TW202134691A - 微型發光二極體的光萃取 - Google Patents

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麥可 葛朗丹
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美商菲絲博克科技有限公司
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Abstract

在此揭露的技術是有關用於微型LED陣列的光萃取結構。根據某些實施例，一種裝置包含一特徵在於第一間距的微型LED陣列、以及一微透鏡陣列，其在所述微型LED陣列上並且特徵在於不同於所述第一間距的第二間距。在所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡是對應於在所述微型LED陣列中的一個別的微型LED。在某些實施例中，所述第一間距大於所述第二間距，使得來自所述微型LED陣列中的每一個微型LED的一主光線在通過對應的微透鏡之後是在朝向所述裝置的一中間線的一個別的方向上傾斜。

Description

微型發光二極體的光萃取
此揭露內容大致是關於微型發光二極體(微型LED)。更明確地說，此揭露內容是關於一種用於從微型LED陣列進行光萃取的微透鏡陣列。
此申請案主張2019年11月22日提出申請而發明名稱為"LIGHT EXTRACTION FOR MICRO-LEDS"的第62/939,302號美國臨時申請案的權益及優先權，所述美國臨時申請案為了所有的目的以其整體納入本文作為參考。
發光二極體(LED)將電能轉換成光能，並且提供許多優於其它光源的益處，例如是縮小的尺寸、改善的耐久性、以及增大的效率。LED可以在許多顯示器系統中被利用作為光源，例如是電視、電腦螢幕、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、投影系統、以及可穿戴式電子裝置。基於例如是AlN、GaN、InN、與類似者的合金的III族氮化物半導體的微型LED(“µLED”)由於其小尺寸(例如，具有小於100μm、小於50μm、小於10μm、或是小於5μm的線性尺寸)、高的封裝密度(並且因此較高的解析度)、以及高的亮度，而已經開始被開發以用於各種的顯示器應用。例如，發射不同色彩(例如，紅色、綠色及藍色)的光的微型LED可被利用以形成例如是電視或近眼顯示器系統的顯示器系統的子像素。
此揭露內容大致是關於微型發光二極體(微型LED)。更明確地說，此揭露內容是關於一種用於從微型LED陣列進行光萃取的微透鏡陣列。根據某些實施例，一種裝置可包含特徵在於第一間距的微型LED陣列、以及微透鏡陣列，其在所述微型LED陣列上並且特徵在於不同於所述第一間距的第二間距。在所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡可以對應於在所述微型LED陣列中的一個別的微型LED。
在某些實施例中，所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡可被配置成使得來自在所述微型LED陣列中的每一個對應的微型LED的一主光線在通過所述微透鏡之後可以傳播在一不同的個別的方向上。在某些實施例中，所述第一間距可以大於所述第二間距，使得來自所述微型LED陣列中的每一個微型LED的一主光線在通過對應的微透鏡之後可以在朝向所述裝置的一中間線的一個別的方向上傾斜。在某些實施例中，所述第一間距可以小於所述第二間距。在某些實施例中，所述第一間距可以小於約10µm。在某些實施例中，所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡的一線性尺寸可以大於所述微型LED陣列中的每一個微型LED的一線性尺寸。
在某些實施例中，所述微型LED陣列可包含二維的微型LED陣列，所述微透鏡陣列可包含二維的微透鏡陣列，並且所述第一間距以及所述第二間距可以是在第一維度中。在某些實施例中，所述微型LED陣列可以是特徵在於在第二維度中的第三間距，所述微透鏡陣列可以是特徵在於在所述第二維度中的第四間距，並且所述第三間距可以不同於所述第四間距。在某些實施例中，所述第一間距可以不同於所述第三間距。在某些實施例中，所述第二間距可以不同於所述第四間距。
在某些實施例中，所述微透鏡陣列可包含介電材料或是有機材料。所述介電材料例如可包含矽氧化物或是矽氮化物。在某些實施例中，所述微透鏡陣列可包含一抗反射的塗層。在某些實施例中，所述微透鏡陣列可包含球狀的微透鏡或是非球狀的微透鏡。在某些實施例中，所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡可被配置以準直來自所述微型LED陣列中的對應的微型LED的光。在某些實施例中，所述第一間距或是所述第二間距中的至少一個可以橫跨所述裝置而變化。
根據某些實施例，一種方法可包含在微型LED陣列的介電層上沉積聚合物層、圖案化所述聚合物層以形成聚合物圖案、以及回焊所述聚合物圖案以在所述聚合物層中形成微透鏡陣列。所述微型LED陣列可以是特徵在於在相鄰的微型LED的中心之間的第一間距，所述聚合物層中的所述聚合物圖案可以是特徵在於不同於所述第一間距的第二間距，並且所述微透鏡陣列可以是特徵在於等於所述第二間距的第三間距。在某些實施例中，所述方法可以進一步包含蝕刻在所述聚合物層中的所述微透鏡陣列以及所述微型LED陣列的所述介電層以在所述介電層中形成微透鏡陣列，其中所述聚合物層可以是特徵在於蝕刻速率相當於所述介電層的蝕刻速率。
在某些實施例中，所述方法亦可包含在所述介電層中的所述微透鏡陣列上沉積抗反射層。在某些實施例中，所述方法可包含在沉積所述聚合物層之前平坦化所述介電層。在某些實施例中，所述聚合物層可包含光阻層，並且圖案化所述聚合物層可包含露出所述光阻層以透過灰階的遮罩或是二元遮罩來曝光、以及利用光阻顯影劑來顯影所述光阻層以移除所述光阻層的露出的部分。所述灰階的遮罩的透光率輪廓可以與在所述聚合物層中的所述微透鏡陣列的高度輪廓互補。所述二元遮罩可以是特徵在於透光率圖案對應於在所述聚合物層中的所述聚合物圖案。
此發明內容既不欲指出所主張的標的之關鍵或重要的特點，亦不欲單獨被用來決定所主張的標的之範疇。所述標的應該參考到此揭露內容的整個說明書、任一或全部的圖式、以及每一個請求項的適當的部分來理解。上述的內容以及其它的特點和例子將會一起在以下於後續的說明書、請求項、以及所附的圖式中更詳細加以描述。
此揭露內容是大致關於發光二極體(LED)。更明確地說而且在無限制性之下，在此揭露的是利用微透鏡陣列以從微型LED陣列萃取光的技術。所述微透鏡陣列可被用來從微型LED陣列萃取光，並且導引所述光至顯示器系統中的所要的方向，例如耦合光至波導為基礎的顯示器系統中的波導。根據某些實施例，所述微透鏡陣列可以是特徵在於在至少一維度上的間距是不同於所述微型LED陣列的間距，使得在一微透鏡的中心以及一對應的微型LED的中心之間的在所述至少一維度上的偏移可以橫跨所述微透鏡陣列而變化。就此而論，來自每一個微型LED的光可以藉由一個別的微透鏡來準直(或是聚焦或擴展)，並且由於所述不同的偏移，從每一個微型LED萃取的主光線的傳播方向可以是橫跨所述陣列不同的。因此，來自所述微型LED陣列的光可以更有效率地被萃取、準直(或是聚焦或擴展)，並且被導引至所述投影系統中的所要的方向。在所述微透鏡之間的間距可以是均勻或是非均勻的。
所述微透鏡陣列可以利用各種的技術來製造，例如是回焊圖案化的聚合物(例如，光阻)或是利用灰階的光罩以及對於曝光劑量具有線性響應的光阻以在所述光阻中形成所述微透鏡陣列、及/或乾式蝕刻所述聚合物或所述光阻以將所述微透鏡陣列的圖案及形狀轉印至介電材料層(例如，基板或是氧化物層)。各種發明的實施例在此被描述，其包含裝置、系統、方法、材料、製程、與類似者。
在此所述的微型LED以及微透鏡可以結合各種的技術來加以利用，例如是人工實境系統。人工實境系統(例如是頭戴式顯示器(HMD)或抬頭顯示器(HUD)系統)大致是包含被配置以呈現人工影像的顯示器，所述人工影像是在虛擬環境中描繪物體。所述顯示器可以呈現虛擬的物體、或是結合真實物體的影像與虛擬的物體，即如同在虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、或是混合實境(MR)的應用中。例如，在AR系統中，使用者例如可以藉由透視透明的顯示器眼鏡或鏡片(經常被稱為光學透視)、或是觀看藉由相機所捕捉的周圍環境的顯示的影像(經常被稱為視訊透視)，來觀看虛擬的物體的顯示的影像(例如，電腦產生的影像(CGI))以及周圍環境兩者。在某些AR系統中，所述人工影像可以利用LED為基礎的顯示器子系統而被呈現給使用者。
如同在此所用的，所述術語“發光二極體(LED)”是指一種光源，其包含至少一n型半導體層、一p型半導體層、以及介於所述n型半導體層與所述p型半導體層之間的一發光區域(亦即，主動區域)。所述發光區域可包含一或多個半導體層，其形成一或多個異質結構，例如量子井。在某些實施例中，所述發光區域可包含多個半導體層，其形成一或多個多重量子井(MQW)，其分別包含多個(例如，大約2至6個)量子井。
如同在此所用的，所述術語“微型LED”或“µLED”是指一種具有一晶片的LED，其中所述晶片的一線性尺寸是小於約200μm，例如是小於100μm、小於50μm、小於20μm、小於10μm、或是更小的。例如，一微型LED的線性尺寸可以是小到6μm、5μm、4μm、2μm、或是更小的。某些微型LED可以具有一線性尺寸(例如，長度或直徑)是相當於少數載子擴散長度。然而，在此的揭露內容並不限於微型LED，並且是亦可以應用至迷你LED以及大型LED。
如同在此所用的，所述術語“接合”可以是指各種用於實體及/或電連接兩個或多個裝置及/或晶圓的方法，例如是黏著接合、金屬至金屬接合、金屬氧化物接合、晶圓至晶圓接合、晶粒至晶圓接合、混合接合、與類似者。例如，黏著接合可以利用可固化黏著劑(例如，環氧樹脂)以透過黏著來實體接合兩個或多個裝置及/或晶圓。金屬至金屬接合例如可包含引線接合或是覆晶接合，其是在金屬之間利用焊接介面(例如，墊或球體)、導電的黏著劑、或是焊接的接合點。金屬氧化物接合可以在每一個表面上形成一金屬及氧化物圖案、將氧化物區段接合在一起、並且接著將金屬區段接合在一起以產生一導電路徑。晶圓至晶圓接合可以在無任何中間層之下接合兩個晶圓(例如，矽晶圓或是其它半導體晶圓)，並且是根據在所述兩個晶圓的表面之間的化學接合。晶圓至晶圓接合可包含晶圓清潔及其它的預處理、在室溫下對準及預先接合、以及在例如是約250°C或更高的高溫下退火。晶粒至晶圓接合可以利用晶圓的驅動器而利用在晶圓上的凸塊以對準預先形成的晶片的特點。混合接合例如可包含晶圓清潔、一晶圓的接點與另一晶圓的接點的高精確度的對準、在室溫下的所述晶圓之內的介電材料的介電質接合、以及所述接點的藉由在例如是250-300°C或更高溫的退火的金屬接合。
在以下的說明中，為了解說之目的，特定的細節被闡述以便於提供本揭露內容的例子的徹底理解。然而，將會明顯的是各種的例子可以在無這些特定的細節下加以實施。例如，裝置、系統、結構、組件、方法、以及其它構件可能用方塊圖的形式而被展示為構件，以避免不必要的細節模糊所述例子。在其它實例中，眾所周知的裝置、製程、系統、結構、以及技術可能在無必要的細節下展示，以避免模糊所述例子。所述圖式及說明並不欲為限制性的。已經被採用在此揭露內容中的術語及措辭是被使用作為說明的用語而非限制性的，因而在此種術語及措辭的使用上並無意排除所展示及敘述的特點的任何等同物或是其之部分。所述字“例子”在此是被使用來表示“作為一個例子、實例、或是例證”。在此被敘述為“例子”的任何實施例或設計並不一定欲被解釋為相對其它實施例或設計為較佳或是有利的。
圖1是根據某些實施例的包含近眼顯示器120的人工實境系統環境100的一個例子的簡化的方塊圖。在圖1中所示的人工實境系統環境100可包含近眼顯示器120、選配的外部的成像裝置150、以及選配的輸入/輸出介面140，其分別可以耦接至選配的控制台110。儘管圖1是展示人工實境系統環境100包含一個近眼顯示器120、一個外部的成像裝置150、以及一個輸入/輸出介面140的一個例子，但是任意數目的這些構件都可以內含在人工實境系統環境100中、或是所述構件的任一個都可被省略。例如，可以有多個近眼顯示器120，其是藉由一或多個和控制台110通訊的外部的成像裝置150來加以監測。在某些配置中，人工實境系統環境100可以不包含外部的成像裝置150、選配的輸入/輸出介面140、以及選配的控制台110。在替代的配置中，不同或是額外的構件可以內含在人工實境系統環境100中。
近眼顯示器120可以是頭戴式顯示器，其呈現內容給使用者。藉由近眼顯示器120呈現的內容的例子是包含影像、視訊、音訊、或是其之任意組合中的一或多個。在某些實施例中，音訊可以經由外部的裝置(例如，揚聲器及/或頭戴式耳機)來呈現，其是從近眼顯示器120、控制台110、或是兩者接收音訊資訊，並且根據所述音訊資訊來呈現音訊資料。近眼顯示器120可包含一或多個剛性主體，其可以是剛性或非剛性地耦接至彼此。在剛性主體之間的剛性耦接可以使得所耦接的剛性主體作用為單一剛性實體。在剛性主體之間的非剛性耦接可以容許所述剛性主體能夠相對於彼此移動。在各種的實施例中，近眼顯示器120可以用任何適當的形狀因數來加以實施，其包含一副眼鏡。近眼顯示器120的一些實施例是進一步在以下相關圖2及3來加以敘述。此外，在各種的實施例中，在此所述的功能可被用在頭戴式裝置，其結合在近眼顯示器120外部的環境的影像以及人工實境內容(例如，電腦產生的影像)。因此，近眼顯示器120可以利用產生的內容(例如，影像、視訊、聲音、等等)來擴增在近眼顯示器120外部的實體真實世界的環境的影像，以呈現擴增實境給使用者。
在各種的實施例中，近眼顯示器120可包含顯示器電子設備122、顯示器光學124、以及眼動追蹤單元130中的一或多個。在某些實施例中，近眼顯示器120亦可包含一或多個定位器126、一或多個位置感測器128、以及一慣性的量測單元(IMU)132。近眼顯示器120可以省略眼動追蹤單元130、定位器126、位置感測器128、以及IMU 132的任一個、或是在各種的實施例中包含額外的元件。此外，在某些實施例中，近眼顯示器120可包含結合圖1所述的各種元件的功能的元件。
顯示器電子設備122可以根據例如從控制台110接收到的資料來顯示或是促進影像至使用者的顯示。在各種的實施例中，顯示器電子設備122可包含一或多個顯示面板，例如是液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、無機發光二極體(ILED)顯示器、微發光二極體(µLED)顯示器、主動矩陣式OLED顯示器(AMOLED)、透明的OLED顯示器(TOLED)、或是某些其它顯示器。例如，在近眼顯示器120的一實施方式中，顯示器電子設備122可包含一前TOLED面板、一後顯示面板、以及在所述前及後顯示面板之間的光學構件(例如，一衰減器、偏光板、或是繞射或光譜膜)。顯示器電子設備122可包含像素來發射具有一例如是紅色、綠色、藍色、白色或黃色的主色的光。在某些實施方式中，顯示器電子設備122可以透過藉由二維的面板所產生的立體效果來顯示一個三維的(3D)影像，以產生影像深度的主觀的感知。例如，顯示器電子設備122可包含一左顯示器以及一右顯示器，其分別被設置在一使用者的左眼及右眼的前面。所述左顯示器及右顯示器可以呈現一影像水平地相對於彼此而被移位的副本，以產生立體效果(亦即，由觀看影像的一使用者對於所述影像深度的感知)。
在某些實施例中，顯示器光學124可以光學地(例如，利用光學波導及耦合器)顯示影像內容、或是放大從顯示器電子設備122接收到的影像光、校正和所述影像光相關的光學誤差、以及呈現所述經校正的影像光給近眼顯示器120的一使用者。在各種的實施例中，顯示器光學124可包含一或多個光學元件，例如是基板、光學波導、孔徑、菲涅耳透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾波器、輸入/輸出耦合器、或是任何其它可以影響從顯示器電子設備122發射的影像光的適當的光學元件。顯示器光學124可包含不同的光學元件及機械式耦接的一組合，以在所述組合中維持所述光學元件的相對的間隔及方位。在顯示器光學124中的一或多個光學元件可以具有一光學塗層，例如是抗反射塗層、反射塗層、濾波塗層、或是不同的光學塗層的一組合。
