KR20220116019A - 결합형 광학 디바이스 - Google Patents

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KR20220116019A
KR20220116019A KR1020227024563A KR20227024563A KR20220116019A KR 20220116019 A KR20220116019 A KR 20220116019A KR 1020227024563 A KR1020227024563 A KR 1020227024563A KR 20227024563 A KR20227024563 A KR 20227024563A KR 20220116019 A KR20220116019 A KR 20220116019A
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KR1020227024563A
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라예쉬 카트카르
벨가셈 하바
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인벤사스 본딩 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

결합형 광학 디바이스가 개시된다. 결합형 광학 디바이스는 제 1 광학 요소, 제 2 광학 요소, 및 광 경로를 포함할 수 있다. 제 1 광학 요소는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 1 어레이를 가진다. 제 1 광학 요소는 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합되고, 적어도 하나의 프로세서 요소는 제 1 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함한다. 제 2 광학 요소는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 2 어레이를 가진다. 제 2 광학 요소는 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합된다. 광 경로가 제 1 및 제 2 광학 요소와 광학적으로 커플링된다. 광 경로는 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성된다.

Description

결합형 광학 디바이스
임의의 우선권 출원에 대한 원용에 의한 통합
본 출원은 2020 년 12 월 16일에 출원된 미국 정규 특허 출원 번호 제 17/124,408, 및 2019 년 12 월 17일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 62/949,312에 대한 우선권을 주장하고, 이들의 전체 내용은 모든 점에서 그 전체 내용이 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 분야는 결합형 광학 디바이스, 특히, 웨어러블 전자제품에서 사용하기 위한 결합형 광학 디바이스에 관한 것이다.
일부 타입의 디스플레이 디바이스에서는, 극소형의 고해상도 디바이스가 소망된다. 그 예들에는 직접적으로 보여지는 디스플레이 스크린, 예컨대 스마트 워치 및 휴대 전화 디스플레이, 및 헤드업 디스플레이(HUD) 및 스마트 글래스와 같이 작은 스크린으로부터 이미지가 투영되는 애플리케이션들이 있다. 예를 들어, 증강 현실(AR) 글래스와 같은 웨어러블 스마트 글래스, 또는 전자 회로부 및 디스플레이를 포함하는 다른 눈에 착용하는 제품에서는, 이미지가 사용자의 눈으로부터 1-2 cm 미만(예를 들어, 1-1.2 cm)에 위치될 수 있다. 이러한 디바이스에서는, 예를 들어 소망되는 이미지 품질을 제공하기 위해서, 가능한 작은(예를 들어, 5-6pm 미만) 디스플레이 픽셀을 위한 피치를 활용하는 것이 소망될 수 있다. 액정-온-실리콘(liquid crystal-on-silicon; LCoS)과 같은 일부 기술은 낮은 피치의 픽셀을 제공할 수 있지만, 광학 에너지(예를 들어, 광)의 적은(insignificant) 양이 손실된다는 점에서 비효율적이고, 낮은 제조 수율과 낮은 해상도를 가질 수 있으며, 고가일 수 있다.
마이크로 발광 다이오드(microLED)와 같은 다른 기술은, 예를 들어 밝은 환경에서도 보이는 선명한 이미지를 제공하기 위한 충분한 양의 광학 에너지(예를 들어, 휘도)를 제공할 수 있기 때문에, AR/MR(혼합 현실) 애플리케이션을 위한 매우 밝은 이미지를 제공할 수 있다. 발광 다이오드(LED) 웨이퍼는 한 번에 광의 하나의 파장(적색 "R", 녹색 "G" 또는 청색 "B")에 대해서 처리될 수 있고, 다색 디스플레이를 제조하는 것은 앞서 언급된 애플리케이션에서 소망되는 레벨의 이미지 품질을 제공하는 것에 대해서 여전히 어려움이 있다.
따라서, 예를 들어 단색 LED 디스플레이로부터 컬러레이션된 이미지를 생성하고 이러한 단색 microLED 디스플레이들을 AR 스마트 글래스, 투영 시스템, carHUD, 스마트 워치 디스플레이, 휴대 전화 디스플레이 등과 같은 애플리케이션을 위하여 통합하기 위한, 개선된 광학 디바이스에 대한 계속되는 필요성이 존재한다.
이제 특정한 구현형태들이 후속하는 도면을 참조하여 설명될 것인데, 도면은 예시적으로 제공된 것이고 한정하는 것이 아니다.
도 1은 디스플레이 디바이스 및 사용자의 눈 사이의 상대 거리의 예시도를 보여주는 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 따르는 직접 결합된 광학 디바이스들의 개략적인 측면 단면도이다.
도 3은 다른 실시형태에 따르는 직접 결합된 광학 디바이스들의 개략적인 측면 단면도이다.
도 4는 일 실시형태에 따르는 광학 어셈블리의 개략적인 측면 단면도이다.
도 5는 다른 실시형태에 따르는 광학 어셈블리의 개략적인 측면 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따르는 광학 디바이스 내의 픽셀들 사이의 물리적 분리부의 예시도를 도시하는 도면이다.
도 7a는 일 실시형태에 따르는 광학 디바이스의 개별 픽셀들 사이의 물리적 분리부의 예시도를 도시하는 도면이다.
도 7b는 일 실시형태에 따르는 광학 디바이스 내의 픽셀들의 AxA 매트릭스 내에서만 존재하는 물리적 분리부의 예시도를 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따르는, 본 명세서에서 설명되는 광학 어셈블리를 포함할 수 있는 광학 시스템을 보여주는 도면이다.
도 9는 일 실시형태에 따르는, 입사 및 출사 커플링이 있는 도파로에 직접 결합된 광학 디바이스를 보여주는 도면이다.
도 10은 다른 실시형태에 따르는, 입사 및 출사 커플링이 있는 도파로에 광을 지향시키도록 구성된 광학 디바이스를 보여주는 도면이다.
도 11은 세 개의 색상 픽셀의 중첩의 예시도를 보여주는 도면이다.
도 1은 다양한 디스플레이 디바이스(104, 106, 108) 및 사용자의 눈(102) 사이의 상대적인 디스플레이 거리의 예시도(100)를 도시하는 도면이다. 눈에서 감도가 제일 높은 부분인 와(fovea) 부분이 대부분의 콘(cone)을 포함하고(이것은 색상을 식별하도록 돕는다), 약 1 아크-분(arc-minute)의 해상도를 가지는데, 이것은 1도당 60 픽셀(pixels-per-degree; PPD)이다. PPD는 디스플레이에서 필요한 픽셀 피치를 사용자의 눈(102)으로부터의 디스플레이 디바이스의 거리에 기반하여 식별한다. 사용자의 눈(102)으로부터의 약 1cm의 동작 거리를 가지는 AR 스마트 글래스 디스플레이(104)의 경우, 약 5 μm의 픽셀 피치는 "선명한 이미지"로 지각되는 이미지를 생성한다. 사용자의 눈(102)으로부터 약 20cm의 동작 거리를 가지는 휴대 전화 디스플레이(106)의 경우, 약 50 μm의 픽셀 피치가 선명한 이미지를 생성한다. 사용자의 눈(102)으로부터 약 50cm의 동작 거리를 가지는 컴퓨터 디스플레이(108)의 경우, 약 300 μm의 픽셀 피치가 선명한 이미지를 생성한다. 디지털 광 처리(DLP) 및 액정-온-실리콘(LCoS)에 기반한 기술들은, 예를 들어, 낮은 휘도, 픽셀 크기, 피치, 디스플레이 크기 등을 포함하는 여러 이유 때문에 충분하지 않다. 따라서, AR 디스플레이 애플리케이션과 같은 일부 애플리케이션에서는 microLED 디바이스가 유익할 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시형태는 결합형 광학 디바이스(200, 300a-c)에 관한 것이다(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨). 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 일부 타입의 광학 요소(202a-c, 302a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨), 특히 발광 요소(예를 들어, 발광 다이오드, 또는 LED)는 단일 색상(예를 들어, 적색, 녹색, 또는 청색)의 광을 방출하도록 구성된 디바이스를 가지며 웨이퍼에서 제작될 수 있는데, 그러면 이러한 별개의 웨이퍼들로부터 수 십만 개 또는 수 백만 개의 LED로 이루어진 다색 디스플레이를 제작하는 것이 곤란해질 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 광학 요소(202a-c, 302a-c)는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학 웨이퍼(예컨대, LED 웨이퍼)는 III-V 족 화합물 반도체 재료(들), 예컨대 InP, GaN, AlGaAs, InGaN, AlGalnP 등으로 형성될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 직접 결합 프로시저는 이러한 화합물 반도체 재료가 상이한 타입의 반도체 프로세서 요소(예를 들어, Si 또는 CMOS 프로세서 다이)와 결합될 수 있게 하고, 이종(heterogenous) 시스템을 생성한다. 더욱이, 직접적으로 시청되거나 디스플레이(예컨대, 작은 디스플레이 또는 사용자에게 가까이 위치되도록 구성된 디스플레이) 상에 투영되기 위한 고품질 및 고휘도 이미지를 디스플레이하기 위한 충분히 작은 피치(예를 들어, 픽셀들 사이의 공간)를 가지는 픽셀(602a-c)(예를 들어, 도 6에 도시됨)(또는 디스플레이 구역)을 가지는 광학 요소(202a-c, 302a-c)(예를 들어 도 2 및 도 3에 도시됨)를 제공하는 것은 어려운 일일 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 어떤 어레이의 광 방출기의 피치는 50 마이크론 미만, 예를 들어, 10 마이크론 미만일 수 있다.
