JP2023501073A - 発光ダイオードアレイの接合 - Google Patents
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Abstract
発光ダイオード(LED)のアレイを複数のドライバ回路に接合するための技法が、本明細書において開示されている。特定の実施形態によれば、方法は、第1の基板上に複数のLEDを備えるアレイを形成することと、複数のサブアレイ間に複数のギャップを形成することによってアレイを複数のサブアレイに分離することと、複数のサブアレイを、第2の基板上に形成される複数のドライバ回路に接合することと、複数のギャップ内にアンダーフィルを形成することと、複数のサブアレイから第1の基板を除去することと、を含む。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第119条の下で2019年11月18日に出願した米国仮特許出願第62/936,711号の優先権を主張するものであり、その内容全体は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。
本出願は、米国特許法第119条の下で2019年11月18日に出願した米国仮特許出願第62/936,711号の優先権を主張するものであり、その内容全体は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。
発光ダイオード(LED)は、電気エネルギーを光エネルギーへと変換し、低減されたサイズ、改善された耐久性、および高められた効率など、その他の光源に勝る多くの利点を提供する。LEDは、テレビ、コンピュータモニタ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、プロジェクションシステム、ウェアラブル電子機器など、多くのディスプレイシステムにおける光源として使用されることが可能である。AlN、GaN、InN等の合金などのIII族窒化物半導体に基づくマイクロLED(「μLED」)は、それらの小さなサイズ(たとえば、100μm未満、50μm未満、10μm未満、または5μm未満の直線寸法を伴う)、高いパッキング密度(したがって、より高い解像度)、および高い輝度に起因して、さまざまなディスプレイ用途向けに開発され始めている。たとえば、別々の色(たとえば、赤、緑、および青)の光を放出するマイクロLEDを使用して、テレビまたはニアアイディスプレイシステムなどのディスプレイシステムのサブピクセルを形成することが可能である。
本開示は、一般に、発光ダイオード(LED)のアレイを複数のドライバ回路に接合するための方法に関する。本発明の一態様によれば、方法は、第1の基板上に複数のLEDを備えるアレイを形成することと、複数のサブアレイ間に複数のギャップを形成することによってアレイを複数のサブアレイに分離することと、複数のサブアレイを、第2の基板上に形成される複数のドライバ回路に接合することと、複数のギャップ内にアンダーフィルを形成することと、複数のサブアレイから第1の基板を除去することと、を含む。
アンダーフィルは、複数のサブアレイが複数のドライバ回路に接合される前に形成されることが可能である。代替として、アンダーフィルは、複数のサブアレイが複数のドライバ回路に接合された後に形成されることが可能である。
複数のギャップは、ドライエッチングすることによって形成されることが可能である。複数のギャップは、アレイに交互配置パターンを形成することが可能である。複数のギャップは、複数のLEDを形成する半導体材料を通って延びることが可能である。さらに、複数のギャップは、第1の基板が除去される前に複数のLEDと第1の基板との間に配置される膜を通って延びることが可能である。加えて、複数のギャップは、第1の基板が除去される前の第1の基板の一部を通って延びることが可能である。
複数のLEDは、第1の熱膨張率を有する第1の材料を含むことが可能であり、第2の基板は、第2の熱膨張率を有する第2の材料を含むことが可能であり、第1の熱膨張率は、第2の熱膨張率とは異なることが可能である。さらに、第1の基板は、第2の熱膨張率と一致している第3の熱膨張率を有することが可能である。
方法は、複数のギャップに隣り合うパッシベーション層を付与することを含むことも可能である。代替として、または加えて、複数のサブアレイは、複数の相互接続を介して複数のドライバ回路に接合されることが可能である。
本発明の別に態様によれば、デバイスは、基板上に形成されている複数のドライバ回路に接合される複数のLEDを有するアレイを含む。アレイは、複数のギャップによって複数のサブアレイに分離され、アンダーフィルが、複数のギャップ内に形成される。
複数のギャップは、アレイに交互配置パターンを形成することが可能である。複数のLEDは、第1の熱膨張率を有する第1の材料を含むことが可能であり、基板は、第2の熱膨張率を有する第2の材料を含むことが可能であり、第1の熱膨張率は、第2の熱膨張率とは異なることが可能である。
デバイスは、複数のギャップに隣り合っているパッシベーション層を含むことも可能である。代替として、または加えて、デバイスは、複数のLEDを複数のドライバ回路内の複数のドライバに接続する複数の相互接続を含むことも可能である。
この「発明の概要」は、特許請求される主題の鍵となる特徴または必要不可欠な特徴を識別することを意図されているものではなく、特許請求される主題の範囲を特定するために切り離して使用されることを意図されているものでもない。主題は、本開示の明細書全体のうちの適切な部分、いずれかのまたはすべての図面、およびそれぞれの特許請求の範囲を参照することによって理解されるべきである。上述のことは、その他の特徴および例とともに、以降の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面において、さらに詳細に後述される。
下記の図を参照しながら、例示的な実施形態が詳細に後述される。
これらの図は、例示のみを目的として本開示の実施形態を示している。本開示の原理またはうたわれている利点から逸脱することなく、示されている構造および方法の代替実施形態が採用されることが可能であるということを当業者なら以降の記述から容易に認識するであろう。
添付の図においては、同様の構成要素どうしおよび/または機能どうしが、同じ参照ラベルを有する場合がある。さらに、ダッシュと、同様の構成要素どうしの間を区別する第2のラベルとを参照ラベルの後に付けることによって、同じタイプのさまざまな構成要素が区別される場合がある。本明細書において第1の参照ラベルのみが使用されている場合には、その記述は、第2の参照ラベルとは関わりなく、同じ第1の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれの構成要素にも適用可能である。
本開示は、一般に、発光ダイオード(LED)に関する。より具体的には、限定するものではないが、LEDのアレイを複数のドライバ回路に接合するための技術が、本明細書において開示されている。デバイス、システム、方法、材料等を含むさまざまな発明の実施形態が、本明細書に記述されている。
LEDが形成される基板とは異なる熱膨張率(CTE)を有するウェハ上に形成されるドライバ回路などの電気的な集積回路(EIC)に、LEDアレイを接合することがしばしば望ましい。LEDアレイの組立中、LEDアレイは、金属相互接続を行うために加熱されることが可能である。さらに、オペレーション中、LEDアレイは、LEDアレイの温度が増加することができるように熱エネルギーを発生させることが可能である。LEDアレイ(たとえば、GaN)とウェハ(たとえば、シリコン)との間のCTE不整合により、LEDアレイ基板およびウェハは、熱にさらされるときに異なる熱膨張を受ける可能があり、これにより、特にLEDアレイの周辺近くで、相互接続のための接点の「ウォークオフ」(たとえば、位置合わせ不良、誤接続、断線、および/または接続不良)をもたらし得る。この影響は、小さい相互接続ピッチおよび高い接続カウントを有する大きいLEDアレイをもつデバイスについて特に顕著になり得る。
特定の実施形態によれば、LEDアレイは、基板上に形成され、次いでサブアレイ間にギャップを形成することによって複数のサブアレイに分離される。ギャップは、サブアレイの局所的な熱膨張を可能にするように提供される。大きいLEDアレイの縁部の近くに大きいウォークオフを有することに代わって、ギャップは、各サブアレイの縁部の近くでより小さいウォークオフを可能にする。これにより、個々のLEDとそれらの対応するドライバ回路とのより良い位置合わせを提供することが可能である。アンダーフィルは、熱膨張による動きを最小にするようにギャップ内に形成され、改善された信頼性を提供することを可能にする。
本明細書に記述されているLEDは、人工現実システムなどのさまざまなテクノロジーとともに使用することが可能である。ヘッドマウントディスプレイ(HMD)またはヘッドアップディスプレイ(HUD)システムなどの人工現実システムは一般に、仮想環境内のオブジェクトを描写する人工画像を提示するように構成されているディスプレイを含む。そのディスプレイは、仮想現実(VR)、拡張現実(AR)、または複合現実(MR)アプリケーションにおけるのと同様に、仮想オブジェクトを提示すること、または現実のオブジェクトの画像を仮想オブジェクトと組み合わせることが可能である。たとえば、ARシステムにおいては、ユーザは、たとえば、透明なディスプレイグラスもしくはレンズ(しばしば光学シースルーと呼ばれる)を通じて見ること、またはカメラによって取り込まれた周囲環境の表示された画像(しばしばビデオシースルーと呼ばれる)を閲覧することによって、仮想オブジェクトの表示された画像(たとえば、コンピュータ生成画像(CGI))と、周囲環境との両方を閲覧することが可能である。いくつかのARシステムにおいては、LEDベースのディスプレイサブシステムを使用して人工画像がユーザに提示されることが可能である。
本明細書において使用される際には、「発光ダイオード(LED)」という用語は、少なくともn型半導体層、p型半導体層、およびn型半導体層とp型半導体層との間における発光領域(すなわち、活性領域)を含む光源を指す。発光領域は、量子井戸などの1つまたは複数のヘテロ構造を形成する1つまたは複数の半導体層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、発光領域は、それぞれが複数の(たとえば、約2個から6個の)量子井戸を含む1つまたは複数の多重量子井戸(MQW)を形成する複数の半導体層を含むことが可能である。
本明細書において使用される際には、「マイクロLED」または「μLED」という用語は、チップの直線寸法が、100μm未満、50μm未満、20μm未満、10μm未満、またはそれ未満など、約200μm未満であるチップを有するLEDを指す。たとえば、マイクロLEDの直線寸法は、6μm、5μm、4μm、2μm、またはそれ未満程度の小ささである場合がある。いくつかのマイクロLEDは、少数キャリアの拡散長に匹敵する直線寸法(たとえば、長さまたは直径)を有する場合がある。しかしながら、本明細書における開示は、マイクロLEDには限定されず、ミニLEDおよび大型LEDに適用されることも可能である。
本明細書において使用される際には、「接合」という用語は、接着接合、金属対金属接合、金属酸化物接合、ウェハ対ウェハ接合、ダイ対ウェハ接合、ハイブリッド接合、はんだ付け、アンダーバンプメタライゼーション等など、2つ以上のデバイスおよび/またはウェハを物理的におよび/または電気的に接続するためのさまざまな方法を指すことが可能である。たとえば、接着接合は、硬化型接着剤(たとえば、エポキシ)を使用して、接着を通じて2つ以上のデバイスおよび/またはウェハを物理的に接合することが可能である。金属対金属接合は、たとえば、はんだ付け界面(たとえば、パッドもしくはボール)、導電性接着剤、または金属どうしの間における溶接継手を使用するワイヤ接合またはフリップチップ接合を含むことが可能である。金属酸化物接合は、それぞれの表面上に金属および酸化物のパターンを形成し、酸化物セクションどうしをともに接合し、次いで金属セクションどうしをともに接合して、導電性経路を作成することが可能である。ウェハ対ウェハ接合は、いかなる中間層も伴わずに2つのウェハ(たとえば、シリコンウェハまたはその他の半導体ウェハ)を接合することが可能であり、それらの2つのウェハの表面どうしの間における化学接合に基づく。ウェハ対ウェハ接合は、ウェハ洗浄およびその他の前処理、室温での位置合わせおよび前接合、ならびに約250℃以上などの高温でのアニーリングを含む場合がある。ダイ対ウェハ接合は、1つのウェハ上のバンプを使用して、事前に形成されたチップの機能をウェハのドライバと位置合わせすることが可能である。ハイブリッド接合は、たとえば、ウェハ洗浄、あるウェハの接点と別のウェハの接点との高精度の位置合わせ、室温でのウェハ内の誘電材料どうしの誘電接合、および、たとえば250~300℃以上での、アニーリングによる接点どうしの金属接合を含む場合がある。本明細書において使用される際には、「バンプ」という用語は、接合中に使用または形成される金属相互接続を総称的に指すことが可能である。
以降の記述においては、説明の目的から、本開示の例の徹底的な理解を提供するために具体的な詳細が示されている。しかしながら、これらの具体的な詳細を伴わずにさまざまな例が実施されることが可能であるということは明らかであろう。たとえば、それらの例を不必要に詳細にわかりにくくしないために、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、およびその他の構成要素が、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。その他の場合においては、それらの例をわかりにくくすることを回避するために、よく知られているデバイス、プロセス、システム、構造、および技術は、必要な詳細を伴わずに示されることがある。図および記述は、限定的であることを意図されているものではない。本開示において採用されている用語および表現は、限定のではなく、記述の用語として使用されており、そのような用語および表現の使用において、示され記述されている特徴またはそれらの部分のいかなる均等物も除外する意図はない。「例」という言葉は、本明細書においては、「例、実例、または例示としての役割を果たすこと」を意味するために使用されている。本明細書において「例」として記述されているいずれの実施形態または設計も、必ずしもその他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。
図1は、特定の実施形態によるニアアイディスプレイ120を含む人工現実システム環境100の例の簡略化されたブロック図である。図1において示されている人工現実システム環境100は、ニアアイディスプレイ120、任意選択の外部撮像デバイス150、および任意選択の入力/出力インターフェース140を含むことが可能であり、それらのそれぞれは、任意選択のコンソール110に結合されることが可能である。図1は、1つのニアアイディスプレイ120と、1つの外部撮像デバイス150と、1つの入力/出力インターフェース140とを含む人工現実システム環境100の例を示しているが、任意の数のこれらのコンポーネントが人工現実システム環境100に含まれることが可能であり、またはこれらのコンポーネントのうちのいずれかが省略されることが可能である。たとえば、コンソール110と通信状態にある1つまたは複数の外部撮像デバイス150によってモニタされる複数のニアアイディスプレイ120があることが可能である。いくつかの構成においては、人工現実システム環境100は、外部撮像デバイス150、任意選択の入力/出力インターフェース140、および任意選択のコンソール110を含まないことが可能である。代替構成においては、異なるコンポーネントまたは追加のコンポーネントが人工現実システム環境100に含まれることが可能である。
ニアアイディスプレイ120は、コンテンツをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイであることが可能である。ニアアイディスプレイ120によって提示されるコンテンツの例は、画像、ビデオ、オーディオ、またはそれらの任意の組合せのうちの1つまたは複数を含む。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ120、コンソール110、または両方からオーディオ情報を受信し、そのオーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス(たとえば、スピーカーおよび/またはヘッドフォン)を介してオーディオが提示されることが可能である。ニアアイディスプレイ120は、1つまたは複数の剛体を含むことが可能であり、それらは、互いに堅固にまたは非堅固に結合されることが可能である。剛体どうしの間における堅固な結合は、結合されている剛体どうしを単一の剛体エンティティーとして機能させることが可能である。剛体どうしの間における非堅固な結合は、剛体どうしが互いに対して移動することを可能にすることができる。さまざまな実施形態においては、ニアアイディスプレイ120は、メガネを含む任意の適切なフォームファクタで実装されることが可能である。ニアアイディスプレイ120のいくつかの実施形態が、以降で図2および図3に関連してさらに記述されている。加えて、さまざまな実施形態においては、本明細書において記述されている機能性は、ニアアイディスプレイ120の外部の環境の画像と、人工現実コンテンツ(たとえば、コンピュータ生成画像)とを組み合わせるヘッドセットにおいて使用されることが可能である。したがって、ニアアイディスプレイ120は、生成されたコンテンツ(たとえば、画像、ビデオ、サウンドなど)を用いてニアアイディスプレイ120の外部の物理的な現実世界環境の画像を拡張して、拡張現実をユーザに提示することが可能である。
さまざまな実施形態においては、ニアアイディスプレイ120は、ディスプレイエレクトロニクス122、ディスプレイオプティクス124、およびアイトラッキングユニット130のうちの1つまたは複数を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ120は、1つまたは複数のロケータ126、1つまたは複数の位置センサ128、および慣性測定ユニット(IMU)132を含むことも可能である。ニアアイディスプレイ120は、さまざまな実施形態においては、アイトラッキングユニット130、ロケータ126、位置センサ128、およびIMU132のうちのいずれかを省略すること、または追加の要素を含むことが可能である。加えて、いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ120は、図1に関連して記述されているさまざまな要素の機能を組み合わせる要素を含むことが可能である。
