KR20220101119A - 발광 다이오드 어레이의 본딩 - Google Patents

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KR20220101119A
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존 고워드
마이클 그룬드만
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페이스북 테크놀로지스, 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에는 발광 다이오드들(LEDs)의 어레이들을 복수의 드라이버 회로들에 본딩하기 위한 기술들이 개시된다. 특정 실시예들에 따라, 방법은 제1 기판 상에 복수의 LED들을 포함하는 어레이를 형성하는 단계, 상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계로서 상기 복수의 서브-어레이들 사이에 복수의 갭들을 형성함으로써 상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계, 제2 기판 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 상기 복수의 서브 어레이들을 본딩하는 단계, 상기 복수의 갭들 내에 언더필을 형성하는 단계, 및 상기 복수의 서브-어레이들로부터 상기 제1 기판을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

발광 다이오드 어레이의 본딩
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119 하에서 2019년 11월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 62/936,711의 우선권을 주장하며, 그 내용 전체가 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 개시는 일반적으로 발광 다이오드들(LEDs)의 어레이를 복수의 드라이버 회로들에 본딩하기 위한 방법들에 관한 것이다.
발광 다이오드들(LEDs)은 전기 에너지를 광학 에너지로 변환하고, 크기 감소, 내구성 향상, 및 효율성 증가와 같이 다른 광원에 비해 많은 이점들을 제공한다. LED들은 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 프로젝션 시스템, 및 웨어러블 전자 디바이스와 같은 많은 디스플레이 시스템들에서 광원으로 사용할 수 있다. AlN, GaN, InN 등의 합금들과 같은 III족 질화물 반도체들을 기반으로 하는 마이크로 LED들("μLEDs")은 크기가 작고(예를 들어, 100μm 미만, 50μm 미만, 10μm 미만 또는 5μm 미만의 선형 치수) 패킹 필도가 높고(따라서 해상도가 더 높음) 밝기가 높기 때문에, 다양한 디스플레이 애플리케이션들을 위해 개발되기 시작했다. 예를 들어, 상이한 색상들(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색)의 광을 방출하는 마이크로 LED들은 텔레비전 또는 근안 디스플레이 시스템과 같은 디스플레이 시스템의 하위 픽셀들을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 방법은 제1 기판 상에 복수의 LED들을 포함하는 어레이를 형성하는 단계, 상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계로서 상기 복수의 서브-어레이들 사이에 복수의 갭들을 형성함으로써 상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계, 제2 기판 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 상기 복수의 서브 어레이들을 본딩하는 단계, 상기 복수의 갭들 내에 언더필(underfill)을 형성하는 단계, 및 상기 복수의 서브-어레이들로부터 상기 제1 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 언더필은 상기 복수의 서브-어레이들이 상기 복수의 드라이버 회로들에 본딩되기 전에 형성될 수 있다. 대안적으로, 상기 언더필은 상기 복수의 서브-어레이들이 상기 복수의 드라이버 회로들에 본딩된 후에 형성될 수 있다.
상기 복수의 갭들은 건식 에칭에 의해 형성될 수 있다. 상기 복수의 갭들은 어레이에서 엇갈린 패턴(staggered pattern)을 형성할 수 있다. 상기 복수의 갭들은 상기 복수의 LED들을 형성하는 반도체 재료를 통해 연장될 수 있다. 또한, 상기 복수의 갭들은 제1 기판이 제거되기 전에 상기 복수의 LED들과 상기 제1 기판 사이에 배열된 필름을 통해 연장될 수 있다. 또한, 상기 복수의 갭들은 제1 기판이 제거되기 전에 상기 제1 기판의 일부를 통해 연장될 수 있다.
상기 복수의 LED들은 제1 열팽창 계수를 갖는 제1 재료를 포함할 수 있고, 상기 제2 기판은 제2 열팽창 계수를 갖는 제2 재료를 포함할 수 있고, 상기 제1 열팽창 계수는 상기 제2 열팽창 계수와 상이할 수 있다. 또한, 상기 제1 기판은 상기 제2 열팽창 계수와 매칭되는 제3 열팽창 계수를 가질 수 있다.
방법은 또한 복수의 갭들에 인접한 패시베이션 층을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 복수의 서브-어레이들은 복수의 상호접속부들을 통해 복수의 드라이버 회로들에 본딩될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 디바이스는 기판 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 본딩되는 복수의 LED들을 갖는 어레이를 포함한다. 상기 어레이는 복수의 갭들에 의해 복수의 서브-어레이들로 분리되고, 언더필이 상기 복수의 갭들 내에 형성된다.
상기 복수의 갭들은 상기 어레이에서 엇갈린 패턴을 형성할 수 있다. 상기 복수의 LED들은 제1 열팽창 계수를 갖는 제1 재료를 포함할 수 있고, 상기 기판은 제2 열팽창 계수를 갖는 제2 재료를 포함할 수 있고, 제1 열팽창 계수는 제2 열팽창 계수와 상이할 수 있다.
디바이스는 또한 복수의 갭들에 인접한 패시베이션 층을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 디바이스는 또한 상기 복수의 LED들을 상기 복수의 드라이버 회로들 내의 복수의 드라이버들에 접속하는 복수의 상호접속부들을 포함할 수 있다.
본 요약은 청구된 청구 대상의 핵심 또는 필수적 특징들을 식별하도록 의도된 것이 아닐뿐만 아니라, 청구된 청구 대상의 범위를 결정하기 위한 별개의 것으로 사용하도록 의도된 것이 아니다. 본 청구 대상은 본 개시의 전체 명세서의 적절한 부분들, 임의의 또는 모든 도면들, 및 각 청구항을 참조하여 이해되어야 한다. 전술한 것들과 함께 다른 특징들 및 예들이 이하의 명세서, 청구 범위, 및 첨부 도면에서 보다 상세히 설명될 것이다.
예시적인 실시예들은 다음의 도면들을 참조하여 하기에 상세히 설명된다:
도 1은 특정 실시예들에 따라 근안 디스플레이를 포함하는 인공 현실 시스템 환경의 예에 대한 단순화된 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 헤드-마운티드 디스플레이(HMD: head-mounted display) 디바이스 형태의 근안 디스플레이의 예에 대한 사시도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 한 쌍의 안경 형태의 근안 디스플레이의 예에 대한 사시도이다.
도 4는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 광학 투시 증강 현실 시스템의 예를 도시한다.
도 5a는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다.
도 5b는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다.
도 6은 특정 실시예들에 따른 증강 현실 시스템의 이미지 소스 어셈블리의 예를 도시한다.
도 7a는 특정 실시예들에 따른 수직 메사 구조(vertical mesa structure)를 갖는 발광 다이오드(LED)의 예를 도시한다.
도 7b는 특정 실시예들에 따른 포물선 메사 구조를 갖는 LED의 예에 대한 단면도이다.
도 8a는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 다이-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다.
도 8b는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 하이브리드 본딩 방법의 예를 도시한다.
도 10은 특정 실시예들에 따라 그 위에 제조된 2차 광학 구성요소들을 갖는 LED 어레이의 예를 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이에 대한 어셈블리 시퀀스의 시작을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 특정 실시예들에 따라 LED 어레이를 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는 특정 실시예들에 따라 LED 어레이를 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다.
도 14a 내지 도 14g는 특정 실시예들에 따라 복수의 LED 어레이들을 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다.
도 15a 및 15b는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이 내의 갭 패턴들의 예들을 도시한다.
도 16은 특정 실시예들에 따른 근안 디스플레이의 예에 대한 전자 시스템의 단순화된 블록도이다.
도면들은 단지 예시의 목적들로 본 개시내용의 실시예들을 도시한다. 당업자는 다음의 설명으로부터 예시된 구조들 및 방법들의 대안적인 실시예들이 본 개시내용의 원리들, 또는 언급된 이점들로부터 벗어나지 않고 채용될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
첨부된 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 특징들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은 유사한 구성요소들을 구별하는 대시 및 제2 라벨을 통해 참조 라벨을 따름으로써 구별될 수 있다. 제1 참조 라벨만이 명세서에서 사용되는 경우, 설명은 제2 참조 라벨에 상관없이 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
본 개시는 일반적으로 발광 다이오드들(LEDs)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 그리고 제한 없이, 본 명세서에는 LED 어레이들을 복수의 드라이버 회로들에 본딩하기 위한 기술들이 개시되어 있다. 디바이스들, 시스템들, 방법들, 재료들 등을 포함하는 다양한 본 발명의 실시예들이 본 명세서에서 설명된다.
LED들이 형성되는 기판과 다른 열팽창 계수(CTE)를 갖는 웨이퍼에 형성되는, 드라이버 회로들과 같은, 전기 집적 회로들(EICs)에 LED 어레이들을 본딩하는 것이 종종 바람직하다. LED 어레이의 어셈블리 동안, 금속 상호접속부들이 되도록 하기 위해 LED 어레이가 가열될 수 있다. 또한, 동작 중에, LED 어레이는 LED 어레이의 온도가 증가될 수 있도록 열 에너지를 생성할 수 있다. LED 어레이(예를 들어, GaN)와 웨이퍼(예를 들어, 실리콘) 사이의 CTE 불일치로 인해, LED 어레이 기판과 웨이퍼는 열에 노출될 때 상이한 열팽창들을 겪게 될 수 있으며, 이는 예를 들어, 특히 LED 어레이의 주변부 근처에서 상호접속들에 대한 접촉부들의 "워크-오프(walk-off)”(예를 들어, 오정렬, 오접속, 접속 단절, 및/또는 불량한 접속)로 이어질 수 있다. 이러한 효과는 상호접속 피치가 작고 접속 수가 많은 대형 LED 어레이를 갖는 디바이스에서 특히 두드러질 수 있다.
특정 실시예들에 따르면, LED 어레이는 기판 상에 형성된 후, 서브-어레이들 사이에 갭들을 형성함으로써 복수의 서브-어레이로 분리된다. 갭들은 서브-어레이들의 국부적인 열 팽창을 허용하기 위해 제공된다. 대형 LED 어레이의 에지들 근처에서 커다란 워크-오프를 두는 대신, 갭들은 서브-어레이들 각각의 에지들 근처에서 더 작은 워크-오프를 생기게 한다. 이러한 것은 개별 LED들과 그들의 대응하는 드라이버 회로들의 더 나은 정렬을 제공할 수 있다. 열팽창으로 인한 움직임을 최소화하고 향상된 신뢰성을 제공하기 위해 갭들 내에 언더필(underfill)이 형성될 수 있다.
여기에 설명된 LED들은 인공 현실 시스템과 같은 다양한 기술들과 함께 사용될 수 있다. 헤드 마운트 디스플레이(HMD: head-mounted display) 또는 헤드 업 디스플레이(HUD: heads-up display) 시스템과 같은 인공 현실 시스템은 일반적으로 가상 환경에서 객체들(objects)을 묘사하는 인공 이미지를 나타내도록 구성된 디스플레이를 포함한다. 디스플레이는 가상 객체들을 나타낼 수 있거나 또는 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR) 애플리케이션들에서와 같이 가상 객체들과 실제 객체들의 이미지들을 결합할 수 있다. 예를 들어, AR 시스템에서, 사용자는 예를 들어, 투명 디스플레이 안경 또는 렌즈를 통해 보거나(종종 광학 투시(optical see-through)라고 함) 카메라에 의해 캡처된 주변 환경의 디스플레이된 이미지들을 보는 것(종종 비디오 투시라고 함)에 의해, 가상 객체들의 디스플레이된 이미지들(예를 들어, 컴퓨터 생성 이미지들(CGIs))과 주변 환경을 모두 볼 수 있다. 일부 AR 시스템들에서, 인공 이미지들은 LED 기반 디스플레이 서브시스템을 사용하여 사용자들에게 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "발광 다이오드(LED)"는 적어도 n형 반도체층, p형 반도체층, 및 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이의 발광 영역(즉, 활성 영역)을 포함하는 광원을 지칭한다. 발광 영역은 양자 우물들(quantum wells)과 같은 하나 이상의 헤테로구조들을 형성하는 하나 이상의 반도체층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 발광 영역은 각각 다중(예를 들어, 약 2 내지 6) 양자 우물들을 포함하는 하나 이상의 다중 양자 우물들(MQWs)을 형성하는 다중 반도체층들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "마이크로 LED" 또는 "μLED"는 칩의 선형 치수가 약 200μm 미만, 예를 들어 100μm 미만, 50μm 미만, 20μm 미만, 10μm 미만, 또는 더 작은 칩을 갖는 LED를 지칭한다. 예를 들어, 마이크로 LED의 선형 치수는 6μm, 5μm, 4μm, 2μm 또는 그 이하로 작을 수 있다. 일부 마이크로 LED들은 소수 캐리어 확산 길이(minority carrier diffusion length)와 유사한 선형 치수(예를 들어, 길이 또는 직경)를 가질 수 있다. 그러나, 본 개시는 마이크로 LED들에 한정되지 않으며, 미니 LED들 및 대형 LED들에도 적용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "본딩(bonding)"은 2개 이상의 디바이스들 및/또는 웨이퍼들을 물리적 및/또는 전기적으로 연결하기 위한 다양한 방법들, 예를 들어 접착제 본딩, 금속-대-금속 본딩, 금속 산화물 본딩, 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩, 다이-대-웨이퍼 본딩, 하이브리드 본딩, 솔더링, 언더-범프 금속화 등를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 접착제 본딩은 접착을 통해 둘 이상의 디바이스들 및/또는 웨이퍼들을 물리적으로 본딩하기 위해 경화성 접착제(예를 들어, 에폭시)를 사용할 수 있다. 금속-대-금속 본딩은 예를 들어 납땜 인터페이스들(예를 들어, 패드 또는 볼), 전도성 접착제, 또는 금속들 사이의 용접 조인트들을 사용한 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩을 포함할 수 있다. 금속 산화물 본딩은 각 표면에 금속 및 산화물 패턴을 형성하고, 산화물 섹션들을 함께 본딩한 다음, 금속 섹션들을 함께 본딩하여 전도성 경로를 생성할 수 있다. 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩은 어떠한 중간층들도 없이 2개의 웨이퍼들(예를 들어, 실리콘 웨이퍼들 또는 다른 반도체 웨이퍼들)을 본딩할 수 있으며, 2개의 웨이퍼들의 표면들 사이에서의 화학적 본딩들에 기초한다. 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩은 웨이퍼 세정 및 다른 전처리, 실온에서의 정렬 및 사전 본딩, 및 약 250℃ 이상과 같은 승온에서의 어닐링을 포함할 수 있다. 다이-투-웨이퍼 본딩은 미리 형성된 칩의 피처들을 웨이퍼의 드라이버들과 정렬하기 위해 한 웨이퍼의 범프들(bumps)을 사용할 수 있다. 하이브리드 본딩은 예를 들어, 웨이퍼 세정, 한 웨이퍼의 접촉부들과 다른 웨이퍼의 접촉부들의 고정밀 정렬, 실온에서 웨이퍼들 내의 유전체 재료들의 유전체 본딩, 및 예를 들어, 250-300℃ 또는 그 이상에서 어닐링에 의한 접촉부들의 금속 본딩을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "범프(bump)"라는 용어는 일반적으로 본딩 동안 사용되거나 형성된 금속 상호접속부(metal interconnect)를 지칭할 수 있다.
다음의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 개시의 예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 구체적인 세부 사항들이 설명된다. 그러나, 이러한 특정 세부사항들 없이 다양한 예들이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 디바이스, 시스템, 구조, 어셈블리, 방법 및 다른 구성 요소들은 불필요한 세부 사항으로 예들을 모호하게 하지 않기 위해 블록 다이어그램 형태의 구성 요소들로 도시될 수 있다. 다른 예들에서, 잘 알려진 디바이스, 프로세스, 시스템, 구조 및 기술들은 예들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 필요한 세부 사항들 없이 도시될 수 있다. 도면들 및 설명은 제한적인 것으로 의도하는 것은 아니다. 본 개시에서 사용된 용어들 및 표현들은 제한이 아닌 설명의 용어들로 사용되며, 이러한 용어들 및 표현들의 사용으로 도시되고 설명된 특징들의 어떠한 등가물들 또는 그 부분들도 배제하려는 의도는 없다. 용어 "예”는 “예, 실례, 또는 예시로서 작용”하는 것을 의미하는 것으로 본 명세서에서 사용된다. 본 명세서에서 "예"로서 설명된 임의의 실시예 또는 디자인은 반드시 다른 실시예들 또는 디자인들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 특정 실시예들에 따라 근안 디스플레이(120)를 포함하는 인공 현실 시스템 환경(100)의 예의 단순화된 블록도이다. 도 1에 도시된 인공 현실 시스템 환경(100)은 근안 디스플레이(120), 선택적인 외부 이미징 디바이스(150), 및 선택적인 입력/출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 선택적인 콘솔(110)에 결합될 수 있다. 도 1은 하나의 근안 디스플레이(120), 하나의 외부 이미징 디바이스(150), 및 하나의 입력/출력 인터페이스(140)를 포함하는 인공 현실 시스템 환경(100)의 예를 도시하지만, 이들 구성 요소들의 어떠한 수도 인공 현실 시스템 환경(100)에 포함될 수 있고, 또는 구성 요소들의 어떠한 것도 생략될 수 있다. 예를 들어, 콘솔(110)과 통신하는 하나 이상의 외부 이미징 디바이스들(150)에 의해 모니터링되는 다중의 근안 디스플레이들(120)이 있을 수 있다. 일부 구성들에서, 인공 현실 시스템 환경(100)은 외부 이미징 디바이스(150), 선택적인 입력/출력 인터페이스(140), 및 선택적인 콘솔(110)을 포함하지 않을 수 있다. 대안적인 구성들에서, 상이한 또는 추가적인 구성 요소들이 인공 현실 시스템 환경(100)에 포함될 수 있다.