일부 microLED 디스플레이에서는, 각각의 픽셀(704)(예를 들어, 도 7a에 도시됨)이 개별적인 LED 칩(예를 들어, 광학 요소)을 픽셀(704)(예를 들어, 도 7a에 도시됨) 또는 서브-픽셀로서 활용할 수 있다. 예를 들어, microLED 칩(예를 들어, 방출기들의 어레이(들)를 포함하는 광학 요소)은 별개로 제작되고 들어 놓기(pick-and-place) 기법을 사용하여 위치될 수 있다. 전달 및 배치 기법 및 색상 변환 스킴이 사용될 수도 있지만, 이러한 기법들은 경제적이지 않을 수 있거나 손실이 매우 클 수 있다. 따라서, 개선된 광학 디바이스에 대한 계속되는 필요성이 존재한다.
본 명세서에 개시된 실시형태는 광학 요소(202a-c, 302a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨)(특히, 복수 개의 LED를 포함하는 LED 디바이스와 같은 발광 요소)를 적어도 하나의 캐리어(204, 304a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨), 예컨대 프로세서, 예를 들어, 광학 요소(202a-c, 302a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨)의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부(예를 들어, 하나 이상의 트랜지스터)를 포함할 수 있는 이미지 프로세서 요소에 결합함으로써, 디스플레이가 미세 픽셀 피치를 가지게 할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 방출기 어레이의 광 방출기들은 독립적으로 제어가능할 수 있다. 바람직하게는, 일부 실시형태들에서, 광학 요소(202a-c, 302a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨)를 접착제가 없이 캐리어(204, 304a-c)(예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시됨)(예를 들어, 프로세서 요소)에 물리적으로 그리고 전기적으로 연결하기 위해서 직접 결합 또는 하이브리드 결합이 사용될 수 있다. 직접 결합을 사용하면 5 마이크론 미만, 또는 1 마이크론 미만의 픽셀 피치를 가능하게 할 수 있다. 적어도 하나의 캐리어(204, 304a-c)는 7 ppm 미만의 열팽창 계수(CTE)를 가진다.
도 2는 일 실시형태에 따른, 복수 개의 광학 요소(202a-c)가 공통 캐리어(204)에 결합된(예를 들어, 직접 결합된) 결합형 광학 디바이스(200)의 개략적인 측단면도이다. 일부 실시형태들에서, 공통 캐리어(204)는 집적된 디바이스 다이, 예컨대 광학 요소(202a-202c)의 동작을 제어하는 회로부를 가지는 프로세서 다이를 포함할 수 있다. 도 3은 복수 개의 광학 요소(302a-c)가 대응하는 복수 개의 캐리어(304a-c)에 결합된(예를 들어, 직접 결합된) 복수 개의 결합형 광학 디바이스(300a-c)의 개략적인 측단면도이다. 광학 요소는 웨이퍼 형태로 제조되고 싱귤레이션되어(singulated)도 2 및 도 3에 도시되는 광학 요소(202a-c, 302a-c)를 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 요소(202a-c)(LED와 같은 방출기 다이를 포함할 수 있음)는, 예를 들어 다이-웨이퍼(die-wafer; D2W) 프로세스에서 개재된 접착제가 없이 공통 캐리어(204)에 직접 결합될 수 있다. 일부 실시형태들에서(예를 들어, 도 11을 참조), 광학 요소(202a-c, 302a-c) 및 캐리어(204, 304a-c)는 더 큰 광학 시스템 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 결합형 광학 디바이스(200)(예를 들어, 광학 요소(202a-c) 및 광학 요소에 직접 결합된 공통 캐리어(204)를 포함함)는 도파로 또는 다른 구조체 상에 장착될 수 있다.
다른 실시형태들에서, 캐리어(304a-c)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 결합형 광학 디바이스(300a-c)를 형성하도록 싱귤레이션될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 다이-다이(die-die; D2D) 프로세스에서, 싱귤레이션된 광학 요소(302a-c)는 싱귤레이션된 캐리어(304a-c)에 결합되어 도 3에 도시되는 결합형 광학 디바이스(300a-c)를 획득할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 웨이퍼 형태(미도시)인 광학 요소는 웨이퍼-웨이퍼(W2W) 프로세스(미도시)에서 웨이퍼 형태(미도시)(예를 들어, 프로세서 웨이퍼)인 캐리어에 결합될 수 있다(예를 들어, 직접 결합됨). 그러면 결합된 웨이퍼들이 싱귤레이션되어 복수 개의 결합형 광학 디바이스(300a-c)를 형성할 수 있다.
광학 요소(들)(202a-c, 302a-c)는 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어(204, 304a-c)(예컨대, 프로세서 요소)에 직접 결합될 수 있다(예를 들어, Xperi Corporation of San Jose, California에 의해서 사용되는 ZiBond®, DBI 또는 DBI 울트라 기법과 같은 유전체-유전체 결합 기법을 사용함). 예를 들어, 유전체-유전체 결합은 적어도 미국 특허 번호 제 9,391,143 및 제 10,434,749에 개시된 직접 결합 기법을 사용하여 접착제가 없이 형성될 수 있는데, 아들 각각의 전체 내용은 그 전체로서 모든 점에서 원용에 의해 본 명세서에 통합된다.