ディスプレイエレクトロニクス122は、たとえば、コンソール110から受信されたデータに従ってユーザに画像を表示すること、またはそれらの画像の表示を容易にすることが可能である。さまざまな実施形態においては、ディスプレイエレクトロニクス122は、液晶ディスプレイ(LCD)、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ、無機発光ダイオード(ILED)ディスプレイ、マイクロ発光ダイオード(μLED)ディスプレイ、能動マトリックスOLEDディスプレイ(AMOLED)、透明OLEDディスプレイ(TOLED)、またはその他の何らかのディスプレイなど、1つまたは複数のディスプレイパネルを含むことが可能である。たとえば、ニアアイディスプレイ120の一実施態様においては、ディスプレイエレクトロニクス122は、フロントTOLEDパネル、リアディスプレイパネル、およびフロントディスプレイパネルとリアディスプレイパネルとの間における光学部品(たとえば、減衰器、ポラライザ、または回折フィルムもしくはスペクトルフィルム)を含むことが可能である。ディスプレイエレクトロニクス122は、赤、緑、青、白、または黄色などの主色の光を放出するためのピクセルを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、ディスプレイエレクトロニクス122は、画像の奥行きの主観的な知覚をもたらすために、2次元パネルどうしによって生成された立体感を通じて3次元(3D)画像を表示することが可能である。たとえば、ディスプレイエレクトロニクス122は、ユーザの左目および右目の前にそれぞれ配置されている左ディスプレイおよび右ディスプレイを含むことが可能である。左ディスプレイおよび右ディスプレイは、立体感(すなわち、画像を閲覧しているユーザによる画像の奥行きの知覚)をもたらすために、互いに対して水平にシフトされた画像のコピーどうしを提示することが可能である。
特定の実施形態においては、ディスプレイオプティクス124は、画像コンテンツを光学的に(たとえば、光導波管およびカプラを使用して)表示するか、またはディスプレイエレクトロニクス122から受信された画像光を拡大し、その画像光に関連付けられている光学エラーを訂正し、訂正された画像光をニアアイディスプレイ120のユーザに提示することが可能である。さまざまな実施形態においては、ディスプレイオプティクス124は、たとえば、基板、光導波管、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、入力/出力カプラ、または、ディスプレイエレクトロニクス122から放出される画像光に影響を与えることが可能であるその他の任意の適切な光学要素など、1つまたは複数の光学要素を含むことが可能である。ディスプレイオプティクス124は、さまざまな光学要素の組合せ、ならびにその組合せにおける光学要素どうしの相対的な間隔および向きを保持するための機械的結合を含むことが可能である。ディスプレイオプティクス124内の1つまたは複数の光学要素は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタリングコーティング、またはさまざまな光学コーティングの組合せなどの光学コーティングを有することが可能である。
ディスプレイオプティクス124による画像光の拡大は、ディスプレイエレクトロニクス122が、より大きなディスプレイよりも物理的に小さいこと、軽量であること、およびより少ない電力を消費することを可能にすることができる。加えて、拡大は、表示されるコンテンツの視野を広げることが可能である。ディスプレイオプティクス124による画像光の拡大の量は、ディスプレイオプティクス124からの光学要素を調整すること、追加すること、または除去することによって変更されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ディスプレイオプティクス124は、表示される画像を、ユーザの目からニアアイディスプレイ120よりもさらに遠く離れていることが可能である1つまたは複数の画像平面に投影することが可能である。
ディスプレイオプティクス124は、2次元光学エラー、3次元光学エラー、またはそれらの任意の組合せなど、1つまたは複数のタイプの光学エラーを訂正するように設計されることも可能である。2次元エラーは、2次元で発生する光学収差を含む場合がある。2次元エラーの例示的なタイプは、たる形歪み、糸巻型歪み、縦色収差、および横色収差を含む場合がある。3次元エラーは、3次元で発生する光学エラーを含む場合がある。3次元エラーの例示的なタイプは、球面収差、コマ収差、像面湾曲、および非点収差を含む場合がある。
ロケータ126どうしは、互いに対して、およびニアアイディスプレイ120上の基準点に対して、ニアアイディスプレイ120上の特定の位置に配置されたオブジェクトどうしであることが可能である。いくつかの実施態様においては、コンソール110は、外部撮像デバイス150によって取り込まれた画像内のロケータ126を識別して、人工現実ヘッドセットの位置、向き、または両方を特定することが可能である。ロケータ126は、LED、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ニアアイディスプレイ120が動作する環境と対照をなすタイプの光源、またはそれらの任意の組合せであることが可能である。ロケータ126がアクティブコンポーネント(たとえば、LEDまたはその他のタイプの発光デバイス)である実施形態においては、ロケータ126は、可視帯域(たとえば、約380nmから750nm)における、赤外線(IR)帯域(たとえば、約750nmから1mm)における、紫外線帯域(たとえば、約10nmから約380nm)における、電磁スペクトルの別の部分における、または電磁スペクトルの部分どうしの任意の組合せにおける光を放出することが可能である。
外部撮像デバイス150は、1つもしくは複数のカメラ、1つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ126のうちの1つもしくは複数を含む画像を取り込むことが可能なその他の任意のデバイス、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。加えて、外部撮像デバイス150は、(たとえば、信号対雑音比を高めるために)1つまたは複数のフィルタを含むことが可能である。外部撮像デバイス150は、外部撮像デバイス150の視野においてロケータ126から放出または反射された光を検知するように構成されることが可能である。ロケータ126が受動要素(たとえば、再帰反射器)を含む実施形態においては、外部撮像デバイス150は、外部撮像デバイス150内の光源に光を再帰反射することが可能であるロケータ126のうちのいくつかまたはすべてを照らす光源を含むことが可能である。低速較正データが、外部撮像デバイス150からコンソール110へ通信されることが可能であり、外部撮像デバイス150は、1つまたは複数の較正パラメータをコンソール110から受信して、1つまたは複数の撮像パラメータ(たとえば、焦点距離、ピント、フレームレート、センサ温度、シャッタースピード、アパーチャなど)を調整することが可能である。
位置センサ128は、ニアアイディスプレイ120の動きに応答して1つまたは複数の測定信号を生成することが可能である。位置センサ128の例は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、その他の動き検知もしくはエラー訂正センサ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、位置センサ128は、並進運動(たとえば、前方/後方、上/下、または左/右)を測定するための複数の加速度計と、回転運動(たとえば、ピッチ、ヨー、またはロール)を測定するための複数のジャイロスコープとを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、さまざまな位置センサは、互いに直交して配向されることが可能である。
IMU132は、位置センサ128のうちの1つまたは複数から受信された測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスであることが可能である。位置センサ128は、IMU132の外部、IMU132の内部、またはそれらの任意の組合せに配置されることが可能である。1つまたは複数の位置センサ128からの1つまたは複数の測定信号に基づいて、IMU132は、ニアアイディスプレイ120の初期位置に対するニアアイディスプレイ120の推定位置を示す高速較正データを生成することが可能である。たとえば、IMU132は、経時的に加速度計から受信された測定信号どうしを統合して速度ベクトルを推定し、その速度ベクトルを経時的に統合してニアアイディスプレイ120上の基準点の推定位置を特定することが可能である。あるいは、IMU132は、サンプリングされた測定信号をコンソール110に提供することが可能であり、コンソール110は、高速較正データを特定することが可能である。基準点は、一般には空間における点として定義されることが可能であるが、さまざまな実施形態においては、基準点は、ニアアイディスプレイ120内の点(たとえば、IMU132の中心)として定義されることも可能である。
アイトラッキングユニット130は、1つまたは複数のアイトラッキングシステムを含むことが可能である。アイトラッキングとは、ニアアイディスプレイ120に対する、目の向きおよび場所を含む、目の位置を特定することを指すことが可能である。アイトラッキングシステムは、1つまたは複数の目を撮像するための撮像システムを含むことが可能であり、また任意選択で発光体を含むことが可能であり、その発光体は、目に向けられる光を生成することが可能であり、それにより、目によって反射された光が撮像システムによって取り込まれることが可能である。たとえば、アイトラッキングユニット130は、可視スペクトルまたは赤外線スペクトルにおける光を放出する非コヒーレントまたはコヒーレント光源(たとえば、レーザーダイオード)と、ユーザの目によって反射された光を取り込むカメラとを含むことが可能である。別の例として、アイトラッキングユニット130は、小型レーダユニットによって放出された反射電波を取り込むことが可能である。アイトラッキングユニット130は、目を傷つけることのない、または身体的不快感を引き起こすことのない周波数および強度で光を放出する低電力発光体を使用することが可能である。アイトラッキングユニット130は、アイトラッキングユニット130によって消費される全体的な電力を低減しながら(たとえば、アイトラッキングユニット130に含まれている発光体および撮像システムによって消費される電力を低減しながら)、アイトラッキングユニット130によって取り込まれた目の画像におけるコントラストを高めるようにアレンジされることが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、アイトラッキングユニット130は、100ミリワット未満の電力を消費することが可能である。
ニアアイディスプレイ120は、目の向きを使用して、たとえば、ユーザの瞳孔間距離(IPD)を特定すること、視線方向を特定すること、奥行き手がかりを導入すること(たとえば、ユーザの主視線の外側の画像をぼかすこと)、VRメディアにおけるユーザの対話についてのヒューリスティック(たとえば、露出されている刺激に応じた、いずれかの特定の被写体、オブジェクト、もしくはフレーム上で費やされた時間)を収集すること、ユーザの目のうちの少なくとも1つの向きに部分的に基づくその他のいくつかの機能、またはそれらの任意の組合せが可能である。向きは、ユーザの両方の目に関して特定されることが可能であるので、アイトラッキングユニット130は、どこをユーザが見ているかを特定することが可能であり得る。たとえば、ユーザの視線の方向を特定することは、ユーザの左目および右目の特定された向きに基づいて収束点を特定することを含むことが可能である。収束点は、ユーザの目の2つの中心窩軸が交差する点であることが可能である。ユーザの視線の方向は、収束点と、ユーザの両目の瞳孔どうしの間における中点とを通過する線の方向であることが可能である。
入力/出力インターフェース140は、ユーザがアクション要求をコンソール110へ送信することを可能にするデバイスであることが可能である。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求であることが可能である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始することもしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行することであることが可能である。入力/出力インターフェース140は、1つまたは複数の入力デバイスを含むことが可能である。例示的な入力デバイスは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、または、アクション要求を受信して、その受信されたアクション要求をコンソール110へ通信するためのその他の任意の適切なデバイスを含むことが可能である。入力/出力インターフェース140によって受信されたアクション要求は、コンソール110へ通信されることが可能であり、コンソール110は、要求されたアクションに対応するアクションを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、入力/出力インターフェース140は、コンソール110から受信された命令に従って触覚フィードバックをユーザに提供することが可能である。たとえば、入力/出力インターフェース140は、アクション要求が受信された場合に、または要求されているアクションをコンソール110が実行して入力/出力インターフェース140に命令を通信した場合に、触覚フィードバックを提供することが可能である。いくつかの実施形態においては、外部撮像デバイス150は、ユーザの動きを特定する目的で、コントローラ(たとえば、IR光源を含むことが可能である)またはユーザの手の場所または位置を追跡把握することなど、入力/出力インターフェース140を追跡把握するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ120は、ユーザの動きを特定する目的で、コントローラまたはユーザの手の場所または位置を追跡把握することなど、入力/出力インターフェース140を追跡把握するための1つまたは複数の撮像デバイスを含むことが可能である。
コンソール110は、外部撮像デバイス150、ニアアイディスプレイ120、および入力/出力インターフェース140のうちの1つまたは複数から受信された情報に従ってユーザに提示するためにニアアイディスプレイ120にコンテンツを提供することが可能である。図1において示されている例においては、コンソール110は、アプリケーションストア112、ヘッドセットトラッキングモジュール114、人工現実エンジン116、およびアイトラッキングモジュール118を含むことが可能である。コンソール110のいくつかの実施形態は、図1に関連して記述されているものとは異なるモジュールまたは追加のモジュールを含むことが可能である。以降でさらに記述されている機能は、ここで記述されているのとは異なる様式でコンソール110のコンポーネントどうしの間において分散されることが可能である。
いくつかの実施形態においては、コンソール110は、プロセッサと、プロセッサによって実行可能な命令を格納している非一時的コンピュータ可読ストレージメディアとを含むことが可能である。プロセッサは、命令どうしを並行して実行する複数の処理ユニットを含むことが可能である。非一時的コンピュータ可読ストレージメディアは、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、またはソリッドステートドライブ(たとえば、フラッシュメモリまたはダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM))など、任意のメモリであることが可能である。さまざまな実施形態においては、図1に関連して記述されているコンソール110のモジュールは、プロセッサによって実行されたときに、以降でさらに記述されている機能をプロセッサに実行させる非一時的コンピュータ可読ストレージメディア内の命令としてエンコードされることが可能である。
アプリケーションストア112は、コンソール110によって実行するための1つまたは複数のアプリケーションを格納することが可能である。アプリケーションは、プロセッサによって実行されたときに、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する命令のグループを含むことが可能である。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ユーザの目の動きを介してユーザから受信された入力、または入力/出力インターフェース140から受信された入力に応答することが可能である。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションを含むことが可能である。
ヘッドセットトラッキングモジュール114は、外部撮像デバイス150からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイ120の動きを追跡把握することが可能である。たとえば、ヘッドセットトラッキングモジュール114は、低速較正情報およびニアアイディスプレイ120のモデルから、観察されたロケータを使用してニアアイディスプレイ120の基準点の位置を特定することが可能である。ヘッドセットトラッキングモジュール114は、高速較正情報からの位置情報を使用してニアアイディスプレイ120の基準点の位置を特定することも可能である。加えて、いくつかの実施形態においては、ヘッドセットトラッキングモジュール114は、高速較正情報、低速較正情報、またはそれらの任意の組合せの部分を使用して、ニアアイディスプレイ120の今後の場所を予測することが可能である。ヘッドセットトラッキングモジュール114は、ニアアイディスプレイ120の推定されたまたは予測された今後の位置を人工現実エンジン116に提供することが可能である。
人工現実エンジン116は、人工現実システム環境100内でアプリケーションを実行し、ニアアイディスプレイ120の位置情報、ニアアイディスプレイ120の加速度情報、ニアアイディスプレイ120の速度情報、ニアアイディスプレイ120の予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せをヘッドセットトラッキングモジュール114から受信することが可能である。人工現実エンジン116は、推定された目の位置および向きの情報をアイトラッキングモジュール118から受信することも可能である。受信された情報に基づいて、人工現実エンジン116は、ユーザに提示するためにニアアイディスプレイ120に提供するためのコンテンツを特定することが可能である。たとえば、受信された情報が、ユーザが左を見たということを示している場合には、人工現実エンジン116は、仮想環境におけるユーザの目の動きを反映するニアアイディスプレイ120のためのコンテンツを生成することが可能である。加えて、人工現実エンジン116は、入力/出力インターフェース140から受信されたアクション要求に応答して、コンソール110上で実行しているアプリケーション内でアクションを実行し、そのアクションが実行されたということを示すフィードバックをユーザに提供することが可能である。そのフィードバックは、ニアアイディスプレイ120を介した視覚フィードバックもしくは可聴フィードバック、または入力/出力インターフェース140を介した触覚フィードバックであることが可能である。
アイトラッキングモジュール118は、アイトラッキングユニット130からアイトラッキングデータを受信し、そのアイトラッキングデータに基づいてユーザの目の位置を特定することが可能である。目の位置は、ニアアイディスプレイ120またはそのいずれかの要素に対する目の向き、場所、または両方を含むことが可能である。目の回転軸は、そのソケット内の目の場所に応じて変化するので、そのソケット内の目の場所を特定することは、アイトラッキングモジュール118が目の向きをより正確に特定することを可能にすることができる。
