KR20220105649A - 마이크로-led를 위한 광 추출 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에 개시된 기술은 마이크로-LED 어레이를 위한 광 추출 구조에 관한 것이다. 특정 실시예에 따르면, 디바이스는 제1 피치를 특징으로 하는 마이크로-LED의 어레이, 및 마이크로-LED의 어레이 상에 있으며 제1 피치와 다른 제2 피치를 특징으로 하는 마이크로-렌즈의 어레이를 포함한다. 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED에 대응한다. 일부 실시예에서, 제1 피치는 대응하는 마이크로-렌즈를 통과한 후 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선이 디바이스의 중간선을 향해 각각의 방향으로 기울어지도록 제2 피치보다 크다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 모든 목적을 위해 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는, "LIGHT EXTRACTION FOR MICRO-LEDS"라는 명칭으로 2019년 11월 22일자 출원된 미국 특허 가출원 제62/939,302호에 대해 우선권을 주장하는 2020년 11월 20일자 출원된 미국 특허 가출원 제xx/xxx,xxx호(docket No. FACTP101US/P100121US01)에 대해 우선권을 주장한다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하고, 감소된 크기, 개선된 내구성 및 증가된 효율성과 같은 다른 광원에 비해 많은 이점을 제공한다. LED는 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 프로젝션 시스템 및 웨어러블 전자 디바이스와 같은 많은 디스플레이 시스템에서 광원으로서 사용될 수 있다. AlN, GaN, InN 등의 합금과 같은 Ⅲ족-질화물 반도체를 기반으로 하는 마이크로-LED("μLED")는 작은 크기(예를 들어, 선형 치수 100 ㎛ 미만, 50 ㎛ 미만, 10 ㎛ 미만, 또는 5 ㎛ 미만), 높은 패킹 밀도(따라서 더 높은 해상도), 및 고휘도로 인하여 다양한 디스플레이 용도로 개발되기 시작하였다. 예를 들어, 상이한 색상(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)의 광을 방출하는 마이크로-LED는 텔레비전 또는 근안 디스플레이 시스템(near-eye display system)과 같은 디스플레이 시스템의 서브-픽셀을 형성하도록 사용될 수 있다.
본 개시내용은 일반적으로 마이크로 발광 다이오드(마이크로-LED)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈 어레이에 관한 것이다. 특정 실시예에 따르면, 디바이스는 제1 피치를 특징으로 하는 마이크로-LED의 어레이, 및 마이크로-LED의 어레이 상에 있고 제1 피치와 다른 제2 피치를 특징으로 하는 마이크로-렌즈의 어레이를 포함할 수 있다. 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 마이크로-렌즈를 통과한 후 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 대응하는 마이크로-LED로부터의 광의 주광선이 각각 상이한 방향으로 전파될 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 피치는, 대응하는 마이크로-렌즈를 통과한 후 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선이 디바이스의 중간선을 향한 각각의 방향으로 기울어질 수 있도록 제2 피치보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 피치는 제2 피치보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 피치는 약 10 ㎛ 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈의 선형 치수는 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED의 선형 치수보다 클 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로-LED의 어레이는 마이크로-LED의 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 마이크로-렌즈의 어레이는 마이크로-렌즈의 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 제1 피치 및 제2 피치는 피치는 제1 차원으로 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로-LED의 어레이는 제2 차원으로 있는 제3 피치를 특징으로 할 수 있고, 마이크로-렌즈의 어레이는 제2 차원으로 있는 제4 피치를 특징으로 할 수 있고, 제3 피치는 제4 피치와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 피치는 제3 피치와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 피치는 제4 피치와 상이할 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로-렌즈의 어레이는 유전체 재료 또는 유기 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈의 어레이는 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈의 어레이는 구면 마이크로-렌즈 또는 비구면 마이크로-렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 마이크로-LED의 어레이에서의 대응하는 마이크로-LED로부터의 광을 시준하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 피치 또는 제2 피치 중 적어도 하나는 디바이스에 걸쳐 변할 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 방법은 마이크로-LED 어레이의 유전체 층 상에 중합체 층을 증착하는 단계, 중합체 패턴을 형성하기 위해 중합체 층을 패턴화하는 단계, 및 중합체 층에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 중합체 패턴을 리플로우하는 단계를 포함할 수 있다. 마이크로-LED 어레이는 인접한 마이크로-LED들의 중심 사이의 제1 피치를 특징으로 할 수 있고, 중합체 층에서의 중합체 패턴은 제1 피치와 상이한 제2 피치를 특징으로 할 수 있고, 마이크로-렌즈 어레이는 제2 피치와 동일한 제3 피치를 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 유전체 층에 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 마이크로-LED 어레이의 중합체 층 및 유전체 층에서 마이크로-렌즈 어레이를 에칭하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 중합체 층은 유전체 층의 에칭 속도와 유사한 에칭 속도를 특징으로 할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법은 또한 유전체 층에 있는 마이크로-렌즈 어레이 상에 반사 방지층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 중합체 층을 증착하기 전에 유전체 층을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체 층은 포토레지스트 층을 포함할 수 있고, 중합체 층을 패턴화하는 단계는 그레이 스케일 마스크 또는 이원 마스크를 통해 노출 광에 포토레지스트 층을 노출시키는 단계, 및 포토레지스트 층의 노출된 부분을 제거하도록 포토레지스트 현상액을 사용하여 포토레지스트 층을 현상하는 단계를 포함할 수 있다. 그레이 스케일 마스크의 광 투과율 프로파일은 중합체 층에서의 마이크로-렌즈 어레이의 높이 프로파일과 상보적일 수 있다. 이원 마스크는 중합체 층의 중합체 패턴에 대응하는 광 투과율 패턴을 특징으로 할 수 있다.
이러한 요약은 청구된 요지의 핵심 또는 필수 특징을 식별하도록 의도되지 않았으며, 청구된 요지의 범위를 결정하기 위해 단독으로 사용되도록 의도되지 않았다. 요지는 본 개시내용의 전체 명세서의 적절한 부분, 임의의 또는 모든 도면, 및 각각의 청구범위를 참조하여 이해되어야 한다. 전술한 내용은 다른 특징 및 예와 함께 다음의 명세서, 청구범위 및 첨부 도면에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
예시적인 실시예는 다음 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 특정 실시예에 따른 근안 디스플레이를 포함하는 인공 현실 시스템 환경의 예의 단순화된 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 머리 착용 디스플레이(HMD) 디바이스의 형태를 하는 근안 디스플레이의 예의 사시도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예 중 일부를 구현하기 위한 안경의 형태를 하는 근안 디스플레이의 예의 사시도이다.
도 4는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 광학 투시 증강 현실 시스템의 예를 도시한다.
도 5a는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다. 도 5b는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다.
도 6은 특정 실시예에 따른 증강 현실 시스템의 이미지 소스 조립체의 예를 도시한다.
도 7a는 특정 실시예에 따른 수직 메사 구조(vertical mesa structure)를 가지는 발광 다이오드(LED)의 예를 도시한다. 도 7b는 특정 실시예에 따른 포물선 메사 구조를 가지는 LED의 예의 단면도이다.
도 8은 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 9는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출 및 수렴하기 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 10은 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출 및 발산하기 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 11은 특정 실시예에 따른 2차원 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 2차원 어레이의 예를 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다.
도 14는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 15a는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 다이-대-웨이퍼 본딩의 방법의 예를 도시한다. 도 15b는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩의 방법의 예를 도시한다.
도 16a 내지 도 16d는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이에 대한 하이브리드 본딩의 방법의 예를 도시한다.
도 17은 특정 실시예에 따른 그 위에 제조된 2차 광학 구성요소를 가지는 LED 어레이의 예를 도시한다.
도 18은 특정 실시예에 따른 근안 디스플레이의 예의 전자 시스템의 단순화된 블록도이다.
도면은 단지 예시의 목적을 위해 본 개시내용의 실시예를 도시한다. 당업자는 다음의 설명으로부터, 예시된 구조 및 방법의 대안적인 실시예가 본 개시내용의 원리 또는 장점을 벗어남이 없이 이용될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
첨부된 도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징은 동일한 도면 부호를 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소는 도면 부호 다음에 대시 및 유사한 구성요소를 구별하는 제2 도면 부호를 사용하여 구분할 수 있다. 제1 도면 부호만이 명세서에서 사용되는 경우, 상세한 설명은 제2 도면 부호와 관계없이 동일한 제1 도면 부호를 가지는 유사한 구성요소 중 하나에 적용된다.
도 1은 특정 실시예에 따른 근안 디스플레이를 포함하는 인공 현실 시스템 환경의 예의 단순화된 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 머리 착용 디스플레이(HMD) 디바이스의 형태를 하는 근안 디스플레이의 예의 사시도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예 중 일부를 구현하기 위한 안경의 형태를 하는 근안 디스플레이의 예의 사시도이다.
도 4는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 광학 투시 증강 현실 시스템의 예를 도시한다.
도 5a는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다. 도 5b는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이를 포함하는 근안 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다.
도 6은 특정 실시예에 따른 증강 현실 시스템의 이미지 소스 조립체의 예를 도시한다.
도 7a는 특정 실시예에 따른 수직 메사 구조(vertical mesa structure)를 가지는 발광 다이오드(LED)의 예를 도시한다. 도 7b는 특정 실시예에 따른 포물선 메사 구조를 가지는 LED의 예의 단면도이다.
도 8은 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 9는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출 및 수렴하기 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 10은 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이, 및 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출 및 발산하기 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하는 디바이스의 예를 도시한다.
도 11은 특정 실시예에 따른 2차원 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 2차원 어레이의 예를 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다.
도 14는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시하는 흐름도이다.
도 15a는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 다이-대-웨이퍼 본딩의 방법의 예를 도시한다. 도 15b는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩의 방법의 예를 도시한다.
도 16a 내지 도 16d는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이에 대한 하이브리드 본딩의 방법의 예를 도시한다.
도 17은 특정 실시예에 따른 그 위에 제조된 2차 광학 구성요소를 가지는 LED 어레이의 예를 도시한다.
도 18은 특정 실시예에 따른 근안 디스플레이의 예의 전자 시스템의 단순화된 블록도이다.
도면은 단지 예시의 목적을 위해 본 개시내용의 실시예를 도시한다. 당업자는 다음의 설명으로부터, 예시된 구조 및 방법의 대안적인 실시예가 본 개시내용의 원리 또는 장점을 벗어남이 없이 이용될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
첨부된 도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징은 동일한 도면 부호를 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소는 도면 부호 다음에 대시 및 유사한 구성요소를 구별하는 제2 도면 부호를 사용하여 구분할 수 있다. 제1 도면 부호만이 명세서에서 사용되는 경우, 상세한 설명은 제2 도면 부호와 관계없이 동일한 제1 도면 부호를 가지는 유사한 구성요소 중 하나에 적용된다.
본 개시내용은 일반적으로 발광 다이오드(LED)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 그리고 제한 없이, 마이크로-렌즈 어레이를 사용하여 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출하기 위한 기술이 본 명세서에서 개시된다. 마이크로-렌즈 어레이는 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출하고, 도파관 기반 디스플레이 시스템에 있는 도파관에 광을 결합하는 것과 같이 디스플레이 시스템에서 원하는 방향으로 광을 지향시키도록 사용될 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 마이크로-렌즈 어레이는 마이크로-렌즈의 중심과 대응하는 마이크로-LED의 중심 사이의 오프셋이 적어도 1차원으로 있는 마이크로-렌즈 어레이에 걸쳐서 달라질 수 있도록 적어도 1차원으로 있는 마이크로-LED 어레이의 피치와 상이한 피치를 특징으로 할 수 있다. 이와 같이 각각의 마이크로-LED로부터의 광은 각각의 마이크로-렌즈에 의해 시준(또는 집속 또는 확장)될 수 있으며, 각각의 마이크로-LED로부터 추출된 광의 주광선의 전파 방향은 상이한 오프셋들로 인하여 어레이에 걸쳐서 상이할 수 있다. 따라서, 마이크로-LED 어레이로부터의 광은 보다 효율적으로 추출되고, 시준(또는 집속 또는 확장)될 수 있고, 투사 시스템에서 원하는 방향으로 지향될 수 있다. 마이크로-렌즈들 사이의 피치는 균일하거나 불균일할 수 있다.
마이크로-렌즈 어레이는 포토레지스트에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 패턴화된 중합체(예를 들어, 포토레지스트)를 리플로우하거나 또는 노출 선량에 대한 선형 응답을 가지는 그레이 스케일 포토마스크 및 포토레지스트를 사용하는 것, 및/또는 마이크로-렌즈 어레이의 패턴 및 형상을 유전체 재료 층(예를 들어, 기판 또는 산화물 층)에 전사하기 위해 중합체 또는 포토레지스트를 건식 에칭하는 것과 같은 다양한 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 디바이스, 시스템, 방법, 재료, 공정 등을 포함하는 다양한 본 발명의 실시예가 본 명세서에서 설명된다.
본 명세서에서 설명된 마이크로-LED 및 마이크로-렌즈들은 인공 현실 시스템과 같은 다양한 기술과 함께 사용될 수 있다. 머리 착용 디스플레이(HMD) 또는 헤드 업 디스플레이(HUD) 시스템과 같은 인공 현실 시스템은 일반적으로 가상 환경에 있는 객체를 묘사하는 인공 이미지를 나타내도록 구성된 디스플레이를 포함한다. 디스플레이는 가상 현실(VR), 증강 현실(AR) 또는 혼합 현실(MR) 애플리케이션에서와 같이 가상 객체를 나타내거나 실제 객체의 이미지를 가상 객체와 조합할 수 있다. 예를 들어, AR 시스템에서, 사용자는 투명 디스플레이 안경 또는 렌즈(종종 광학 시스루) 또는 카메라에 의해 캡처된 주변 환경의 디스플레이된 이미지 보기(종종 비디오 시스루로서 지칭됨)에 의해 가상 객체(예를 들어, 컴퓨터 생성 이미지(CGI))의 디스플레이된 이미지 및 주변 환경 모두를 볼 수 있다. 일부 AR 시스템에서, 인공 이미지는 LED 기반 디스플레이 서브 시스템을 사용하여 사용자에게 표시될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "발광 다이오드(LED)"라는 용어는 적어도 n-형 반도체 층, p-형 반도체 층, 및 n-형 반도체 층과 p-형 반도체 층 사이의 발광 영역(즉, 활성 영역)을 포함하는 광원을 지칭한다. 발광 영역은 양자 우물과 같은 하나 이상의 헤테로 구조를 형성하는 하나 이상의 반도체 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 발광 영역은 각각 다수의(예를 들어, 약 2 내지 8) 양자 우물을 포함하는 하나 이상의 다수의 양자 우물(MQW)을 형성하는 다수의 반도체 층을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "마이크로-LED" 또는 "μLED"는 칩의 선형 치수가 약 200 ㎛ 미만, 예를 들어 100 ㎛ 미만, 50 ㎛ 미만, 20 ㎛ 미만, 10 ㎛ 미만 또는 그 이하인 칩을 가지는 LED를 지칭한다. 예를 들어, 마이크로-LED의 선형 치수는 6 ㎛, 5 ㎛, 4 ㎛, 2 ㎛, 또는 그 이하 만큼 작을 수 있다. 일부 마이크로-LED는 소수 캐리어 확산 길이와 비교 가능한 선형 치수(예를 들어, 길이 또는 직경)를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 마이크로-LED에 한정되지 않고, 미니 LED 및 대형 LED에도 적용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "본딩"은 접착제 본딩, 금속-대-금속 본딩, 금속 산화물 본딩, 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩, 다이-대-웨이퍼 본딩, 하이브리드 본딩 등과 같은, 2개 이상의 디바이스 및/또는 웨이퍼를 물리적 및/또는 전기적으로 연결하기 위한 다양한 방법을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 접착제 본딩은 접착을 통해 2개 이상의 디바이스 및/또는 웨이퍼를 물리적으로 본딩하기 위해 경화성 접착제(예를 들어, 에폭시)를 사용할 수 있다. 금속-대-금속 본딩은 예를 들어 납땜 인터페이스(예를 들어, 패드 또는 볼), 전도성 접착제, 또는 금속 사이의 용접 조인트를 사용한 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩을 포함할 수 있다. 금속 산화물 본딩은 각각의 표면에 금속 및 산화물 패턴을 형성하고, 산화물 섹션을 함께 본딩하고, 그런 다음, 금속 섹션들을 함께 본딩하여 전도성 경로를 생성할 수 있다. 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩은 어떠한 중간층도 없이 2개의 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 기타 반도체 웨이퍼)를 본딩할 수 있으며, 2개의 웨이퍼의 표면 사이의 화학 결합을 기반으로 한다. 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩은 웨이퍼 세정 및 기타 전처리, 실온에서의 정렬 및 사전 본딩, 및 약 250℃ 이상과 같은 승온에서의 어닐링을 포함할 수 있다. 다이-대-웨이퍼 본딩은 사전 형성된 칩의 특징부를 웨이퍼의 드라이버와 정렬하기 위해 하나의 웨이퍼 상에서의 범프를 사용할 수 있다. 하이브리드 본딩은 예를 들어 웨이퍼 세정, 하나의 웨이퍼의 접점과 다른 웨이퍼의 접점의 고정밀 정렬, 실온에서 웨이퍼 내 유전체 재료의 유전체 본딩, 예를 들어, 250-300℃ 이상에서 어닐링에 의한 접점들의 금속 본딩을 포함할 수 있다.
다음 설명에서, 설명의 목적을 위해, 본 개시내용의 예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 이러한 특정 세부사항 없이 다양한 예가 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 디바이스, 시스템, 구조, 조립체, 방법 및 기타 구성요소는 예제를 불필요한 세부사항으로 모호하게 하지 않기 위해 블록도 형식의 구성요소로서 도시될 수 있다. 다른 예에서, 널리 공지된 디바이스, 공정, 시스템, 구조 및 기술은 예를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 필요한 세부사항 없이 도시될 수 있다. 도면 및 상세한 설명은 제한하려는 의도가 아니다. 본 개시내용에서 사용된 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되며 제한이 없으며, 이러한 용어 및 표현을 사용함에 있어 도시 및 설명된 특징 또는 그 일부의 등가물을 배제하려는 의도는 없다. "예"라는 단어는 "예시, 예 또는 실례로 작용하는"을 의미하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 본 명세서에서 "예"로 설명된 임의의 실시예 또는 설계는 다른 실시예 또는 설계에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 특정 실시예에 따른 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), 선택적 외부 영상 디바이스(150), 및 선택적 입력/출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 선택적 콘솔(110)에 결합될 수 있다. 도 1이 하나의 근안 디스플레이(120), 하나의 외부 영상 디바이스(150) 및 하나의 입력/출력 인터페이스(140)를 포함하는 인공 현실 시스템 환경(100)의 예를 도시하지만, 이들 구성요소 중 임의의 수는 인공 현실 시스템 환경(100)에 포함될 수 있거나, 또는 임의의 구성요소는 생략될 수 있다. 예를 들어, 콘솔(110)과 통신하는 하나 이상의 외부 영상 디바이스(150)에 의해 모니터링되는 다수의 근안 디스플레이(120)가 있을 수 있다. 일부 구성에서, 인공 현실 시스템 환경(100)은 외부 영상 디바이스(150), 선택적 입력/출력 인터페이스(140), 및 선택적인 콘솔(110)을 포함하지 않을 수 있다. 대안적인 구성에서, 상이하거나 추가의 구성요소가 인공 현실 시스템 환경(100)에 포함될 수 있다.
