TW202407421A - 溝槽中的引導光萃取 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種微發光二極體（micro-LED）裝置，其包含半導體台面結構及位於半導體層之在所述半導體台面結構之間的區中之波導及光柵耦合器。在各半導體台面結構之主動區中發射的至少一些光能耦合至波導中且由該波導朝向光柵耦合器引導。該光柵耦合器配置以透過所述半導體台面結構之間的區而例如在實質垂直於該微LED裝置之發光表面之方向將該引導光繞射出該微LED裝置。

Description

溝槽中的引導光萃取

本發明關於溝槽中的引導光萃取。 相關申請案

本申請案主張2022年3月24日申請之美國非臨時專利申請案序列第17/703,616號之權益，其全部揭示內容以引用之方式併入本文中。

發光二極體（light emitting diode；LED）將電能轉換成光能，且提供優於其他光源之許多益處，諸如減小之尺寸、改良之耐久性及增加之效率。LED可用作許多顯示器系統中之光源，所述顯示器系統諸如電視、電腦監視器、膝上型電腦、平板電腦、智慧型手機、投影系統及可穿戴電子裝置。基於III-V族半導體（諸如氮化鋁（AlN）、氮化鎵（GaN）、氮化銦（InN）、鋁鎵銦磷化物（AlGaInP）、其他三元及四元氮化物、磷化物、及砷化物組成物之合金）之微LED（「Micro-LED；μLED」），歸因於其較小尺寸（例如，其中線性尺寸小於100 μm、小於50 μm、小於10 μm或小於5 μm）、高封裝密度（及因此較高解析度）及高亮度，微LED已開始開發用於各種顯示器應用。舉例而言，發射不同色彩（例如，紅色、綠色及藍色）之光的微LED可用於形成諸如電視或近眼顯示器系統之顯示器系統的子像素。

本發明大體上是關於微發光二極體（微LED）。更具體而言，本發明是關於具有光柵耦合器以改良光萃取效率之微LED裝置。本文中描述各種發明性實施例，包含裝置、系統、方法、製程、材料及類似者。

根據某些實施例，一種微LED裝置包含：背板晶圓，其包含製造於其上之電路；背反射器及接觸層，其接合至背板晶圓且藉由複數個介電結構隔離成複數個電極；第一半導體材料之第一子層，其耦接至背反射器及接觸層；複數個半導體台面結構，其位於第一半導體材料之第一子層上；鈍化層，其位於複數個半導體台面結構之側壁上；透明介電材料區，其位於複數個半導體台面結構之半導體台面結構之間；及光柵耦合器，其位於第一半導體材料之第一子層的與透明介電材料區對準之第一子層的區中。複數個半導體台面結構中之各半導體台面結構可包含第一半導體材料之第二子層、主動區及第二半導體層。第一半導體材料之第一子層的區配置以將在複數個半導體台面結構之主動區中發射的光引導至光柵耦合器。光柵耦合器配置以朝向透明介電材料區繞射由第一半導體材料之第一子層之區引導的光。

在一些實施例中，微LED裝置包含位於鈍化層之側壁上及鈍化層與透明介電材料區之間的側壁反射器。在一些實施例中，側壁反射器位於鈍化層之一些但並非所有側壁上。在一些實施例中，微LED裝置可包含位於複數個半導體台面結構及透明介電材料區上之透明導體層。微LED裝置亦可包含位於透明導體層上或透明導體層中之前反射器，所述前反射器與複數個半導體台面結構中之各半導體台面結構之第二半導體層對準且配置以反射入射於前反射器上之光。

在一些實施例中，複數個介電結構可將第一半導體材料之第一子層電隔離成複數個區。微LED裝置亦可包含位於第一半導體材料之第一子層之區中的複數個光學隔離結構，該複數個光學隔離結構以光學方式隔離第一半導體材料之第一子層之複數個區。在一些實施例中，複數個光學隔離結構之各光學隔離結構可鄰近於複數個介電結構之各別介電結構。在一些實施例中，光柵耦合器可包含具有不同於第一半導體材料之折射率的折射率之筆直或傾斜光柵脊。在一些實施例中，複數個介電結構可與背板晶圓之介電材料區接觸。在一些實施例中，光柵耦合器位於背反射器及接觸層上或部分地位於背反射器及接觸層中。

根據一些實施例，一種微LED包含：背反射器及接觸層，其由介電結構側向包圍；第一半導體材料之第一子層，其位於背反射器及接觸層上且由光學隔離結構側向包圍；半導體台面結構，其位於微LED之第一側向區中；絕緣體層，其位於半導體台面結構之側壁上；透明介電材料區，其位於微LED之第二側向區中；及光柵耦合器，其位於第一半導體材料之第一子層的與透明介電材料區對準之第一子層的區中。半導體台面結構可包含第一半導體材料之第二子層、主動區及第二半導體層。絕緣體層可位於半導體台面結構與透明介電材料區之間。第一半導體材料之第一子層之區可配置以將在半導體台面結構之主動區中發射的光引導至光柵耦合器。光柵耦合器可配置以朝向透明介電材料區繞射由第一半導體材料之第一子層之區引導的光。

在微LED之一些實施例中，絕緣體層可包含鈍化層及側壁反射器層。側壁反射器層可位於鈍化層之一些但並非所有側壁上。在一些實施例中，微LED可包含位於半導體台面結構之第二半導體層及透明介電材料區上之透明導體層。在一些實施例中，微LED可包含位於透明導體層上或透明導體層中之前反射器，該前反射器與半導體台面結構之第二半導體層對準且配置以反射入射於前反射器上之光。在一些實施例中，介電結構可側向地包圍第一半導體材料之第一子層。在一些實施例中，光柵耦合器可包含具有不同於第一半導體材料之折射率的折射率之筆直或傾斜光柵脊。在一些實施例中，光柵耦合器可位於背反射器及接觸層上或部分地位於背反射器及接觸層中。在一些實施例中，介電結構可與背板晶圓之介電材料區接觸，且背反射器及接觸層可接合至背板晶圓之金屬接觸襯墊。

此發明內容既不意欲識別所主張主題之關鍵特徵或基本特徵，亦不意欲單獨用於判定所主張主題之範疇。應參考本發明之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及各申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及範例。

本發明大體上是關於微發光二極體（微LED）。更具體而言，本發明是關於具有光柵耦合器以改良光萃取效率之微LED裝置。本文中描述各種發明性實施例，包含裝置、系統、方法、製程、材料及類似者。

擴增實境（augmented reality；AR）及虛擬實境（virtual reality；VR）應用可使用包含諸如小型或微LED之微小單色光發射器的近眼顯示器。在發光二極體（LED）中，透過主動區（例如，包含可形成一或多個量子井之一或多個半導體層）內之電子與電洞之複合而產生光子。在穿過LED之載子當中注入至LED之主動區中的載子（例如，電子或電洞）之比例被稱為載子注入效率。所發射光子之數目與注入至主動區中之載子之數目之間的比率被稱為LED之內部量子效率（internal quantum efficiency；IQE）。在主動區中發射之光可以特定光萃取效率（light extraction efficiency；LEE）從LED萃取。從LED萃取之所發射光子之數目與穿過LED之電子之數目之間的比率被稱為LED之外部量子效率（external quantum efficiency；EQE），其描述LED將所注入載子轉換成從LED萃取之光子的效率。EQE可為載子注入效率、IQE及LEE之乘積。在用於近眼顯示器之LED中，僅從LED發射至某一方向及/或在某一發射角範圍內（例如，在約±20°內）之光可由近眼顯示器之顯示光學件收集。從LED萃取且由顯示光學件收集之所發射光子之比例可被稱為所收集LEE。對於具有減小之實體尺寸之LED，諸如微LED，IQE、所收集LEE及EQE可能極低。改良微LED之效率能是具有挑戰性的。