図2は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのHMDデバイス200の形態のニアアイディスプレイの例の斜視図である。HMDデバイス200は、たとえば、VRシステム、ARシステム、MRシステム、またはそれらの任意の組合せの一部であることが可能である。HMDデバイス200は、本体220およびヘッドストラップ230を含むことが可能である。図2は、本体220の下側223、前側225、および左側227を斜視図において示している。ヘッドストラップ230は、調整可能なまたは延長可能な長さを有することが可能である。ユーザがHMDデバイス200をユーザの頭に取り付けることを可能にするために、HMDデバイス200の本体220とヘッドストラップ230との間には十分なスペースがあることが可能である。さまざまな実施形態においては、HMDデバイス200は、追加の、より少ない、または異なるコンポーネントを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、HMDデバイス200は、ヘッドストラップ230ではなく、たとえば、以降の図3において示されているようなメガネテンプルおよびテンプルチップを含むことが可能である。
HMDデバイス200は、コンピュータによって生成された要素を伴う、物理的な現実世界環境の仮想のおよび/または拡張されたビューを含むメディアをユーザに提示することが可能である。HMDデバイス200によって提示されるメディアの例は、画像(たとえば、2次元(2D)もしくは3次元(3D)画像)、ビデオ(たとえば、2Dもしくは3Dビデオ)、オーディオ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。画像およびビデオは、HMDデバイス200の本体220に含まれている1つまたは複数のディスプレイアセンブリ(図2においては示されていない)によってユーザのそれぞれの目に提示されることが可能である。さまざまな実施形態においては、1つまたは複数のディスプレイアセンブリは、単一の電子ディスプレイパネルまたは複数の電子ディスプレイパネル(たとえば、ユーザのそれぞれの目に対して1つのディスプレイパネル)を含むことが可能である。電子ディスプレイパネルの例は、たとえば、LCD、OLEDディスプレイ、ILEDディスプレイ、μLEDディスプレイ、AMOLED、TOLED、その他の何らかのディスプレイ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。HMDデバイス200は、2つのアイボックス領域を含むことが可能である。
いくつかの実施態様においては、HMDデバイス200は、奥行きセンサ、モーションセンサ、位置センサ、およびアイトラッキングセンサなど、さまざまなセンサ(図示せず)を含むことが可能である。これらのセンサのうちのいくつかは、感知のために、構造化された光パターンを使用することが可能である。いくつかの実施態様においては、HMDデバイス200は、コンソールと通信するための入力/出力インターフェースを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、HMDデバイス200は、仮想現実エンジン(図示せず)を含むことが可能であり、仮想現実エンジンは、HMDデバイス200内でアプリケーションを実行し、さまざまなセンサからHMDデバイス200の奥行き情報、位置情報、加速度情報、速度情報、予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せを受信することが可能である。いくつかの実施態様においては、仮想現実エンジンによって受信された情報は、1つまたは複数のディスプレイアセンブリへの信号(たとえば、表示命令)を生成するために使用されることが可能である。いくつかの実施態様においては、HMDデバイス200は、互いに対して、および基準点に対して、本体220上の固定された位置に配置されたロケータどうし(図示せず、ロケータ126どうしなど)を含むことが可能である。それらのロケータのそれぞれは、外部撮像デバイスによって検知可能である光を放出することが可能である。
図3は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのメガネの形態のニアアイディスプレイ300の例の斜視図である。ニアアイディスプレイ300は、図1のニアアイディスプレイ120の特定の実施態様であることが可能であり、仮想現実ディスプレイ、拡張現実ディスプレイ、および/または複合現実ディスプレイとして動作するように構成されることが可能である。ニアアイディスプレイ300は、フレーム305およびディスプレイ310を含むことが可能である。ディスプレイ310は、コンテンツをユーザに提示するように構成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ディスプレイ310は、ディスプレイエレクトロニクスおよび/またはディスプレイオプティクスを含むことが可能である。たとえば、図1のニアアイディスプレイ120に関して上述されているように、ディスプレイ310は、LCDディスプレイパネル、LEDディスプレイパネル、または光学ディスプレイパネル(たとえば、導波管ディスプレイアセンブリ)を含むことが可能である。
ニアアイディスプレイ300はさらに、フレーム305上にまたはフレーム305内にさまざまなセンサ350a、350b、350c、350d、および350eを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ350a~350eは、1つまたは複数の奥行きセンサ、モーションセンサ、位置センサ、慣性センサ、または環境光センサを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ350a~350eは、別々の方向における別々の視野を表す画像データを生成するように構成されている1つまたは複数の画像センサを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ350a~350eは、ニアアイディスプレイ300の表示されるコンテンツを制御するための、もしくはそのコンテンツに影響を与えるための、および/またはニアアイディスプレイ300のユーザにインタラクティブなVR/AR/MR体験を提供するための入力デバイスとして使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ350a~350eは、立体画像化のために使用されることも可能である。
いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ300はさらに、光を物理的環境へと投射するための1つまたは複数の照明器330を含むことが可能である。投射される光は、さまざまな周波数帯域(たとえば、可視光、赤外線、紫外線など)に関連付けられることが可能であり、さまざまな目的を果たすことが可能である。たとえば、照明器330は、暗い環境に(または低強度の赤外線、紫外線などを伴う環境に)光を投射して、センサ350a~350eがその暗い環境内のさまざまなオブジェクトの画像を取り込むのを支援することが可能である。いくつかの実施形態においては、照明器330は、環境内のオブジェクト上に特定の光パターンを投射するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、照明器330は、図1に関連して上述されているロケータ126などのロケータとして使用されることが可能である。
いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ300は、高解像度カメラ340を含むことも可能である。カメラ340は、視野内の物理的環境の画像を取り込むことが可能である。取り込まれた画像は、たとえば、仮想現実エンジン(たとえば、図1の人工現実エンジン116)によって処理されて、取り込まれた画像に仮想オブジェクトを付加すること、または取り込まれた画像内の物理オブジェクトを修正することが可能であり、処理された画像は、ARまたはMRアプリケーションのためにディスプレイ310によってユーザに表示されることが可能である。
図4は、特定の実施形態による導波管ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システム400の例を示している。拡張現実システム400は、プロジェクタ410およびコンバイナ415を含むことが可能である。プロジェクタ410は、光源または画像ソース412およびプロジェクタオプティクス414を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源または画像ソース412は、上述されている1つまたは複数のマイクロLEDデバイスを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、LCDディスプレイパネルまたはLEDディスプレイパネルなど、仮想オブジェクトを表示する複数のピクセルを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、コヒーレントなまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含むことが可能である。たとえば、画像ソース412は、レーザーダイオード、垂直キャビティ面発光レーザー、LED、および/または上述されているマイクロLEDを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、原色(たとえば、赤、緑、または青)に対応する単色画像光をそれぞれが放出する複数の光源(たとえば、上述されているマイクロLEDのアレイ)を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、マイクロLEDの3つの2次元アレイを含むことが可能であり、マイクロLEDのそれぞれの2次元アレイは、原色(たとえば、赤、緑、または青)の光を放出するように構成されているマイクロLEDを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、空間光変調器などの光学パターン生成器を含むことが可能である。プロジェクタオプティクス414は、画像ソース412からの光を拡大すること、コリメートすること、スキャンすること、またはコンバイナ415へ投射することなど、画像ソース412からの光を調整することが可能である1つまたは複数の光学部品を含むことが可能である。1つまたは複数の光学部品は、たとえば、1つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、アパーチャ、および/または格子を含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、画像ソース412は、マイクロLEDの1つまたは複数の1次元アレイまたは細長い2次元アレイを含むことが可能であり、プロジェクタオプティクス414は、マイクロLEDの1次元アレイまたは細長い2次元アレイをスキャンして画像フレームを生成するように構成されている1つまたは複数の1次元スキャナ(たとえば、マイクロミラーまたはプリズム)を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタオプティクス414は、画像ソース412からの光のスキャニングを可能にする複数の電極を備えた液体レンズ(たとえば、液晶レンズ)を含むことが可能である。
コンバイナ415は、プロジェクタ410からの光をコンバイナ415の基板420へと結合するための入力カプラ430を含むことが可能である。コンバイナ415は、第1の波長範囲における光の少なくとも50%を透過すること、および第2の波長範囲における光の少なくとも25%を反射することが可能である。たとえば、第1の波長範囲は、約400nmから約650nmまでの可視光であることが可能であり、第2の波長範囲は、たとえば、約800nmから約1000nmまでの赤外線帯域にあることが可能である。入力カプラ430は、体積ホログラフィック格子、回折光学要素(DOE)(たとえば、表面レリーフ格子)、基板420の傾斜面、または屈折カプラ(たとえば、くさびまたはプリズム)を含むことが可能である。たとえば、入力カプラ430は、反射体積Bragg格子または透過体積Bragg格子を含むことが可能である。入力カプラ430は、可視光に対して30%、50%、75%、90%、またはそれ以上の結合効率を有することが可能である。基板420へと結合された光は、たとえば、全反射(TIR)を通じて基板420内を伝搬することが可能である。基板420は、メガネのレンズの形態であることが可能である。基板420は、平面または曲面を有することが可能であり、ガラス、石英、プラスチック、ポリマー、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、水晶、またはセラミックなど、1つまたは複数のタイプの誘電材料を含むことが可能である。基板の厚さは、たとえば、約1mm未満から約10mm以上に及ぶことが可能である。基板420は、可視光に対して透明であることが可能である。
基板420は、複数の出力カプラ440を含むことが可能であり、または複数の出力カプラ440に結合されることが可能であり、それらの出力カプラ440はそれぞれが、基板420によって導かれて基板420内を伝搬する光の少なくとも一部分を基板420から抽出して、抽出された光460をアイボックス495に向けるように構成されており、拡張現実システム400のユーザの目490は、拡張現実システム400が使用中である場合には、そのアイボックスに配置されることが可能である。複数の出力カプラ440は、アイボックス495のサイズを増大させるように射出瞳を複製することが可能であり、それによって、表示される画像は、より大きなエリアで可視である。入力カプラ430のように、出力カプラ440は、格子カプラ(たとえば、体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子)、その他の回折光学要素(DOE)、プリズムなどを含むことが可能である。たとえば、出力カプラ440は、反射体積Bragg格子または透過体積Bragg格子を含むことが可能である。出力カプラ440は、さまざまな場所においてさまざまな結合(たとえば、回折)効率を有することが可能である。基板420は、コンバイナ415の前の環境からの光450がほとんどまたはまったく損失なしに通過することを可能にすることもできる。出力カプラ440は、光450がほとんど損失なしに通過することを可能にすることもできる。たとえば、いくつかの実施態様においては、出力カプラ440は、光450に対してかなり低い回折効率を有することが可能であり、それによって光450は、屈折するか、またはさもなければ、ほとんど損失なしに出力カプラ440を通過することが可能であり、ひいては、抽出された光460よりも高い強度を有することが可能である。いくつかの実施態様においては、出力カプラ440は、光450に対して高い回折効率を有することが可能であり、光450を特定の所望の方向(すなわち、回折角)にほとんど損失なく回折することが可能である。結果として、ユーザは、コンバイナ415の前の環境と、プロジェクタ410によって投射された仮想オブジェクトの画像との組み合わされた画像を閲覧することが可能であり得る。
図5Aは、特定の実施形態による導波管ディスプレイ530を含むニアアイディスプレイ(NED)デバイス500の例を示している。NEDデバイス500は、ニアアイディスプレイ120、拡張現実システム400、または別のタイプのディスプレイデバイスの例であることが可能である。NEDデバイス500は、光源510、投射オプティクス520、および導波管ディスプレイ530を含むことが可能である。光源510は、赤色発光体512のパネル、緑色発光体514のパネル、および青色発光体516のパネルなど、別々の色の発光体の複数のパネルを含むことが可能である。赤色発光体512は、アレイへと編成されており、緑色発光体514は、アレイへと編成されており、青色発光体516は、アレイへと編成されている。光源510における発光体の寸法およびピッチは、小さくてもよい。たとえば、それぞれの発光体は、2μm未満(たとえば、約1.2μm)の直径を有することが可能であり、ピッチは、2μm未満(たとえば、約1.5μm)であることが可能である。したがって、それぞれの赤色発光体512、緑色発光体514、および青色発光体516における発光体の数は、960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080、または2560×1080ピクセルなど、表示画像におけるピクセルの数以上であることが可能である。したがって、表示画像は、光源510によって同時に生成されることが可能である。スキャニング要素は、NEDデバイス500において使用されないことが可能である。
導波管ディスプレイ530に到達する前に、光源510によって放出された光は、投射オプティクス520によって調整されることが可能であり、投射オプティクス520は、レンズアレイを含むことが可能である。投射オプティクス520は、光源510によって放出された光を導波管ディスプレイ530へコリメートすることまたは集めることが可能であり、導波管ディスプレイ530は、光源510によって放出された光を導波管ディスプレイ530へと結合するためのカプラ532を含むことが可能である。導波管ディスプレイ530へと結合された光は、たとえば、図4に関連して上述されているような全反射を通じて、導波管ディスプレイ530内を伝搬することが可能である。カプラ532は、導波管ディスプレイ530内を伝搬する光の部分を、導波管ディスプレイ530からユーザの目590へ向けて結合することも可能である。
図5Bは、特定の実施形態による導波管ディスプレイ580を含むニアアイディスプレイ(NED)デバイス550の例を示している。いくつかの実施形態においては、NEDデバイス550は、スキャニングミラー570を使用して、光源540からの光を、ユーザの目590が位置していることが可能である鏡像力場へ投射することが可能である。NEDデバイス550は、ニアアイディスプレイ120、拡張現実システム400、または別のタイプのディスプレイデバイスの例であることが可能である。光源540は、赤色発光体542の複数の行、緑色発光体544の複数の行、および青色発光体546の複数の行など、別々の色の発光体の1つもしくは複数の行または1つもしくは複数の列を含むことが可能である。たとえば、赤色発光体542、緑色発光体544、および青色発光体546は、それぞれN個の行を含むことが可能であり、それぞれの行は、たとえば、2560個の発光体(ピクセル)を含む。赤色発光体542は、アレイへと編成されており、緑色発光体544は、アレイへと編成されており、青色発光体546は、アレイへと編成されている。いくつかの実施形態においては、光源540は、それぞれの色に関して単一の列の発光体を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源540は、赤色、緑色、および青色のそれぞれに関して複数の列の発光体を含むことが可能であり、この場合、それぞれの列は、たとえば1080個の発光体を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源540における発光体の寸法および/またはピッチは、比較的大きい(たとえば、約3~5μmである)ことが可能であり、ひいては光源540は、表示画像全体を同時に生成するための十分な発光体を含まない場合がある。たとえば、単一の色に関する発光体の数は、表示画像におけるピクセルの数(たとえば、2560×1080ピクセル)よりも少ない場合がある。光源540によって放出される光は、光のコリメートされたまたは発散するビームのセットであることが可能である。