所述影像光藉由顯示器光學124的放大可以容許顯示器電子設備122能夠是比更大型的顯示器實際較小、重量較輕、並且消耗較低的功率。此外，放大可以增加所顯示的內容的視野。影像光藉由顯示器光學124的放大的量可以藉由調整、加入、或是從顯示器光學124移除光學元件來加以改變。在某些實施例中，顯示器光學124可以投影所顯示的影像至一或多個可以比近眼顯示器120更遠離使用者的眼睛的影像平面。
顯示器光學124亦可被設計以校正一或多種類型的光學誤差，例如是二維的光學誤差、三維的光學誤差、或是其之任意組合。二維的誤差可包含發生在兩個維度上的光學像差。二維的誤差的範例類型可包含桶形(barrel)失真、針墊(pincushion)失真、縱長的色像差、以及橫向的色像差。三維的誤差可包含發生在三個維度上的光學誤差。三維的誤差的範例類型可包含球面像差、彗形(comatic)像差、場彎曲、以及像散。
定位器126可以是位在近眼顯示器120上的相對於彼此並且相對於在近眼顯示器120上的一參考點的特定位置的物體。在某些實施方式中，控制台110可以識別在藉由外部的成像裝置150所捕捉的影像中的定位器126，以判斷人工實境頭戴式裝置的位置、方位、或是兩者。一定位器126可以是一LED、一隅角立方體反射器、一反射的標記、對比近眼顯示器120操作在其中的環境的一種類型的光源、或是其之任意組合。在其中定位器126是主動構件(例如，LED或是其它類型的發光裝置)的實施例中，定位器126可以發射在可見光頻帶中(例如，約380nm至750nm)、在紅外線(IR)頻帶中(例如，約750nm至1mm)、在紫外線頻帶中(例如，約10nm至約380nm)、在電磁頻譜的另一部分中、或是在電磁頻譜的部分的任意組合中的光。
外部的成像裝置150可包含一或多個相機、一或多個攝影機、任何其它能夠捕捉包含定位器126中的一或多個的影像的裝置、或是其之任意組合。此外，外部的成像裝置150可包含一或多個濾波器(例如，用以增加信號對雜訊比)。外部的成像裝置150可被配置以偵測在外部的成像裝置150的視野中從定位器126發射或是反射的光。在其中定位器126包含被動元件(例如，逆反射器)的實施例中，外部的成像裝置150可包含一光源，其照射某些或是全部的定位器126，而定位器126可以逆反射所述光至在外部的成像裝置150中的光源。慢速校準資料可以從外部的成像裝置150被傳遞至控制台110，並且外部的成像裝置150可以從控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數(例如，焦距、焦點、訊框率、感測器溫度、快門速度、孔徑、等等)。
位置感測器128可以響應於近眼顯示器120的運動來產生一或多個量測信號。位置感測器128的例子可包含加速度計、陀螺儀、磁力儀、其它偵測運動或誤差校正的感測器、或是其之任意組合。例如，在某些實施例中，位置感測器128可包含多個加速度計以量測平移的運動(例如，前/後、上/下、或是左/右)、以及多個陀螺儀以量測旋轉的運動(例如，俯仰、偏擺、或是翻滾)。在某些實施例中，各種的位置感測器可以彼此正交地被定向。
IMU 132可以是一種電子裝置，其是根據從位置感測器128中的一或多個接收到的量測信號來產生快速的校準資料。位置感測器128可以是位在IMU 132的外部、IMU 132的內部、或是其之任意組合。根據來自一或多個位置感測器128的一或多個量測信號，IMU 132可以產生快速的校準資料，其指出相對於近眼顯示器120的一最初的位置的近眼顯示器120的一估計的位置。例如，IMU 132可以隨著時間積分從加速度計接收到的量測信號以估計一速度向量，並且隨著時間積分所述速度向量以決定在近眼顯示器120上的一參考點的一估計的位置。或者是，IMU 132可以提供所取樣的量測信號至控制台110，而控制台110可以決定所述快速的校準資料。儘管所述參考點可以大致被定義為在空間中的一點，但是在各種的實施例中，所述參考點亦可以被定義為在近眼顯示器120之內的一點(例如，IMU 132的一中心)。
眼動追蹤單元130可包含一或多個眼動追蹤系統。眼動追蹤可以是指判斷一眼睛的位置，其包含所述眼睛相對於近眼顯示器120的方位及位置。一眼動追蹤系統可包含一成像系統以成像一或多個眼睛，並且可以選配地包含一可以產生光的發光器，所述光被導引到一眼睛，使得被所述眼睛反射的光可藉由所述成像系統加以捕捉。例如，眼動追蹤單元130可包含一非同調或是同調光源(例如，一雷射二極體)，其發射在可見光頻譜或是紅外線頻譜中的光、以及一相機，其捕捉被所述使用者的眼睛反射的光。作為另一例子的是，眼動追蹤單元130可以捕捉藉由一小型的雷達單元發射的反射的無線電波。眼動追蹤單元130可以利用低功率的發光器，其是以不會傷害眼睛或造成身體不適的頻率及強度來發射光。眼動追蹤單元130可被配置以增加在藉由眼動追蹤單元130所捕捉的一眼睛的影像中的對比，同時降低由眼動追蹤單元130所消耗的整體功率(例如，降低由內含在眼動追蹤單元130中的發光器以及成像系統所消耗的功率)。例如，在某些實施方式中，眼動追蹤單元130可以消耗小於100毫瓦的功率。
近眼顯示器120可以利用眼睛的方位，以例如判斷使用者的一瞳孔間距離(IPD)、判斷注視方向、引入深度線索(例如，模糊在使用者的主要視線之外的影像)、收集在VR媒體中的使用者互動上的探索(例如，花在任何特定的對象、物件、或框上的時間為曝露到的刺激的一函數)、某些其它是部分根據使用者的眼睛中的至少一個眼睛的方位而定的功能、或是其之任意組合。因為所述方位可以針對於使用者的兩眼來加以判斷，因此眼動追蹤單元130可以能夠判斷所述使用者正看著哪裡。例如，判斷使用者的注視的方向可包含根據使用者的左右眼的所判斷的方位來判斷一收斂點。一收斂點可以是使用者的眼睛的兩個中央窩(foveal)軸交叉所在的點。使用者的注視方向可以是通過所述收斂點以及在使用者的眼睛的瞳孔之間的中點的一線的方向。
輸入/輸出介面140可以是一裝置，其容許使用者能夠傳送動作請求至控制台110。動作請求可以是為了執行一特定動作的請求。例如，一動作請求可以是開始或結束一應用程式、或是執行在所述應用程式之內的一特定動作。輸入/輸出介面140可包含一或多個輸入裝置。範例的輸入裝置可包含鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕、或是任何其它用於接收動作請求並且傳遞所接收到的動作請求至控制台110的適當的裝置。藉由所述輸入/輸出介面140接收到的一動作請求可被傳遞至控制台110，而控制台110可以執行對應於所請求的動作的一動作。在某些實施例中，輸入/輸出介面140可以根據從控制台110接收到的指令來提供觸覺回授給使用者。例如，輸入/輸出介面140可以在一動作請求被接收到時、或是在控制台110已經執行一所請求的動作並且傳遞指令至輸入/輸出介面140時提供觸覺回授。在某些實施例中，外部的成像裝置150可被用來追蹤輸入/輸出介面140，例如追蹤一控制器(其例如可包含一IR光源)的地點或位置、或是使用者的一手以判斷所述使用者的運動。在某些實施例中，近眼顯示器120可包含一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，例如是追蹤一控制器的地點或位置、或是使用者的一手以判斷所述使用者的運動。
控制台110可以根據從外部的成像裝置150、近眼顯示器120、以及輸入/輸出介面140中的一或多個接收到的資訊來提供內容至近眼顯示器120，以用於呈現給使用者。在圖1所示的例子中，控制台110可包含應用程式儲存112、頭戴式裝置追蹤模組114、人工實境引擎116、以及眼動追蹤模組118。控制台110的某些實施例可包含與那些結合圖1敘述者不同或是額外的模組。在以下進一步敘述的功能可以用與在此描述者不同的方式而被分散在控制台110的構件之間。
在某些實施例中，控制台110可包含一處理器以及一非暫態的電腦可讀取的儲存媒體，其儲存可藉由所述處理器執行的指令。所述處理器可包含多個處理單元，其平行執行指令。所述非暫態的電腦可讀取的儲存媒體可以是任何記憶體，例如是硬碟機、可拆卸的記憶體、或是固態硬碟(例如，快閃記憶體或是動態隨機存取記憶體(DRAM))。在各種的實施例中，結合圖1敘述的控制台110的模組可被編碼為在所述非暫態的電腦可讀取的儲存媒體中的指令，當藉由所述處理器執行時，其使得所述處理器執行在以下進一步敘述的功能。
應用程式儲存112可以儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。一應用程式可包含一群組的指令，當藉由一處理器執行時，其產生用於呈現給使用者的內容。藉由一應用程式所產生的內容可以是響應於從使用者經由所述使用者的眼睛的移動接收到的輸入、或是從所述輸入/輸出介面140接收到的輸入。所述應用程式的例子可包含遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式、或是其它適當的應用程式。
頭戴式裝置追蹤模組114可以利用來自外部的成像裝置150的慢速的校準資訊來追蹤近眼顯示器120的移動。例如，頭戴式裝置追蹤模組114可以利用來自所述慢速的校準資訊的觀察到的定位器以及近眼顯示器120的模型，以判斷近眼顯示器120的一參考點的位置。頭戴式裝置追蹤模組114亦可以利用來自所述快速的校準資訊的位置資訊，以判斷近眼顯示器120的一參考點的位置。此外，在某些實施例中，頭戴式裝置追蹤模組114可以利用所述快速的校準資訊、所述慢速的校準資訊、或是其之任意組合的部分，以預測近眼顯示器120的未來的位置。頭戴式裝置追蹤模組114可以提供近眼顯示器120的估計或是預測的未來的位置至人工實境引擎116。
人工實境引擎116可以在人工實境系統環境100之內執行應用程式，並且從頭戴式裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120的位置資訊、近眼顯示器120的加速資訊、近眼顯示器120的速度資訊、近眼顯示器120的預測的未來的位置、或是其之任意組合。人工實境引擎116亦可以從眼動追蹤模組118接收估計的眼睛位置以及方位資訊。根據所接收到的資訊，人工實境引擎116可以決定內容以提供至近眼顯示器120以用於呈現給使用者。例如，若所接收到的資訊指出使用者已經看向左邊，則人工實境引擎116可以產生用於近眼顯示器120的內容，其在一虛擬的環境中鏡射所述使用者的眼睛移動。此外，人工實境引擎116可以響應於從輸入/輸出介面140接收到的一動作請求以在控制台110上執行的一應用程式之內執行一動作，並且提供回授給使用者，其指出所述動作已經被執行。所述回授可以是經由近眼顯示器120的視覺或可聽見的回授、或是經由輸入/輸出介面140的觸覺回授。
眼動追蹤模組118可以從眼動追蹤單元130接收眼動追蹤資料，並且根據所述眼動追蹤資料來判斷使用者的眼睛的位置。所述眼睛的位置可包含一眼睛相對於近眼顯示器120或是其之任何元件的方位、位置、或是兩者。因為眼睛的旋轉軸是以所述眼睛在其眼窩中的位置的一函數而改變，因此判斷所述眼睛在其眼窩中的位置可以容許眼動追蹤模組118能夠更正確地判斷所述眼睛的方位。
圖2是用於實施在此揭露的某些例子的具有HMD裝置200的形式的近眼顯示器的一個例子的立體圖。HMD裝置200例如可以是VR系統、AR系統、MR系統、或是其之任意組合的一部分。HMD裝置200可包含主體220以及頭帶230。圖2是在所述立體圖中展示主體220的底側223、前側225、以及左側227。頭帶230可以具有一可調整或是可延長的長度。在HMD裝置200的主體220以及頭帶230之間可以有一充分的空間以容許一使用者能夠將HMD裝置200戴在所述使用者的頭部上。在各種的實施例中，HMD裝置200可包含額外的、較少的、或是不同的構件。例如，在某些實施例中，HMD裝置200可包含如同在例如是以下的圖3中所示的眼鏡鏡腳以及鏡腳尖端，而不是頭帶230。
HMD裝置200可以呈現包含一實體真實世界的環境的具有電腦產生的元素的虛擬及/或擴增的視圖的媒體給一使用者。藉由HMD裝置200呈現的媒體的例子可包含影像(例如，二維(2D)或是三維(3D)影像)、視訊(例如，2D或3D視訊)、音訊、或是其之任意組合。所述影像及視訊可以藉由在HMD裝置200的主體220中所封入的一或多個顯示器組件(未顯示在圖2中)而被呈現給使用者的每一個眼睛。在各種的實施例中，所述一或多個顯示器組件可包含單一電子顯示面板、或是多個電子顯示面板(例如，使用者的每一個眼睛有一顯示面板)。所述電子顯示面板的例子例如可包含LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某些其它顯示器、或是其之任意組合。HMD裝置200可包含兩個可視範圍區域。
在某些實施方式中，HMD裝置200可包含各種的感測器(未顯示)，例如是深度感測器、運動感測器、位置感測器、以及眼動追蹤感測器。這些感測器的某些個可以利用一結構光圖案以用於感測。在某些實施方式中，HMD裝置200可包含用於和控制台通訊的輸入/輸出介面。在某些實施方式中，HMD裝置200可包含虛擬實境引擎(未顯示)，其可以在HMD裝置200之內執行應用程式，並且從所述各種的感測器接收HMD裝置200的深度資訊、位置資訊、加速資訊、速度資訊、預測的未來的位置、或是其之任意組合。在某些實施方式中，藉由所述虛擬實境引擎接收到的資訊可被使用於產生一信號(例如，顯示器指令)至所述一或多個顯示器組件。在某些實施方式中，HMD裝置200可包含相對於彼此並且相對於一參考點而位在主體220上的固定的位置的定位器(未被展示，例如定位器126)。所述定位器的每一個可以發射可藉由外部的成像裝置偵測的光。
圖3是用於實施在此揭露的某些例子的具有一副眼鏡的形式的近眼顯示器300的一個例子的立體圖。近眼顯示器300可以是圖1的近眼顯示器120的一特定的實施方式，並且可被配置以運作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器、及/或混合實境顯示器。近眼顯示器300可包含鏡框305以及顯示器310。顯示器310可被配置以呈現內容給一使用者。在某些實施例中，顯示器310可包含顯示器電子設備及/或顯示器光學。例如，如上相關圖1的近眼顯示器120所述的，顯示器310可包含LCD顯示面板、LED顯示面板、或是光學顯示面板(例如，波導顯示器組件)。
近眼顯示器300可以進一步包含在鏡框305上或是之內的各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在某些實施例中，感測器350a-350e可包含一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器、或是環境光感測器。在某些實施例中，感測器350a-350e可包含一或多個影像感測器，其被配置以產生代表在不同方向上的不同視野的影像資料。在某些實施例中，感測器350a-350e可被使用作為輸入裝置，以控制或影響近眼顯示器300所顯示的內容、及/或提供一互動的VR/AR/MR體驗給近眼顯示器300的使用者。在某些實施例中，感測器350a-350e亦可被使用於立體的成像。
在某些實施例中，近眼顯示器300可以進一步包含一或多個照明器330，以投影光到所述實體環境中。所投影的光可以是和不同的頻帶相關的(例如，可見光、紅外光，紫外光、等等)，並且可以充作各種的目的。例如，照明器330可以在一暗的環境中(或是在一低強度的紅外光、紫外光、等等的環境中)投影光，以協助感測器350a-350e在所述暗的環境之內捕捉不同物體的影像。在某些實施例中，照明器330可被用來投影某些光圖案到所述環境之內的所述物體之上。在某些實施例中，照明器330可被使用作為定位器，例如是以上相關圖1所述的定位器126。