근안 디스플레이(120)는 사용자에게 콘텐츠를 제시하는 머리 착용 디스플레이일 수 있다. 근안 디스플레이(120)에 의해 제시되는 콘텐츠의 예는 이미지, 비디오, 오디오 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예에서, 오디오는 근안 디스플레이(120), 콘솔(110), 또는 둘 모두로부터 오디오 정보를 수신하고 오디오 정보에 기초하여 오디오 데이터를 제공하는 외부 디바이스(예를 들어, 스피커 및/또는 헤드폰)를 통해 제공될 수 있다. 근안 디스플레이(120)는 서로 강성 또는 비강성 결합될 수 있는 하나 이상의 강성체를 포함할 수 있다. 강성체들 사이의 강성 결합은 결합된 강성체들이 단일 강성체로서 작용하게 할 수 있다. 강성체들 사이의 비강성 결합은 강성체들이 서로에 대해 이동하는 것을 허용할 수 있다. 다양한 실시예에서, 근안 디스플레이(120)는 안경을 포함하는 임의의 적절한 폼 팩터로 구현될 수 있다. 근안 디스플레이(120)의 일부 실시예는 도 2 및 도 3과 관련하여 아래에서 추가로 설명된다. 추가적으로, 다양한 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 기능은 근안 디스플레이(120) 외부 환경의 이미지와 인공 현실 콘텐츠(예를 들어, 컴퓨터 생성 이미지)를 조합하는 헤드셋에서 사용될 수 있다. 그러므로, 근안 디스플레이(120)는 사용자에게 증강 현실을 제시하기 위해 생성된 콘텐츠(예를 들어, 이미지, 비디오, 사운드 등)를 이용하여 근안 디스플레이(120) 외부의 물리적 현실 세계 환경의 이미지를 증강할 수 있다.
다양한 실시예에서, 근안 디스플레이(120)는 디스플레이 전자 기기(122), 디스플레이 광학 기기(124), 및 눈 추적 유닛(130) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 근안 디스플레이(120)는 또한 하나 이상의 로케이터(126), 하나 이상의 위치 센서(128), 및 관성 측정 유닛(IMU)(132)을 포함할 수 있다. 근안 디스플레이(120)는 다양한 실시예에서 눈 추적 유닛(130), 로케이터(126)들, 위치 센서(128), 및 IMU(132) 중 임의의 것을 생략하거나 또는 추가 요소를 포함할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 근안 디스플레이(120)는 도 1과 관련하여 설명된 다양한 요소의 기능을 결합하는 요소를 포함할 수 있다.
디스플레이 전자 기기(122)는 예를 들어 콘솔(110)로부터 수신된 데이터에 따라서 사용자에게 이미지를 디스플레이하거나 디스플레이를 용이하게 할 수 있다. 다양한 실시예에서, 디스플레이 전자 기기(122)는 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 무기 발광 다이오드(ILED) 디스플레이, 마이크로 발광 다이오드(μLED) 디스플레이, 능동 매트릭스 OLED 디스플레이(AMOLED), 투명 OLED 디스플레이(TOLED) 또는 다른 디스플레이와 같은 하나 이상의 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 근안 디스플레이(120)의 하나의 구현예에서, 디스플레이 전자 기기(122)는 전면 TOLED 패널, 후면 디스플레이 패널, 및 전면 및 후면 디스플레이들 패널 사이의 광학 구성요소(예를 들어, 감쇠기, 편광기, 또는 회절 또는 스펙트럼 필름)를 포함할 수 있다. 디스플레이 전자 기기(122)는 적색, 녹색, 청색, 백색 또는 황색과 같은 우세한 색상의 광을 방출하는 픽셀을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 디스플레이 전자 기기(122)는 이미지 심도의 주관적인 인식을 생성하기 위해 2차원 패널에 의해 생성된 입체 효과를 통해 3차원(3D) 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 전자 기기(122)는 각각 사용자의 좌측 눈 및 우측 눈 앞에 위치된 좌측 디스플레이 및 우측 디스플레이를 포함할 수 있다. 좌측 및 우측 디스플레이는 입체 효과(즉, 이미지를 보는 사용자에 의한 이미지 심도의 인식)를 생성하기 위해 서로에 대해 수평으로 시프팅된 이미지의 복사본을 제시할 수 있다.
특정 실시예에서, 디스플레이 광학 기기(124)는 이미지 콘텐츠를 광학적으로(예를 들어, 광 도파관들 및 커플러들을 사용하여) 디스플레이하거나 또는 디스플레이 전자 기기(122)로부터 수신된 이미지 광을 확대하고, 이미지 광과 관련된 광학적 오류를 정정하고, 정정된 이미지 광을 근안 디스플레이(120)의 사용자에게 제시할 수 있다. 다양한 실시예에서, 디스플레이 광학 기기(124)는 예를 들어 기판, 광 도파관, 조리개, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 입력/출력 커플러, 또는 디스플레이 전자 기기(122)로부터 방출된 이미지 광에 영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 적절한 광학 요소와 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 디스플레이 광학 기기(124)는 조합하여 광학 요소의 상대적인 간격 및 배향을 유지하기 위한 상이한 광학 요소의 조합뿐만 아니라 기계적 결합들을 포함할 수 있다. 디스플레이 광학 기기(124)에서의 하나 이상의 광학 요소는 반사 방지 코팅, 반사 코팅, 필터링 코팅, 또는 상이한 광학 코팅의 조합과 같은 광학 코팅을 가질 수 있습니다.
디스플레이 광학 기기(124)에 의한 이미지 광의 확대는 디스플레이 전자 기기(122)가 물리적으로 더 작고, 더 가볍고, 더 큰 디스플레이보다 더 적은 전력을 소비하는 것을 가능하게 한다. 추가적으로, 확대는 디스플레이된 콘텐츠의 시야를 증가시킬 수 있다. 디스플레이 광학 기기(124)에 의한 이미지 광의 확대의 양은 디스플레이 광학 기기(124)로부터 광학 요소를 조정, 추가 또는 제거하는 것에 의해 변경될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 광학 기기(124)는 근안 디스플레이(120)보다 사용자의 눈에서 더 멀리 떨어져 있을 수 있는 하나 이상의 이미지 평면에 디스플레이된 이미지를 투사할 수 있다.
디스플레이 광학 기기(124)는 또한 2차원 광학 오류, 3차원 광학 오류, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 하나 이상의 유형의 광학 오류를 정정하도록 설계될 수 있다. 2차원 오류는 2차원으로 발생하는 광학 수차를 포함할 수 있다. 2차원 오류의 예시적인 유형은 배럴 왜곡, 핀쿠션 왜곡, 종방향 색수차 및 횡방향 색수차를 포함할 수 있다. 3차원 오류는 3차원에서 발생하는 광학 오류를 포함할 수 있다. 3차원 오류의 예시적인 유형은 구면 수차, 코마 수차, 상면 만곡 및 난시를 포함할 수 있다.
로케이터(126)들은 서로에 대해, 그리고 근안 디스플레이(120) 상의 기준점에 대해 근안 디스플레이(120) 상의 특정 위치들에 위치된 객체일 수 있다. 일부 구현예에서, 콘솔(110)은 인공 현실 헤드셋의 위치, 배향 또는 둘 모두를 결정하기 위해 외부 영상 디바이스(150)에 의해 캡처된 이미지에서의 로케이터(126)들을 식별할 수 있다. 로케이터(126)는 LED, 모서리 큐브 반사기, 반사 마커, 근안 디스플레이(120)가 동작하는 환경과 대조되는 유형의 광원, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 로케이터(126)들이 능동 구성요소(예를 들어, LED 또는 다른 유형의 발광 디바이스)인 실시예에서, 로케이터(126)들은 가시광선 대역(예를 들어, 약 380 ㎚ 내지 750 ㎚), 적외선(IR) 대역(예를 들어, 약 750 ㎚ 내지 1 ㎜), 자외선 대역(예를 들어, 약 10 ㎚ 내지 약 380 ㎚)에서, 전자기 스펙트럼의 다른 부분에서, 또는 전자기 스펙트럼의 부분들의 임의의 조합에서 광을 방출할 수 있다.
외부 영상 디바이스(150)는 하나 이상의 카메라, 하나 이상의 비디오 카메라, 하나 이상의 로케이터(126)를 포함하는, 이미지를 캡처할 수 있는 임의의 다른 디바이스, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 추가적으로, 외부 영상 디바이스(150)는 (예를 들어, 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해) 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 외부 영상 디바이스(150)는 외부 영상 디바이스(150)의 시야에 있는 로케이터(126)들로부터 방출되거나 반사된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 로케이터(126)들이 수동 요소(예를 들어, 역반사체)를 포함하는 실시예에서, 외부 영상 디바이스(150)는 외부 영상 디바이스(150)에 있는 광원으로 광을 역반사할 수 있는 로케이터(126)들의 일부 또는 전부를 조명하는 광원을 포함할 수 있다. 완만한 교정 데이터는 외부 영상 디바이스(150)로부터 콘솔(110)로 통신될 수 있고, 외부 영상 디바이스(150)는 하나 이상의 영상 파라미터(예를 들어, 초점 거리, 초점, 프레임 속도, 센서 온도, 셔터 속도, 조리개 등)를 조정하기 위해 콘솔(110)로부터 하나 이상의 교정 파라미터를 수신할 수 있다.
위치 센서(128)들은 근안 디스플레이(120)의 모션에 응답하여 하나 이상의 측정 신호를 생성할 수 있다. 위치 센서(128)의 예는 가속도계, 자이로스코프, 자력계, 기타 모션 검출 또는 오류 정정 센서, 또는 이것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 위치 센서(128)들은 병진 운동(예를 들어, 전진/후진, 위/아래로, 또는 좌측/우측)을 측정하기 위한 다수의 가속도계 및 회전 운동(예를 들어, 피치, 요잉 또는 롤링)을 측정하기 위한 다수의 자이로스코프를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다양한 위치 센서는 서로 직교하도록 배향될 수 있다.
IMU(132)는 위치 센서(128)들 중 하나 이상으로부터 수신된 측정 신호에 기초하여 빠른 교정 데이터를 생성하는 전자 디바이스일 수 있다. 위치 센서(128)들은 IMU(132) 외부, IMU(132) 내부, 또는 이것들의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 하나 이상의 위치 센서(128)로부터의 하나 이상의 측정 신호에 기초하여, IMU(132)는 근안 디스플레이(120)의 초기 위치에 대한 근안 디스플레이(120)의 추정된 위치를 나타내는 빠른 교정 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, IMU(132)는 속도 벡터를 추정하기 위해 시간 경과에 따라 가속도계로부터 수신된 측정 신호를 통합하고 근안 디스플레이(120) 상의 기준점의 추정된 위치를 결정하기 위해 시간 경과에 따라 속도 벡터를 통합할 수 있다. 대안적으로, IMU(132)는 샘플링된 측정 신호를 콘솔(110)에 제공할 수 있으며, 콘솔은 빠른 교정 데이터를 결정할 수 있다. 기준점은 일반적으로 공간에 있는 지점으로서 정의될 수 있지만, 다양한 실시예에서, 기준점은 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 시스템을 포함할 수 있다. 눈 추적은 근안 디스플레이(120)에 대한 눈의 배향 및 위치를 포함하는 눈의 위치를 결정하는 것을 의미할 수 있다. 눈 추적 시스템은 하나 이상의 눈을 영상하는 영상 시스템을 포함할 수 있고, 선택적으로 눈에 의해 반사된 광이 영상 시스템에 의해 캡처될 수 있도록 눈으로 지향되는 광을 생성할 수 있는 발광기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 눈 추적 유닛(130)은 가시광선 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼에서의 광을 방출하는 비간섭 또는 간섭 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 방출된 반사된 전파(radio wave)를 캡처할 수 있다. 눈 추적 유닛(130)은 눈을 다치게 하거나 신체적 불편함을 유발하지 않는 주파수 및 강도로 광을 방출하는 저전력 발광기를 사용할 수 있다. 눈 추적 유닛(130)은 눈 추적 유닛(130)에 의해 소비되는 전체 전력을 감소시키면서(예를 들어, 눈 추적 유닛(130)에서 포함된 발광기 및 영상 시스템에 의해 소비되는 전력을 감소시키면서) 눈 추적 유닛(130)에 의해 캡처된 눈의 이미지에서의 대비를 증가시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 눈 추적 유닛(130)은 100 밀리와트 미만의 전력을 소비할 수 있다.
근안 디스플레이(120)는 예를 들어, 사용자의 동공간 거리(IPD)를 결정하고, 시선 방향을 결정하고, 심도 단서를 도입하고(예를 들어, 사용자의 주시선 외부의 이미지를 흐리게 하고), VR 미디어(예를 들어, 노출된 자극의 함수로서 특정 주제, 대상 또는 프레임에 소요된 시간)에서 사용자 상호 작용에 대한 발견적 교수법, 사용자의 눈 중 적어도 하나의 배향에 부분적으로 기초한 일부 다른 기능, 또는 이것들의 임의의 조합을 수집하기 위해 눈의 배향을 사용할 수 있다. 배향이 사용자의 양쪽 눈에 대해 결정될 수 있기 때문에, 눈 추적 유닛(130)은 사용자가 보고 있는 곳을 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 시선의 방향을 결정하는 것은 사용자의 좌안 및 우안의 결정된 배향에 기초하여 수렴점을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 수렴점은 사용자의 두 눈의 중심축이 교차하는 지점일 수 있다. 사용자의 시선의 방향은 수렴점과 사용자의 눈동자 사이의 중간점을 지나는 선의 방향일 수 있다.
입력/출력 인터페이스(140)는 사용자가 콘솔(110)에 행위 요청을 전송할 수 있게 하는 디바이스일 수 있다. 행위 요청은 특정 행위를 수행하기 위한 요청일 수 있다. 예를 들어, 행위 요청은 애플리케이션을 시작 또는 종료하거나 또는 애플리케이션 내에서 특정 행위를 수행하는 것일 수 있다. 입력/출력 인터페이스(140)는 하나 이상의 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 입력 디바이스는 키보드, 마우스, 게임 컨트롤러, 글러브, 버튼, 터치 스크린, 또는 행위 요청을 수신하고 수신된 행위 요청을 콘솔(110)에 통신하기 위한 임의의 다른 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 입력/출력 인터페이스(140)에 의해 수신된 행위 요청은 요청된 행위에 대응하는 행위를 수행할 수 있는 콘솔(110)에 통신될 수 있다. 일부 실시예에서, 입력/출력 인터페이스(140)는 콘솔(110)로부터 수신된 명령어에 따라서 사용자에게 촉각적 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 입력/출력 인터페이스(140)는 행위 요청이 수신될 때 또는 콘솔(110)이 요청된 행위를 수행하고, 입력/출력 인터페이스(140)에 명령어를 통신하였을 때 촉각적 피드백을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 영상 디바이스(150)는 사용자의 모션을 결정하도록 컨트롤러(예를 들어, IR 광원을 포함할 수 있는) 또는 사용자의 손의 로케이션 또는 위치를 추적하는 것과 같은 입력/출력 인터페이스(140)을 추적하도록 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 근안 디스플레이(120)는 사용자의 모션을 결정하기 위해 컨트롤러 또는 사용자의 손의 로케이션 또는 위치를 추적하는 것과 같이 입력/출력 인터페이스(140)를 추적하기 위한 하나 이상의 영상 디바이스를 포함할 수 있다.
콘솔(110)은 외부 영상 디바이스(150), 근안 디스플레이(120), 및 입력/출력 인터페이스(140) 중 하나 이상으로부터 수신된 정보에 따라서 사용자에게 제시하기 위해 근안 디스플레이(120)에 콘텐츠를 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 콘솔(110)은 애플리케이션 스토어(112), 헤드셋 추적 모듈(114), 인공 현실 엔진(116), 및 눈 추적 모듈(118)을 포함할 수 있다. 콘솔(110)의 일부 실시예는 도 1과 함께 설명된 것과 상이하거나 추가 모듈을 포함할 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 기능은 본 명세서에서 설명된 것과 다른 방식으로 콘솔(110)의 구성요소 사이에 배포될 수 있다.
일부 실시예에서, 콘솔(110)은 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 프로세서는 명령어를 병렬로 실행하는 다수의 처리 유닛을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 하드 디스크 드라이브, 이동식 메모리 또는 솔리드 스테이트 드라이브(예를 들어, 플래시 메모리 또는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM))와 같은 임의의 메모리일 수 있다. 다양한 실시예에서, 도 1과 관련하여 설명된 콘솔(110)의 모듈은 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서가 다음에 추가로 설명되는 기능을 수행하게 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에서의 명령어로서 인코딩될 수 있다.
애플리케이션 스토어(112)는 콘솔(110)에 의한 실행을 위한 하나 이상의 애플리케이션을 저장할 수 있다. 애플리케이션은 프로세서에 의해 실행될 때 사용자에게 제시하기 위한 콘텐츠를 생성하는 명령어의 그룹을 포함할 수 있다. 애플리케이션에 의해 생성된 콘텐츠는 사용자의 눈의 움직임을 통해 사용자로부터 수신된 입력 또는 입력/출력 인터페이스(140)로부터 수신된 입력에 응답할 수 있다. 애플리케이션의 예는 게임 애플리케이션, 회의 애플리케이션, 비디오 재생 애플리케이션, 또는 기타 적합한 애플리케이션을 포함할 수 있다.
헤드셋 추적 모듈(114)은 외부 영상 디바이스(150)로부터의 저속 교정 정보를 사용하여 근안 디스플레이(120)의 움직임을 추적할 수 있다. 예를 들어, 헤드셋 추적 모듈(114)은 저속 교정 정보로부터 관찰된 로케이터들 및 근안 디스플레이(120)의 모델을 사용하여 근안 디스플레이(120)의 기준점의 위치들을 결정할 수 있다. 헤드셋 추적 모듈(114)은 또한 빠른 교정 정보로부터의 위치 정보를 사용하여 근안 디스플레이(120)의 기준점의 위치들을 결정할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 헤드셋 추적 모듈(114)은 근안 디스플레이(120)의 미래 위치를 예측하기 위해 빠른 교정 정보, 느린 교정 정보, 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 헤드셋 추적 모듈(114)은 근안 디스플레이(120)의 추정된 또는 예측된 미래 위치를 인공 현실 엔진(116)에 제공할 수 있다.
인공 현실 엔진(116)은 인공 현실 시스템 환경(100) 내에서 애플리케이션을 실행하고, 헤드셋 추적 모듈(114)로부터 근안 디스플레이(120)의 위치 정보, 근안 디스플레이(120)의 가속도 정보, 근안 디스플레이(120)의 속도 정보, 근안 디스플레이(120)의 예측된 미래 위치, 또는 이것들의 임의의 조합을 수신할 수 있다. 인공 현실 엔진(116)은 또한 눈 추적 모듈(118)로부터 추정된 눈 위치 및 배향 정보를 수신할 수 있다. 수신된 정보에 기초하여, 인공 현실 엔진(116)은 사용자에게 제시하도록 근안 디스플레이(120)에 제공하기 위해 콘텐츠를 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 좌측을 보았다는 것을 수신된 정보가 나타내면, 인공 현실 엔진(116)은 가상 환경에서 사용자의 눈 움직임을 미러링하는 근안 디스플레이(120)를 위한 콘텐츠를 생성할 수 있다. 추가적으로, 인공 현실 엔진(116)은 입력/출력 인터페이스(140)로부터 수신된 행위 요청에 응답하여 콘솔(110)에서 실행되는 애플리케이션 내에서 행위를 수행할 수 있고, 행위가 수행되었음을 나타내는 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다. 피드백은 근안 디스플레이(120)를 통한 시각적 또는 청각적 피드백 또는 입력/출력 인터페이스(140)를 통한 촉각적 피드백일 수 있다.
눈 추적 모듈(118)은 눈 추적 유닛(130)으로부터 눈 추적 데이터를 수신하고, 눈 추적 데이터에 기초하여 사용자의 눈의 위치를 결정할 수 있다. 눈의 위치는 근안 디스플레이(120) 또는 그 임의의 요소에 대한 눈의 배향, 위치 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 눈의 회전축이 안와(socket)에서의 눈의 위치의 함수로서 변경되기 때문에, 안와에서의 눈의 위치를 결정하는 것은 눈 추적 모듈(118)이 눈의 배향을 보다 정확하게 결정할 수 있게 할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예 중 일부를 구현하기 위한 HMD 디바이스(200) 형태의 근안 디스플레이의 예의 사시도이다. HMD 디바이스(200)는 예를 들어 VR 시스템, AR 시스템, MR 시스템, 또는 이들의 임의의 조합의 일부일 수 있다. HMD 디바이스(200)는 바디(220) 및 헤드 스트랩(230)을 포함할 수 있다. 도 2는 바디(220)의 바닥측(223), 전면측(225), 및 좌측면(227)을 사시도로 도시한다. 헤드 스트랩(230)은 조절 가능하거나 연장 가능한 길이를 가질 수 있다. HMD 디바이스(200)의 바디(220)와 헤드 스트랩(230) 사이에는 사용자가 HMD 디바이스(200)를 사용자의 머리에 착용할 수 있는 충분한 공간이 있을 수 있다. 다양한 실시예에서, HMD 디바이스(200)는 추가의, 더 적은 또는 상이한 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, HMD 디바이스(200)는 헤드 스트랩(230)보다는, 예를 들어 아래의 도 3에 도시된 바와 같이 안경 다리 및 다리 팁을 포함할 수 있다.