スキャニングミラー570に到達する前に、光源540によって放出された光は、コリメーティングレンズまたは自由形状光学要素560など、さまざまな光学デバイスによって調整されることが可能である。自由形状光学要素560は、たとえば、光源540によって放出された光の伝搬方向を、たとえば約90°以上変更することなど、光源540によって放出された光をスキャニングミラー570へ向けることが可能である多面プリズムまたは別の光折り畳み要素を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、自由形状光学要素560は、光をスキャンするために回転可能であり得る。スキャニングミラー570および/または自由形状光学要素560は、光源540によって放出された光を反射して導波管ディスプレイ580へ投射することが可能であり、導波管ディスプレイ580は、光源540によって放出された光を導波管ディスプレイ580へと結合するためのカプラ582を含むことが可能である。導波管ディスプレイ580へと結合された光は、たとえば、図4に関連して上述されているような全反射を通じて、導波管ディスプレイ580内を伝搬することが可能である。カプラ582は、導波管ディスプレイ580内を伝搬する光の部分を導波管ディスプレイ580からユーザの目590へ向けて結合することも可能である。
スキャニングミラー570は、微小電気機械システム(MEMS)ミラーまたはその他の任意の適切なミラーを含むことが可能である。スキャニングミラー570は、1次元または2次元でスキャンを行うために回転することが可能である。スキャニングミラー570が回転するにつれて、光源540によって放出された光は、導波管ディスプレイ580のさまざまなエリアに向けられることが可能であり、それによって、表示画像全体が、導波管ディスプレイ580上へ投射されて、それぞれのスキャニングサイクルにおいて導波管ディスプレイ580によってユーザの目590に向けられることが可能である。たとえば、光源540が、1つまたは複数の行または列におけるすべてのピクセルに関する発光体を含む実施形態においては、スキャニングミラー570は、画像をスキャンするために列方向または行方向(たとえば、x方向またはy方向)に回転されることが可能である。光源540が、1つまたは複数の行または列におけるすべてではないがいくつかのピクセルに関する発光体を含む実施形態においては、スキャニングミラー570は、行方向および列方向の両方(たとえば、x方向およびy方向の両方)に回転されて、(たとえば、ラスタタイプのスキャニングパターンを使用して)表示画像を投射することが可能である。
NEDデバイス550は、事前に定義された表示期間で動作することが可能である。表示期間(たとえば、表示サイクル)は、画像全体がスキャンまたは投射される持続時間を指すことが可能である。たとえば、表示期間は、所望のフレームレートの逆数であることが可能である。スキャニングミラー570を含むNEDデバイス550においては、表示期間は、スキャニング期間またはスキャニングサイクルと呼ばれる場合もある。光源540による光生成は、スキャニングミラー570の回転と同期化されることが可能である。たとえば、それぞれのスキャニングサイクルは、複数のスキャニングステップを含むことが可能であり、この場合、光源540は、それぞれの各スキャニングステップにおいて別々の光パターンを生成することが可能である。
それぞれのスキャニングサイクルにおいて、スキャニングミラー570が回転するにつれて、表示画像が導波管ディスプレイ580およびユーザの目590上へ投射されることが可能である。表示画像の所与のピクセル場所の実際の色値および光強度(たとえば、輝度)は、スキャニング期間中にピクセル場所を照らす3つの色(たとえば、赤、緑、および青)の光ビームの平均であることが可能である。スキャニング期間が完了した後に、スキャニングミラー570は、次の表示画像の最初の数行のための光を投射するために初期位置へ戻ることが可能であり、または逆の方向もしくはスキャンパターンに回転して、次の表示画像のための光を投射することが可能であり、この場合、駆動信号の新たなセットが光源540に供給されることが可能である。それぞれのスキャニングサイクルにおいてスキャニングミラー570が回転するので、同じプロセスが繰り返されることが可能である。したがって、別々のスキャニングサイクルにおいて別々の画像がユーザの目590へ投射されることが可能である。
図6は、特定の実施形態によるニアアイディスプレイシステム600における画像ソースアセンブリ610の例を示している。画像ソースアセンブリ610は、たとえば、ユーザの目へ投射されることになる表示画像を生成することが可能であるディスプレイパネル640と、ディスプレイパネル640によって生成された表示画像を、図4~図5Bに関連して上述されている導波管ディスプレイへ投射することが可能であるプロジェクタ650とを含むことが可能である。ディスプレイパネル640は、光源642と、光源642のためのドライバ回路644とを含むことが可能である。光源642は、たとえば、光源510または540を含むことが可能である。プロジェクタ650は、たとえば、上述されている自由形状光学要素560、スキャニングミラー570、および/または投射オプティクス520を含むことが可能である。ニアアイディスプレイシステム600は、光源642およびプロジェクタ650(たとえば、スキャニングミラー570)を同期的に制御するコントローラ620を含むことも可能である。画像ソースアセンブリ610は、画像光を生成して、導波管ディスプレイ530または580などの導波管ディスプレイ(図6においては示されていない)へ出力することが可能である。上述されているように、導波管ディスプレイは、1つまたは複数の入力結合要素において画像光を受け取ること、および受け取られた画像光を1つまたは複数の出力結合要素へ導くことが可能である。入力結合要素および出力結合要素は、たとえば、回折格子、ホログラフィック格子、プリズム、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。入力結合要素は、導波管ディスプレイで全反射が発生するように選ばれることが可能である。出力結合要素は、導波管ディスプレイからの全反射された画像光の部分どうしを結合することが可能である。
上述されているように、光源642は、アレイまたはマトリックスに配置された複数の発光体を含むことが可能である。それぞれの発光体は、赤色光、青色光、緑色光、赤外線等などの単色光を放出することが可能である。本開示においてはRGB色がしばしば論じられているが、本明細書において記述されている実施形態は、原色として赤、緑、および青を使用することに限定されない。その他の色がニアアイディスプレイシステム600の原色として使用されることも可能である。いくつかの実施形態においては、一実施形態によるディスプレイパネルは、3つよりも多い原色を使用することが可能である。光源642におけるそれぞれのピクセルは、赤色マイクロLED、緑色マイクロLED、および青色マイクロLEDを含む3つのサブピクセルを含むことが可能である。半導体LEDは一般に、半導体材料の複数の層内に活性発光層を含む。半導体材料の複数の層は、別々の化合物材料、または、別々のドーパントおよび/もしくは別々のドーピング密度を有する同じベース材料を含むことが可能である。たとえば、半導体材料の複数の層は、n型材料層と、ヘテロ構造(たとえば、1つまたは複数の量子井戸)を含むことが可能である活性領域と、p型材料層とを含むことが可能である。半導体材料の複数の層は、特定の向きを有している基板の表面上に成長させることが可能である。いくつかの実施形態においては、光抽出効率を高めるために、半導体材料の層のうちの少なくともいくつかを含むメサが形成されることが可能である。
コントローラ620は、光源642および/またはプロジェクタ650のオペレーションなど、画像ソースアセンブリ610の画像レンダリングオペレーションを制御することが可能である。たとえば、コントローラ620は、画像ソースアセンブリ610が1つまたは複数の表示画像をレンダリングするための命令を特定することが可能である。それらの命令は、表示命令およびスキャニング命令を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、表示命令は、画像ファイル(たとえば、ビットマップファイル)を含むことが可能である。表示命令は、たとえば、図1に関連して上述されているコンソール110などのコンソールから受信されることが可能である。スキャニング命令は、画像光を生成するために画像ソースアセンブリ610によって使用されることが可能である。スキャニング命令は、たとえば、画像光源のタイプ(たとえば、単色もしくは多色)、スキャニングレート、スキャニング装置の向き、1つもしくは複数の照明パラメータ、またはそれらの任意の組合せを指定することが可能である。コントローラ620は、本開示のその他の態様をわかりにくくしないためにここには示されていないハードウェア、ソフトウェア、および/またはファームウェアの組合せを含むことが可能である。
いくつかの実施形態においては、コントローラ620は、ディスプレイデバイスのグラフィックスプロセッシングユニット(GPU)であることが可能である。その他の実施形態においては、コントローラ620は、その他の種類のプロセッサであることが可能である。コントローラ620によって実行されるオペレーションは、表示のためのコンテンツを取り込み、そのコンテンツを個別のセクションへと分割することを含むことが可能である。コントローラ620は、光源642の個々のソース要素に対応するアドレスおよび/または個々のソース要素に適用される電気的バイアスを含むスキャニング命令を光源642に提供することが可能である。コントローラ620は、最終的にユーザに表示される画像におけるピクセルの1つまたは複数の行に対応する発光体を使用して個別のセクションを順次提示するように光源642に指示することが可能である。コントローラ620は、光のさまざまな調整を実行するようにプロジェクタ650に指示することも可能である。たとえば、コントローラ620は、図5Bに関連して上述されている導波管ディスプレイ(たとえば、導波管ディスプレイ580)の結合要素のさまざまなエリアへの個別のセクションをスキャンするようにプロジェクタ650を制御することが可能である。したがって、導波管ディスプレイの射出瞳では、それぞれの個別の部分が、別々のそれぞれの場所において提示される。それぞれの個別のセクションは、別々のそれぞれの時点において提示されるが、それらの個別のセクションの提示およびスキャニングは、十分に高速に生じ、それによってユーザの目は、それらの別々のセクションを単一の画像または一連の画像へと統合することが可能である。
画像プロセッサ630は、汎用プロセッサ、および/または、本明細書において記述されている機能を実行することに特化している1つもしくは複数の特定用途向け回路であることが可能である。一実施形態においては、汎用プロセッサがメモリに結合されて、本明細書において記述されている特定のプロセスをプロセッサに実行させるソフトウェア命令を実行することが可能である。別の実施形態においては、画像プロセッサ630は、特定の機能を実行することに特化している1つまたは複数の回路であることが可能である。図6における画像プロセッサ630は、コントローラ620およびドライバ回路644とは別個であるスタンドアロンのユニットとして示されているが、画像プロセッサ630は、その他の実施形態においてはコントローラ620またはドライバ回路644のサブユニットであることが可能である。言い換えれば、それらの実施形態においては、コントローラ620またはドライバ回路644は、画像プロセッサ630のさまざまな画像処理機能を実行することが可能である。画像プロセッサ630は、画像処理回路と呼ばれる場合もある。
図6において示されている例においては、光源642は、コントローラ620または画像プロセッサ630から送信されたデータまたは命令(たとえば、表示およびスキャニング命令)に基づいて、ドライバ回路644によって駆動されることが可能である。一実施形態においては、ドライバ回路644は、回路パネルを含むことが可能であり、その回路パネルは、光源642のさまざまな発光体に接続し、それらの発光体を機械的に保持する。光源642は、1つまたは複数の照明パラメータに従って光を放出することが可能であり、それらの照明パラメータは、コントローラ620によって設定され、潜在的に画像プロセッサ630およびドライバ回路644によって調整される。照明パラメータは、光を生成するために光源642によって使用されることが可能である。照明パラメータは、たとえば、ソース波長、パルスレート、パルス振幅、ビームタイプ(連続もしくはパルス)、放出される光に影響を与えることが可能であるその他のパラメータ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源642によって生成される光源光は、赤色光、緑色光、および青色光の複数のビーム、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。
プロジェクタ650は、光源642によって生成された画像光を集めること、組み合わせること、調整すること、またはスキャンすることなど、光学機能のセットを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ650は、組合せアセンブリ、光調整アセンブリ、またはスキャニングミラーアセンブリを含むことが可能である。プロジェクタ650は、光源642からの光を光学的に調整して潜在的に向け直す1つまたは複数の光学部品を含むことが可能である。光の調整の一例は、拡大すること、コリメートすること、1つもしくは複数の光学エラー(たとえば、像面湾曲、色収差など)に関して訂正を行うこと、光のいくつかのその他の調整、またはそれらの任意の組合せなど、光を調整することを含むことが可能である。プロジェクタ650の光学部品は、たとえば、レンズ、ミラー、アパーチャ、格子、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。
プロジェクタ650は、画像光を、その1つまたは複数の反射部分および/または屈折部分を介して向け直すことが可能であり、それによって画像光は、導波管ディスプレイへ特定の向きで投射される。画像光が向け直される先の場所は、1つまたは複数の反射部分および/または屈折部分の特定の向きに依存することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ650は、少なくとも2次元でスキャンする単一のスキャニングミラーを含む。その他の実施形態においては、プロジェクタ650は、互いに直交する方向にそれぞれがスキャンする複数のスキャニングミラーを含むことが可能である。プロジェクタ650は、ラスタスキャン(水平にまたは垂直に)、双共鳴スキャン、またはそれらの任意の組合せを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ650は、特定の振動周波数で水平および/または垂直方向に沿って、制御された振動を実行して、2次元に沿ってスキャンし、ユーザの目に提示されるメディアの2次元投影画像を生成することが可能である。その他の実施形態においては、プロジェクタ650は、1つまたは複数のスキャニングミラーと同様のまたは同じ機能を果たすことが可能であるレンズまたはプリズムを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソースアセンブリ610は、プロジェクタを含まないことが可能であり、この場合、光源642によって放出された光は、導波管ディスプレイ上に直接入射することが可能である。
半導体LEDにおいては、光子は、普通、活性領域(たとえば、1つまたは複数の半導体層)内の電子および正孔の再結合を通じて、特定の内部量子効率において生成され、この場合、内部量子効率は、光子を放出する活性領域内の放射電子正孔再結合の割合である。生成される光は、次いで、特定の方向において、または特定の立体角内でLEDから抽出されることが可能である。LEDから抽出される放出される光子の数と、LEDを通過する電子の数との間における比は、外部量子効率と呼ばれ、外部量子効率は、どれぐらい効率よくLEDが、注入される電子をデバイスから抽出される光子に変換するかについて記述している。
外部量子効率は、注入効率、内部量子効率、および抽出効率に比例する場合がある。注入効率は、活性領域へと注入される、デバイスを通過する電子の割合を指す。抽出効率は、デバイスから脱出する、活性領域内で生成される光子の割合である。LED、および特に、低減された物理的な寸法を伴うマイクロLEDに対して、内部および外部量子効率を改善すること、ならびに/または放出スペクトルを制御することは困難であることがある。いくつかの実施形態においては、光抽出効率を高めるために、半導体材料の層のうちの少なくともいくつかを含むメサが形成されることが可能である。
図7Aは、垂直メサ構造を有するLED700の例を示している。LED700は、光源510、540、または642における発光体であることが可能である。LED700は、半導体材料の複数の層など、無機材料で作られたマイクロLEDであることが可能である。層状半導体発光デバイスは、III-V半導体材料の複数の層を含むことが可能である。III-V半導体材料は、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、またはアンチモン(Sb)など、V族元素と組み合わせて、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、またはインジウム(In)など、1つまたは複数のIII族元素を含むことが可能である。III-V半導体材料のV族元素が窒素を含む場合には、III-V半導体材料は、第III族窒化物材料と呼ばれる。層状半導体発光デバイスは、気相エピタキシ(VPE)、液相エピタキシ(LPE)、分子線エピタキシ(MBE)、または有機金属化学気相成長法(MOCVD)などの技術を使用して基板上に複数のエピタキシャル層を成長させることによって製造されることが可能である。たとえば、半導体材料の層は、GaN、GaAs、もしくはGaP基板など、特定の結晶格子配向(たとえば、極性、非極性、もしくは半極性の配向)を有する基板、または、サファイア、炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、リチウムガレート、部分的に置換されたスピネル、もしくは、ベータLiAlO2構造を共有する第4正方酸化物を含むがそれらに限定されない基板上に層ごとに成長させることが可能であり、この場合、基板を特定の方向に切断して、特定の面を成長表面として露出させることが可能である。