다양한 실시형태들에서, 직접 결합은 개재된 접착제가 없이 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체 결합면(206, 306a-c)은 높은 평활도가 되도록 연마될 수 있다. 결합면(206, 306a-c)은 세정되고 플라즈마 및/또는 에천트에 노광되어 표면을 활성화시킬 수 있다. 일부 실시형태들에서, 표면은 활성화 이후에 또는 활성화 도중에(예를 들어, 플라즈마 및/또는 에칭 프로세스 도중에) 종들(species)로 종단될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 종단하는 종들은 질소를 포함할 수 있다. 더 나아가, 일부 실시형태들에서, 결합면은 불소에 노출될 수 있다. 예를 들어, 층 및/또는 결합 계면 근처에는 하나 또는 다수의 불소 피크가 존재할 수 있다. 이론적으로는 한정되지 않으면서, 일부 실시형태들에서는 활성화 프로세스가 결합면에서의 화학적 결합을 깨기 위해서 수행될 수 있고, 종단 프로세스는 직접 결합 도중에 결합 에너지를 개선하는 추가적인 화학 종을 결합면에 제공할 수 있다. 따라서, 직접 결합된 구조체에서는, 두 유전체 재료들 사이의 결합 계면은 높은 질소 함량 및/또는 불소 피크를 가지는 매우 부드러운 계면을 결합 계면에 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 광학 요소(202a-c, 302a-c) 또는 LED 요소의 도전성 콘택 패드(208a-c, 308a-c)는 캐리어(204, 304a-c)(예를 들어, 프로세서 요소)의 대응하는 도전성 콘택 패드(210a-c, 310a-c)에 직접 결합될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, LED 칩 내의 하나의 LED 픽셀은 두 개의 콘택 패드 또는 전극(양의 전극 및 음의 전극)을 가질 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 캐리어(204, 304a-c)(예를 들어, 프로세서 요소)는 대응하는 광학 요소(302a-c) 상에 동일한 이미지를 생성할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 요소(302a-302c)는 단색 발광 요소를 포함할 수 있고, 동일한 이미지를 생성할 수 있어서, 이미지들이 중첩되면 다색 이미지가 시청될 수 있게 한다. 예를 들어, 직접 공유 결합된 유전체-유전체 표면들을 포함하는 결합 계면(206, 306a-c)을 따라서 도체-도체 직접 결합을 제공하기 위하여 하이브리드 결합 기법이 사용될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 도체-도체(예를 들어, 콘택 패드-콘택 패드) 직접 결합 및 유전체-유전체 결합은 적어도 미국 특허 번호 제 9,716,033 및 제 9,852,988에 개시된 직접 결합 기법을 사용하여 형성될 수 있고, 이들 각각의 전체 내용은 본 명세서에서 그 전체로서 그리고 모든 점에서 통합된다.
예를 들어, 유전체 결합면들(206, 306a-c)이 생성되고 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합될 수 있다. 도전성 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)(비도전성 유전체 필드 구역에 의해 둘러싸일 수 있음)도 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 각각의 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)는 유전체 필드 구역 아래로 함몰될 수 있고, 예를 들어 20 nm 미만, 15 nm 미만, 또는 10 nm 미만으로 함몰되고, 예를 들어 2 nm 내지 20 nm의 범위 내로, 또는 4 nm 내지 10 nm의 범위 내로 함몰된다. 일부 실시형태들에서, 유전체 필드 구역은 실온에서 접착제가 없이 서로 직접 결합되고, 그 후에 결합된 구조체가 어닐링될 수 있다. 어닐링 시에, 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)는 확장되고 서로 접촉해서 금속-금속 직접 결합을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 직접 결합 상호연결(Direct Bond Interconnect), 또는 DBI®, 및/또는 ZiBond 기법을 사용하면 전술된 바와 같은 미세 픽셀 피치가 가능해질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 본딩 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)의 피치는 300 마이크론 미만, 40 마이크론 미만 또는 10 마이크론 미만, 또는 심지어 2 마이크론 미만일 수 있다. 일부 애플리케이션의 경우, 본딩 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)의 치수 중 하나에 대한 본딩 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)의 피치의 비율은 5 미만 또는 3 미만이고, 바람직하게는 가끔 2 미만이다. 다양한 실시형태들에서, 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)는 구리를 포함할 수 있지만, 다른 금속들도 적합할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시형태는 미국 특허 출원 번호 제 15/919,570(2020 년 4 월 21 일에 미국 특허 번호 제 10,629,577로 발행됨; 제 16/219,693; 및 제 16/176,191 전체에 개시된 디바이스 및 방법과 조합되어 사용될 수 있는데, 이들 각각의 전체 내용은 본 명세서에서 그 전체로서 그리고 모든 점에서 통합된다. 예를 들어, 미국 특허 출원 번호 제 15/919,570은 방출기를 직접 제어하기 위해서(액티브 매트릭스 구동) CMOS 로직 웨이퍼 또는 다이를 LED 웨이퍼 또는 다이에 직접 하이브리드 결합하기 위한 방법에 대해서 설명한다. 미국 출원 번호 제 16/176,191은 광학적으로 투명한 기판들의 직접 결합에 대해서 설명한다.
더 나아가, 본 명세서에 개시된 실시형태는 미국 특허 번호 제 10,629,577 전체에 개시된 디바이스 및 방법(이것은 광학 요소가 프로세서 다이에 어떻게 결합될 수 있는지를 설명함)과 조합되어 사용될 수 있는데, 그 전체 내용은 본 명세서에서 그 전체로서 그리고 모든 점에서 통합된다. 미국 특허 번호 제 10,629,577은, 예를 들어 직접-결합된 LED 어레이들과 같은 광학 요소들의 직접-결합된 어레이에 대해서 설명한다.
따라서, 직접 결합 프로세스에서, 제 1 요소(예를 들어, 광학 요소(202a-c, 302a-c))는 개재된 접착제가 없이 제 2 요소(예를 들어, 프로세서 다이와 같은 캐리어(204, 304a-c))에 직접 결합될 수 있다. 일부 배치구성에서, 제 1 요소는 싱귤레이션된 광학 디바이스 다이와 같은 싱귤레이션된 요소를 포함할 수 있다. 다른 배치구성에서는, 제 1 요소가 싱귤레이션되면 복수 개의 집적된 디바이스 다이를 형성하는 복수 개의(예를 들어, 수 십 개, 수 백 개, 또는 그 이상) 디바이스 구역을 포함하는 캐리어 또는 기판(예를 들어, 웨이퍼)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 요소는 싱귤레이션된 집적 디바이스 다이(예를 들어, 프로세서 다이)와 같은 싱귤레이션된 요소를 포함할 수 있다. 다른 배치구성에서, 제 2 요소는 기판(예를 들어, 웨이퍼)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제 1 및 제 2 요소(예를 들어, 광학 요소(202a-c, 302a-c) 및 캐리어(204, 304a-c) 또는 프로세서 다이)는 접착제가 없이 서로 직접 결합될 수 있고, 이것이 증착 프로세스와 다른 점이다. 따라서, 제 1 및 제 2 요소는 증착되지 않은 요소들을 포함할 수 있다. 더 나아가, 증착된 층들과 달리, 직접 결합된 구조체는 나노보이드(nanovoid)가 존재하는 결합 계면(206, 306a-c)을 따라서 결함 구역(미도시)을 포함할 수 있다. 나노보이드는 결합면의 활성화(예를 들어, 플라즈마에 노출됨)에 기인하여 형성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 결합 계면(206, 306a-c)은 활성화 및/또는 마지막 화학적 처치 프로세스로부터 유발된 재료들의 농축물(concentration)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성화를 위해서 질소 플라즈마를 활용하는 실시형태들에서, 질소 피크가 결합 계면(206, 306a-c)에 형성될 수 있다. 활성화를 위해서 산소 플라즈마를 활용하는 실시형태들에서는 산소 피크가 결합 계면(206, 306a-c)에 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 결합 계면(206, 306a-c)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 옥시카르보질화물(oxycarbonitride), 또는 실리콘 카르보질화물(carbonitride)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 직접 결합은 공유 결합을 포함할 수 있고, 이것은 반데르 발스 결합보다 더 강하다. 결합층은 높은 평활도로 평탄화된 연마된 표면을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 콘택 패드(208a-c, 210a-c 또는 308a-c, 310a-c) 사이의 금속-금속 결합들은 구리 알갱이들이 결합 계면(206, 306a-c)을 가로질러 서로의 내부로 성장하도록 결합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 구리는 결합 계면(206, 306a-c)을 통과하는 개선된 구리 확산을 위한 결정면(crystal plane)을 따라서 배향된 알갱이들을 가질 수 있다. 결합된 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)에 또는 그 근처에 비도전성 결합 구역들 사이에 실질적으로 갭이 존재하지 않도록, 결합 계면(206, 306a-c)은 결합된 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)의 적어도 일부를 향해 실질적으로 전체적으로 연장될 수 있다. 일부 실시형태들에서는, 베리어층(미도시)이 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c) 아래에 제공될 수 있다(예를 들어, 이것은 구리를 포함할 수 있음). 그러나, 다른 실시형태들에서는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2019/0096741에 설명된 바와 같이 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)아래에 베리어층이 존재하지 않을 수도 있는데, 이것은 본 명세서에서 그 전체로서 그리고 모든 점에서 통합된다.