근안 디스플레이(120)는 사용자에게 콘텐트를 제공하는 헤드-마운티드 디스플레이일 수 있다. 근안 디스플레이(120)에 의해 제공되는 콘텐트의 예들은 이미지들, 비디오들, 오디오, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 오디오는, 근안 디스플레이(120), 콘솔(110) 또는 둘 모두로부터 오디오 정보를 수신하고 오디오 정보에 기초하여 오디오 데이터를 제공하는 외부 디바이스(예를 들어, 스피커들 및/또는 헤드폰들)를 통해 제공될 수 있다. 근안 디스플레이(120)는 하나 이상의 강체들(rigid bodies)을 포함할 수 있으며, 이들은 서로 간에 강성으로 또는 비강성으로 결합될 수 있다. 강체들 사이의 강성 결합은 결합된 강체들이 단일의 강성 엔티티로 작동하게 할 수 있다. 강체들 사이의 비강성 결합은 강체들이 서로에 대해 이동하게 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 근안 디스플레이(120)는 안경을 포함하는 임의의 적절한 폼 팩터로 구현될 수 있다. 근안 디스플레이(120)의 일부 실시예들는 도 2 및 도 3과 관련하여 아래에서 추가적으로 설명된다. 추가적으로, 다양한 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 기능은 근안 디스플레이(120) 외부 환경의 이미지들과 인공 현실 콘텐트(예를 들어, 컴퓨터 생성 이미지들)를 결합하는 헤드셋에서 사용될 수 있다. 따라서, 근안 디스플레이(120)는 생성된 콘텐트(예를 들어, 이미지, 비디오, 사운드 등)를 사용하여 근안 디스플레이(120) 외부의 물리적인 현실 세계 환경의 이미지들을 증강하여 사용자에게 증강 현실을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 근안 디스플레이(120)는 디스플레이 전자 장치(122), 디스플레이 광학 장치(display optics)(124), 및 눈 추적 유닛(eye-tracking unit)(130) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 근안 디스플레이(120)는 또한 하나 이상의 로케이터들(locators)(126), 하나 이상의 포지션 센서들(128), 및 관성 측정 유닛(IMU)(132)을 포함할 수 있다. 근안 디스플레이(120)는 눈 추적 유닛(130), 로케이터(126), 포지션 센서(128), 및 IMU(132) 중 임의의 것을 생략하거나 다양한 실시예들에서 추가 요소들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 근안 디스플레이(120)는 도 1과 관련하여 기술된 다양한 요소들의 기능을 결합하는 요소들을 포함할 수 있다.
디스플레이 전자 장치(122)는 예를 들어 콘솔(110)로부터 수신된 데이터에 따라 사용자에게 이미지들을 디스플레이하거나 이미지들의 디스플레이를 용이하게 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 디스플레이 전자 장치(122)는 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 무기 발광 다이오드(ILED) 디스플레이, 마이크로 발광 다이오드(μLED) 디스플레이, 액티브 매트릭스 OLED 디스플레이(AMOLED), 투명 OLED 디스플레이(TOLED), 또는 일부 다른 디스플레이와 같은 하나 이상의 디스플레이 패널들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 근안 디스플레이(120)의 일 구현에서, 디스플레이 전자 장치(122)는 전면 TOLED 패널, 후면 디스플레이 패널, 및 전면과 후면 디스플레이 패널들 사이의 광학 구성 요소(예를 들어, 감쇠기, 편광기, 또는 회절 또는 스펙트럼 필름)를 포함할 수 있다. 디스플레이 전자 장치(122)는 적색, 녹색, 청색, 백색, 또는 황색과 같은 우세한 색상(predominant color)의 광을 방출하는 픽셀들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 디스플레이 전자 장치(122)는 이미지 깊이의 주관적인 인식(subjective perception)을 생성하기 위해 2 차원 패널들에 의해 생성된 입체 효과를 통해 3차원(3D) 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 전자 장치(122)는 사용자의 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈 앞에 각각 위치된 왼쪽 디스플레이 및 오른쪽 디스플레이를 포함할 수 있다. 왼쪽 및 오른쪽 디스플레이들은 입체 효과(즉, 이미지를 보는 사용자에 의한 이미지 깊이 인식)를 생성하기 위해 서로에 대해 수평으로 시프트된 이미지의 카피들을 제공할 수 있다.
특정 실시예들에서, 디스플레이 광학 장치(124)는 광학적으로(예를 들어, 광학 도파관 및 커플러를 사용하여) 이미지 콘텐트를 디스플레이하거나 또는 디스플레이 전자 장치(122)로부터 수신된 이미지 광을 확대하고, 이미지 광과 연관된 광학 오류들을 정정하고, 정정된 이미지 광을 근안 디스플레이(120)의 사용자에게 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 디스플레이 광학 장치(124)는 예를 들어 기판, 광 도파관, 애퍼처, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 입력/출력 커플러, 또는 디스플레이 전자 장치(122)로부터 방출된 이미지 광에 영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 적절한 광학 요소와 같은 하나 이상의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 디스플레이 광학 장치(124)는 상이한 광학 요소들의 조합 및 기계적 결합들을 포함하여 그 조합에 있어서 광학 요소들의 상대적인 간격 및 배향(orientation)을 유지할 수 있다. 디스플레이 광학 장치(124)의 하나 이상의 광학 요소들은 반사 방지 코팅(anti-reflective coating), 반사 코팅, 필터링 코팅, 또는 상이한 광학 코팅들의 조합과 같은 광학 코팅을 가질 수 있다.
디스플레이 광학 장치(124)에 의한 이미지 광의 확대는 디스플레이 전자 장치(122)가 물리적으로 더 작고, 더 가벼우며, 더 큰 디스플레이보다 더 적은 전력을 소비하게 할 수 있다. 또한, 확대는 디스플레이된 콘텐트의 시야를 증가시킬 수 있다. 디스플레이 광학 장치(124)에 의한 이미지 광의 확대량은 디스플레이 광학 장치(124)로부터 광학 요소들을 조정하거나 추가하거나 제거함으로써 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 광학 장치(124)는 근안 디스플레이(120)보다 사용자의 눈에서 더 멀리 떨어져 있을 수 있는 하나 이상의 이미지 평면들에 디스플레이된 이미지를 투사할 수 있다.
디스플레이 광학 장치(124)는 또한 2 차원 광학 오류, 3 차원 광학 오류, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 유형들의 광학 오류들을 정정하도록 디자인될 수 있다. 2 차원 오류들은 2 차원에서 발생하는 광학 수차가 포함할 수 있다. 2 차원 오류들의 예시적인 유형들은 배럴 왜곡(barrel distortion), 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion), 세로 색수차(longitudinal chromatic aberration), 및 가로 색수차(transverse chromatic aberration)를 포함할 수 있다. 3 차원 오류들은 3 차원에서 발생하는 광학 오류들을 포함할 수 있다. 3 차원 오류들의 예시적인 유형들은 구면 수차(spherical aberration), 코마 수차(comatic aberration), 필드 곡률(field curvature), 및 난시(astigmatism)를 포함할 수 있다.
로케이터들(126)은 근안 디스플레이(120) 상의 기준 지점에 대해 그리고 서로에 대해 근안 디스플레이(120) 상의 특정 포지션들에 위치된 객체들일 수 있다. 일부 구현들에서, 콘솔(110)은 인공 현실 헤드셋의 포지션, 지향방향, 또는 둘 다를 결정하기 위해 외부 이미징 디바이스(150)에 의해 캡처된 이미지들에서 로케이터들(126)을 식별할 수 있다. 로케이터(126)는 LED, 코너 큐브 반사기(corner cube reflector), 반사 마커(reflective marker), 근안 디스플레이(120)가 작동하는 환경과 대조되는 광원의 유형, 또는 이들의 임의의 조합들일 수 있다. 로케이터들(126)이 능동 구성 요소들(예를 들어, LED들 또는 다른 유형들의 발광 디바이스들)인 실시예들에서, 로케이터들(126)은 가시 대역(예를 들어, 약 380nm 내지 750nm), 적외선(IR) 대역(예를 들어, 약 750nm 내지 1 mm), 자외선 대역(예를 들어, 약 10nm 내지 약 380nm), 전자기 스펙트럼의 다른 부분, 또는 전자기 스펙트럼 부분들의 임의의 조합에서 광을 방출할 수 있다.
외부 이미징 디바이스(150)는 하나 이상의 카메라들, 하나 이상의 비디오 카메라들, 하나 이상의 로케이터들(126)을 포함하는 이미지들을 캡처할 수 있는 임의의 다른 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 또한, 외부 이미징 디바이스(150)는 (예를 들어, 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해) 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다. 외부 이미징 디바이스(150)는 외부 이미징 디바이스(150)의 시야에서 로케이터들(126)로부터 방출되거나 반사된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 로케이터들(126)이 수동 요소들(예를 들어, 역 반사기들(retroreflectors))을 포함하는 실시예들에서, 외부 이미징 디바이스(150)는 로케이터들(126)의 일부 또는 전부를 조명하는 광원을 포함할 수 있으며, 이는 외부 이미징 디바이스(150)의 광원으로 광을 역 반사(retro-reflect)할 수 있다. 느린 교정 데이터(slow calibration data)는 외부 이미징 디바이스(150)로부터 콘솔(110)로 전달될 수 있고, 외부 이미징 디바이스(150)는 콘솔(110)로부터 하나 이상의 교정 파라미터들을 수신하여 하나 이상의 이미징 파라미터들(예를 들어, 초점 길이, 초점, 프레임 속도, 센서 온도, 셔터 속도, 애퍼처 등)을 조정할 수 있다.
포지션 센서들(128)은 근안 디스플레이(120)의 모션(motion)에 응답하여 하나 이상의 측정 신호들을 생성할 수 있다. 포지션 센서들(128)의 예들은 가속도계, 자이로스코프, 자력계, 다른 모션 검출 또는 오류 정정 센서, 또는 이들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 포지션 센서들(128)은 병진 모션(전진/후퇴, 상/하, 좌/우)을 측정하기 위한 다중 가속도계들 및 회전 모션(예를 들어, 피치(pitch), 요(yaw), 및 롤(roll))을 측정하기 위한 다중 자이로스코프들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 포지션 센서들은 서로 직각으로 배향될 수 있다.
IMU(132)는 포지션 센서들(128) 중 하나 이상으로부터 수신된 측정 신호들에 기초하여 빠른 교정 데이터를 생성하는 전자 디바이스일 수 있다. 포지션 센서들(128)은 IMU(132)의 외부, IMU(132)의 내부, 또는 이들의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 하나 이상의 포지션 센서들(128)로부터의 하나 이상의 측정 신호들에 기초하여, IMU(132)는 근안 디스플레이(120)의 초기 포지션에 대한 근안 디스플레이(120)의 추정된 포지션을 나타내는 빠른 교정 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, IMU(132)는 속도 벡터를 추정하기 위해 시간에 걸쳐 가속도계들로부터 수신된 측정 신호들을 통합할 수 있고, 근안 디바이스(120) 상의 기준 지점의 추정된 포지션을 결정하기 위해 시간에 걸쳐 속도 벡터를 통합할 수 있다. 대안적으로, IMU(132)는 샘플링된 측정 신호들을 콘솔(110)에 제공할 수 있으며, 이는 빠른 교정 데이터를 결정할 수 있다. 기준 지점이 일반적으로 공간의 지점으로서 정의될 수 있지만, 다양한 실시예들에서, 기준 지점은 또한 근안 디스플레이(120) 내의 지점(예를 들어, IMU(132)의 중심)으로서 정의될 수 있다.
눈 추적 유닛(130)은 하나 이상의 눈 추적 시스템들을 포함할 수 있다. 눈 추적(eye tracking)은, 근안 디스플레이(120)에 대한 눈의 지향방향 및 위치를 포함하는 눈의 포지션을 결정하는 것을 지칭할 수 있다. 눈 추적 시스템은 하나 이상의 눈들(eyes)을 이미지화하기 위한 이미징 시스템을 포함할 수 있으며, 눈에 의해 반사된 광이 이미징 시스템에 의해 캡처될 수 있도록 눈으로 향하는 광을 생성할 수 있는 발광기(light emitter)를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 눈 추적 유닛(130)은 가시 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼의 광을 방출하는 비가간섭성(non-coherent) 또는 가간섭성(coherent) 광원(예를 들어, 레이저 다이오드) 및 사용자의 눈에 의해 반사된 광을 캡처하는 카메라를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 눈 추적 유닛(130)은 소형 레이더 유닛에 의해 방출되는 반사된 전파를 캡처할 수 있다. 눈 추적 유닛(130)은 눈을 손상시키거나 신체적 불편함을 유발하지 않는 주파수들 및 강도들로 광을 방출하는 저전력 발광기들을 사용할 수 있다. 눈 추적 유닛(130)은 눈 추적 유닛(130)에 의해 소비되는 전체 전력을 줄이면서(예를 들어, 눈 추적 유닛(130)에 포함되는 이미징 시스템 및 발광기에 의해 소비되는 전력을 줄이면서) 눈 추적 유닛(130)에 의해 캡처된 눈의 이미지들에서 콘트라스트를 증가시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 눈 추적 유닛(130)은 100 밀리와트 미만의 전력을 소비할 수 있다.
근안 디스플레이(120)는 예를 들어, 사용자의 동공간 거리(IPD: inter-pupillary distance)를 결정하고, 응시 방향(gaze direction)을 결정하고, 깊이 단서(depth cues)(예를 들어, 사용자의 주요 시선의 외부에 있는 블러 이미지(blur image))를 도입하고, VR 미디어에서 사용자 상호작용에 대한 휴리스틱(heuristics)(예를 들어, 노출된 자극의 기능으로서 특정 주제, 객체, 또는 프레임에 대해 소요된 시간)을 수집하고, 사용자의 눈들 중 적어도 하나의 지향방향에 부분적으로 기초하는 일부 다른 기능들, 또는 이들의 임의의 조합을 위해 눈의 지향방향을 사용할 수 있다. 상기 지향방향은 사용자의 양쪽 눈들에 대해 결정될 수 있기 때문에, 눈 추적 유닛(130)은 사용자가 바라보고 있는 곳을 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 응시(user's gaze)의 방향을 결정하는 것은 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 눈들의 결정된 지향방향들에 기초하여 수렴 지점을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 수렴 지점은 사용자 눈들의 두 중심와 축들(foveal axes)이 교차하는 지점일 수 있다. 사용자의 응시의 방향은 사용자 눈들의 동공들 사이의 중앙 지점과 상기 수렴 지점을 통과하는 선의 방향일 수 있다.
입력/출력 인터페이스(140)는 사용자가 작업 요청들(action requests)을 콘솔(110)에 전송할 수 있게 하는 디바이스일 수 있다. 작업 요청은 특정 작업을 수행하기 위한 요청일 수 있다. 예를 들어, 작업 요청은 애플리케이션을 시작 또는 종료하거나 애플리케이션 내에서 특정 작업을 수행하는 것일 수 있다. 입력/출력 인터페이스(140)는 하나 이상의 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 예시적인 입력 디바이스들은 키보드, 마우스, 게임 컨트롤러, 장갑, 버튼, 터치 스크린, 또는 작업 요청을 수신하고 수신된 작업 요청을 콘솔(110)에 전달하기 위한 임의의 다른 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 입력/출력 인터페이스(140)에 의해 수신된 작업 요청은 요청된 작업에 대응하는 작업을 수행할 수 있는 콘솔(110)로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력/출력 인터페이스(140)는 콘솔(110)로부터 수신된 명령들에 따라 사용자에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 입력/출력 인터페이스(140)는 동작 요청이 수신될 때 또는 콘솔(110)이 요청된 동작을 수행하고 명령들을 입력/출력 인터페이스(140)에 전달할 때 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 외부 이미징 디바이스(150)는 예를 들어, 사용자의 모션을 결정하기 위해 컨트롤러(예를 들어, IR 광원을 포함할 수 있음) 또는 사용자의 손의 위치 또는 포지션을 추적하는 것과 같이 입력/출력 인터페이스(140)를 추적하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 근안 디스플레이(120)는 사용자의 모션을 결정하기 위해 컨트롤러 또는 사용자의 손의 위치 또는 포지션을 추적하는 것과 같이 입력/출력 인터페이스(140)를 추적하기 위한 하나 이상의 이미징 디바이스들을 포함할 수 있다.
콘솔(110)은 외부 이미징 디바이스(150), 근안 디스플레이(120), 및 입력/출력 인터페이스(140) 중 하나 이상으로부터 수신된 정보에 따라 사용자에게 제공하기 위한 콘텐트를 근안 디스플레이(120)에 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 콘솔(110)은 애플리케이션 저장소(112), 헤드셋 추적 모듈(114), 인공 현실 엔진(116), 및 눈 추적 모듈(118)을 포함할 수 있다. 콘솔(110)의 일부 실시예들은 도 1과 관련하여 기술된 것들과 다르거나 추가적인 모듈들을 포함할 수 있다. 아래에서 추가적으로 설명되는 기능들은 본 명세서에 기술된 것과 다른 방식으로 콘솔(110)의 구성 요소들 간에 분산될 수 있다.
일부 실시예들에서, 콘솔(110)은 프로세서 및 프로세서에 의해 실행 가능한 명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함할 수 있다. 프로세서는 명령들을 동시에 실행하는 다수의 처리 유닛들을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 하드 디스크 드라이브, 이동식 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(예를 들어, 플래시 메모리 또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory))와 같은 임의의 메모리일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 도 1과 관련하여 기술된 콘솔(110)의 모듈들은, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 아래에서 추가적으로 기술되는 기능들을 수행하게 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 내의 명령들로서 인코딩될 수 있다.
애플리케이션 저장소(112)는 콘솔(110)에 의한 실행을 위해 하나 이상의 애플리케이션들을 저장할 수 있다. 애플리케이션은 프로세서에 의해 실행될 때 사용자에게 제공하기 위한 컨텐트를 생성하는 명령들의 그룹을 포함할 수 있다. 애플리케이션에 의해 생성된 컨텐트는 사용자의 눈들의 움직임을 통해 사용자로부터 수신된 입력들 또는 입력/출력 인터페이스(140)로부터 수신된 입력들에 응답할 수 있다. 애플리케이션들의 예들은 게임 애플리케이션들, 회의 애플리케이션들, 비디오 재생 애플리케이션들, 또는 다른 적절한 애플리케이션들을 포함할 수 있다.
헤드셋 추적 모듈(114)은 외부 이미징 디바이스(150)로부터의 느린 교정 정보(slow calibration information)를 사용하여 근안 디스플레이(120)의 움직임들을 추적할 수 있다. 예를 들어, 헤드셋 추적 모듈(114)은 느린 교정 정보로부터 관찰된 로케이터들 및 근안 디스플레이(120)의 모델을 사용하여 근안 디스플레이(120)의 기준 지점의 포지션들을 결정할 수 있다. 헤드셋 추적 모듈(114)은 또한 빠른 교정 정보로부터의 포지션 정보를 사용하여 근안 디스플레이(120)의 기준 지점의 포지션들을 결정할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 헤드셋 추적 모듈(114)은 근안 디스플레이(120)의 미래 위치를 예측하기 위해 빠른 교정 정보, 느린 교정 정보, 또는 이들의 임의의 조합의 부분들을 사용할 수 있다. 헤드셋 추적 모듈(114)은 근안 디스플레이(120)의 추정된 또는 예측된 미래 포지션을 인공 현실 엔진(116)에 제공할 수 있다.