LED之內部量子效率可取決於在LED之主動區中發生的競爭性輻射（光產生）載子複合與非輻射（損失）載子複合之相對率。主動區中之非輻射載子複合過程包含在缺陷位點處之肖克力-瑞德-霍爾（Shockley-Read-Hall；SRH）、以及複合及電子-電子-電洞（electron-electron-hole；eeh）及/或電子-電洞-電洞（electron-hole-hole；ehh）的歐傑複合。歐傑複合為涉及三個載子之非輻射過程，其影響所有尺寸之LED。在微LED中，由於各微LED之側向尺寸可能與少數載子擴散長度相當，因此總主動區之較大比例是在從LED側壁表面的距離內，LED側壁表面的缺陷密度及缺陷誘發之非輻射載子複合率可為高的。因此，較大比例之所注入載子可擴散至側壁表面附近之區，其中載子可經受較高SRH複合率。此可使得LED之效率降低，使得LED之峰值效率降低，及/或使得峰值效率操作電流增加。增加注入電流可使得微LED之效率由於較高電流密度下之較高eeh或ehh歐傑複合率而下降，且亦可引起所發射光之光譜移位。隨著LED之實體尺寸進一步減小，由於包含表面瑕疵之經蝕刻側壁刻面附近的表面複合而引起之效率損耗可變得顯著得多。

另外，在LED之發光表面，諸如LED與空氣之間的界面處，入射角大於臨界角之一些入射光可由於全內反射（total internal reflection；TIR）而反射回LED。由於LED之幾何形狀，反射回LED之一些光可被捕獲且最終由LED吸收。舉例而言，一些被捕獲光可由半導體材料吸收以產生電子-電洞對，所述電子-電洞對可以輻射方式或非輻射方式複合。一些被捕獲光可由LED之底部及/或側壁處之金屬（例如，金屬接觸或反射器）吸收。在基於III族磷化物之LED，諸如一些發射紅光之III族磷化物LED中，III族磷化物半導體材料（例如，磷化鎵（GaP）、磷化銦（InP）、氮化銦鎵（GaInP）或鋁鎵銦磷化物（AlGaInP））之折射率相對於可見光可大於約3.0（例如，約3.4），比許多III族氮化物半導體材料之折射率（例如，對於GaN約2.4）高得多。因此，在III族磷化物半導體材料與鄰近的較低折射率材料（例如，空氣或介電質）之間的界面處之全內反射之臨界角可較小。因而，在基於III族磷化物之LED之主動區中發射的更多光可被捕獲於LED中且可最終被吸收。因此，發射紅光之III族磷化物LED之LEE可能較低。在大型LED中，可使用例如薄膜技術或圖案化藍寶石基板來改良光萃取效率，圖案化藍寶石基板在基板表面上具有密集的、週期性圖案。舉例而言，圖案化藍寶石基板技術可引起半導體層中之光隨機化，使得可以其他方式捕獲於台面結構中之光子的傳播方向可經隨機化以增加從限制釋放及出射台面結構之可能性。因此，可改良總體光萃取效率。然而，由於此等微LED之小尺寸及高縱橫比（高度對寬度），此等技術可不用於具有小於例如約20 μm、約10 μm、約5 μm、約3 μm或約2 μm之線性尺寸的微LED中。

根據某些實施例，微LED裝置可包含半導體層之微LED之台面結構之間的區中之波導及光柵耦合器。在台面結構之主動區中發射的光可耦合（例如反射）至波導中，且由波導朝向光柵耦合器引導，且可由光柵耦合器透過微LED之台面結構之間的區耦合出微LED裝置。光柵耦合器可將引導光繞射至某些所要方向，諸如實質垂直於發光表面之方向。因此，由光柵耦合器繞射之光可以較小入射角入射於發光表面上，且因此可折射至空氣中，而非由於全內反射而反射回微LED中。由於繞射光之高方向性，耦合出微LED裝置之光束可具有高方向性且可由近眼顯示器系統之顯示光學件而更有效地收集。

本文中所描述之微LED可結合諸如人工實境系統之各種技術來使用。諸如頭戴式顯示器（HMD）或抬頭顯示器（heads-up display；HUD）系統之人工實境系統通常包含配置以呈現描繪虛擬環境中之物件之人工影像的顯示器。顯示器可呈現虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合，如在虛擬實境、擴增實境或混合實境（mixed reality；MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視顯示的眼鏡或透鏡（通常被稱為光學透視）或觀看由攝像機獲取之周圍環境之所顯示影像（通常稱為影像合成穿透式（video see-through））而一併看到虛擬物體（例如電腦合成影像（computer-generated images；CGIs）及周遭環境。在一些AR系統中，可使用基於LED之顯示子系統向使用者呈現人工影像。

如本文中所使用，術語「發光二極體（LED）」是指至少包含n型半導體層、p型半導體層、以及n型半導體層與p型半導體層之間的發光區（亦即主動區）之光源。發光區可包含形成諸如量子井之一或多個異質結構之一或多個半導體層。在一些實施例中，發光區可包含形成一或多個多量子井（multiple-quantum-well；MQW）之多個半導體層，該一或多個多量子井各自包含多個（例如，約2至6個）量子井。

如本文中所使用，術語「微LED」或「μLED」是指具有晶片之LED，其中該晶片之線性尺寸小於約200 μm，諸如小於100 μm、小於50 μm、小於20 μm、小於10 μm或更小。舉例而言，微LED之線性尺寸可小至6 µm、5 µm、4 µm、2 µm或更小。一些微LED可具有與少數載子擴散長度相當之線性尺寸（例如，長度或直徑）。然而，本文中之揭示內容不限於微LED，且亦可應用於迷你LED（mini-LED）及大型LED。

如本文中所使用，術語「接合」可指用於實體及/或電連接兩個或更多個裝置及/或晶圓之各種方法，諸如黏著接合、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、焊接、凸塊下金屬化及類似者。舉例而言，黏著接合可使用可固化黏著劑（例如環氧樹脂）以透過黏著而實體接合兩個或更多個裝置及/或晶圓。金屬至金屬接合可包含例如在金屬之間使用焊接界面（例如，襯墊或球）、導電黏著劑或硬焊接頭（welded joint）之導線接合或覆晶晶片接合。金屬氧化物接合可在各表面上形成金屬及氧化物圖案，將氧化物區段接合在一起，且接著將金屬區段接合在一起以建立導電路徑。晶圓至晶圓接合可接合兩個晶圓（例如，矽晶圓或其他半導體晶圓）而無任何中間層，且基於兩個晶圓之表面之間的化學鍵。晶圓至晶圓接合可包含晶圓清潔及其他預處理、在室溫下之對準及預接合，及在諸如約250℃或更高之高溫下之退火。晶粒至晶圓接合可使用一個晶圓上之凸塊以將預成型晶片之特徵與晶圓之驅動器對準。混合接合可包含例如晶圓清潔、一個晶圓之接觸與另一晶圓之接觸的高精度對準、晶圓內之介電材料在室溫下的介電接合、以及藉由在例如250℃至300℃或更高溫度下退火而進行的接觸之金屬接合。如本文中所使用，術語「凸塊」通常可指在接合期間使用或形成之金屬互連件。

在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本發明之範例的透徹理解。然而，將顯而易見，可在無此等特定細節之情況下實踐各種範例。舉例而言，裝置、系統、結構、組合件、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要細節混淆範例。在其他情況下，可在無必要細節之情況下展示習知的裝置、製程、系統、結構及技術，以免混淆範例。圖式及描述並不意欲為限定性的。已在本發明中採用之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述時不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效者或其部分。詞語「範例」在本文中用於意謂「充當範例、例項或說明」。不必將本文中描述為「範例」之任何實施例或設計解釋為比其他實施例或設計較佳或優於其他實施例或設計。

圖1為根據某些實施例之包含近眼顯示器120之人工實境系統環境100之範例的簡化方塊圖。圖1中所展示之人工實境系統環境100可包含近眼顯示器120、可選外部成像裝置150及可選輸入/輸出介面140，其中之各者可耦接至可選控制台（console）110。雖然圖1展示包含一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100之範例，但可在人工實境系統環境100中包含任何數目個此等組件，或可省略所述組件中之任一者。舉例而言，可存在由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150所監測的多個近眼顯示器120。在一些配置中，人工實境系統環境100可不包含外部成像裝置150、可選輸入/輸出介面140及可選控制台110。在替代配置中，不同組件或額外組件可包含於人工實境系統環境100中。