비록 예시된 실시형태들이 직접 결합된 광학 요소들을 보여주지만, 다른 실시형태들에서는 광학 디바이스가 접착제, 예를 들어 투명한 접착제를 사용하여 캐리어(들)에 부착될 수 있다.
본 명세서에서 도시되고 설명되는 바와 같이, 일부 실시형태들에서는 결합형 광학 디바이스(200, 300a-c)가 복수 개의 이미지 구역 또는 디스플레이 구역(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 픽셀(602a-c))을 포함하는 광학 요소(202a-c, 302a-c)를 포함할 수 있다. 각각의 이미지 구역은 단일 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기(614)를 포함하는 단색 이미지 구역을 포함할 수 있다. 광 방출기(614)는 발광 다이오드를 포함할 수 있는데, 이것은 LED가 형성되는 광학 요소 내의 구역 또는 표면으로부터 광을 방출할 수 있다. 광학 요소(202a-c, 302a-c)는 III-V 족 재료, 예를 들어 GaAs, GaN, GaP, InGaN, AlGalnP, AlGaAs 등을 포함하는 LED 웨이퍼를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태들에서 광학 요소(202a-c, 302a-c)는 단색 LED 칩을 포함할 수 있다. LED 칩은 단일 색상의 광을 방출하도록 각각 구성될 수 있다. LED 칩은 서로 다른 색상을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED 칩(예컨대, 광학 요소(202a))은 적색 광을 방출하도록 구성될 수 있고, 제 2 LED 칩(예컨대, 광학 요소(202b))은 녹색 광을 방출하도록 구성될 수 있으며, 제 3 LED 칩(예컨대, 광학 요소(202c))은 청색 광을 방출하도록 구성될 수 있다. LED 칩이 임의의 적절한 색상을 방출할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
광학 요소(202a-c, 302a-c)는 광학 요소(202a-c, 302a-c)의 픽셀의 동작을 제어하기 위한 능동 회로부를 가지는 적어도 하나의 캐리어(204, 304a-c)(예를 들어, 적어도 하나의 프로세서 요소)에 결합, 예를 들어, 개재된 접착제가 없이 직접 결합될 수 있다. 다양한 배치구성에서, 적어도 하나의 캐리어(204, 304a-c)는 실리콘과 같은 반도체 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐리어(204, 304a-c)는 일부 실시형태들에서 실리콘-기반 배면(backplane)으로서의 역할을 할 수 있다. 캐리어(204, 304a-c)는 콘택 패드(208a-c, 210a-c, 308a-c, 310a-c)를 사용하여 광 방출기에 전기적으로 연결된 드라이버 회로부를 가지는 프로세서 다이를 포함할 수 있다. 드라이버 회로부는 광학 요소(202a-c, 302a-c)의 복수 개의 광 방출기로부터의 광의 방출을 제어할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 각각의 이미지 구역으로부터의 단색 광이 광 경로 내로 커플링되도록, 복수 개의 이미지 구역(예컨대, 도 6에 도시되는 픽셀(602a-c))은 서로에 상대적으로 그리고 공통 광 경로(예컨대, 도 8에 도시되는 광 도파로(804))에 상대적으로 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 복수 개의 이러한 결합형 광학 디바이스(200, 300a-c)는 공통 광 경로와 커플링될 수 있다. 복수 개의 결합형 광학 디바이스(200, 300a-c)는 상이한 색상의 광을 방출하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 적색 결합형 광학 디바이스, 녹색 결합형 광학 디바이스, 청색 결합형 광학 디바이스). 복수 개의 결합형 광학 디바이스로부터의 중첩된 광 빔은 광 경로를 따라서 사용자가 보도록 광학 출력부로 전달될 수 있다. 복수 개의 단색 이미지는 도파로 내에서, 복수 개의 결합형 광학 디바이스들 각각의 픽셀들의 결합된 기여도를 나타내는 다색성(polychromatic) 이미지가 되도록 중첩될 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 다수의 단색 이미지 구역으로부터의 광의 중첩은 하나의 이미지 구역이 손상되거나 사용되지 않는 경우에 리던던시를 제공할 수 있다. 이러한 경우에, 다른 픽셀로부터의 광이 손상된 이미지 구역 내의 광의 색상을 보상할 수 있다.
바람직하게는, 본 명세서에 개시된 실시형태는, 싱귤레이션된 LED들을 별개로 싱귤레이션하고 기판 상에 리파퓰레이션(repopulating)하지 않고서, 다수의 LED들의 어레이 또는 픽셀을 포함하는 결합형 광학 요소(202a-c, 302a-c)를 활용할 수 있다. LED 칩들의 어레이는 LED들의 동작을 제어하도록 구성되는 처리 요소들의 어레이에 직접 결합될 수 있다. 대조적으로, 다른 방법에서는, 각각의 LED 픽셀이 더 높은 피치로 싱귤레이션되고 상에 적층될 수 있는데, 이것은 어셈블리 프로세스를 복잡하게 만들 수 있다. 따라서, LED들의 어레이를 포함하는 직접 결합형 광학 요소를 사용하면, 디스플레이 디바이스의 제조성(manufacturability)이 향상될 수 있다. 일 예에서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED 웨이퍼들의 어레이는 각각의 별개로 실리콘(Si) 배면 또는 이미저 웨이퍼에 직접 또는 하이브리드 결합된다. 그러면, 이러한 스택들이 적색, 녹색 및 청색 단색 이미저를 형성하도록 싱귤레이션될 수 있고, 이들이 조합되어 다색 이미지를 형성할 수 있다. 다른 예에서, 적색, 녹색, 및 청색 LED 웨이퍼는 R, G, B LED 칩을 형성하도록 별개로 싱귤레이션될 수 있고, 하나의 실리콘 배면 또는 이미저에 직접 결합될 수 있다. 실리콘 배면에 있는 요소들은 R, G, B 칩 내의 LED 픽셀에 전기적으로 연결되어 픽셀 레벨 제어를 획득할 수 있다. 비록 LED 웨이퍼가 실리콘 배면에 직접 또는 하이브리드 결합될 수 있지만, 임의의 다른 적절한 배면(예를 들어, 박막 트랜지스터, 또는 TFT) 배면이 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 광학 어셈블리가 적어도 하나의 적색 LED 칩, 적어도 하나의 녹색 LED 칩, 및 적어도 하나의 청색 LED 칩을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 시스템은 이미지 데이터를 사용자에게 지향시키기 위한 복수 개의 이러한 광학 어셈블리 또는 그 어레이를 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 단색 이미지 구역들은 서로 평행하게 배향될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 이미지 구역들은 도파로 상에서 측방향으로 나란히 위치될 수 있다. 이미지 구역들로부터 나오는 광은 도파로 내로 커플링되고, 도파로는 여러 색상의 중첩된 이미지를 사용자에게 투과시킬 수 있다. 다른 실시형태들에서, 이미지 구역들은 서로 평행하지 않도록(예를 들어, 서로 수직으로) 위치될 수 있고, 결합 광학기(combiner optic)가 여러 색상의 중첩된 이미지를 사용자에게 투과시키도록 제공될 수 있다.