図7Aにおいて示されている例においては、LED700は、基板710を含むことが可能であり、基板710は、たとえば、サファイア基板またはGaN基板を含むことが可能である。半導体層720を基板710上に成長させることが可能である。半導体層720は、GaNなどのIII-V材料を含むことが可能であり、(たとえば、Mg、Ca、Zn、もしくはBeで)pドープされること、または(たとえば、SiもしくはGeで)nドープされることが可能である。1つまたは複数の活性層730を半導体層720上に成長させて、活性領域を形成することが可能である。活性層730は、1つまたは複数の量子井戸またはMQWなど、1つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である、1つもしくは複数のInGaN層、1つもしくは複数のAlInGaP層、および/または1つもしくは複数のGaN層など、III-V材料を含むことが可能である。半導体層740を活性層730上に成長させることが可能である。半導体層740は、GaNなどのIII-V材料を含むことが可能であり、(たとえば、Mg、Ca、Zn、もしくはBeで)pドープされること、または(たとえば、SiもしくはGeで)nドープされることが可能である。半導体層720および半導体層740のうちの一方はp型層であることが可能であり、他方はn型層であることが可能である。半導体層720および半導体層740は、活性層730を挟んで発光領域を形成する。たとえば、LED700は、マグネシウムでドープされたp型GaNの層と、シリコンまたは酸素でドープされたn型GaNの層との間に位置しているInGaNの層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、LED700は、亜鉛またはマグネシウムでドープされたp型AlInGaPの層と、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたn型AlInGaPの層との間に位置しているAlInGaPの層を含むことが可能である。
いくつかの実施形態においては、電子遮断層(EBL)(図7Aにおいては示されていない)を成長させて、活性層730と、半導体層720または半導体層740のうちの少なくとも1つとの間に層を形成することが可能である。EBLは、電子漏れ電流を低減すること、およびLEDの効率を改善することが可能である。いくつかの実施形態においては、P+またはP++半導体層など、高濃度にドープされた半導体層750が、半導体層740上に形成されることが可能であり、オーミック接触を形成してデバイスの接触インピーダンスを低減するための接触層としての役割を果たすことが可能である。いくつかの実施形態においては、導電層760が、高濃度にドープされた半導体層750上に形成されることが可能である。導電層760は、たとえば、インジウムスズ酸化物(ITO)またはAl/Ni/Au膜を含むことが可能である。一例においては、導電層760は、透明なITO層を含むことが可能である。
半導体層720(たとえば、n-GaN層)と接触するために、およびLED700から活性層730によって放出された光をより効率よく抽出するために、半導体材料層(高濃度にドープされた半導体層750、半導体層740、活性層730、および半導体層720を含む)をエッチングして、半導体層720を露出させること、および層720~760を含むメサ構造を形成することが可能である。メサ構造は、キャリアをデバイス内に閉じ込めることが可能である。メサ構造をエッチングすることは、成長面に直交していることが可能であるメサ側壁732の形成につながることが可能である。パッシベーション層770が、メサ構造の側壁732上に形成されることが可能である。パッシベーション層770は、SiO2層などの酸化物層を含むことが可能であり、LED700からの放出された光を反射するための反射器としての役割を果たすことが可能である。Al、Au、Ni、Ti、またはそれらの任意の組合せなどの金属層を含むことが可能である接触層780が、半導体層720上に形成されることが可能であり、LED700の電極としての役割を果たすことが可能である。加えて、Al/Ni/Au金属層などの別の接触層790が、導電層760上に形成されることが可能であり、LED700の別の電極としての役割を果たすことが可能である。
電圧信号が接触層780および790に印加された場合には、電子および正孔は、活性層730において再結合することが可能であり、この場合、電子および正孔の再結合は、光子放出を引き起こすことが可能である。放出された光子の波長およびエネルギーは、活性層730における価電子帯と伝導帯との間のエネルギーバンドギャップに依存することが可能である。たとえば、InGaN活性層は、緑色または青色の光を放出することが可能であり、AlGaN活性層は、青色から紫外線を放出することが可能であり、その一方でAlInGaP活性層は、赤色、オレンジ、黄色、または緑色の光を放出することが可能である。放出された光子は、パッシベーション層770によって反射されることが可能であり、上(たとえば、導電層760および接触層790)または下(たとえば、基板710)からLED700を出ることが可能である。
いくつかの実施形態においては、LED700は、放出された光を集めるもしくはコリメートするか、または放出された光を導波管へと結合するために、基板710などの発光表面上にレンズなどの1つまたは複数のその他のコンポーネントを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、LEDは、平面、円錐、半放物線、または放物線などの別の形状のメサを含むことが可能であり、メサのベースエリアは、円形、長方形、六角形、または三角形であることが可能である。たとえば、LEDは、湾曲した形状(たとえば、放物面形状)および/または湾曲していない形状(たとえば、円錐形状)のメサを含むことが可能である。メサは、切り詰められること、または切り詰められないことが可能である。
図7Bは、放物線メサ構造を有するLED705の例の断面図である。LED700と同様に、LED705は、III-V半導体材料の複数の層など、半導体材料の複数の層を含むことが可能である。半導体材料層は、GaN基板またはサファイア基板などの基板715上にエピタキシャルに成長させることが可能である。たとえば、半導体層725を基板715上に成長させることが可能である。半導体層725は、GaNなどのIII-V材料を含むことが可能であり、(たとえば、Mg、Ca、Zn、もしくはBeで)pドープされること、または(たとえば、SiもしくはGeで)nドープされることが可能である。1つまたは複数の活性層735を半導体層725上に成長させることが可能である。活性層735は、1つまたは複数の量子井戸など、1つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である、1つもしくは複数のInGaN層、1つもしくは複数のAlInGaP層、および/または1つもしくは複数のGaN層など、III-V材料を含むことが可能である。半導体層745を活性層735上に成長させることが可能である。半導体層745は、GaNなどのIII-V材料を含むことが可能であり、(たとえば、Mg、Ca、Zn、もしくはBeで)pドープされること、または(たとえば、SiもしくはGeで)nドープされることが可能である。半導体層725および半導体層745のうちの一方はp型層であることが可能であり、他方はn型層であることが可能である。
半導体層725(たとえば、n型GaN層)と接触するために、およびLED705から活性層735によって放出された光をより効率よく抽出するために、半導体層をエッチングして、半導体層725を露出させること、および層725~745を含むメサ構造を形成することが可能である。メサ構造は、キャリアをデバイスの注入エリア内に閉じ込めることが可能である。メサ構造をエッチングすることは、層725~745の結晶成長に関連付けられている成長面と非平行であること、またはいくつかのケースにおいては直交していることが可能であるメサ側壁(本明細書においてはファセットとも呼ばれる)の形成につながることが可能である。
図7Bにおいて示されているように、LED705は、平らな上部を含むメサ構造を有することが可能である。誘電層775(たとえば、SiO2またはSiNx)がメサ構造のファセット上に形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、誘電層775は、誘電材料の複数の層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、金属層795が誘電層775上に形成されることが可能である。金属層795は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、チタン(Ti)、銅(Cu)、またはそれらの任意の組合せなど、1つまたは複数の金属または金属合金材料を含むことが可能である。誘電層775および金属層795は、活性層735によって放出された光を基板715へ反射することが可能であるメサ反射器を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、メサ反射器は、放出された光を少なくとも部分的にコリメートすることが可能である放物面反射器としての役割を果たすように放物面形状であることが可能である。
電気接点765および電気接点785は、半導体層745および半導体層725上にそれぞれ形成されて、電極としての役割を果たすことが可能である。電気接点765および電気接点785はそれぞれ、Al、Au、Pt、Ag、Ni、Ti、Cu、またはそれらの任意の組合せ(たとえば、Ag/Pt/AuまたはAl/Ni/Au)などの導電性材料を含むことが可能であり、LED705の電極としての役割を果たすことが可能である。図7Bにおいて示されている例においては、電気接点785は、n接点であることが可能であり、電気接点765は、p接点であることが可能である。電気接点765および半導体層745(たとえば、p型半導体層)は、活性層735によって放出された光を基板715へ反射するための後方反射器を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、電気接点765および金属層795は、同じ材料を含み、同じプロセスを使用して形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、追加の導電層(図示せず)が、電気接点765および785と半導体層との間における中間導電層として含まれることが可能である。
電圧信号が接点765および785にわたって印加された場合には、電子および正孔は、活性層735において再結合することが可能である。電子および正孔の再結合は、光子放出を引き起こし、したがって光を生成することが可能である。放出された光子の波長およびエネルギーは、活性層735における価電子帯と伝導帯との間のエネルギーバンドギャップに依存することが可能である。たとえば、InGaN活性層は、緑色または青色の光を放出することが可能であり、その一方でAlInGaP活性層は、赤色、オレンジ、黄色、または緑色の光を放出することが可能である。放出された光子は、多くの異なる方向において伝搬することが可能であり、メサ反射器および/または後方反射器によって反射されることが可能であり、たとえば、図7Bにおいて示されている下側(たとえば、基板715)からLED705を出ることが可能である。レンズまたは格子など、1つまたは複数のその他の二次光学部品が、基板715などの発光表面上に形成されて、放出された光を集めるかもしくはコリメートすること、および/または放出された光を導波管へと結合することが可能である。
上述されているLEDの1または2次元のアレイは、光源(たとえば、光源642)を形成するようにウェハ上に製作されることが可能である。ドライバ回路(たとえば、ドライバ回路644)は、たとえば、CMOSプロセスを使用してシリコンウェハ上で製作されることが可能である。ウェハ上のLEDおよびドライバ回路は、ダイシングされ、次いで一緒に接合されことが可能であり、またはウェハレベル上で接合され、次いでダイシングされることが可能である。接着接合、金属対金属接合、金属酸化物接合、ウェハ対ウェハ接合、ダイ対ウェハ接合、ハイブリッド接合等など、さまざまな接合技術が、LEDおよびドライバ回路を接合するために使用されることが可能である。
図8Aは、特定の実施形態によるLEDのアレイのためのダイ対ウェハ接合の方法の例を示す。図8Aにおいて示されている例においては、LEDアレイ801は、キャリア基板805上に複数のLED807を含むことが可能である。キャリア基板805は、GaAs、InP、GaN、AlN、サファイア、SiC、Si等など、さまざまな材料を含むことが可能である。LED807は、たとえば、接合を行う前に、さまざまなエピタキシャル層を成長させること、メサ構造を形成すること、および電気接点または電極を形成することによって製作されることが可能である。エピタキシャル層は、GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N等など、さまざまな材料を含むことが可能であり、n型層、p型層、おおび1つまたは複数の量子井戸またはMQWなど、1つまたは複数のヘテロ構造を含む活性層を含むことが可能である。電気接点は、金属または金属合金など、さまざまな導電性材料を含むことが可能である。
ウェハ803は、上に製作される受動または能動集積回路(たとえば、ドライバ回路811)を有するベース層809を含むことが可能である。ベース層809は、たとえば、シリコンウェハを含むことが可能である。ドライバ回路811は、LED807のオペレーションを制御するために使用されることが可能である。たとえば、LED807ごとのドライバ回路は、2つのトランジスタと1つのコンデンサとを有する2T1Cピクセル構造を含むことが可能である。ウェハ803は、接合層813を含むことも可能である。接合層813は、金属、酸化物、誘電体、CuSn、AuTi等など、さまざまな材料を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、パターン化された層815は、接合層813の表面上に形成されることが可能であり、パターン化された層815は、Cu、Ag、Au、Al等など、導電性材料で作られた金属グリッドを含むことが可能である。
LEDアレイ801は、接合層813またはパターン化された層815を介してウェハ803に接合されることが可能である。たとえば、パターン化された層815は、CuSn、AuSn、またはナノポーラスAuなど、さまざまな材料で作られた金属パッドまたはバンプを含むことが可能であり、これは、LEDアレイ801のLED807をウェハ803上の対応するドライバ回路811と位置合わせするために使用されることが可能である。一例においては、ドライバ回路811に対応するそれぞれの金属パッドまたはバンプとLED807が接触するまで、LEDアレイ801をウェハ803へ近づけることが可能である。LED807のうちのいくつかまたはすべては、ドライバ回路811と位置合わせされることが可能であり、次いで金属対金属接合などのさまざまな接合技術によって、パターン化された層815を介してウェハ803に接合されることが可能である。LED807がウェハ803に接合された後に、キャリア基板805は、LED807から除去されることが可能である。
図8Bは、特定の実施形態によるLEDのアレイのためのウェハ対ウェハ接合の方法の例を示す。図8Bに示されているように、第1のウェハ802は、基板804、第1の半導体層806、活性層808、および第2の半導体層810を含むことが可能である。基板804は、GaAs、InP、GaN、AlN、サファイア、SiC、Si等など、さまざまな材料を含むことが可能である。第1の半導体層806、活性層808、および第2の半導体層810は、GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N等など、さまざまな半導体材料を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、第1の半導体層806は、n型層であることが可能であり、第2の半導体層810は、p型層であることが可能である。たとえば、第1の半導体層806は、nドープされた(たとえば、SiまたはGeでドープされた)GaN層であることが可能であり、第2の半導体層810は、pドープされた(たとえば、Mg、Ca、Zn、またはBeでドープされた)GaN層であることが可能である。活性層808は、たとえば、1つまたは複数のGaN層、1つまたは複数のInGaN層、1つまたは複数のAlInGaP層等を含むことが可能であり、これは、1つまたは複数の量子井戸またはMQWなど、1つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である。
いくつかの実施形態においては、第1のウェハ802は、接合層を含むことも可能である。接合層812は、金属、酸化物、誘電体、CuSn、AuTi等など、さまざまな材料を含むことが可能である。一例においては、接合層812は、p接点および/またはn接点(図示せず)を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、基板804と第1の半導体層806との間におけるバッファ層など、その他の層が第1のウェハ802上に含まれることも可能である。バッファ層は、多結晶GaNまたはAlNなど、さまざまな材料を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、第2の半導体層810と接合層812との間に接触層があることが可能である。接触層は、第2の半導体層810および/または第1の半導体層806に電気接点を提供するための任意の適切な材料を含むことが可能である。
第1のウェハ802は、接合層813および/または接合層812を介して、上述されているように、ドライバ回路811および接合層813を含むウェハ803に接合されることが可能である。接合層812および接合層813は、同じ材料または別々の材料で作られることが可能である。接合層813および接合層812は、実質的に平らであることが可能である。第1のウェハ802は、金属対金属接合、共晶接合、金属酸化物接合、陽極接合、熱圧縮接合、紫外線(UV)接合、および/または融着接合など、さまざまな方法によってウェハ803に接合されることが可能である。
図8Bに示されているように、第1のウェハ802は、第1のウェハ802のp側(たとえば、第2の半導体層810)が下へ(すなわち、ウェハ803の方へ)向いている状態でウェハ803に接合されることが可能である。接合後、基板804は、第1のウェハ802から除去されることが可能であり、次いで、第1のウェハ802は、n側から処理されることが可能である。処理は、たとえば、個々のLEDのための特定のメサ形状の形成、および個々のLEDに対応する光学部品の形成を含むことが可能である。
図9A~図9Dは、特定の実施形態によるLEDのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示す。ハイブリッド接合は、一般に、ウェハの清浄および活性化、あるウェハの接点と別のウェハの接点の高精度の位置合わせ、室温でのウェハの表面における誘電体材料の誘電体接合、ならびに高温でのアニーリングによる接点の金属接合を含むことが可能である。図9Aは、上に製作される受動または能動回路920を有する基板910を示す。図8A~図8Bに関連して上述されているように、基板910は、たとえば、シリコンウェハを含むことが可能である。回路920は、LEDのアレイのためのドライバ回路を含むことが可能である。接合層は、電気的相互接続922を通じて回路920に接続される誘電体領域940および導体パッド930を含むことが可能である。導体パッド930は、たとえば、Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd等を含むことが可能である。誘電体領域940内の誘電体材料は、SiCN、SiO2、SiN、Al2O3、HfO2、ZrO2、Ta2O5等を含むことが可能である。接合層は、たとえば、化学機械研磨を使用して平坦化および研磨されることが可能であり、平坦化または研磨は、導体パッドにディッシング(ボウル状プロファイル)を引き起こすことが可能である。接合層の表面は、たとえば、イオン(たとえば、プラズマ)、または高速原子(たとえば、Ar)ビーム905によって清浄にされるおよび活性化されることが可能である。活性化表面は、原子によって清浄であることが可能であり、たとえば、室温で、それらが接触されるときにウェハ間に直接接合を形成するために反応性であることが可能である。