近眼顯示器120可為向使用者呈現內容之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的範例包含影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些實施例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置從近眼顯示器120、控制台110或兩者接收音訊資訊，且基於音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包含一或多個剛性本體，該一或多個剛性本體可剛性地或非剛性地彼此耦接。剛性本體之間的剛性耦接可使得經耦接剛性本體充當單一剛性實體。剛性本體之間的非剛性耦接可允許剛性本體相對於彼此移動。在各種實施例中，近眼顯示器120可以任何合適之外觀尺寸實施，包含一副眼鏡。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之一些實施例。另外，在各種實施例中，本文中所描述之功能性可用於將近眼顯示器120外部之環境的影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）組合的頭戴裝置中。因此，近眼顯示器120可用所產生內容（例如，影像、視訊、聲音等）來擴增近眼顯示器120外部之實體真實世界環境之影像，以向使用者呈現擴增實境。

在各種實施例中，近眼顯示器120可包含顯示電子件122、顯示光學件124及眼動追蹤單元130之一或多者。在一些實施例中，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及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在各種實施例中，近眼顯示器120可省略眼動追蹤單元130、定位器126、位置感測器128及IMU 132之任一者，或包含額外元件。另外，在一些實施例中，近眼顯示器120可包含組合與圖1所描述之各種元件之功能結合的元件。

顯示電子件122可根據從例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在各種實施例中，顯示電子件122可包含一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、有機發光二極體（organic light emitting diode；OLED）顯示器、無機發光二極體（inorganic light emitting diode；ILED）顯示器、微發光二極體（micro light emitting diode；μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（active-matrix OLED display；AMOLED）、透明OLED顯示器（transparent OLED display；TOLED）或某一其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施中，顯示電子件122可包含前TOLED面板、後顯示面板、及前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、偏光器、或者繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包含像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要色彩的光。在一些實施中，顯示電子件122可透過二維面板產生之立體效應來顯示三維（three-dimensional；3D）影像以建立影像深度之主觀感知。舉例而言，顯示電子件122可包含分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左方顯示器及右方顯示器。左方顯示器及右方顯示器可呈現相對於彼此水平移位之影像的複本，以建立立體效應（亦即，觀看影像之使用者對影像深度的感知）。

在某些實施例中，顯示光學件124可以光學方式顯示影像內容（例如，使用光波導及耦合器），或放大從顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正影像光。在各種實施例中，顯示光學件124可包含一或多個光學元件，諸如基板、光波導、光圈、菲涅爾透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾光片、輸入/輸出耦合器、或可能影響從顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包含不同光學元件之組合、以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及位向的機械耦接件。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有光學塗層，諸如抗反射塗層、反射塗層、濾光塗層或不同光學塗層之組合。

影像光由顯示光學件124放大可允許顯示電子件122相比於較大顯示器而實體更小，重量更輕且消耗更少功率。另外，放大可增加所顯示內容之視場。顯示光學件124對影像光之放大量可藉由調整、添加光學元件或從顯示光學件124移除光學元件來改變。在一些實施例中，顯示光學件124可將所顯示影像投影至可比近眼顯示器120距離使用者眼睛更遠之一或多個影像平面。

顯示光學件124亦可經設計以校正一或多種類型之光學誤差，諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合。二維誤差可包含在兩個維度出現之光學像差。二維誤差之範例性類型可包含桶形失真（barrel distortion）、枕形失真（pincushion distortion）、縱向色差及橫向色差。三維誤差可包含在三個維度出現之光學誤差。三維誤差之範例性類型可包含球面像差（spherical aberration）、彗形像差（comatic aberration）、像場彎曲（field curvature）場曲率及像散（astigmatism）。

定位器126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施方案中，控制台110可在由外部成像裝置150獲取之影像中識別定位器126，以判定人工實境頭戴裝置之位置、位向或兩者。定位器126可為LED、直角反射器（corner cube reflector）、反射標誌、與近眼顯示器120進行操作所處之環境形成對比的一種類型之光源、或以上各者之任何組合。在定位器126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之實施例中，定位器126可發射可見光帶（例如，約380 nm至750 nm）中、紅外線（infrared；IR）帶（例如，約750 nm至1 mm）中、紫外線帶（例如，約10 nm至約380 nm）中、電磁波譜之另一部分中或電磁波譜之部分之任何組合中的光。

外部成像裝置150可包含一或多個攝像機、一或多個視訊攝像機、能夠獲取包含定位器126中之一或多者之影像的任何其他裝置、或以上各者之任何組合。另外，外部成像裝置150可包含一或多個濾光片（例如，用以增加訊噪比（signal to noise ratio））。外部成像裝置150可配置以偵測外部成像裝置150之視場中從定位器126發射或反射之光。在定位器126包含被動元件（例如複歸反射器（retroreflector））之實施例中，外部成像裝置150可包含照明定位器126中之一些或全部的光源，所述定位器可將光反向反射（retro-reflect）至外部成像裝置150中之光源。慢校準資料可從外部成像裝置150傳遞至控制台110，且外部成像裝置150可從控制台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、幀率（frame rate）、感測器溫度、快門速度、光圈等）。

位置感測器128可響應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測訊號。位置感測器128之範例可包含加速計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器、或以上各者之任何組合。舉例而言，在一些實施例中，位置感測器128可包含用以量測平移運動（例如，向前/向後、向上/向下或向左/向右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、橫偏或滾轉）之多個陀螺儀。在一些實施例中，各種位置感測器可彼此正交定向。

IMU 132可為基於從位置感測器128中之一或多者接收到之量測訊號而產生快校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部、或以上各者之任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測訊號，IMU 132可產生快校準資料，該快校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。舉例而言，IMU 132可隨時間推移對藉由從加速計接收到之量測訊號進行積分以估計速度向量，且隨時間推移對該速度向量進行積分以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣量測訊號提供至控制台110，其可判定快校準資料。雖然參考點通常可界定為空間中之點，但在各種實施例中，參考點亦可界定為近眼顯示器120內之點（例如，IMU 132之中心）。

眼動追蹤單元130可包含一或多個眼動追蹤系統。眼動追蹤可指判定眼睛相對於近眼顯示器120之位置，包含眼睛之位向及所在。眼動追蹤系統可包含成像系統，以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包含光發射器，該光發射器可產生引導至眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統獲取。舉例而言，眼動追蹤單元130可包含發射可見光譜或紅外線光譜中之光的非相干或相干光源（例如雷射二極體）、及獲取由使用者眼睛反射之光的攝像機。作為另一範例，眼動追蹤單元130可獲取由微型雷達單元發射之反射無線電波。眼動追蹤單元130可使用低功率光發射器，所述低功率光發射器以不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度發射光。眼動追蹤單元130可配置以增加由眼動追蹤單元130獲取之眼睛影像中的對比度，同時減小由眼動追蹤單元130消耗之總功率（例如，減小由包含於眼動追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施中，眼動追蹤單元130可消耗小於100毫瓦之功率。

近眼顯示器120可使用眼睛之位向以例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD），判定凝視方向，推導深度線索（例如，在使用者之主視線外部的模糊影像），收集關於VR媒體中之使用者互動的經驗（heuristic）（例如，花費在任何特定個體、物件或幀上之時間，其做為外顯刺激（exposed stimuli）的結果）、進行部分地基於使用者眼睛中之至少一者之位向的一些其他功能、或以上各者之任何組合。由於可判定使用者之兩隻眼睛的位向，因此眼動追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包含基於使用者左眼及右眼之經判定位向來判定會聚點。會聚點可為使用者眼睛之兩個焦軸（foveal axis）相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及在使用者眼睛之瞳孔之間的中點之線的方向。

輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式、或進行應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包含一或多個輸入裝置。範例性輸入裝置可包含鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕、或者用於接收動作請求且將所接收動作請求傳遞至控制台110之任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收到之動作請求傳遞至可進行對應於所請求動作之動作的控制台110。在一些實施例中，輸入/輸出介面140可根據從控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已進行所請求動作且將指令傳遞至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些實施例中，外部成像裝置150可用於追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包含例如IR光源）或使用者之手部之所在或位置以判定使用者之運動。在一些實施例中，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，諸如追蹤控制器或使用者之手部之所在或位置以判定使用者之運動。