인공 현실 엔진(116)은 인공 현실 시스템 환경(100) 내에서 애플리케이션들을 실행할 수 있고, 근안 디스플레이(120)의 포지션 정보, 근안 디스플레이(120)의 가속도 정보, 근안 디스플레이(120)의 속도 정보, 근안 디스플레이(120)의 예상된 미래 포지션들, 또는 이들의 임의의 조합을 헤드셋 추적 모듈(114)로부터 수신할 수 있다. 인공 현실 엔진(116)은 또한 눈 추적 모듈(118)로부터 추정된 눈의 포지션 및 지향방향 정보를 수신할 수 있다. 수신된 정보에 기초하여, 인공 현실 엔진(116)은 사용자에게 나타내기 위해 근안 디스플레이(120)에 제공할 콘텐트를 결정할 수 있다. 예를 들어, 수신된 정보가 사용자가 왼쪽을 보았다는 것을 나타낸다면, 인공 현실 엔진(116)은 가상 환경에서 사용자의 눈 움직임(user's eye movement)을 미러링하는 근안 디스플레이(120)에 대한 콘텐트를 생성할 수 있다. 추가적으로, 인공 현실 엔진(116)은 입력/출력 인터페이스(140)로부터 수신된 작업 요청에 응답하여 콘솔(110)에서 실행하는 애플리케이션 내에서 작업을 수행하고 작업이 수행되었음을 나타내는 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다. 상기 피드백은 근안 디스플레이(120)를 통한 시각적 또는 청각적 피드백일 수 있거나 또는 입력/출력 인터페이스(140)를 통한 햅틱 피드백일 수 있다.
눈 추적 모듈(118)은 눈 추적 유닛(130)으로부터 눈 추적 데이터를 수신할 수 있고, 눈 추적 데이터에 기초하여 사용자의 눈의 포지션을 결정할 수 있다. 눈의 포지션은 근안 디스플레이(120) 또는 그 임의의 요소에 대한 눈의 지향방향, 위치, 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 눈의 회전 축들이 눈구멍 내의(in its socket) 눈의 위치의 함수로서 변경되기 때문에, 눈구멍 내의 눈의 위치를 결정하는 것은 눈 추적 모듈(118)이 눈의 지향방향을 더 정확하게 결정할 수 있게 할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 HMD 디바이스(200) 형태의 근안 디스플레이의 예에 대한 사시도이다. HMD 디바이스(200)는 예를 들어 VR 시스템, AR 시스템, MR 시스템, 또는 이들의 임의의 조합들의 일부일 수 있다. HMD 디바이스(200)는 본체(220) 및 헤드 스트랩(230)을 포함할 수 있다. 도 2는 상기 사시도에서 본체(220)의 바닥측(223), 전방측(225), 및 좌측(227)을 도시한다. 헤드 스트랩(230)은 조정 가능하거나 연장 가능한 길이를 가질 수 있다. 사용자가 HMD 디바이스(200)를 사용자의 머리에 장착할 수 있도록 하기 위해 HMD 디바이스(200)의 본체(220)와 헤드 스트랩(230) 사이에 충분한 공간이 있을 수 있다. 다양한 실시예들에서, HMD 디바이스(200)는 추가적인, 더 적은, 또는 상이한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, HMD 디바이스(200)는 헤드 스트랩(230)보다는 예를 들어 아래의 도 3에 도시된 바와 같이 안경 템플 및 템플 팁을 포함할 수 있다.
HMD 디바이스(200)는 컴퓨터 생성 요소들을 갖는 물리적인 현실 세계 환경의 가상 및/또는 증강 뷰들을 포함하는 미디어를 사용자에게 제공할 수 있다. HMD 디바이스(200)에 의해 제공되는 미디어의 예들은 이미지(예를 들어, 2 차원(2D) 또는 3 차원(3D) 이미지), 비디오(예를 들어, 2D 또는 3D 비디오), 오디오, 또는 이들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 이미지들 및 비디오들은 HMD 디바이스(200)의 본체(220)에 포함된 하나 이상의 디스플레이 어셈블리들(도 2에 도시되지 않음)에 의해 사용자의 각각의 눈에 제공될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 디스플레이 어셈블리들은 단일 전자 디스플레이 패널 또는 다중 전자 디스플레이 패널들(예를 들어, 사용자의 각각의 눈에 대해 하나의 디스플레이 패널)을 포함할 수 있다. 전자 디스플레이 패널(들)의 예들은 예를 들어, LCD, OLED 디스플레이, ILED 디스플레이, μLED 디스플레이, AMOLED, TOLED, 일부 다른 디스플레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. HMD 디바이스(200)는 2개의 아이 박스 영역들(eye box regions)을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, HMD 디바이스(200)는 깊이 센서, 모션 센서, 포지션 센서, 및 눈 추적 센서와 같은 다양한 센서들(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 센서들 중 일부는 감지를 위해 구조화된 광 패턴을 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스(200)는 콘솔과 통신하기 위한 입력/출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스(200)는 HMD 디바이스(200) 내에서 애플리케이션들을 실행하고, 다양한 센서들로부터 HMD 디바이스(200)의 깊이 정보, 포지션 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 포지션, 또는 이들의 임의의 조합을 수신할 수 있는 가상 현실 엔진(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 가상 현실 엔진에 의해 수신된 정보는 하나 이상의 디스플레이 어셈블리들에 대한 신호(예를 들어, 디스플레이 명령들)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, HMD 디바이스(200)는 서로에 대해 그리고 기준 지점에 대해 본체(220) 상의 고정된 포지션들에 위치된 로케이터들(도시되지 않음, 예를 들면 로케이터들(126))을 포함할 수 있다. 로케이터들 각각은 외부 이미징 디바이스에 의해 검출 가능한 광을 방출할 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 한 쌍의 안경 형태의 근안 디스플레이(300)의 예에 대한 사시도이다. 근안 디스플레이(300)는 도 1의 근안 디스플레이(120)의 특정 구현일 수 있고, 가상 현실 디스플레이, 증강 현실 디스플레이, 및/또는 혼합 현실 디스플레이로서 작동하도록 구성될 수 있다. 근안 디스플레이(300)는 프레임(305) 및 디스플레이(310)를 포함할 수 있다. 디스플레이(310)는 사용자에게 콘텐트를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이(310)는 디스플레이 전자 장치들 및/또는 디스플레이 광학 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 근안 디스플레이(120)에 대해 전술한 바와 같이, 디스플레이(310)는 LCD 디스플레이 패널, LED 디스플레이 패널, 또는 광학 디스플레이 패널(예를 들어, 도파관 디스플레이 어셈블리)을 포함할 수 있다.
근안 디스플레이(300)는 프레임(305) 상에 또는 프레임(205) 내에 다양한 센서들(350a, 350b, 350c, 350d, 및 350e)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(350a-350e)은 하나 이상의 깊이 센서, 모션 센서, 포지션 센서, 관성 센서, 또는 주변 광 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(350a-350e)은 상이한 방향들로의 상이한 시야들을 나타내는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 하나 이상의 이미지 센서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(350a-350e)은 근안 디스플레이(300)의 디스플레이된 콘텐트를 제어하거나 이에 영향을 미치도록 및/또는 근안 디스플레이(300)의 사용자에게 대화형 VR/AR/MR 경험을 제공하도록 입력 디바이스들로서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(350a-350e)은 또한 입체 이미징을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 근안 디스플레이(300)는 물리적 환경으로 광을 투사하기 위해 하나 이상의 조명기들(illuminators)(330)를 더 포함할 수 있다. 투사된 광은 상이한 주파수 대역들(예를 들어, 가시 광선, 적외선, 자외선 등)과 연관될 수 있으며, 다양한 목적들에 기여할 수 있다. 예를 들어, 조명기(들)(330)는 어두운 환경에서(또는 낮은 강도의 적외선, 자외선 등의 환경에서) 광을 투사하여, 어두운 환경 내에서 상이한 객체들의 이미지들을 캡쳐하는 데 있어 센서들(350a-350e)을 지원한다. 일부 실시예들에서, 조명기(들)(330)는 상기 환경 내에서 객체들 상에 특정 광 패턴을 투사하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명기(들)(330)는 도 1과 관련하여 위에서 기술된 로케이터들(126)과 같은 로케이터들로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 근안 디스플레이(300)는 또한 고해상도 카메라(340)를 포함할 수 있다. 카메라(340)는 시야에서 물리적 환경의 이미지들을 캡처할 수 있다. 캡처된 이미지들은 예를 들어 가상 현실 엔진(예를 들어, 도 1의 인공 현실 엔진(116))에 의해 처리되어, 가상 객체들을 캡처된 이미지들에 추가하거나 캡처된 이미지들 내의 물리적 객체들(physical objects)을 수정할 수 있으며, 처리된 이미지들은 AR 또는 MR 애플리케이션들을 위한 디스플레이(310)에 의해 사용자에게 디스플레이될 수 있다.
도 4는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 광학 투시 증강 현실 시스템(400)의 예를 도시한다. 증강 현실 시스템(400)은 프로젝터(410) 및 결합기(415)를 포함할 수 있다. 프로젝터(410)는 광원 또는 이미지 소스(412) 및 프로젝터 광학 장치(projector optics)(414)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원 또는 이미지 소스(412)는 위에서 설명된 하나 이상의 마이크로-LED 디바이스들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 LCD 디스플레이 패널 또는 LED 디스플레이 패널과 같은 가상 객체들을 디스플레이하는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 가간섭성 또는 부분적으로 가간섭성인 광을 생성하는 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 소스(412)는 레이저 다이오드, 수직 공동 표면 발광 레이저, LED, 및/또는 전술한 마이크로-LED를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 각각 기본 색상(예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색)에 대응하는 단색 이미지 광을 방출하는 복수의 광원들(예를 들어, 위에서 설명된 마이크로-LED들의 어레이)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 마이크로 LED들의 3개의 2차원 어레이들을 포함할 수 있고, 여기서 마이크로 LED들의 각각의 2차원 어레이는 기본 색상(예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색)의 광을 방출하도록 구성된 마이크로 LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 공간 광 변조기와 같은 광학 패턴 생성기를 포함할 수 있다. 프로젝터 광학 장치(414)는 이미지 소스(412)로부터 결합기(415)로 광을 확장, 시준, 스캐닝, 또는 투사하는 것과 같이, 이미지 소스(412)로부터의 광을 조절할 수 있는 하나 이상의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광학 구성요소들은 예를 들어, 하나 이상의 렌즈들, 액체 렌즈들, 미러들, 애퍼처들, 및/또는 격자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이미지 소스(412)는 마이크로 LED들의 하나 이상의 1차원 어레이들 또는 연장된 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 프로젝터 광학 장치(414)는 이미지 프레임들을 생성하기 위해 마이크로 LED들의 1차원 어레이들 또는 연장된 2차원 어레이들을 스캐닝하도록 구성된 하나 이상의 1차원 스캐너들(예를 들어, 마이크로 미러들 또는 프리즘들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로젝터 광학 장치(414)는 이미지 소스(412)로부터의 광의 스캐닝을 허용하는 복수의 전극들을 갖는 액체 렌즈(예를 들어, 액정 렌즈)를 포함할 수 있다.
결합기(415)는 프로젝터(410)로부터의 광을 결합기(415)의 기판(420)으로 결합하기 위한 입력 커플러(430)를 포함할 수 있다. 결합기(415)는 제1 파장 범위의 광의 적어도 50%를 투과시키고 제2 파장 범위의 광의 적어도 25%를 반사할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 범위는 약 400nm 내지 약 650nm의 가시광선일 수 있고, 제2 파장 범위는 약 800nm 내지 약 1000nm의 적외선 대역일 수 있다. 입력 커플러(430)는 볼륨 홀로그래픽 격자, 회절 광학 요소(DOE)(예를 들어, 표면 릴리프 격자), 기판(420)의 경사진 표면, 또는 굴절 커플러(예를 들어, 웨지 또는 프리즘)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 커플러(430)는 반사 볼륨 브래그 격자 또는 투과 볼륨 브래그 격자를 포함할 수 있다. 입력 커플러(430)는 가시광선에 대해 30%, 50%, 75%, 90% 이상의 결합 효율을 가질 수 있다. 기판(420)으로 결합된 광은 예를 들어 내부 전반사(TIR: total internal reflection)를 통해 기판(420) 내에서 전파될 수 있다. 기판(420)은 한 쌍의 안경의 렌즈 형태일 수 있다. 기판(420)은 평면 또는 곡면을 가질 수 있고, 유리, 석영, 플라스틱, 폴리머, 폴리(메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate))(PMMA), 크리스탈, 또는 세라믹과 같은 유전체 재료들의 하나 이상의 유형들을 포함할 수 있다. 기판의 두께는 예를 들어 약 1mm 미만 내지 약 10mm 이상의 범위일 수 있다. 기판(420)은 가시광선에 대해 투명할 수 있다.
기판(420)은, 기판(420)으로부터 기판(420)에 의해 안내되고 기판(420) 내에서 전파하는 광의 적어도 일부를 추출하고, 추출된 광(460)을 아이박스(495)(증강 현실 시스템(400)이 사용될 때 증강 현실 시스템(400)의 사용자의 눈(490)이 위치될 수 있다)로 향하게 하도록 각각 구성된 복수의 출력 커플러들(440)을 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 복수의 출력 커플러들(440)은 디스플레이된 이미지가 더 넓은 영역에서 보이도록 아이박스(495)의 크기를 증가시키기 위해 사출동(exit pupil)을 복제할 수 있다. 입력 커플러(430)와 같이, 출력 커플러(440)는 격자 커플러들(예를 들어, 볼륨 홀로그래픽 격자 또는 표면 릴리프 격자), 다른 회절 광학 요소(DOE), 프리즘 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 커플러들(440)은 반사 볼륨 브래그 격자 또는 투과 볼륨 브래그 격자를 포함할 수 있다. 출력 커플러들(440)은 상이한 위치들에서 상이한 결합(예를 들어, 회절) 효율들을 가질 수 있다. 기판(420)은 또한 결합기(415) 전방의 환경으로부터의 광(450)이 거의 또는 전혀 손실 없이 통과하도록 할 수 있다. 출력 커플러들(440)은 또한 광(450)이 거의 손실 없이 통과하도록 할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 출력 커플러들(440)은 광(450)이 굴절되거나 그렇지 않으면 손실이 거의 없이 출력 커플러들(440)을 통과할 수 있도록 광(450)에 대한 매우 낮은 회절 효율을 가질 수 있고, 따라서 추출된 광(460)보다 더 높은 강도를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 출력 커플러들(440)은 광(450)에 대해 높은 회절 효율을 가질 수 있고, 광(450)을 손실이 거의 없이 특정한 원하는 방향들(즉, 회절 각도들)로 회절시킬 수 있다. 그 결과, 사용자는 결합기(415) 전방의 환경의 결합된 이미지들과 프로젝터(410)에 의해 투사된 가상 객체들의 이미지들을 볼 수 있다.
도 5a는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이(530)를 포함하는 근안 디스플레이(NED) 디바이스(500) 예를 도시한다. NED 디바이스(500)는 근안 디스플레이(120), 증강 현실 시스템(400), 또는 다른 유형의 디스플레이 디바이스의 예일 수 있다. NED 디바이스(500)는 광원(510), 투사 광학 장치(520), 및 도파관 디스플레이(530)를 포함할 수 있다. 광원(510)은 적색 발광기들(512)의 패널, 녹색 발광기들(514)의 패널, 및 청색 발광기들(516)의 패널과 같은 상이한 색상들에 대한 발광기들의 다중 패널들을 포함할 수 있다. 적색 발광기들(512)이 한 어레이로 조직되고; 녹색 발광기들(514)이 한 어레이로 조직되고; 청색 발광기들(516)이 한 어레이로 조직된다. 광원(510)에서 발광기들의 치수들 및 피치들은 작을 수 있다. 예를 들어, 각각의 발광기는 2μm 미만(예를 들어, 약 1.2μm)의 직경을 가질 수 있고, 피치는 2μm 미만(예를 들어, 약 1.5μm)일 수 있다. 이와 같이, 각각의 적색 발광기들(512), 녹색 발광기들(514), 및 청색 발광기들(516)의 발광기들의 수는 960×720, 1280×720, 1440×1080, 1920×1080, 2160×1080, 또는 2560×1080 픽셀들과 같이 디스플레이 이미지의 픽셀들의 수와 같거나 그보다 많을 수 있다. 따라서, 디스플레이 이미지는 광원(510)에 의해 동시에 생성될 수 있다. 스캐닝 요소는 NED 디바이스(500)에서 사용되지 않을 수 있다.
도파관 디스플레이(530)에 도달하기 전에, 광원(510)에 의해 방출된 광은 렌즈 어레이를 포함할 수 있는 투사 광학 장치(520)에 의해 조절될 수 있다. 투사 광학 장치(520)는, 광원(510)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(530)로 결합하기 위한 커플러(532)를 포함할 수 있는 도파관 디스플레이(530)에 광원(510)에 의해 방출된 광을 시준하거나 포커싱할 수 있다. 도파관 디스플레이(530)로 결합된 광은 예를 들어, 도 4와 관련하여 위에서 설명된 내부 전반사를 통해 도파관 디스플레이(530) 내에서 전파될 수 있다. 커플러(532)는 또한 도파관 디스플레이(530) 외부에서 사용자의 눈(590)을 향해 도파관 디스플레이(530) 내에서 전파하는 광의 부분들을 결합할 수 있다.
도 5b는 특정 실시예들에 따른 도파관 디스플레이(580)를 포함하는 근안 디스플레이(NED) 디바이스(550) 예를 도시한다. 일부 실시예들에서, NED 디바이스(550)는 사용자의 눈(590)이 위치될 수 있는 이미지 필드에 광원(540)으로부터의 광을 투사하기 위해 스캐닝 미러(570)를 사용할 수 있다. NED 디바이스(550)는 근안 디스플레이(120), 증강 현실 시스템(400), 또는 다른 유형의 디스플레이 디바이스의 예일 수 있다. 광원(540)은 적색 발광기들(542)의 다중 행들, 녹색 발광기들(544)의 다중 행들, 및 청색 발광기들(546)의 다중 행들과 같은 상이한 색상들의 발광기들의 하나 이상의 행들 또는 하나 이상의 열들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 발광기들(542), 녹색 발광기들(544), 및 청색 발광기들(546) 각각은 N개의 행들을 포함할 수 있으며, 각각의 행은 예를 들어 2560개의 발광기들(픽셀들)을 포함한다. 적색 발광기들(542)이 한 어레이로 조직되고; 녹색 발광기들(544)이 한 어레이로 조직되고; 청색 발광기들(546)이 한 어레이로 조직된다. 실시예들에서, 광원(540)은 각 색상에 대한 단일 라인의 발광기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(540)은 적색, 녹색, 및 청색 색상들 각각에 대한 발광기들의 다중 열들을 포함할 수 있으며, 여기서 각 열은 예를 들어 1080개의 발광기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(540) 내의 발광기들의 치수들 및/또는 피치들은 비교적 클 수 있으며(예를 들어, 약 3-5μm), 따라서 광원(540)은 전체 디스플레이 이미지를 동시에 생성하기 위한 충분한 발광기들을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 단일 색상에 대한 발광기들의 수는 디스플레이 이미지에서 픽셀들의 수(예를 들어, 2560×1080 픽셀)보다 적을 수 있다. 광원(540)에 의해 방출된 광은 광의 시준 또는 발산 빔들의 세트일 수 있다.