HMD 디바이스(200)는 컴퓨터 생성 요소를 가지는 물리적 현실 세계 환경의 가상 및/또는 증강 뷰를 포함하는 미디어를 사용자에게 제시할 수 있다. HMD 디바이스(200)에 의해 제공되는 미디어의 예는 이미지(예를 들어, 2차원(2D) 또는 3차원(3D) 이미지), 비디오(예를 들어, 2D 또는 3D 비디오), 오디오, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 및 비디오는 HMD 디바이스(200)의 바디(220)에 봉입된 하나 이상의 디스플레이 조립체(도 2에 도시되지 않음)에 의해 사용자의 각각의 눈에 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 하나 이상의 디스플레이 조립체는 단일 전자 디바이스 디스플레이 패널 또는 다수의 전자 디스플레이 패널(예를 들어, 사용자의 각각의 눈에 하나의 디스플레이 패널)을 포함할 수 있다. 전자 디스플레이 패널(들)의 예는 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 영역(eye box region)을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, HMD 디바이스(200)는 심도 센서, 모션 센서, 위치 센서, 및 눈 추적 센서와 같은 다양한 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이러한 센서 중 일부는 감지를 위해 구조화된 광 패턴을 사용할 수 있다. 일부 구현예에서, HMD 디바이스(200)는 콘솔과 통신하기 위한 입력/출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, HMD 디바이스(200)는, HMD 디바이스(200) 내에서 애플리케이션을 실행하고 다양한 센서로부터 HMD 디바이스(200)의 심도 정보, 위치 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 위치, 또는 임의의 조합을 수신할 수 있는 가상 현실 엔진(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 가상 현실 엔진에 의해 수신된 정보는 하나 이상의 디스플레이 조립체에 대한 신호(예를 들어, 디스플레이 명령어)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, HMD 디바이스(200)는 서로에 대해, 그리고 기준점에 대해 바디(220) 상의 고정된 위치들에 위치된 로케이터(로케이터(126)들과 같은 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 각각의 로케이터는 외부 영상 디바이스에 의해 검출 가능한 광을 방출할 수 있다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예시들 중 일부를 구현하기 위한 안경의 형태를 하는 근안 디스플레이(300)의 예의 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 동작하도록 구성될 수 있다. 근안 디스플레이(300)는 프레임(305) 및 디스플레이(310)를 포함할 수 있다. 디스플레이(310)는 콘텐츠를 사용자에게 제시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이(310)는 디스플레이 전자 기기 및/또는 디스플레이 광학 기기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 근안 디스플레이(120)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 디스플레이(310)는 LCD 디스플레이 패널, LED 디스플레이 패널, 또는 광학 디스플레이 패널(예를 들어, 도파관 디스플레이 조립체)을 포함할 수 있다.
근안 디스플레이(300)는 프레임(305) 상의 또는 내부에 다양한 센서(350a, 350b, 350c, 350d, 350e)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(350a-350e)는 하나 이상의 심도 센서, 모션 센서, 위치 센서, 관성 센서 또는 주변광 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(350a-350e)들은 상이한 방향에서 상이한 시야를 나타내는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 하나 이상의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(350a-350e)들은 근안 디스플레이(300)의 디스플레이된 콘텐츠를 제어하거나 영향을 미치고 및/또는 근안 디스플레이(300)의 사용자에게 대화형 VR/AR/MR 경험을 제공하기 위해 입력 디바이스로서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(350a-350e)들은 또한 입체 영상을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 근안 디스플레이(300)는 물리적 환경 내로 광을 투사하기 위해 하나 이상의 조명기(330)를 추가로 포함할 수 있다. 투사된 광은 다른 주파수 대역(예를 들어, 가시광선, 적외선, 자외선 등)과 관련될 수 있으며, 다양한 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 조명기(들)(330)는 센서(350a-350e)들이 어두운 환경 내에서 상이한 객체의 이미지를 캡처하는 것을 돕기 위해 어두운 환경(또는 낮은 강도의 적외선, 자외선 등을 가진 환경)에서 광을 투사할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명기(들)(330)는 환경 내의 객체 상에 특정 광 패턴을 투사하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 조명기(들)(330)는 도 1과 관련하여 위에서 설명된 로케이터(126)들과 같은 로케이터로서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 근안 디스플레이(300)는 또한 고해상도 카메라(340)를 포함할 수 있다. 카메라(340)는 시야에 있는 물리적 환경의 이미지를 캡처할 수 있다. 캡처된 이미지는 예를 들어 가상 현실 엔진(예를 들어, 도 1의 인공 현실 엔진(116))에 의해 처리되어, 캡처된 이미지에 가상 객체를 추가하거나 캡처된 이미지에 있는 물리적 객체를 변경할 수 있고, 처리된 이미지는 AR 또는 MR 애플리케이션을 위한 디스플레이(310)에 의해 사용자에게 디스플레이될 수 있다.
도 4는 특정 실시예에 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 기기(414)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원 또는 이미지 소스(412)는 위에서 설명된 하나 이상의 마이크로-LED 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 LCD 디스플레이 패널 또는 LED 디스플레이 패널과 같은 가상 객체를 디스플레이하는 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 간섭성 또는 부분적으로 간섭성인 광을 생성하는 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 소스(412)는 전술한 레이저 다이오드, 수직 공동 표면 발광 레이저, LED, 및/또는 마이크로-LED를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 복수의 광원(예를 들어, 위에서 설명된 마이크로-LED의 어레이)을 포함할 수 있고, 각각은 원색(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색)에 대응하는 단색 이미지 광을 방출한다. 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 마이크로-LED의 3개의 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 마이크로-LED의 각각의 2차원 어레이는 원색(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색)의 광을 방출하도록 구성된 마이크로-LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 공간 광 변조기와 같은 광학 패턴 생성기를 포함할 수 있다. 프로젝터 광학 기기(414)는 이미지 소스(412)로부터 결합기(415)로 광을 확장, 시준, 스캐닝 또는 투사하는 것과 같이, 이미지 소스(412)로부터의 광을 조정할 수 있는 하나 이상의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광학 구성요소는 예를 들어, 하나 이상의 렌즈, 액체 렌즈, 미러, 조리개 및/또는 격자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이미지 소스(412)는 마이크로-LED의 하나 이상의 1차원 어레이 또는 세장형 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 프로젝터 광학 기기(414)는 이미지 프레임들을 생성하기 위해 마이크로-LED의 1차원 어레이 또는 세장형 2차원 어레이를 스캔하도록 구성된 하나 이상의 1차원 스캐너(예를 들어, 마이크로 미러 또는 프리즘)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로젝터 광학 기기(414)는 이미지 소스(412)로부터의 광의 스캐닝을 허용하는 복수의 전극을 가지는 액체 렌즈(예를 들어, 액정 렌즈)를 포함할 수 있다.
결합기(415)는 프로젝터(410)로부터의 광을 결합기(415)의 기판(420)에 결합하기 위한 입력 커플러(430)를 포함할 수 있다. 결합기(415)는 제1 파장 범위에서 광의 적어도 50%를 투과시키고, 제2 파장 범위에서 광의 적어도 25%를 반사할 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 범위는 약 400 ㎚ 내지 약 650 ㎚의 가시광선일 수 있고, 제2 파장 범위는 약 800 ㎚ 내지 약 1000 ㎚의 적외선 대역에 있을 수 있다. 입력 커플러(430)는 체적 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 체적 브래그 격자 또는 투과 체적 브래그 격자를 포함할 수 있다. 입력 커플러(430)는 가시광선에 대해 30%, 50%, 75%, 90% 이상의 결합 효율을 가질 수 있다. 기판(420) 내로 결합된 광은 예를 들어 내부 전반사(TIR)를 통해 기판(420) 내에서 전파될 수 있다. 기판(420)은 안경의 렌즈 형태일 수 있다. 기판(420)은 평면 또는 곡면을 가질 수 있고, 유리, 석영, 플라스틱, 중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 수정 또는 세라믹과 같은 하나 이상의 유형의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 기판의 두께는 예를 들어 약 1 mm 미만 내지 약 10 mm 이상의 범위일 수 있다. 기판(420)은 가시광선에 대해 투과성일 수 있다.
기판(420)은 복수의 출력 커플러(440)를 포함하거나 이에 결합될 수 있으며, 각각의 출력 커플러는 기판(420)에 의해 안내되고 그 안에서 전파되는 광의 적어도 일부를 기판(420)으로부터 추출하고, 증강 현실 시스템(400)이 사용 중일 때 증강 현실 시스템(400)의 사용자의 눈(490)이 위치될 수 있는 아이박스(495)로 추출된 광(460)을 안내하도록 구성된다. 복수의 출력 커플러(440)는 디스플레이된 이미지가 더 넓은 영역에서 보이도록 아이박스(495)의 크기를 증가시키기 위해 출사동(exit pupil)을 복제할 수 있다. 입력 커플러(430)로서, 출력 커플러(440)는 격자 커플러(예를 들어, 체적 홀로그래픽 격자 또는 표면 릴리프 격자), 다른 회절 광학 요소(DOE), 프리즘 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 커플러(440)는 반사 체적 브래그 격자 또는 투과 체적 브래그 격자를 포함할 수 있다. 출력 커플러(440)는 상이한 위치들에서 상이한 결합(예를 들어, 회절) 효율을 가질 수 있다. 기판(420)은 또한 결합기(415)의 앞의 환경으로부터의 광(450)이 거의 또는 전혀 손실 없이 통과하도록 할 수 있다. 출력 커플러(440)는 또한 광(450)이 거의 손실 없이 통과하도록 할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 출력 커플러(440)는 광(450)이 굴절되거나 그렇지 않으면 손실이 거의 없이 출력 커플러(440)를 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 구현예에서, 출력 커플러(440)는 광(450)에 대해 높은 회절 효율을 가질 수 있고, 거의 손실 없이 특정의 원하는 방향(즉, 회절 각도)으로 광(450)을 회절시킬 수 있다. 그 결과, 사용자는 결합기(415) 앞의 환경의 결합된 이미지와 프로젝터(410)에 의해 투사된 가상 객체의 이미지를 볼 수 있다.
도 5a는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이(530)를 포함하는 근안 디스플레이(NED) 디바이스(500)의 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 기기(520), 및 도파관 디스플레이(530)를 포함할 수 있다. 광원(510)은 적색 발광기(512)의 패널, 녹색 발광기(514)의 패널, 및 청색 발광기(516)의 패널과 같은 상이한 색상을 위한 발광기의 다수의 패널을 포함할 수 있다. 적색 발광기(512)는 어레이 내로 조직화되고; 녹색 발광기(514)는 어레이 내로 조직화되고; 청색 발광기(516)는 어레이 내로 조직화된다. 광원(510)에서 발광기의 치수 및 피치는 작을 수 있다. 예를 들어, 각각의 발광기는 2 ㎛ 미만(예를 들어, 약 1.2 ㎛)의 직경을 가질 수 있고, 피치는 2 ㎛ 미만(예를 들어, 약 1.5 ㎛)일 수 있다. 이와 같이, 각각의 적색 발광기(512), 녹색 발광기(514), 및 청색 발광기(516)에서의 발광기의 수는 960×720, 1280×720, 1440×1080, 1920×1080, 2160×1080, 또는 2560×1080개의 픽셀과 같은 디스플레이 이미지에 있는 픽셀 수 이상일 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 기기(520)에 의해 조정될 수 있다. 투사 광학 기기(520)는 광원(510)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(530)로 시준하거나 초점을 맞출 수 있으며, 도파관 디스플레이는 광원(510)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(530)에 결합하기 위한 커플러(532)를 포함할 수 있다. 도파관 디스플레이(530)에 결합된 광은 예를 들어 도 4와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 내부 전반사를 통해 도파관 디스플레이(530) 내에서 전파될 수 있다. 커플러(532)는 또한 도파관 디스플레이(530)로부터 외부로 사용자의 눈(590)을 향해 도파관 디스플레이(530) 내에서 전파되는 광의 부분들을 결합할 수 있다.
도 5b는 특정 실시예에 따른 도파관 디스플레이(580)를 포함하는 근안 디스플레이(NED) 디바이스(550)의 예를 도시한다. 일부 실시예에서, NED 디바이스(550)는 사용자의 눈(590)이 위치될 수 있는 이미지 필드로 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 발광기(542)의 다수의 행, 녹색 발광기(544)의 다수의 행, 및 청색 발광기(546)의 다수의 행과 같은 상이한 색상의 발광기의 하나 이상의 행 또는 하나 이상의 열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 발광기(542), 녹색 발광기(544), 및 청색 발광기(546)는 각각 N개의 행을 포함할 수 있고, 각각의 행은 예를 들어 2560개의 발광기(픽셀)를 포함한다. 적색 발광기(542)는 어레이 내로 조직화되며; 녹색 발광기(544)는 어레이 내로 조직화되고; 청색 발광기(546)는 어레이 내로 조직화된다. 일부 실시예에서, 광원(540)은 각각의 색상에 대한 단일 라인의 발광기들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(540)은 적색, 녹색 및 청색의 각각을 위한 발광기의 다수의 열을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 열은 예를 들어 1080개의 발광기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(540)에 있는 발광기의 치수 및/또는 피치는 비교적 클 수 있고(예를 들어, 약 3 내지 5㎛), 따라서 광원(540)은 전체 디스플레이 이미지를 동시에 생성하기 위한 충분한 발광기를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 단일 색상을 위한 발광기의 수는 디스플레이 이미지에서의 픽셀 수(예를 들어, 2560×1080개의 픽셀)보다 적을 수 있다. 광원(540)에 의해 방출된 광은 광의 시준 또는 발산 빔의 세트일 수 있다.
스캐닝 미러(570)에 도달하기 전에, 광원(540)에 의해 방출된 광은 시준 렌즈 또는 자유 광학 요소(560)와 같은 다양한 광학 디바이스에 의해 조정될 수 있다. 자유 광학 요소(560)는 예를 들어 약 90°이상 만큼 광원(540)에 의해 방출된 광의 전파 방향을 변경하는 것과 같이, 광원(540)에 의해 방출된 광을 스캐닝 미러(570) 쪽으로 안내할 수 있는 다면 프리즘(multi-facet prism) 또는 다른 광 폴딩 요소(light folding element)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자유 광학 요소(560)는 광을 스캔하도록 회전 가능할 수 있다. 스캐닝 미러(570) 및/또는 자유 광학 요소(560)는 광원(540)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(580)에 반사 및 투사할 수 있으며, 도파관 디스플레이는 광원(540)에 의해 방출된 광을 도파관 디스플레이(580)에 결합하기 위한 커플러(582)를 포함할 수 있다. 도파관 디스플레이(580)에 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)로부터 밖으로 사용자의 눈(590)을 향해 도파관 디스플레이(580) 내에서 전파되는 광의 부분들을 결합할 수 있다.
스캐닝 미러(570)는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 미러 또는 임의의 다른 적절한 미러를 포함할 수 있다. 스캐닝 미러(570)는 1차원 또는 2차원 스캔을 위해 회전할 수 있다. 스캐닝 미러(570)가 회전함에 따라서, 광원(540)에 의해 방출된 광은 도파관 디스플레이(580)의 상이한 영역으로 안내될 수 있어서, 전체 디스플레이 이미지는 도파관 디스플레이(580) 상에 투사되고 각각의 스캐닝 사이클에서 도파관 디스플레이(580)에 의해 사용자의 눈(590)으로 안내될 수 있다. 예를 들어, 광원(540)이 하나 이상의 행 또는 열에 있는 모든 픽셀을 위한 발광기를 포함하는 실시예에서, 스캐닝 미러(570)는 이미지를 스캔하기 위해 열 또는 행 방향(예를 들어, x 또는 y 방향)으로 회전될 수 있다. 광원(540)이 하나 이상의 행 또는 열에 있는 모든 픽셀이 아닌 일부를 위한 발광기를 포함하는 실시예에서, 스캐닝 미러(570)는 (예를 들어, 래스터형 스캐닝 패턴 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 사전 한정된 디스플레이 기간에 동작할 수 있다. 디스플레이 기간(예를 들어, 디스플레이 사이클)은 전체 이미지가 스캔되거나 투사되는 기간을 지칭할 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 사이클로서 지칭될 수 있다. 광원(540)에 의한 광 생성은 스캐닝 미러(570)의 회전과 동기화될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스캐닝 사이클은 다수의 스캐닝 단계를 포함할 수 있고, 여기서 광원(540)은 각각의 스캐닝 단계에서 상이한 광 패턴을 생성할 수 있다.
각각의 스캐닝 사이클에서, 스캐닝 미러(570)가 회전함에 따라서, 디스플레이 이미지는 도파관 디스플레이(580) 및 사용자의 눈(590)으로 투사될 수 있다. 디스플레이 이미지의 주어진 픽셀 위치의 실제 색상 값 및 광 강도(예를 들어, 밝기)는 스캔 기간 동안 픽셀 위치를 조명하는 3가지 색상(예를 들어, 빨강, 녹색 및 청색)의 광 빔의 평균일 수 있다. 스캐닝 기간을 완료한 후, 스캐닝 미러(570)는 다음 디스플레이 이미지의 처음 몇 행에 광을 투사하기 위해 초기 위치로 다시 되돌아갈 수 있거나, 또는 다음 디스플레이 이미지에 광을 투사하기 위해 역방향 또는 스캔 패턴으로 회전할 수 있으며, 여기서 새로운 세트의 구동 신호가 광원(540)에 공급될 수 있다. 스캐닝 미러(570)가 각각의 스캐닝 사이클에서 회전함에 따라 동일한 공정이 반복될 수 있다. 이와 같이, 상이한 이미지가 상이한 스캐닝 사이클에서 사용자의 눈(590)에 투사될 수 있다.
도 6은 특정 실시예에 따른 근안 디스플레이 시스템(600)의 이미지 소스 조립체(610)의 예를 도시한다. 이미지 소스 조립체(610)는 예를 들어 사용자의 눈에 투사될 디스플레이 이미지를 생성할 수 있는 디스플레이 패널(640), 및 디스플레이 패널(640)에 의해 생성된 디스플레이 이미지를 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)을 위한 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 위에서 설명된 자유 광학 요소(560), 스캐닝 미러(570), 및/또는 투사 광학 기기(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 조립체(610)는 이미지 광을 생성하고 도파관 디스플레이(530 또는 580)와 같은 도파관 디스플레이(도 6에 도시되지 않음)로 출력할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 도파관 디스플레이는 하나 이상의 입력 결합에서 이미지 광을 수신하고, 수신된 이미지 광을 하나 이상의 출력 결합 요소로 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 도파관 디스플레이로부터 밖으로 내부 전반사된 이미지 광의 일부를 결합할 수 있다.
전술한 바와 같이, 광원(642)은 어레이 또는 매트릭스로 배열된 복수의 발광기를 포함할 수 있다. 각각의 발광기는 적색광, 청색광, 녹색광, 적외선 등과 같은 단색광을 방출할 수 있다. RGB 색상이 본 개시내용에서 종종 논의되지만, 본 명세서에서 설명된 실시예는 원색으로서 적색, 녹색 및 청색을 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 다른 색상이 또한 근안 디스플레이 시스템(600)의 원색으로서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 실시예에 따른 디스플레이 패널은 3개 이상의 원색을 사용할 수 있다. 광원(642)에서의 각각의 픽셀은 적색 마이크로-LED, 녹색 마이크로-LED, 및 청색 마이크로-LED를 포함하는 3개의 서브-픽셀을 포함할 수 있다. 반도체 LED는 일반적으로 반도체 재료의 다수의 내에 활성 발광층을 포함한다. 반도체 재료의 다수의 층은 상이한 화합물 재료 또는 상이한 도펀트 및/또는 상이한 도핑 밀도를 가지는 동일한 베이스 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 재료의 다수의 층은 n-형 재료 층, 헤테로 구조(예를 들어, 하나 이상의 양자 우물)를 포함할 수 있는 활성 영역, 및 p-형 재료 층을 포함할 수 있다. 반도체 재료의 다층은 특정 배향을 가지는 기판의 표면 상에서 성장될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 반도체 재료의 층 중 적어도 일부를 포함하는 메사(mesa)가 형성될 수 있다.