도 4는 일 실시형태에 따른 결합형 광학 디바이스들(예를 들어, 단색 방출기 칩들)의 광학 어셈블리의 개략적인 측단면도이다. 광학 어셈블리(400)는 대응하는 복수 개의 캐리어 요소(404a-c)(예를 들어, 실리콘-기반 배면과 같음)에 직접 결합된 복수 개의 광학 요소(402a-c)(예를 들어, 단색 LED 칩과 같음)에 의해 형성된 복수 개의 광학 디바이스(400a-c)를 포함한다. 광학 어셈블리(400)는 재지향 요소 또는 미러링 장치(406a-b)(예를 들어, 미러, 빔 스플리터 또는 다른 적절한 광학 재지향 디바이스) 및 광학 결합기 장치(408)(예를 들어, 렌즈)를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 대응하는 캐리어 요소(404a-c)(예를 들어, 실리콘 배면)가 있는 광학 디바이스(400a-c)(광학 요소(402a-c)를 포함함)(예를 들어, R, G, B, 각각에 대한 단색 LED 칩)는 컬러 이미지 또는 컬러 이미지의 일부를 형성하도록 결합될 수 있다. 즉, 예를 들어 RGB microLED 디스플레이들 대신에, 별개의 단색 LED 칩들이 도 4에 도시된 바와 같이 결합될 수 있다. 세 개의(3) 디스플레이가 사용되기 때문에, 수 백만 개의 픽셀들의 갱 결합(gang bonding)과 같은 이슈가 문제가 되지 않는다. 다수의 광학 어셈블리(400)는 다양한 광학 시스템 내에서 어레이 내에 포함될 수 있다.
일 구현형태에서, 결합형 광학 디바이스(400a-c)는 서로에 상대적인 소정 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소(402a-c)는 서로 거의 수직일 수 있다. 다른 구현형태에서, 광학 요소(402a-c)는 서로에 상대적으로 90°보다 크거나 작은 처방된 각도를 형성할 수 있다. 광학 디바이스(400a-c)는 프레임 또는 다른 구조체(미도시) 상에 각각 장착될 수 있고, 하나 이상의 미러링 장치(406a-b)(예를 들어, 광을 재지향시키기 위한 빔 스플리터일 수 있음)에 상대적으로 정렬될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 광학 요소(402a-c)로부터의 채색된 광을 중첩시키기 위하여, 미러링 장치(406a-b)는 광학 요소(402a-c)로부터의 광을 공통 채널을 따라서 재지향시킬 수 있다. 다양한 색상의 중첩된 광을 생성하기 위해서, 각각의 광학 요소(402a-c)로부터의 광은, 예를 들어 캐리어 요소(404a-c)의 회로부를 통한 제어에 기반하여 변경될 수 있다. 각각의 광학 요소(402a-c)로부터의 광의 이미지 데이터는 광을 수집하고, 이것을 사용자에게 전달하기 위해서 광학 결합기 장치(408)(예를 들어, 렌즈)를 통과할 수 있다.
일 구현형태에서, 디스플레이의 크기에 기반하여 대형 R, G 및 B 칩과 같은 광학 요소(402a-c)로써 각각의 픽셀/다이오드를 약 5 μm 피치에서 제어하기 위하여, 하이브리드 직접 결합(예컨대, DBI®)이 캐리어 요소들(404a-c)(예를 들어, CMOS 회로)을 결합하기 위해서 구현될 수 있다.
다른 구현형태에서, 캐리어 요소(404a-c)에 의해서 구동되는 광학 요소(402a-c)에 의해서 생성되는 색상들은, 이미지 또는 이미지의 일부를 광학 결합기 장치(408)에 의하여(예컨대, 만곡형 결합기 또는 도파로를 통하여) 사용자의 눈에 전달하기 위하여 사용될 수 있다.
다른 구현형태들에서는 애플리케이션에 기반하여 D2D, W2W 또는 D2W 결합이 사용될 수 있다.
도 5는 다른 실시형태에 따르는, 결합형 광학 디바이스를 포함하는 광학 어셈블리의 개략적인 측단면도이다. 광학 어셈블리(500)는 개별적인 광학 요소(502a-c)(예를 들어, 광학 웨이퍼 등) 및 캐리어 요소(504a-c), 및 미러링 장치(506a-c) 및 광학 결합기 장치(508)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 개별적인 광학 요소(예컨대, 예를 들어 R, G, B 웨이퍼)(502a-c)는 캐리어 요소(504a-c) 상에 적층되고 싱귤레이션되어, 예를 들어 5mm x 8mm의 크기를 가지는 단색 디스플레이 칩과 같은 세 개의(3) 대형 광학 디바이스를 형성할 수 있다.
일 실시형태에서, 광학 요소들(502a-c)은 나란히 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 요소들(502a-c)은 공통 캐리어(미도시) 상에 장착될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 광학 요소들(502a-502c)은 별개의 캐리어 요소(504a-c) 상에 장착되어 광학 디바이스(500a-c)를 형성할 수 있다.
일 구현형태에서, 광학 디바이스(500a-c)는 미리 결정된 양만큼 측방향으로 오프셋되도록 배열될 수 있다(예를 들어, 프레임 또는 구조체 상에 장착됨). 이러한 배치구성에서, 광학 요소들(502a-c)은 적어도 하나의 캐리어 요소(504a-c)의 주면에 평행한 방향을 따라서, 서로로부터 미리 결정된 거리만큼 측방향으로 오프셋된다. 여기에서, 발광면들도 서로 평행할 수 있다. 다른 구현형태에서는, 발광면들이 서로 평행하지 않을 수 있고, 그 대신에 서로에 상대적으로 각도를 이룰 수도 있다.
도시된 바와 같이, 다양한 색상을 생성하기 위해서 광학 결합기 장치(508)(예를 들어, 렌즈와 같은 결합기 광학기)를 통해 수집될 수 있는 이미지 데이터를 중첩하기 위하여, 각각의 광학 요소(502a-c)로부터의 광은 대응하는 미러링 장치(506a-c)에 의해서 재지향될 수 있다. 각각의 광학 요소(502a-c)로부터 얼마나 많은 각각의 색상이 방출되고 그 후에 결합되는지에 기반하여 상이한 색상을 생성하기 위하여, 각각의 광학 요소(502a-c)로부터의 광은 캐리어 요소(504a-c)를 통한 제어에 기반하여 변경될 수 있다.
도 6은 광학 디바이스 내의 픽셀들 사이의 물리적 분리부의 예시도를 도시하는 도면이다. 이것은 복수 개의 픽셀(602a-c), 복수 개의 광 가이드(604), 복수 개의 물리적 분리부(606), 캐리어 요소(608), 광학 요소(610), 캐리어 요소(608) 및 광학 요소(610) 사이의 결합 계면(612), 복수 개의 방출기(614)(발광 구역), 및 캐리어 요소(608) 및 광학 요소(610)의 복수 개의 콘택 패드(616)를 포함한다. 방출기(614)의 발광면으로부터 광이 방출될 수 있고, 도시된 바와 같이 픽셀 구역을 통해 전파될 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 각각의 픽셀(602a-c)(예를 들어, 단색 이미지 구역)은 하나 또는 광학 요소(610)의 이웃하는 구역들 사이의 크로스토크를 제한하도록 구성된 복수 개의 광학적 물리적 격리부(physical isolation) 또는 픽셀 격리 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 격리 구조체는 적어도 일부의 광학 요소(610)를 통해서 형성된 트렌치를 포함할 수 있다. 격리 구조체는 후방 조명된 이미지 센서 내에 구현된 심층 트렌치 격리 구조체와 유사할 수 있다.