스캐닝 미러(570)에 도달하기 전에, 광원(540)에 의해 방출된 광은 시준 렌즈 또는 자유형 광학 요소(freeform optical element)(560)와 같은 다양한 광학 디바이스들에 의해 조절될 수 있다. 자유형 광학 요소(560)는, 광원(540)에 의해 방출된 광의 전파 방향을 예를 들어 약 90°또는 그 이상만큼 변경하는 것과 같이, 광원(540)에 의해 방출된 광을 스캐닝 미러(570) 쪽으로 지향시킬 수 있는 예를 들어 다면 프리즘 또는 다른 광 폴딩 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자유형 광학 요소(560)는 광을 스캐닝하도록 회전될 수 있다. 스캐닝 미러(570) 및/또는 자유형 광학 요소(560)는 광원(540)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(580)에 결합하기 위한 커플러(582)를 포함할 수 있는 도파관 디스플레이(580)에 광원(540)에 의해 방출된 광을 반사 및 투사할 수 있다. 도파관 디스플레이(580)로 결합된 광은 예를 들어, 도 4와 관련하여 위에서 설명된 내부 전반사를 통해 도파관 디스플레이(580) 내에서 전파될 수 있다. 커플러(582)는 또한 도파관 디스플레이(580) 외부에서 사용자의 눈(590)을 향해 도파관 디스플레이(580) 내에서 전파하는 광의 부분들을 결합할 수 있다.
스캐닝 미러(570)는 MEMS(microelectromechanical system) 미러 또는 임의의 다른 적절한 미러들일 수 있다. 스캐닝 미러(570)는 1차원 또는 2차원으로 스캐닝하기 위해 회전할 수 있다. 스캐닝 미러(570)가 회전함에 따라, 광원(540)에 의해 방출된 광은 도파관 디스플레이(580)의 상이한 영역들로 지향될 수 있게 되고, 전체 디스플레이 이미지가 도파관 디스플레이(580) 상에 투사되고 각각의 스캐닝 사이클에서 도파관 디스플레이(580)에 의해 사용자의 눈(590)으로 지향될 수 있다. 예를 들어, 광원(540)이 하나 이상의 행들 또는 열들의 모든 픽셀들에 대한 발광기들을 포함하는 실시예들에서, 스캐닝 미러(570)는 이미지를 스캐닝하기 위해 열 또는 행 방향(예를 들어, x 또는 y 방향)으로 회전될 수 있다. 광원(540)이 하나 이상의 행들 또는 열들의 모든 픽셀들이 아닌 일부에 대한 발광기들을 포함하는 실시예들에서, 스캐닝 미러(570)는 (예를 들어, 래스터 유형 스캐닝 패턴을 사용하여) 디스플레이 이미지를 투사하기 위해 행 및 열 방향 모두(예를 들어, x 및 y 방향 모두)로 회전될 수 있다.
NED 디바이스(550)는 미리 정의된 디스플레이 기간들(display periods)로 동작할 수 있다. 디스플레이 기간(예를 들어, 디스플레이 사이클)은 전체 이미지가 스캐닝되거나 투사되는 지속 시간(duration of time)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 기간은 원하는 프레임 속도의 역수일 수 있다. 스캐닝 미러(570)를 포함하는 NED 디바이스(550)에서, 디스플레이 기간은 또한 스캐닝 기간 또는 스캐닝 사이클로 지칭될 수 있다. 광원(540)에 의한 광 생성은 스캐닝 미러(570)의 회전과 동기화될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스캐닝 사이클은 다수의 스캐닝 단계들을 포함할 수 있고, 여기서 광원(540)은 각 스캐닝 단계 각각에서 상이한 광 패턴을 생성할 수 있다.
각각의 스캐닝 사이클에서, 스캐닝 미러(570)가 회전함에 따라, 디스플레이 이미지가 도파관 디스플레이(580) 및 사용자의 눈(590)에 투사될 수 있다. 디스플레이 이미지의 주어진 픽셀 위치의 실제 색상 값 및 광도(예를 들어, 밝기)는 스캐닝 기간 동안 픽셀 위치를 조명하는 3가지 색상들(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색)의 광 빔들의 평균일 수 있다. 스캐닝 기간을 완료한 후, 스캐닝 미러(570)는 다음 디스플레이 이미지의 처음 몇 행들에 대한 광을 투사하기 위해 초기 포지션으로 되돌아갈 수 있거나 또는 다음 디스플레이 이미지에 대한 광을 투사하기 위해 역방향 또는 스캔 패턴으로 회전할 수 있으며, 여기서 새로운 세트의 구동 신호들이 광원(540)에 공급될 수 있다. 스캐닝 미러(570)가 각 스캐닝 사이클에서 회전함에 따라 동일한 프로세스가 반복될 수 있다. 이와 같이, 상이한 이미지들이 상이한 스캐닝 사이클들에서 사용자의 눈(590)에 투사될 수 있다.
도 6은 특정 실시예들에 따른 근안 디스플레이 시스템(600)에서 이미지 소스 어셈블리(610)의 예를 도시한다. 이미지 소스 어셈블리(610)는 예를 들어, 사용자의 눈에 투사될 디스플레이 이미지들을 생성할 수 있는 디스플레이 패널(640), 및 디스플레이 패널(640)에 의해 생성된 디스플레이 이미지들을 도 4 내지 도 5b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 도파관 디스플레이에 투사할 수 있는 프로젝터(650)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(640)은 광원(642) 및 광원(642)에 대한 드라이버 회로(644)를 포함할 수 있다. 광원(642)은 예를 들어, 광원(510 또는 540)을 포함할 수 있다. 프로젝터(650)는 예를 들어, 전술한 자유형 광학 요소(560), 스캐닝 미러(570), 및/또는 투사 광학 장치(520)를 포함할 수 있다. 근안 디스플레이 시스템(600)은 또한 광원(642) 및 프로젝터(650)(예를 들어, 스캐닝 미러(570))를 동기적으로 제어하는 컨트롤러(620)를 포함할 수 있다. 이미지 소스 어셈블리(610)는 이미지 광을 생성하여 도파관 디스플레이(530 또는 580)와 같은 도파관 디스플레이(도 6에 도시되지 않음)에 출력할 수 있다. 전술한 바와 같이, 도파관 디스플레이는 하나 이상의 입력 결합 요소들에서 이미지 광을 수신하고, 수신된 이미지 광을 하나 이상의 출력 결합 요소들로 안내할 수 있다. 입력 및 출력 결합 요소들은 예를 들어, 회절 격자, 홀로그램 격자, 프리즘, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 입력 결합 요소는 내부 전반사가 도파관 디스플레이에서 발생하도록 선택될 수 있다. 출력 결합 요소는 내부 전반사된 이미지 광의 부분들을 도파관 디스플레이 밖으로 결합할 수 있다.
전술한 바와 같이, 광원(642)은 어레이 또는 매트릭스로 배열된 복수의 발광기들을 포함할 수 있다. 각각의 발광기는 적색광, 청색광, 녹색광, 적외선광 등과 같은 단색광(monochromatic light)을 방출할 수 있다. RGB 색상들이 본 개시에서 종종 논의되지만, 여기에 설명되는 실시예들은 기본 색상들로서 적색, 녹색, 및 청색을 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 근안 디스플레이 시스템(600)의 기본 색상들로서 다른 색상들이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에, 한 실시예에 따른 디스플레이 패널은 3개의 기본 색상들보다 것을 사용할 수 있다. 광원(642)의 각 픽셀은 적색 마이크로 LED, 녹색 마이크로 LED, 및 청색 마이크로 LED를 포함하는 3개의 서브픽셀들을 포함할 수 있다. 반도체 LED는 일반적으로 반도체 재료들의 다중 층들 내에 활성 발광층을 포함한다. 반도체 재료들의 다중 층들은 상이한 화합물 재료들 또는 상이한 도펀트 및/또는 상이한 도핑 밀도들을 갖는 동일한 베이스 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 재료들의 다중 층들은 n형 재료층, 헤테로 구조들(예를 들어, 하나 이상의 양자 우물들)을 포함할 수 있는 활성 영역, 및 p형 재료층을 포함할 수 있다. 반도체 재료의 다중 층들은 특정 배향을 갖는 기판의 표면 상에 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 반도체 재료들의 층들 중 적어도 일부를 포함하는 메사(mesa)가 형성될 수 있다.
컨트롤러(620)는 광원(642) 및/또는 프로젝터(650)의 동작들과 같은 이미지 소스 어셈블리(610)의 이미지 렌더링 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 하나 이상의 디스플레이 이미지들을 렌더링하기 위해 이미지 소스 어셈블리(610)에 대한 명령들을 결정할 수 있다. 명령들은 디스플레이 명령들 및 스캐닝 명령들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 명령들은 이미지 파일(예를 들어, 비트맵 파일)을 포함할 수 있다. 디스플레이 명령들은 예를 들어 도 1과 관련하여 위에서 설명된 콘솔(110)과 같은 콘솔로부터 수신될 수 있다. 스캐닝 명령들은 이미지 광을 생성하기 위해 이미지 소스 어셈블리(610)에 의해 사용될 수 있다. 스캐닝 명령들은 예를 들어, 이미지 광의 소스의 유형(예를 들어, 단색(monochromatic) 또는 다색(polychromatic)), 스캐닝 속도, 스캐닝 장치의 지향방향, 하나 이상의 조명 파라미터들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컨트롤러(620)는 본 개시의 다른 양상들을 모호하게 하지 않도록 여기에 도시되지 않은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컨트롤러(620)는 디스플레이 디바이스의 그래픽 프로세싱 유닛(GPU: Graphics Processing Unit)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨트롤러(620)는 다른 유형들의 프로세서들일 수 있다. 컨트롤러(620)에 의해 수행되는 동작들은 디스플레이를 위해 콘텐트를 취하고, 콘텐트를 개별 섹션들로 분할하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(620)는 광원(642)의 개별 소스 요소에 대응하는 어드레스 및/또는 개별 소스 요소에 인가된 전기적 바이어스를 포함하는 스캐닝 명령들을 광원(642)에 제공할 수 있다. 컨트롤러(620)는 사용자에게 궁극적으로 디스플레이되는 이미지에서 픽셀들의 하나 이상의 행들에 대응하는 발광기들을 사용하여 개별 섹션들을 순차적으로 제공하도록 광원(642)에게 지시할 수 있다. 컨트롤러(620)는 또한 광의 상이한 조정들을 수행하도록 프로젝터(650)에게 지시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 도 5b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 도파관 디스플레이(예를 들어, 도파관 디스플레이(580))의 결합 요소의 상이한 영역들로 개별 섹션들을 스캐닝하도록 프로젝터(650)를 제어할 수 있다. 이와 같이, 도파관 디스플레이의 사출 동공에서, 각각의 개별 부분은 상이한 각각의 위치에 제공된다. 각각의 개별 섹션이 상이한 각각의 시간에 제공되는 동안, 개별 섹션들의 제공(presentation) 및 스캐닝은 사용자의 눈이 상이한 섹션들을 단일 이미지 또는 일련의 이미지들로 통합할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 발생한다.
이미지 프로세서(630)는 범용 프로세서 및/또는 여기에 설명된 특징들을 수행하는 데 전용되는 하나 이상의 애플리케이션 특정 회로들일 수 있다. 일 실시예에서, 범용 프로세서는 프로세서가 여기에 설명된 특정 프로세스들을 수행하게 하는 소프트웨어 지시들을 실행하기 위해 메모리에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 이미지 프로세서(630)은 특정 기능들을 수행하는 데 전용되는 하나 이상의 회로들일 수 있다. 도 6의 이미지 프로세서(630)는 컨트롤러(620) 및 드라이버 회로(644)와 분리된 독립형 유닛으로 도시되지만, 이미지 프로세서(630)는 다른 실시예들에서 컨트롤러(620) 또는 드라이버 회로(644)의 서브 유닛일 수 있다. 다시 말해서, 이러한 실시예들에서, 컨트롤러(620) 또는 드라이버 회로(644)는 이미지 프로세서(630)의 다양한 이미지 프로세싱 기능들을 수행할 수 있다. 이미지 프로세서(630)는 또한 이미지 프로세싱 회로로 지칭될 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 광원(642)은 컨트롤러(620) 또는 이미지 프로세서(630)로부터 전송된 데이터 또는 명령들(예를 들어, 디스플레이 및 스캐닝 명령들)에 기초하여 드라이버 회로(644)에 의해 구동될 수 있다. 일 실시예에서, 드라이버 회로(644)는 광원(642)의 다양한 발광기들에 연결되고 기계적으로 유지하는 회로 패널을 포함할 수 있다. 광원(642)은 컨트롤러(620)에 의해 설정되고 이미지 프로세서(630) 및 드라이버 회로(644)에 의해 잠재적으로 조정되는 하나 이상의 조명 파라미터들에 따라 광을 방출할 수 있다. 조명 파라미터는 광을 생성하기 위해 광원(642)에 의해 사용될 수 있다. 조명 파라미터는 예를 들어 소스 파장, 펄스 속도, 펄스 진폭, 빔 유형(연속 또는 펄스), 방출된 광에 영향을 미칠 수 있는 다른 파라미터(들), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(642)에 의해 생성된 소스 광은 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광, 또는 이들의 임의의 조합의 다중 빔들을 포함할 수 있다.
프로젝터(650)는 광원(642)에 의해 생성된 이미지 광을 포커싱하거나, 결합하거나, 조절하거나 또는 스캐닝하는 것과 같은 일련의 광학 기능들을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로젝터(650)는 결합 어셈블리, 광 조절 어셈블리, 또는 스캐닝 미러 어셈블리를 포함할 수 있다. 프로젝터(650)는 광원(642)으로부터의 광을 광학적으로 조정하고 잠재적으로 재지향하는 하나 이상의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 광을 조정하는 한 가지 예는 확장, 시준, 하나 이상의 광학 오류들(예를 들어, 필드 곡률(field curvature), 색수차(chromatic aberration) 등)에 대한 수정, 광의 일부 다른 조정들, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 광의 조절을 포함할 수 있다. 프로젝터(650)의 광학 구성요소들은 예를 들어, 렌즈들, 미러들, 애퍼처들, 격자들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
프로젝터(650)는 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분들을 통해 이미지 광을 재지향(redirect)시켜 이미지 광이 도파관 디스플레이를 향해 특정 지향방향으로 투사되도록 할 수 있다. 이미지 광이 재지향되는 위치는 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분들의 특정 지향방향들에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로젝터(650)는 적어도 2차원으로 스캐닝하는 단일 스캐닝 미러를 포함한다. 다른 실시예들에서, 프로젝터(650)는 각각이 서로 직교하는 방향들로 스캐닝하는 복수의 스캐닝 미러들을 포함할 수 있다. 프로젝터(650)는 래스터 스캔(수평 또는 수직), 이중 공진 스캔(bi-resonant scan), 또는 이들의 임의의 조합을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로젝터(650)는 2차원을 따라 스캐닝하고 사용자의 눈에 제공되는 미디어의 2차원 투사 라인 이미지를 생성하기 위해 특정 진동 주파수로 수평 및/또는 수직 방향들을 따라 제어된 진동을 수행할 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로젝터(650)는 하나 이상의 스캐닝 미러들과 유사하거나 동일한 기능을 할 수 있는 렌즈 또는 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 소스 어셈블리(610)는 프로젝터를 포함하지 않을 수 있고, 여기서 광원(642)에 의해 방출된 광은 도파관 디스플레이에 직접 입사될 수 있다.
반도체 LED들에서, 광자들(photons)은 일반적으로, 활성 영역(예를 들어, 하나 이상의 반도체층들) 내에서 전자들과 정공들의 재결합을 통해 특정 내부 양자 효율에서 생성되며, 여기서 내부 양자 효율은 광자들을 방출하는 활성 영역에서 복사 전자-정공 재결합(radiative electron-hole recombination)의 비율이다. 생성된 광은 특정 방향에서 또는 특정 입체각 내에서 LED들로부터 추출될 수 있다. LED로부터 추출된 방출된 광자들의 수와 LED를 통과하는 전자들의 수 사이의 비율을 외부 양자 효율이라고 하며, 이는 LED가 주입된 전자들을 디바이스로부터 추출된 광자들로 얼마나 효율적으로 변환하는지를 설명한다.
외부 양자 효율은 주입 효율, 내부 양자 효율, 및 추출 효율에 비례할 수 있다. 주입 효율은 활성 영역으로 주입되는 디바이스를 통과한 전자들의 비율을 나타낸다. 추출 효율은 디바이스로부터 탈출하는 활성 영역에서 생성된 광자들의 비율이다. LED들의 경우, 특히 물리적 치수들이 감소된 마이크로 LED들의 경우, 내부 및 외부 양자 효율을 개선하고 및/또는 방출 스펙트럼을 제어하는 것이 어려울 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 반도체 재료들의 층들 중 적어도 일부를 포함하는 메사가 형성될 수 있다.
도 7a는 수직 메사 구조를 갖는 LED(700)의 예를 도시한다. LED(700)는 광원(510, 540, 또는 642)의 발광기일 수 있다. LED(700)는 반도체 재료들의 다중 층들과 같은 무기 재료들로 만들어진 마이크로 LED일 수 있다. 적층형 반도체 발광 디바이스는 III-V 반도체 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있다. III-V 반도체 재료는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 또는 인듐(In)과 같은 하나 이상의 III족 원소들을 질소(N), 인( P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb)과 같은 V족 원소와 조합하여 포함할 수 있다. III-V 반도체 재료의 V족 원소가 질소를 포함하는 경우, III-V 반도체 재료는 III-질화물 재료로 지칭된다. 적층형 반도체 발광 디바이스는 기상 에피택시(VPE), 액상 에피택시(LPE), 분자빔 에피택시(MBE), 또는 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)과 같은 기술들을 사용하여 기판 위에 다중 에피택시 층들을 성장시킴으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체 재료들의 층들은, GaN, GaAs, 또는 GaP 기판, 또는 제한되는 것은 아니지만, 사파이어, 탄화규소, 실리콘, 산화아연, 질화붕소, 알루민산리튬, 니오브산리튬, 게르마늄, 질화알루미늄, 갈산리튬, 부분적으로 치환된 스피넬, 또는 베타-LiAlO2 구조를 공유하는 4차 정방정계 산화물(quaternary tetragonal oxides)을 포함하는 기판과 같은, 특정 결정 격자 배향(예를 들어, 극성, 비극성, 또는 반극성 배향)을 갖는 기판 상에 층별로 성장될 수 있다.