컨트롤러(620)는 광원(642) 및/또는 프로젝터(650)의 동작과 같은 이미지 소스 조립체(610)의 이미지 렌더링 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 하나 이상의 디스플레이 이미지를 렌더링하기 위해 이미지 소스 조립체(610)에 대한 명령어를 결정할 수 있다. 명령어는 디스플레이 명령어 및 스캐닝 명령어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 명령어는 이미지 파일(예를 들어, 비트맵 파일)을 포함할 수 있다. 디스플레이 명령어는 예를 들어, 도 1과 관련하여 위에서 설명된 콘솔(110)과 같은 콘솔로부터 수신될 수 있다. 스캐닝 명령어는 이미지 광을 생성하기 위해 이미지 소스 조립체(610)에 의해 사용될 수 있다. 스캐닝 명령어는, 예를 들어, 이미지 광의 소스의 유형(예를 들어, 단색 또는 다색), 스캐닝 속도, 스캐닝 장치의 배향, 하나 이상의 조명 파라미터, 또는 이들의 임의의 조합을 지정할 수 있다. 컨트롤러(620)는 본 개시내용의 다른 양태들을 모호하게 하지 않도록 여기에 도시되지 않은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(620)는 디스플레이 디바이스의 그래픽 처리 유닛(GPU)일 수 있다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(620)는 다른 종류의 프로세서일 수 있다. 컨트롤러(620)에 의해 수행되는 동작은 디스플레이를 위해 콘텐츠를 취하고 콘텐츠를 별개의 섹션들로 분할하는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(620)는 광원(642)의 개별 소스 요소에 대응하는 어드레스 및/또는 개별 소스 요소에 인가된 전기 바이어스를 포함하는 스캐닝 명령어를 광원(642)에 제공할 수 있다. 컨트롤러(620)는 사용자에게 궁극적으로 디스플레이되는 이미지에서 픽셀의 하나 이상의 행에 대응하는 발광기를 사용하여 별개의 섹션들을 순차적으로 제시하도록 광원(642)에게 명령할 수 있다. 컨트롤러(620)는 또한 광의 상이한 조정을 수행하도록 프로젝터(650)에게 명령할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(620)는 도 5b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 도파관 디스플레이(예를 들어, 도파관 디스플레이(580))의 결합 요소의 상이한 영역으로 별개의 섹션들을 스캔하도록 프로젝터(650)를 제어할 수 있다. 이와 같이, 도파관 디스플레이의 출사동에서, 각각의 별개의 부분은 상이한 각각의 위치에 제공된다. 각각의 별개의 섹션이 상이한 각각의 시간에 제시되지만, 사용자의 눈이 상이한 섹션들을 단일 이미지 또는 일련의 이미지로 통합할 수 있도록 별개의 섹션들의 표시 및 스캐닝이 충분히 빠르게 발생한다.
이미지 프로세서(630)는 범용 프로세서, 및/또는 본 명세서에서 설명된 특징을 수행하도록 전용되는 하나 이상의 애플리케이션 특정 회로일 수 있다. 한 실시예에서, 범용 프로세서는 프로세서가 본 명세서에서 설명된 특정 공정을 수행하게 하는 소프트웨어 명령어를 실행하기 위해 메모리에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 이미지 프로세서(630)는 특정 특징을 수행하도록 전용된 하나 이상의 회로일 수 있다. 도 6에서의 이미지 프로세서(630)는 컨트롤러(620) 및 드라이버 회로(644)와 분리된 독립형 유닛으로서 도시되어 있지만, 이미지 프로세서(630)는 다른 실시예에서 컨트롤러(620) 또는 드라이버 회로(644)의 서브 유닛일 수 있다. 다시 말해서, 이러한 실시예에서, 컨트롤러(620) 또는 드라이버 회로(644)는 이미지 프로세서(630)의 다양한 이미지 처리 기능을 수행할 수 있다. 이미지 프로세서(630)는 또한 이미지 처리 회로로서 지칭될 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 광원(642)은 컨트롤러(620) 또는 이미지 프로세서(630)로부터 전송된 데이터 또는 명령어(예를 들어, 디스플레이 및 스캐닝 명령어)에 기초하여 드라이버 회로(644)에 의해 구동될 수 있다. 한 실시예에서, 드라이버 회로(644)는 광원(642)의 다양한 발광기들에 연결되어 이것들을 기계적으로 홀딩하는 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 파라미터에 따라서 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 받을 수 있는 기타 파라미터, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(642)에 의해 생성된 소스 광은 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광, 또는 이들의 임의의 조합의 다수의 빔을 포함할 수 있다.
프로젝터(650)는 광원(642)에 의해 생성된 이미지 광의 포커싱, 조합, 조정 또는 스캐닝과 같은 광학 기능의 세트를 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로젝터(650)는 결합 조립체, 광 조정 조립체, 또는 스캐닝 미러 조립체를 포함할 수 있다. 프로젝터(650)는 광원(642)으로부터의 광을 광학적으로 조정하고 잠재적으로 재지향시키는 하나 이상의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 광 조정의 하나의 예는 하나 이상의 광학적 오류(예를 들어, 필드 곡률, 색수차 등)에 대한 확장, 시준, 보정과 같은 광의 조정, 광의 기타 조정 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 프로젝터(650)의 광학 구성요소는 예를 들어 렌즈, 거울, 구멍, 격자, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
프로젝터(650)는 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분을 통해 이미지 광을 재지향시켜서, 이미지 광이 도파관 디스플레이를 향해 특정 배향으로 투사될 수 있다. 이미지 광이 도파관 디스플레이를 향해 재지향되는 위치는 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분의 특정 배향에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로젝터(650)는 적어도 2차원으로 스캔하는 단일 스캐닝 미러를 포함한다. 다른 실시예에서, 프로젝터(650)는 각각이 서로 직교하는 방향으로 스캔하는 복수의 스캐닝 미러를 포함할 수 있다. 프로젝터(650)는 래스터 스캔(raster scan)(수평 또는 수직으로), 이중 공진 스캔, 또는 이들의 임의의 조합을 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로젝터(650)는 2차원을 따라서 스캔하고 사용자의 눈에 제시되는 매체의 2차원 투사 이미지를 생성하기 위해 특정 발진 주파수로 수평 및/또는 수직 방향을 따라서 제어된 진동을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로젝터(650)는 하나 이상의 스캐닝 미러와 유사하거나 동일한 기능을 제공할 수 있는 렌즈 또는 프리즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 소스 조립체(610)는 프로젝터를 포함하지 않을 수 있으며, 여기서 광원(642)에 의해 방출된 광은 도파관 디스플레이에 직접 입사될 수 있다.
반도체 LED에서, 광자는 통상적으로 활성 영역(예를 들어, 하나 이상의 반도체 층) 내에서 전자와 정공의 재결합을 통해 특정 내부 양자 효율로 생성되며, 여기서, 내부 양자 효율은 광자를 방출하는 활성 영역에서의 복사 전자-정공 재결합의 비율이다. 생성된 광은 그런 다음 특정 방향으로 또는 특정 입체각 내에서 LED로부터 추출될 수 있다. LED로부터 추출된 방출된 광자의 수와 LED를 통과하는 전자의 수 사이의 비는 외부 양자 효율로서 지칭되며, 이는 LED가 주입된 전자를 디바이스로부터 추출된 광자로 얼마나 효율적으로 변환하는지를 설명한다.
외부 양자 효율은 주입 효율, 내부 양자 효율 및 추출 효율에 비례할 수 있다. 주입 효율은 디바이스를 통과한 전자 중 활성 영역으로 주입되는 전자의 비율을 나타낸다. 추출 효율은 디바이스로부터 탈출하는 활성 영역에서 생성된 광자의 비율이다. LED, 특히 물리적 치수가 감소된 마이크로-LED에 대해, 내부 및 외부 양자 효율을 개선하는 것 및/또는 방출 스펙트럼을 제어하는 것은 어려울 수 있다. 일부 실시예에서, 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 반도체 재료의 층들 중 적어도 일부를 포함하는 메사가 형성될 수 있다.
도 7a는 수직 메사 구조를 가지는 LED(700)의 예를 도시한다. LED(700)는 광원(510, 540, 또는 642)에서의 발광기일 수 있다. LED(700)는 반도체 재료의 다수의 층과 같은 무기 재료로 만들어진 마이크로-LED일 수 있다. 적층형 반도체 발광 디바이스는 Ⅲ-V족 반도체 재료의 다수의 층을 포함할 수 있다. Ⅲ-V족 반도체 재료는 질소(N), 인(P), 비소(As) 또는 안티몬(Sb)과 같은 V족 원소와 조합하여, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 또는 인듐(In)과 같은 하나 이상의 Ⅲ족 원소를 포함할 수 있다. Ⅲ-V족 반도체 재료의 V족 원소가 질소를 포함할 때, Ⅲ-V족 반도체 재료는 Ⅲ족-질화물 재료로서 지칭된다. 적층형 반도체 발광 디바이스는 기상 에피택시(VPE), 액상 에피택시(LPE), 분자빔 에피택시(MBE), 또는 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)과 같은 기술을 사용하여 기판 상에 다수의 에피택시 층을 성장시키는 것에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 반도체 재료들의 층은 GaN, GaAs 또는 GaP 기판 또는 사파이어, 탄화규소, 실리콘, 산화아연, 질화붕소, 알루민산리튬, 니오브산리튬, 게르마늄, 질화알루미늄, 갈산리튬, 부분적으로 치환된 스피넬, 또는 베타 LiAlO2 구조를 공유하는 4차 정방정계 산화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기판과 같은 특정 결정 격자 배향(예를 들어, 극성, 비극성 또는 반극성 배향)을 가지는 기판에서 층별로 성장될 수 있으며, 여기에서 기판은 특정 평면을 성장 표면으로서 노출시키기 위해 특정 방향으로 절단될 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. 반도체 층(720)은 기판(710) 상에서 성장될 수 있다. 반도체 층(720)은 GaN과 같은 Ⅲ-V족 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(730)이 반도체 층(720) 상에서 성장되어 활성 영역을 형성할 수 있다. 활성층(730)은 하나 이상의 InGaN 층, 하나 이상의 AlInGaP 층 및/또는 하나 이상의 GaN 층과 같은 Ⅲ-V족 재료를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 양자 우물 또는 MQW와 같은 하나 이상의 헤테로 구조를 형성할 수 있다. 반도체 층(740)은 활성층(730) 상에서 성장될 수 있다. 반도체 층(740)은 GaN과 같은 Ⅲ-V족 재료를 포함할 수 있고, p-도핑(예를 들어, Mg, Ca, Zn 또는 Be로) 또는 n-도핑(예를 들어, Si 또는 Ge로)될 수 있다. 반도체 층(720) 및 반도체 층(740) 중 하나는 p-형 층일 수 있고, 다른 하나는 n-형 층일 수 있다. 반도체 층(720)과 반도체 층(740)은 발광영역을 형성하기 위해 활성층(730)을 사이에 둔다. 예를 들어, LED(700)는 마그네슘으로 도핑된 p-형 GaN 층과 실리콘 또는 산소로 도핑된 n-형 GaN 층 사이에 위치된 InGaN의 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, LED(700)는 아연 또는 마그네슘으로 도핑된 p-형 AlInGaP 층과 셀레늄, 실리콘 또는 텔루륨으로 도핑된 n-형 AlInGaP 층 사이에 위치된 AlInGaP 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자-차단층(EBL)(도 7a에 도시되지 않음)은 활성층(730)과 반도체 층(720) 또는 반도체 층(740) 중 적어도 하나 사이에 층을 형성하도록 성장될 수 있다. EBL은 전자 누설 전류를 감소시키고 LED의 효율을 향상시킨다. 일부 실시예에서, P+ 또는 P++ 반도체 층과 같은 고농도로 도핑된 반도체 층(750)이 반도체 층(740) 상에 형성되어, 오믹 접촉을 형성하고 디바이스의 접촉 임피던스를 감소시키기 위한 접촉 층으로서 작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 층(760)은 고농도로 도핑된 반도체 층(750) 상에 형성될 수 있다. 전도성 층(760)은 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 Al/Ni/Au 막을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 전도성 층(760)은 투명 ITO 층을 포함할 수 있다.
반도체 층(720)(예를 들어, n-GaN 층)과 접촉하고 LED(700)로부터 활성층(730)에 의해 방출된 광을 보다 효율적으로 추출하기 위해, 반도체 재료 층들(고도핑된 반도체 층(750), 반도체 층(740), 활성층(730), 및 반도체 층(720)을 포함하는)은 반도체 층(720)을 노출시키고 층(720-760)들을 포함하는 메사 구조를 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 메사 구조는 디바이스 내에서 캐리어를 제한할 수 있다. 메사 구조를 에칭하는 것은 성장 평면들에 직교할 수 있는 메사 측벽(732)의 형성으로 이어질 수 있다. 패시베이션 층(770)이 메사 구조의 측벽(732)들 상에 형성될 수 있다. 패시베이션 층(770)은 SiO2 층과 같은 산화물 층을 포함할 수 있고, LED(700)로부터 밖으로 방출된 광을 반사하는 반사기로서 역할을 할 수 있다. Al, Au, Ni, Ti, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 금속층을 포함할 수 있는 접촉 층(780)은 반도체 층(720) 상에 형성될 수 있고, LED(700)의 전극으로서 작용할 수 있다. 아울러, Al/Ni/Au 금속층과 같은 다른 접촉 층(790)이 전도성 층(760) 상에 형성될 수 있고, LED(700)의 또 다른 전극으로서 작용할 수 있다.
전압 신호가 접촉 층(780, 790)들에 인가될 때, 전자와 정공은 활성층(730)에서 재결합될 수 있으며, 여기서 전자와 정공의 재결합은 광자 방출을 유발할 수 있다. 방출된 광자들의 파장 및 에너지는 활성층(730)에서의 가전자대와 전도대 사이의 에너지 밴드갭에 의존할 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층은 녹색 또는 청색광을 방출할 수 있고, AlGaN 활성층은 청색 내지 자외선을 방출할 수 있으며, AlInGaP 활성층은 적색, 주황색, 황색 또는 녹색 광을 방출할 수 있다. 방출된 광자는 패시베이션 층(770)에 의해 반사될 수 있고, 상부(예를 들어, 전도성 층(760) 및 접촉 층(790)) 또는 바닥(예를 들어, 기판(710))으로부터 LED(700)를 빠져나갈 수 있다.
일부 실시예에서, LED(700)는 방출된 광을 포커싱 또는 시준하거나 방출된 광을 도파관에 결합하기 위해 기판(710)과 같은 광 방출 표면 상에 렌즈와 같은 하나 이상의 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 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 비곡선 형상(예를 들어, 원추 형상)의 메사를 포함할 수 있다. 메사는 절두형 또는 비절두형일 수 있다.
도 7b는 포물선 메사 구조를 가지는 LED(705)의 예의 단면도이다. LED(700)와 유사하게, LED(705)는 Ⅲ-V족 반도체 재료의 다수의 층과 같은 반도체 재료의 다수의 층을 포함할 수 있다. 반도체 재료 층은 GaN 기판 또는 사파이어 기판과 같은 기판(715) 상에서 에피택셜 성장될 수 있다. 예를 들어, 반도체 층(725)은 기판(715) 상에서 성장될 수 있다. 반도체 층(725)은 GaN과 같은 Ⅲ-V 재료를 포함할 수 있고, p-도핑되거나(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로) 또는 n-도핑될 수 있다(예를 들어, Si 또는 Ge로). 하나 이상의 활성층(735)은 반도체 층(725) 상에 성장될 수 있다. 활성층(735)은 하나 이상의 InGaN층, 하나 이상의 AlInGaP층, 및/또는 하나 이상의 GaN층과 같은 Ⅲ-V족 재료를 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 양자 우물과 같은 하나 이상의 헤테로 구조를 형성할 수 있다. 반도체 층(745)은 활성층(735) 상에서 성장될 수 있다. 반도체 층(745)은 GaN과 같은 Ⅲ-V족 재료를 포함할 수 있고, p-도핑되거나(예를 들어, Mg, Ca, Zn 또는 Be로) 또는 n-도핑될 수 있다(예를 들어, Si 또는 Ge로). 반도체 층(725) 및 반도체 층(745) 중 하나는 p-형 층일 수 있고, 다른 하나는 n-형 층일 수 있다.
반도체 층(725)(예를 들어, n-형 GaN 층)과 접촉하고 활성층(735)에 의해 방출된 광을 LED(705)로부터 보다 효율적으로 추출하기 위해, 반도체 층은 반도체 층(725)을 노출시키고 층(725-745)들을 포함하는 메사 구조를 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 메사 구조는 디바이스의 주입 영역 내에 캐리어를 구속할 수 있다. 메사 구조를 에칭하는 것은 층(725-745)의 결정 성장과 관련된 성장 평면과 평행하지 않거나 일부 경우에 직교할 수 있는 메사 측벽(여기에서 패싯이라고도 함)의 형성으로 이어질 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, LED(705)는 평평한 상단을 포함하는 메사 구조를 가질 수 있다. 유전체 층(775)(예를 들어, SiO2 또는 SiNx)이 메사 구조의 패싯들 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 층(775)은 유전체 재료의 다수의 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속층(795)은 유전체 층(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 재료를 포함할 수 있다. 유전체 층(775) 및 금속층(795)은 기판(715)을 향해 활성층(735)에 의해 방출된 광을 반사할 수 있는 메사 반사기를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 메사 반사기는 방출된 광을 적어도 부분적으로 시준할 수 있는 포물선 반사기로서 작용하도록 포물선 형상일 수 있다.
전기 접점(765) 및 전기 접점(785)은 전극으로서 작용하도록 반도체 층(745) 및 반도체 층(725) 상에 각각 형성될 수 있다. 전기 접점(765) 및 전기 접점(785)은 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 있으며, LED(705)의 전극으로서 작용할 수 있다. 도 7b에 도시된 예에서, 전기 접점(785)은 n-접점일 수 있고, 전기 접점(765)은 p-접점일 수 있다. 전기 접점(765) 및 반도체 층(745)(예를 들어, p-형 반도체 층)은 활성층(735)에 의해 방출된 광을 기판(715)을 향해 다시 반사하기 위한 후면 반사기를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 접점(765) 및 금속층(795)은 동일한 재료(들)를 포함하고, 동일한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 추가적인 전도성 층(도시되지 않음)이 전기 접점(765, 785)과 반도체 층 사이의 중간 전도성 층으로서 포함될 수 있다.
전압 신호가 접점(765, 785)에 인가될 때, 전자들과 정공들은 활성층(735)에서 재결합될 수 있다. 전자와 정공의 재결합은 광자 방출을 유발하고, 그러므로 광을 생성할 수 있다. 방출된 광자들의 파장과 에너지는 활성층(735)의 가전자대와 전도대 사이의 에너지 밴드갭에 의존할 수 있다. 예를 들어, InGaN 활성층은 녹색 또는 청색광을 방출할 수 있는 반면에, AlInGaP 활성층은 적색, 주황색, 황색 또는 녹색 광을 방출할 수 있다. 방출된 광자는 많은 상이한 방향으로 전파될 수 있고, 메사 반사기 및/또는 후면 반사기에 의해 반사될 수 있고, 예를 들어 도 7b에 도시된 바닥측(예를 들어, 기판(715))으로부터 LED(705)를 빠져나갈 수 있다. 렌즈 또는 격자와 같은 하나 이상의 다른 2차 광학 구성요소는 방출된 광을 포커싱하거나 시준하고 및/또는 방출된 광을 도파관에 결합하기 위해 기판(715)과 같은 광 방출 표면에 형성될 수 있다.
도파관 기반 디스플레이 시스템의 전체 효율은 디스플레이 시스템에 있는 개별 구성요소의 효율의 곱일 수 있고, 또한 구성요소가 어떻게 함께 결합되는지에 의존할 수 있다. 단순화된 예에서, 도파관 기반 디스플레이 시스템의 전체 효율(ηtot)은 ηtot=ηEQE ×ηin ×ηout으로서 결정될 수 있으며, 여기서 ηEQE은 마이크로-LED의 외부 양자 효율이고, ηin은 마이크로-LED로부터 도파관으로의 디스플레이 광의 인-결합 효율이며, 디스플레이 시스템에서의 집광 광학 기기(예를 들어, 렌즈)의 집광 효율과 도파관 내로의 집광된 광(예를 들어, 격자 커플러에 의해)의 결합 효율의 곱일 수 있으며, ηout은 도파관으로부터 사용자의 눈을 향한 디스플레이 광의 아웃-결합 효율이다. 그러므로, 전체 효율(ηtot)은 ηEQE, ηin 및 ηout 중 하나 이상을 개선하는 것에 의해 개선될 수 있다.