在某些實施例中，近眼顯示器300亦可包含一高解析度的相機340。相機340可以捕捉在視野中的實體環境的影像。為了AR或MR應用程式，所捕捉的影像可以例如藉由一虛擬實境引擎(例如，圖1的人工實境引擎116)來加以處理，以將虛擬的物體加入所捕捉的影像、或是修改在所捕捉的影像中的實體物體，並且經處理的影像可以藉由顯示器310而被顯示給使用者。
圖4是描繪根據某些實施例的包含波導顯示器的光學穿透式擴增實境系統400的一個例子。擴增實境系統400可包含一投影器410以及一組合器415。投影器410可包含一光源或影像源412以及投影器光學414。在某些實施例中，光源或影像源412可包含一或多個上述的微型LED裝置。在某些實施例中，影像源412可包含顯示虛擬的物體的複數個像素，例如是LCD顯示面板或LED顯示面板。在某些實施例中，影像源412可包含一光源，其產生同調或是部分同調光。例如，影像源412可包含雷射二極體、垂直腔面發射雷射、LED、及/或上述的微型LED。在某些實施例中，影像源412可包含複數個光源(例如，一陣列的上述的微型LED)，其分別發射對應於一原色(例如，紅色、綠色、或是藍色)的一單色影像光。在某些實施例中，影像源412可包含三個二維陣列的微型LED，其中每一個二維陣列的微型LED可包含被配置以發射一原色(例如，紅色、綠色、或是藍色)的光的微型LED。在某些實施例中，影像源412可包含一光學圖案產生器，例如一空間的光調變器。投影器光學414可包含一或多個光學構件，其可以調節來自影像源412的光，例如是擴展、準直、掃描、或是投影來自影像源412的光至組合器415。所述一或多個光學構件例如可包含一或多個透鏡、液體透鏡、反射鏡、孔徑、及/或光柵。例如，在某些實施例中，影像源412可包含一或多個一維的陣列或是細長的二維陣列的微型LED，並且投影器光學414可包含一或多個一維的掃描器(例如，微鏡或是稜鏡)，其被配置以掃描所述一維的陣列或是細長的二維陣列的微型LED以產生影像訊框。在某些實施例中，投影器光學414可包含一具有複數個電極的液體透鏡(例如，一液晶透鏡)，其容許來自影像源412的光的掃描。
組合器415可包含一輸入耦合器430，以用於耦合來自投影器410的光到組合器415的一基板420之中。組合器415可以透射至少50%的在第一波長範圍中的光，並且反射至少25%的在第二波長範圍中的光。例如，所述第一波長範圍可以是從約400nm至約650nm的可見光，並且所述第二波長範圍可以是在紅外線頻帶中，例如是從約800nm至約1000nm。輸入耦合器430可包含體積全息光柵、繞射光學元件(DOE)(例如，表面起伏光柵)、基板420的傾斜的表面、或是折射耦合器(例如，楔形或是稜鏡)。例如，輸入耦合器430可包含反射的體積布拉格光柵、或是透射的體積布拉格光柵。輸入耦合器430可以具有大於30%、50%、75%、90%的耦合效率、或是針對於可見光為更高的耦合效率。被耦合到基板420中的光可以在基板420之內透過例如全內反射(TIR)來傳播。基板420可以具有一副眼鏡的一透鏡的形式。基板420可以具有一平坦或是彎曲的表面，並且可包含一或多種類型的介電材料，例如是玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、晶體、或是陶瓷。所述基板的厚度範圍可以從例如小於約1mm到約10mm或是更厚。基板420對於可見光可以是透明的。
基板420可包含或是可以耦接至複數個輸出耦合器440，每一個耦合器440是被配置以從基板420萃取藉由基板420導引並且在基板420之內傳播的光的至少一部分，並且導引所萃取的光460至當擴增實境系統400在使用時，其中擴增實境系統400的使用者的一眼睛490可以位在的一可視範圍495。所述複數個輸出耦合器440可以複製出射曈以增加可視範圍495的尺寸，使得所顯示的影像是在一較大的區域中可見的。如同輸入耦合器430，輸出耦合器440可包含光柵耦合器(例如，體積全息光柵或是表面起伏光柵)、其它繞射光學元件(DOE)、稜鏡、等等。例如，輸出耦合器440可包含反射的體積布拉格光柵、或是透射的體積布拉格光柵。輸出耦合器440在不同的位置可以具有不同的耦合(例如，繞射)效率。基板420亦可以容許來自在組合器415的前面的環境的光450在小損失或是沒有損失下通過。輸出耦合器440亦可以容許光450在小損失下通過。例如，在某些實施方式中，輸出耦合器440可以對於光450具有一非常低的繞射效率，使得光450可以在小損失下折射或者是通過輸出耦合器440，並且因此可以具有比萃取的光460更高的強度。在某些實施方式中，輸出耦合器440可以對於光450具有一高的繞射效率，並且可以在小損失下，在某些所要的方向(亦即，繞射角度)上繞射光450。因此，使用者可以能夠觀看組合的在組合器415的前面的環境的影像以及藉由投影器410投影的虛擬的物體的影像。
圖5A是描繪根據某些實施例的包含波導顯示器530的近眼顯示器(NED)裝置500的一個例子。NED裝置500可以是近眼顯示器120、擴增實境系統400、或是另一種類型的顯示裝置的一個例子。NED裝置500可包含光源510、投影光學520、以及波導顯示器530。光源510可包含針對於不同色彩的多個面板的發光器，例如是紅色發光器512的面板、綠色發光器514的面板、以及藍光發光器516的面板。所述紅色發光器512被組織成一陣列；所述綠色發光器514被組織成一陣列；並且所述藍光發光器516被組織成一陣列。在光源510中的發光器的尺寸及間距可以是小的。例如，每一個發光器可以具有一小於2µm(例如，約1.2µm)的直徑，並且所述間距可以是小於2µm(例如，約1.5µm)。就此而論，在每一個紅色發光器512、綠色發光器514、以及藍光發光器516中的發光器數目可以是等於或大於在一顯示器影像中的像素數目，例如是960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080、或是2560×1080個像素。因此，一顯示器影像可以藉由光源510同時加以產生。在NED裝置500中，掃描元件可以不被使用。
在到達波導顯示器530之前，藉由光源510所發射的光可以藉由投影光學520來加以調節，而投影光學520可包含一透鏡陣列。投影光學520可以準直或聚焦藉由光源510發射至波導顯示器530的光，波導顯示器530可包含一耦合器532，以用於耦合藉由光源510所發射的光到波導顯示器530中。耦合到波導顯示器530中的光可以例如透過如上相關圖4所述的全內反射而傳播在波導顯示器530之內。耦合器532亦可以耦合傳播在波導顯示器530之內的光的部分離開波導顯示器530，並且朝向使用者的眼睛590。
圖5B描繪根據某些實施例的包含波導顯示器580的近眼顯示器(NED)裝置550的一個例子。在某些實施例中，NED裝置550可以利用一掃描反射鏡570以投影來自一光源540的光至一使用者的眼睛590可以位在的影像場。NED裝置550可以是近眼顯示器120、擴增實境系統400、或是另一種類型的顯示裝置的一個例子。光源540可包含一或多個列或是一或多個行的不同色彩的發光器，例如是多個列的紅色發光器542、多個列的綠色發光器544、以及多個列的藍光發光器546。例如，紅色發光器542、綠色發光器544、以及藍光發光器546分別可包含N個列，每一個列例如包含2560個發光器(像素)。所述紅色發光器542被組織成一陣列；所述綠色發光器544被組織成一陣列；並且所述藍光發光器546被組織成一陣列。在某些實施例中，光源540可以針對於每一個色彩包含單一線的發光器。在某些實施例中，光源540可以針對於紅色、綠色、以及藍色色彩的每一個包含多個行的發光器，其中每一個行例如可包含1080個發光器。在某些實施例中，在光源540中的發光器的尺寸及/或間距可以是相當大的(例如，約3-5µm)，並且因此光源540可能不包含足夠的發光器以用於同時產生一整個顯示器影像。例如，用於單一色彩的發光器數目可以是少於一顯示器影像中的像素數目(例如，2560×1080個像素)。藉由光源540所發射的光可以是一組準直或發散的光束。
在到達掃描反射鏡570之前，藉由光源540所發射的光可以藉由各種的光學元件來加以調節，例如準直透鏡或是自由曲面光學元件560。自由曲面光學元件560例如可包含多面稜鏡或是另一光折疊元件，其可以導引藉由光源540所發射的光朝向掃描反射鏡570，例如改變藉由光源540所發射的光的傳播方向例如約90°或是更大。在某些實施例中，自由曲面光學元件560可以是可旋轉的，以掃描所述光。掃描反射鏡570及/或自由曲面光學元件560可以反射及投影藉由光源540所發射的光至波導顯示器580，波導顯示器580可包含一耦合器582以用於耦合藉由光源540所發射的光到波導顯示器580中。耦合到波導顯示器580中的光可以例如透過如上相關圖4所述的全內反射而傳播在波導顯示器580之內。耦合器582亦可以耦合傳播在波導顯示器580之內的光的部分離開波導顯示器580，並且朝向使用者的眼睛590。
掃描反射鏡570可包含一微機電系統(MEMS)反射鏡、或是任何其它適當的反射鏡。掃描反射鏡570可以旋轉以在一或是兩個維度上掃描。當掃描反射鏡570旋轉時，藉由光源540所發射的光可被導向波導顯示器580的一不同的區域，使得一整個顯示器影像可被投影到波導顯示器580之上，並且藉由波導顯示器580在每一個掃描週期中被導向使用者的眼睛590。例如，在其中光源540包含用在一或多個列或行中的所有像素的發光器的實施例中，掃描反射鏡570可被旋轉在所述行或列方向(例如，x或y方向)上以掃描一影像。在其中光源540包含用在一或多個列或行中的某些但不是全部的像素的發光器的實施例中，掃描反射鏡570可被旋轉在所述列與行方向(例如，x及y方向兩者)上以投影一顯示器影像(例如，利用一光柵類型的掃描模式)。
NED裝置550可以在預先定義的顯示器期間中運作。一顯示器期間(例如，顯示器週期)可以是指其中一整個影像被掃描或投影的一持續時間期間。例如，一顯示器期間可以是所要的訊框率的一倒數。在包含掃描反射鏡570的NED裝置550中，所述顯示器期間亦可被稱為一掃描期間或是掃描週期。藉由光源540的光的產生可以和掃描反射鏡570的旋轉同步。例如，每一個掃描週期可包含多個掃描步驟，其中光源540可以在每一個別的掃描步驟中產生一不同的光圖案。
在每一個掃描週期中，當掃描反射鏡570旋轉時，一顯示器影像可被投影到波導顯示器580以及使用者的眼睛590之上。所述顯示器影像的一給定的像素位置的實際的色彩值及光強度(例如，亮度)可以是在所述掃描期間照明所述像素位置的所述三個色彩(例如，紅色、綠色及藍色)的光束的一平均。在完成一掃描期間之後，掃描反射鏡570可以恢復回到最初的位置以投影用於下一個顯示器影像的前幾列的光、或是可以用一相反的方向或掃描模式來旋轉以投影用於下一個顯示器影像的光，其中一組新的驅動信號可被饋入到光源540。相同的過程可以隨著掃描反射鏡570在每一個掃描週期中旋轉而予以重複。就此而論，不同的影像可以在不同的掃描週期中被投影至使用者的眼睛590。
圖6是描繪根據某些實施例的在近眼顯示器系統600中的影像源組件610的一個例子。影像源組件610例如可包含一顯示面板640，其可以產生將被投影至使用者的眼睛的顯示器影像、以及一投影器650，其可以投影藉由顯示面板640所產生的顯示器影像至如上相關圖4-5B所述的波導顯示器。顯示面板640可包含一光源642以及一用於光源642的驅動器電路644。光源642例如可包含光源510或540。投影器650例如可包含上述的自由曲面光學元件560、掃描反射鏡570、及/或投影光學520。近眼顯示器系統600亦可包含一控制器620，其同步地控制光源642及投影器650(例如，掃描反射鏡570)。影像源組件610可以產生及輸出一影像光至一波導顯示器(未顯示在圖6中)，例如波導顯示器530或580。如上所述，所述波導顯示器可以在一或多個輸入耦合元件接收所述影像光，並且導引所接收到的影像光至一或多個輸出耦合元件。所述輸入與輸出耦合元件例如可包含一繞射光柵、一全息光柵、一稜鏡、或是其之任意組合。所述輸入耦合元件可被選擇使得全內反射發生在所述波導顯示器。所述輸出耦合元件可以耦合所述全內反射的影像光的部分離開所述波導顯示器。
如上所述，光源642可包含被配置成一陣列或是一矩陣的複數個發光器。每一個發光器可以發射單色光，例如是紅光、藍光、綠光、紅外光、與類似者。儘管RGB色彩經常在此揭露內容中被論述，但是在此所述的實施例並不限於利用紅色、綠色、以及藍色作為原色。其它色彩亦可被利用作為近眼顯示器系統600的原色。在某些實施例中，根據一實施例的顯示面板可以使用超過三個原色。在光源642中的每一個像素可包含三個子像素，其包含一紅光微型LED、一綠光微型LED、以及一藍光微型LED。半導體LED一般是在多個層的半導體材料之內包含一主動發光層。所述多個層的半導體材料可包含不同的化合物材料、或是具有不同的摻雜物及/或不同的摻雜密度的一相同的基底材料。例如，所述多個層的半導體材料可包含一n型材料層、一可包含異質結構(例如，一或多個量子井)的主動區域、以及一p型材料層。所述多個層的半導體材料可以生長在具有某一取向的一基板的一表面上。在某些實施例中，為了增加光萃取效率，包含所述半導體材料層中的至少某些層的一平台可被形成。
控制器620可以控制影像源組件610的影像成像操作，例如是光源642及/或投影器650的操作。例如，控制器620可以決定用於影像源組件610的指令以成像一或多個顯示器影像。所述指令可包含顯示指令以及掃描指令。在某些實施例中，所述顯示指令可包含一影像檔(例如，一位元圖檔)。所述顯示指令可以是從例如一控制台(例如以上相關圖1所述的控制台110)接收到的。所述掃描指令可被影像源組件610使用來產生影像光。所述掃描指令可以指明例如一影像光源的類型(例如，單色或多色)、一掃描速率、一掃描設備的一方位、一或多個照明參數、或是其之任意組合。控制器620可包含硬體、軟體、及/或韌體的一組合，其在此並未被展示以免模糊本揭露內容的其它特點。
在某些實施例中，控制器620可以是一顯示裝置的一圖形處理單元(GPU)。在其它實施例中，控制器620可以是其它種類的處理器。藉由控制器620所執行的操作可包含取得用於顯示的內容、以及將所述內容劃分成為離散的區段。控制器620可以提供掃描指令至光源642，所述掃描指令包含對應於光源642的一個別的源元件的一位址、及/或被施加至所述個別的源元件的一電性偏壓。控制器620可以指示光源642以利用對應於在最終被顯示給使用者的一影像中的一或多個列的像素的發光器，來依序地呈現所述離散的區段。控制器620亦可以指示投影器650以執行所述光的不同的調整。例如，控制器620可以控制投影器650以掃描所述離散的區段至如上相關圖5B所述的波導顯示器(例如，波導顯示器580)的一耦合元件的不同的區域。就此而論，在所述波導顯示器的出射曈，每一個離散的部分是被呈現在一不同的個別的位置。儘管每一個離散的區段是在一不同的個別的時間被呈現，但是所述離散的區段的呈現及掃描是發生的足夠快速，使得使用者的眼睛可以整合所述不同的區段成為單一影像或是影像的系列。
影像處理器630可以是一般用途的處理器及/或專用於執行在此所述的特點的一或多個特殊應用的電路。在一實施例中，一般用途的處理器可以耦接至一記憶體以執行軟體指令，其使得所述處理器執行在此所述的某些程序。在另一實施例中，影像處理器630可以是專用於執行某些特點的一或多個電路。儘管在圖6中的影像處理器630被展示為與控制器620及驅動器電路644分開的一獨立的單元，但是影像處理器630在其它實施例中可以是控制器620或驅動器電路644的一子單元。換言之，在那些實施例中，控制器620或驅動器電路644可以執行影像處理器630的各種的影像處理功能。影像處理器630亦可被稱為影像處理電路。
在圖6所示的例子中，光源642可以藉由驅動器電路644，根據從控制器620或影像處理器630所傳送的資料或指令(例如，顯示及掃描指令)而被驅動。在一實施例中，驅動器電路644可包含一電路板，其連接至並且機械式地保持光源642的各種的發光器。光源642可以根據一或多個照明參數來發射光，所述照明參數是藉由所述控制器620所設定，並且可能藉由影像處理器630及驅動器電路644而被調整的。一照明參數可被光源642利用以產生光。一照明參數例如可包含源波長、脈衝速率、脈衝振幅、射束類型(連續或脈波式)、其它可以影響所發射的光的參數、或是其之任意組合。在某些實施例中，藉由光源642產生的來源光可包含紅光、綠光及藍光、或是其之任意組合的多個射束。