일 실시형태에서는, 도시된 바와 같이, 광학 요소(610), 예컨대 칩 내의 픽셀들(602a-c) 사이의 물리적 분리부(606)는 집적된 microLED 어레이들에 대한 심층 트렌치 격리 피쳐를 포함할 수 있다. 이러한 심층 트렌치 격리 피쳐는 하나의 픽셀에 의해서 수광되는 광이 다른 픽셀로 넘어가는 것을 방지할 수 있고, microLED들은 하나의 다이오드/픽셀에 의해 생성된 광(604)이, 예를 들어 물리적 분리부(606)에 기반하여, 이웃하는 픽셀/다이오드를 향해서 내부로 산란되지 않게 하도록 제작될 수도 있다. 이렇게 개별적으로 제어가능한 픽셀(602a-c)에 기반하여, 예를 들어 하나의 픽셀(602c)로부터 방출기(614)(이것은 하나의 처방된 색상의 광을 방출하고 픽셀(602a-c) 중 적어도 일부를 이루거나 형성하도록 구성될 수 있음)를 통해서 방출된 광은 물리적 분리부(606)에 의하여 인접한 픽셀(602b)로부터 물리적으로 고립된다.
도 7a 및 도 7b는 상이한 물리적 분리부를 가지는 상이한 실시형태를 보여주는 도면이다. 도 7a는 모든 픽셀들(704) 사이의 물리적 분리부(702)를 보여주는 도면이고, 도 7b는 픽셀들(710)의 AxA 매트릭스(예를 들어, 2x2, 3x3 등)(708)에만 있는 물리적 분리부(706)의 예시도를 보여주는 도면이다. 도 7b의 실시형태는 높은 수율을 생성하는데, 그 이유는 물리적 분리부가 개별적인 픽셀들(710)이 아니라 AxA 매트릭스들(708) 사이에 있어서 동작하지 않는 픽셀이 하나(1)가 있어도, 예를 들어 방출된 광에 대해서는 문제가 되지 않을 수 있기 때문이다. 이러한 실시형태는, 예를 들어 방출된 광의 휘도의 제어가 개선되게 할 수도 있다. 매트릭스(708)가 여러 더 작은 픽셀(710)을 포함하는 디스플레이의 하나의 큰 픽셀로서의 역할을 할 수 있도록, 프로세서 요소(들)(예를 들어, CMOS 또는 Si 배면)는 휘도를 제어하기 위해서 ON 또는 OFF가 될 매트릭스(708)로부터의 선택된 개수의 픽셀들을 제어할 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태들에서, 프로세서 요소(들)는 픽셀(710)을 매트릭스(708)의 일부로서 독립적으로 제어하여 소망되는 이미지 데이터를 생성할 수 있고, 매트릭스(708)는 더 큰 픽셀로서의 역할을 할 수 있으며, 픽셀들(710)은 서브-픽셀로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 하나의 광학 요소 내의 픽셀들(710)은 픽셀들의 매트릭스들로 상응하도록 분할될 수 있고, 프로세서 요소(들)는 각각의 매트릭스 내의 픽셀들의 휘도를 선택적으로 제어하도록 상응하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 격리 피쳐는 픽셀들(710)의 인접한 매트릭스들(708)을 광학적으로 분리하도록(예를 들어, 이들 사이의 크로스토크를 방지함) 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 어떤 매트릭스(708) 내의 인접한 픽셀들(710)은 격리 피쳐에 의해서 분리되지 않을 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인접한 픽셀들(710)은 격리 피쳐에 의하여 분리될 수 있다.
도 8은 광을 도파로로 지향시키도록 구성된 광학 시스템(800)을 보여주는 도면이다. 이것은 입력 커플링(802), 도파로(804), 및 출력 커플링(806)을 포함한다.
일 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 결합형 LED-CMOS 구조체(단색 microLED 디스플레이를 포함함)와 같은 광학 어셈블리(400 및/또는 500)는 직접, 측면 또는 각도 구성에서 도파로(804)에 별개의 유닛으로서 부착되거나 직접 장착될 수 있다(예를 들어, 복수 개의 입력 커플링(802)을 통하여). 하나 이상의 구현형태에서, 이것은, 예를 들어 프로젝터(투영 시스템), 차량 HUD, 스마트 워치 디스플레이, 및 휴대 전화 디스플레이 내에 구현될 수 있는데, 이것은 이미지 데이터를 사용자의 눈(102)으로 투과시키기 위하여 사용되는 복수 개의 출력 커플링(806)을 포함한다.
도 9 및 도 10은 입력 및 출력 커플링이 있는 도파로(906, 1006)에 직접 결합된 광학 디바이스 예컨대, microLED를 보여주는 도면이다. 디바이스들은 광을 입력 커플링(904 및 1004, 각각)에 의하여 도파로(906, 1006)에 커플링하고, 출력 커플링(908 및 1008, 각각)에 의하여 사용자에게 커플링하도록 구성되는 광학 어셈블리(902, 1002)(예를 들어, 도 2 내지 도 3에 관하여 본 명세서에서 상세히 설명됨)를 각각 포함한다. 일부 실시형태들에서(예를 들어, 도 9), 결합형 광학 디바이스(예를 들어, 어셈블리(902))는 개재된 접착제가 없이 도파로(906)에 직접 결합되어 광학 디바이스를 도파로(906)에 기계적으로 그리고 광학적으로 커플링할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 광학 어셈블리는 프레임 또는 도파로에 연결되는 다른 구조체에 장착될 수 있다.
입력 커플링(904, 1004)은 광학 어셈블리(902, 1002)로부터의 이미지 데이터가 도파로(906, 1006)(예를 들어, 유전체 재료로 제조됨)에 진입하게 하고, 이것은 이미지 데이터를, 예를 들어 내부 전반사(TIR)에 의하여 도파로(906, 1006)를 통해 이동하는 광(예를 들어, 방출기들의 대응하는 어레이를 통해서 광학 어셈블리(902, 1002)로부터 방출된 중첩된 광을 포함함)을 통해서, 그리고 출력 커플링(908, 1008)을 통해서 사용자의 눈(102)을 향해서 전달하기 위하여 사용된다.
일 실시형태에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 광이 도파로(1006)를 통해 이동할 수 있게 하기 위하여, 광학 장치(1010)(예컨대, 예를 들어 프리즘)는 광학 어셈블리(1002)로부터 투과된 광을 재지향시키기 위해서 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 어셈블리(1002)는 도파로(1006)에 상대적으로 각도를 가지는 다른 구조체에 장착될 수 있고, 광은 도시된 바와 같은 미러 및 결합기 광학기를 사용하여 광학 장치(1010)로 재지향될 수 있다.
도 11은 세 개의 색상 픽셀의 중첩의 예시도를 보여주는 도면이다. 이것은 복수 개의 픽셀(1106)을 포함하는 복수 개의 광학 요소(예를 들어, LED 다이(R, G, B)(1102a-c)), 캐리어 요소(1104), 복수 개의 광학 결합 요소(1108)(예를 들어, 렌즈), 복수 개의 연결 도파로(1110), 복수 개의 미러링 장치(1112a-c), 광학 결합기 장치(1114), 및 도파로(1116)를 포함한다.
일 실시형태에서, 복수 개의 광학 요소(1102a-c)는 복수 개의 방출기(미도시)를 통하여 단색 광을 방출할 수 있고, 이것은 대응하는 광학 결합 요소(1108) 및 연결 도파로(1110)를 통해서 이동되고 대응하는 미러링 장치(1112a-c)에 의하여 반사될 수 있다. 도시된 바와 같이, 복수 개의 광학 요소(1102a-c)는 캐리어 요소(1104)와 도파로(1116) 사이에 배치될 수 있다. 광학 요소(1102a-c)는 개재된 접착제가 없이 캐리어 요소(1104)에 직접 결합될 수 있다. 더욱이, 인입하는 광을 광학 결합기 장치(1114) 및 도파로(1116)를 통하여 사용자의 눈(미도시)을 향해 지향시키기 위하여, 미러링 장치(1112a-c)는 연결 도파로(1110)에 상대적인 소정 각도로 배치될 수 있다.