반도체 LED에서, 광자는 일반적으로 활성 영역(예를 들어, 하나 이상의 반도체 층) 내에서 전자와 정공의 재결합을 통해 특정 내부 양자 효율로 생성되며, 여기서 내부 양자 효율은 광자를 방출하는 활성 영역에서의 전자-정공 재결합의 비율이다. 생성된 광은 그런 다음 특정 방향으로 또는 특정 입체각 내에서 LED로부터 추출될 수 있다. LED로부터 추출된 방출된 광자의 수와 LED를 통과하는 전자의 수 사이의 비는 외부 양자 효율로서 지칭되며, 이는 LED가 주입된 전자를 디바이스로부터 추출된 광자로 얼마나 효율적으로 변환하는지를 설명한다.
일부 실시예에서, 광 추출 효율, 그러므로 외부 양자 효율을 증가시키기 위해, 렌즈와 같은 하나 이상의 다른 광학 구성요소는 LED로부터 밖으로 특정 입체각 내에서 방출된 광을 추출하고 방출된 광을 포커싱하거나 시준하기 위해 기판(710 또는 710')과 같은 광 방출 표면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈 어레이는 마이크로-LED 어레이 상에 형성될 수 있고, 여기서 각각의 마이크로-LED로부터 방출된 광은 하나 또는 하나의 마이크로-렌즈에 의해 집광 및 추출될 수 있고, 시준, 집속, 또는 확장되고, 그런 다음 도파관 기반 디스플레이 시스템에 있는 도파관으로 지향될 수 있다. 마이크로-렌즈는 집광 효율을 증가시키고, 그러므로 디스플레이 시스템의 결합 효율과 전체 효율을 향상시키는 것을 도울 수 있다.
도 8은 마이크로-LED 어레이(820), 및 마이크로-LED 어레이(820)로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈 어레이(840)를 포함하는 디바이스(800)의 예를 도시한다. 마이크로-LED 어레이(820)는 마이크로-LED의 1차원 또는 2차원 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서, 마이크로-LED가 균일하게 분포될 수 있고, 예를 들어 절연체(830), 전도체, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 분리될 수 있다. 마이크로-LED 어레이(820)는 예를 들어 도 7a 및 도 7b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 기판(810) 상에 형성된 에피택셜 구조, 또는 기판(810) 상에 형성된 금속 및/또는 절연체 층을 포함할 수 있다. 절연체(830)들은 예를 들어, 패시베이션 층(예를 들어, 패시베이션 층(770)), 광 반사 층, 충전 재료(예를 들어, 중합체) 등을 포함할 수 있다.
마이크로-렌즈 어레이(840)는 마이크로-LED 어레이(820) 상에 직접 형성되거나 또는 기판 상에 형성되고, 그런 다음 마이크로-LED 어레이(820)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이(840)는 마이크로-LED 어레이(820)의 기판 또는 산화물 층과 같은 마이크로-LED 어레이(820)의 유전체 층(예를 들어, SiO2층)에서 에칭될 수 있거나, 또는 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 산화물 층 또는 중합체 층과 같은 마이크로-LED 어레이(820) 상에 증착된 유전체 층 상에 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 예에서, 마이크로-렌즈 어레이(840)는 마이크로-LED 어레이(820)와 정렬될 수 있으며, 여기서 마이크로-LED 어레이(820)의 피치(822)는 마이크로-렌즈 어레이(840)의 피치(842)와 동일할 수 있고, 마이크로-렌즈 어레이(840)에 있는 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(820)의 각각의 마이크로-LED의 중심과 정렬될 수 있다. 따라서, 대응하는 마이크로 렌즈를 통과한 후 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선은 광축의 방향 또는 마이크로 LED 어레이(820)에 직각인 방향과 같이 동일할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로-렌즈 어레이(840)의 각각의 마이크로-렌즈로부터의 광 빔(850)은 대응하는 마이크로-렌즈의 광축과 정렬된 주광선(852)을 가질 수 있다. 예를 들어, 광 빔(850)의 주광선(852)은 마이크로-렌즈 어레이(840) 또는 마이크로-LED 어레이(820)에 관하여 90°로 있을 수 있다. 대응하는 마이크로-LED로부터 마이크로-렌즈의 초점 길이 및 거리는 광 빔(850)이 시준된 빔, 수렴 빔, 또는 발산 빔일 수 있도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로-LED 어레이(820)의 피치(822)는 마이크로-렌즈 어레이(840)의 피치(842)와 동일할 수 있지만, 마이크로-렌즈 어레이(840)는 마이크로-LED 어레이(820)와 정렬되지 않을 수 있으며, 여기서 마이크로-렌즈 어레이(840)에서의 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(820)에서의 각각의 마이크로-LED의 중심으로부터 오프셋될 수 있다. 이와 같이, 각각의 마이크로-렌즈를 통과한 후의 각각의 광 빔의 주광선은 각각의 마이크로-렌즈의 광축과 정렬되지 않을 수 있다. 그러나, 피치 정합 때문에, 마이크로-렌즈 어레이(840)를 통과한 후 광 빔의 주광선은 동일한 방향일 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-LED로부터 도파관 기반 디스플레이 시스템 내로의 디스플레이 광의 인-결합 효율을 개선하기 위해, 각각의 마이크로-LED로부터의 광이 상이한 각각의 각도로 도파관으로 지향되는 것이 바람직할 수 있다.
도 9는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이(920), 및 마이크로-LED 어레이(920)로부터 광을 추출하고 수렴하기 위한 마이크로-렌즈 어레이(940)를 포함하는 디바이스(900)의 예를 도시한다. 마이크로-LED 어레이(920)는 마이크로-LED의 1차원 또는 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 여기서 마이크로-LED는 균일하게 분포될 수 있고, 예를 들어 절연체(930), 전도체, 또는 전도체와 절연체의 임의의 조합에 의해 분리될 수 있다. 마이크로-LED 어레이(920)는 예를 들어 도 7a 및 도 7b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 기판(910) 상에 형성된 에피택셜 구조를 포함할 수 있다. 절연체(930)는 예를 들어, 패시베이션 층(예를 들어, 패시베이션 층(770)), 광 반사 층, 충전 재료(예를 들어, 중합체) 등을 포함할 수 있다.
마이크로-렌즈 어레이(940)는 마이크로-LED 어레이(920) 상에 직접 형성되거나 기판 상에 형성될 수 있고, 그런 다음 마이크로-LED 어레이(920)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이(940)는 마이크로-LED 어레이(920)의 기판 또는 산화물 층과 같은 마이크로-LED 어레이(920)의 유전체 층(예를 들어, SiO2층)에서 에칭될 수 있거나, 또는 다음에 상세히 기술된 바와 같은 산화물 층 또는 중합체 층과 같은 마이크로-LED 어레이(920) 상에 증착된 유전체 층 상에 형성될 수 있다. 대응하는 마이크로 LED로부터 마이크로 렌즈의 초점 길이 및 거리는 각각의 마이크로 렌즈로부터의 광 빔이 시준 빔, 수렴 빔 또는 발산 빔일 수 있도록 구성될 수 있다.
마이크로-LED 어레이(920)의 피치(922)는 마이크로-렌즈 어레이(940)의 피치(942)와 상이할 수 있고(예를 들어, 더 작거나 더 클 수 있고), 따라서 마이크로-렌즈 어레이(940)에서의 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(920)에서의 각각의 마이크로-LED의 중심으로부터 상이한 거리만큼 오프셋될 수 있다. 이와 같이, 대응하는 마이크로-렌즈를 통과한 후의 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선(950)은 상이할 수 있다. 도 9에 도시된 예에서, 마이크로-LED 어레이(920)의 피치(922)는 마이크로-렌즈 어레이(940)의 피치(942)보다 클 수 있고, 따라서 마이크로-렌즈 어레이(940)에서의 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(920)에서의 각각의 마이크로-LED의 중심으로부터 상이한 거리만큼 오프셋될 수 있다. 오프셋은 마이크로-렌즈의 위치의 함수일 수 있다. 예를 들어, 오프셋은 디바이스(900)의 중심으로부터 마이크로-렌즈의 거리의 함수로서 선형적으로 증가할 수 있고, 따라서 마이크로-LED 어레이(920)의 표면 법선 방향에 대한 마이크로-LED의 주광선(950)의 각도는 디바이스(900)의 중심으로부터 마이크로-LED의 거리가 증가함에 따라서 점진적으로 증가할 수 있다. 그 결과, 대응하는 마이크로-렌즈들을 통과한 후 마이크로-LED로부터의 광의 주광선(950)은 마이크로-LED 어레이(920)의 중간선을 향하여 상이한 방향으로 있을 수 있고, 예에서와 같이 수렴될 수 있다.
도 10은 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이(1020), 및 마이크로-LED 어레이(1020)로부터 광을 추출하고 수렴하기 위한 마이크로-렌즈 어레이(1040)를 포함하는 디바이스(1000)의 예를 도시한다. 마이크로-LED 어레이(1020)는 마이크로-LED의 1차원 또는 2차원 어레이를 포함할 수 있고, 여기서 마이크로-LED는 균일하게 분포될 수 있고, 예를 들어 절연체(1030), 전도체, 또는 전도체와 절연체의 임의의 조합에 의해 분리될 수 있다. 마이크로-LED 어레이(1020)는 예를 들어 도 7a 및 도 7b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 기판(1010) 상에 형성된 에피택셜 구조를 포함할 수 있다. 절연체(1030)는 예를 들어, 패시베이션 층(예를 들어, 패시베이션 층(770)), 광 반사 층, 충전 재료(예를 들어, 중합체) 등을 포함할 수 있다.
마이크로-렌즈 어레이(1040)는 마이크로-LED 어레이(1020) 상에 직접 형성되거나 기판 상에 형성되고, 그런 다음 마이크로-LED 어레이(1020)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이(1040)는 마이크로-LED 어레이(1020)의 기판 또는 산화물 층과 같은 마이크로-LED 어레이(1020)의 유전체 층(예를 들어, SiO2층)에서 에칭될 수 있거나, 또는 다음에 상세히 기술된 바와 같은 산화물 층 또는 중합체 층과 같은 마이크로-LED 어레이(1020) 상에 증착된 유전체 층 상에 형성될 수 있다. 대응하는 마이크로 LED로부터 마이크로 렌즈의 초점 길이 및 거리는 각각의 마이크로 렌즈로부터의 광 빔이 시준 빔, 수렴 빔 또는 발산 빔일 수 있도록 구성될 수 있다.
마이크로-LED 어레이(1020)의 피치(1022)는 마이크로-렌즈 어레이(1040)의 피치(1042)와 상이할 수 있고(예를 들어, 더 작거나 더 클 수 있고), 따라서 마이크로-렌즈 어레이(1040)에서의 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(1020)에서의 각각의 마이크로-LED의 중심으로부터 상이한 거리만큼 오프셋될 수 있다. 이와 같이, 대응하는 마이크로-렌즈를 통과한 후에 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선(1050)은 상이할 수 있다. 도 10에 도시된 예에서, 마이크로-LED 어레이(1020)의 피치(1022)는 마이크로-렌즈 어레이(1040)의 피치(1042)보다 작을 수 있고, 따라서 마이크로-렌즈 어레이(1040)에서의 각각의 마이크로-렌즈의 광축은 마이크로-LED 어레이(1020)에서의 각각의 마이크로-LED의 중심으로부터 상이한 거리만큼 오프셋될 수 있다. 오프셋은 마이크로-렌즈의 위치의 함수일 수 있다. 예를 들어, 오프셋은 디바이스(1000)의 중심으로부터 마이크로-렌즈의 거리의 함수로서 선형적으로 증가할 수 있다. 그 결과, 대응하는 마이크로 렌즈를 통과한 후 마이크로 LED의 주광선(1050)은 상이한 방향으로 있을 수 있으며, 예에서 도시된 바와 같이 발산할 수 있다.
다양한 실시예에서, 마이크로-렌즈 어레이의 피치는 균일하거나 불균일할 수 있다. 예를 들어, 2차원 마이크로-렌즈 어레이의 피치는 직교하는 두 배향으로 균일하거나, 한쪽 방향으로만 균일하거나, 양방향으로 불균일할 수 있다. 피치는 또한 2개의 직교 방향에서 동일하거나 상이할 수 있다.
도 11은 특정 실시예에 따른 2차원 마이크로-LED 어레이(1120), 및 2차원 마이크로-LED 어레이(1120)로부터 광을 추출하기 위한 2차원 마이크로-렌즈 어레이(1130)를 포함하는 디바이스(1100)의 예를 도시한다. 2차원 마이크로-LED 어레이(1120)는 전술한 바와 같이 기판(1110) 상에서 제조된 에피택셜 구조를 포함할 수 있다. 2-D 마이크로-LED 어레이(1120)는 x-방향으로의 피치(1122x) 및 y-방향으로의 피치(1122y)를 특징으로 할 수 있으며, 여기서 피치(1122x) 및 피치(1122y)는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각의 피치(1122x) 및 피치(1122y)는 일정할 수 있거나 2차원 마이크로-LED 어레이(1120)에 걸쳐서 변할 수 있다.
2-D 마이크로-렌즈 어레이(1130)는 2-D 마이크로-LED 어레이(1120) 상에 형성될 수 있고, 여기서 2-D 마이크로-렌즈 어레이(1130)에서의 각각의 마이크로-렌즈는 2-D 마이크로-LED 어레이(1120)에서의 각각의 마이크로-LED에 대응할 수 있다. 2-D 마이크로-렌즈 어레이(1130)는 x-방향으로의 피치(1132x) 및 y-방향으로의 피치(1132y)를 특징으로 할 수 있으며, 여기서 피치(1132x)와 피치(1132y)는 동일하거나 상이할 수 있다. 피치(1132x)는 피치(1122x)와 다를 수 있고 및/또는 피치(1132y)는 피치(1122y)와 다를 수 있다. 전술한 바와 같이, 2차원 마이크로-렌즈 어레이(1130)의 피치는 2개의 직교 방향으로 균일하거나, 한쪽 방향으로만 균일하거나, 또는 1차원 또는 2차원으로 변하는 것과 같이 양방향(예를 들어, x 및/또는 y 방향)으로 불균일할 수 있다.
도 9 및 도 10과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 2-D 마이크로-렌즈 어레이(1130)로부터의 주광선은 피치(1132x)가 피치(1122x)보다 작을 때 x-방향으로 수렴할 수 있고, 피치(1132x)가 피치(1122x)보다 클 때 x-방향으로 발산할 수 있다. 유사하게, 2-D 마이크로-렌즈 어레이(1130)로부터의 주광선은 피치(1132y)가 피치(1122y)보다 작을 때 y-방향으로 수렴할 수 있고, 피치(1132y)가 피치(1122y)보다 클 때 y-방향으로 발산할 수 있다.
전술한 마이크로-렌즈 어레이는 예를 들어 패턴화된 중합체(예를 들어, 포토레지스트)를 리플로우하거나, 포토레지스트에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 노출 선량에 대한 선형 응답을 가지는 그레이 스케일 포토마스크 및 포토레지스트를 사용하여, 및/또는 마이크로-렌즈 어레이의 패턴 및 형상을 유전체 재료 층(예를 들어, 기판 또는 유전체 층)에 전사하기 위해 중합체 또는 포토레지스트를 건식 에칭하여 제조될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다. 도 12a는 기판(1210), 마이크로-LED(1220)의 어레이, 및 인접한 마이크로-LED(1220)들 사이의 절연체 및/또는 전도체(1230)를 포함하는 마이크로-LED 어레이 디바이스의 예를 도시한다. 마이크로-LED(1220)의 어레이의 표면, 및 절연체 및/또는 전도체(1230)는 예를 들어 화학 기계적 폴리싱(CMP), 선택적 에칭 등에 의해 평탄화될 수 있다. 유전체 층(1240)(예를 들어, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 층)은 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자층 증착 등에 의해 마이크로 LED(1220)의 어레이의 평탄화된 표면 상에 증착될 수 있다.
포토레지스트 층(1250)은 예를 들어 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 물리적 기상 증착, 화학 기상 증착, 원자층 증착 등에 의해 유전체 층(1240) 상에 증착될 수 있다. 포토레지스트 층(1250)은 포토레지스트 층(1250)의 노출된 부분의 심도가 노출 선량의 선형 함수인 것과 같이 노출 선량과 상관될 수 있도록 광(예를 들어, 자외선) 노출 선량에 대한 낮은 콘트라스트 또는 선형 응답을 가질 수 있다. 포토레지스트 층(1250)은 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트 층(1250)은 포지티브 포토레지스트 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 광에 노출된 포토레지스트 재료의 부분은 포토레지스트 현상액에 용해될 수 있는 반면, 포토레지스트 재료의 노출되지 않은 부분은 포토레지스트 현상액에 불용성으로 남을 수 있다. 포지티브 포토레지스트 재료는 노출 후 친수성 생성물을 생성할 수 있는 광 분해성 포토레지스트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 포토레지스트 층(1250)은 광중합 포토레지스트 또는 광가교 포토레지스트와 같은 네거티브 포토레지스트 재료를 포함할 수 있으며, 이는 포토레지스트 현상액에 용해되지 않는 중합체 또는 큰 네트워크를 생성하기 위해 광에 노출될 때 중합화 또는 가교결합할 수 있다. 아울러, 포토레지스트 층(1250)에서의 포토레지스트 재료는 하부 유전체 층(1240)을 에칭하는 것과 동일한 에칭 공정에 의해 에칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 포토레지스트 층(1250)에서의 포토레지스트 재료는 포토레지스트 층(1250)에서 남아 있는 포토레지스트 재료의 두께 프로파일이 에칭 공정에 의해 유전체 층(1240)으로 전사될 수 있도록 동일한 에칭 공정을 사용하여 유전체 층(1240)(예를 들어, SiO2 또는 Si3N4)의 에칭 속도와 유사한 에칭 속도를 가질 수 있다.
도 12b는 그레이 스케일 마스크(1260)가 UV 광과 같은 노출 광(1270)에 포토레지스트 층(1250)을 노출시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 도시한다. 도 12b에 도시된 예에서, 포토레지스트 층(1250)은 포지티브 포토레지스트를 포함할 수 있다. 그레이 스케일 마스크(1260)는 광 투과율 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 그레이 스케일 마스크(1260)의 특정 영역은 다른 영역보다 더 높은 투과율을 가질 수 있고, 투과율은 높은 투과율 영역으로부터 낮은 투과율 영역으로 점진적으로 변할 수 있다. 그레이 스케일 마스크(1260)의 광 투과율 프로파일은 마이크로-렌즈의 어레이의 높이 프로파일 또는 광학적 길이 프로파일에 상보적일 수 있다. 노출 광(1270)은 균일한 강도를 가질 수 있다. 따라서, 노출 후에, 포토레지스트 층(1250)의 노출된 부분은 그레이 스케일 마스크(1260)의 광 투과율 프로파일에 대응하는 심도 프로파일을 가질 수 있고, 따라서 마이크로-렌즈의 어레이의 높이 프로파일 또는 광학적 길이 프로파일에 상보적일 수 있다. 포토레지스트 층(1250)의 노출된 부분들은 화학 구조를 변경(예를 들어, 더 작은 분자로 분해)할 수 있어서 현상액에서 더 잘 용해될 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(1250)의 노출되지 않은 부분은 마이크로-렌즈의 어레이의 높이 프로파일 또는 광학적 길이 프로파일과 유사한 두께 프로파일을 가질 수 있고, 포토레지스트 현상액에 불용성으로 남을 수 있다.