控制台110可根據從外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140之一或多者接收到之資訊而將內容提供至近眼顯示器120，以供呈現給使用者。在圖1中所展示之範例中，控制台110可包含應用程式商店112、頭戴裝置追蹤模組114、人工實境引擎116及眼動追蹤模組118。控制台110之一些實施例可包含與結合圖1所描述之模組不同的模組或額外模組。下文進一步描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈於控制台110之組件當中。

在一些實施例中，控制台110可包含處理器及儲存可由處理器執行之指令的非暫存性暫存性電腦可讀取儲存媒介。處理器可包含並行執行指令之多個處理單元。非暫存性暫存性電腦可讀取儲存媒介可為任何記憶體，諸如硬碟機、可攜式記憶體或固態硬碟（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））。在各種實施例中，結合圖1所描述之控制台110的模組可編碼為非暫存性暫存性電腦可讀取儲存媒介中之指令，所述指令在由處理器執行時使得處理器進行下文進一步所描述之功能。

應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包含在由處理器執行時產生內容以呈現給使用者之一組指令。由應用程式產生之內容可響應於經由使用者眼睛之移動而從使用者接收到之輸入、或從輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之範例可包含遊戲應用程式、會議應用程式、視訊回放應用程式或其他合適應用程式。

頭戴裝置追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之慢校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，頭戴裝置追蹤模組114可使用來自慢校準資訊之觀測到的定位器及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。頭戴裝置追蹤模組114亦可使用來自快校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些實施例中，頭戴裝置追蹤模組114可使用快校準資訊、慢校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來所在。頭戴裝置追蹤模組114可將近眼顯示器120之所估計位置或所預測未來位置提供至人工實境引擎116。

人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且從頭戴裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之所預測未來位置、或以上各者之任何組合。人工實境引擎116亦可從眼動追蹤模組118接收所估計眼睛位置及位向資訊。基於所接收資訊，人工實境引擎116可判定用以提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者之內容。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已向左看，則人工實境引擎116可產生用於近眼顯示器120之內容，該內容反映使用者之眼睛在虛擬環境中之移動。另外，人工實境引擎116可響應於從輸入/輸出介面140接收到之動作請求而進行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已執行之回饋提供至使用者。回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。

眼動追蹤模組118可從眼動追蹤單元130接收眼動追蹤資料，且基於眼動追蹤資料判定使用者眼睛之位置。眼睛之位置可包含眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之位向、所在或兩者。由於眼睛之旋轉軸依據眼睛在其眼窩中之所在而改變，因此判定眼睛在其眼窩中之所在可允許眼動追蹤模組118更準確地判定眼睛之位向。

圖2為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的HMD裝置200形式之近眼顯示器之範例的立體圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或以上各者之任何組合之一部分。HMD裝置200可包含本體220及頭部繫帶230。圖2在立體圖中展示本體220之底側223、前側225及左側227。頭部繫帶230可具有可調整或可延伸的長度。在HMD裝置200之本體220與頭部繫帶230之間可存在足夠空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者之頭部上。在各種實施例中，HMD裝置200可包含額外組件、較少組件或不同組件。舉例而言，在一些實施例中，HMD裝置200可包含如例如以下圖3中所展示之眼鏡鏡腳及鏡腳尖端，而非頭部繫帶230。

HMD裝置200可將包含具有電腦合成元件之實體、真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的範例可包含影像（例如，二維（two-dimensional；2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊或以上各者之任何組合。所述影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之本體220中的一或多個顯示器組合件（圖2中未展示）呈現給使用者之各眼睛。在各種實施例中，一或多個顯示器組合件可包含單一電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之各眼睛有一個顯示面板）。電子顯示面板之範例可包含例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某一其他顯示器、或以上各者之任何組合。HMD裝置200可包含兩個視窗區（eye box）。

在一些實施中，HMD裝置200可包含各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼動追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化光圖案以進行感測。在一些實施中，HMD裝置200可包含用於與控制台通信之輸入/輸出介面。在一些實施中，HMD裝置200可包含虛擬實境引擎（圖中未示），該虛擬實境引擎能執行HMD裝置200內之應用程式，且從各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測未來位置或其任何組合。在一些實施方案中，由虛擬實境引擎接收到之資訊可用於為一或多個顯示器組合件生成訊號（例如顯示指令）。在一些實施中，HMD裝置200可包含相對於彼此且相對於參考點而位於本體220上之固定位置中的定位器（圖中未示，諸如定位器126）。定位器中之各者可發射可由外部成像裝置偵測之光。

圖3為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的一副眼鏡形式之近眼顯示器300之範例的立體圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120之特定實施方案，且可配置以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器來操作。近眼顯示器300可包含框架305及顯示器310。顯示器310可配置以向使用者呈現內容。在一些實施例中，顯示器310可包含顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包含LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如波導顯示器組合件）。

近眼顯示器300可進一步包含在框架305上或內之各種感測器350a、感測器350b、感測器350c、感測器350d及感測器350e。在一些實施例中，感測器350a至350e可包含一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些實施例中，感測器350a至感測器350e可包含一或多個影像感測器，該一或多個影像感測器配置以產生表示不同方向上之不同視場的影像資料。在一些實施例中，感測器350a至感測器350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些實施例中，感測器350a至感測器350e亦可用於立體成像。

在一些實施例中，近眼顯示器300可進一步包含一或多個照明器330以將光投影至實體環境中。所投影光可與不同帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，照明器330可將光投影於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至感測器350e獲取黑暗環境內之不同物件的影像。在一些實施例中，照明器330可用於將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些實施例中，照明器330可用作定位器，諸如上文關於圖1所描述之定位器126。

在一些實施例中，近眼顯示器300亦可包含高解析度攝像機340。攝像機340可獲取視場中之實體環境的影像。所獲取影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至所獲取影像中或修改所獲取影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用程式。

圖4說明根據某些實施例之包含波導顯示器之光學透視擴增實境系統400的範例。擴增實境系統400可包含投影器410及結合器415。投影器410可包含光源或影像源412、及投影器光學件414。在一些實施例中，光源或影像源412可包含上文所描述之一或多個微LED裝置。在一些實施例中，影像源412可包含顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些實施例中，影像源412可包含產生相干或部分相干光之光源。舉例而言，影像源412可包含雷射二極體、垂直腔面發射雷射器、LED及/或上文所描述之微LED。在一些實施例中，影像源412可包含各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微LED陣列）。在一些實施例中，影像源412可包含微LED之三個二維陣列，其中微LED中之各二維陣列可包含配置以發射具有原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微LED。在一些實施例中，影像源412可包含諸如空間光調變器之光學圖案產生器。投影器光學件414能包含可調節來自影像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光從影像源412投影至結合器415的一或多個光學組件。一或多個光學組件可包含例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡、光圈及/或光柵。舉例而言，在一些實施例中，影像源412可包含微LED之一或多個一維陣列或細長二維陣列，且投影器光學件414可包含配置以掃描微LED之一維陣列或細長二維陣列以產生影像幀的一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些實施例中，投影器光學件414可包含具有複數個電極之液體透鏡（例如液晶透鏡），其允許掃描來自影像源412之光。

結合器415可包含用於將來自投影器410之光耦合至結合器415之基板420中的輸入耦合器430。結合器415可透射第一波長範圍內之光之至少50%且反射第二波長範圍內之光之至少25%。舉例而言，第一波長範圍可為從約400 nm至約650 nm之可見光，且第二波長範圍可在例如從約800 nm至約1000 nm之紅外線帶中。輸入耦合器430可包含體積全像光柵、繞射光學元件（diffractive optical element；DOE）（例如表面浮雕光柵）、基板420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔形物或稜柱物）。舉例而言，輸入耦合器430可包含反射體積布拉格光柵（volume Bragg grating）或透射體積布拉格光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基板420中之光可透過例如全內反射（TIR）在基板420內傳播。基板420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基板420可具有平坦或彎曲表面，且可包含一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（poly(methyl methacrylate)；PMMA）、晶體或陶瓷。基板之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基板420對於可見光可為透明的。