일 실시형태에서, 캐리어 요소(1104)는 실리콘/유리 캐리어이거나, 다른 실시형태에서는 픽셀(1106) 및 광학 요소(예를 들어 LED 다이와 같음)(1102a-c)를 구동하는 액티브 실리콘 다이이다. 일부 실시형태들에서, 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 도파로에, 예를 들어, 연결 도파로(1110)에 직접 결합될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 광학 요소는 투명 접착제를 사용하여 도파로에 부착될 수 있다.
따라서, 다양한 실시형태들에서, 결합형 광학 디바이스가 개시된다. 결합형 광학 디바이스는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 1 어레이를 가지는 제 1 광학 요소를 포함할 수 있다. 제 1 광학 요소는 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합될 수 있고, 적어도 하나의 프로세서 요소는 제 1 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함한다. 결합형 광학 디바이스는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 2 어레이를 가지는 제 2 광학 요소를 포함할 수 있다. 제 2 광학 요소는 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서 요소는 제 2 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함할 수 있다. 결합형 광학 디바이스는 제 1 및 제 2 광학 요소와 광학적으로 커플링된 광 경로를 포함할 수 있고, 광 경로는 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 제 1 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합되고, 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합된다. 제 1 광학 요소 및 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 유전체 결합면은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합될 수 있다. 제 1 광학 요소 및 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 도전성 콘택 패드들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합될 수 있다. 방출기들의 제 1 및 제 2 어레이의 각각의 광 방출기는 상기 적어도 하나의 프로세서 요소 상의 대응하는 드라이버 회로에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 상기 광 방출기들의 제 1 어레이 중 제 1 광 방출기 및 상기 광 방출기들의 제 2 어레이 중 제 2 광 방출기는 적어도 부분적으로 픽셀을 형성하고, 광 경로는 픽셀의 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 투과시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서 요소는 제 1 프로세서 요소 및 제 1 프로세서 요소와 별개인 제 2 프로세서 요소를 포함할 수 있다. 제 1 광학 요소는 제 1 프로세서 요소에 결합될 수 있고, 제 2 광학 요소는 제 2 프로세서 요소에 결합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 프로세서는 공통 캐리어를 포함한다.
다양한 실시형태들에서, 광 경로는 광 도파로를 포함한다. 제 1 광학 요소는 광 도파로와 제 1 프로세서 요소 사이에 배치될 수 있다. 제 2 광학 요소는 광 도파로와 제 2 프로세서 요소 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 광 도파로에 직접 결합된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 광학 요소는 광의 각각의 제 1 및 제 2 색상에 대하여 투명한 하나 이상의 접착제로써 결합된다.
일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 광학 요소는 적어도 하나의 프로세서 요소의 주면에 평행한 방향을 따라서 서로로부터 측방향으로 오프셋될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 광학 요소의 각각의 발광면들은 서로 개략적으로 평행할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 광학 요소의 각각의 발광면들은 서로 평행하지 않게 배치될 수 있다.
결합형 광학 디바이스는 하나 또는 복수 개의 광학 격리 구조체를 제 1 광학 요소 내에 포함할 수 있다. 광학 격리 구조체는 인접한 광 방출기들 사이의 크로스토크를 제한하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 색상은 제 1 파장에서 제 1 피크를 가지고, 제 2 색상은 제 2 파장에서 제 2 피크를 가진다. 제 1 및 제 2 파장 사이의 차이는 적어도 25 nm일 수 있다. 따라서, 다양한 실시형태들에서, 광학 요소에 의해서 방출되는 색상들이 서로 구별가능할 수 있도록, 파장들은 충분한 양만큼 분리될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광 경로는 광을 제 1 및 제 2 이미지 구역으로부터 재지향시키기 위한 하나 이상의 재지향 요소(예를 들어, 미러, 빔 스플리터 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 광 경로는 중첩된 광에 작용하도록 구성된 렌즈를 포함한다.
결합형 광학 디바이스는 광 경로와 광학적으로 커플링되고 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합된 제 3 광학 요소를 포함할 수 있다. 제 3 광학 요소는 제 1 및 제 2 색상과 다른 제 3 색상의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 제 1, 제 2, 및 제 3 색상은 적색, 녹색, 및 청색을 각각 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 제 1 어레이의 광 방출기들은 독립적으로 제어가능하다. 광 방출기들의 제 1 및 제 2 어레이는 발광 다이오드들(LED)의 각각의 어레이를 포함할 수 있다. 제 1 어레이의 광 방출기들의 피치는 50 마이크론 미만일 수 있다. 제 1 어레이의 광 방출기들의 피치는 10 마이크론 미만일 수 있다.
다른 실시형태에서, 결합형 광학 디바이스가 개시된다. 결합형 광학 디바이스는 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합된 제 1 광학 요소를 포함할 수 있고, 제 1 광학 요소는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된다. 결합형 광학 디바이스는 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합된 제 2 광학 요소를 포함할 수 있다. 제 2 광학 요소는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 요소는 적어도 하나의 캐리어의 주면에 평행한 방향을 따라서 서로로부터 측방향으로 오프셋될 수 있다. 결합형 광학 디바이스는 제 1 및 제 2 광학 요소와 광학적으로 커플링된 광 경로를 포함할 수 있고, 광 경로는 제 1 및 제 2 광학 요소로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성된다.
일부 실시형태에서는, 상기 적어도 하나의 캐리어는 제 1 캐리어 및 상기 제 1 캐리어와 별개인 제 2 캐리어를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 상기 적어도 하나의 캐리어는, 상기 제 1 및 제 2 광학 요소 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함하는 적어도 하나의 프로세서 요소를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합될 수 있고, 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 캐리어의 각각의 유전체 결합면들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합된다. 일부 실시형태들에서, 상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 캐리어의 각각의 도전성 콘택 패드들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합된다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 캐리어는 실리콘 또는 유리 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 캐리어는 7 ppm 미만의 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 광 경로 응 광 도파로를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 3 광학 요소는 광 경로와 광학적으로 커플링될 수 있다. 제 3 광학 요소는 접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합될 수 있다. 제 3 광학 요소는 제 1 및 제 2 색상과 다른 제 3 색상의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 색상은 적색, 녹색, 및 청색을 각각 포함한다. 제 1 및 제 2 광학 요소는 광 방출기들의 각각의 어레이를 포함할 수 있다. 광 방출기는 독립적으로 제어가능할 수 있다. 광 방출기는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 적어도 하나의 광학 요소를 적어도 하나의 프로세서 요소와 결합하는 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 제 1 광학 요소를 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합하는 단계 - 상기 제 1 광학 요소는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 1 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 1 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함함 -; 제 2 광학 요소를 상기 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합하는 단계 - 상기 제 2 광학 요소는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 2 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 2 광학 요소의 동작을 제어하도록 더 구성된 능동 회로부를 포함함 -; 및 상기 제 1 및 제 2 광학 요소를 광 경로와 커플링하는 단계 - 상기 광 경로는 상기 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성됨 -를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 캐리어는 프로세서 다이를 포함한다.
비록 본 발명이 특정 실시형태 및 예시의 문맥에서 개시되었지만, 통상의 기술자라면, 본 발명은 특정하게 개시된 실시형태를 넘어 다른 대안적인 실시형태 및/또는 본 발명의 용도 및 명백한 수정예 및 균등물까지 확장된다는 점을 이해할 것이다. 더 나아가, 그렇지 않다고 표시되지 않는 한, 예시도의 컴포넌트들은 하나 이상의 상이한 예시도의 유사한 번호를 가지는 컴포넌트들과 동일하거나 개략적으로 유사할 수 있다. 또한, 본 발명의 수많은 변형예가 상세히 도시 및 기술되었지만, 본 개시내용에 기초하여 본 발명의 범위 내에 있는 다른 수정예가 통상의 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 실시형태의 특정한 특징부 및 양태의 다양한 조합 또는 부분 조합이 이루어질 수 있고, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 고찰된다. 개시된 실시형태의 다양한 특징부 및 양태가 개시된 발명의 다양한 모드를 형성하기 위해 서로 조합되거나 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 본 발명의 범위가 특정하게 개시된 전술된 실시형태에 의해서 한정되어서는 안 되고, 후속하는 양태들을 정독함으로써만 결정되어야 하는 것이 의도된다.