도 12c는 마이크로-렌즈(1252)의 어레이가 도 12b에 도시된 광 노출 및 포토레지스트 현상 공정 후에 포토레지스트 층(1250)에 형성될 수 있다는 것을 도시한다. 마이크로-렌즈(1252)의 어레이는 포토레지스트 재료가 유전체 재료와 유사한 에칭 속도를 가지면 유전체 층에서 최종 마이크로-렌즈 어레이의 원하는 두께 프로파일과 유사한 두께 프로파일을 가질 수 있거나, 또는 포토레지스트 재료가 유전체 재료보다 높거나 낮은 에칭 속도를 가지면 유전체 층에서의 최종 마이크로-렌즈 어레이의 원하는 두께 프로파일과 다른(예를 들어, 높거나 더 낮은) 두께 프로파일을 가질 수 있다. 다음에 상세하게 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 포토레지스트 층(1250) 또는 다른 중합체 층에 형성된 마이크로-렌즈(1252)의 어레이는 마이크로-LED(1220)의 어레이로부터 광을 추출하기 위한 마이크로-렌즈로서 사용될 수 있다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 유전체 층(1240)은 사용되지 않을 수 있고, 포토레지스트 층(1250) 또는 다른 중합체 층에 형성된 마이크로-렌즈(1252)의 어레이는 마이크로-LED(1220)의 어레이와 직접 접촉할 수 있다.
도 12d는 유전체 층(1240)에서 마이크로-렌즈(1242)의 어레이를 형성하기 위해, 포토레지스트 재료 및 유전체 재료의 상대적 에칭 속도에 의존하여, 마이크로-렌즈(1252)의 어레이의 두께 프로파일을 유전체 층(1240)에 선형 또는 비선형적으로 전사하도록, 마이크로-렌즈(1252)들의 패턴화된 어레이 및 하부 유전체 층(1240)을 가지는 포토레지스트 층(1250)이 에칭될 수 있다는 것을 도시한다. 에칭은 습식 에칭, 이온 밀링, 플라즈마 기반 반응성 이온 에칭, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 습식 에칭은 일정 범위의 온도 및 농도에서 산, 염기 및 용매의 조합을 사용하는 화학적 에칭을 포함할 수 있다. 이온 밀링은 전자가 가스 원자를 이온화하기에 충분한 에너지로 가스 원자에 충돌하기 위해 가속될 수 있도록 극히 낮은 압력에서 높은 가속 전위를 사용하여 패턴화된 포토레지스트 층의 일부와 하부 유전체 층의 물리적 제거를 포함할 수 있다. 플라즈마 기반 반응성 이온 에칭(RIE)은 패턴화된 포토레지스트 층 및 기판의 부분들을 제거하기 위해 저압 및 전자기장에서 화학적 반응성 플라즈마를 사용할 수 있다. 이들 에칭 기술 중 임의의 기술에서, 포토레지스트 재료의 에칭 속도는 패턴화된 포토레지스트 층의 두께 프로파일을 기판에 전사하기 위해 유전체 재료의 에칭 속도와 유사하거나 필적할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 포토레지스트 층(1250)의 에칭 속도는 유전체 층(1240)의 에칭 속도의 약 0.2 내지 약 5배, 유전체 층(1240)의 에칭 속도의 약 0.3 내지 약 3배, 유전체 층(1240)의 에칭 속도의 약 0.5 내지 약 2배, 유전체 층(1240)의 에칭 속도의 약 0.7 내지 약 1.5배, 기판의 에칭 속도의 약 0.8 내지 약 1.2배 등일 수 있다.
유전체 층(1240)에서의 마이크로-렌즈(1242)의 어레이는 마이크로-LED(1220)의 어레이의 피치와 다른 피치를 가질 수 있다. 도 12d에 도시된 예에서, 유전체 층(1240)에서의 마이크로-렌즈(1242)의 어레이는 마이크로-LED(1220)의 어레이의 피치보다 작은 피치를 가질 수 있고, 따라서 대응하는 마이크로-렌즈(1242)들을 통과한 후 마이크로-LED(1220)로부터의 광의 주광선은 상이한 방향으로 있을 수 있고 도 9에 도시된 바와 같이 수렴할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 특정 실시예에 따른 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시한다. 도 13a는 기판(1310), 마이크로-LED(1320)의 어레이, 및 인접한 마이크로-LED(1320)들 사이의 절연체 및/또는 전도체(1330)들를 포함하는 마이크로-LED 어레이 디바이스의 예를 도시한다. 마이크로-LED(1320)의 어레이의 표면 및 절연체 및/또는 전도체(1330)들은 예를 들어 CMP, 선택적 에칭 등에 의해 평탄화될 수 있다. 유전체 층(1340)(예를 들어, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 층)은 예를 들어, PECVD, ALD 등에 의해 마이크로-LED(1320)의 어레이의 평탄화된 표면 상에 증착될 수 있다.
포토레지스트 층(1350)은 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 물리적 기상 증착, 화학 기상 증착, 원자층 증착 등에 의해 유전체 층(1340) 상에 증착될 수 있다. 포토레지스트 층(1350)은 전술한 바와 같이 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트 재료을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트 층(1350)은 포지티브 포토레지스트 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 광에 노출된 포토레지스트 재료의 부분은 포토레지스트 현상액에 용해될 수 있는 반면에, 포토레지스트 재료의 노출되지 않은 부분은 포토레지스트 현상액에 불용성으로 남을 수 있다. 포토레지스트 층(1350)에서의 포토레지스트 재료는 하부 유전체 층(1340)을 에칭하는 것과 동일한 에칭 공정에 의해 에칭될 수 있다. 포토레지스트 층(1350)에서의 포토레지스트 재료는 포토레지스트 층(1350)에서의 포토레지스트 재료의 두께 프로파일이 에칭 공정에 의해 유전체 층(1340)으로 전사될 수 있도록 동일한 에칭 공정을 사용하여 유전체 층(1340)(예를 들어, SiO2 또는 Si3N4)의 에칭 속도와 유사하거나 필적할만한 에칭 속도를 가질 수 있다.
포토마스크(1360)는 포토레지스트 층(1350)을 UV 광과 같은 노출 광(1370)에 노출시키기 위해 사용될 수 있다. 포토마스크(1360)는 이원 광 투과율 패턴을 가질 수 있으며, 여기서 포토마스크(1360)의 특정 영역은 노출 광(1370)에 대해 투과성일 수 있고, 노출 광(1370)이 통과하는 것을 허용하는 반면에, 다른 영역은 노출 광(1370)에 대해 불투과성일 수 있으며, 그러므로 노출 광(1370)이 포토레지스트 층(1350)의 하부 부분들에 도달하는 것을 차단할 수 있다. 이원 광 투과율 패턴은 이원 격자의 광 투과율과 유사한 광 투과율 프로파일을 가질 수 있으며, 마이크로-LED(1320)의 어레이의 피치보다 작은 격자 주기 또는 피치를 특징으로 할 수 있다. 노출 광(1370)은 균일한 강도를 가질 수 있다. 따라서, 노출 후에, 포토레지스트 층(1350)의 노출된 부분(1352)들은 화학 구조를 변화시킬 수 있고(예를 들어, 더 작은 분자로 분해할 수 있고), 포토레지스트 현상액에 더 잘 용해될 수 있는 반면, 포토레지스트 층(1350)의 노출되지 않은 부분(1354)들은 포토레지스트 현상액에 불용성으로 남을 수 있다.
도 13b는 포토레지스트 재료의 패턴이 도 13a에 도시된 광 노출 및 포토레지스트 현상 공정 후에 포토레지스트 층(1350)에 형성될 수 있다는 것을 도시한다. 포토레지스트 층(1350)의 노출된 부분(1352)들은 포토레지스트 현상 공정 동안 제거될 수 있는 반면, 포토레지스트 층(1350)의 나머지 부분(1354)들은 격자 구조를 형성할 수 있다. 포토마스크(1360)의 투과율 프로파일의 피치가 마이크로-LED(1320)의 어레이의 피치와 다르기 때문에, 포토레지스트 층(1350)의 나머지 부분(1354)에 의해 형성된 격자 구조는 마이크로-LED(1320)의 어레이의 피치로부터의 피치를 가질 수 있다.
도 13c는 포토레지스트 층(1350)의 나머지 부분(1354)이 열 리플로우 공정을 거칠 수 있다는 것을 도시한다. 예를 들어, 포토레지스트 층(1350)의 나머지 부분(1354)들은 포토레지스트가 액화될 수 있도록 포토레지스트 층(1350)의 용융점보다 약간 높은 온도로 마이크로-LED(1320)의 어레이의 상부 또는 저부로부터 가열될 수 있다. 용융된 포토레지스트 재료는 리플로우되어, 액체 포토레지스트 재료의 표면 장력에 의해 지배되는 평형 상태에 도달할 수 있다. 평형 상태는 유전체 층(1340) 표면의 포토레지스트 재료의 접촉각에 의존하여 특정 포토레지스트 체적에 대해 구형 캡일 수 있다. 평형 상태에 도달한 후에, 포토레지스트 재료는 포토레지스트 층(1350)에서 마이크로-렌즈(1356)의 어레이를 형성하기 위해 냉각되고 응고될 수 있다. 마이크로-렌즈(1356)의 어레이는 마이크로-LED(1320)의 어레이로부터 광을 추출하기 위한 마이크로-렌즈들로서 사용될 수 있거나, 또는 하부 유전체 층(1340)을 에칭하기 위한 마스크 층으로서 사용될 수 있다.
도 13d는 유전체 층(1340)에서 마이크로-렌즈(1342)의 어레이를 형성하기 위해 포토레지스트 재료와 유전체 재료의 상대적 에칭 속도에 의존하여, 마이크로-렌즈(1356)의 어레이의 두께 프로파일을 유전체 층(1340)으로 선형 또는 비선형적으로 전사하도록, 마이크로-렌즈(1356)의 어레이를 가지는 포토레지스트 층(1350) 및 하부 유전체 층(1340)이 선택적으로 에칭될 수 있다는 것을 도시한다. 도 12d와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 에칭은 예를 들어 습식 에칭, 이온 밀링, 플라즈마 기반 반응성 이온 에칭, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이들 에칭 기술 중 임의의 기술에서, 포토레지스트 재료의 에칭 속도는 패턴화된 포토레지스트 층의 두께 프로파일을 기판에 전사하기 위해 유전체 재료의 에칭 속도와 유사하거나 필적할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 포토레지스트 층(1350)의 에칭 속도는 유전체 층(1340)의 에칭 속도의 약 0.2 내지 약 5배, 유전체 층(1340)의 에칭 속도의 약 0.3 내지 약 3배, 유전체 층(1340)의 에칭 속도의 약 0.5 내지 약 2배, 유전체 층(1340)의 에칭 속도의 약 0.7 내지 약 1.5배, 유전체 층(1340)의 에칭 속도의 약 0.8 내지 약 1.2배 등일 수 있다.
유전체 층(1340)에서의 마이크로-렌즈(1342)의 어레이는 마이크로-LED(1320)의 어레이의 피치와 다른 피치를 가질 수 있다. 도 13d에 도시된 예에서, 유전체 층(1340)에서의 마이크로-렌즈(1342)의 어레이는 마이크로-LED(1320)의 어레이의 피치보다 작은 피치를 가질 수 있고, 따라서 대응하는 마이크로-렌즈(1342)를 통과한 후 마이크로-LED(1320)들로부터의 광의 주광선은 상이한 방향으로 있을 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 수렴할 수 있다.
도 14는 특정 실시예에 따른 열 리플로우 공정을 사용하여 마이크로-LED 어레이로부터 광 추출을 위한 마이크로-렌즈의 어레이를 제조하기 위한 방법의 예를 도시하는 흐름도(1400)이다. 흐름도(1400)에서 설명된 동작은 단지 예시 목적를 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 다양한 구현예에서, 추가적인 동작을 추가하거나 일부 동작을 생략하기 위해 흐름도(1400)에 대한 변경이 만들어질 수 있다. 흐름도(1400)에서 설명된 동작은 예를 들어 패턴화 시스템, 증착 시스템, 에칭 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 하나 이상의 반도체 제조 시스템에 의해 수행될 수 있다.
블록(1410)에서, 마이크로-LED 어레이는 예를 들어 도 5a, 도 5b, 도 7a 및 도 7b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 제조될 수 있다. 마이크로-LED 어레이d에서의 각각의 마이크로-LED는 예를 들어 GaN, GaAs 또는 GaP 기판, 또는 사파이어, 탄화규소, 실리콘, 산화아연, 질화붕소, 알루민산리튬, 니오브산리튬, 게르마늄, 질화알루미늄, 갈산리튬, 부분 치환 스피넬 또는 베타-LiAlO2 구조를 공유하는 4차 정방정 산화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기판과 같은 특정 결정 격자 배향(예를 들어, 극성, 비극성 또는 반극성 배향)으로 기판 상에서 에피택셜 성장된 GaN, InGaN, AlGaN 또는 AlInGaP 층과 같은 다수의 층을 포함하는 헤테로 구조(예를 들어, MQW)를 포함할 수 있다. 기판은 특정 방향으로 절단되어 특정 평면이 성장 표면으로서 노출될 수 있다. 각각의 마이크로-LED는 임의의 원하는 형상의 메사 구조, 및 전술한 바와 같이 메사 구조를 둘러싸는 패시베이션 층(예를 들어, SiO2 층 및/또는 금속층)을 포함할 수 있다. 인접한 마이크로-LED는 예를 들어 절연 재료 또는 패시베이션 층, 수지 등과 같은 일부 유전체 재료를 가지는 금속에 의해 격리될 수 있다. 각각의 마이크로-LED의 선형 치수는 수 미크론(예를 들어, 약 1-5 ㎛와 같이 약 10 ㎛ 미만) 또는 수십 미크론일 수 있다. 마이크로-렌즈 어레이는 또한 유전체 재료 층에 의해 캡슐화될 수 있다.
선택적으로, 블록(1420)에서, 캡슐화 층의 표면, 기판, 또는 마이크로-LED 어레이에 의해 방출된 광이 추출되도록 통과할 수 있는 다른 표면과 같은 마이크로-LED 어레이의 노출된 표면은 평평하고 평활한 표면을 달성하기 위해 예를 들어 CMP, 선택적 에칭 또는 기타 공정에 의해 평탄화될 수 있다.
선택적으로, 블록(1430)에서, SiO2 또는 SiNx 층과 같은 유전체 층은 예를 들어, PECVD, ALD 등에 의해 마이크로-LED 어레이의 평탄화된 표면 상에 증착될 수 있다. 유전체층의 두께는 제조될 마이크로-렌즈 어레이의 원하는 두께보다 두꺼울 수 있다.
블록(1440)에서, 패턴화된 중합체 층이 유전체 층 상에 형성될 수 있다. 패턴화된 중합체 층에서의 패턴의 피치는 마이크로-LED 어레이의 피치와 약간 다를 수 있어서, 패턴화된 중합체 층에서의 각각의 중심에서 벗어난 중합체 영역의 중심은 마이크로-렌즈 어레이에서의 대응하는 마이크로-LED의 중심과 정렬되지 않을 수 있다. 중합체의 에칭 속도는 패턴화된 중합체 층 아래의 유전체 층의 에칭 속도와 유사하거나 필적할 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체 층은 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트를 포함할 수 있고, 패턴화된 중합체(예를 들어, 포토레지스트) 층에서의 패턴은 예를 들어, 도 13a와 관련하여 위에서 기술된 바와 같이 이원 마스크 및 노출 광(예를 들어, UV 광)을 사용하는 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴화된 중합체 층에서의 패턴은 특정 체적의 중합체가 인접한 위치들 사이의 특정 거리를 가지는 위치들의 1차원 또는 2차원 어레이의 각각의 위치에 증착될 수 있는 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다.
블록(1450)에서, 패턴화된 중합체 층은 리플로우 공정을 거쳐 중합체 재료에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 중합체 층은 패턴화된 중합체 층의 융점보다 약간 높은 온도로 마이크로-LED 어레이의 상부 또는 저부로부터 가열되어서, 중합체 재료는 액화되어 흐르도록 허용될 수 있다. 용융된 중합체 재료는 액체 중합체 재료의 표면 장력으로 인해 리플로우되어 평형 상태에 도달할 수 있다. 평형 상태는 유전체 층의 표면에서의 중합체 재료의 접촉각에 의존하여 특정 중합체 체적을 위한 구형 캡일 수 있다. 평형 상태에 도달한 후에, 중합체 재료는 냉각 및 응고되어, 중합체 재료를 포함하는 마이크로-렌즈의 어레이를 형성할 수 있다. 중합체 재료에 의해 형성된 마이크로-렌즈의 어레이는 마이크로-LED 어레이로부터 광을 추출하기 위한 마이크로-렌즈 어레이로서 사용되거나, 또는 하부 유전체 층을 에칭하기 위한 마스크 층으로서 사용될 수 있다.
선택적으로, 블록(1460)에서, 중합체 재료에서의 마이크로-렌즈 어레이 및 하부 유전체 층은 마이크로-렌즈 어레이를 유전체 층에 전사하기 위해 에칭될 수 있다. 에칭은 예를 들어 이온 밀링, 플라즈마 기반 반응성 이온 에칭(예를 들어, RIE), 또는 다른 건식 에칭 공정을 포함할 수 있다. 중합체 재료의 에칭 속도는 패턴화된 중합체 층의 두께 프로파일을 기판에 보다 선형으로 전사하기 위해 유전체 재료의 에칭 속도와 유사하거나 이에 필적할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 중합체 층의 에칭 속도는 유전체 층의 에칭 속도의 약 0.2 내지 약 5배, 유전체 층의 에칭 속도의 약 0.3 내지 약 3배, 유전체 층의 에칭 속도의 약 0.5 내지 약 2배, 유전체 층의 에칭 속도의 약 0.7 내지 약 1.5배, 유전체 층의 에칭 속도의 약 0.8 내지 약 1.2배 등일 수 있다.
선택적으로, 블록(1470)에서, 반사 방지층이 유전체 층에서의 마이크로-렌즈 어레이 상에 코팅될 수 있다. 반사 방지 층은 특정 굴절률 및/또는 두께를 가지는 하나 이상의 유전체 층(예를 들어, 박막)을 포함할 수 있어서, 하나 이상의 유전체 층의 상이한 경계면에서의 반사는 반사를 감소시키기 위해 파괴적으로 간섭할 수 있다. 예를 들어, 유전체 층은 교대하는 얇은 층들로 오산화탄탈륨(Ta2O5) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유전체 층은 예를 들어 증발 증착, 이온 보조 증착, 플라즈마 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링, ALD 등에 의해 마이크로-렌즈 어레이의 표면 상에 증착될 수 있다.
상술한 LED 및 마이크로-렌즈의 1차원 또는 2차원 어레이들은 웨이퍼 상에서 제조되어 광원(예를 들어, 광원(642))을 형성할 수 있다. 드라이버 회로(예를 들어, 드라이버 회로(644))는 예를 들어 CMOS 공정을 사용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 웨이퍼 상의 LED 및 드라이버 회로는 다이싱되고, 그런 다음 함께 본딩될 수 있거나, 또는 웨이퍼 레벨에서 본딩되고, 그런 다음 다이싱될 수 있다. LED와 드라이버 회로를 본딩하기 위해, 접착제 본딩, 금속-대-금속 본딩, 금속 산화물 본딩, 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩, 다이-대-웨이퍼 본딩, 하이브리드 본딩 등과 같은 다양한 본딩 기술이 사용될 수 있다.
도 15a는 특정 실시예에 따른 LED 어레이를 위한 다이-대-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다. 도 15a에 도시된 예에서, LED 어레이(1501)는 캐리어 기판(1505) 상에 복수의 LED(1507)를 포함할 수 있다. 캐리어 기판(1505)은 GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. LED(1507)들은, 예를 들어, 본딩을 수행하기 전에 다양한 에피택셜 층을 성장시키고, 메사 구조를 형성하고, 전기 접점 또는 전극을 형성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 에피택셜 층은 GaN, InGaN, (AlGaIn)P, (AlGaIn)AsP, (AlGaIn)AsN, (AlGaIn)Pas, (Eu:InGa)N, (AlGaIn)N 등과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있으며, n-형 층, p-형 층, 및 하나 이상의 양자 우물 또는 MQW와 같은 하나 이상의 헤테로 구조를 포함하는 활성층을 포함할 수 있다. 전기 접점은 금속 또는 금속 합금과 같은 다양한 전도성 재료를 포함할 수 있다.