図9Bは、たとえば、図7A~図8Bに関連して上述されているように、上に製作されるマイクロLED970のアレイを含むウェハ950を示す。ウェハ950は、キャリアウェハであることが可能であり、たとえば、GaAs、InP、GaN、AlN、サファイア、SiC、Si等を含むことが可能である。マイクロLED970は、ウェハ950上にエピタキシャルに成長されるn型層、活性領域、およびp型層を含むことが可能である。エピタキシャル層は、上述されているさまざまなIII-V半導体材料を含みことが可能であり、ほぼ垂直な構造、放物線状構造、円錐形構造等など、メサ構造をエピタキシャル層にエッチングするためにp型層側から処理されることが可能である。パッシベーション層および/または反射層は、メサ構造の側壁上に形成されることが可能である。P接点980およびn接点982は、メサ構造上の堆積された誘電体材料層960に形成されることが可能であり、それぞれ、p型層およびn型層との電気接点を作ることが可能である。誘電体材料層960内の誘電体材料は、たとえば、SiCN、SiO2、SiN、Al2O3、HfO2、ZrO2、Ta2O5等を含むことが可能である。P接点980およびn接点982は、たとえば、Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd等を含むことが可能である。p接点980、n接点982、および誘電体材料層960の上面は、接合層を形成することが可能である。接合層は、たとえば、化学機械研磨を使用して平坦化および研磨されることが可能であり、研磨は、p接点980およびn接点982にディッシングを引き起こすことが可能である。次いで、接合層は、たとえば、イオン(たとえば、プラズマ)、または高速原子(たとえば、Ar)ビーム915によって清浄にされるおよび活性化されることが可能である。活性化表面は、原子によって清浄であり、たとえば、室温で、それらが接触されるときにウェハ間に直接接合を形成するために反応性であることが可能である。
図9Cは、接合層内で誘電体材料を接合するための室温接合プロセスを示す。たとえば、誘電体領域940および導体パッド930を含む接合層、ならびにp接点980、n接点982、および誘電体材料層960を含む接合層が表面活性化された後、ウェハ950およびマイクロLED970は、逆さにされ、基板910およびその上に形成された回路と接触されることが可能である。いくつかの実施形態においては、圧縮圧力925は、接合層が互いに押し付けられるように基板910およびウェハ950にかけられることが可能である。表面原子がダングリングボンドを有することが可能であり、活性化後に不安定なエネルギー状態にあり得るので、接点における表面活性化およびディッシングにより、誘電体領域940および誘電体材料層960は、表面引力により直接接触にあることができ、反応し、それらの間に化学接合を形成することが可能である。したがって、誘電体領域940および誘電体材料層960内の電体材料は、熱処理または圧力を用いてまたは熱処理または圧力を用いずに一緒に接合されることが可能である。
図9Dは、接合層内の誘電体材料どうしを接合した後に接合層内の接点どうしを接合するためのアニーリングプロセスを示す。たとえば、導体パッド930、およびp接点980またはn接点982は、たとえば、約200~400℃以上でアニールリングすることによって一緒に接合されることが可能である。アニーリングプロセス中、熱935によって接点は(異なる熱膨張率により)誘電体材料よりも多く拡大し、したがって、導体パッド930およびp接点980またはn接点982が接触していることを可能にするとともに、活性化表面における直接金属接合を形成することを可能にするように接点間でディッシングギャップを閉じることが可能である。
2つの接合されたウェハが異なる熱膨張率(CTE)を有する材料を含むいくつかの実施形態においては、室温で接合された誘電体材料は、異なる熱膨張によって引き起こされる導体パッドの位置合わせ不良を減少させるまたは防ぐのを助けることが可能である。いくつかの実施形態においては、アニーリング中の高温で導体パッドの位置合わせ不良をさらに減少させるまたは回避するために、トレンチが、接合前に、マイクロLED間に、マイクロLEDのグループ間に、基板の一部または全部を通じて等で形成されることが可能である。
マイクロLEDがドライバ回路に接合された後に、マイクロLEDが製作される基板は、薄くされるまたは除去されることが可能であり、さまざまな二次光学部品が、たとえば、マイクロLEDの活性領域から放出される光を抽出する、コリメートする、および向け直すようにマイクロLEDの発光面上に製作されることが可能である。一例においては、マイクロレンズは、マイクロLED上に形成されることが可能であり、各マイクロレンズは、それぞれのマイクロLEDに対応することが可能であり、光抽出効率を改善し、マイクロLEDによって放出される光をコリメートするのを助けることが可能である。いくつかの実施形態においては、二次光学部品は、基板、またはマイクロLEDのn型層に製作されることが可能である。いくつかの実施形態においては、二次光学部品は、マイクロLEDのn型側に堆積された誘電体層に製作されることが可能である。二次光学部品の例は、レンズ、格子、反射防止(AR)コーティング、プリズム、フォトニック結晶等を含むことが可能である。
図10は、特定の実施形態による上に製作される二次光学部品を有するLEDアレイ1000の例を示す。LEDアレイ1000は、たとえば、図8A~図9Dに関連して上述されている任意の適切な接合技術を使用して、上に製作される電気回路を含むシリコンウェハを用いて、LEDチップまたはウェハを接合することによって作られることが可能である。図10において示されている例においては、LEDアレイ1000は、図9A~図9Dに関連して上述されているように、ウェハ対ウェハハイブリッド接合技術を使用して接合されることが可能である。LEDアレイ1000は、基板1010を含むことが可能であり、これは、たとえば、シリコンウェハであることが可能である。LEDドライバ回路など、集積回路1020は、基板1010上に製作されることが可能である。集積回路1020は、相互接続1022および導体パッド1030を通じてマイクロLED1070のp接点1074およびn接点1072に接続されることが可能であり、導体パッド1030は、p接点1074およびn接点1072との金属接合を形成することが可能である。基板1010上の誘電体層1040は、融着接合を通じて誘電体層1060に接合されることが可能である。
LEDチップまたはウェハの基板(図示せず)は、薄くされることが可能であり、またはマイクロLED1070のn型層1050を暴露させるように除去されることが可能である。球面マイクロレンズ1082、格子1084、マイクロレンズ1086、反射防止層1088等など、さまざまな二次光学部品は、n型層1050内にまたはその上に形成されることが可能である。たとえば、球面マイクロレンズアレイは、暴露光に対する線形応答とともにグレースケールマスクおよびフォトレジストを使用して、またはパターン化されたフォトレジスト層の熱リフローによって形成されるエッチマスクを使用して、マイクロLED1070の半導体材料にエッチングされることが可能である。二次光学部品は、同様のフォトリソグラフ技術またはその他の技術を使用してn型層1050上に堆積された誘電体層にエッチングされることも可能である。たとえば、マイクロレンズアレイは、バイナリマスクを使用してパターン化されるポリマー層の熱リフローを通じてポリマー層内に形成されることが可能である。ポリマー層内のマイクロレンズアレイは、二次光学部品として使用されることが可能であり、またはマイクロレンズアレイの外形を誘電体層または半導体層に転写するためにエッチマスクとして使用されることが可能である。誘電体層は、たとえば、SiCN、SiO2、SiN、Al2O3、HfO2、ZrO2、Ta2O5等を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロLED1070は、マイクロレンズおよび反射防止コーティング、半導体材料にエッチングされたマイクロレンズおよび誘電体材料層にエッチングされたマイクロレンズ、マイクロレンズおよび格子、球面レンズおよび非球面レンズ等など、複数の対応する二次光学部品を有することが可能である。マイクロLED1070上に形成されることが可能である二次光学部品のいくつかの例を示すために、3つの異なる二次光学部品が図10に示されており、これは、異なる二次光学部品があらゆるLEDアレイに対して同時に使用されることを必ずしも意味しない。
図11A~図11Dは、特定の実施形態によるLEDアレイのためのアセンブリシーケンスの始まりを示す。図11Aに示されているように、半導体材料層1130は、第1の基板1177上に成長させられることを可能にする。たとえば、半導体材料層1130は、GaN、InGaN、またはAlnGaPなどのIII-V材料、あるいはZnSe、ZnS、またはZnTeなどのII-VI材料を含むことが可能である。半導体材料層1130は、LEDアレイのための出発材料としての役割を果たすことが可能である。さらに、第1の基板1177の材料は、半導体材料層1130に基づいて選択されることが可能であり、サファイアまたはGaAsであることが可能である。半導体材料層1130は、第1の基板1177に隣り合っているn側1132、およびn側1132の反対側にあるp側1134を有することが可能である。第1の接合層1180は、半導体材料層1130のp側1134上に形成されることが可能である。たとえば、第1の接合層1180は、紫外線(UV)レーザーによって剥離可能である接着剤であることが可能である。次いで、第1のキャリア基板1175は、第1の接合層1180を介して第1の基板1177に接合されることが可能である。第1のキャリア基板1175は、シリコンで作ることが可能である。
図11Bに示されているように、第1の基板1177は、第1の基板1177がサファイアで作られる場合はレーザーリフトオフ(LLO)、または第1の基板1177がGaAsで作られる場合はグラインディング、およびエッチングなど、任意の適切な方法によって除去されることが可能である。第1の基板1177を除去することで、半導体材料層1130のn側1132を露出させて、半導体材料層1130のn側1132の処理を可能にする。
図11Cに示されているように、第2の接合層1125は、半導体材料層1130のn側1132上に形成されることが可能である。たとえば、第2の接合層1125は、紫外線(UV)レーザーによって剥離可能である接着剤であることが可能である。代替として、第2の接合層1125は、溶媒を使用して剥離されることが可能である。有利には、低応力プロセスが、第2の接合層1125を剥離するために使用されることが可能である。次いで、第2のキャリア基板1120は、第2の接合層1125上に形成されることが可能である。第2のキャリア基板1120は、シリコンなど、第1のキャリア基板1175の材料と同様である材料で作られることが可能である。
図11Dに示されているように、第1のキャリア基板1175は、第1の接合層1180を剥離することによって除去されることが可能である。次いで、半導体材料層1130のp側1134が、清浄されることが可能であり、第1の接合層1180の何らかの残留部分の除去を含む。第1のキャリア基板1175を除去することで、半導体材料層1130のp側1134を暴露して、半導体材料層1130のp側1134の処理を可能にする。たとえば、半導体材料層1130のp側1134の処理は、p接点アレイのメタライゼーション、エッチングまたはその他のプロセスによるマイクロLED構造の形成、ならびに/あるいはp側1132に対する半導体材料層1130のエッチング、およびp接点アレイと同じ表面上のn接点の形成を含むことが可能である。
図12A~図12Cは、特定の実施形態によるLEDアレイをウェハに接合する方法の例を示す図である。図12Aに示されているように、半導体材料層1230は、接合層1225上に形成されることが可能であり、これは、キャリア基板1220上に形成される。図12Aに示される装置は、図11A~図11Dに関して上で論じられた方法など、任意の適切な方法によって形成されることが可能である。図12Aに示されているように、複数のLEDアレイ1235は、半導体材料層1230内に形成されることが可能である。キャリア基板1220は、位置合わせにおいて複数のLEDアレイ1235を保持するために使用されることが可能である。複数のLEDアレイ1235は、ディスプレイ構造全体を形成するのに十分であり得る。接合層1225は、一時的なキャリア膜としての役割を果たすことが可能である。
図12Bに示されているように、LEDアレイ1235は、別個のLEDアレイ1235を形成するように個片化されることが可能である。たとえば、LEDアレイ1235は、LEDアレイ1235のうちの隣接したものどうしの間で半導体材料層1230、接合層1225、およびキャリア基板1220を通じてエッチングにより分離されることが可能である。各LEDアレイ1235は、LEDアレイ1235の周辺の近くに形成されるn接点1250、およびLEDアレイ1235の中央領域内に形成されるp接点1240を含むことが可能である。いくつかの例において、p接点1240は、延びた直線の断面を有することが可能であり、n接点1250は、正方形、長方形、または円形の断面を有することが可能である。p接点1240および/またはn接点1250は、金、銅、または別の金属から形成されるメタライズされた接点であることが可能である。p接点1240および/またはn接点1250は、相互接続材料を有する平面接点またはバンプ状接点であることが可能であり、これは、低温および低圧接合プロセスを可能にする。
図12Cに示されているように、LEDアレイ1235は、ウェハ1245上に形成される複数のドライバ回路に接合されることが可能である。いくつかの例において、ウェハ1245は、シリコンで作られることが可能である。LEDアレイ1235は、図8Aに関連して上で論じられたダイ対ウェハ接合、または図9A~図9Dに関連して上で論じられたハイブリッド接合など、さまざまな方法によってウェハ1245に接合されることが可能である。しかしながら、LEDアレイ1235の半導体材料層1230は、ウェハ1245とは異なるCTEを有するので、LEDのための接点とドライバ回路との間でいくらかのウォークオフとなる可能性が高い。たとえば、図10を参照すると、マイクロLED1070のn接点1072は、基板1010内の導体パッド1030と位置合わせ不良になる可能性がある。位置合わせ不良は、LEDアレイ1235の接合および/またはオペレーション中に加熱されることによって引き起こされる可能性がある。どちらのLEDアレイの半導体材料層1230でも、ウェハ1245よりも速く横に拡大する可能性があり、その逆も同じである。これは、LEDアレイ1235の中心近くのLEDが、それらのそれぞれのドライバ回路とよく位置合わせされるという結果になる可能性があり、一方、LEDアレイ1235の周辺近くのLEDは、LEDアレイ1235の周辺の近くに2つの材料の横方向熱膨張の差がより大きいことにより、それらのそれぞれのドライバ回路と位置合わせ不良になる可能性がある。この影響は、小さい相互接続ピッチおよび高い接続カウントを有する大きいLEDアレイ1235について特に顕著になり得る。いくつかの例において、LEDアレイ1235は、1.8μmのピッチ、および1μm以下の相互接続バンプを有することが可能である。その他の例においては、LEDアレイ1235は、3.6μmのピッチ、および1μm以上の相互接続バンプを有することが可能である。
図13A~図13Dは、特定の実施形態によるLEDアレイをウェハに接合する方法の例を示す図である。図13Aに示されているように、半導体材料層1330は、接合層1325上に形成されることが可能であり、これは、キャリア基板1320上に形成される。図13Aに示される装置は、図11A~図11Dに関して上で論じられた方法など、任意の適切な方法によって形成されることが可能である。図13Aに示されているように、複数のLEDアレイ1235は、半導体材料層1230内に形成されることが可能である。接合層1225は、一時的なキャリア膜としての役割を果たすことが可能である。LEDアレイ1335は、LEDアレイ1335の周辺の近くに形成されるn接点1350、およびLEDアレイ1335の中央領域内に形成されるp接点1340を含むことが可能である。いくつかの例において、p接点1340は、延びた直線断面を有することが可能であり、n接点1350は、正方形、長方形、または円形の断面を有することが可能である。p接点1340および/またはn接点1350は、金、銅、または別の金属から形成されるメタライズされた接点であることが可能である。p接点1340および/またはn接点1350は、相互接続材料を有する平面接点またはバンプ状接点であることが可能であり、これは、低温および低圧接合プロセスを可能にする。いくつかの例において、バンプ状接点は、は、円柱または円錐として形成されることが可能である。さらに、バンプ状接点は、共晶材料で作られることが可能である。代替として、バンプ状接点は、固体状態接合プロセスによって別の接点とジョイントすることができる単一の金属で作ることが可能である。バンプ状接点は、固体材料で作られてもよく、またはナノポーラスであってもよい。バンプ状接点は、接合ツールまたは炉を使用することなどによる全体的な加熱によって、または集束レーザー加熱を使用することなどによる局所的な加熱によって熱的に活性化されることが可能である。
図13Bに示されているように、半導体材料層1330の材料とドライバ回路が中に形成されるウェハとの間の熱膨張の違いの影響を減少させるために、LEDアレイ1335は、複数のサブアレイ1355のうちの隣接したものどうしの間で複数のギャップ1360を形成することにより複数のサブアレイ1355に分離されることが可能である。ギャップ1360は、垂直な形状またはV形状など、さまざまな形状を有することが可能である。いくつかの例において、ギャップ1360は、反応性イオンエッチング(RIE)、イオンミリング、または蒸気エッチングなど、ドライエッチングすることによって形成されることが可能である。各ギャップ1360の幅は、各ギャップ1360の深さよりも狭い可能性がある。たとえば、各ギャップ1360の幅は、数百ナノメートルであることが可能であり、各ギャップの深さは、数ミクロンであることが可能である。いくつかの例において、各ギャップ1360の幅は、200nm以下であることが可能であり、各ギャップ1360の深さは、5μmから7μmの間であることが可能である。接合層1325がサブアレイ1355の膨張を可能にしない場合、ギャップ1360は、半導体材料層1330を通って延びさえすればよく、またはギャップ1360は、接合層1325を通って延びることも可能である。LEDアレイ1335は、n×mのサブアレイ1355に分離されることが可能である。n×mの寸法は、処理温度の関数、半導体材料層1330のCTEとLEDアレイ1335が接合されるウェハのCTEとの間の差、およびLEDアレイ1335のサイズとして選択されることが可能である。概して、処理温度が増加するにつれて、サブアレイ1355の個数も増加する。同様に、CTE間の差が増加するにつれて、サブアレイ1335の個数も増加する。サブアレイの個数は、ギャップのピッチに比例することが可能である。
図13Cに示されているように、LEDアレイ1335は、逆さにされ、相互接続1365を介してウェハ1345に接合されることが可能である。相互接続1365は、高密度を有することが可能である。明確にするために、サブアレイ1335どうしの間のギャップ1360は、図13Cに示されていない。キャリア基板1320は、任意の適切な方法によって除去されることが可能である。LEDアレイ1335は、接合層1325の何らかの残留部分を除去するために清浄されることも可能である。