Claims (41)

  1. 결합형 광학 디바이스로서,
    제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 1 어레이를 가지는 제 1 광학 요소 - 상기 제 1 광학 요소는 개재된 접착제(intervening adhesive)가 없이 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합되고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 1 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함함 -;
    제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 2 어레이를 가지는 제 2 광학 요소 - 상기 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합되고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 2 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함함 -; 및
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소와 광학적으로 커플링된 광 경로 - 상기 광 경로는 상기 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물(superposition)을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성됨 -
    를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 유전체 결합면들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 도전성 콘택 패드들은 직접 결합되고, 개재된 접착제가 없이 서로 전기적으로 연결된, 결합형 광학 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    광 방출기들의 제 1 및 제 2 어레이의 각각의 광 방출기는 상기 적어도 하나의 프로세서 요소 상의 대응하는 드라이버 회로에 전기적으로 연결된, 결합형 광학 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 방출기들의 제 1 어레이 중 제 1 광 방출기 및 상기 광 방출기들의 제 2 어레이 중 제 2 광 방출기는 적어도 부분적으로 픽셀을 형성하고,
    상기 광 경로는 상기 픽셀의 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 투과시키도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 제 1 프로세서 요소 및 상기 제 1 프로세서 요소와 별개인 제 2 프로세서 요소를 포함하고,
    상기 제 1 광학 요소는 상기 제 1 프로세서 요소에 결합되고, 상기 제 2 광학 요소는 상기 제 2 프로세서 요소에 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 공통 캐리어를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 광 도파로를 포함하고,
    상기 제 1 광학 요소는 상기 광 도파로와 상기 제 1 프로세서 요소 사이에 배치되며,
    상기 제 2 광학 요소는 상기 광 도파로와 상기 제 2 프로세서 요소 사이에 배치된, 결합형 광학 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 광 도파로에 직접 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소는 광의 각각의 제 1 및 제 2 색상에 대하여 투명한 하나 이상의 접착제로써 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소는 상기 적어도 하나의 프로세서 요소의 주면에 평행한 방향을 따라서 서로로부터 측방향으로 오프셋되고,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소의 각각의 발광면들은 서로 개략적으로 평행한, 결합형 광학 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소의 각각의 발광면들은 서로 평행하지 않게 배치된, 결합형 광학 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합형 광학 디바이스는,
    상기 제 1 광학 요소 내의 하나 또는 복수 개의 광학 격리 구조체를 더 포함하고,
    상기 광학 격리 구조체는 인접한 광 방출기들 사이의 크로스토크를 제한하도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 색상은 제 1 파장에서 제 1 피크를 가지고,
    상기 제 2 색상은 제 2 파장에서 제 2 피크를 가지며,
    제 1 및 제 2 파장들 사이의 차이는 적어도 25 nm인, 결합형 광학 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 제 1 및 제 2 이미지 구역으로부터의 광을 재지향시키기 위한 하나 이상의 재지향 요소를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 중첩된 광에 작용하도록 구성된 렌즈를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합형 광학 디바이스는,
    상기 광 경로와 광학적으로 커플링되고 상기 적어도 하나의 프로세서 요소에 결합된 제 3 광학 요소를 더 포함하고,
    상기 제 3 광학 요소는 상기 제 1 및 제 2 색상과 다른 제 3 색상의 광을 방출하도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상은 적색, 녹색, 및 청색을 각각 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 어레이의 광 방출기들은 독립적으로 제어가능한, 결합형 광학 디바이스.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 방출기들의 제 1 및 제 2 어레이는 발광 다이오드들(LED)의 각각의 어레이를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 어레이의 광 방출기들의 피치는 50 마이크론 미만인, 결합형 광학 디바이스.
  22. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 어레이의 광 방출기들의 피치는 10 마이크론 미만인, 결합형 광학 디바이스.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 방출기들의 제 1 및 제 2 어레이 각각은 복수 개의 매트릭스를 포함하고,
    각각의 매트릭스는 복수 개의 픽셀을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 각각의 매트릭스 내의 픽셀의 휘도를 선택적으로 제어하도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 결합형 광학 디바이스는,
    픽셀들의 인접한 매트릭스들 사이에 격리 피쳐(isolation feature)를 더 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소 각각은 각각의 단색 이미지를 생성하도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  26. 결합형 광학 디바이스로서,
    접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합된 제 1 광학 요소 - 상기 제 1 광학 요소는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성됨 -;
    접착제가 없이 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합된 제 2 광학 요소 - 상기 제 2 광학 요소는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 광학 요소는 상기 적어도 하나의 캐리어의 주면에 평행한 방향을 따라서 서로로부터 측방향으로 오프셋됨 -; 및
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소와 광학적으로 커플링된 광 경로 - 상기 광 경로는 상기 제 1 및 제 2 광학 요소로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성됨 -
    를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐리어는 제 1 캐리어 및 상기 제 1 캐리어와 별개인 제 2 캐리어를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  28. 제 26 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐리어는, 상기 제 1 및 제 2 광학 요소 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함하는 적어도 하나의 프로세서 요소를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 상기 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합되고,
    상기 제 2 광학 요소는 개재된 접착제가 없이 상기 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 캐리어의 각각의 유전체 결합면들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 캐리어의 각각의 도전성 콘택 패드들은 개재된 접착제가 없이 서로 직접 결합된, 결합형 광학 디바이스.
  32. 제 26 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐리어는 실리콘 또는 유리 중 적어도 하나를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  33. 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐리어는 7 ppm 미만의 열팽창 계수(CTE)를 가지는, 결합형 광학 디바이스.
  34. 제 26 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 광 도파로를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  35. 제 26 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합형 광학 디바이스는,
    상기 광 경로와 광학적으로 커플링된 제 3 광학 요소를 더 포함하고,
    상기 제 3 광학 요소는 접착제가 없이 상기 적어도 하나의 캐리어에 직접 결합되며,
    상기 제 3 광학 요소는 제 1 및 제 2 색상과 다른 제 3 색상의 광을 방출하도록 구성된, 결합형 광학 디바이스.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 및 제 3 색상은 적색, 녹색, 및 청색을 각각 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  37. 제 26 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소는 광 방출기들의 각각의 어레이를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 광 방출기들은 독립적으로 제어가능한, 결합형 광학 디바이스.
  39. 제 37 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 방출기는 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 결합형 광학 디바이스.
  40. 적어도 하나의 광학 요소를 적어도 하나의 프로세서 요소와 결합하는 방법으로서,
    제 1 광학 요소를 개재된 접착제가 없이 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합하는 단계 - 상기 제 1 광학 요소는 제 1 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 1 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 1 광학 요소의 동작을 제어하도록 구성된 능동 회로부를 포함함 -;
    제 2 광학 요소를 개재된 접착제가 없이 상기 적어도 하나의 프로세서 요소에 직접 결합하는 단계 - 상기 제 2 광학 요소는 제 1 색상과 다른 제 2 색상의 광을 방출하도록 구성된 광 방출기들의 제 2 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서 요소는 상기 제 2 광학 요소의 동작을 제어하도록 더 구성된 능동 회로부를 포함함 -; 및
    상기 제 1 및 제 2 광학 요소를 광 경로와 커플링하는 단계 - 상기 광 경로는 상기 제 1 및 제 2 광 방출기로부터의 광의 중첩물을 사용자가 보도록 광학 출력부를 향해 투과시키도록 구성됨 -를 포함하는, 결합 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 유전체 결합면들을 개재된 접착제가 없이 직접 결합하고, 상기 제 1 광학 요소 및 상기 적어도 하나의 프로세서 요소의 각각의 도전성 콘택 패드들을 개재된 접착제가 없이 직접 결합하는 단계를 더 포함하는, 결합 방법.
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