웨이퍼(1503)는 그 위에 제조된 수동 또는 능동 집적 회로(예를 들어, 드라이버 회로(1511)들)를 가지는 베이스 층(1509)을 포함할 수 있다. 베이스 층(1509)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 드라이버 회로(1511)들은 LED(1507)의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 LED(1507)를 위한 드라이버 회로는 2개의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 가지는 2T1C 픽셀 구조를 포함할 수 있다. 웨이퍼(1503)는 또한 본딩 층(1513)을 포함할 수 있다. 본딩 층(1513)은 금속, 산화물, 유전체, CuSn, AuTi 등과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴화된 층(1515)은 본딩 층(1513)의 표면 상에 형성될 수 있고, 여기서 패턴화된 층(1515)은 Cu, Ag, Au, Al 등과 같은 전도성 재료로 제조된 금속 그리드를 포함할 수 있다.
LED 어레이(1501)는 본딩 층(1513) 또는 패턴화된 층(1515)을 통해 웨이퍼(1503)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 층(1515)은 LED 어레이(1501)의 LED(1507)를 웨이퍼(1503) 상의 대응하는 드라이버 회로(1511)와 정렬하는데 사용되는, CuSn, AuSn 또는 나노다공성 Au와 같은 다양한 재료로 제조된 금속 패드 또는 범프를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, LED 어레이(1501)는 LED(1507)가 드라이버 회로(1511)들에 대응하는 각각의 금속 패드 또는 범프와 접촉할 때까지 웨이퍼(1503)를 향해 보내질 수 있다. LED(1507)들의 일부 또는 전부는 드라이버 회로(1511)들과 정렬될 수 있고, 그런 다음 금속-대-금속 본딩과 같은 다양한 본딩 기술에 의해 패턴화된 층(1515)을 통해 웨이퍼(1503)에 본딩될 수 있다. LED(1507)들이 웨이퍼(1503)에 본딩된 후, 캐리어 기판(1505)은 LED(1507)들로부터 제거될 수 있다.
도 15b는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩 방법의 예를 도시한다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(1502)는 기판(1504), 제1 반도체 층(1506), 활성층(1508)들, 및 제2 반도체 층(1510)을 포함할 수 있다. 기판(1504)은 GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 제1 반도체 층(1506), 활성층(1508)들, 및 제2 반도체 층(1510)은 GaN, InGaN, (AlGaIn)P, (AlGaIn)AsP, (AlGaIn)AsN, (AlGaIn)Pas, (Eu:InGa)N, (AlGaIn)N 등과 같은 다양한 반도체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 반도체 층(1506)은 n-형 층일 수 있고, 제2 반도체 층(1510)은 p-형 층일 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 층(1506)은 n-도핑된 GaN 층(예를 들어, Si 또는 Ge로 도핑된)일 수 있고, 제2 반도체 층(1510)은 p-도핑된 GaN 층(예를 들어, Mg, Ca, Zn, 또는 Be로 도핑된)일 수 있다. 활성층(1508)들은 예를 들어 하나 이상의 양자 우물 또는 MQW와 같은 하나 이상의 헤테로 구조를 형성할 수 있는 하나 이상의 GaN 층, 하나 이상의 InGaN 층, 하나 이상의 AlInGaP 층 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 웨이퍼(1502)는 또한 본딩 층을 포함할 수 있다. 본딩 층(1512)은 금속, 산화물, 유전체, CuSn, AuTi 등과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 본딩 층(1512)은 p-접점 및/또는 n-접점(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(1504)과 제1 반도체 층(1506) 사이의 버퍼층과 같은 다른 층이 제1 웨이퍼(1502) 상에 포함될 수도 있다. 버퍼층은 다결정질 GaN 또는 AlN과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 층이 제2 반도체 층(1510)과 본딩 층(1512) 사이에 있을 수 있다. 접촉 층은 제2 반도체 층(1510) 및/또는 제1 반도체 층(1506)에 전기 접점을 제공하기 위한 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다.
제1 웨이퍼(1502)는 본딩 층(1513) 및/또는 본딩 층(1512)을 통해 전술한 바와 같이 드라이버 회로(1511) 및 본딩 층(1513)을 포함하는 웨이퍼(1503)에 본딩될 수 있다. 본딩 층(1512) 및 본딩 층(1513)은 동일한 재료 또는 상이한 재료들로 만들어질 수 있다. 본딩 층(1513) 및 본딩 층(1512)은 실질적으로 평평할 수 있다. 제1 웨이퍼(1502)는 금속-대-금속 본딩, 공융 본딩, 금속 산화물 본딩, 양극 본딩, 열압축 본딩, 자외선(UV) 본딩, 및/또는 융합 본딩과 같은 다양한 방법에 의해 웨이퍼(1503)에 본딩될 수 있다.
도 15b에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(1502)는 아래로 향한(즉, 웨이퍼(1503)를 향한) 제1 웨이퍼(1502)의 p-측(예를 들어, 제2 반도체 층(1510))과 함께 웨이퍼(1503)에 본딩될 수 있다. 본딩 후에, 기판(1504)은 제1 웨이퍼(1502)로부터 제거될 수 있고, 제1 웨이퍼(1502)는 n-측으로부터 처리될 수 있다. 처리는 예를 들어 개별 LED에 대한 특정 메사 형상의 형성뿐만 아니라 개별 LED에 대응하는 광학 구성요소의 형성을 포함할 수 있다.
도 16a 내지 도 16d는 특정 실시예에 따른 LED의 어레이를 위한 하이브리드 본딩 방법의 예를 도시한다. 하이브리드 본딩은 일반적으로 웨이퍼 세정 및 활성화, 하나의 웨이퍼의 접점과 다른 웨이퍼의 접점의 고정밀 정렬, 실온에서 웨이퍼들의 표면에서의 유전체 재료의 유전체 본딩, 상승된 온도에서 어닐링에 의한 접점들의 금속 본딩을 포함할 수 있다 도 16a는 그 위에 제조된 수동 또는 능동 회로(1620)를 가지는 기판(1610)을 도시한다. 도 15a 및 도 15b와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 기판(1610)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 회로(1620)는 LED의 어레이를 위한 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 본딩 층은 전기 상호 접속부(1622)를 통해 회로(1620)에 연결된 유전체 영역(1640)들 및 접촉 패드(1630)들을 포함할 수 있다. 접촉 패드(1630)들은 예를 들어 Cu, Ag, Au, Al, W, Mo, Ni, Ti, Pt, Pd 등을 포함할 수 있다. 유전체 영역(1640)에서의 유전체 재료는 SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. 본딩 층은 예를 들어 화학 기계적 폴리싱을 사용하여 평탄화되고 폴리싱될 수 있으며, 여기서 평탄화 또는 폴리싱은 접촉 패드들에서 디싱(dishing)(주발형 프로파일)을 유발할 수 있다. 본딩 층들의 표면은 예를 들어 이온(예를 들어, 플라즈마) 또는 고속 원자(예를 들어, Ar) 빔(1605)에 의해 세정 및 활성화될 수 있다. 활성화된 표면은 원자적으로 깨끗할 수 있고, 예를 들어 실온에서 웨이퍼들이 접촉될 때 웨이퍼들 사이의 직접 본딩의 형성을 위해 반응성일 수 있다.
도 16b는 예를 들어 도 7a 및 도 7b와 관련하여 전술한 바와 같이 그 위에 제조된 마이크로-LED(1670)의 어레이를 포함하는 웨이퍼(1650)를 도시한다. 웨이퍼(1650)는 캐리어 웨이퍼일 수 있고, 예를 들어, GaAs, InP, GaN, AlN, 사파이어, SiC, Si 등을 포함할 수 있다. 마이크로-LED(1670)들은 웨이퍼(1650) 상에 에피택셜 성장된 n-형 층, 활성 영역, 및 p-형 층을 포함할 수 있다. 에피택셜 층들은 전술한 바와 같이 다양한 Ⅲ-V족 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 실질적으로 수직 구조, 포물선 구조, 원추 구조 등과 같은 에피택셜 층에서의 메사 구조를 에칭하기 위해 p-형 층으로부터 처리될 수 있다. 패시베이션 층들 및/또는 반사층들은 메사 구조들의 측벽에 형성될 수 있다. p-접점(1680)들 및 n-접점(1682)들은 메사 구조 상에 증착된 유전체 재료 층(1660)에 형성될 수 있고, p-형 층 및 n-형 층과의 전기 접점을 각각 만들 수 있다. 유전체 재료 층(1660)에서의 유전체 재료는 예를 들어, SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. p-접점(1680)들 및 n-접점(1682)들은 예를 들어 Cu, Ag, Au, Al, W, Mo, Ni, Ti, Pt, Pd 등을 포함할 수 있다. p-접점(1680)들, n-접점(1682)들, 및 유전체 재료 층(1660)의 상부 표면들은 본딩 층을 형성할 수 있다. 본딩 층은 예를 들어, 화학 기계적 폴리싱을 사용하여 평탄화되고 폴리싱될 수 있으며, 여기서 폴리싱은 p-접점(1680)들 및 n-접점(1682)들에서 디싱을 유발할 수 있다. 본딩 층은 예를 들어 이온(예를 들어, 플라즈마) 또는 고속 원자(예를 들어, Ar) 빔(1615)에 의해 세정 및 활성화될 수 있다. 활성화된 표면은 원자적으로 깨끗할 수 있고, 예를 들어 실온에서 웨이퍼들이 접촉될 때 웨이퍼들 사이의 직접 본딩의 형성을 위해 반응성일 수 있다.
도 16c는 본딩 층에서 유전체 재료를 본딩하기 위한 실온 본딩 공정을 도시한다. 예를 들어, 유전체 영역(1640)들 및 접촉 패드(1630)들을 포함하는 본딩 층, 및 p-접점(1680)들, n-접점(1682)들, 및 유전체 재료 층(1660)을 포함하는 본딩 층이 표면 활성화된 후에, 웨이퍼(1650) 및 마이크로-LED(1670)들은 거꾸로 뒤집혀서 기판(1610) 및 그 위에 형성된 회로와 접촉하게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 압축 압력(1625)이 기판(1610) 및 웨이퍼(1650)에 인가될 수 있어서, 본딩 층들은 서로에 대해 가압될 수 있다. 접점들에서의 표면 활성화 및 디싱으로 인해, 유전체 영역(1640)들과 유전체 재료 층(1660)은 표면 인력으로 인해 직접 접촉할 수 있고, 표면 원자가 댕글링 본딩(dangling bond)을 가질 수 있기 때문에 그 사이에서 반응 하여 화학 결합을 형성할 수 있으며, 활성화 후에 불안정한 에너지 상태에 있을 수 있다. 그러므로, 유전체 영역(1640)에서의 유전체 재료들 및 유전체 재료 층(1660)은 열처리 또는 압력 없이 또는 함께 본딩될 수 있다.
도 16d는 본딩 층에서 유전체 재료를 본딩한 후 본딩 층에서 접점들을 본딩하기 위한 어닐링 공정을 예시한다. 예를 들어, 접촉 패드(1630)들과 p-접점(1680)들 또는 n-접점(1682)들은 예를 들어 약 200-400℃ 이상에서 어닐링에 의해 함께 본딩될 수 있다. 어닐링 공정 동안, 열(1635)은 접점들이 유전체 재료보다 더 많이 확장하게 할 수 있고(상이한 열 팽창 계수들로 인해), 그러므로 접촉 패드(1630)들과 p-접점(1680)들 또는 n-접점(1682)들이 접촉하여 활성화된 표면에서 직접적인 금속 본딩을 형성할 수 있도록, 접점들 사이의 디싱 갭(dishing gap)들을 폐쇄할 수 있다.
2개의 본딩된 웨이퍼가 상이한 열팽창 계수(CTE)를 가지는 재료를 포함하는 일부 실시예에서, 실온에서 본딩된 유전체 재료들은 상이한 열 팽창에 의해 유발되는 접촉 패드들의 오정렬을 감소시키거나 방지하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 어닐링 동안 고온에서 접촉 패드들의 오정렬을 추가로 감소시키거나 피하기 위해, 트렌치들은 본딩 전에 마이크로-LED들 사이, 마이크로-LED의 그룹들 사이, 기판의 일부 또는 전부를 통하는 등에 의해 형성될 수 있다.
마이크로-LED들이 드라이버 회로에 본딩된 후에, 마이크로-LED들이 제조되는 기판은 얇아지거나 제거될 수 있고, 예를 들어, 마이크로-LED들의 활성 영역으로부터 방출되는 광을 추출, 시준 및 방향 전환하기 위해, 다양한 2차 광학 구성요소가 마이크로-LED의 광 방출 표면 상에 제조될 수 있다. 하나의 예에서, 마이크로-렌즈가 마이크로-LED 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 실시예에서, 2차 광학 구성요소는 마이크로-LED들의 기판 또는 n-형 층에서 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 2차 광학 구성요소들은 마이크로-LED들의 n-형 측에 증착된 유전체 층에서 제조될 수 있다. 2차 광학 구성요소들의 예는 렌즈, 격자, 반사 방지(AR) 코팅, 프리즘, 광결정 등을 포함할 수 있다.
도 17은 특정 실시예에 따른 2차 광학 구성요소들이 그 위에 제조되는 LED 어레이(1700)의 예를 도시한다. LED 어레이(1700)는 예를 들어 도 15a 내지 도 16d와 관련하여 위에서 설명된 임의의 적절한 본딩 기술을 사용하여 그 위에 제조된 전기 회로를 포함하는 실리콘 웨이퍼와 LED 칩 또는 웨이퍼를 본딩하는 것에 의해 만들어질 수 있다. 도 17에 도시된 예에서, LED 어레이(1700)는 도 16a 내지 도 16d와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 웨이퍼-대-웨이퍼 하이브리드 본딩 기술을 사용하여 본딩될 수 있다. LED 어레이(1700)는 예를 들어, 실리콘 웨이퍼일 수 있는 기판(1710)을 포함할 수 있다. LED 드라이버 회로와 같은 집적 회로(1720)는 기판(1710) 상에 제조될 수 있다. 집적 회로(1720)는 상호 접속부(1722)들 및 접촉 패드(1730)들을 통해 마이크로-LED(1770)들의 p-접점(1774)들 및 n-접점(1772)들에 연결될 수 있으며, 여기서 접촉 패드(1730)들은 p-접점(1774)들 및 n-접점(1772)들과의 금속 본딩을 형성할 수 있다. 기판(1710) 상의 유전체 층(1740)은 융합 본딩을 통해 유전체 층(1760)에 결합될 수 있다.
LED 칩 또는 웨이퍼의 기판(도시되지 않음)은 마이크로-LED(1770)들의 n-형 층(1750)을 노출시키기 위해 얇아지거나 제거될 수 있다. 구형 마이크로-렌즈(1782), 격자(1784), 마이크로-렌즈(1786), 반사 방지층(1788) 등과 같은 다양한 2차 광학 구성요소는 n-형 층(1750) 내부 또는 상부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 구면 마이크로-렌즈 어레이들은 노출 광에 대한 선형 응답을 가지는 그레이 스케일 마스크 및 포토레지스트를 사용하거나 또는 패턴화된 포토레지스트 층의 열 리플로우에 의해 형성된 에칭 마스크를 사용하여 마이크로-LED(1770)들의 반도체 재료들에서 에칭될 수 있다. 2차 광학 구성요소는 유사한 포토리소그래피 기술 또는 다른 기술을 사용하여 n-형 층(1750) 상에 증착된 유전체 층에서 또한 에칭될 수 있다. 예를 들어, 마이크로-렌즈 어레이들은 이원 마스크를 사용하여 패턴화된 중합체 층의 열 리플로우를 통해 중합체 층에서 형성될 수 있다. 중합체 층에서의 마이크로-렌즈 어레이들은 2차 광학 구성요소들로서 사용될 수 있거나, 또는 마이크로-렌즈 어레이들의 프로파일을 유전체 층 또는 반도체 층으로 전사하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 유전체 층은 예를 들어, SiCN, SiO2, SiN, Al2O3, HfO2, ZrO2, Ta2O5 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-LED(1770)는 마이크로-렌즈 및 반사 방지 코팅, 반도체 재료에서 에칭된 마이크로-렌즈 및 유전체 재료 층에서 에칭된 마이크로-렌즈, 마이크로-렌즈와 격자, 구면 렌즈와 비구면 렌즈 등과 같은 다수의 대응하는 2차 광학 구성요소들을 가질 수 있다. 3개의 상이한 2차 광학 구성요소는 마이크로-LED(1770)들에서 형성될 수 있는 2차 광학 구성요소의 일부 예를 도시하기 위해 가 도 17에 도시되어 있으며, 이는 다른 2차 광학 구성요소들이 모든 LED 어레이에 대해 동시에 사용된다는 것을 의미할 필요는 없다.
도 18은 본 명세서에 개시된 예들 중 일부를 구현하기 위한 예시적인 근안 디스플레이(예를 들어, HMD 디바이스)의 예시적인 전자 시스템(1800)의 단순화된 블록도이다. 전자 시스템(1800)은 위에서 설명된 HMD 디바이스 또는 다른 근안 디스플레이의 전자 시스템으로서 사용될 수 있다. 이 예에서, 전자 시스템(1800)은 하나 이상의 프로세서(들)(1810) 및 메모리(1820)를 포함할 수 있다. 프로세서(들)(1810)는 다수의 구성요소에서 동작을 수행하기 위한 명령어를 실행하도록 구성될 수 있고, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스 내에서 구현하기에 적합한 범용 프로세서 또는 마이크로 프로세서일 수 있다. 프로세서(들)(1810)는 전자 시스템(1800) 내의 복수의 구성요소와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 이러한 통신 연결을 실현하기 위해, 프로세서(들)(1810)는 버스(1840)를 통해 다른 예시된 구성요소와 통신할 수 있다. 버스(1840)는 전자 시스템(1800) 내에서 데이터를 전달하는데 적합한 임의의 서브 시스템일 수 있다. 버스(1840)는 데이터를 전달하기 위한 복수의 컴퓨터 버스 및 추가 회로를 포함할 수 있다.
메모리(1820)는 프로세서(들)(1810)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리(1820)는 단기 및 장기 저장을 모두 제공할 수 있고, 여러 유닛으로 분할될 수 있다. 메모리(1820)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 및/또는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)와 같은 휘발성 및/또는 읽기 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성일 수 있다. 또한, 메모리(1820)는 보안 디지털(SD) 카드와 같은 제거 가능한 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 메모리(1820)는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 및 전자 시스템(1800)을 위한 기타 데이터의 저장을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리(1820)는 상이한 하드웨어 모듈로 분산될 수 있다. 명령어 및/또는 코드의 세트는 메모리(1820)에 저장될 수 있다. 명령어는 전자 시스템(1800)에 의해 실행될 수 있는 실행 코드의 형태를 취할 수 있고, 및/또는 전자 시스템(1800)에 컴파일링 및/또는 설치시에(예를 들어, 일반적으로 이용 가능한 다양한 컴파일러, 설치 프로그램, 압축/압축 해제 유틸리티 등을 사용하여) 실행 가능한 코드의 형태를 취할 수 있는 소스 및/또는 설치 가능한 코드의 형태를 취할 수 있다.
일부 실시예에서, 메모리(1820)는 다수의 애플리케이션을 포함할 수 있는 복수의 애플리케이션 모듈(1822 내지 1824)을 저장할 수 있다. 애플리케이션의 예들은 게임 애플리케이션, 회의 애플리케이션, 비디오 재생 애플리케이션 또는 기타 적절한 애플리케이션을 포함할 수 있다. 애플리케이션은 심도 감지 기능 또는 눈 추적 기능이 포함될 수 있다. 애플리케이션 모듈(1822-1824)들은 프로세서(들)(1810)에 의해 실행될 특정 명령어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 애플리케이션 또는 애플리케이션 모듈(1822-1824)의 부분들은 다른 하드웨어 모듈(1880)들에 의해 실행될 수 있다. 특정 실시예에서, 메모리(1820)는 추가적으로 보안 정보에 대한 복사 또는 기타 무단 액세스를 방지하기 위한 추가 보안 제어를 포함할 수 있는 보안 메모리를 포함한다.
일부 실시예에서, 메모리(1820)는 그 안에 로드된 운영 체제(1825)를 포함할 수 있다. 운영 체제(1825)는 애플리케이션 모듈(1822-1824)에 의해 제공되는 명령어의 실행을 개시하고 및/또는 하나 이상의 무선 트랜시버를 포함할 수 있는 무선 통신 서브 시스템(1830)과의 인터페이스 뿐만 아니라 다른 하드웨어 모듈(1880)을 관리하도록 동작 가능할 수 있다. 운영 체제(1825)는 스레딩, 자원 관리, 데이터 저장 제어 및 기타 유사한 기능을 포함하는 다른 동작을 전자 시스템(1800)의 구성요소에 걸쳐 수행하도록 적응될 수 있다.