投影器650可以執行一組光學功能，例如是聚焦、組合、調節、或是掃描藉由光源642所產生的影像光。在某些實施例中，投影器650可包含一組合組件、一光調節組件、或是一掃描反射鏡組件。投影器650可包含一或多個光學構件，其光學地調整並且可能重新導向來自光源642的光。所述光的調整的一個例子可包含調節所述光，例如是擴展、準直、校正一或多個光學誤差(例如，像場彎曲、色像差、等等)、某些其它的光的調整、或是其之任意組合。投影器650的光學構件例如可包含透鏡、反射鏡、孔徑、光柵、或是其之任意組合。
投影器650可以經由其之一或多個反射及/或折射的部分來重新導向影像光，因而所述影像光是以某些方位而被投射朝向所述波導顯示器。所述影像光被重新導引朝向所述波導顯示器所在的位置可以依據所述一或多個反射及/或折射的部分的特定的方位而定。在某些實施例中，投影器650包含單一掃描反射鏡，其是在至少兩個維度上掃描。在其它實施例中，投影器650可包含複數個掃描反射鏡，其是分別掃描在彼此正交的方向上。投影器650可以執行光柵掃描(水平地或垂直地)、雙向諧振的掃描、或是其之任意組合。在某些實施例中，投影器650可以在一特定的振盪頻率下沿著所述水平及/或垂直的方向執行一受控的振動，以沿著兩個維度掃描並且產生被呈現給使用者的眼睛的媒體的一個二維的投影的影像。在其它實施例中，投影器650可包含一透鏡或稜鏡，其可以作用為和一或多個掃描反射鏡的類似或相同的功能。在某些實施例中，影像源組件610可以不包含投影器，其中藉由光源642所發射的光可以直接入射在所述波導顯示器上。
在半導體LED中，光子通常是在某一內量子效率下，透過在一主動區域之內(例如，一或多個半導體層)的電子與電洞的再結合來產生的，其中所述內量子效率是在所述主動區域中的輻射的電子-電洞再結合發射光子的比例。所產生的光接著可以在一特定的方向上、或是在一特定的立體角之內從所述LED被萃取。在從一LED萃取的發射的光子數目與通過所述LED的電子數目之間的比例是被稱為外量子效率，其描述所述LED是多有效率地轉換被注入的電子成為從所述裝置被萃取的光子。
所述外量子效率可以是成比例於注入效率、內量子效率、以及萃取效率。所述注入效率是指通過所述裝置的電子被注入到所述主動區域之中的比例。所述萃取效率是在所述主動區域中產生的光子從所述裝置逃脫的比例。就LED而言，而且尤其是具有縮小的實體尺寸的微型LED，改進所述內及外量子效率及/或控制發射頻譜可能是具有挑戰性的。在某些實施例中，為了增加所述光萃取效率，包含所述半導體材料層的至少某些層的一平台可被形成。
圖7A是描繪一LED 700的一個例子，其具有一垂直的平台式結構。LED 700可以是在光源510、540或642中的一發光器。LED 700可以是由無機材料，例如是多層的半導體材料所做成的微型LED。所述分層的半導體發光裝置可包含多層的III-V族半導體材料。一III-V族半導體材料可包含一或多種III族元素(例如是鋁(Al)、鎵(Ga)、或銦(In))結合一V族元素(例如是氮(N)、磷(P)、砷(As)、或銻(Sb))。當所述III-V族半導體材料的V族元素包含氮時，所述III-V族半導體材料是被稱為III族氮化物材料。所述分層的半導體發光裝置可以是藉由在一基板上利用例如是氣相磊晶(VPE)、液相磊晶(LPE)、分子束磊晶(MBE)、或是金屬有機的化學氣相沉積(MOCVD)的技術來生長多個磊晶層所製造的。例如，所述半導體材料層可以逐層的生長在具有某一晶格定向(例如，極性、非極性、或是半極性定向)的一基板上，例如是一GaN、GaAs或GaP基板、或是一包含但不限於藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氮化硼、鋁酸鋰、鈮酸鋰、鍺、氮化鋁、鎵酸鋰、部分取代的尖晶石、或是共有貝他-LiAlO2 結構的四元四方的氧化物的基板，其中所述基板可以在一特定的方向上加以切割，以露出作為所述生長表面的一特定的平面。
在圖7A所示的例子中，LED 700可包含一基板710，其例如可包含一藍寶石基板或是一GaN基板。一半導體層720可以生長在基板710上。半導體層720可包含一例如是GaN的III-V族材料，並且可以是摻雜p的(例如，利用Mg、Ca、Zn或是Be)或是摻雜n的(例如，利用Si或是Ge)。一或多個主動層730可以生長在半導體層720上，以形成一主動區域。主動層730可包含III-V族材料，例如是一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層、及/或一或多個GaN層，其可以形成一或多個異質結構，例如是一或多個量子井或MQW。一半導體層740可以生長在主動層730上。半導體層740可包含一III-V族材料，例如是GaN，並且可以是摻雜p的(例如，利用Mg、Ca、Zn或是Be)或是摻雜n的(例如，利用Si或是Ge)。半導體層720以及半導體層740中之一可以是一p型層，而另一個可以是一n型層。半導體層720以及半導體層740是夾設主動層730以形成所述發光區域。例如，LED 700可包含一層InGaN，其位在一層摻雜鎂的p型GaN以及一層摻雜矽或氧的n型GaN之間。在某些實施例中，LED 700可包含一層AlInGaP，其位在一層摻雜鋅或鎂的p型AlInGaP以及一層摻雜硒、矽或碲的n型AlInGaP之間。
在某些實施例中，一電子阻擋層(EBL)(未顯示在圖7A中)可以生長，以在主動層730以及半導體層720或半導體層740中的至少一個之間形成一層。所述EBL可以降低電子漏電流，因而改善所述LED的效率。在某些實施例中，一重度摻雜的半導體層750(例如是一P+ 或P++ 半導體層)可被形成在半導體層740上，並且作用為一接觸層以用於形成歐姆接點並且降低所述裝置的接觸阻抗。在某些實施例中，一導電層760可被形成在重度摻雜的半導體層750上。導電層760例如可包含一銦錫氧化物(ITO)或是Al/Ni/Au膜。在一例子中，導電層760可包含一透明的ITO層。
為了接觸半導體層720(例如，一n-GaN層)並且更有效率地從LED 700萃取藉由主動層730發射的光，所述半導體材料層(包含重度摻雜的半導體層750、半導體層740、主動層730、以及半導體層720)可被蝕刻以露出半導體層720，並且形成一平台式結構，其包含層720-760。所述平台式結構可以將所述載子限制在所述裝置之內。蝕刻所述平台式結構可以導致平台側壁732的形成，其可以是正交於所述生長平面。一鈍化層770可被形成在所述平台式結構的側壁732上。鈍化層770可包含一氧化物層(例如一SiO2 層)，並且可以作用為一反射器以反射所發射的光離開LED 700。一接觸層780可包含一金屬層(例如Al、Au、Ni、Ti、或是其之任意組合)，其可被形成在半導體層720上，並且可以作用為LED 700的一電極。此外，另一接觸層790(例如一Al/Ni/Au金屬層)可被形成在導電層760上，並且可以作用為LED 700的另一電極。
當一電壓信號被施加至接觸層780及790時，電子與電洞可以在主動層730中再結合，其中所述電子與電洞的再結合可以造成光子發射。所發射的光子的波長及能量可以依據在主動層730中的價帶以及導電帶之間的能隙而定。例如，InGaN主動層可以發射綠光或藍光、AlGaN主動層可以發射藍光至紫外光，而AlInGaP主動層可以發射紅光、橙光、黃光、或是綠光。所發射的光子可被鈍化層770反射，並且可以從頂端(例如，導電層760及接觸層790)或是底部(例如，基板710)離開LED 700。
在某些實施例中，LED 700可以在所述發光表面(例如基板710)上包含一或多個其它構件(例如一透鏡)，以聚焦或準直所發射的光或是耦合所發射的光到一波導中。在某些實施例中，LED可包含具有另一形狀的平台，例如是平面的、圓錐形的、半拋物線狀的、或是拋物線狀的，並且所述平台的一基底區域可以是圓形、矩形、六角形、或是三角形。例如，所述LED可包含具有一彎曲的形狀(例如，拋物面形狀)及/或一非彎曲的形狀(例如，圓錐形狀)的平台。所述平台可以是截頭或非截頭的。
圖7B是一LED 705的一個例子的橫截面圖，其具有一拋物線狀的平台式結構。類似於LED 700，LED 705可包含多個層的半導體材料，例如是多個層的III-V族半導體材料。所述半導體材料層可以磊晶生長在一基板715(例如一GaN基板或是一藍寶石基板)上。例如，一半導體層725可以生長在基板715上。半導體層725可包含一III-V族材料，例如是GaN，並且可以是摻雜p的(例如，利用Mg、Ca、Zn或是Be)或是摻雜n的(例如，利用Si或是Ge)。一或多個主動層735可以生長在半導體層725上。主動層735可包含III-V族材料，例如一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層、及/或一或多個GaN層，其可以形成一或多個異質結構，例如是一或多個量子井。一半導體層745可以生長在主動層735上。半導體層745可包含一III-V族材料，例如是GaN，並且可以是摻雜p的(例如，利用Mg、Ca、Zn或是Be)或是摻雜n的(例如，利用Si或是Ge)。半導體層725以及半導體層745中之一可以是一p型層，並且另一個可以是一n型層。
為了接觸半導體層725(例如，一n型GaN層)並且更有效率地從LED 705萃取藉由主動層735發射的光，所述半導體層可被蝕刻以露出半導體層725，並且形成一平台式結構，其包含層725-745。所述平台式結構可以將所述載子限制在所述裝置的注入區域之內。蝕刻所述平台式結構可以導致平台側壁(在此亦被稱為面)的形成，其可以是非平行於、或是在某些情形中是正交於和層725-745的晶體生長相關的生長平面。
如同在圖7B中所示，LED 705可以具有包含平坦的頂端的平台式結構。一介電層775(例如，SiO2 或SiNx)可被形成在所述平台式結構的面上。在某些實施例中，介電層775可包含多個層的介電材料。在某些實施例中，一金屬層795可被形成在介電層775上。金屬層795可包含一或多種金屬或金屬合金材料，例如是鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、銅(Cu)、或是其之任意組合。介電層775以及金屬層795可以形成一平台式反射器，其可以反射由主動層735發射的光朝向基板715。在某些實施例中，所述平台式反射器可以是拋物線狀的以作用為一拋物線狀的反射器，其可以至少部分地準直所發射的光。
電性接點765以及電性接點785分別可被形成在半導體層745以及半導體層725上，以作用為電極。電性接點765以及電性接點785分別可包含一種導電材料，例如是Al、Au、Pt、Ag、Ni、Ti、Cu、或是其之任意組合(例如，Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au)，並且可以作用為LED 705的電極。在圖7B所示的例子中，電性接點785可以是一n-接點，並且電性接點765可以是一p-接點。電性接點765以及半導體層745(例如，一p型半導體層)可以形成一背向反射器，以用於背向反射由主動層735發射的光朝向基板715。在某些實施例中，電性接點765以及金屬層795包含相同的材料，並且可以利用相同的製程來形成。在某些實施例中，一額外的導電層(未顯示)可被納入在所述電性接點765及785以及所述半導體層之間作為一中間的導電層。
當一電壓信號橫跨接點765及785而被施加時，電子與電洞可以在主動層735中再結合。所述電子與電洞的再結合可以造成光子發射，因此產生光。所發射的光子的波長及能量可以依據在主動層735中的價帶以及導電帶之間的能隙而定。例如，InGaN主動層可以發射綠光或藍光，而AlInGaP主動層可以發射紅光、橙光、黃光、或是綠光。所發射的光子可以傳播在許多不同的方向上，並且可被所述平台式反射器及/或所述背向反射器反射，並且可以例如從在圖7B中所示的底側(例如，基板715)離開LED 705。一或多個其它次要的光學構件(例如是透鏡或光柵)可被形成在所述發光表面(例如基板715)上，以聚焦或準直所發射的光，且/或耦合所發射的光到一波導中。
波導為基礎的顯示器系統的整體效率可以是在所述顯示器系統中的個別構件的效率的乘積，並且亦可依據所述構件是如何被耦接在一起而定。在一簡化的例子中，波導為基礎的顯示器系統的整體效率ηtot 可被決定為ηtot =ηEQE ×ηin ×ηout ，其中ηEQE 是一微型LED的外量子效率，ηin 是顯示器的光從所述微型LED到所述波導中的入耦合效率，並且可以是在所述顯示器系統中的光收集光學(例如，透鏡)的光收集效率以及所收集到的光到所述波導中的耦合效率(例如，藉由光柵耦合器)的乘積，並且ηout 是所述顯示器光的從所述波導朝向使用者的眼睛的出耦合效率。因此，所述整體效率ηtot 可以藉由改進ηEQE 、ηin 及ηout 中的一或多個而被改進。
在半導體LED中，光子通常是透過在一主動區域(例如，一或多個半導體層)之內的電子與電洞的再結合，在某一內量子效率下被產生的，其中所述內量子效率是在所述主動區域中的電子-電洞再結合發射光子的比例。所產生的光接著可以從所述LED在一特定的方向上、或是在一特定的立體角之內被萃取。在從一LED萃取的發射的光子數目以及通過所述LED的電子數目之間的比例被稱為外量子效率，其描述所述LED是多有效率地轉換注入的電子成為從所述裝置萃取的光子。
在某些實施例中，為了增加所述光萃取效率以及因此增加所述外量子效率，一或多個其它的光學構件(例如透鏡)可被形成在所述發光表面(例如基板710或710')上，以萃取在某一立體角之內離開LED的發射的光、及/或聚焦或準直所發射的光。例如，在某些實施例中，一微透鏡陣列可被形成在一微型LED陣列上，其中從每一個微型LED發射的光可以藉由微透鏡來收集及萃取，並且可以被準直、聚焦、或是擴展，並且接著被導引到波導為基礎的顯示器系統中的波導。所述微透鏡可以有助於增加所述光收集效率，並且因此改善所述顯示器系統的耦合效率以及整體效率。
圖8是描繪一種裝置800的一個例子，其包含一微型LED陣列820以及用於從微型LED陣列820的光萃取的微透鏡陣列840。微型LED陣列820可包含一維或是二維的微型LED陣列，其中所述微型LED可以均勻地分布，並且可以藉由例如絕緣體830、導體或是其之任意組合來分開。如上例如相關圖7A及7B所述的微型LED陣列820可包含形成在基板810上的磊晶結構、或是形成在基板810上的金屬及/或絕緣體層。絕緣體830例如可包含鈍化層(例如，鈍化層770)、光反射層、填充材料(例如，聚合物)、與類似者。
微透鏡陣列840可以直接形成在微型LED陣列820上、或是可以形成在基板上並且接著被接合到微型LED陣列820。例如，微透鏡陣列840可被蝕刻在微型LED陣列820的一介電層中，例如是微型LED陣列820的一基板或一氧化物層(例如，一SiO2 層)中、或是可被形成在沉積於微型LED陣列820上的一介電層上，例如是一氧化物層或一聚合物層上，即如在以下詳細敘述者。在圖8所示的例子中，微透鏡陣列840可以對準微型LED陣列820，其中微型LED陣列820的間距822可以是與微透鏡陣列840的間距842相同的，因而在微透鏡陣列840中的每一個微透鏡的光學軸可以對準在微型LED陣列820中的一個別的微型LED的中心。因此，來自每一個微型LED的主光線在通過對應的微透鏡之後可以是相同的，例如是在所述光學軸或是垂直於微型LED陣列820的方向上。
如同在圖8中所示，來自微透鏡陣列840中的每一個微透鏡的一光束850可以具有與對應的微透鏡的光學軸對準的一主光線852。例如，光束850的主光線852可以是在相對微透鏡陣列840或是微型LED陣列820的90°。所述微透鏡的焦距以及與對應的微型LED的距離可被配置成使得光束850可以是一準直射束、一收斂的射束、或是一發散的射束。