도 7a에 도시된 예에서, LED(700)는 예를 들어 사파이어 기판 또는 GaN 기판을 포함할 수 있는 기판(710)을 포함할 수 있다. 반도체층(720)은 기판(710) 상에 성장될 수 있다. 반도체층(720)은 GaN과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있고, p-도핑(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로) 또는 n-도핑(예를 들어, Si 또는 Ge로)될 수 있다. 하나 이상의 활성층들(730)이 반도체층(720) 상에 성장되어 활성 영역을 형성할 수 있다. 활성층(730)은 하나 이상의 양자 우물 또는 MQW들과 같은 하나 이상의 헤테로구조들을 형성할 수 있는, 하나 이상의 InGaN 층들, 하나 이상의 AlInGaP 층들 및/또는 하나 이상의 GaN 층들과 같은 III-V 재료들을 포함할 수 있다. 활성층(730) 상에는 반도체층(740)이 성장될 수 있다. 반도체층(740)은 GaN과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있고, p-도핑(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로) 또는 n-도핑(예를 들어, Si 또는 Ge로)될 수 있다. 반도체층(720) 및 반도체층(740) 중 하나는 p형 층일 수 있고 다른 하나는 n형 층일 수 있다. 반도체층(720)과 반도체층(740)은 활성층(730)을 사이에 두고 발광 영역을 형성한다. 예를 들어, LED(700)는 마그네슘으로 도핑된 p형 GaN 층과 실리콘 또는 산소로 도핑된 n형 GaN 층 사이에 위치한 InGaN 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LED(700)는 아연 또는 마그네슘으로 도핑된 p형 AlInGaP 층과 셀레늄, 실리콘, 또는 텔루륨으로 도핑된 n형 AlInGaP 층 사이에 위치한 AlInGaP 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 차단층(EBL)(도 7a에 도시되지 않음)이 활성층(730)과 반도체층(720) 또는 반도체층(740) 중 적어도 하나 사이에 층을 형성하도록 성장될 수 있다. EBL은 전자 누설 전류를 감소시키고 LED의 효율을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, P+ 또는 P++ 반도체층과 같은 고농도로 도핑된 반도체층(750)이 반도체층(740) 상에 형성될 수 있고, 오믹 접촉(ohmic contact)을 형성하고 디바이스의 접촉 임피던스를 감소시키기 위한 접촉층으로서 작용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도층(760)이 고농도로 도핑된 반도체층(750) 상에 형성될 수 있다. 전도층(760)은 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 Al/Ni/Au 필름을 포함할 수 있다. 일 예에서, 전도층(760)은 투명 ITO 층을 포함할 수 있다.
반도체층(720)(예를 들어, n-GaN 층)과 접촉하고 LED(700)로부터 활성층(730)에 의해 방출된 광을 보다 효율적으로 추출하기 위해, 반도체 재료층들(고도핑된 반도체층(750), 반도체층(740), 활성층(730), 및 반도체층(720)을 포함)은 반도체층(720)을 노출시키고 층들(720-760)을 포함하는 메사 구조를 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 메사 구조는 디바이스 내에서 캐리어들을 제한(confine)할 수 있다. 메사 구조를 에칭하는 것에 의해, 성장 평면들(growth planes)에 직교할 수 있는 메사 측벽들(732)의 형성을 이끌 수 있다. 메사 구조의 측벽들(732) 상에 패시베이션 층(770)이 형성될 수 있다. 패시베이션 층(770)은 SiO2 층과 같은 산화물층을 포함할 수 있고, LED(700) 밖으로 방출된 광을 반사하는 반사기로서 작용할 수 있다. Al, Au, Ni, Ti, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 금속층을 포함할 수 있는 접촉층(780)은 반도체층(720) 상에 형성될 수 있고 LED(700)의 전극으로서 작용할 수 있다. 또한, Al/Ni/Au 금속층과 같은 다른 접촉층(790)이 전도층(760) 상에 형성될 수 있고 LED(700)의 다른 전극으로서 작용할 수 있다.
접촉층들(780, 790)에 전압 신호가 인가되면, 활성층(730)에서 전자들과 정공들이 재결합될 수 있으며, 여기서 전자들과 정공들의 재결합은 광자 방출을 유발할 수 있다. 방출된 광자들의 파장과 에너지는 활성층(730)의 가전자대(valence band)와 전도대(conduction band) 사이의 에너지 밴드갭에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층들은 녹색광 또는 청색광을 방출할 수 있고, AlGaN 활성층들은 청색광 내지 자외선광을 방출할 수 있는 반면, AlInGaP 활성층들은 적색광, 주황색광, 황색광, 또는 녹색광을 방출할 수 있다. 방출된 광자들은 패시베이션 층(770)에 의해 반사될 수 있고 상부(예를 들어, 전도층(760) 및 접촉층(790)) 또는 바닥(예를 들어, 기판(710))으로부터 LED(700)를 빠져나갈 수 있다.
일부 실시예들에서, LED(700)는 방출된 광을 포커싱하거나 또는 시준하거나 또는 방출된 광을 도파관에 결합하기 위해 기판(710)과 같은 광 방출 표면 상에 렌즈와 같은 하나 이상의 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LED는 평면형, 원추형, 반포물선형, 또는 포물선형과 같은 다른 형상의 메사를 포함할 수 있고, 메사의 베이스 영역은 원형, 직사각형, 육각형, 또는 삼각형일 수 있다. 예를 들어, LED는 곡면 형상(예를 들어, 포물면 형상) 및/또는 비곡면 형상(non-curved shape)(예를 들어, 원추 형상)의 메사를 포함할 수 있다. 메사는 잘리거나(truncate) 잘리지 않을 수 있다.
도 7b는 포물선 메사 구조를 갖는 LED(705)의 예의 단면도이다. LED(700)와 유사하게, LED(705)는 III-V 반도체 재료들의 다중 층들과 같은 반도체 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있다. 반도체 재료층들은 GaN 기판 또는 사파이어 기판과 같은 기판(715) 상에 에피택셜 성장될 수 있다. 예를 들어, 반도체층(725)은 기판(715) 상에 성장될 수 있다. 반도체층(725)은 GaN과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있고, p-도핑(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로) 또는 n-도핑(예를 들어, Si 또는 Ge로)될 수 있다. 하나 이상의 활성층(735)이 반도체층(725) 상에 성장될 수 있다. 활성층(735)은 하나 이상의 양자 우물들과 같은 하나 이상의 헤테로구조들을 형성할 수 있는, 하나 이상의 InGaN 층들, 하나 이상의 AlInGaP 층들 및/또는 하나 이상의 GaN 층들과 같은 III-V 재료들을 포함할 수 있다. 활성층(735) 상에는 반도체층(745)이 성장될 수 있다. 반도체층(745)은 GaN과 같은 III-V 재료를 포함할 수 있고, p-도핑(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로) 또는 n-도핑(예를 들어, Si 또는 Ge로)될 수 있다. 반도체층(725) 및 반도체층(745) 중 하나는 p형 층일 수 있고 다른 하나는 n형 층일 수 있다.
반도체층(725)(예를 들어, n형 GaN 층)과 접촉하고 LED(705)로부터 활성층(735)에 의해 방출된 광을 보다 효율적으로 추출하기 위해, 반도체층들은 반도체층(725)을 노출시키고 층들(725-745)을 포함하는 메사 구조를 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 메사 구조는 디바이스의 주입 영역 내에 캐리어를 제한할 수 있다. 메사 구조를 에칭하는 것에 의해, 층들(725-745)의 결정 성장과 연관된 성장 평면들과 평행하지 않거나 일부 경우에서는 직교할 수 있는 메사 측벽들(여기에서 패싯들(facets)이라고도 함)의 형성을 이끌 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, LED(705)는 평평한 상부를 포함하는 메사 구조를 가질 수 있다. 유전층(775)(예를 들어, SiO2 또는 SiNx)이 메사 구조의 패싯들 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전층(775)은 유전 재료들의 다중 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속층(795)은 유전층(775) 상에 형성될 수 있다. 금속층(795)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 금속 또는 금속 합금 재료들을 포함할 수 있다. 유전층(775) 및 금속층(795)은 활성층(735)에 의해 방출된 광을 기판(715) 쪽으로 반사할 수 있는 메사 반사기를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메사 반사기는 방출된 광을 적어도 부분적으로 시준할 수 있는 포물선 반사기로서 작용하도록 포물선 형상일 수 있다.
전기 접촉부(765) 및 전기 접촉부(785)는 전극들로서 작용하도록 반도체층(745) 및 반도체층(725) 상에 각각 형성될 수 있다. 전기 접촉부(765) 및 전기 접촉부(785)는 각각 Al, Au, Pt, Ag, Ni, Ti, Cu, 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, Ag/Pt/Au 또는 Al/Ni/Au)과 같은 전도성 재료를 포함할 수 있고, LED(705)의 전극으로 작용할 수 있다. 도 7b에 도시된 예에서, 전기 접촉부(785)는 n-접촉부일 수 있고, 전기 접촉부(765)는 p-접촉부일 수 있다. 전기 접촉부(765) 및 반도체층(745)(예를 들어, p형 반도체층)은 활성층(735)에 의해 방출된 광을 기판(715) 쪽으로 다시 반사하기 위한 후방 반사기(back reflector)를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 접촉부(765) 및 금속층(795)은 동일한 재료(들)를 포함하고 동일한 프로세스들을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 접촉부들(765, 785)과 반도체층들 사이의 중간 도전층으로서 추가적인 전도층(미도시)이 포함될 수 있다.
전압 신호가 접촉부들(765, 785)에 인가될 때, 전자들과 정공들은 활성층(735)에서 재결합할 수 있다. 전자들과 정공들의 재결합은 광자를 방출하여 광을 생성할 수 있다. 방출된 광자들의 파장과 에너지는 활성층(735)의 가전자대와 전도대 사이의 에너지 밴드갭에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층들은 녹색광 또는 청색광을 방출할 수 있고, AlInGaP 활성층들은 적색광, 주황색광, 황색광, 또는 녹색광을 방출할 수 있다. 방출된 광자들은 많은 상이한 방향들로 전파될 수 있고 메사 반사기 및/또는 후면 반사기에 의해 반사될 수 있으며, 예를 들어 도 7b에 도시된 바닥 측(예를 들어, 기판(715))으로부터 LED(705)를 빠져나갈 수 있다. 렌즈 또는 격자와 같은 하나 이상의 다른 2차 광학 구성요소들이 기판(715)과 같은 발광 표면에 형성되어 방출된 광을 포커싱하거나 시준하고 및/또는 방출된 광을 도파관에 결합할 수 있다.
상술한 LED들의 1차원 또는 2차원 어레이들은 웨이퍼 상에서 제조되어 광원들(예를 들어, 광원(642))을 형성할 수 있다. 드라이버 회로들(예를 들어, 드라이버 회로(644))은 예를 들어 CMOS 프로세스들을 사용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 웨이퍼들 상의 LED들 및 드라이버 회로들은 다이싱된(diced) 다음 함께 본딩되거나 또는 웨이퍼 레벨에서 본딩된 다음 다이싱될 수 있다. LED들과 드라이버 회로들을 본딩하기 위해 접착 본딩, 금속 대 금속 본딩, 금속 산화물 본딩, 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩, 다이 대 웨이퍼 본딩, 하이브리드 본딩 등과 같이 다양한 본딩 기술들이 사용될 수 있다.
도 8a는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 다이-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다. 도 8a에 도시된 예에서, LED 어레이(801)는 캐리어 기판(805) 상의 복수의 LED들(807)을 포함할 수 있다. 캐리어 기판(805)은 GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있다. LED들(807)은 예를 들어, 본딩을 수행하기 전에, 다양한 에피택셜 층들을 성장시키고, 메사 구조들을 형성하고, 전기 접촉부들 또는 전극들을 형성함으로써 제조될 수 있다. 에피택셜 층들은 GaN, InGaN, (AlGaIn)P, (AlGaIn)AsP, (AlGaIn)AsN, (AlGaIn)Pas, (Eu:InGa)N, (AlGaIn)N 등과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있으며, n형 층, p형 층, 및 하나 이상의 양자 우물들 또는 MQW들과 같은 하나 이상의 헤테로구조들을 포함하는 활성층을 포함할 수 있다. 전기 접촉부들은 금속 또는 금속 합금과 같은 다양한 전도성 재료들을 포함할 수 있다.
웨이퍼(803)는 수동 또는 능동 집적 회로들(예를 들어, 드라이버 회로들(811))이 그 위에 제조된 베이스 층(809)을 포함할 수 있다. 베이스 층(809)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 드라이버 회로들(811)은 LED들(807)의 동작들을 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 LED(807)에 대한 드라이버 회로는 2개의 트랜지스터들과 1개의 커패시터를 갖는 2T1C 픽셀 구조를 포함할 수 있다. 웨이퍼(803)는 또한 본딩 층(813)을 포함할 수 있다. 본딩 층(813)은 금속, 산화물, 유전체, CuSn, AuTi 등과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패턴화된 층(815)이 본딩 층(813)의 표면 상에 형성될 수 있고, 여기서 패턴화된 층(815)은 Cu, Ag, Au, Al 등과 같은 전도성 재료로 제조된 금속 그리드를 포함할 수 있다.
LED 어레이(801)는 본딩 층(813) 또는 패턴화된 층(815)을 통해 웨이퍼(803)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 층(815)은 웨이퍼(803) 상의 대응하는 드라이버 회로들(811)과 LED 어레이(801)의 LED들(807)을 정렬하는 데 사용될 수 있는 CuSn, AuSn 또는 나노다공성 Au와 같은 다양한 재료들로 제조된 금속 패드들 또는 범프들을 포함할 수 있다. 일 예에서, LED 어레이(801)는 LED들(807)이 드라이버 회로들(811)에 대응하는 각각의 금속 패드들 또는 범프들과 접촉하게 될 때까지 웨이퍼(803)를 향하게 될 수 있다. LED들(807)의 일부 또는 전부는 드라이버 회로들(811)과 정렬될 수 있고, 그 다음 금속-대-금속 본딩과 같은 다양한 본딩 기술들에 의해 패턴화된 층(815)을 통해 웨이퍼(803)에 본딩될 수 있다. LED들(807)이 웨이퍼(803)에 본딩된 후, 캐리어 기판(805)은 LED들(807)로부터 제거될 수 있다.
도 8b는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(802)는 기판(804), 제1 반도체층(806), 활성층들(808), 및 제2 반도체층(810)을 포함할 수 있다. 기판(804)은 GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 제1 반도체층(806), 활성층들(808), 및 제2 반도체층(810)은 GaN, InGaN, (AlGaIn)P, (AlGaIn)AsP, (AlGaIn)AsN, (AlGaIn)Pas, (Eu:InGa)N, (AlGaIn)N 등과 같은 다양한 반도체 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반도체층(806)은 n형 층일 수 있고, 제2 반도체층(810)은 p형 층일 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(806)은 n-도핑된 GaN 층(예를 들어, Si 또는 Ge로 도핑됨)일 수 있고, 제2 반도체층(810)은 p-도핑된 GaN 층(예를 들어, Mg, Ca, Zn 또는 Be로 도핑됨)이 될 수 있다 활성층들(808)은 예를 들어, 하나 이상의 양자 우물들 또는 MQW들과 같은 하나 이상의 헤테로구조들을 형성할 수 있는, 하나 이상의 GaN 층들, 하나 이상의 InGaN 층들, 하나 이상의 AlInGaP 층들 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 웨이퍼(802)는 또한 본딩 층을 포함할 수 있다. 본딩 층(812)은 금속, 산화물, 유전체, CuSn, AuTi 등과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 본딩 층(812)은 p-접촉부들 및/또는 n-접촉부들(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(804)과 제1 반도체층(806) 사이의 버퍼 층과 같은 다른 층들도 제1 웨이퍼(802) 상에 포함될 수 있다. 버퍼 층은 다결정질 GaN 또는 AlN과 같은 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 접촉층이 제2 반도체층(810)과 본딩 층(812) 사이에 있을 수 있다. 접촉층은 제2 반도체층(810) 및/또는 제1 반도체층(806)에 전기 접촉을 제공하기 위한 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다.
제1 웨이퍼(802)는 본딩 층(813) 및/또는 본딩 층(812)을 통해 전술한 바와 같이 드라이버 회로들(811) 및 본딩 층(813)을 포함하는 웨이퍼(803)에 본딩될 수 있다. 본딩 층(812)과 본딩 층(813)은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 본딩 층(813) 및 본딩 층(812)은 실질적으로 평평할 수 있다. 제1 웨이퍼(802)는 금속-대-금속 본딩, 공융 본딩, 금속 산화물 본딩, 양극 본딩, 열압축 본딩, 자외선(UV) 본딩, 및/또는 융합 본딩과 같은 다양한 방법들에 의해 웨이퍼(803)에 본딩될 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(802)는 제1 웨이퍼(802)의 p-측면(예를 들어, 제2 반도체층(810))이 아래로(즉, 웨이퍼(803) 쪽으로) 향하도록 웨이퍼(803)에 본딩될 수 있다. 본딩 후에, 기판(804)은 제1 웨이퍼(802)로부터 제거될 수 있고, 제1 웨이퍼(802)는 n-측면으로부터 처리될 수 있다. 프로세싱은 예를 들어, 개별 LED들에 대한 특정 메사 형상들의 형성 및 개별 LED들에 대응하는 광학 구성요소들의 형성을 포함할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이들에 대한 하이브리드 본딩 방법의 예를 도시한다. 하이브리드 본딩은 일반적으로, 웨이퍼 세정 및 활성화, 한 웨이퍼의 접촉부들과 다른 웨이퍼의 접촉부들의 고정밀 정렬, 실온에서 웨이퍼 표면들의 유전체 재료들의 유전체 본딩, 승온에서의 어닐링에 의한 접촉부들의 금속 본딩을 포함할 수 있다. 도 9a는 기판(910)을 도시하며, 그 위에 수동 또는 능동 회로들(920)이 제조된다. 도 8a 내지 도 8b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 기판(910)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 회로들(920)은 LED 어레이들에 대한 드라이버 회로들을 포함할 수 있다. 본딩 층은 전기적 상호접속부들(922)을 통해 회로들(920)에 연결된 유전체 영역들(940) 및 접촉 패드들(930)을 포함할 수 있다. 접촉 패드들(930)은 예를 들어, Cu, Ag, Au, Al, W, Mo, Ni, Ti, Pt, Pd 등을 포함할 수 있다. 유전체 영역들(940)의 유전체 재료들은 SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. 본딩 층은, 예를 들어 화학적 기계적 연마를 사용하여 평탄화되고 연마(polish)될 수 있으며, 여기서 평탄화 또는 연마(polishing)는 접촉 패드들에서 디싱(dishing)(보울과 같은 프로파일(bowl like profile))을 유발할 수 있다. 본딩 층들의 표면들은, 예를 들어 이온(예를 들어, 플라즈마) 또는 고속 원자(예를 들어, Ar) 빔(905)에 의해 세정 및 활성화될 수 있다. 활성화된 표면은 원자적으로 깨끗할 수 있고, 웨이퍼들이 예를 들어 실온에서 접촉하게 될 때 웨이퍼들 사이의 직접 본딩의 형성에 대해 잘 반응할 수 있다.