基板420可包含或可耦合至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器440各自配置以從基板420萃取由基板420引導且在基板420內傳播的光之至少一部分，且在擴增實境系統400在使用中時將萃取光460導向擴增實境系統400之使用者的眼睛490所在的視窗區415視窗區415。複數個輸出耦合器440可複製出射光瞳以增加視窗區415之尺寸，使得所顯示影像在較大區域中為可見。如同輸入耦合器430，輸出耦合器440可包含光柵耦合器（例如，體積全像光柵或表面浮雕光柵）、其他繞射光學元件、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包含反射體積布拉格光柵或透射體積布拉格光柵。輸出耦合器440可在不同所在處具有不同耦合（例如繞射）效率。基板420亦可允許來自結合器415前方之環境的光450在損耗極少或無損耗之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損耗極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施方案中，輸出耦合器440可對於光450具有極低繞射效率，使得光450可在損耗極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於萃取光460之強度。在一些實施方案中，輸出耦合器440可對於光450具有高繞射效率，且可在損耗極少之情況下在某些所要方向（亦即繞射角）繞射光450。因此，使用者可能夠觀看結合器415前方之環境與由投影器410投影之虛擬物件之影像的組合影像。

圖5A說明根據某些實施例之包含波導顯示器530之近眼顯示器（near-eye display；NED）裝置500的範例。NED裝置500可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示器裝置的範例。NED裝置500可包含光源510、投影光學件520及波導顯示器530。光源510可包含用於不同色彩之光發射器之多個面板，諸如紅光發射器512之面板、綠光發射器514之面板及藍光發射器516之面板。紅光發射器512組織成陣列；綠光發射器514組織成陣列；且藍光發射器516組織成陣列。光源510中之光發射器之尺寸及間距可能較小。舉例而言，各光發射器可具有小於2 μm（例如，約1.2 μm）之直徑，且間距可小於2 μm（例如，約1.5 μm）。因而，各紅光發射器512、綠光發射器514及藍光發射器516中之光發射器之數目能等於或大於顯示影像中之像素之數目，諸如960×720、1280×720、1440×1080、1920×1080、2160×1080或2560×1080個像素。因此，顯示影像可由光源510同時產生。掃描元件可不用於NED裝置500中。

在到達波導顯示器530之前，由光源510發射之光可由可包含透鏡陣列之投影光學件520進行調節。投影光學件520可將由光源510發射之光準直或將該光聚焦於波導顯示器530，該波導顯示器530可包含用於將由光源510發射之光耦合至波導顯示器530中的耦合器532。耦合至波導顯示器530中之光可透過例如如上文關於圖4所描述之全內反射而在波導顯示器530內傳播。耦合器532亦可將波導顯示器530內傳播之光的部分耦合出波導顯示器530且朝向使用者之眼睛590。

圖5B說明根據某些實施例之包含波導顯示器580之近眼顯示器裝置550的範例。在一些實施例中，NED裝置550可使用掃描鏡570將光從光源540投影至使用者眼睛590可位於其中的影像場。NED裝置550可為近眼顯示器120、擴增實境系統400或另一類型之顯示裝置的範例。光源540可包含具有不同色彩之一或多列或者一或多行的光發射器，諸如多列紅光發射器542、多列綠光發射器544及多列藍光發射器546。舉例而言，紅光發射器542、綠光發射器544及藍光發射器546可各自包含N個列，各列包含例如2560個光發射器（像素）。紅光發射器542組織成陣列；綠光發射器544組織成陣列；且藍光發射器546組織成陣列。在一些實施例中，光源540可包含用於各色彩之單行光發射器。在一些實施例中，光源540可包含用於紅色、綠色及藍色之各者的多行光發射器，其中各行可包含例如1080個光發射器。在一些實施例中，光源540中之光發射器之尺寸及/或間距可相對較大（例如，約3 μm至5 μm），且因此光源540可不包含用於同時產生完整顯示影像之足夠光發射器。舉例而言，用於單一色彩之光發射器之數目可少於顯示影像中之像素之數目（例如，2560×1080個像素）。由光源540發射之光可為一組準直或發散光束。

在到達掃描鏡570之前，由光源540發射之光可由諸如準直透鏡或自由光學元件560之各種光學裝置調節。自由光學元件560可包含例如多刻面稜鏡（multi-facet prism）或另一光摺疊元件，其可將由光源540發射之光導向掃描鏡570，諸如使由光源540發射之光之傳播方向改變例如約90°或更大。在一些實施例中，自由光學元件560可為可旋轉的，以掃描光。掃描鏡570及/或自由光學元件560可將由光源540發射之光反射且投影至波導顯示器580，該波導顯示器580可包含用於將由光源540發射之光耦合至波導顯示器580中之耦合器582。耦合至波導顯示器580中之光可透過例如如上文關於圖4所描述之全內反射而在波導顯示器580內傳播。耦合器582亦可將波導顯示器580內傳播之光的部分耦合出波導顯示器580且朝向使用者之眼睛590。

掃描鏡570可包含微機電系統（microelectromechanical system；MEMS）鏡或任何其他合適鏡。掃描鏡570可旋轉以在一個或兩個維度上掃描。在掃描鏡570旋轉時，由光源540發射之光可引導向波導顯示器580之不同區域，使得完整顯示影像可在各掃描循環中投影至波導顯示器580上，且由波導顯示器580引導向使用者之眼睛590。舉例而言，在光源540包含一或多個列或行中之所有像素之光發射器的實施例中，掃描鏡570可在行或列方向（例如，x或y方向）旋轉以掃描影像。在光源540包含一或多個列或行中之一些但並非所有像素之光發射器的實施例中，掃描鏡570可在列及行方向兩者（例如，x及y方向兩者）旋轉以投影顯示影像（例如，使用光柵型掃描圖案）。

NED裝置550可在預定義顯示週期中操作。顯示週期（例如顯示循環）可指掃描或投影全影像之持續時間。舉例而言，顯示週期可為所要幀率之倒數。在包含掃描鏡570之NED裝置550中，顯示週期亦可稱為掃描週期或掃描循環。由光源540進行之光產生可與掃描鏡570之旋轉同步。舉例而言，各掃描循環可包含多個掃描步驟，其中光源540可在各別掃描步驟中產生不同光圖案。

在各掃描循環中，在掃描鏡570旋轉時，顯示影像可投影至波導顯示器580及使用者之眼睛590上。顯示影像之給定像素位置之實際色彩值及光強度（例如亮度）可為掃描週期期間照明該像素位置之三種色彩（例如，紅色、綠色及藍色）之光束的平均值。在完成掃描週期之後，掃描鏡570可恢復回初始位置以投影下一顯示影像之前幾個列的光，或可反方向旋轉或掃描圖案，以投影下一顯示影像之光，其中新的一組驅動訊號可饋送至光源540。當掃描鏡570在各掃描循環中旋轉時，可重複相同過程。因而，可在不同掃描循環中將不同影像投影至使用者之眼睛590。

圖6說明根據某些實施例之近眼顯示器系統600中之影像源組合件610的範例。影像源組合件610可包含例如可產生待投影至使用者眼睛之顯示影像的顯示面板640及投影器650，而投影器650可將由顯示面板640產生之顯示影像投影至如上文關於圖4至圖5B所描述之波導顯示器。顯示面板640可包含光源642及用於光源642之驅動電路644。光源642可包含例如光源510或光源540。投影器650可包含例如上文所描述之自由光學元件560、掃描鏡570及/或投影光學件520。近眼顯示器系統600亦可包含同步地控制光源642及投影器650（例如掃描鏡570）之控制器620。影像源組合件610可產生影像光且將其輸出至波導顯示器（圖6中未示），諸如波導顯示器530或波導顯示器580。如上文所描述，波導顯示器可在一或多個輸入耦合元件處接收影像光，且將所接收影像光引導至一或多個輸出耦合元件。輸入及輸出耦合元件可包含例如繞射光柵、全像光柵、稜鏡或以上各者之任何組合。輸入耦合元件可經選擇以使得藉由波導顯示器發生全內反射。輸出耦合元件可將全內反射之影像光之部分耦合出波導顯示器。