在某些實施例中，微型LED陣列820的間距822可以是與微透鏡陣列840的間距842相同的，但是微透鏡陣列840可以不對準微型LED陣列820，其中在微透鏡陣列840中的每一個微透鏡的光學軸可以是從微型LED陣列820中的一個別的微型LED的中心偏移的。就此而論，每一個光束的主光線在通過所述個別的微透鏡之後可以不對準每一個微透鏡的光學軸。然而，因為所述間距是匹配的，因此所述光束的主光線在通過微透鏡陣列840之後可以是在相同的方向上。在某些實施例中，為了改善來自所述微型LED的顯示器的光進入波導為基礎的顯示器系統的所述入耦合效率，來自每一個微型LED的光是以一不同的個別的角度而被導引到所述波導可能是所期望的。
圖9是描繪根據某些實施例的一種裝置900的一個例子，其包含一微型LED陣列920以及用於萃取及收斂來自微型LED陣列920的光的一微透鏡陣列940。微型LED陣列920可包含一維或是二維的微型LED陣列，其中所述微型LED可以是均勻地分布，並且可以是藉由例如絕緣體930、導體、或是導體及絕緣體的任意組合來分開的。如上例如相關圖7A及7B所述的，微型LED陣列920可包含形成在基板910上的磊晶結構。絕緣體930例如可包含鈍化層(例如，鈍化層770)、光反射層、填充材料(例如，聚合物)、與類似者。
微透鏡陣列940可以直接形成在微型LED陣列920上、或是可以形成在基板上並且接著被接合到微型LED陣列920。例如，微透鏡陣列940可被蝕刻在微型LED陣列920的一介電層中，例如是微型LED陣列920的一基板或一氧化物層(例如，一SiO2 層)中、或是可被形成在沉積於微型LED陣列920上的一介電層上，例如是一氧化物層或一聚合物層上，即如在以下詳細敘述者。所述微透鏡的焦距以及與對應的微型LED的距離可被配置成使得來自每一個微透鏡的光束可以是一準直射束、一收斂的射束、或是一發散的射束。
微型LED陣列920的間距922可以是不同於(例如，小於或大於)微透鏡陣列940的間距942，並且因此在微透鏡陣列940中的每一個微透鏡的光學軸可以是從微型LED陣列920中的一個別的微型LED的中心偏移一不同的距離。就此而論，來自每一個微型LED的主光線950在通過所述對應的微透鏡之後可以是不同的。在圖9所示的例子中，微型LED陣列920的間距922可以是大於微透鏡陣列940的間距942，並且因此在微透鏡陣列940中的每一個微透鏡的光學軸可以是從微型LED陣列920中的一個別的微型LED的中心偏移一不同的距離。所述偏移可以是所述微透鏡的位置的一函數。例如，所述偏移可以是以所述微透鏡相隔裝置900的中心的距離的一函數線性地增加，並且因此一微型LED的主光線950相對微型LED陣列920的表面法線的方向的角度可以隨著所述微型LED相隔裝置900的中心的距離增加而逐漸地增加。因此，來自所述微型LED的主光線950在通過對應的微透鏡之後可以是在不同的方向上朝向微型LED陣列920的中間線，並且可以如同在所述例子中所示地收斂。
圖10是描繪根據某些實施例的一種裝置1000的一個例子，其包含一微型LED陣列1020以及用於萃取及收斂來自微型LED陣列1020的光的一微透鏡陣列1040。微型LED陣列1020可包含一維或是二維的微型LED陣列，其中所述微型LED可以是均勻地分布，並且可以是藉由例如絕緣體1030、導體、或是導體及絕緣體的任意組合分開的。如上例如相關圖7A及7B所述的，微型LED陣列1020可包含形成在基板1010上的磊晶結構。絕緣體1030例如可包含鈍化層(例如，鈍化層770)、光反射層、填充材料(例如，聚合物)、與類似者。
微透鏡陣列1040可以直接形成在微型LED陣列1020上、或是可以形成在基板上並且接著被接合到微型LED陣列1020。例如，微透鏡陣列1040可被蝕刻在微型LED陣列1020的一介電層中，例如是微型LED陣列1020的一基板或一氧化物層(例如，一SiO2 層)中、或是可被形成在沉積於微型LED陣列1020上的一介電層上，例如是一氧化物層或一聚合物層上，即如在以下詳細敘述者。所述微透鏡的焦距以及與對應的微型LED的距離可被配置成使得來自每一個微透鏡的光束可以是一準直射束、一收斂的射束、或是一發散的射束。
微型LED陣列1020的間距1022可以是不同於(例如，小於或大於)微透鏡陣列1040的間距1042，並且因此在微透鏡陣列1040中的每一個微透鏡的光學軸可以是從微型LED陣列1020中的一個別的微型LED的中心偏移一不同的距離。就此而論，來自每一個微型LED的主光線1050在通過所述對應的微透鏡之後可以是不同的。在圖10所示的例子中，微型LED陣列1020的間距1022可以是小於微透鏡陣列1040的間距1042，並且因此在微透鏡陣列1040中的每一個微透鏡的光學軸可以是從微型LED陣列1020中的一個別的微型LED的中心偏移一不同的距離。所述偏移可以是所述微透鏡的位置的一函數。例如，所述偏移可以是以所述微透鏡相隔裝置1000的中心的距離的一函數線性地增加。因此，來自所述微型LED的主光線1050在通過對應的微透鏡之後可以是在不同的方向上，並且可以如同在所述例子中所示地發散。
在各種的實施例中，微透鏡陣列的間距可以是均勻或非均勻的。例如，二維的微透鏡陣列的間距可以是在兩個正交的方向上均勻的、只在一方向上均勻的、或是在兩個方向上非均勻的。在所述兩個正交的方向上，所述間距亦可以是相同或不同的。
圖11描繪根據某些實施例的一種裝置1100的一個例子，其包含二維的微型LED陣列1120以及用於從二維的微型LED陣列1120萃取光的二維的微透鏡陣列1130。二維的微型LED陣列1120可包含如上所述被製造在一基板1110上的磊晶結構。2D微型LED陣列1120可以是特徵在於在x方向上的間距1122x以及在y方向上的間距1122y，其中間距1122x以及間距1122y可以是相同的、或者可以是不同的，並且間距1122x以及間距1122y的每一個可以是橫跨二維的微型LED陣列1120為固定的、或者可以是變化的。
2D微透鏡陣列1130可被形成在2D微型LED陣列1120上，其中在2D微透鏡陣列1130中的每一個微透鏡可以對應於在2D微型LED陣列1120中的每一個別的微型LED。2D微透鏡陣列1130可以是特徵在於在x方向上的間距1132x以及在y方向上的間距1132y，其中間距1132x以及間距1132y可以是相同的、或者可以是不同的。間距1132x可以是不同於間距1122x，且/或間距1132y可以是不同於間距1122y。如上所述，二維的微透鏡陣列1130的間距可以是在兩個正交的方向上均勻的、只在一方向上均勻的、或是在兩個方向上非均勻的，例如是在一或兩個維度(例如，x及/或y方向)上變化的。
如上相關圖9及10所述，當間距1132x小於間距1122x時，來自2D微透鏡陣列1130的主光線可以在x方向上收斂，並且當間距1132x大於間距1122x時，可以在x方向上發散。類似地，當間距1132y小於間距1122y時，來自2D微透鏡陣列1130的主光線可以在y方向上收斂，並且當間距1132y大於間距1122y時，可以在y方向上發散。
上述的微透鏡陣列可以藉由例如回焊圖案化的聚合物(例如，光阻)或是利用灰階的光罩以及對於曝光劑量具有線性響應的光阻以在所述光阻中形成所述微透鏡陣列、及/或乾式蝕刻所述聚合物或所述光阻以將所述微透鏡陣列的圖案及形狀轉印至介電材料層(例如，基板或是氧化物層)來製造。
圖12A-12D是描繪根據某些實施例的一種製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的方法的一個例子。圖12A是描繪一微型LED陣列裝置的一個例子，其包含一基板1210、一微型LED陣列1220、以及在相鄰的微型LED 1220之間的絕緣體及/或導體1230。所述微型LED陣列1220以及絕緣體及/或導體1230的表面可以藉由例如化學機械拋光(CMP)、選擇性的蝕刻、或類似者而被平坦化。一介電層1240(例如，二氧化矽或矽氮化物層)可以藉由例如電漿強化的化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積、或類似者而沉積在所述微型LED陣列1220的平坦化的表面上。
光阻層1250可以藉由例如旋轉塗覆、噴塗塗覆、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、或類似者而沉積在介電層1240上。光阻層1250可以具有對於光(例如，紫外光)的曝光劑量的低對比或是線性響應，使得光阻層1250的曝光的部分的深度可以關聯到所述曝光劑量，例如是所述曝光劑量的一線性函數。光阻層1250可包含一正型或負型光阻材料。例如，光阻層1250可包含一正型光阻材料，其中所述光阻材料被曝露到光的部分可以變成是可溶於光阻顯影劑的，而所述光阻材料的未曝露到光的部分可以保持不可溶於所述光阻顯影劑的。所述正型光阻材料可包含光分解的光阻，其在曝光之後可以產生親水的產物。在某些實施例中，光阻層1250可包含一負型光阻材料，例如是光聚合的光阻或光交聯的光阻，其可以在曝光之際聚合或交聯以產生聚合物或是大的網路，其是不可溶於光阻顯影劑的。此外，在光阻層1250中的光阻材料可以藉由和蝕刻下面的介電層1240相同的蝕刻製程而被蝕刻。在某些實施例中，在光阻層1250中的光阻材料可以具有一蝕刻速率是類似於介電層1240(例如，SiO2 或Si3 N4 )的利用一相同的蝕刻製程的蝕刻速率，使得在光阻層1250中的剩餘的光阻材料的厚度輪廓可以藉由所述蝕刻製程而被轉印到介電層1240。
圖12B是展示一灰階的遮罩1260可被用來將光阻層1250曝露到曝光1270，例如是UV光。在圖12B所示的例子中，光阻層1250可包含一正型光阻。灰階的遮罩1260可包含一透光率圖案，其中灰階的遮罩1260的某些區域可以具有較其它區域高的透光率，並且所述透光率可以從高透光率區域至低透光率區域逐漸地變化。灰階遮罩1260的透光率輪廓可以互補一微透鏡陣列的高度輪廓或是光學長度輪廓。曝光1270可以具有一均勻的強度。因此，在所述曝光之後，光阻層1250的露出的部分可以具有一深度輪廓是對應於灰階的遮罩1260的透光率輪廓，並且因此可以互補一微透鏡陣列的高度輪廓或是光學長度輪廓。光阻層1250的露出的部分可以改變化學結構(例如，分解成較小的分子)，因而其可以變成是更可溶於所述顯影劑的。如同在圖12B中所示，光阻層1250的未露出的部分可以具有一厚度輪廓是類似於一微透鏡陣列的高度輪廓或是光學長度輪廓，並且可以保持不可溶於所述光阻顯影劑的。
圖12C是描繪在圖12B中所示的曝光以及光阻顯影製程之後，一微透鏡陣列1252可被形成在光阻層1250中。若光阻材料具有類似於介電材料的蝕刻速率，則所述微透鏡陣列1252可以具有一厚度輪廓是類似於在所述介電層中的最終的微透鏡陣列的所要的厚度輪廓、或是若光阻材料具有比介電材料較高或較低的蝕刻速率，則可以具有一厚度輪廓是不同於(例如，較高或較低於)在所述介電層中的最終的微透鏡陣列的所要的厚度輪廓。如同在以下詳細敘述的，在某些實施例中，形成在光阻層1250或另一聚合物層中的微透鏡陣列1252可被使用作為用於從所述微型LED陣列1220萃取光的微透鏡。在某些此種實施例中，介電層1240可以不被使用，因而形成在光阻層1250或另一聚合物層中的微透鏡陣列1252可以是直接接觸到所述微型LED陣列1220。
圖12D是描繪具有所述圖案化的微透鏡陣列1252的光阻層1250以及下面的介電層1240可被蝕刻，以根據所述光阻材料以及所述介電材料的相對的蝕刻速率，線性地或非線性地轉印所述微透鏡陣列1252的厚度輪廓到介電層1240中，以在介電層1240中形成一微透鏡陣列1242。所述蝕刻例如可包含濕式蝕刻、離子研磨、電漿為基礎的反應性離子蝕刻、或是其之任意組合。所述濕式蝕刻可包含利用在一溫度及濃度範圍的酸、鹼及溶劑的組合的化學蝕刻。所述離子研磨可包含所述圖案化的光阻層以及所述下面的介電層的一部分在一極低壓力以及利用一高的加速電位的物理移除，使得電子可以在足夠的能量下被加速來撞擊氣體原子以離子化所述氣體原子。所述電漿為基礎的反應性離子蝕刻(RIE)可以利用在低壓及電磁場的化學反應性電漿，以移除所述圖案化的光阻層以及所述基板的部分。在這些蝕刻技術的任一個中，所述光阻材料的蝕刻速率可以是類似或相當於所述介電材料的蝕刻速率，以便於轉印所述圖案化的光阻層的厚度輪廓至所述基板。例如，所述圖案化的光阻層1250的蝕刻速率可以是介於介電層1240的蝕刻速率的約0.2至約5倍之間、介於介電層1240的蝕刻速率的約0.3至約3倍之間、介於介電層1240的蝕刻速率的約0.5至約2倍之間、介於介電層1240的蝕刻速率的約0.7至約1.5倍之間、介於所述基板的蝕刻速率的約0.8至約1.2倍之間、與類似者。
在介電層1240中的微透鏡陣列1242可以具有間距是不同於所述微型LED陣列1220的間距。在圖12D所示的例子中，在介電層1240中的微透鏡陣列1242可以具有間距是小於所述微型LED陣列1220的間距，並且因此如同在圖9中所示，來自微型LED 1220的主光線在通過所述對應的微透鏡1242之後可以是在不同的方向上並且可以收斂。
圖13A-13D是描繪根據某些實施例的一種製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的方法的一個例子。圖13A是描繪一微型LED陣列裝置的一個例子，其包含一基板1310、一微型LED陣列1320、以及在相鄰的微型LED 1320之間的絕緣體及/或導體1330。所述微型LED陣列1320以及絕緣體及/或導體1330的表面可以藉由例如CMP、選擇性的蝕刻、或類似者而被平坦化。一介電層1340(例如，二氧化矽或矽氮化物層)可以藉由例如PECVD、ALD、或類似者而沉積在所述微型LED陣列1320的平坦化的表面上。
光阻層1350可以藉由例如旋轉塗覆、噴塗塗覆、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、或類似者而沉積在介電層1340上。光阻層1350可包含如上所述的一正型或負型光阻材料。例如，光阻層1350可包含一正型光阻材料，其中所述光阻材料被曝露到光的部分可以變成是可溶於光阻顯影劑的，而所述光阻材料的未曝露的部分可以保持不可溶於所述光阻顯影劑的。在光阻層1350中的光阻材料可以藉由和蝕刻下面的介電層1340相同的蝕刻製程而被蝕刻。在光阻層1350中的光阻材料可以具有一蝕刻速率是類似或相當於介電層1340(例如，SiO2 或Si3 N4 )的利用一相同的蝕刻製程的蝕刻速率，使得在光阻層1350中的光阻材料的厚度輪廓可以藉由所述蝕刻製程而被轉印到介電層1340。
一光罩1360可被用來將光阻層1350曝露到曝光1370，例如是UV光。光罩1360可以具有二元的透光率圖案，其中光罩1360的某些區域可以對於曝光1370是透明的，因而可以容許曝光1370通過，而其它區域對於曝光1370可以是非透明的，並且因此可以阻擋曝光1370到達光阻層1350的在下面的部分。所述二元的透光率圖案可以具有透光率輪廓是類似於二元的光柵的透光率，並且可以是特徵在於光柵週期或間距是小於所述微型LED陣列1320的間距。曝光1370可以具有一均勻的強度。因此，在所述曝光之後，光阻層1350的露出的部分1352可以改變化學結構(例如，分解成較小的分子)，因而其可以變成是更可溶於所述光阻顯影劑的，而光阻層1350的未露出的部分1354可以保持不可溶於所述光阻顯影劑的。
圖13B是描繪在圖13A中所示的曝光以及一光阻顯影製程之後，光阻材料的一圖案可被形成在光阻層1350中。光阻層1350的露出的部分1352可以在所述光阻顯影製程期間被移除，而光阻層1350的剩餘的部分1354可以形成一光柵結構。因為光罩1360的透光率輪廓的間距不同於所述微型LED陣列1320的間距，因此藉由光阻層1350的剩餘的部分1354所形成的光柵結構可以具有一間距是不同於所述微型LED陣列1320的間距。
圖13C是描繪光阻層1350的剩餘的部分1354可以經歷一熱回焊製程。例如，光阻層1350的剩餘的部分1354可以從所述微型LED陣列1320的頂端或底部被加熱至一稍微高於光阻層1350的熔點的溫度，使得所述光阻可以液化。所述被熔化的光阻材料可以回焊且到達由所述液體光阻材料的表面張力所控制的一平衡狀態。所述平衡狀態可以是用於一特定的光阻體積的一球狀蓋，其是根據所述光阻材料在介電層1340的表面上的接觸角度而定。在到達所述平衡狀態之後，所述光阻材料可被容許冷卻及固化，以在光阻層1350中形成一微透鏡陣列1356。所述微透鏡陣列1356可被使用作為用於從所述微型LED陣列1320萃取光的微透鏡、或是可被使用作為一用於蝕刻下面的介電層1340的遮罩層。