도 9b는, 예를 들어 도 7a 내지 도 8b와 관련하여 전술한 바와 같이 웨이퍼(950)를 도시하며 웨이퍼는 그 위에 제조된 마이크로 LED들(970)의 어레이를 포함한다. 웨이퍼(950)는 캐리어 웨이퍼일 수 있고, 예를 들어, GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등을 포함할 수 있다. 마이크로 LED들(970)은 n형 층, 활성 영역, 및 웨이퍼(950) 상에 에피택셜 성장된 p형 층을 포함할 수 있다. 에피택셜 층들은 전술한 다양한 III-V 반도체 재료들을 포함할 수 있고, 실질적으로 수직 구조들, 포물선 구조들, 원뿔 구조들 등과 같은 에피택셜 층들의 메사 구조들을 에칭하기 위해 p형 층 측으로부터 처리될 수 있다. 메사 구조들의 측벽들에는 패시베이션 층들 및/또는 반사층들이 형성될 수 있다. P-접촉부들(980) 및 n-접촉부들(982)은 메사 구조 상에 디파짓된(deposited) 유전체 재료층(960)에 형성될 수 있고, p형 층 및 n형 층들과 각각 전기 접촉부를 만들 수 있다. 유전체 재료층(960)의 유전체 재료들은 예를 들어, SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. P-접촉부들(980) 및 n-접촉부들(982)은 예를 들어, Cu, Ag, Au, Al, W, Mo, Ni, Ti, Pt, Pd 등을 포함할 수 있다. p-접촉부들(980), n-접촉부들(982), 및 유전체 재료층(960)의 상부 표면들은 본딩 층을 형성할 수 있다. 본딩 층은 예를 들어, 화학적 기계적 연마를 사용하여 평탄화되고 연마될 수 있으며, 여기서 연마는 p-접촉부들(980) 및 n-접촉부들(982)에서 디싱을 유발할 수 있다. 그 다음, 본딩 층은, 예를 들어 이온(예를 들어, 플라즈마) 또는 고속 원자(예를 들어, Ar) 빔(915)에 의해 세정되고 활성화될 수 있다. 활성화된 표면은 원자적으로 깨끗할 수 있고, 웨이퍼들이 예를 들어 실온에서 접촉하게 될 때 웨이퍼들 사이의 직접 본딩의 형성에 대해 잘 반응한다.
도 9c는 본딩 층들에서 유전체 재료들을 본딩하기 위한 실온 본딩 프로세스를 예시한다. 예를 들어, 유전체 영역들(940) 및 접촉 패드들(930)을 포함하는 본딩 층 및 p-접촉부들(980), n-접촉부들(982), 및 유전체 재료층(960)을 포함하는 본딩 층이 표면 활성화된 후, 웨이퍼(950) 및 마이크로-LED들(970)이 거꾸로 뒤집혀서 기판(910) 및 그 위에 형성된 회로들과 접촉하게 된다. 일부 실시예들에서, 압축 압력(925)이 기판(910) 및 웨이퍼(950)에 가해져 본딩 층들이 서로에 대해 가압될 수 있다. 접촉부들의 표면 활성화 및 디싱으로 인해, 유전체 영역들(940) 및 유전체 재료층(960)은 표면 인력 때문에 직접 접촉할 수 있고, 표면 원자들이 댕글링 결합을 가질 수 있기 때문에 그들 사이에 반응할 수 있고 화학 결합들을 형성할 수 있으며, 활성화 후 불안정한 에너지 상태들에 있을 수 있다. 따라서, 유전체 재료층(960) 및 유전체 영역들(940)의 유전체 재료들은 열처리나 압력으로 또는 열처리나 압력 없이 함께 본딩될 수 있다.
도 9d는 본딩 층들에서 유전체 재료들을 본딩한 후 본딩 층들에서 접촉부들을 본딩하기 위한 어닐링 프로세스를 도시한다. 예를 들어, 접촉 패드들(930) 및 p-접촉부들(980) 또는 n-접촉부들(982)은 예를 들어 약 200-400℃ 또는 그 이상에서 어닐링에 의해 함께 본딩될 수 있다. 어닐링 프로세스 동안, 열(935)은 (상이한 열 팽창 계수들로 인해) 접촉부들이 유전체 재료들보다 더 많이 팽창하도록 할 수 있고, 따라서 접촉 패드들(930) 및 p-접촉부들(980) 또는 n-접촉부들(982)이 접촉할 수 있고 활성화된 표면에서 직접적인 금속 결합들을 형성할 수 있도록 접촉부들 사이에 디싱 갭들(dishing gaps)을 닫을 수 있다.
2개의 본딩된 웨이퍼들이 상이한 열팽창 계수들(CTEs)을 갖는 재료들을 포함하는 일부 실시예들에서, 실온에서 본딩된 유전체 재료들은 상이한 열 팽창들에 의해 야기되는 접촉 패드들의 오정렬을 감소시키거나 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 어닐링 동안 고온에서 접촉 패드들의 오정렬을 추가적으로 감소시키거나 피하기 위해, 본딩 전에 트렌치들(trenches)이 마이크로-LED들 사이에 형성되거나, 마이크로-LED들의 그룹들 사이에 형성되거나, 기판의 일부 또는 전부를 통해서 등으로 형성될 수 있다.
마이크로 LED들이 드라이버 회로들에 본딩된 후, 마이크로 LED들이 제조된 기판이 얇아지거나 제거될 수 있고, 예를 들어 마이크로 LED들의 활성 영역들로부터 방출되는 광을 추출, 시준, 및 재지향(redirect)시키기 위해 마이크로 LED들의 발광 표면들 상에 다양한 2차 광학 구성요소들이 제조될 수 있다. 일 예에서, 마이크로-렌즈들이 마이크로-LED들 상에 형성될 수 있고, 여기서 각각의 마이크로-렌즈는 각각의 마이크로-LED에 대응할 수 있고 광 추출 효율을 개선하고 마이크로-LED에 의해 방출된 광을 시준하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시예들에서, 2차 광학 구성요소들은 마이크로-LED들의 기판 또는 n형 층에 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2차 광학 구성요소들은 마이크로-LED들의 n형 측에 디파짓된 유전체층에 제조될 수 있다. 2차 광학 구성요소들의 예들은 렌즈, 격자, AR 코팅(antireflection coating), 프리즘, 광결정(photonic crystal) 등을 포함할 수 있다.
도 10은 특정 실시예들에 따라 그 위에 제조된 2차 광학 구성요소들을 갖는 LED 어레이(1000)의 예를 도시한다. LED 어레이(1000)는, 예를 들어 도 8a 내지 도 9d와 관련하여 위에서 설명된 임의의 적절한 본딩 기술들을 사용하여 그 위에 제조된 전기 회로들을 포함하는 실리콘 웨이퍼와 LED 칩 또는 웨이퍼를 본딩함으로써 제조될 수 있다. 도 10에 도시된 예에서, LED 어레이(1000)는 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 웨이퍼-대-웨이퍼 하이브리드 본딩 기술을 사용하여 본딩될 수 있다. LED 어레이(1000)는, 예를 들어 실리콘 웨이퍼일 수 있는 기판(1010)을 포함할 수 있다. LED 드라이버 회로들과 같은 집적 회로들(1020)은 기판(1010) 상에 제조될 수 있다. 집적 회로들(1020)은 상호접속부들(1022) 및 접촉 패드들(1030)을 통해 마이크로-LED들(1070)의 p-접촉부들(1074) 및 n-접촉부들(1072)에 연결될 수 있으며, 여기서 접촉 패드들(1030)은 p-접촉부들(1074) 및 n-접촉부들(1072)과 금속 결합을 형성할 수 있다. 기판(1010) 상의 유전체층(1040)은 융합 본딩을 통해 유전체층(1060)에 본딩될 수 있다.
LED 칩 또는 웨이퍼의 기판(미도시)은 얇아지거나 제거되어 마이크로 LED들(1070)의 n형 층(1050)을 노출시킬 수 있다. 구면(spherical) 마이크로 렌즈(1082), 격자(1084), 마이크로 렌즈(1086), 반사 방지층(1088) 등과 같은 다양한 2차 광학 구성요소들이 n형 층(1050) 내부 또는 상부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 구면 마이크로 렌즈 어레이는 그레이스케일 마스크와 노광(exposure light)에 대한 선형 응답을 갖는 포토레지스트를 사용하거나 또는 패터닝된 포토레지스트 층의 열적 리플로우(thermal reflowing)에 의해 형성된 에칭 마스크를 사용하여 마이크로 LED들(1070)의 반도체 재료들에 에칭될 수 있다. 2차 광학 구성요소들은 또한 유사한 포토리소그래피 기술들 또는 다른 기술들을 사용하여 n형 층(1050) 상에 디파짓된 유전체층에서 에칭될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이들은 바이너리 마스크를 사용하여 패터닝된 폴리머 층의 열적 리플로우를 통해 폴리머 층에 형성될 수 있다. 폴리머 층의 마이크로 렌즈 어레이들은 2차 광학 구성요소들로 사용되거나 또는 마이크로 렌즈 어레이들의 프로파일들을 유전체층 또는 반도체층으로 전사(transfer)하기 위한 에칭 마스크로 사용될 수 있다. 유전체층은 예를 들어, SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로 LED(1070)는 마이크로 렌즈 및 반사 방지 코팅, 반도체 재료에 에칭된 마이크로 렌즈 및 유전체 재료층에 에칭된 마이크로 렌즈, 마이크로 렌즈와 격자, 구면 렌즈와 비구면 렌즈 등과 같은 다수의 대응하는 2차 광학 구성요소들을 가질 수 있다. 마이크로 LED들(1070) 상에 형성될 수 있는 2차 광학 구성요소들의 일부 예들을 보여주기 위해 3개의 상이한 2차 광학 구성요소들이 도 10에 도시되어 있으며, 이는 상이한 2차 광학 구성요소들이 모든 LED 어레이에 대해 동시에 사용된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다.
도 11a 내지 도 11d는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이에 대한 어셈블리 시퀀스의 시작을 도시한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 반도체 재료층(1130)은 제1 기판(1177) 상에 성장될 수 있다. 예를 들어, 반도체 재료층(1130)은 GaN, InGaN, AlnGaP와 같은 III-V 재료, 또는 ZnSe, ZnS, ZnTe와 같은 II-VI 재료을 포함할 수 있다. 반도체 재료층(1130)은 LED 어레이의 시작 재료로 작용할 수 있다. 또한, 제1 기판(1177)의 재료는 반도체 재료층(1130)에 기초하여 선택될 수 있으며, 사파이어 또는 GaAs일 수 있다. 반도체 재료층(1130)은 제1 기판(1177)에 인접한 n측(1132) 및 n측(1132)에 대향하는 p측(1134)을 가질 수 있다. 제1 본딩 층(1180)은 반도체 재료층(1130)의 p측(1134) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 본딩 층(1180)은 자외선(UV) 레이저에 의해 박리 가능한 접착제일 수 있다. 이어서, 제1 캐리어 기판(1175)이 제1 본딩 층(1180)을 통해 제1 기판(1177)에 본딩될 수 있다. 제1 캐리어 기판(1175)은 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 제1 기판(1177)은, 제1 기판(1177)이 사파이어로 만들어진 경우 레이저 리프트 오프(LLO)와 같은 방법, 또는 제1 기판(1177)이 GaAs로 만들어진 경우 그라인딩 및 에칭과 같은 방법의 임의의 적절한 방법들에 의해 제거될 수 있다. 제1 기판(1177)을 제거하는 것은 반도체 재료층(1130)의 n측(1132)을 노출시켜, 반도체 재료층(1130)의 n측(1132)을 처리를 할 수 있게 한다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 제2 본딩 층(1125)은 반도체 재료층(1130)의 n측(1132) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 층(1125)은 자외선(UV) 레이저에 의해 박리 가능한 접착제일 수 있다. 대안적으로, 제2 본딩 층(1125)은 용매를 사용하여 박리될 수 있다. 유리하게는, 저응력 처리(low-stress process)가 제2 본딩 층(1125)을 박리하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 제2 본딩 층(1125) 상에 제2 캐리어 기판(1120)이 형성될 수 있다. 제2 캐리어 기판(1120)은 실리콘과 같이 제1 캐리어 기판(1175)의 재료와 유사한 재료로 이루어질 수 있다.
도 11d에 도시된 바와 같이, 제1 본딩 층(1180)을 박리함으로써 제1 캐리어 기판(1175)이 제거될 수 있다. 그 다음에 반도체 재료층(1130)의 p측(1134)이 제1 본딩 층(1180)의 임의의 잔류 부분들의 제거를 포함하여 세정될 수 있다. 제1 캐리어 기판(1175)을 제거하는 것은 반도체 재료 층(1130)의 p측(1134)을 노출시켜 반도체 재료층(1130)의 p측(1134)의 처리를 할 수 있게 한다. 예를 들어, 반도체 재료층(1130)의 p측(1134)의 처리는 p-접촉부 어레이의 금속화, 에칭 또는 다른 처리들에 의한 마이크로-LED 구조들의 형성, 및/또는 p측(1132)에 대한 반도체 재료층(1130)의 에칭 및 p-접촉부 어레이와 동일한 표면에 n-접촉부들의 형성을 포함할 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 특정 실시예들에 따라 LED 어레이를 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 반도체 재료층(1230)은 캐리어 기판(1220) 상에 형성되는 본딩 층(1225) 상에 형성될 수 있다. 도 12a에 도시된 장치는 도 11a 내지 도 11d와 관련하여 위에서 논의된 방법과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 어레이들(1235)이 반도체 재료층(1230) 내에 형성될 수 있다. 캐리어 기판(1220)은 복수의 LED 어레이들(1235)을 정렬 상태로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 복수의 LED 어레이들(1235)은 전체 디스플레이 구조를 형성하기에 충분할 수 있다. 본딩 층(1225)은 임시 캐리어 필름의 역할을 할 수 있다.
도 12b에 도시된 바와 같이, LED 어레이들(1235)은 분리된 LED 어레이들(1235)을 형성하도록 싱귤레이팅될 수 있다. 예를 들어, LED 어레이들(1235)은 LED 어레이들(1235) 중 인접한 것들 사이에서 반도체 재료층(1230), 본딩 층(1225), 및 캐리어 기판(1220)을 통한 에칭에 의해 분리될 수 있다. 각각의 LED 어레이(1235)는 LED 어레이(1235)의 주변부 근처에 형성된 n-접촉부들(1250), 및 LED 어레이(1235)의 중앙 영역 내에 형성된 p-접촉부들(1240)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, p-접촉부들(1240)은 연장된 선형 단면을 가질 수 있고, n-접촉부들(1250)은 정사각형, 직사각형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. p-접촉부들(1240) 및/또는 n-접촉부들(1250)은 금, 구리, 또는 다른 금속으로 형성된 금속화된 접촉부들일 수 있다. p-접촉부들(1240) 및/또는 n-접촉부들(1250)은 저온 및 저압 본딩 처리를 가능하게 하는 상호접속 재료를 갖는 평면 접촉부들 또는 범프 접촉부(bumped contacts)들일 수 있다.