図13Dに示されているように、LEDアレイ1335がウェハ1345に接合された後に、アンダーフィル1370が、サブアレイ1355どうしの間でギャップ1360の中に注入されることが可能である。この例において、アンダーフィル1370は、高温接合プロセス後に、したがって、最大膨張が生じた後に、ギャップ1360に注入される。その他の実施形態においては、アンダーフィル1370は、図13Bに示されているように、ギャップ1360がエッチングされた後になど、LEDアレイ1335がウェハ1345に接合される前に、サブアレイ1355どうしの間でギャップ1360に注入されることが可能である。いくつかの例において、アンダーフィル1370は、接着剤接合層として働き、隣接したサブアレイ1355間の応力を緩和するポリマーであることが可能である。アンダーフィル1370は、相互接続1365の故障を防ぐのを助けることが可能である。
図14A~図14Gは、特定の実施形態による複数のLEDアレイをウェハに接合する方法の例を示す。図14Aに示されているように、半導体材料層1430は、接合層1425上に形成されることが可能であり、これは、キャリア基板1420上に形成される。図14Aに示される装置は、図11A~図11Dに関して上で論じられた方法など、任意の適切な方法によって形成されることが可能である。半導体材料層1430は、接合層1425に隣り合っているn側1432、およびn側1432の反対側にあるp側1434を有することが可能である。
図14Bに示されているように、複数のLEDアレイ1435aから1435eを通じて、半導体材料層1430内に形成されることが可能である。たった5つのLEDアレイが示されているが、任意の適切な個数のLEDアレイが形成されることが可能である。代表的な例としてLEDアレイ1435eを参照すると、LEDアレイ1435eは、LEDアレイ1435eの周辺の近くに形成されるn接点1450、およびLEDアレイ1435eの中央領域内に形成されるp接点1440を含むことが可能である。いくつかの例において、p接点1440は、延びた直線断面を有することが可能であり、n接点1450は、正方形、長方形、または円形の断面を有することが可能である。p接点1440および/またはn接点1450は、金、銅、または別の金属から形成されるメタライズされた接点であることが可能である。p接点1440および/またはn接点1450は、相互接続材料を有する平面接点またはバンプ状接点であることが可能であり、これは、低温および低圧接合プロセスを可能にする。いくつかの例において、バンプ状接点は、円柱または円錐として形成されることが可能である。さらに、バンプ状接点は、共晶材料で作られることが可能である。代替として、バンプ状接点は、固体状態接合プロセスによって別の接点とジョイントすることができる単一の金属で作ることが可能である。バンプ状接点は、固体材料で作られてもよく、またはナノポーラスであってもよい。バンプ状接点は接合ツールまたは炉を使用することなどによる全体的な加熱によって、または集束レーザー加熱を使用することなどによる局所的な加熱によって熱的に活性化されることが可能である。
図14Cおよび図14Dに示されているように、半導体材料層1430の材料とドライバ回路が中に形成されるウェハとの間の熱膨張の違いの影響を減少させるために、各LEDアレイ1435aから1435eは、複数のサブアレイのうちの隣接したものどうしの間で複数のギャップを形成することにより複数のサブアレイに分離されることが可能である。図14Dは、代表的な例としてLEDアレイ1435eを示す図14Cの一部の拡大されたバージョンである。LEDアレイ1435eは、サブアレイ1455aと1455bの間にギャップ1460を形成することによってサブアレイ1455aおよび1455bに分離されることが可能である。ギャップ1360は、垂直な形状またはV形状など、さまざまな形状を有することが可能である。いくつかの例において、ギャップ1460は、反応性イオンエッチング(RIE)、イオンミリング、または蒸気エッチングなど、ドライエッチングすることによって形成されることが可能である。ギャップ1460の幅は、ギャップ1460の深さよりも狭い可能性がある。たとえば、ギャップ1460の幅は、数百ナノメートルであることが可能であり、各ギャップの深さは、数ミクロンであることが可能である。いくつかの例において、ギャップ1460の幅は、200nm以下であることが可能であり、ギャップ1460の深さは、5μmから7μmの間であることが可能である。接合層1425がサブアレイ1455aおよび1455bの膨張を可能にしない場合、ギャップ1460は、半導体材料層1430を通って延びさえすればよく、またはギャップ1460は、接合層1425を通って延びることも可能である。アンダーフィル1470は、ギャップ1460内に形成されることが可能である。図14Cおよび図14Dに示されているように、ギャップ1460は、垂直な側面を有することが可能である。代替として、ギャップ1460は、サブアレイ1455aおよび1455bの下部におけるよりもサブアレイ1455aおよび1455bの上部においてギャップ1460がより広いように傾斜した側面を有することが可能である。2つのサブアレイ1455aおよび1455bだけが示されているが、LEDアレイ1435eは、n×mのサブアレイに分離されることも可能である。n×mの寸法は、処理温度の関数、半導体材料層1430のCTEとLEDアレイ1435eが接合されるウェハのCTEとの間の差、およびLEDアレイ1435eのサイズとして選択されることが可能である。概して、処理温度が増加するにつれて、サブアレイの個数も増加する。同様に、CTE間の差が増加するにつれて、サブアレイの個数も増加する。サブアレイの個数は、ギャップのピッチに比例することが可能である。
図14Eに示されているように、パッシベーション層1465は、ギャップ1460に隣り合って形成されることが可能である。たとえば、パッシベーション層1465は、ギャップ1460に隣り合っているサブアレイ1455aおよび1455bの側壁上に形成されることが可能である。いくつかの例において、パッシベーション層1465は、原子層堆積(ALD)によって付与されることが可能である。パッシベーション層1465は、誘電体材料を含むことが可能である。パッシベーション層1465は、サブアレイの縁部の近くに位置するLEDの低効率を補償することが可能である。低効率は、ギャップ1460のエッチングによる量子井戸の破壊によって引き起こされ得る。代替として、または加えて、LEDが動作しているとき、ギャップが形成されるサブアレイの縁部の近くに位置するLEDは、低効率を補償するために、より高い電流を用いて駆動されることが可能である。アンダーフィル1470は、ギャップ1460内に形成され、パッシベーション層1465に隣り合っていることが可能である。
図14Fに示されているように、LEDアレイ1435eは、相互接続(図示せず)を介してウェハ1445に接合するための準備において逆にされることが可能である。相互接続は、高密度を有することが可能である。パッシベーション層1465は、図14Fに示されていない。しかしながら、パッシベーション層1465は、図14Eを参照して上で論じられたように含まれることが可能である。
図14Gに示されているように、LEDアレイ1435eは、ウェハ1445に接合されることが可能であり、キャリア基板1420は、溶媒剥離、レーザー支援剥離、またはバックグラインディングなど、任意の適切な方法によって除去されることが可能である。半導体材料層1430は、接合層1425の何らかの残留部分を除去するために清浄されることも可能である。この例において、アンダーフィル 1470は、図14Cに示されているように、ギャップ1460がエッチングされた後になど、LEDアレイ1435eがウェハ1445に接合される前に、サブアレイ1455aと1455bの間でギャップ1460に注入されることが可能である。その他の実施形態においては、アンダーフィル1470は、図14Gに示された高温接合プロセス後に、したがって、最大膨張が生じた後に、ギャップ1460に注入される。いくつかの例において、アンダーフィル1470は、接着剤接合層として働き、隣接したサブアレイ1455aと1455bとの間の応力を緩和するポリマーであることが可能である。アンダーフィル1470は、相互接続の故障を防ぐのを助けることが可能である。パッシベーション層1465は、図14Gに示されていない。しかしながら、パッシベーション層1465は、図14Eを参照して上で論じられたように含まれることが可能である。
図15Aおよび図15Bは、特定の実施形態によるLEDアレイ内のギャップのパターンの例を示す。ギャップがディスプレイ全体を横切る長い線として形成される場合、ユーザは、長い線を検出できることが可能である。したがって、LEDアレイ内に交互配置パターンでギャップを形成することは有利であり得る。一例においては、図15Aに示されているように、ギャップは、六角形パターンで形成されることが可能である。別の例において、図15Bに示されているように、ギャップは、れんがパターンで形成されることが可能である。さらに、色ごとのLEDアレイは、ユーザによるギャップの任意の知覚を最小にするために、互いに重なり合わないギャップのパターンを有することが可能である。
図16は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するための例示的なニアアイディスプレイ(たとえば、HMDデバイス)の例示的な電子システム1600の簡略化されたブロック図である。電子システム1600は、上述されているHMDデバイスまたはその他のニアアイディスプレイの電子システムとして使用されることが可能である。この例においては、電子システム1600は、1つまたは複数のプロセッサ1610と、メモリ1620とを含むことが可能である。プロセッサ1610は、複数のコンポーネントにおいてオペレーションを実行するための命令を実行するように構成されることが可能であり、たとえば、ポータブル電子デバイス内での実施に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサであることが可能である。プロセッサ1610は、電子システム1600内の複数のコンポーネントと通信可能に結合されることが可能である。この通信可能な結合を実現するために、プロセッサ1610は、バス1640を介してその他の示されているコンポーネントと通信することが可能である。バス1640は、電子システム1600内でデータを転送するように適合されている任意のサブシステムであることが可能である。バス1640は、データを転送するための複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含むことが可能である。
メモリ1620は、プロセッサ1610に結合されることが可能である。いくつかの実施形態においては、メモリ1620は、短期および長期の両方の格納を提供することが可能であり、いくつかのユニットへと分割されることが可能である。メモリ1620は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)および/もしくはダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)など、揮発性であること、ならびに/または読み取り専用メモリ(ROM)、フラッシュメモリ等など、不揮発性であることが可能である。さらにメモリ1620は、セキュアデジタル(SD)カードなど、取り外し可能なストレージデバイスを含むことが可能である。メモリ1620は、電子システム1600に関するコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、およびその他のデータの格納を提供することが可能である。いくつかの実施形態においては、メモリ1620は、別々のハードウェアモジュールへと分散されることが可能である。命令のセットおよび/またはコードが、メモリ1620上に格納されることが可能である。命令は、電子システム1600によって実行可能であり得る実行可能コードの形態を取ることが可能であり、ならびに/またはソースおよび/もしくはインストール可能コードの形態を取ることが可能であり、これは、(たとえば、さまざまな一般的に利用可能なコンパイラ、インストレーションプログラム、圧縮/解凍ユーティリティーなどのいずれかを使用した)電子システム1600上でのコンパイルおよび/またはインストール時に、実行可能コードの形態を取ることが可能である。
いくつかの実施形態においては、メモリ1620は、複数のアプリケーションモジュール1622~1624を格納することが可能であり、これらは、任意の数のアプリケーションを含むことが可能である。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションを含むことが可能である。アプリケーションは、奥行き感知機能またはアイトラッキング機能を含むことが可能である。アプリケーションモジュール1622~1624は、プロセッサ1610によって実行されることになる特定の命令を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、アプリケーションモジュール1622~1624のうちの特定のアプリケーションまたは部分は、その他のハードウェアモジュール1680によって実行可能であり得る。特定の実施形態においては、メモリ1620は、セキュアなメモリを追加で含むことが可能であり、これは、セキュアな情報に対するコピーまたはその他の不正アクセスを防止するための追加のセキュリティー制御を含むことが可能である。
いくつかの実施形態においては、メモリ1620は、その中にロードされているオペレーティングシステム1625を含むことが可能である。オペレーティングシステム1625は、アプリケーションモジュール1622~1624によって提供される命令の実行を開始するように、ならびに/またはその他のハードウェアモジュール1680と、1つまたは複数のワイヤレストランシーバを含むことが可能であるワイヤレス通信サブシステム1630とのインターフェースとを管理するように動作可能であり得る。オペレーティングシステム1625は、スレッド化、リソース管理、データストレージ制御、およびその他の同様の機能性を含めて、電子システム1600のコンポーネントどうしにわたるその他のオペレーションを実行するように適合されることが可能である。
ワイヤレス通信サブシステム1630は、たとえば、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイスおよび/もしくはチップセット(Bluetooth(登録商標)デバイス、IEEE802.11デバイス、Wi-Fiデバイス、WiMaxデバイス、セルラー通信設備等など)、ならびに/または同様の通信インターフェースを含むことが可能である。電子システム1600は、ワイヤレス通信のための1つまたは複数のアンテナ1634を、ワイヤレス通信サブシステム1630の一部として、またはシステムのいずれかの部分に結合されている別個のコンポーネントとして含むことが可能である。所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム1630は、ベーストランシーバステーションならびにその他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含むことが可能であり、その通信は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)など、さまざまなデータネットワークおよび/またはネットワークタイプと通信することを含むことが可能である。WWANは、たとえば、WiMax(IEEE802.16)ネットワークであることが可能である。WLANは、たとえば、IEEE802.11xネットワークであることが可能である。WPANは、たとえば、Bluetoothネットワーク、IEEE802.15x、またはいくつかのその他のタイプのネットワークであることが可能である。本明細書において記述されている技術は、WWAN、WLAN、および/またはWPANの任意の組合せのために使用されることも可能である。ワイヤレス通信サブシステム1630は、ネットワーク、その他のコンピュータシステム、および/または、本明細書において記述されているその他の任意のデバイスとの間でデータがやり取りされることを許可することが可能である。ワイヤレス通信サブシステム1630は、アンテナ1634およびワイヤレスリンク1632を使用して、HMDデバイスの識別子、位置データ、地理的マップ、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含むことが可能である。ワイヤレス通信サブシステム1630、プロセッサ1610、およびメモリ1620はともに、本明細書において開示されているいくつかの機能を実行するための手段のうちの1つまたは複数の少なくとも一部を含むことが可能である。
電子システム1600の実施形態は、1つまたは複数のセンサ1690を含むことも可能である。センサ1690は、たとえば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ(たとえば、加速度計とジャイロスコープとを組み合わせるモジュール)、環境光センサ、または、奥行きセンサもしくは位置センサなど、感覚出力を提供するように、および/もしくは感覚入力を受信するように動作可能なその他の任意の同様のモジュールを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、センサ1690は、1つもしくは複数の慣性測定ユニット(IMU)および/または1つもしくは複数の位置センサを含むことが可能である。IMUは、位置センサのうちの1つまたは複数から受信された測定信号に基づいて、HMDデバイスの初期位置に対するHMDデバイスの推定位置を示す較正データを生成することが可能である。位置センサは、HMDデバイスの動きに応答して1つまたは複数の測定信号を生成することが可能である。位置センサの例は、1つもしくは複数の加速度計、1つもしくは複数のジャイロスコープ、1つもしくは複数の磁力計、動きを検知する別の適切なタイプのセンサ、IMUのエラー訂正のために使用されるタイプのセンサ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能であるが、それらには限定されない。位置センサは、IMUの外部に、IMUの内部に、またはそれらの任意の組合せで配置されることが可能である。少なくともいくつかのセンサは、感知のために、構造化された光パターンを使用することが可能である。
電子システム1600は、ディスプレイモジュール1660を含むことが可能である。ディスプレイモジュール1660は、ニアアイディスプレイであることが可能であり、画像、ビデオ、およびさまざまな指示などの情報を電子システム1600からユーザにグラフィカルに提示することが可能である。そのような情報は、1つもしくは複数のアプリケーションモジュール1622~1624、仮想現実エンジン1626、1つもしくは複数のその他のハードウェアモジュール1680、それらの組合せ、または、ユーザのためのグラフィカルコンテンツを解像するためのその他の任意の適切な手段(たとえば、オペレーティングシステム1625によって)から導出されることが可能である。ディスプレイモジュール1660は、LCDテクノロジー、LEDテクノロジー(たとえば、OLED、ILED、μ-LED、AMOLED、TOLEDなどを含む)、発光ポリマーディスプレイ(LPD)テクノロジー、またはその他の何らかのディスプレイテクノロジーを使用することが可能である。