圖13D是描繪具有所述微透鏡陣列1356的光阻層1350以及下面的介電層1340可以根據所述光阻材料以及所述介電材料的相對的蝕刻速率，選配地被蝕刻以線性或非線性地轉印所述微透鏡陣列1356的厚度輪廓到介電層1340中，以在介電層1340中形成一微透鏡陣列1342。如上相關圖12D所述，所述蝕刻例如可包含濕式蝕刻、離子研磨、電漿為基礎的反應性離子蝕刻、或是其之任意組合。在這些蝕刻技術的任一種中，所述光阻材料的蝕刻速率可以是類似或相當於所述介電材料的蝕刻速率，以轉印所述圖案化的光阻層的厚度輪廓至所述基板。例如，所述圖案化的光阻層1350的蝕刻速率可以是介於介電層1340的蝕刻速率的約0.2至約5倍之間、介於介電層1340的蝕刻速率的約0.3至約3倍之間、介於介電層1340的蝕刻速率的約0.5至約2倍之間、介於介電層1340的蝕刻速率的約0.7至約1.5倍之間、介於介電層1340的蝕刻速率的約0.8至約1.2倍之間、與類似者。
在介電層1340中的微透鏡陣列1342可以具有一間距是不同於所述微型LED陣列1320的間距。在圖13D所示的例子中，在介電層1340中的微透鏡陣列1342可以具有一間距是小於所述微型LED陣列1320的間距，並且因此來自微型LED 1320的主光線在通過對應的微透鏡1342之後可以是如同在圖9中所示的在不同的方向上，並且可以收斂。
圖14是描繪根據某些實施例的一種用於利用熱回焊製程來製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列之方法的一個例子的流程圖1400。在流程圖1400中所述的操作只是為了舉例之目的而已，因而並不欲為限制性的。在各種的實施方式中，可以對於流程圖1400做出修改，以增加額外的操作或是省略某些操作。在流程圖1400中所述的操作可以藉由例如一或多個半導體製造系統來加以執行，其包含圖案化系統、沉積系統、蝕刻系統、或是其之任意組合。
在區塊1410，一微型LED陣列可以如上相關例如圖5A、5B、7A及7B所述地加以製造。在所述微型LED陣列中的每一個微型LED可包含一異質結構(例如，一MQW)，其包含磊晶生長在一基板上的例如是GaN、InGaN、AlGaN、或AlInGaP層的多個層，在某一晶格方位(例如，極性、非極性、或是半極性定向)的一基板上，例如是一GaN、GaAs或GaP基板、或是一包含但不限於藍寶石、碳化矽、矽、氧化鋅、氮化硼、鋁酸鋰、鈮酸鋰、鍺、氮化鋁、鎵酸鋰、部分取代的尖晶石、或是共有貝他-LiAlO2 結構的四元四方的氧化物的基板，其中所述基板可以在一特定的方向上加以切割，以露出作為所述生長表面的一特定的平面。所述基板可以在一特定的方向上被切割，以露出作為所述生長表面的一特定的平面。如上所述，每一個微型LED可包含一具有任意所要的形狀的平台式結構、以及一圍繞所述平台式結構的鈍化層(例如，一SiO2 層及/或一金屬層)。相鄰的微型LED可以藉由例如絕緣材料或是具有某些介電材料，例如是所述鈍化層、樹脂、或類似者的金屬來隔離。每一個微型LED的線性尺寸可以是幾微米(例如，小於約10µm，例如約1-5µm)或是幾十微米。所述微透鏡陣列亦可藉由一介電材料層而被封入。
選配的是，在區塊1420，所述微型LED陣列的所述露出的表面，例如是所述封入層、所述基板的表面、或是由所述微型LED陣列發射的光可被萃取所透過的另一表面可以藉由例如CMP、選擇性的蝕刻、或是其它製程而被平坦化，以達成一平坦且平順的表面。
選配的是，在區塊1430，一介電層(例如一SiO2 或SiNx層)可以藉由例如PECVD、ALD、或類似者來沉積在所述微型LED陣列的平坦化的表面上。所述介電層的一厚度可以是高於待被製造的所述微透鏡陣列的所要的厚度。
在區塊1440，一圖案化的聚合物層可被形成在所述介電層上。在所述圖案化的聚合物層中的圖案的間距可以是稍微不同於所述微型LED陣列的間距，使得在所述圖案化的聚合物層中的每一個偏心的聚合物區域的中心可以不是與在所述微透鏡陣列中的對應的微型LED的中心對準。所述聚合物的蝕刻速率可以是類似或相當於在所述圖案化的聚合物層之下的所述介電層的蝕刻速率。在某些實施例中，所述聚合物層可包含一正型或負型光阻，並且在所述圖案化的聚合物(例如，光阻)層中的圖案可以藉由如上相關例如圖13A所述的利用二元遮罩及曝光(例如，UV光)的微影製程來加以形成。在某些實施例中，在所述圖案化的聚合物層中的圖案可以藉由一印刷製程來加以形成，其中一定體積的聚合物可以沉積在一維或二維陣列的位置的每一個位置，其中在相鄰的位置之間有某一距離。
在區塊1450，所述圖案化的聚合物層可以經歷一回焊製程，以在所述聚合物材料中形成一微透鏡陣列。例如，所述圖案化的聚合物層可以從所述微型LED陣列的頂端或底部被加熱至一稍微高於所述圖案化的聚合物層的熔點的溫度，使得所述聚合物材料可被液化且容許流動。所述被熔化的聚合物材料可以回焊，並且由於所述液態聚合物材料的表面張力而到達一平衡狀態。所述平衡狀態可以是用於一特定的聚合物體積的一球狀蓋，其是根據所述聚合物材料在介電層的表面上的接觸角度而定。在到達所述平衡狀態之後，所述聚合物材料可被容許冷卻及固化，以形成一包含所述聚合物材料的微透鏡陣列。藉由所述聚合物材料所形成的微透鏡陣列可被使用作為用於從所述微型LED陣列萃取光的微透鏡陣列、或是可被使用作為一用於蝕刻所述下面的介電層的遮罩層。
選配的是，在區塊1460，在所述聚合物材料中的所述微透鏡陣列以及所述下面的介電層可被蝕刻以轉印所述微透鏡陣列至所述介電層。所述蝕刻例如可包含離子研磨、電漿為基礎的反應性離子蝕刻(例如，RIE)、或是另一乾式蝕刻製程。所述聚合物材料的蝕刻速率可以是類似或相當於所述介電材料的蝕刻速率，以便於更線性地轉印所述圖案化的聚合物層的厚度輪廓至所述基板。例如，所述圖案化的聚合物層的蝕刻速率可以是介於所述介電層的蝕刻速率的約0.2至約5倍之間、介於所述介電層的蝕刻速率的約0.3至約3倍之間、介於所述介電層的蝕刻速率的約0.5至約2倍之間、介於所述介電層的蝕刻速率的約0.7至約1.5倍之間、介於所述介電層的蝕刻速率的約0.8至約1.2倍之間、與類似者。
選配的是，在區塊1470，一抗反射層可被塗覆在所述介電層中的所述微透鏡陣列上。所述抗反射層可包含一或多個介電層(例如，薄膜)，其具有某些折射率及/或厚度，使得在所述一或多個介電層的不同的介面的反射可以破壞性地干擾以降低所述反射。例如，所述介電層可以在交替的薄層中包含五氧化二鉭(Ta2 O5 )以及鋁氧化物(Al2 O3 )。所述一或多個介電層可以藉由例如蒸鍍沉積、離子輔助沉積、電漿濺鍍、離子束濺鍍、ALD、或類似者，而沉積在所述微透鏡陣列的表面上。
上述的一維或二維陣列的所述LED及微透鏡可以在一晶圓上加以製造以形成光源(例如，光源642)。驅動器電路(例如，驅動器電路644)例如可以利用CMOS製程而在一矽晶圓上加以製造。在晶圓上的所述LED以及所述驅動器電路可被切割並且接著接合在一起、或是可以在晶圓層級被接合並且接著被切割。各種的接合技術可被利用於接合所述LED以及所述驅動器電路，例如是黏著接合、金屬到金屬的接合、金屬氧化物接合、晶圓至晶圓接合、晶粒至晶圓接合、混合接合、與類似者。
圖15A是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的晶粒至晶圓接合的方法的一個例子。在圖15A所示的例子中，一LED陣列1501可以在一載體基板1505上包含複數個LED 1507。載體基板1505可包含各種的材料，例如是GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si、或類似者。LED 1507可以藉由例如生長各種的磊晶層、形成平台式結構、以及在執行所述接合之前形成電性接點或電極來加以製造。所述磊晶層可包含各種的材料，例如是GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu：InGa)N、(AlGaIn)N、或類似者，並且可包含一n型層、一p型層、以及一主動層，其包含一或多個異質結構，例如是一或多個量子井或MQW。所述電性接點可包含各種的導電材料，例如是一金屬或一金屬合金。
一晶圓1503可包含一基底層1509，其具有製造於其上的被動或主動積體電路(例如，驅動器電路1511)。基底層1509例如可包含一矽晶圓。驅動器電路1511可被用來控制LED 1507的操作。例如，用於每一個LED 1507的驅動器電路可包含一種2T1C像素結構，其具有兩個電晶體以及一電容器。晶圓1503亦可包含一接合層1513。接合層1513可包含各種的材料，例如一金屬、一氧化物、一介電質、CuSn、AuTi、與類似者。在某些實施例中，一圖案化的層1515可被形成在接合層1513的一表面上，其中圖案化的層1515可包含由一種導電材料，例如是Cu、Ag、Au、Al、或類似者所做成的一金屬的格子。
LED陣列1501可以經由接合層1513或是圖案化的層1515而被接合到晶圓1503。例如，圖案化的層1515可包含由各種的材料，例如是CuSn、AuSn、或是奈米孔Au所做成的金屬墊或凸塊，其可被用來對準LED陣列1501的LED 1507與晶圓1503上的對應的驅動器電路1511。在一例子中，LED陣列1501可被帶向晶圓1503，直到LED 1507接觸對應於驅動器電路1511的個別的金屬墊或凸塊為止。LED 1507的某些或全部可以與驅動器電路1511對準，並且接著可以經由圖案化的層1515，藉由各種的接合技術(例如金屬至金屬接合)而被接合到晶圓1503。在LED 1507已經被接合到晶圓1503之後，載體基板1505可以從LED 1507移除。
圖15B是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的晶圓至晶圓接合之方法的一個例子。如同在圖15B中所示，第一晶圓1502可包含一基板1504、第一半導體層1506、主動層1508、以及第二半導體層1510。基板1504可包含各種的材料，例如是GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si、或類似者。第一半導體層1506、主動層1508、以及第二半導體層1510可包含各種的半導體材料，例如是GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu：InGa)N、(AlGaIn)N、或類似者。在某些實施例中，第一半導體層1506可以是一n型層，並且第二半導體層1510可以是一p型層。例如，第一半導體層1506可以是一摻雜n的GaN層(例如，摻雜以Si或是Ge)，並且第二半導體層1510可以是一摻雜p的GaN層(例如，摻雜以Mg、Ca、Zn或是Be)。主動層1508例如可包含一或多個GaN層、一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層、與類似者，其可以形成一或多個異質結構，例如是一或多個量子井或MQW。
在某些實施例中，第一晶圓1502亦可包含一接合層。接合層1512可包含各種的材料，例如是一金屬、一氧化物、一介電質、CuSn、AuTi、或類似者。在一例子中，接合層1512可包含p-接點及/或n-接點(未顯示)。在某些實施例中，其它層亦可被納入在第一晶圓1502上，例如是在基板1504以及第一半導體層1506之間的一緩衝層。所述緩衝層可包含各種的材料，例如是多晶GaN或AlN。在某些實施例中，一接觸層可以是在第二半導體層1510以及接合層1512之間。所述接觸層可包含任何適當的材料，以用於提供電性接觸至第二半導體層1510及/或第一半導體層1506。
第一晶圓1502可以經由接合層1513及/或接合層1512而被接合到包含如上所述的驅動器電路1511及接合層1513的晶圓1503。接合層1512以及接合層1513可以是由相同的材料或是不同的材料所做成的。接合層1513以及接合層1512可以是實質平坦的。第一晶圓1502可以藉由各種的方法，例如是金屬至金屬接合、共晶接合、金屬氧化物接合、陽極的接合、熱壓縮接合、紫外線(UV)接合、及/或熔融接合而被接合到晶圓1503。
如同在圖15B中所示，第一晶圓1502可以在第一晶圓1502的p-側(例如，第二半導體層1510)面向下(亦即，朝向晶圓1503)而被接合到晶圓1503。在接合之後，基板1504可以從第一晶圓1502移除，並且第一晶圓1502接著可以從n-側來加以處理。所述處理例如可包含用於個別的LED的某些平台形狀的形成、以及對應於所述個別的LED的光學構件的形成。
圖16A-16D是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的混合接合之方法的一個例子。所述混合接合一般可以包含晶圓清潔及活化、一晶圓的接點與另一晶圓的接點的高精確度的對準、在室溫下的在所述晶圓的表面的介電材料的介電質接合、以及所述接點藉由在高溫的退火的金屬接合。圖16A是展示一基板1610，其具有製造於其上的被動或主動電路1620。如上相關圖15A-15B所述，基板1610例如可包含一矽晶圓。電路1620可包含用於LED陣列的驅動器電路。一接合層可包含介電質區域1640以及接點墊1630，其是透過電互連1622來連接至電路1620。接點墊1630可包含例如是Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd、或類似者。在介電質區域1640中的介電材料可包含SiCN、SiO2、SiN、Al2 O3 、HfO2 、ZrO2 、Ta2 O5 、或類似者。所述接合層可以利用例如化學機械拋光而被平坦化及拋光，其中所述平坦化或拋光可能會在所述接點墊中造成凹陷(一碗狀的輪廓)。所述接合層的表面可以藉由例如一離子(例如，電漿)或是快速原子(例如，Ar)射束1605而被清潔及活化。所述被活化的表面可以被原子級清潔，並且當晶圓例如在室溫下被帶到接觸時，其可以是反應性的以用於在晶圓之間的直接接合的形成。
圖16B是描繪一晶圓1650，其包含製造於其上的如上相關例如圖7A-7B所述的微型LED 1670的一陣列。晶圓1650可以是一載體晶圓，並且可包含例如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si、或類似者。微型LED 1670可包含磊晶生長在晶圓1650上的一n型層、一主動區域、以及一p型層。所述磊晶層可包含上述的各種III-V族半導體材料，並且可以從所述p型層側來加以處理以在所述磊晶層中蝕刻出平台式結構，例如是實質垂直的結構、拋物線狀的結構、錐狀結構、或類似者。鈍化層及/或反射層可被形成在所述平台式結構的側壁上。p-接點1680以及n-接點1682可被形成在一沉積在所述平台式結構上的介電材料層1660中，並且分別可以電性接觸所述p型層以及所述n型層。在介電材料層1660中的介電材料例如可包含SiCN、SiO2 、SiN、Al2 O3 、HfO2 、ZrO2 、Ta2 O5 、或類似者。p-接點1680以及n-接點1682例如可包含Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd、或類似者。p-接點1680、n-接點1682以及介電材料層1660的頂表面可以形成一接合層。所述接合層可以利用例如是化學機械拋光而被平坦化及拋光，其中所述拋光可能會在p-接點1680以及n-接點1682中造成凹陷。所述接合層接著可以藉由例如是一離子(例如，電漿)或快速原子(例如，Ar)射束1615而被清潔及活化。所述被活化的表面可以被原子級清潔，並且當晶圓例如在室溫下被帶到接觸時，其可以是反應性的以用於在晶圓之間的直接接合的形成。