도 12c에 도시된 바와 같이, LED 어레이(1235)는 웨이퍼(1245) 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 본딩될 수 있다. 일부 예들에서, 웨이퍼(1245)는 실리콘으로 이루어질 수 있다. LED 어레이(1235)는 도 8a와 관련하여 위에서 논의된 다이-대-웨이퍼 본딩 또는 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 위에서 논의된 하이브리드 본딩과 같은 다양한 방법들에 의해 웨이퍼(1245)에 본딩될 수 있다. 그러나, LED 어레이(1235)의 반도체 재료층(1230)은 웨이퍼(1245)와 다른 CTE를 갖기 때문에, LED들에 대한 접촉부들과 드라이버 회로들 사이에 약간의 워크-오프가 발생할 가능성이 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 마이크로-LED들(1070)의 n-접촉부들(1072)은 기판(1010) 내의 접촉 패드들(1030)과 오정렬될 수 있다. 오정렬은 LED 어레이(1235)의 본딩 및/또는 작동 동안 가열에 의해 야기될 수 있다. LED 어레이의 반도체 재료층(1230)은 웨이퍼(1245)보다 더 빠르게 측방향으로 확장될 수 있거나, 그 반대로 될 수도 있다. 이러한 것은 LED 어레이(1235)의 중심 근처의 LED들이 그들 각각의 드라이버 회로들과 잘 정렬되는 결과를 초래할 수 있는 반면, LED 어레이(1235)의 주변부 근처의 LED들은 그들 각각의 드라이버 회로들과 오정렬될 수 있는데, 이는 LED 어레이(1235)의 주변부 근처의 두 재료들의 측면 열팽창에서의 더 큰 차이로 인한 것이다. 이러한 효과는 상호접속 피치가 작고 접속 수가 많은 대형 LED 어레이(1235)에 대해 더 두드러질 수 있다. 일부 예들에서, LED 어레이(1235)는 1μm 이하의 상호접속 범프를 갖는 1.8μm 피치를 가질 수 있다. 다른 예들에서, LED 어레이(1235)는 1μm 이상의 상호접속 범프를 갖는 3.6μm 피치를 가질 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 특정 실시예들에 따라 LED 어레이를 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 반도체 재료층(1330)은 캐리어 기판(1320) 상에 형성되는 본딩 층(1325) 상에 형성될 수 있다. 도 13a에 도시된 장치는 도 11a 내지 도 11d와 관련하여 위에서 논의된 방법과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 어레이들(1235)이 반도체 재료층(1230) 내에 형성될 수 있다. 본딩 층(1225)은 임시 캐리어 필름의 역할을 할 수 있다. LED 어레이(1335)는 LED 어레이(1335)의 주변부 근처에 형성된 n-접촉부들(1350), 및 LED 어레이(1335)의 중앙 영역 내에 형성된 p-접촉부들(1340)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, p-접촉부들(1340)은 연장된 선형 단면을 가질 수 있고, n-접촉부들(1350)은 정사각형, 직사각형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. p-접촉부들(1340) 및/또는 n-접촉부들(1350)은 금, 구리, 또는 다른 금속으로 형성된 금속화된 접촉부들일 수 있다. p-접촉부들(1340) 및/또는 n-접촉부들(1350)은 저온 및 저압 본딩 처리를 가능하게 하는 상호접속 재료를 갖는 평면 접촉부들 또는 범프 접촉부들일 수 있다. 일부 예들에서, 범프 접촉부은 원통 또는 원뿔의 형상일 수 있다. 또한, 범프 접촉부은 공융 재료로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 범프 접촉부는 고체 상태 본딩 처리를 통해 다른 접촉부와 결합될 수 있는 단일 금속으로 만들어질 수 있다. 범프 접촉부는 고체 재료로 만들어질 수 있거나 나노다공성(nanoporous)일 수 있다. 범프된 접촉부는 본딩 툴 또는 오븐을 사용하는 것과 같은 전체적인 가열에 의해 또는 집중된 레이저 가열을 사용하는 것과 같은 국부적인 가열에 의해 열적으로 활성화될 수 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 드라이버 회로들이 형성될 웨이퍼와 반도체 재료층(1330)의 재료들 사이의 열팽창 차이의 영향을 줄이기 위해, LED 어레이(1335)는 복수의 서브-어레이들(1355) 중 인접한 것들 사이에 복수의 갭들(1360)을 형성함으로써 복수의 서브-어레이들(1355)로 분리될 수 있다. 갭들(1360)은 수직 형상 또는 V자 형상와 같은 다양한 형상들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 갭들(1360)은 반응성 이온 에칭(RIE), 이온 빔 밀링, 또는 증기 에칭과 같은 건식 에칭에 의해 형성될 수 있다. 각 갭(1360)의 폭은 각 갭(1360)의 깊이보다 좁을 수 있다. 예를 들어, 각 갭(1360)의 폭은 수백 나노미터일 수 있고, 각 갭의 깊이는 수 마이크론일 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 갭(1360)의 폭은 200nm 이하일 수 있고, 각각의 갭(1360)의 깊이는 5μm 내지 7μm일 수 있다. 갭들(1360)은 반도체 재료층(1330)을 통해서만 연장될 수 있거나, 또는 본딩 층(1325)이 서브-어레이들(1355)의 확장을 허용하지 않는 경우 갭들(1360)은 또한 본딩 층(1325)을 통해 연장될 수 있다. LED 어레이(1335)는 n×m개의 서브-어레이들(1355)로 분리될 수 있다. n×m 치수는 처리 온도, 반도체 재료층(1330)의 CTE와 LED 어레이(1335)가 본딩될 웨이퍼의 CTE 간의 차이, 및 LED 어레이(1335)의 크기의 함수로서 선택될 수 있다. 일반적으로, 처리 온도가 증가함에 따라 서브-어레이들(1355)의 수도 증가할 것이다. 유사하게, CTE 간의 차이가 증가함에 따라, 서브-어레이들(1335)의 수도 또한 증가할 것이다. 서브-어레이들의 수는 갭들의 피치에 비례할 수 있다.
도 13c에 도시된 바와 같이, LED 어레이(1335)는 반전되어 상호접속부들(1365)을 통해 웨이퍼(1345)에 본딩될 수 있다. 상호접속부들(1365)은 고밀도를 가질 수 있다. 명료함을 위해, 서브 어레이들(1335) 사이의 갭들(1360)은 도 13c에 도시되어 있지 않다. 캐리어 기판(1320)은 임의의 적절한 방법에 의해 제거될 수 있다. LED 어레이(1335)는 또한 본딩 층(1325)의 임의의 잔류 부분들을 제거하기 위해 세정될 수 있다.
도 13d에 도시된 바와 같이, LED 어레이(1335)가 웨이퍼(1345)에 본딩된 후에 언더필(underfill)(1370)이 서브-어레이들(1355) 사이의 갭들(1360)로 주입될 수 있다. 이 예에서, 언더필(1370)은, 고온 본딩 처리 이후, 따라서 최대 팽창이 발생한 후에 갭들(1360)에 주입된다. 다른 실시예들에서, 언더필(1370)은 도 13b에 도시된 바와 같이 갭들(1360)이 에칭된 후와 같이 LED 어레이(1335)가 웨이퍼(1345)에 본딩되기 전에 서브-어레이들(1355) 사이의 갭들(1360) 내로 주입될 수 있다. 일부 예들에서, 언더필(1370)은 접착 본딩 층으로서 작용하고 인접한 서브-어레이들(1355) 사이의 스트레스를 완화시키는 폴리머일 수 있다. 언더필(1370)은 상호접속부들(1365)의 고장을 방지하는 것을 도울 수 있다.
도 14a 내지 도 14g는 특정 실시예들에 따라 복수의 LED 어레이들을 웨이퍼에 본딩하는 방법의 예를 도시한다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 반도체 재료층(1430)은 캐리어 기판(1420) 상에 형성되는 본딩 층(1425) 상에 형성될 수 있다. 도 14a에 도시된 장치는 도 11a 내지 도 11d와 관련하여 위에서 논의된 방법과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 반도체 재료층(1430)은 본딩 층(1425)에 인접한 n측(1432) 및 n측(1432)에 대향하는 p측(1434)을 가질 수 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 어레이들(1435a 내지 1435e)이 반도체 재료층(1430) 내에 형성될 수 있다. 비록 5개의 LED 어레이들만이 도시되어 있지만, 임의의 적절한 수의 LED 어레이들이 형성될 수 있다. LED 어레이들(1435e)을 대표적인 예로 참조하면, LED 어레이(1435e)는 LED 어레이(1435e)의 주변부 근처에 형성된 n-접촉부들(1450), 및 LED 어레이(1435e)의 중앙 영역 내에 형성된 p-접촉부들(1440)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, p-접촉부들(1440)은 연장된 선형 단면을 가질 수 있고, n-접촉부들(1450)은 정사각형, 직사각형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. p-접촉부들(1440) 및/또는 n-접촉부들(1450)은 금, 구리, 또는 다른 금속으로 형성된 금속화된 접촉부들일 수 있다. p-접촉부들(1440) 및/또는 n-접촉부들(1450)은 저온 및 저압 본딩 처리를 가능하게 하는 상호접속 재료를 갖는 평면 접촉부들 또는 범프 접촉부들일 수 있다. 일부 예들에서, 범프 접촉부은 원통 또는 원뿔의 형상일 수 있다. 또한, 범프 접촉부은 공융 재료로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 범프 접촉부는 고체 상태 본딩 처리를 통해 다른 접촉부와 결합될 수 있는 단일 금속으로 만들어질 수 있다. 범프 접촉부는 고체 재료로 만들어질 수 있거나 나노다공성일 수 있다. 범프된 접촉부는 본딩 툴 또는 오븐을 사용하는 것과 같은 전체적인 가열에 의해 또는 집중된 레이저 가열을 사용하는 것과 같은 국부적인 가열에 의해 열적으로 활성화될 수 있다.
도 14c 및 도 14d에 도시된 바와 같이, 드라이버 회로들이 형성될 웨이퍼와 반도체 재료층(1430)의 재료들 사이의 열팽창 차이의 영향을 줄이기 위해, 각각의 LED 어레이(1435a 내지 1435e)는 복수의 서브-어레이들 중 인접한 것들 사이에 복수의 갭들을 형성함으로써 복수의 서브-어레이들로 분리될 수 있다. 도 14d는 대표적인 예로서 LED 어레이(1435e)를 도시하는 도 14c의 일부를 확대한 버전(zoomed-in version)이다. LED 어레이(1435e)는 서브-어레이들(1455a 및 1455b) 사이에 갭(1460)을 형성함으로써 서브-어레이들(1455a 및 1455b)로 분리될 수 있다. 갭(1360)은 수직 형상 또는 V자 형상과 같은 다양한 형상들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 갭(1460)은 반응성 이온 에칭(RIE), 이온 빔 밀링, 또는 증기 에칭과 같은 건식 에칭에 의해 형성될 수 있다. 갭(1460)의 폭은 갭(1460)의 깊이보다 좁을 수 있다. 예를 들어, 갭(1460)의 폭은 수백 나노미터일 수 있고, 각 갭의 깊이는 수 마이크론일 수 있다. 일부 예들에서, 갭(1460)의 폭은 200nm 이하일 수 있고, 갭(1460)의 깊이는 5μm 내지 7μm일 수 있다. 갭(1460)은 반도체 재료층(1430)을 통해서만 연장될 수 있거나, 또는 본딩 층(1425)이 서브-어레이들(1455a 및 1455b)의 확장을 허용하지 않는 경우 갭(1460)은 또한 본딩 층(1425)을 통해 연장될 수 있다. 언더필(1470)은 갭(1460) 내에 형성될 수 있다. 갭(1460)은 도 14c 및 도 14d에 도시된 바와 같이 수직 측면들을 가질 수 있다. 대안적으로, 갭(1460)은 경사진 측면들을 가질 수 있어서, 갭(1460)은 서브-어레이들(1455a 및 1455b)의 바닥에서보다 서브-어레이들(1455a 및 1455b)의 상부에서 더 넓다. 2개의 서브-어레이들(1455a 및 1455b)만이 도시되어 있지만, LED 어레이(1435e)는 n×m 서브-어레이들로 분리될 수 있다. n×m 치수는 처리 온도, 반도체 재료층(1430)의 CTE와 LED 어레이(1435e)가 본딩될 웨이퍼의 CTE 간의 차이, 및 LED 어레이(1435e)의 크기의 함수로서 선택될 수 있다. 일반적으로, 처리 온도가 증가함에 따라 서브-어레이들의 수도 증가할 것이다. 유사하게, CTE 간의 차이가 증가함에 따라, 서브-어레이들의 수도 또한 증가할 것이다. 서브-어레이들의 수는 갭들의 피치에 비례할 수 있다.
도 14e에 도시된 바와 같이, 패시베이션 층(1465)이 갭(1460)에 인접하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 층(1465)은 갭(1460)에 인접한 서브-어레이들(1455a 및 1455b)의 측벽들에 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 패시베이션 층(1465)은 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition)에 의해 적용될 수 있다. 패시베이션 층(1465)은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 패시베이션 층(1465)은 서브-어레이들의 에지들 부근에 위치하는 LED들의 낮은 효율을 보상할 수 있다. 더 낮은 효율은 갭(1460)의 에칭으로부터 양자 우물들의 붕괴(disruption)에 의해 야기될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, LED들이 동작될 때, 갭들이 형성된 서브-어레이들의 에지들 근처에 위치하는 LED들은 낮은 효율을 보상하기 위해 더 높은 전류로 구동될 수 있다. 언더필(1470)은 갭(1460) 내에 그리고 패시베이션 층(1465)에 인접하게 형성될 수 있다.
도 14f에 도시된 바와 같이, LED 어레이(1435e)는 상호접속부들(도시되지 않음)을 통해 웨이퍼(1445)에 본딩하도록 반전될 수 있다. 상호접속부들은 고밀도를 가질 수 있다. 패시베이션 층(1465)은 도 14f에 도시되어 있지 않다. 그러나, 패시베이션 층(1465)은 도 14e를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 포함될 수 있다.
도 14g에 도시된 바와 같이, LED 어레이(1435e)는 웨이퍼(1445)에 본딩될 수 있고, 캐리어 기판(1420)은 용매를 통한 박리(solvent release), 레이저 지원을 통한 박리(laser-assisted release) 또는 백 그라인딩(back grinding)과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 제거될 수 있다. 반도체 재료층(1430)은 또한 본딩 층(1425)의 임의의 잔류 부분들을 제거하기 위해 세정될 수 있다. 이러한 예에서, 언더필(1470)은 도 14c에 도시된 바와 같이 갭들(1460)이 에칭된 후와 같이 LED 어레이(1435e)가 웨이퍼(1445)에 본딩되기 전에 서브-어레이들(1455a 및 1455b) 사이의 갭(1460) 내로 주입될 수 있다. 다른 실시예들에서, 언더필(1470)은, 도 14g에 도시된 고온 본딩 처리 이후, 따라서 최대 팽창이 발생한 후에 갭들(1460)에 주입된다. 일부 예들에서, 언더필(1470)은 접착 본딩 층으로서 작용하고 인접한 서브-어레이들(1455a 및 1455b) 사이의 스트레스를 완화시키는 폴리머일 수 있다. 언더필(1470)은 상호접속부들의 고장을 방지하는 것을 도울 수 있다. 패시베이션 층(1465)은 도 14g에 도시되어 있지 않다. 그러나, 패시베이션 층(1465)은 도 14e를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 포함될 수 있다.
도 15a 및 15b는 특정 실시예들에 따른 LED 어레이 내의 갭 패턴들의 예들을 도시한다. 갭들이 전체 디스플레이에 걸쳐 긴 라인들을 따라 형성되면, 사용자는 긴 라인들을 검출할 수 있다. 따라서, LED 어레이 내에서 엇갈린 패턴으로 갭들을 형성하는 것이 유리할 수 있다. 한 예에서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 갭들은 육각형 패턴으로 형성될 수 있다. 다른 예에서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 갭은 벽돌 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 색상에 대한 LED 어레이들이 사용자에 의한 갭들의 인식을 최소화하기 위해 서로 겹치지 않는 갭들의 패턴들을 가질 수 있다.
도 16는 본 명세서에 개시된 예들의 일부를 구현하기 위한 예시적인 근안 디스플레이(예를 들어, HMD 디바이스)의 예시적인 전자 시스템(1600)의 단순화된 블록도이다. 전자 시스템(1600)은 HMD 디바이스 또는 전술한 다른 근안 디스플레이들의 전자 시스템으로서 사용될 수 있다. 이 예에서, 전자 시스템(1600)은 하나 이상의 프로세서(들)(1610) 및 메모리(1620)를 포함할 수 있다. 프로세서(들)(1610)는 다수의 구성 요소들에서 동작들을 수행하기 위한 명령들을 실행하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 휴대용 전자 디바이스 내에서 구현하기에 적합한 범용 프로세서 또는 마이크로프로세서일 수 있다. 프로세서(들)(1610)는 전자 시스템(1600) 내의 복수의 구성 요소들과 통신 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 통신 결합을 실현하기 위해, 프로세서(들)(1610)는 버스(1640)를 통해 다른 예시된 구성 요소들과 통신할 수 있다. 버스(1640)는 전자 시스템(1600) 내에서 데이터를 전송하도록 적응된 임의의 서브시스템일 수 있다. 버스(1640)는 데이터를 전송하기 위한 복수의 컴퓨터 버스들 및 추가 회로를 포함할 수 있다.
메모리(1620)는 프로세서(들)(1610)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리(1620)는 단기 및 장기 저장을 모두 제공할 수 있으며, 여러 유닛들로 분할될 수 있다. 메모리(1620)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 및/또는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)와 같은 휘발성 및/또는 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성일 수 있다. 또한, 메모리(1620)는 보안 디지털(SD) 카드와 같은 이동식 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 메모리(1620)는 컴퓨터 판독 가능한 명령들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 및 전자 시스템(1600)을 위한 다른 데이터의 저장을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리(1620)는 상이한 하드웨어 모듈들로 분산될 수 있다. 일련의 명령들 및/또는 코드가 메모리(1620)에 저장될 수 있다. 명령들은 전자 시스템(1600)에 의해 실행될 수 있는 실행 가능한 코드의 형태를 취할 수 있고, 및/또는 소스 및/또는 설치 가능한 코드의 형태를 취할 수 있으며, 이는 전자 시스템(1600)에 컴파일 및/또는 설치시(예를 들어, 일반적으로 사용 가능한 다양한 컴파일러들, 설치 프로그램들, 압축/압축 해제 유틸리티 등의 임의의 것을 사용), 실행 가능한 코드의 형태를 취할 수 있다.