如上文所描述，光源642可包含以陣列或矩陣配置之複數個光發射器。各光發射器可發射單色光，諸如紅光、藍光、綠光、紅外光及類似者。雖然在本發明中通常論述紅綠藍（RGB）色彩，但本文中所描述之實施例不限於將紅色、綠色及藍色用作原色。其他色彩亦能用作近眼顯示器系統600之原色。在一些實施例中，根據實施例之顯示面板可使用多於三種原色。光源642中之各像素可包含三個子像素，所述子像素包含紅色微LED、綠色微LED及藍色微LED。半導體LED通常包含多個半導體材料層內之主動發光層。多個半導體材料層可包含不同化合物材料、或具有不同摻雜劑、及/或不同摻雜密度之相同基底材料。舉例而言，多個半導體材料層可包含n型材料層、可包含異質結構（例如，一或多個量子井）之主動區及p型材料層。多個半導體材料層可生長於具有某一排列方向之基板之表面上。在一些實施例中，為了提高光萃取效率，可形成包含所述半導體材料層中之至少一些的台面。

控制器620可控制影像源組合件610之影像顯現操作，諸如光源642及/或投影器650之操作。舉例而言，控制器620可判定供影像源組合件610顯現一或多個顯示影像之指令。所述指令可包含顯示指令及掃描指令。在一些實施例中，顯示指令可包含影像檔案（例如，點陣圖檔案）。可從例如控制台（諸如，上文關於圖1所描述之控制台110）接收顯示指令。掃描指令可由影像源組合件610使用以產生影像光。掃描指令可指定例如影像光源之類型（例如，單色或多色）、掃描速率、掃描設備之位向、一或多個照明參數或以上各者之任何組合。控制器620可包含此處未展示以免混淆本發明之其他態樣的硬體、軟體及/或韌體之組合。

在一些實施例中，控制器620可為顯示器裝置之圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）。在其他實施例中，控制器620可為其他類型之處理器。由控制器620進行之操作可包含獲得用於顯示之內容及將內容劃分成離散區段。控制器620可將掃描指令提供至光源642，所述掃描指令包含對應於光源642之個別源元件的位址及/或施加至個別源元件之電偏壓。控制器620可指示光源642使用對應於最終向使用者顯示的影像中之一或多列像素之光發射器來依序呈現離散區段。控制器620亦可指示投影器650進行對光之不同調整。舉例而言，控制器620可控制投影器650以將離散區段掃描至如上文關於圖5B所描述之波導顯示器（例如波導顯示器580）之耦合元件的不同區域。因而，在波導顯示器之出射光瞳處，各離散部分呈現於不同各別所在處。雖然各離散區段呈現於不同各別時間，但離散區段之呈現及掃描足夠快速地發生，使得使用者之眼睛可將不同區段整合成單一影像或一系列影像。

影像處理器630可為專用於進行本文中所描述之特徵的通用處理器及/或一或多個特殊應用電路。在一個實施例中，通用處理器可耦接至記憶體以進行使得處理器執行本文中所描述之某些程序的軟體指令。在另一實施例中，影像處理器630可為專用於進行某些特徵之一或多個電路。雖然影像處理器630在圖6中展示為與控制器620及驅動電路644分離之獨立單元，但在其他實施例中，影像處理器630可為控制器620或驅動電路644之子單元。換言之，在彼等實施例中，控制器620或驅動電路644可進行影像處理器630之各種影像處理功能。影像處理器630亦可稱為影像處理電路。

在圖6中所展示之範例中，可由驅動電路644基於從控制器620或影像處理器630發送之資料或指令（例如，顯示及掃描指令）來驅動光源642。在一個實施例中，驅動電路644可包含電路面板，該電路面板連接至並機械地固持光源642之各種光發射器。光源642可根據由控制器620設定且潛在地由影像處理器630及驅動電路644調整之一或多個照明參數來發射光。照明參數可由光源642使用以產生光。照明參數可包含例如源波長、脈衝速率、脈衝振幅、光束類型（連續或脈衝式）、可影響所發射光之其他參數或以上各者之任何組合。在一些實施例中，由光源642產生之源光可包含紅光、綠光及藍光之多個光束、或以上各者之任何組合。

投影器650可進行一組光學功能，諸如聚焦、組合、調節或掃描由光源642產生之影像光。在一些實施例中，投影器650可包含組合總成、光調節組合件或掃描鏡組合件。投影器650可包含以光學方式調整且潛在地將來自光源642之光重新導向的一或多個光學組件。光調整之一個範例可包含調節光，諸如擴展、準直、校正一或多個光學誤差（例如，像場彎曲、色差等）、一些其他光調整或以上各者之任何組合。投影器650之光學組件可包含例如透鏡、鏡面、光圈、光柵或以上各者之任何組合。

投影器650可經由其一或多個反射及/或折射部分重新導向影像光，使得影像光以特定位向朝向波導顯示器投影。影像光經重新導向波導顯示器之所在可取決於一或多個反射及/或折射部分之特定位向。在一些實施例中，投影器650包含在至少兩個維度掃描之單一掃描鏡。在其他實施例中，投影器650可包含各自在彼此正交之方向掃描之複數個掃描鏡。投影器650可進行光柵掃描（水平地或垂直地）、雙諧振掃描或或其任何組合。在一些實施例中，投影器650可以特定振盪頻率沿水平及/或垂直方向進行受控振動，以沿兩個維度掃描且產生向使用者眼睛呈現的媒體之二維投影影像。在其他實施例中，投影器650可包含可用於與一或多個掃描鏡類似或相同之功能的透鏡或稜鏡。在一些實施例中，影像源組合件610可不包含投影器，其中由光源642發射之光可直接入射於波導顯示器上。

在半導體LED中，通常透過主動區（例如，一或多個半導體層）內電子與電洞之複合而以某一內部量子效率產生光子，其中內部量子效率為發射光子之主動區中之輻射電子-電洞複合的比例。可接著在特定方向或在特定立體角內從LED萃取所產生光。從LED萃取之所發射光子之數目與穿過LED之電子之數目之間的比率稱為外部量子效率，其描述LED將所注入電子轉換為從裝置萃取之光子的效率。

外部量子效率可與注入效率、內部量子效率及萃取效率成比例。注入效率是指穿過裝置之注入至主動區中的電子比例。萃取效率為主動區中產生之從裝置逸出的光子之比例。對於LED，且特別地，對於具有減小之實體尺寸的微LED，改良內部及外部量子效率及/或控制發射光譜可為具挑戰性的。在一些實施例中，為了提高光萃取效率，可形成包含所述半導體材料層中之至少一些的台面。

圖7A說明具有垂直台面結構之LED 700的範例。LED 700可為光源510、光源540或光源642中之光發射器。LED 700可為由諸如多個半導體材料層之無機材料製成的微LED。分層半導體發光裝置可包含多個III-V族半導體材料層。III-V族半導體材料可包含一或多種III族元素，諸如鋁（Al）、鎵（Ga）或銦（In），以及V族元素，諸如氮（N）、磷（P）、砷（As）或銻（Sb）。當III-V族半導體材料之V族元素包含氮時，III-V族半導體材料稱為III族氮化物材料。分層半導體發光裝置可藉由使用諸如氣相磊晶（vapor-phase epitaxy；VPE）、液相磊晶（liquid-phase epitaxy；LPE）、分子束磊晶（molecular beam epitaxy；MBE）或金屬有機化學氣相沉積（metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD）之技術而使多個磊晶層在基板上生長來製造。舉例而言，半導體材料層可以某一晶格排到方向（例如，極性、非極性或半極性位向）在基板上逐層生長，該基板諸如為GaN、GaAs或GaP基板，或包含但不限於以下之基板：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、部分取代之尖晶石或共用β-LiAlO ₂結構之四元四方氧化物，其中該基板可在特定方向上切割以暴露特定平面作為生長表面。

在圖7A中所展示之範例中，LED 700可包含基板710，該基板710可包含例如藍寶石基板或GaN基板。半導體層720可生長於基板710上。半導體層720可包含諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有鎂（Mg）、鈣（Ca）、鋅（Zn）或鈹（Be））或n摻雜（例如，摻雜有矽（Si）或鍺（Ge））。一或多個主動層730可生長於半導體層720上以形成主動區。主動層730可包含III-V族材料，諸如一或多個氮化銦鎵（InGaN）層、一或多個鋁鎵銦磷化物（AlGaInP）層及/或一或多個GaN層，所述層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。半導體層740可生長於主動層730上。半導體層740可包含諸如GaN之III-V族材料，且可經p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。半導體層720及半導體層740中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。半導體層720及半導體層740包夾主動層730以形成發光區。舉例而言，LED 700可包含InGaN層，該InGaN層位於摻雜有鎂之p型GaN層與摻雜有矽或氧之n型GaN層之間。在一些實施例中，LED 700可包含AlInGaP層，該AlInGaP層位於摻雜有鋅或鎂之p型AlInGaP層與摻雜有硒、矽或碲之n型AlInGaP層之間。