圖16C是描繪用於接合在所述接合層中的所述介電材料的一室溫接合製程。例如，在包含介電質區域1640及接點墊1630的所述接合層以及包含p-接點1680、n-接點1682及介電材料層1660的所述接合層被表面活化之後，晶圓1650及微型LED 1670可以上下顛倒過來並且使其接觸基板1610以及形成在其上的電路。在某些實施例中，壓縮壓力1625可被施加至基板1610及晶圓1650，使得所述接合層壓抵彼此。由於所述表面活化以及在所述接點中的所述凹陷，介電質區域1640及介電材料層1660可以因為表面吸引力而直接接觸的，並且因為表面原子在所述活化之後可能具有懸鍵並且可能是在不穩定的能量狀態中，因此可以在它們之間反應及形成化學鍵。因此，在介電質區域1640以及介電材料層1660中的介電材料可以在有或無熱處理或壓力下被接合在一起。
圖16D是描繪在接合所述接合層中的所述介電材料之後的一用於接合所述接合層中的所述接點的退火製程。例如，接點墊1630以及p-接點1680或n-接點1682可以藉由在例如約200-400°C或是更高溫下的退火而被接合在一起。在所述退火製程期間，熱1635可以使得所述接點比所述介電材料膨脹的更多(由於不同的熱膨脹係數)，並且因此可以封閉在所述接點之間的所述凹陷間隙，使得接點墊1630以及p-接點1680或n-接點1682可以處於接觸，並且可以在所述被活化的表面形成直接的金屬的接合。
在其中兩個接合的晶圓包含具有不同熱膨脹係數(CTE)的材料的某些實施例中，所述在室溫接合的介電材料可以有助於降低或避免所述接點墊因為不同的熱膨脹所引起的失準。在某些實施例中，為了進一步降低或避免所述接點墊在退火期間的高溫下的失準，在接合之前，溝槽可被形成在微型LED之間、在微型LED的群組之間、穿過所述基板的部分或全部、或類似者。
在所述微型LED被接合至所述驅動器電路之後，所述微型LED被製造在其上的基板可被薄化或移除，並且各種次要的光學構件可被製造在所述微型LED的發光表面上，以例如萃取、準直、以及重新導向從所述微型LED的主動區域發射的光。在一例子中，微透鏡可被形成在所述微型LED上，其中每一個微透鏡可以對應於一個別的微型LED，並且可以有助於改善所述光萃取效率，並且準直藉由所述微型LED所發射的光。在某些實施例中，所述次要的光學構件可被製造在所述基板或是所述微型LED的n型層中。在某些實施例中，所述次要的光學構件可被製造在一沉積於所述微型LED的n型側上的介電層中。所述次要的光學構件的例子可包含透鏡、光柵、抗反射(AR)塗層、稜鏡、光子晶體、或類似者。
圖17是描繪根據某些實施例的一LED陣列1700的一個例子，其中次要的光學構件被製造於其上。LED陣列1700可以藉由利用以上相關例如圖15A-16D所述的任何適當的接合技術來接合一LED晶片或晶圓與一包含被製造於其上的電路的矽晶圓來加以做成。在圖17所示的例子中，LED陣列1700可以利用如上相關圖16A-16D所述的一晶圓至晶圓的混合接合技術來加以接合。LED陣列1700可包含一基板1710，其例如可以是一矽晶圓。積體電路1720(例如LED驅動器電路)可被製造在基板1710上。積體電路1720可以透過互連1722及接點墊1730來連接至微型LED 1770的p-接點1774及n-接點1772，其中接點墊1730可以與p-接點1774及n-接點1772形成金屬的接合。在基板1710上的介電層1740可以透過熔融接合而被接合到介電層1760。
所述LED晶片或晶圓的基板(未顯示)可被薄化或是可被移除，以露出微型LED 1770的n型層1750。各種的次要的光學構件(例如是球狀的微透鏡1782、光柵1784、微透鏡1786、抗反射層1788、與類似者)可被形成在n型層1750中、或是在n型層1750的頂端上。例如，球狀的微透鏡陣列可以利用一灰階遮罩以及一具有對於曝光的線性響應的光阻、或是利用藉由一圖案化的光阻層的熱回焊所形成的一蝕刻遮罩而被蝕刻在微型LED 1770的半導體材料中。所述次要的光學構件亦可以利用類似的微影技術或其它技術而被蝕刻在一沉積於n型層1750上的介電層中。例如，微透鏡陣列可被形成在一聚合物層中，其是透過利用二元遮罩而被圖案化的所述聚合物層的熱回焊。在所述聚合物層中的所述微透鏡陣列可被使用作為所述次要的光學構件、或是可被使用作為用於轉印所述微透鏡陣列的輪廓到一介電層或是一半導體層中的蝕刻遮罩。所述介電層例如可包含SiCN、SiO2 、SiN、Al2 O3 、HfO2 、ZrO2 、Ta2 O5 、或類似者。在某些實施例中，微型LED 1770可以具有多個對應的次要的光學構件，例如是微透鏡及抗反射塗層、被蝕刻在所述半導體材料中的微透鏡以及被蝕刻在一介電材料層中的微透鏡、微透鏡及光柵、球狀的透鏡及非球狀的透鏡、與類似者。三個不同的次要的光學構件是被描繪在圖17中，以展示可被形成在微型LED 1770上的次要的光學構件的一些例子，但此並不必然意指不同的次要的光學構件同時被使用於每一個LED陣列。
圖18是用於實施在此揭露的某些例子的一範例近眼顯示器(例如，HMD裝置)的一範例電子系統1800的簡化的方塊圖。電子系統1800可被使用作為上述的HMD裝置或是其它近眼顯示器的電子系統。在此例子中，電子系統1800可包含一或多個處理器1810以及一記憶體1820。處理器1810可被配置以執行指令以用於執行在一些構件的操作，並且例如可以是適合用於實施在可攜式的電子裝置之內的一般用途的處理器或微處理器。處理器1810可以和在電子系統1800之內的複數個構件通訊地耦接。為了實現此通訊的耦接，處理器1810可以橫跨一匯流排1840以和其它所描繪的構件通訊。匯流排1840可以是任何適配於在電子系統1800之內傳輸資料的子系統。匯流排1840可包含複數個電腦匯流排以及額外的電路以傳輸資料。
記憶體1820可以耦接至處理器1810。在某些實施例中，記憶體1820可以提供短期以及長期的儲存，並且可被分成數個單元。記憶體1820可以是揮發性的，例如是靜態隨機存取記憶體(SRAM)及/或動態隨機存取記憶體(DRAM)、及/或非揮發性的，例如是唯讀記憶體(ROM)、快閃記憶體、與類似者。再者，記憶體1820可包含可拆卸的儲存裝置，例如安全數位(SD)卡。記憶體1820可以提供用於電子系統1800的電腦可讀取的指令、資料結構、程式模組、以及其它資料的儲存。在某些實施例中，記憶體1820可被分散到不同的硬體模組中。一組指令及/或碼可被儲存在記憶體1820上。所述指令可具有可執行的碼的形式，其可以是可藉由電子系統1800執行的，且/或可具有原始及/或可安裝碼的形式，其在電子系統1800上的編輯及/或安裝(例如，利用各種一般可供利用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓縮公用程式、等等的任一種)之際可以具有可執行的碼的形式。
在某些實施例中，記憶體1820可以儲存複數個應用程式模組1822至1824，其可包含任意數目的應用程式。應用程式的例子可包含遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放程式、或是其它適當的應用程式。所述應用程式可包含深度感測功能、或是眼動追蹤功能。應用程式模組1822-1824可包含特定的指令以藉由處理器1810來執行。在某些實施例中，應用程式模組1822-1824的某些應用程式或部分可以是可藉由其它硬體模組1880執行的。在某些實施例中，記憶體1820可以額外包含安全記憶體，其可包含額外的安全性控制以避免複製或其它未被授權的存取至安全資訊。
在某些實施例中，記憶體1820可包含被載入於其中的作業系統1825。作業系統1825可以是可運作以開始由應用程式模組1822-1824提供的指令的執行，且/或管理其它硬體模組1880以及和可包含一或多個無線收發器的無線通訊子系統1830的介面。作業系統1825可以適配於執行其它橫跨電子系統1800的構件的操作，其包含執行緒、資源管理、資料儲存控制以及其它類似的功能。
無線通訊子系統1830例如可包含紅外線通訊裝置、無線通訊裝置及/或晶片組(例如是Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通訊設備、等等)、及/或類似的通訊介面。電子系統1800可包含一或多個用於無線通訊的天線1834，以作為無線通訊子系統1830的部分、或是作為一耦接至所述系統的任何部分的個別的構件。根據所要的功能，無線通訊子系統1830可包含個別的收發器以和基地收發器站以及其它無線裝置及存取點通訊，其可包含和不同的資料網路及/或網路類型通訊，例如是無線寬域網路(WWAN)、無線本地區域網路(WLAN)、或是無線個人區域網路(WPAN)。WWAN例如可以是WiMax(IEEE 802.16)網路。WLAN例如可以是IEEE 802.11x網路。WPAN例如可以是藍芽網路、IEEE 802.15x、或是某些其它類型的網路。在此所述的技術亦可被使用於WWAN、WLAN、及/或WPAN的任意組合。無線通訊子系統1830可以允許資料能夠和在此所述的網路、其它電腦系統、及/或任何其它裝置交換。無線通訊子系統1830可包含一用於利用天線1834及無線連結1832來發送或接收資料的手段，例如是HMD裝置的識別符、位置資料、地理圖、熱圖、照片、或是視訊。無線通訊子系統1830、處理器1810、以及記憶體1820可以一起包括用於執行在此揭露的某些功能的手段中的一或多個的至少一部分。
電子系統1800的實施例亦可包含一或多個感測器1890。感測器1890例如可包含影像感測器、加速度計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力儀、陀螺儀、慣性感測器(例如，結合加速度計及陀螺儀的模組)、環境光感測器、或是任何其它類似的可運作以提供感覺的輸出及/或接收感覺的輸入的模組，例如是深度感測器或位置感測器。例如，在某些實施方式中，感測器1890可包含一或多個慣性的量測單元(IMU)及/或一或多個位置感測器。IMU可以根據從所述位置感測器中的一或多個接收到的量測信號來產生校準資料，其指出相對於所述HMD裝置的一最初的位置的所述HMD裝置的一估計的位置。位置感測器可以響應於所述HMD裝置的運動來產生一或多個量測信號。所述位置感測器的例子可包含但不限於一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力儀、另一適當類型的偵測運動的感測器、一種用於所述IMU的誤差校正的感測器類型、或是其之任意組合。所述位置感測器可以是位在所述IMU的外部、所述IMU的內部、或是其之任意組合。至少某些感測器可以利用一結構光圖案以用於感測。
電子系統1800可包含顯示器模組1860。顯示器模組1860可以是近眼顯示器，並且可以在圖形上呈現來自電子系統1800的資訊(例如影像、視訊、以及各種的指令)給使用者。此種資訊可以是從一或多個應用程式模組1822-1824、虛擬實境引擎1826、一或多個其它硬體模組1880、其之一組合、或是任何其它用於解析圖形內容給使用者的適當的手段(例如，藉由作業系統1825)所導出。顯示器模組1860可以利用LCD技術、LED技術(例如包含OLED、ILED、µ-LED、AMOLED、TOLED、等等)、發光聚合物顯示器(LPD)技術、或是某種其它顯示器技術。
電子系統1800可包含使用者輸入/輸出模組1870。使用者輸入/輸出模組1870可以容許使用者能夠傳送動作請求至電子系統1800。動作請求可以是為了執行一特定動作的請求。例如，一動作請求可以是開始或結束一應用程式、或是執行在所述應用程式之內的一特定動作。使用者輸入/輸出模組1870可包含一或多個輸入裝置。範例的輸入裝置可包含觸控螢幕、觸控板、麥克風、按鈕、撥號盤、開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、或是任何其它用於接收動作請求並且傳遞所接收到的動作請求至電子系統1800的適當的裝置。在某些實施例中，使用者輸入/輸出模組1870可以根據從電子系統1800接收到的指令來提供觸覺回授給使用者。例如，所述觸覺回授可以是在一動作請求被接收到或是已經被執行時加以提供。
電子系統1800可包含相機1850，其可被用來拍攝使用者的照片或視訊，例如是用於追蹤所述使用者的眼睛位置。相機1850亦可被用來拍攝環境的照片或視訊，以例如用於VR、AR或MR應用程式。相機1850例如可包含互補金屬–氧化物–半導體(CMOS)影像感測器，其具有數百萬或是數千萬個像素。在某些實施方式中，相機1850可包含兩個或多個相機，其可被用來捕捉3D影像。
在某些實施例中，電子系統1800可包含複數個其它硬體模組1880。其它硬體模組1880的每一個可以是在電子系統1800之內的一實體模組。儘管其它硬體模組1880的每一個可以永久被配置為一結構，但是其它硬體模組1880中的某些個可以暫時被配置以執行特定的功能、或是暫時被啟動。其它硬體模組1880的例子例如可包含音訊輸出及/或輸入模組(例如，麥克風或揚聲器)、近場通訊(NFC)模組、可再充電的電池、電池管理系統、有線/無線的電池充電系統、等等。在某些實施例中，其它硬體模組1880的一或多個功能可以用軟體來實施。
在某些實施例中，電子系統1800的記憶體1820亦可以儲存虛擬實境引擎1826。虛擬實境引擎1826可以執行在電子系統1800之內的應用程式，並且從所述各種的感測器接收所述HMD裝置的位置資訊、加速資訊、速度資訊、預測的未來的位置、或是其之任意組合。在某些實施例中，藉由虛擬實境引擎1826接收到的資訊可被使用於產生一信號(例如，顯示指令)至顯示模組1860。例如，若所接收到的資訊指出使用者已經看向左邊，則虛擬實境引擎1826可以產生用於所述HMD裝置的內容，其在一虛擬的環境中鏡射所述使用者的移動。此外，虛擬實境引擎1826可以響應於從使用者輸入/輸出模組1870接收到的一動作請求以執行在一應用程式之內的一動作，並且提供回授給使用者。所提供的回授可以是視覺的、可聽見的、或是觸覺的回授。在某些實施方式中，處理器1810可包含一或多個GPU，其可以執行虛擬實境引擎1826。
在各種的實施方式中，上述的硬體及模組可被實施在單一裝置上或是在多個裝置上，其可以利用有線或無線的連線來和彼此通訊。例如，在某些實施方式中，某些構件或模組(例如GPU、虛擬實境引擎1826、以及應用程式(例如，追蹤應用程式))可以在與所述頭戴式顯示裝置分開的一控制台上實施。在某些實施方式中，一控制台可以連接至或是支援超過一HMD。
在替代的配置中，不同及/或額外的構件可以內含在電子系統1800中。類似地，所述構件中的一或多個的功能可以用一種不同於上述方式的方式而被分散在所述構件之間。例如，在某些實施例中，電子系統1800可被修改以包含其它系統環境，例如是AR系統環境及/或MR環境。
以上論述的方法、系統及裝置是例子。各種的實施例可以視情況而省略、替代、或是增加各種的程序或構件。譬如，在替代的配置中，所述的方法可以用一不同於所述的順序來加以執行，且/或各種的階段可被加入、省略、及/或組合。再者，相關某些實施例敘述的特點可以在各種其它實施例中組合。所述實施例的不同的特點及元件可以用一種類似的方式來組合。再者，技術會演進，並且因此許多所述的元件是例子，其並不將本揭露內容的範疇限制到那些特定的例子。
特定細節是在所述說明中給出以提供所述實施例的徹底理解。然而，實施例可以在無這些特定細節下加以實施。例如，眾所周知的電路、製程、系統、結構、以及技術已經在無不必要的細節下被展示，以避免模糊所述實施例。此說明只提供範例實施例而已，因而並不欲限制本發明的範疇、可利用性、或是配置。而是，所述實施例的前面的說明將會提供熟習此項技術者用於使得實施各種實施例成為可能的說明。可以在所述元件的功能及配置上做成各種的改變，而不脫離本揭露內容的精神及範疇。
再者，某些實施例是被敘述為程序，其被描繪為流程圖或是方塊圖。儘管其分別可能描述所述操作為一順序的程序，但是許多所述的操作可以平行或同時被執行。此外，所述操作的順序可以重新配置。一程序可以具有並未內含在所述圖式中的額外步驟。再者，所述方法的實施例可以藉由硬體、軟體、韌體、中介軟體、微碼、硬體描述語言、或是其之任意組合來實施。當用軟體、韌體、中介軟體、或是微碼來實施時，用以執行所述相關工作的程式碼或碼區段可被儲存在電腦可讀取的媒體(例如儲存媒體)中。處理器可以執行所述相關的工作。