무선 통신 서브 시스템(1830)은 예를 들어 적외선 통신 디바이스, 무선 통신 디바이스 및/또는 칩셋(Bluetooth® 디바이스, IEEE 802.11 디바이스, Wi-Fi 디바이스, WiMax 디바이스, 셀룰러 통신 설비 등) 및/또는 유사한 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 전자 시스템(1800)은 무선 통신 서브 시스템(1830)의 일부로서 또는 시스템의 임의의 부분에 결합된 별도의 구성 요소로서 무선 통신을 위한 하나 이상의 안테나(1834)를 포함할 수 있다. 원하는 기능에 의존하여, 무선 통신 서브 시스템(1830)은 무선 광역 네트워크(WWAN), 무선 근거리 통신망(WLAN) 또는 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)와 같은 상이한 데이터 네트워크들 및/또는 네트워크 유형과의 통신을 포함할 수 있는 베이스 트랜시버 스테이션 및 기타 무선 디바이스 및 액세스 포인트와 통신하기 위한 별도의 트랜시버를 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 명세서에서 설명된 기술은 또한 WWAN, WLAN 및/또는 WPAN의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있다. 무선 통신 서브 시스템(1830)은 데이터가 네트워크, 다른 컴퓨터 시스템, 및/또는 본 명세서에서 설명된 임의의 다른 디바이스와 교환되는 것을 허용할 수 있다. 무선 통신 서브 시스템(1830)은 안테나(들)(1834) 및 무선 링크(들)(1832)를 사용하여 HMD 디바이스의 식별자, 위치 데이터, 지리학적 지도, 열 지도, 사진 또는 비디오와 같은 데이터를 전송 또는 수신하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 무선 통신 서브 시스템(1830), 프로세서(들)(1810), 및 메모리(1820)는 함께 본 명세서에서 개시된 일부 기능을 수행하기 위한 수단 중 하나 이상의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
전자 시스템(1800)의 실시예는 또한 하나 이상의 센서(1890)를 포함할 수 있다. 센서(들)(1890)는 예를 들어, 이미지 센서, 가속도계, 압력 센서, 온도 센서, 근접 센서, 자력계, 자이로스코프, 관성 센서(예를 들어, 가속도계와 자이로스코프를 결합한 모듈), 주변광 센서, 또는 심도 센서 또는 위치와 같은 감각 출력을 제공하고 및/또는 감각 입력을 수신하도록 동작 가능한 기타 유사한 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 센서(들)(1890)는 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU) 및/또는 하나 이상의 위치 센서를 포함할 수 있다. IMU는 위치 센서 중 하나 이상으로부터 수신된 측정 신호에 기초하여 HMD 디바이스의 초기 위치에 관한 HMD 디바이스의 추정된 위치를 나타내는 교정 데이터를 생성할 수 있다. 위치 센서는 HMD 디바이스의 모션에 응답하여 하나 이상의 측정 신호를 생성할 수 있다. 위치 센서의 예는 하나 이상의 가속도계, 하나 이상의 자이로스코프, 하나 이상의 자력계, 모션을 검출하는 다른 적절한 유형의 센서, IMU의 오류 보정을 위해 사용되는 센서의 유형, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 위치 센서는 IMU 외부, IMU 내부 또는 이들의 조합에 위치될 수 있다. 적어도 일부 센서는 감지를 위해 구조화된 광 패턴을 사용할 수 있다.
전자 시스템(1800)은 디스플레이 모듈(1860)을 포함할 수 있다. 디스플레이 모듈(1860)은 근안 디스플레이일 수 있고, 전자 시스템(1800)으로부터 사용자에게 이미지, 비디오, 및 다양한 명령어과 같은 정보를 그래픽으로 나타낼 수 있다. 이러한 정보는 하나 이상의 애플리케이션 모듈(1822-1824), 가상 현실 엔진(1826), 하나 이상의 다른 하드웨어 모듈(1880), 이들의 조합, 또는 사용자를 위한 그래픽 콘텐츠를 해결하기 위한 임의의 다른 적절한 수단으로부터 파생될 수 있다(예를 들어, 운영 체제(1825)에 의해). 디스플레이 모듈(1860)은 LCD 기술, LED 기술(예를 들어, OLED, ILED, μ-LED, AMOLED, TOLED 등을 포함하는), 발광 중합체 디스플레이(LPD) 기술, 또는 일부 다른 디스플레이 기술을 사용할 수 있다.
전자 시스템(1800)은 사용자 입력/출력 모듈(1870)을 포함할 수 있다. 사용자 입력/출력 모듈(1870)은 사용자가 전자 시스템(1800)에 행위 요청을 전송하는 것을 허용할 수 있다. 행위 요청은 특정 행위를 수행하기 위한 요청일 수 있다. 예를 들어, 행위 요청은 애플리케이션을 시작 또는 종료하거나 애플리케이션 내에서 특정 행위를 수행하게 하는 것일 수 있다. 사용자 입력/출력 모듈(1870)은 하나 이상의 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 입력 디바이스는 터치스크린, 터치 패드, 마이크(들), 버튼(들), 다이얼(들), 스위치(들), 키보드, 마우스, 게임 컨트롤러, 또는 행위 요청을 수신하고 수신된 행위 요청을 전자 시스템(1800)에 통신하기 위한 임의의 다른 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 입력/출력 모듈(1870)은 전자 시스템(1800)으로부터 수신된 명령어에 따라서 사용자에게 촉각적 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 촉각적 피드백은 행위 요청이 수신되었거나 수행되었을 때 제공될 수 있다.
전자 시스템(1800)은 예를 들어 사용자의 눈 위치를 추적하기 위해 사용자의 사진 또는 비디오를 촬영하는데 사용될 수 있는 카메라(1850)를 포함할 수 있다. 카메라(1850)는 또한 예를 들어 VR, AR 또는 MR 애플리케이션을 위해 환경의 사진 또는 비디오를 촬영하는데 사용될 수 있다. 카메라(1850)는 예를 들어, 수백만 또는 수천만 픽셀을 가지는 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 카메라(1850)는 3-D 이미지를 캡처하는데 사용될 수 있는 2개 이상의 카메라를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 시스템(1800)은 복수의 다른 하드웨어 모듈(1880)을 포함할 수 있다. 다른 하드웨어 모듈(1880)의 각각은 전자 시스템(1800) 내의 물리적 모듈일 수 있다. 다른 하드웨어 모듈(1880)의 각각은 구조로서 영구적으로 구성될 수 있지만, 다른 하드웨어 모듈(1880) 중 일부는 특정 기능을 수행하도록 일시적으로 구성되거나 일시적으로 활성화될 수 있다. 다른 하드웨어 모듈(1880)의 예는 예를 들어 오디오 출력 및/또는 입력 모듈(예를 들어, 마이크 또는 스피커), 근거리 통신(NFC) 모듈, 충전식 배터리, 배터리 관리 시스템, 유선/무선 배터리 충전 시스템 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 하드웨어 모듈(1880)의 하나 이상의 기능은 소프트웨어로 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 시스템(1800)의 메모리(1820)는 가상 현실 엔진(1826)을 또한 저장할 수 있다. 가상 현실 엔진(1826)은 전자 시스템(1800) 내의 애플리케이션을 실행하고, 다양한 센서로부터 HMD 디바이스의 위치 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 위치, 또는 이것들의 임의의 조합을 수신할 수 있다. 일부 실시예에서, 가상 현실 엔진(1826)에 의해 수신된 정보는 디스플레이 모듈(1860)에 대한 신호(예를 들어, 디스플레이 명령어)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 좌측을 보았다는 것을 수신된 정보가 나타내면, 가상 현실 엔진(1826)은 가상 환경에서 사용자의 움직임을 미러링하는 HMD 디바이스에 대한 콘텐츠를 생성할 수 있다. 추가적으로, 가상 현실 엔진(1826)은 사용자 입력/출력 모듈(1870)로부터 수신된 행위 요청에 응답하여 애플리케이션 내에서 행위를 수행하고 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 제공된 피드백은 시각적, 청각적 또는 촉각적 피드백일 수 있다. 일부 구현예에서, 프로세서(들)(1810)는 가상 현실 엔진(1826)을 실행할 수 있는 하나 이상의 GPU를 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 전술한 하드웨어 및 모듈은 단일 디바이스 또는 유선 또는 무선 연결을 사용하여 서로 통신할 수 있는 다수의 디바이스에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, GPU, 가상 현실 엔진(1826) 및 애플리케이션(예를 들어, 추적 애플리케이션)과 같은 일부 구성요소 또는 모듈은 머리 착용 디스플레이 디바이스와 별개인 콘솔에서 구현될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나의 콘솔은 하나 이상의 HMD에 연결되거나 지지될 수 있다.
대안적인 구성에서, 상이한 및/또는 추가의 구성요소가 전자 시스템(1800)에 포함될 수 있다. 유사하게, 구성요소 중 하나 이상의 기능은 위에서 설명된 방식과 상이한 방식으로 구성요소 사이에 분포될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전자 시스템(1800)은 AR 시스템 환경 및/또는 MR 환경과 같은 다른 시스템 환경을 포함하도록 변경될 수 있다.
위에서 논의된 방법, 시스템 및 디바이스는 예들이다. 다양한 실시예는 다양한 절차 또는 구성요소를 적절하게 생략, 대체 또는 추가할 수 있다. 예를 들어, 대안적인 구성에서, 설명된 방법은 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고 및/또는 다양한 단계가 추가, 생략 및/또는 조합될 수 있다. 또한, 특정 실시예와 관련하여 설명된 특징은 다양한 다른 실시예에서 조합될 수 있다. 실시예의 상이한 양태 및 요소는 유사한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 기술은 진화하고, 그러므로 많은 요소는 본 개시내용의 범위를 이러한 특정 예에 제한하지 않는 예들이다.
구체적인 세부사항이 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 상세한 설명에 제공된다. 그러나, 실시예는 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다. 예를 들어, 널리 공지된 회로, 공정, 시스템, 구조 및 기술은 실시예를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 불필요한 세부사항 없이 도시되었다. 이러한 설명은 예시적인 실시예만을 제공하며, 본 발명의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하도록 의도되지 않는다. 오히려, 실시예의 이전 설명은 다양한 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당업자에게 제공할 것이다. 다양한 변경이 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 구성요소의 기능 및 배열에서 만들어질 수 있다.
또한, 일부 실시예는 흐름도 또는 블록도로서 도시된 공정으로서 설명되었다. 비록 각각이 동작을 순차적 공정으로서 설명할 수 있을지라도, 많은 동작은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한 동작의 순서는 재배열될 수 있다. 공정은 도면에 포함되지 않은 추가 단계를 가질 수 있다. 또한, 방법의 실시예는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 기술 언어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 구현될 때, 관련된 작업을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트는 저장 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 프로세서는 관련 작업을 수행할 수 있다.
상당한 변형이 특정 요건에 따라서 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 맞춤형 또는 특수 목적 하드웨어가 또한 사용될 수 있고 및/또는 특정 요소는 하드웨어, 소프트웨어(애플릿 등과 같은 휴대용 소프트웨어 포함하는) 또는 둘 모두에서 구현될 수 있다. 또한, 네트워크 입력/출력 디바이스와 같은 다른 컴퓨팅 디바이스에 대한 연결이 이용될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하면, 메모리를 포함할 수 있는 구성요소는 비일시적 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. "기계 판독 가능 매체" 및 "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 기계가 특정 방식으로 작동하도록 하는 데이터 제공에 참여하는 임의의 저장 매체를 지칭할 수 있다. 위에서 제공된 실시예에서, 다양한 기계 판독 가능 매체는 실행을 위해 처리 유닛 및/또는 다른 디바이스(들)에 명령어/코드를 제공하는데 포함될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기계 판독 가능 매체는 이러한 명령어/코드를 저장 및/또는 운반하는데 사용될 수 있다. 많은 구현예에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 물리적 및/또는 유형의 저장 매체이다. 이러한 매체는 비휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체의 통상적인 형태는 예를 들어 컴팩트 디스크(CD) 또는 디지털 다목적 디스크(DVD)와 같은 자기 및/또는 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍의 패턴이 있는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(PROM), 지우기 가능한 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(EPROM), FLASH-EPROM, 기타 메모리 칩 또는 카트리지, 이하 설명되는 반송파, 또는 컴퓨터가 명령어 및/또는 코드를 읽을 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 절차, 기능, 서브 프로그램, 프로그램, 루틴, 애플리케이션(앱), 서브 루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스, 또는 명령어, 데이터 구조 또는 프로그램 명령문의 조합을 나타낼 수 있는 코드 및/또는 기계 실행 가능 명령어를 포함할 수 있다.
당업자는 본 명세서에서 설명된 메시지를 통신하는데 사용되는 정보 및 신호가 다양한 상이한 기법 및 기술 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명 전체에서 참조될 수 있는 데이터, 명령어, 명령, 정보, 신호, 비트, 기호 및 칩은 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 입자, 광학장 또는 입자, 또는 임의의 이들의 조합에 의해 표현될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "및" 및 "또는"은 이러한 용어가 사용되는 맥락에 적어도 부분적으로 의존할 것으로 예상되는 다양한 의미를 포함할 수 있다. 전형적으로, "또는"은, A, B 또는 C와 같이 목록을 관련시키는데 사용되면, 여기에서 포괄적인 의미로 사용되는 A, B 및 C뿐만 아니라 여기에서 배타적인 의미로 사용되는 A, B 또는 C를 의미하도록 의도된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 "하나 이상"은 임의의 특징, 구조 또는 특성을 단수로 설명하도록 사용될 수 있거나, 또는 특징, 구조 또는 특성의 일부 조합을 설명하도록 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 것이 단지 예시적인 예일 뿐이RH 청구된 요지가 이러한 예로 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 또한, "중 적어도 하나의"라는 용어는 A, B 또는 C와 같은 목록을 관련시키는데 사용되면 A, AB, AC, BC, AA, ABC, AAB, AABBCCC 등과 같은 A, B 및/또는 C의 임의의 조합을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
또한, 특정 실시예가 하드웨어 및 소프트웨어의 특정 조합을 사용하여 설명되었지만, 하드웨어 및 소프트웨어의 다른 조합이 또한 가능하다는 것을 인식해야 한다. 특정 실시예는 하드웨어로만, 또는 소프트웨어로만, 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 하나의 예에서, 소프트웨어는 본 개시내용에서 기술된 단계, 동작 또는 공정 중 일부 또는 전부를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어 또는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있으며, 여기서 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 다양한 공정은 동일한 프로세서 또는 임의의 조합으로 상이한 프로세서들에서 구현될 수 있다.
디바이스, 시스템, 구성요소 또는 모듈이 특정 작동 또는 기능을 수행하도록 구성되는 것으로 설명되는 경우에, 이러한 구성은 예를 들어, 동작을 수행하도록 전자 회로를 설계하는 것에 의해, 컴퓨터 명령어 또는 코드를 실행하는 것에 의한 것과 같이 동작을 수행하도록 프로그래밍 가능한 전자 회로(예를 들어, 마이크로프로세서), 또는 비일시적 메모리 매체에 저장된 코드 또는 명령어를 실행하도록 프로그래밍된 프로세서 또는 코어를 프로그래밍하는 것에 의해, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 달성될 수 있다. 공정은 공정 간 통신을 위한 종래의 기술을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 기술을 사용하여 통신할 수 있으며, 공정의 서로 다른 쌍은 상이한 기술을 사용할 수 있거나, 또는 동일한 쌍의 공정은 상이한 시간에 상이한 기술을 사용할 수 있다.
따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 그러나 추가, 빼기, 삭제 및 기타 변경 및 변화는 청구범위에서 제시된 더 넓은 사상 및 범위를 벗어남이 없이 만들어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 특정 실시예가 설명되었을지라도, 이것들은 제한하도록 의도하지 않는다. 다양한 변경 및 등가물은 다음의 청구범위 내에 있다.
Claims (20)
- 디바이스로서,
제1 피치를 특징으로 하는 마이크로-LED의 어레이; 및
상기 마이크로-LED의 어레이 상에 있고 상기 제1 피치와 다른 제2 피치를 특징으로 하는 마이크로-렌즈의 어레이를 포함하며, 상기 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 상기 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED에 대응하는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 상기 마이크로-렌즈를 통과한 후 상기 마이크로-LED의 어레이에서의 대응하는 마이크로-LED로부터의 광의 주광선이 각각 상이한 방향으로 전파되도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 피치는 상기 제2 피치보다 큰, 디바이스.
- 제3항에 있어서, 상기 대응하는 마이크로-렌즈를 통과한 후 상기 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED로부터의 광의 주광선은 상기 디바이스의 중간선을 향한 각각의 방향으로 기울어지는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-LED의 어레이는 상기 마이크로-LED의 2차원 어레이를 포함하고;
상기 마이크로-렌즈의 어레이는 상기 마이크로-렌즈의 2차원 어레이를 포함하고;
상기 제1 피치 및 상기 제2 피치는 피치는 제1 차원으로 있는, 디바이스. - 제5항에 있어서, 상기 마이크로-LED의 어레이는 제2 차원으로 있는 제3 피치를 특징으로 하며;
상기 마이크로-렌즈의 어레이는 제2 차원으로 있는 제4 피치를 특징으로 하며;
상기 제3 피치는 상기 제4 피치와 상이한, 디바이스. - 제6항에 있어서, 상기 제1 피치는 상기 제3 피치와 상이한, 디바이스.
- 제6항에 있어서, 상기 제2 피치는 상기 제4 피치와 상이한, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이는 유전체 재료 또는 유기 재료를 포함하는, 디바이스.
- 제9항에 있어서, 상기 유전체 재료는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이는 반사 방지 코팅을 포함하는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이는 구면 마이크로-렌즈들 또는 비구면 마이크로-렌즈들을 포함하는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈는 상기 마이크로-LED의 어레이에서의 대응하는 마이크로-LED로부터의 광을 시준하도록 구성되는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 피치 또는 제2 피치 중 적어도 하나는 상기 디바이스에 걸쳐 변하는, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 피치는 상기 제2 피치보다 작은, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 피치는 10 ㎛ 미만인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로-렌즈의 어레이에서의 각각의 마이크로-렌즈의 선형 치수는 상기 마이크로-LED의 어레이에서의 각각의 마이크로-LED의 선형 치수보다 큰, 디바이스.
- 방법으로서,
마이크로-LED 어레이의 유전체 층 상에 중합체 층을 증착하는 단계로서, 상기 마이크로-LED 어레이는 인접한 마이크로-LED들의 중심 사이의 제1 피치를 특징으로, 상기 단계;
중합체 패턴을 형성하기 위해 중합체 층을 패턴화하는 단계로서, 상기 중합체 층에서의 중합체 패턴은 상기 제1 피치와 상이한 제2 피치를 특징으로 하는, 상기 단계; 및
상기 중합체 층에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 중합체 패턴을 리플로우하는 단계로서, 상기 마이크로-렌즈 어레이는 상기 제2 피치와 동일한 제3 피치를 특징으로 하는, 상기 단계를 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서, 상기 유전체 층에서 마이크로-렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 마이크로-LED 어레이의 중합체 층 및 유전체 층에서 상기 마이크로-렌즈 어레이를 에칭하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 중합체 층은 상기 유전체 층의 에칭 속도에 필적 가능한 에칭 속도를 특징으로 하는, 방법. - 제18항에 있어서, 상기 중합체 층은 포토레지스트 층을 포함하며;
상기 중합체 층을 패턴화하는 단계는,
그레이 스케일 마스크의 광 투과율 프로파일이 상기 중합체 층에서의 마이크로-렌즈 어레이의 높이 프로파일과 상보적인, 상기 그레이 스케일 마스크; 또는
상기 중합체 층에서의 중합체 패턴에 대응하는 광 투과율 패턴을 가지는 이원 마스크를 통해 노출 광에 포토레지스트 층을 노출시키는 단계; 및
상기 포토레지스트 층의 노출된 부분들을 제거하도록 포토레지스트 현상액을 사용하여 상기 포토레지스트 층을 현상하는 단계를 포함하는, 방법.
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