在一些實施例中，可生長電子阻擋層（electron-blocking layer；EBL）（圖7A中未示），以在主動層730與半導體層720及半導體層740中之至少一者之間形成層。EBL可減少電子漏電流且改良LED之效率。在一些實施例中，諸如P ⁺或P ⁺⁺半導體層之重摻雜半導體層750可形成於半導體層740上，且充當用於形成歐姆接觸且減少裝置之接觸阻抗的接觸層。在一些實施例中，導體層760可形成於重摻雜半導體層750上。導體層760可包含例如氧化銦錫（indium tin oxide；ITO）或Al/鎳（Ni）/金（Au）膜。在一個範例中，導體層760可包含透明ITO層。

為了與半導體層720（例如n-GaN層）接觸且為了更高效地從LED 700萃取由主動層730發射之光，半導體材料層（包含重摻雜半導體層750、半導體層740、主動層730及半導體層720）可蝕刻以暴露半導體層720，且形成包含層720至層760之台面結構。台面結構可將載子限制在裝置內。蝕刻台面結構可導致形成可正交於生長平面之台面側壁732。鈍化層770可形成於台面結構之台面側壁732上。鈍化層770可包含氧化層，諸如二氧化矽（SiO ₂）層，且可充當反射器以將所發射光反射出LED 700。可包含金屬層（諸如Al、Au、Ni、鈦（Ti）或以上各者之任何組合）之接觸層780可形成於半導體層720上，且可充當LED 700之電極。另外，諸如Al/Ni/Au金屬層之另一接觸層790可形成於導體層760上，且可充當LED 700之另一電極。

當將電壓訊號施加至接觸層780及接觸層790時，電子及電洞可在主動層730中複合，其中電子及電洞之複合可引起光子發射。所發射光子之波長及能量可取決於主動層730中之價帶與傳導帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，AlGaN主動層可發射藍光至紫外光，而AlInGaP主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可由鈍化層770反射且可從頂部（例如，導體層760及接觸層790）或底部（例如基板710）離開LED 700。

在一些實施例中，LED 700可在諸如基板710之光發射表面上包含諸如透鏡之一或多個其他組件，以聚集或準直所發射光，或將所發射光耦合至波導中。在一些實施例中，LED可包含另一形狀之台面，諸如平面、圓錐形、半拋物線形或拋物線形，且台面之基底區域可為圓形、矩形、六邊形或三角形。舉例而言，LED可包含彎曲形狀（例如，抛物面形狀）及/或非彎曲形狀（例如，圓錐形狀）之台面。台面可經切截（truncated）或未經切截。

圖7B為具有拋物線形台面結構之LED 705之範例的截面圖。類似於LED 700，LED 705可包含多個半導體材料層，諸如多個III-V族半導體材料層。半導體材料層可磊晶生長於基板715（諸如GaN基板或藍寶石基板）上。舉例而言，半導體層725可生長於基板715上。半導體層725可包含諸如GaN之III-V族材料，且可p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。一或多個主動層735可生長於半導體層725上。主動層735可包含III-V族材料，諸如一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層及/或一或多個GaN層，所述層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井。半導體層745可生長於主動層735上。半導體層745可包含諸如GaN之III-V族材料，且可p摻雜（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）或n摻雜（例如，摻雜有Si或Ge）。半導體層725及半導體層745中之一者可為p型層，且另一者可為n型層。

為了與半導體層725（例如n型GaN層）接觸且為了更高效地從LED 705萃取由主動層735發射之光，半導體層可蝕刻以暴露半導體層725且形成包含層725至層745之台面結構。台面結構可將載子限制在裝置之注入區域內。蝕刻台面結構可導致台面側壁（在本文中亦稱為刻面）之形成，所述台面側壁可能不平行於或在一些情況下與層725至層745之結晶生長相關聯的生長平面正交。

如圖7B中所展示，LED 705可具有包含平坦頂部之台面結構。介電層775（例如，SiO ₂或氮化矽（SiN））可形成於台面結構之刻面上。在一些實施例中，介電層775可包含多個介電材料層。在一些實施例中，金屬層795可形成於介電層775上。金屬層795可包含一或多種金屬或金屬合金材料，諸如鋁（Al）、銀（Ag）、金（Au）、鉑（Pt）、鈦（Ti）、銅（Cu）或以上各者之任何組合。介電層775及金屬層795可形成可朝向基板715反射由主動層735發射之光的台面反射器。在一些實施例中，台面反射器可為拋物線形，以充當可至少部分地將所發射光準直之拋物線反射器。

電接觸765及電接觸785可分別形成於半導體層745及半導體層725上以充當電極。電接觸765及電接觸785可各自包含導電材料，諸如Al、Au、Pt、Ag、Ni、Ti、Cu或以上各者之任何組合（例如，Ag/Pt/Au或Al/Ni/Au），且可充當LED 705之電極。在圖7B中所展示之範例中，電接觸785可為n接觸，且電接觸765可為p接觸。電接觸765及半導體層745（例如p型半導體層）可形成背反射器以用於將由主動層735發射之光朝向基板715反射回去。在一些實施例中，電接觸765及金屬層795包含相同材料，且可使用相同製程形成。在一些實施例中，可包含額外導體層（圖中未示）作為電接觸765及電接觸785與半導體層之間的中間導體層。

當跨電接觸765及電接觸785施加電壓訊號時，電子及電洞可在主動層735中複合。電子及電洞之複合可引起光子發射，由此產生光。所發射光子之波長及能量可取決於主動層735中之價帶與傳導帶之間的能帶間隙。舉例而言，InGaN主動層可發射綠光或藍光，而AlInGaP主動層可發射紅光、橙光、黃光或綠光。所發射光子可在許多不同方向傳播，且可由台面反射器及/或背反射器反射，且可例如從圖7B中所展示之底側（例如基板715）離開LED 705。諸如透鏡或光柵之一或多個其他次級光學組件可形成於諸如基板715之光發射表面上，以將所發射光聚焦或準直，及/或將所發射光耦合至波導中。

可在晶圓上製造上文所描述之LED之一維或二維陣列以形成光源（例如光源642）。驅動電路（例如驅動電路644）可使用CMOS製程製造於例如矽晶圓上。晶圓上之LED及驅動電路可切割且接著接合在一起，或可在晶圓級上接合且接著切割。各種接合技術可用於接合LED及驅動電路，諸如黏著接合、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、混合接合及類似者。

圖8A至圖8D說明根據某些實施例之用於LED陣列之混合接合之方法的範例。混合接合可通常包含晶圓清潔及活化、一個晶圓之接觸與另一晶圓之接觸的高精度對準、介電材料在室溫下於晶圓之表面處的介電接合、及藉由在高溫下退火而進行的接觸之金屬接合。圖8A展示上面製造有被動或主動電路820之基板810。如上文關於圖8A至圖8B所描述，基板810可包含例如矽晶圓。電路820可包含用於LED陣列之驅動電路。接合層可包含介電區840及透過電互連件822連接至電路820之接觸襯墊830。接觸襯墊830可包含例如Cu、Ag、Au、Al、鎢（W）、鉬（Mo）、Ni、Ti、Pt、鈀（Pd）或類似者。介電區840中之介電材料可包含碳氮化矽（SiCN）、SiO ₂、SiN、三氧化二鋁（Al ₂O ₃）、二氧化鉿（HfO ₂）、二氧化鋯（ZrO ₂）、五氧化二鉭（Ta ₂O ₅）或類似者。接合層可使用例如化學機械拋光進行平坦化及拋光，其中平坦化或拋光可能引起接觸襯墊中之凹陷（碗狀輪廓）。接合層之表面可藉由例如離子（例如電漿）或快原子（例如氬（Ar））束805來清潔及活化。活化表面可經原子級清潔且可為反應性，用以當例如在室溫下其與晶圓接觸時在晶圓之間形成直接接合。