對於熟習此項技術者而言將會明顯的是實質的變化可以根據特定的需求來加以做成。例如，客製或特殊用途的硬體亦可被使用，且/或特定的元件可以用硬體、軟體(包含可攜式的軟體，例如是小程式、等等)、或是兩者來實施。再者，例如是網路輸入/輸出裝置的連接至其它計算裝置可被採用。
參考所附的圖式，可包含記憶體的構件可包含非暫態的機器可讀取的媒體。所述術語“機器可讀取的媒體”以及“電腦可讀取的媒體”可以是指參與提供資料的任何儲存媒體，其使得機器以特定的方式來運作。在上文所提出的實施例中，各種機器可讀取的媒體可以牽涉到提供指令/碼至處理單元及/或其它裝置以供執行。額外或是替代地，所述機器可讀取的媒體可被用來儲存及/或載有此種指令/碼。在許多實施方式中，電腦可讀取的媒體是物理及/或實體的儲存媒體。此種媒體可以採用許多形式，其包含但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體、以及傳輸媒體。常見的電腦可讀取的媒體的形式例如是包含磁性及/或光學媒體，例如光碟(CD)或數位影音光碟(DVD)、打孔卡、紙帶、任何其它具有孔洞圖案的實體媒體、RAM、可程式化唯讀記憶體(PROM)、可抹除的可程式化唯讀記憶體(EPROM)、快閃-EPROM、任何其它記憶體晶片或卡匣、如下所敘的載波、或是電腦可以從其讀取指令及/或碼之任何其它媒體。電腦程式產品可包含碼及/或機器可執行的指令，其可以代表程序、函數、子程式、程式、常式、應用程式(App)、次常式、模組、套裝軟體、類別、或是指令、資料結構、或程式語句的任意組合。
具有此項技術中的技能者將會體認到被用來傳遞在此所述的訊息的資訊及信號可以利用各種不同的科技及技術的任一種來加以表示。例如，在以上整個說明可能參照到的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號、以及晶片可以藉由電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光學場或粒子、或是其之任意組合來加以表示。
如同在此所用的術語“以及”與“或是”可包含各種意義，其亦預期是至少部分根據此種術語被使用在其中的上下文而定。通常，若“或是”被用來關聯一例如是A、B或C的表列，則是欲表示A、B及C，其在此是以包括的意思被使用、以及A、B或C，其在此是以互斥的意思被使用。此外，如同在此所用的術語“一或多個”可被用來描述單數的任何特點、結構或特徵、或是可被用來描述特點、結構或特徵的某種組合。然而，應注意到的是，此僅僅是一舉例說明的例子而已，所主張的標的並不限於此例子。再者，若術語“中的至少一個”被用來關聯一例如是A、B或C的表列，則其可被解釋為表示A、B及/或C的任意組合，例如是A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC、等等。
再者，儘管某些實施例已經利用硬體及軟體的一特定組合來加以敘述，但應該體認到的是硬體及軟體的其它組合也是可能的。某些實施例可以只用硬體、或是只用軟體、或是利用其之組合來實施。在一例子中，軟體可以利用包含電腦程式碼或指令的電腦程式產品來實施，而電腦程式碼或指令是可藉由一或多個處理器執行的，以用於執行在此揭露內容中敘述的步驟、操作、或程序的任一個或是全部，其中所述電腦程式可被儲存在非暫態的電腦可讀取的媒體上。在此所述的各種程序可以用任何組合而被實施在相同的處理器或是不同的處理器上。
在裝置、系統、構件或模組是被描述為配置以執行某些操作或功能的情形中，此種配置例如可以藉由設計電子電路以執行所述操作、藉由程式化可程式化的電子電路(例如微處理器)以例如藉由執行電腦指令或碼來執行所述操作、或是被程式化以執行在非暫態的記憶體媒體上所儲存的碼或指令的處理器或核心、或是其之任意組合而被達成。程序可以利用各種技術來通訊，其包含但不限於習知用於程序間的通訊的技術，並且不同對的程序可以使用不同的技術、或是相同對的程序可以在不同的時間使用不同的技術。
於是，所述說明書及圖式是以舉例說明、而不是限制性的意思來視之。然而，將會明顯的是可以對其做成增加、減去、刪除、以及其它的修改與改變，而不脫離如同在所述請求項中闡述的較廣的精神及範疇。因此，儘管特定實施例已經被敘述，但是這些並不欲為限制性的。各種的修改及等同物是在以下的請求項的範疇之內。
100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式儲存 114:頭戴式裝置追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼動追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示器電子設備 124:顯示器光學 126:定位器 128:位置感測器 130:眼動追蹤單元 132:慣性的量測單元(IMU) 140:輸入/輸出介面 150:成像裝置 200:HMD裝置 220:主體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭帶 300:近眼顯示器 305:鏡框 310:顯示器 330:照明器 340:相機 350a、350b、350c、350d、350e:感測器 400:擴增實境系統 410:投影器 412:光源/影像源 414:投影器光學 415:組合器 420:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:環境的光 460:萃取的光 490:眼睛 495:可視範圍 500:近眼顯示器(NED)裝置 510:光源 512:紅色發光器 514:綠色發光器 516:藍光發光器 520:投影光學 530:波導顯示器 532:耦合器 540:光源 550:近眼顯示器(NED)裝置 560:自由曲面光學元件 570:掃描反射鏡 580:波導顯示器 582:耦合器 590:眼睛 600:近眼顯示器系統 610:影像源組件 620:控制器 630:影像處理器 640:顯示面板 642:光源 644:驅動器電路 650:投影器 700:LED 705:LED 710、710':基板 715:基板 720:半導體層 725:半導體層 730:主動層 732:平台側壁 735:主動層 740:半導體層 745:半導體層 750:重度摻雜的半導體層 760:導電層 765:電性接點 770:鈍化層 775:介電層 780:接觸層 785:電性接點 790:接觸層 795:金屬層 800:裝置 810:基板 820:微型LED陣列 822:間距 830:絕緣體 840:微透鏡陣列 842:間距 850:光束 852:主光線 900:裝置 910:基板 920:微型LED陣列 922:間距 930:絕緣體 940:微透鏡陣列 942:間距 950:主光線 1000:裝置 1010:基板 1020:微型LED陣列 1022:間距 1030:絕緣體 1040:微透鏡陣列 1042:間距 1050:主光線 1100:裝置 1110:基板 1120:微型LED陣列 1122x:間距 1122y:間距 1130:微透鏡陣列 1132x:間距 1132y:間距 1210:基板 1220:微型LED陣列 1230:絕緣體/導體 1240:介電層 1242:微透鏡陣列 1250:光阻層 1252:微透鏡陣列 1260:灰階的遮罩 1270:曝光 1310:基板 1320:微型LED陣列 1330:絕緣體/導體 1340:介電層 1342:微透鏡陣列 1350:光阻層 1352:露出的部分 1354:未露出的部分 1356:微透鏡陣列 1360:光罩 1370:曝光 1400:流程圖 1410:區塊 1420:區塊 1430:區塊 1440:區塊 1450:區塊 1460:區塊 1470:區塊 1501:LED陣列 1502:第一晶圓 1503:晶圓 1504:基板 1505:載體基板 1506:第一半導體層 1507:LED 1508:主動層 1509:基底層 1510:第二半導體層 1511:驅動器電路 1512:接合層 1513:接合層 1515:圖案化的層 1610:基板 1615:射束 1620:電路 1622:電互連 1625:壓縮壓力 1630:接點墊 1635:熱 1640:介電質區域 1650:晶圓 1660:介電材料層 1670:微型LED 1680:p-接點 1682:n-接點 1800:電子系統 1810:處理器 1820:記憶體 1822-1824:應用程式模組 1825:作業系統 1826:虛擬實境引擎 1830:無線通訊子系統 1832:無線連結 1834:天線 1840:匯流排 1850:相機 1860:顯示器模組 1870:使用者輸入/輸出模組 1880:其它硬體模組 1890:感測器
舉例說明的實施例會在後續的說明中參考以下的圖式來加以詳細描述。
[圖1]是根據某些實施例的包含近眼顯示器的人工實境系統環境的一個例子的簡化的方塊圖。
[圖2]是用於實施在此揭露的某些例子的具有頭戴式顯示器(HMD)裝置的形式的近眼顯示器的一個例子的立體圖。
[圖3]是用於實施在此揭露的某些例子的具有一副眼鏡的形式的近眼顯示器的一個例子的立體圖。
[圖4]是描繪根據某些實施例的包含波導顯示器的光學穿透式擴增實境系統的一個例子。
[圖5]A是描繪根據某些實施例的包含波導顯示器的近眼顯示裝置的一個例子。圖5B是描繪根據某些實施例的包含波導顯示器的近眼顯示裝置的一個例子。
[圖6]是描繪在根據某些實施例的擴增實境系統中的影像源組件的一個例子。
[圖7]A是描繪根據某些實施例的具有垂直的平台式(mesa)結構的發光二極體(LED)的一個例子。圖7B是根據某些實施例的具有拋物線狀的平台式結構的LED的一個例子的橫截面圖。
[圖8]是描繪一種包含微型LED陣列以及用於從所述微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的裝置的一個例子。
[圖9]是描繪根據某些實施例的一種包含微型LED陣列以及用於從所述微型LED陣列萃取及收斂光的微透鏡陣列的裝置的一個例子。
[圖10]是描繪根據某些實施例的一種包含微型LED陣列以及用於從所述微型LED陣列萃取及發散光的微透鏡陣列的裝置的一個例子。
[圖11]是描繪根據某些實施例的用於從二維的微型LED陣列的光萃取的二維的微透鏡陣列的一個例子。
[圖12]A-12D是描繪根據某些實施例的一種用於製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的方法的一個例子。
[圖13]A-13D是描繪根據某些實施例的一種用於製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的方法的一個例子。
[圖14]是描繪根據某些實施例的一種用於製造用於從微型LED陣列的光萃取的微透鏡陣列的方法的一個例子的流程圖。
[圖15]A是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的晶粒至晶圓接合的方法的一個例子。圖15B是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的晶圓至晶圓接合的方法的一個例子。
[圖16]A-16D是描繪根據某些實施例的一種用於LED陣列的混合接合的方法的一個例子。
[圖17]是描繪根據某些實施例的具有次要的光學構件被製造於其上的LED陣列的一個例子。
[圖18]是根據某些實施例的具有近眼顯示器的一個例子的電子系統的簡化的方塊圖。
所述圖式只是為了說明之目的來描繪本揭露內容的實施例。熟習此項技術者從以下的說明將會輕易體認到所描繪的結構及方法的替代實施例可被採用，而不脫離此揭露內容的原理或是所宣揚的益處。
在所附的圖式中，類似的構件及/或特點可以具有相同的元件符號。再者，相同類型的各種構件可以藉由在元件符號之後接上一破折號以及一第二符號來加以區別，所述第二符號是在類似的構件之間做區別。若只有第一元件符號在說明書中被使用，則所述說明可以適用於具有相同的第一元件符號的類似的構件的任一個，而不論第二元件符號為何。
900:裝置
910:基板
920:微型LED陣列
922:間距
930:絕緣體
940:微透鏡陣列
942:間距
950:主光線

Claims (20)

  1. 一種裝置，其包括： 微型LED陣列，其特徵在於第一間距；以及 微透鏡陣列，其在所述微型LED陣列上並且特徵在於不同於所述第一間距的第二間距，在所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡對應於在所述微型LED陣列中的一個別的微型LED。
  2. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡被配置成使得來自所述微型LED陣列中的對應的微型LED的一主光線在通過所述微透鏡之後會傳播在一不同的個別的方向上。
  3. 如請求項1之裝置，其中所述第一間距大於所述第二間距。
  4. 如請求項3之裝置，其中來自所述微型LED陣列中的每一個微型LED的一主光線在通過對應的微透鏡之後是在朝向所述裝置的一中間線的一個別的方向上傾斜。
  5. 如請求項1之裝置，其中： 所述微型LED陣列包含二維的微型LED陣列； 所述微透鏡陣列包含二維的微透鏡陣列；以及 所述第一間距以及所述第二間距在第一維度中。
  6. 如請求項5之裝置，其中： 所述微型LED陣列的特徵在於在第二維度中的第三間距； 所述微透鏡陣列的特徵在於在所述第二維度中的第四間距；以及 所述第三間距不同於所述第四間距。
  7. 如請求項6之裝置，其中所述第一間距不同於所述第三間距。
  8. 如請求項6之裝置，其中所述第二間距不同於所述第四間距。
  9. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列包含介電材料或是有機材料。
  10. 如請求項9之裝置，其中所述介電材料包含矽氧化物或是矽氮化物。
  11. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列包含抗反射塗層。
  12. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列包含球狀的微透鏡或是非球狀的微透鏡。
  13. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡被配置以準直來自所述微型LED陣列中的對應的微型LED的光。
  14. 如請求項1之裝置，其中所述第一間距或是所述第二間距中的至少一個橫跨所述裝置而改變。
  15. 如請求項1之裝置，其中所述第一間距小於所述第二間距。
  16. 如請求項1之裝置，其中所述第一間距小於10µm。
  17. 如請求項1之裝置，其中所述微透鏡陣列中的每一個微透鏡的一線性尺寸大於所述微型LED陣列中的每一個微型LED的一線性尺寸。
  18. 一種方法，其包括： 在微型LED陣列的介電層上沉積聚合物層，所述微型LED陣列的特徵在於相鄰的微型LED的中心之間的第一間距； 圖案化所述聚合物層以形成聚合物圖案，其中所述聚合物層中的所述聚合物圖案的特徵在於不同於所述第一間距的第二間距；以及 回焊所述聚合物圖案以在所述聚合物層中形成微透鏡陣列，所述微透鏡陣列的特徵在於等於所述第二間距的第三間距。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包括： 蝕刻在所述聚合物層中的所述微透鏡陣列以及所述微型LED陣列的所述介電層以在所述介電層中形成微透鏡陣列， 其中所述聚合物層的特徵在於蝕刻速率相當於所述介電層的蝕刻速率。
  20. 如請求項18之方法，其中： 所述聚合物層包含光阻層；以及 圖案化所述聚合物層包括： 露出所述光阻層以透過下列遮罩來曝光： 灰階的遮罩，其中所述灰階的遮罩的透光率輪廓與在所述聚合物層中的所述微透鏡陣列的高度輪廓互補；或是 二元遮罩，其具有對應於在所述聚合物層中的所述聚合物圖案的透光率圖案；以及 利用光阻顯影劑來顯影所述光阻層以移除所述光阻層的露出的部分。
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