일부 실시예들에서, 메모리(1620)는 임의의 수의 애플리케이션들을 포함할 수 있는 복수의 애플리케이션 모듈들(1622 내지 1624)을 저장할 수 있다. 애플리케이션들의 예들은 게임 애플리케이션들, 회의 애플리케이션들, 비디오 재생 애플리케이션들, 또는 다른 적절한 애플리케이션들을 포함할 수 있다. 상기 애플리케이션들은 깊이 감지 기능(depth sensing function) 또는 시선 추적 기능을 포함할 수 있다. 애플리케이션 모듈들(1622 내지 1624)은 프로세서(들)(1610)에 의해 실행될 특정 명령들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 애플리케이션들 또는 애플리케이션 모듈들(1622 내지 1624)의 일부들은 다른 하드웨어 모듈들(1680)에 의해 실행될 수 있다. 특정 실시예들에서, 메모리(1620)는 보안 정보에 대한 카피 또는 그에 대한 다른 무권한 액세스를 방지하기 위한 추가 보안 제어들을 포함할 수 있는 보안 메모리를 추가적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 메모리(1620)는 그 안에 로딩된 운영 시스템(1625)을 포함할 수 있다. 운영 시스템(1625)은 애플리케이션 모듈들(1622 내지 1624)에 의해 제공된 명령들의 실행을 개시하고 및/또는 다른 하드웨어 모듈들(1680)을 관리하도록 작동할 수 있고, 하나 이상의 무선 트랜시버들을 포함할 수 있는 무선 통신 서브시스템(1630)과의 인터페이스할 수 있다. 운영 시스템(1625)은 스레딩, 자원 관리, 데이터 저장 제어 및 기타 유사한 기능을 포함하는 전자 시스템(1600)의 구성 요소에 걸쳐 다른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
무선 통신 서브시스템(1630)은 예를 들어 적외선 통신 디바이스, 무선 통신 디바이스 및/또는 칩셋(예를 들어, 블루투스® 디바이스, IEEE 802.11 디바이스, Wi-Fi 디바이스, WiMax 디바이스, 셀룰러 통신 설비, 등), 및/또는 유사한 통신 인터페이스들을 포함할 수 있다. 전자 시스템(1600)은 무선 통신 서브시스템(1630)의 일부로서 또는 시스템의 임의의 부분에 결합된 별도의 구성 요소로서 무선 통신을 위한 하나 이상의 안테나들(1634)을 포함할 수 있다. 원하는 기능에 따라, 무선 통신 서브시스템(1630)은 베이스 트랜시버 스테이션들 및 다른 무선 디바이스들 및 액세스 포인트들과 통신하기 위한 별도의 트랜시버들을 포함할 수 있으며, 이는 무선 광역 네트워크(WWANs), 무선 로컬 영역 네트워크(WLANs), 또는 무선 개인 영역 네트워크(WPANs)와 같은 상이한 데이터 네트워크들 및/또는 네트워크 유형들과의 통신을 포함할 수 있다. WWAN은 예를 들어 WiMax(IEEE 802.16) 네트워크일 수 있다. WLAN은 예를 들어 IEEE 802.11x 네트워크일 수 있다. WPAN은 예를 들어 블루투스 네트워크, IEEE 802.15x, 또는 일부 다른 유형의 네트워크일 수 있다. 본 명세서에 기술된 기술들은 또한 WWAN, WLAN, 및/또는 WPAN의 임의의 조합에 사용될 수 있다. 무선 통신 서브시스템(1630)은 데이터가 네트워크, 다른 컴퓨터 시스템들, 및/또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 디바이스들과 교환되도록 허용할 수 있다. 무선 통신 서브시스템(1630)은 안테나(들)(1634) 및 무선 링크(들)(1632)를 사용하여 HMD 디바이스들의 식별자들, 포지션 데이터, 지리적 맵, 히트 맵(heat map), 사진들, 또는 비디오들과 같은 데이터를 전송 또는 수신하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 무선 통신 서브시스템(1630), 프로세서(들)(1610), 및 메모리(1620)는 함께 본 명세서 개시된 일부 기능들을 수행하기 위한 하나 이상의 수단들 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
전자 시스템(1600)의 실시예들은 또한 하나 이상의 센서들(1690)을 포함할 수 있다. 센서(들)(1690)는 예를 들어, 이미지 센서, 가속도계, 압력 센서, 온도 센서, 근접 센서, 자력계, 자이로스코프, 관성 센서(예를 들어, 가속도계와 자이로스코프를 결합한 모듈), 주변 광 센서, 또는 깊이 센서 또는 포지션 센서와 같이 센서 출력을 제공하고 및/또는 센서 입력을 수신하도록 작동 가능한 임의의 다른 유사한 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 센서(들)(1690)는 하나 이상의 관성 측정 유닛들(IMUs) 및/또는 하나 이상의 포지션 센서들을 포함할 수 있다. IMU는 하나 이상의 포지션 센서들로부터 수신된 측정 신호들에 기초하여 HMD 디바이스의 초기 포지션에 대한 HMD 디바이스의 추정된 포지션을 나타내는 교정 데이터를 생성할 수 있다. 포지션 센서는 HMD 디바이스의 움직임에 응답하여 하나 이상의 측정 신호들을 생성할 수 있다. 포지션 센서들의 예들은, 하나 이상의 가속도계들, 하나 이상의 자이로스코프들, 하나 이상의 자력계들, 움직임을 검출하는 다른 적절한 유형의 센서, IMU의 오류 정정에 사용되는 유형의 센서, 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 포지션 센서들은 IMU 외부, IMU 내부, 또는 이들의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 적어도 일부 센서들은 감지를 위해 구조화된 광 패턴을 사용할 수 있다.
전자 시스템(1600)은 디스플레이 모듈(1660)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(1660)은 근안 디스플레이일 수 있으며, 전자 시스템(1600)으로부터 사용자에게 이미지들, 비디오들, 및 다양한 명령들과 같은 정보를 그래픽으로 제공할 수 있다. 이러한 정보는 하나 이상의 애플리케이션 모듈들(1622 내지 1624), 가상 현실 엔진(1626), 하나 이상의 다른 하드웨어 모듈들(1680), 이들의 조합, 또는 (예를 들어, 운영 시스템(1625)에 의해) 사용자를 위한 그래픽 콘텐트를 해결하기(resolving) 위한 임의의 다른 적절한 수단으로부터 유도될 수 있다. 디스플레이 모듈(1660)은 LCD 기술, LED 기술(예를 들어, OLED, ILED, μ-LED, AMOLED, TOLED 등을 포함), 발광 폴리머 디스플레이(LPD) 기술, 또는 일부 다른 디스플레이 기술을 사용할 수 있다.
전자 시스템(1600)은 사용자 입력/출력 모듈(1670)을 포함할 수 있다. 사용자 입력/출력 모듈(1670)은 사용자가 전자 시스템(1600)에 작업 요청들을 전송하도록 허용할 수 있다. 작업 요청은 특정 작업을 수행하기 위한 요청일 수 있다. 예를 들어, 작업 요청은 애플리케이션을 시작 또는 종료하는 것일 수 있거나 애플리케이션 내에서 특정 작업을 수행하는 것일 수 있다. 사용자 입력/출력 모듈(1670)은 하나 이상의 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 예시적인 입력 디바이스들은 터치 스크린, 터치 패드, 마이크로폰(들), 버튼(들), 다이얼(들), 스위치(들), 키보드, 마우스, 게임 컨트롤러, 또는 작업 요청들을 수신하고 수신된 작업 요청들을 전자 시스템(1600)에 전달하기 위한 임의의 적절한 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자 입력/출력 모듈(1670)은 전자 시스템(1600)으로부터 수신된 명령들에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 피드백은 작업 요청이 수신되거나 수행되었을 때 제공될 수 있다.
전자 시스템(1600)은, 예를 들어 사용자의 눈의 포지션을 추적하기 위해 사용자의 사진들 또는 비디오들을 촬영하는 데 사용될 수 있는 카메라(1650)를 포함할 수 있다. 카메라(1650)는 또한, 예를 들어 VR, AR, 또는 MR 애플리케이션들을 위한 환경의 사진들 또는 비디오들을 촬영하는 데 사용될 수 있다. 카메라(1650)는 예를 들어 수백만 또는 수천만 픽셀들을 갖는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 카메라(1650)는 3D 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있는 둘 이상의 카메라들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 시스템(1600)은 복수의 다른 하드웨어 모듈들(1680)을 포함할 수 있다. 다른 하드웨어 모듈들(1680) 각각은 전자 시스템(1600) 내의 물리적 모듈일 수 있다. 다른 하드웨어 모듈들(1680) 각각은 구조(structure)로서 영구적으로 구성될 수 있지만, 다른 하드웨어 모듈들(1680) 중 일부는 특정 기능들을 수행하도록 일시적으로 구성되거나 일시적으로 활성화될 수 있다. 다른 하드웨어 모듈들(1680)의 예들은, 예를 들어 오디오 출력 및/또는 입력 모듈(예를 들어, 마이크로폰 또는 스피커), NFC(Near Field Communication) 모듈, 충전식 배터리, 배터리 관리 시스템, 유선/무선 배터리 충전 시스템 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다른 하드웨어 모듈들(1680)의 하나 이상의 기능들은 소프트웨어로 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 시스템(1600)의 메모리(1620)는 또한 가상 현실 엔진(1626)을 저장할 수 있다. 가상 현실 엔진(1626)은 전자 시스템(1600) 내에서 애플리케이션들을 실행할 수 있고 다양한 센서들로부터 HMD 디바이스 포지션 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 포지션들, 또는 이들의 임의의 조합을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가상 현실 엔진(1626)에 의해 수신된 정보는 디스플레이 모듈(1660)에 대한 신호(예를 들어, 디스플레이 명령들)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 수신된 정보가 사용자가 왼쪽을 보고 있다는 것을 나타낸다면, 가상 현실 엔진(1626)은 가상 환경에서 사용자의 움직임을 미러링하는 HMD 디바이스에 대한 콘텐트를 생성할 수 있다. 추가적으로, 가상 현실 엔진(1626)은 사용자 입력/출력 모듈(1670)로부터 수신된 작업 요청에 응답하여 애플리케이션 내에서 작업을 수행하고 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 제공된 피드백은 시각적, 청각적, 또는 햅틱 피드백일 수 있다. 일부 구현들에서, 프로세서(들)(1610)는 가상 현실 엔진(1626)을 실행할 수 있는 하나 이상의 GPU들을 포함할 수 있다.
다양한 구현들에서, 전술한 하드웨어 및 모듈들은 단일 디바이스 상에서 또는 유선 또는 무선 연결들을 사용하여 서로 통신할 수 있는 다중 디바이스들 상에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, GPU, 가상 현실 엔진(1626), 및 애플리케이션(예를 들어, 추적 애플리케이션)과 같은 일부 구성 요소들 또는 모듈들은 헤드 마운티드 디스플레이 디바이스로부터 분리된 콘솔 상에서 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 하나의 콘솔이 하나보다 많은 HMD들에 연결되거나 이를 지원할 수 있다.
대안적인 구성들에서, 상이한 및/또는 추가의 구성 요소들이 전자 시스템(1600)에 포함될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 구성 요소들의 기능은 위에서 기술된 방식과 상이한 방식으로 구성 요소들 사이에 분산될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전자 시스템(1600)은 AR 시스템 환경 및/또는 MR 환경과 같은 다른 시스템 환경들을 포함하도록 수정될 수 있다.
위에서 논의한 방법들, 시스템들, 및 디바이스들은 예들이다. 다양한 실시예들은 다양한 절차들 또는 구성 요소들을 적절하게 생략, 대체, 또는 추가할 수 있다. 실례로, 대안적인 구성들에서, 기술된 방법들은 기술된 것과는 다른 순서로 수행될 수 있고 및/또는 다양한 단계들이 추가, 생략, 및/또는 결합될 수 있다. 또한, 특정 실시예들와 관련하여 기술된 피처들은 다양한 다른 실시예들에 결합될 수 있다. 실시예들의 상이한 측면들 및 요소들이 유사한 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 기술이 진화함에 따라, 상기 요소들 중 대다수는 본 개시의 범위를 이러한 특정 예들로 제한하지 않는 예들이다.
실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정의 세부 사항들이 설명에 주어졌다. 그러나, 실시예들은 이들의 특정 세부 사항들 없이 실행될 수 있다. 예를 들어, 잘 알려진 회로들, 프로세스들, 시스템들, 구조들, 및 기술들이 실시예들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 불필요한 세부 사항들 없이 보여졌다. 이러한 설명은 단지 예시적인 실시예들을 제공하며, 본 발명의 범위, 적용성, 또는 구성을 제한하려 의도된 것이 아니다. 오히려, 본 실시예들의 이전 설명들은 다양한 실시예들을 구현하기 위한 가능한 설명들을 당업자에게 제공할 것이다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경들이 이루어질 수 있다.
또한, 일부 실시예들은 흐름도 또는 블록 다이어그램으로 묘사된 프로세스들로 설명되었다. 각각이 동작들을 순차적인 프로세스로 설명할 수 있지만, 동작들의 다수는 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서가 재정렬될 수 있다. 프로세스에는 도면에 포함되지 않은 추가 단계들이 있을 수 있다. 또한, 방법들의 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로 코드, 하드웨어 기술 언어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로 코드로 구현될 때, 관련된 작업들을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들이 저장 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 프로세서들은 상기 관련 작업들을 수행할 수 있다.
특정 요건들에 따라 실질적인 변화들이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 맞춤형 또는 특수 목적 하드웨어가 사용될 수도 있고, 및/또는 특정 요소들이 하드웨어, 소프트웨어(애플릿(applets) 등과 같은 휴대용 소프트웨어 포함) 또는 둘 모두에서 구현될 수 있다. 또한, 네트워크 입력/출력 디바이스들과 같은 다른 컴퓨팅 디바이스들에 대한 연결이 채용될 수 있다.
첨부된 도면들을 참조하면, 메모리를 포함할 수 있는 구성 요소들은 비일시적 기계 판독 가능한 매체를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "기계 판독 가능한 매체” 및 "컴퓨터 판독 가능한 매체"는 기계가 특정 방식으로 작동되게 하는 데이터를 제공하는 데 관여하는 임의의 저장 매체를 지칭한다. 위에 제공된 실시예들에서, 다양한 기계 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세싱 유닛 및/또는 다른 디바이스(들)에 명령/코드를 제공하는 데 관련될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기계 판독 가능한 매체는 그러한 명령/코드를 저장 및/또는 운반하는 데 사용될 수 있다. 많은 구현들에서, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 물리적 및/또는 유형의(tangible) 저장 매체이다. 그러한 매체는 이에 제한되지는 않지만 비 휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체를 포함하는 많은 형태들을 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체의 일반적인 형태들은 예를 들어, 컴팩트 디스크(CD) 또는 디지털 다용도 디스크(DVD)와 같은 자기 및/또는 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 구멍 패턴이 있는 임의의 물리적 매체, RAM, 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(PROM), 삭제 가능 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 플래시-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 이후에 설명되는 반송파, 또는 컴퓨터가 명령 및/또는 코드를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 절차(procedure), 기능, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 애플리케이션(App), 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령들, 데이터 구조들 또는 프로그램 명령문들의 임의의 조합를 나타낼 수 있는, 코드 및/또는 기계 실행 가능한 명령들을 포함할 수 있다.
당업자는 본 명세서에 설명된 메시지들을 전달하는 데 사용되는 정보 및 신호들이 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명 전체에서 걸쳐 참조될 수 있는 데이터, 명령, 명령어, 정보, 신호, 비트, 기호, 및 칩은 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 자기입자, 광학 장 또는 광학 입자, 또는 임의의 이들의 조합에 의해 표현될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들인 "및” 과 "또는"은 또한 그러한 용어들이 사용되는 문맥에 적어도 부분적으로 의존할 것으로 예상되는 다양한 의미들을 포함할 수 있다. 일반적으로, A, B, 또는 C와 같이 목록을 연관시키는 데 사용되는 경우, "또는” 은 여기서 배타적인 의미로 사용되는 A, B, 또는 C 뿐만 아니라, 여기서 포괄적인 의미로 사용되는 A, B, 및 C를 의미하도록 의도된다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 임의의 피처, 구조, 또는 특징을 단수로 설명하는 데 사용될 수 있거나 피처들, 구조들, 또는 특징들의 일부 조합을 기술하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 것은 단지 예시적인 예이며, 청구된 청구 대상은 이러한 예에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 또한, A, B, 또는 C와 같이 목록을 연관시키는 데 사용되는 경우, 용어 "적어도 하나” 는 A, AB, AC, BC, AA, ABC, AAB, AABBCCC 등과 같이 A, B, 및/또는 C의 임의의 조합을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
또한, 특정 실시예들이 하드웨어와 소프트웨어의 특정 조합을 사용하여 기술되었지만, 하드웨어와 소프트웨어의 다른 조합들도 역시 가능하다는 것을 인식해야 한다. 특정 실시예들은 하드웨어로만, 또는 소프트웨어로만, 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 하나의 예에서, 소프트웨어는 본 개시에서 설명된 단계들, 동작들, 또는 프로세스들의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 코드 또는 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있으며, 여기서 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 여기에 설명된 다양한 프로세스들은 임의의 조합으로 동일한 프로세서 또는 상이한 프로세서들 상에서 구현될 수 있다.
디바이스들, 시스템들, 구성 요소들 또는 모듈들이 특정 동작들 또는 기능들을 수행하도록 구성된 것으로 설명되는 경우, 그러한 구성은 예를 들어, 그 동작을 수행할 전자 회로들을 설계함으로써, 컴퓨터 명령들 또는 코드, 또는 비일시적 메모리 매체에 저장된 코드 또는 명령들을 실행하도록 프로그래밍된 프로세서들 또는 코어들을 실행하는 것과 같이 동작을 수행하도록 프로그래밍 가능한 전자 회로들(예를 들어, 마이크로 프로세서들)을 프로그래밍함으로써, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 달성될 수 있다. 프로세스들은 이에 제한되는 것은 아니지만 프로세스 간 통신을 위한 통상적인 기술을 포함하는 다양한 기술들을 사용하여 통신할 수 있고, 상이한 프로세스들의 쌍들이 상이한 기술들을 사용할 수 있거나, 또는 동일한 프로세스들의 쌍들이 상이한 시간들에 상이한 기술들을 사용할 수 있다.
따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 그러나, 청구 범위에 기재된 더 넓은 정신과 범위를 벗어나지 않고서, 추가, 삭감, 삭제, 및 다른 수정 및 변경들이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예들가 설명되었지만, 이들은 제한하려는 의도가 아니다. 다양한 수정들 및 등가물들이 다음의 청구 범위의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 방법에 있어서:
    제1 기판 상에 복수의 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하는 어레이를 형성하는 단계;
    상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계로서, 상기 복수의 서브-어레이들 사이에 복수의 갭들을 형성함으로써 상기 어레이를 복수의 서브-어레이들로 분리하는 단계;
    제2 기판 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 상기 복수의 서브 어레이들을 본딩하는 단계;
    상기 복수의 갭들 내에 언더필(underfill)을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 서브-어레이들로부터 상기 제1 기판을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 언더필은 상기 복수의 서브-어레이들이 상기 복수의 드라이버 회로들에 본딩되기 전에 형성되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 언더필은 상기 복수의 서브-어레이들이 상기 복수의 드라이버 회로들에 본딩된 후에 형성되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 갭들은 건식 에칭에 의해 형성되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 갭들은 상기 어레이에서 엇갈린 패턴(staggered pattern)을 형성하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 갭들은 상기 복수의 LED들을 형성하는 반도체 재료를 통해 연장되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 갭들은 상기 제1 기판이 제거되기 전에 상기 복수의 LED들과 상기 제1 기판 사이에 배열된 필름을 통해 연장되거나; 또는
    상기 제1 기판이 제거되기 전에 상기 제1 기판의 일부를 통해 연장되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 LED들은 제1 열팽창 계수를 갖는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 기판은 제2 열팽창 계수를 갖는 제2 재료를 포함하며, 상기 제1 열팽창 계수는 상기 제2 열팽창 계수와 상이한, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 기판은 상기 제2 열팽창 계수와 매칭되는 제3 열팽창 계수를 갖는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 갭들에 인접한 패시베이션 층을 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브-어레이들은 복수의 상호접속부들을 통해 상기 복수의 드라이버 회로들에 본딩되는, 방법.
  12. 디바이스에 있어서:
    기판 상에 형성된 복수의 드라이버 회로들에 본딩되는 복수의 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하는 어레이를 포함하며,
    상기 어레이는 복수의 갭들에 의해 복수의 서브-어레이들로 분리되고,
    언더필이 상기 복수의 갭들 내에 형성되는, 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 갭들은 상기 어레이에서 엇갈린 패턴을 형성하는, 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 LED들은 제1 열팽창 계수를 갖는 제1 재료를 포함하고, 상기 기판은 제2 열팽창 계수를 갖는 제2 재료를 포함하며, 상기 제1 열팽창 계수는 상기 제2 열팽창 계수와 상이한, 디바이스.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 갭들에 인접한 패시베이션 층; 및/또는
    상기 복수의 LED들을 상기 복수의 드라이버 회로들 내의 복수의 드라이버들에 접속하는 복수의 상호접속부들을 더 포함하는, 디바이스.
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