多个基于MEMS的遮光器的加载的相同的第一时序信号序列调制所述多个基于MEMS的遮光器。

25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据与所述第一时序信号序列不同的第二时序信号序列调制所述多个基于MEMS的遮光器。

26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括向所述多个基于MEMS的遮光器加载图像数据子集。

27.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内部光源发出的光穿过所述多个基于MEMS的遮光器所限定的平面。

28.一种用于控制如权利要求1-27中任一项所述的显示装置的方法，包括：

在透射操作模式中，通过以第一强度点亮所述内部光源、以及输出指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号以使所述多个基于MEMS的遮光器调制所述内部光源发出的光经由所述显示装置显示至少一幅图像，其中每个基于MEMS的遮光器包括位于定义在所述基于MEMS的遮光器中的窗孔之中的透射反射元件；

检测指令所述显示装置变换到透射反射操作模式的第一信号；

响应于所述第一信号，将所述内部光源的第一强度减小到第二强度；以及

在所述透射反射操作模式中，通过以所述第二强度点亮所述内部光源、以及输出指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号以使所述多个基于MEMS的遮光器调制源自环境和所述内部光源的光，来经由所述显示装置显示至少一幅图像，至少环境光的第一部分从所述透射反射元件反射。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括：

检测指令所述显示装置变换到反射操作模式的第二信号；

响应于所述信号，通过所述显示装置变换到所述反射操作模式；以及

在所述反射操作模式中，通过在保持所述内部光源未点亮的同时经由所述相同的第一组数据电压互连将指示所述多个基于MEMS的遮光器的期望状态的数据信号输出到所述多个基于MEMS的遮光器以调制源自环境的光，来显示至少一幅图像。

30.一种显示装置，包括：

至少一个内部光源；

用于接收环境光以及从所述至少一个内部光源发出的光的至少一个反射光学腔，所述反射光学腔具有第一反射层以及与所述第一反射层相对的第二反射层；

用于调制离开所述反射光学腔到观察者的光的多个光调制器，其中每个光调制器包括位于定义在所述光调制器中的窗孔之中的透射反射元件；以及

控制器，所述控制器被配置成：

通过以第一强度点亮所述内部光源、以及输出指示所述多个光调制器的期望状态的数据信号以使所述多个光调制器调制所述内部光源发出的光来在透射操作模式中显示至少一幅图像；

检测指令所述显示装置变换到反射或透射反射操作模式的第一信号；

响应于所述信号，变换到所述反射或透射反射操作模式并且将所述内部光源的第一强度减小到第二强度；以及

通过以所述第二强度点亮所述光源、以及将指示所述多个光调制器的期望状态的数据信号输出到所述多个光调制器以调制光来在所述反射或透射反射操作模式中显示至少一幅图像，至少所述环境光的第一部分从所述透射反射元件反射。

31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，在所述反射操作模式中，所述第二强度为零。

32.如权利要求30所述的装置，其特征在于，还包括耦合到所述多个光调制器和所述控制器的多个数据互连，其中所述数据互连用于输出指示所述多个光调制器的期望状态的数据信号。

33.如权利要求30所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中，所述多个光调制器调制所述内部光源发出的光以及源自环境的光。

34.如权利要求30所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中，所述光调制器调制的光的至少约30％源自环境，所述控制器输出信号以控制所述多个光调制器调制环境光以及所述至少一个内部光源发出的光两者。

35.如权利要求30所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中，所述至少一个内部光源发出的光的强度小于所述第一强度，由此增加输出环境光的百分比。

36.如权利要求30所述的装置，其特征在于，还包括用于检测和测量环境光的传感器。

37.如权利要求36所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中，所述控制器基于所检测环境光中的至少一种色彩分量降低所述至少一个内部光源发出的光的强度。

38.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述第一反射层包括朝后的反射层而所述第二反射层包括朝前的反射层。

39.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述控制器还被配置成变换到用比所述显示装置的另一操作模式多的色彩来显示图像的操作模式。

40.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述控制器从所述显示装置要显示的信息以及存储在电池中的一定量的能量导出所述信号。

41.如权利要求36所述的装置，其特征在于，所述控制器被配置成响应于基于所检测环境光的所述第一信号变换到透射操作模式、反射操作模式、以及透射反射操作模式之一。

42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据所述图像的第一灰度分割数量来调制光，而在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第二灰度分割数量来调制光，其中所述第二灰度分割数量小于所述第一灰度分割数量。

43.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述反射操作模式中显示至少一幅图像包括以下至少一个：调制所述图像作为黑白图像以及通过至少三个灰度分割来调制光。

44.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括以下至少一个：调制所述图像作为黑白图像以及通过至少三个灰度分割来调制光。

45.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，并且所述图像通过每一色彩仅一个灰度分割来调制。

46.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述透射反射操作模式中显示至少一幅图像包括调制光以形成彩色图像，并且所述图像通过每一色彩至少两个灰度分割来调制。

47.如权利要求36所述的装置，其特征在于，所述内部光源包括与不同色彩相对应的至少第一和第二光源，并且所述控制器测量所检测环境光的至少一种色彩分量且基于对所检测环境光的至少一种色彩分量的测量调节所述第一和第二光源中的至少一个的强度。

48.如权利要求46所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第一帧速率调制所述光。

49.如权利要求48所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据第二帧速率调制光，其中所述第二帧速率小于所述第二帧速率。

50.如权利要求41所述的装置，其特征在于，变换到所述反射操作模式包括从存储器加载与所述反射操作模式相对应的操作参数。

51.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述反射操作模式中显示至少一幅图像包括将彩色图像转换成黑白图像以供显示。

52.如权利要求41所述的装置，其特征在于，在所述透射操作模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向所述多个光调制器的加载的第一时序信号序列调制所述多个光调制器。

53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据控制图像数据向所述多个光调制器的加载的相同的第一时序信号序列调制所述多个光调制器。

54.如权利要求52所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括根据与所述第一时序信号序列不同的第二时序信号序列调制所述多个光调制器。

55.如权利要求54所述的装置，其特征在于，在所述透射反射或反射操作模式中显示至少一幅图像包括向所述多个光调制器加载图像数据子集。

56.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述内部光源发出的光穿过所述多个光调制器所限定的平面。

57.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述光调制器是基于MEMS的遮光器。

58.如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述控制器控制至少一个光调制器在所述透射操作模式和所述反射操作模式两者中操作。

59.一种用于控制如权利要求30-58中任一项所述的显示装置的方法，包括：

通过以第一强度点亮内部光源、以及输出指示多个光调制器的期望状态的数据信号以使所述多个光调制器调制所述内部光源发出的光，来经由所述显示装置在透射操作模式中显示至少一幅图像，其中每个光调制器包括位于定义在所述光调制器中的窗孔之中的透射反射元件；

检测指令所述显示装置变换到反射或透射反射操作模式的信号；

响应于所述信号，经由所述显示装置变换到所述反射或透射反射操作模式；以及

通过以所述第二强度点亮所述内部光源、以及输出指示所述多个光调制器的期望状态的数据信号，来经由所述显示装置在所述反射或透射反射操作模式中显示至少一幅图像，至少所述环境光的第一部分从所述透射反射元件反射。

60.如权利要求59所述的方法，其特征在于，在所述反射操作模式中，所述第二强度为零。