電子システム1600は、ユーザ入力/出力モジュール1670を含むことが可能である。ユーザ入力/出力モジュール1670は、ユーザがアクション要求を電子システム1600へ送信することを可能にすることができる。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求であることが可能である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始することもしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行することであることが可能である。ユーザ入力/出力モジュール1670は、1つまたは複数の入力デバイスを含むことが可能である。例示的な入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロフォン、ボタン、ダイヤル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、または、アクション要求を受信して、その受信されたアクション要求を電子システム1600へ通信するためのその他の任意の適切なデバイスを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ユーザ入力/出力モジュール1670は、電子システム1600から受信された命令に従って触覚フィードバックをユーザに提供することが可能である。たとえば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されたときに、または実行されたときに提供されることが可能である。
電子システム1600は、たとえば、ユーザの目の位置を追跡把握する目的で、ユーザの写真またはビデオを撮影するために使用されることが可能であるカメラ1650を含むことが可能である。カメラ1650は、たとえば、VR、AR、またはMRアプリケーションのために、環境の写真またはビデオを撮影するために使用されることも可能である。カメラ1650は、たとえば、数百万または数千万ピクセルを伴う相補型金属酸化膜半導体(CMOS)画像センサを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、カメラ1650は、3D画像を取り込むために使用されることが可能である2つ以上のカメラを含むことが可能である。
いくつかの実施形態においては、電子システム1600は、複数のその他のハードウェアモジュール1680を含むことが可能である。その他のハードウェアモジュール1680のそれぞれは、電子システム1600内の物理的なモジュールであることが可能である。その他のハードウェアモジュール1680のそれぞれは、構造として恒久的に構成されることが可能であるが、その他のハードウェアモジュール1680のうちのいくつかは、特定の機能を実行するように一時的に構成されること、または一時的にアクティブ化されることが可能である。その他のハードウェアモジュール1680の例は、たとえば、オーディオ出力および/または入力モジュール(たとえば、マイクロフォンまたはスピーカー)、近距離無線通信(NFC)モジュール、充電式バッテリー、バッテリー管理システム、有線/ワイヤレスバッテリー充電システムなどを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、その他のハードウェアモジュール1680の1つまたは複数の機能は、ソフトウェアで実施されることが可能である。
いくつかの実施形態においては、電子システム1600のメモリ1620は、仮想現実エンジン1626を格納することも可能である。仮想現実エンジン1626は、電子システム1600内のアプリケーションを実行すること、およびHMDデバイスの位置情報、加速度情報、速度情報、予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せをさまざまなセンサから受信することが可能である。いくつかの実施形態においては、仮想現実エンジン1626によって受信された情報は、ディスプレイモジュール1660への信号(たとえば、表示命令)を生成するために使用されることが可能である。たとえば、受信された情報が、ユーザが左を見たことを示している場合には、仮想現実エンジン1626は、仮想環境におけるユーザの動きを反映するHMDデバイスのためのコンテンツを生成することが可能である。加えて、仮想現実エンジン1626は、ユーザ入力/出力モジュール1670から受信されたアクション要求に応答してアプリケーション内でアクションを実行すること、およびフィードバックをユーザに提供することが可能である。提供されるフィードバックは、視覚、可聴、または触覚フィードバックであることが可能である。いくつかの実施態様においては、プロセッサ1610は、仮想現実エンジン1626を実行することが可能である1つまたは複数のGPUを含むことが可能である。
さまざまな実施態様においては、上述のハードウェアおよびモジュールは、単一のデバイス上に、または有線もしくはワイヤレス接続を使用して互いに通信することが可能である複数のデバイス上に実装されることが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、GPU、仮想現実エンジン1626、およびアプリケーション(たとえば、トラッキングアプリケーション)など、いくつかのコンポーネントまたはモジュールは、ヘッドマウントディスプレイデバイスとは別個のコンソール上に実装されることが可能である。いくつかの実施態様においては、1つのコンソールが、複数のHMDに接続されること、または複数のHMDをサポートすることが可能である。
代替構成においては、異なるコンポーネントおよび/または追加のコンポーネントが電子システム1600に含まれることが可能である。同様に、それらのコンポーネントのうちの1つまたは複数の機能性は、上述されている様式とは異なる様式でそれらのコンポーネントの間において分散されることが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、電子システム1600は、ARシステム環境および/またはMR環境など、その他のシステム環境を含むように修正されることが可能である。
上で論じられている方法、システム、およびデバイスは、例である。さまざまな実施形態は、必要に応じて、さまざまな手順またはコンポーネントを省略すること、置換すること、または追加することが可能である。たとえば、代替構成においては、記述されている方法は、記述されているのとは異なる順序で実行されることが可能であり、ならびに/またはさまざまな段階が追加されること、省略されること、および/もしくは組み合わされることが可能である。また、特定の実施形態に関して記述されている特徴どうしは、さまざまなその他の実施形態において組み合わされることが可能である。実施形態の別々の態様および要素は、同様の様式で組み合わされることが可能である。また、テクノロジーは進化しており、したがって、要素のうちの多くは例であり、それらの例は、本開示の範囲をそれらの特定の例に限定するものではない。
実施形態の徹底的な理解を提供するために、記述においては具体的な詳細が与えられている。しかしながら、実施形態は、これらの具体的な詳細を伴わずに実施されることが可能である。たとえば、よく知られている回路、プロセス、システム、構造、および技術は、実施形態をわかりにくくすることを回避するために、不必要な詳細を伴わずに示されている。この記述は、例示的な実施形態を提供しているだけであり、本発明の範囲、適用可能性、または構成を限定することを意図されているものではない。むしろ、実施形態についての前述の記述は、さまざまな実施形態を実施するための有効な記述を当業者に提供するであろう。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置においてさまざまな変更が行われることが可能である。
また、いくつかの実施形態は、流れ図またはブロック図として示されているプロセスとして記述された。それぞれが、オペレーションを順次プロセスとして記述している場合があるが、オペレーションのうちの多くは、並列にまたは同時に実行されることが可能である。加えて、オペレーションどうしの順序は、並べ替えられることが可能である。プロセスは、図に含まれていない追加のステップを有することが可能である。さらに、これらの方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せによって実施されることが可能である。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実施される場合には、関連付けられているタスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、ストレージメディアなどのコンピュータ可読メディアに格納されることが可能である。プロセッサは、関連付けられているタスクを実行することが可能である。
具体的な要件に従って実質的な変更が行われることが可能であるということは当業者にとって明らかであろう。たとえば、カスタマイズされたもしくは専用のハードウェアが使用されることも可能であり、および/または特定の要素が、ハードウェア、ソフトウェア(アプレット等などのポータブルソフトウェアを含む)、もしくは両方で実装されることが可能である。さらに、ネットワーク入力/出力デバイスなどのその他のコンピューティングデバイスへの接続が採用されることが可能である。
添付の図を参照すると、メモリを含むことが可能であるコンポーネントは、非一時的なマシン可読メディアを含むことが可能である。「マシン可読メディア」および「コンピュータ可読メディア」という用語は、マシンを特定の様式で動作させるデータを提供することに関与する任意のストレージメディアを指すことが可能である。上で提供されている実施形態においては、さまざまなマシン可読メディアが、実行のために処理ユニットおよび/またはその他のデバイスに命令/コードを提供することに関与することが可能である。追加として、または代替として、マシン可読メディアは、そのような命令/コードを格納および/または搬送するために使用されることが可能である。多くの実施態様においては、コンピュータ可読メディアは、物理的なおよび/または有形のストレージメディアである。そのようなメディアは、不揮発性メディア、揮発性メディア、および送信メディアを含むがそれらには限定されない多くの形態を取ることが可能である。コンピュータ可読メディアの一般的な形態は、たとえば、コンパクトディスク(CD)もしくはデジタル多用途ディスク(DVD)などの磁気および/もしくは光メディア、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有するその他の物理的なメディア、RAM、プログラム可能読み取り専用メモリ(PROM)、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EPROM)、フラッシュEPROM、その他の任意のメモリチップもしくはカートリッジ、以降で記述されている搬送波、またはコンピュータが命令および/もしくはコードを読み出すことが可能であるその他の任意のメディアを含む。コンピュータプログラム製品は、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション(アプリ)、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラスを表すことが可能であるコードおよび/もしくはマシン実行可能命令、または命令、データ構造、もしくはプログラムステートメントの任意の組合せを含むことが可能である。
本明細書において記述されているメッセージを通信するために使用される情報および信号は、さまざまな異なるテクノロジーおよび技術のうちのいずれかを使用して表されることが可能であるということを当業者なら理解するであろう。たとえば、上の記述全体を通して参照されることが可能であるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは粒子、光場もしくは粒子、またはそれらの任意の組合せによって表されることが可能である。
本明細書において使用される「および」および「または」という用語は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予想されるさまざまな意味を含むことが可能である。典型的には、「または」は、A、B、またはCなどのリストを関連付けるために使用される場合には、A、B、およびC(ここでは包括的な意味で使用される)、ならびにA、B、またはC(ここでは排他的な意味で使用される)を意味することを意図されている。加えて、本明細書において使用される「1つまたは複数」という用語は、単数形の任意の機能、構造、もしくは特徴を記述するために使用されることが可能であり、または機能、構造、もしくは特徴の何らかの組合せを記述するために使用されることが可能である。しかしながら、これは単に説明例であり、特許請求されている主題は、この例に限定されるものではないということに留意されたい。さらに、「~の少なくとも1つ」という用語は、A、B、またはCなどのリストを関連付けるために使用される場合には、A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等など、A、B、および/またはCの任意の組合せを意味すると解釈されることが可能である。
さらに、特定の実施形態が、ハードウェアおよびソフトウェアの特定の組合せを使用して記述されてきたが、ハードウェアおよびソフトウェアのその他の組合せも可能であるということを認識されたい。特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはそれらの組合せを使用して実施されることが可能である。一例においては、ソフトウェアは、本開示において記述されているステップ、オペレーション、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実行するために1つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品を用いて実装されることが可能であり、この場合、コンピュータプログラムは、非一時的コンピュータ可読メディア上に格納されることが可能である。本明細書において記述されているさまざまなプロセスは、同じプロセッサまたは別々のプロセッサ上で任意の組合せで実施されることが可能である。
デバイス、システム、コンポーネント、またはモジュールが、特定のオペレーションまたは機能を実行するように構成されているものとして記述されている場合には、そのような構成は、たとえば、オペレーションを実行するための電子回路を設計することによって、プログラム可能な電子回路(マイクロプロセッサなど)を、オペレーションを実行するようにプログラムすることによって、たとえば、コンピュータ命令もしくはコード、または非一時的なメモリメディア上に格納されているコードもしくは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサもしくはコア、またはそれらの任意の組合せを実行することによって達成されることが可能である。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技術を含むがそれらには限定されないさまざまな技術を使用して通信することが可能であり、プロセスどうしの別々のペアが、別々の技術を使用することが可能であり、またはプロセスどうしの同じペアが、別々の時点で別々の技術を使用することが可能である。
したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味でみなされるべきである。しかしながら、特許請求の範囲に記載されているさらに広い精神および範囲から逸脱することなく、追加、削減、削除、およびその他の修正および変更が行われることが可能であるということは明らかであろう。したがって、特定の実施形態が記述されているが、これらは、限定することを意図されているものではない。さまざまな修正および均等物は、添付の特許請求の範囲の範疇内にある。
Claims (15)
- 第1の基板上に複数の発光ダイオード(LED)を備えるアレイを形成することと、
複数のサブアレイ間に複数のギャップを形成することによって前記アレイを前記複数のサブアレイに分離することと、
前記複数のサブアレイを、第2の基板上に形成される複数のドライバ回路に接合することと、
前記複数のギャップ内にアンダーフィルを形成することと、
前記複数のサブアレイから前記第1の基板を除去することと、
を含む、方法。 - 前記アンダーフィルは、前記複数のサブアレイが前記複数のドライバ回路に接合される前に形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記アンダーフィルは、前記複数のサブアレイが前記複数のドライバ回路に接合された後に形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のギャップは、ドライエッチングすることによって形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のギャップは、前記アレイに交互配置パターンを形成する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のギャップは、前記複数のLEDを形成する半導体材料を通って延びる、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のギャップは、前記第1の基板が除去される前に前記複数のLEDと前記第1の基板との間に配置される膜、または
前記第1の基板が除去される前の前記第1の基板の一部、
を通って延びる、請求項6に記載の方法。 - 前記複数のLEDは、第1の熱膨張率を有する第1の材料を含み、前記第2の基板は、第2の熱膨張率を有する第2の材料を含み、前記第1の熱膨張率は、前記第2の熱膨張率とは異なる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の基板は、前記第2の熱膨張率と一致している第3の熱膨張率を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記複数のギャップに隣り合うパッシベーション層を付与することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数のサブアレイは、複数の相互接続を介して前記複数のドライバ回路に接合される、請求項1に記載の方法。
- 基板上に形成されている複数のドライバ回路に接合される複数の発光ダイオード(LED)を備えるアレイ、を備えるデバイスであって、
前記アレイは、複数のギャップによって複数のサブアレイに分離され、
アンダーフィルが、前記複数のギャップ内に形成される、デバイス。 - 前記複数のギャップは、前記アレイに交互配置パターンを形成する、請求項12に記載のデバイス。
- 前記複数のLEDは、第1の熱膨張率を有する第1の材料を含み、前記基板は、第2の熱膨張率を有する第2の材料を含み、前記第1の熱膨張率は、前記第2の熱膨張率とは異なる、請求項12に記載のデバイス。
- 前記複数のギャップに隣り合っているパッシベーション層、および/または
前記複数のLEDを前記複数のドライバ回路内の複数のドライバに接続する複数の相互接続をさらに備える、請求項12に記載のデバイス。
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