圖8B說明晶圓850，其包含製造於其上之微LED 870之陣列，如上文關於例如圖7A至圖8B所描述。晶圓850可為載體晶圓，且可包含例如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或類似者。微LED 870可包含磊晶生長於晶圓850上之n型層、主動區及p型層。磊晶層可包含上文所描述之各種III-V族半導體材料，且可從p型層側經處理以蝕刻磊晶層中之台面結構，諸如實質垂直結構、拋物線形結構、圓錐結構或類似者。鈍化層及/或反射層可形成於台面結構之側壁上。p接觸880及n接觸882可形成於沉積在台面結構上之介電材料層860中，且可分別與p型層及n型層進行電接觸。介電材料層860中之介電材料可包含例如SiCN、SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、HfO ₂、ZrO ₂、Ta ₂O ₅或類似者。p接觸880及n接觸882可包含例如Cu、Ag、Au、Al、W、Mo、Ni、Ti、Pt、Pd或類似者。p接觸880、n接觸882及介電材料層860之頂表面可形成接合層。接合層可使用例如化學機械拋光進行平坦化及拋光，其中拋光可能引起p接觸880及n接觸882中之凹陷。接合層可接著藉由例如離子（例如電漿）或快原子（例如Ar）束815來清潔及活化。活化表面可經原子級清潔，且為反應性，用以當例如在室溫下其與晶圓接觸時在晶圓之間形成直接接合。

圖8C說明用於將接合層中之介電材料接合的室溫接合製程。舉例而言，在包含介電區840及接觸襯墊830之接合層、以及包含p接觸880、n接觸882及介電材料層860之接合層經表面活化之後，晶圓850及微LED 870可顛倒且與基板810及其上形成之電路接觸。在一些實施例中，可將加壓壓力825施加至基板810及晶圓850，使得接合層彼此壓抵。由於表面活化及接觸中之凹陷，介電區840及介電材料層860可由於表面吸引力而直接接觸，且可進行反應並在其間形成化學鍵，因為表面原子可具有懸空鍵且可在活化之後處於不穩定能態。因此，可在具有或不具有熱處理或壓力之情況下將介電區840及介電材料層860中之介電材料接合在一起。

圖8D說明用於將接合層中之介電材料接合之後將接合層中之接觸接合的退火製程。舉例而言，接觸襯墊830及p接觸880或n接觸882可藉由在例如約200℃至400℃或更高溫度下退火而接合在一起。在退火製程期間，熱835可使接觸比介電材料膨脹更多（由於不同熱膨脹係數），且因此可閉合接觸之間的凹陷間隙，使得接觸襯墊830及p接觸880或n接觸882可進行接觸，且可在活化表面處形成直接金屬接合。

在兩個接合晶圓包含具有不同熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion；CTE）之材料的一些實施例中，在室溫下接合之介電材料可幫助減少或防止由不同熱膨脹引起的接觸襯墊之錯位。在一些實施例中，為了進一步減少或避免接觸襯墊在退火期間於高溫下之錯位，可在接合之前在微LED之間、在微LED之群組之間、穿過基板中之部分或全部，或者在類似處形成溝槽。

在微LED接合至驅動電路之後，其上製造有微LED之基板可薄化或移除，且各種次級光學組件可製造於微LED之發光表面上，以例如將從微LED之主動區發射的光萃取、準直及重新導向。在一個範例中，微透鏡可形成於微LED上，其中各微透鏡可對應於各別微LED，且可幫助改良光萃取效率且將由微LED發射之光準直。在一些實施例中，次級光學組件可製造於基板或微LED之n型層中。在一些實施例中，次級光學組件可製造於沉積在微LED之n型側上的介電層中。次級光學組件之範例可包含透鏡、光柵、抗反射（antireflection；AR）塗層、稜鏡、光子晶體或類似者。

圖9說明根據某些實施例之其上製造有次級光學組件之LED陣列900的範例。可藉由使用上文關於例如圖8A至圖8D所描述之任何合適接合技術將LED晶片或晶圓與包含製造於其上之電路的矽晶圓接合來製造LED陣列900。在圖9中所展示之範例中，可使用如上文關於圖8A至圖8D所描述之晶圓至晶圓混合接合技術來接合LED陣列900。LED陣列900可包含基板910，該基板910可為例如矽晶圓。諸如LED驅動電路之積體電路920可製造於基板910上。積體電路920可透過互連件922及接觸襯墊930連接至微LED 970之p接觸974及n接觸972，其中接觸襯墊930可與p接觸974及n接觸972形成金屬接合。基板910上之介電層940可透過熔融接合而接合至介電層960。

LED晶片或晶圓之基板（圖中未示）可薄化或可移除以暴露微LED 970之n型層950。諸如球面微透鏡982、光柵984、微透鏡986、抗反射層988及類似者之各種次級光學組件可形成於n型層950中或其頂上。舉例而言，可使用灰階遮罩及對曝光光具有線性響應之光阻，或使用藉由圖案化光阻層之熱回焊形成的蝕刻遮罩來在微LED 970之半導體材料中蝕刻球面微透鏡陣列。亦可使用類似光微影技術或其他技術在沉積於n型層950上之介電層中蝕刻次級光學組件。舉例而言，微透鏡陣列可透過使用二元遮罩圖案化之聚合物層的熱回焊而形成於聚合物層中。聚合物層中之微透鏡陣列可用作次級光學組件或可用作蝕刻遮罩，以用於將微透鏡陣列之輪廓轉移至介電層或半導體層中。介電層可包含例如SiCN、SiO ₂、SiN、Al ₂O ₃、HfO ₂、ZrO ₂、Ta ₂O ₅或類似者。在一些實施例中，微LED 970可具有多個對應次級光學組件，諸如微透鏡及抗反射塗層、半導體材料中蝕刻之微透鏡及介電材料層中蝕刻之微透鏡、微透鏡及光柵、球面透鏡及非球面透鏡及類似者。圖9中說明三個不同次級光學組件以展示可形成於微LED 970上之次級光學組件之一些範例，此未必暗示對於每一LED陣列同時使用不同次級光學組件。

圖10A說明根據某些實施例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的範例。在圖10A中所展示之範例中，LED陣列1001可在載體基板1005上包含複數個LED 1007。載體基板1005可包含各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或類似者。LED 1007可藉由例如在進行接合之前生長各種磊晶層、形成台面結構及形成電接觸或電極來製造。磊晶層可包含各種材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或類似者，且可包含n型層、p型層及主動層，該主動層包含一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。電接觸可包含各種導電材料，諸如金屬或金屬合金。

晶圓1003可包含其上製造有被動或主動積體電路（例如驅動電路1011）之基底層1009。基底層1009可包含例如矽晶圓。驅動電路1011可用於控制LED 1007之操作。舉例而言，用於各LED 1007之驅動電路可包含具有兩個電晶體及一個電容器之2T1C像素結構。晶圓1003亦可包含接合層1013。接合層1013可包含各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi及類似者。在一些實施例中，圖案化層1015可形成於接合層1013之表面上，其中圖案化層1015可包含由諸如Cu、Ag、Au、Al或類似者之導電材料製成的金屬柵格。

LED陣列1001可經由接合層1013或圖案化層1015接合至晶圓1003。舉例而言，圖案化層1015可包含由諸如CuSn、AuSn或奈米多孔Au之各種材料製成的金屬襯墊或凸塊，所述金屬襯墊或凸塊可用於將LED陣列1001中之LED 1007與晶圓1003上之對應驅動電路1011對準。在一個範例中，可使LED陣列1001朝向晶圓1003，直至LED 1007與對應於驅動電路1011之各別金屬襯墊或凸塊接觸。LED 1007中之一些或全部可與驅動電路1011對準，且可接著藉由各種接合技術（諸如金屬至金屬接合）經由圖案化層1015接合至晶圓1003。在LED 1007已接合至晶圓1003之後，可從LED 1007移除載體基板1005。

對於高解析度微LED顯示面板，由於微LED陣列之小間距及個別微LED之小尺寸，將驅動電路電連接至LED之電極能為具挑戰性的。舉例而言，在上文所描述之面對面接合技術中，難以將微LED裝置上之接合襯墊與驅動電路上之接合襯墊精確地對準，且難以在可包含介電材料（例如，SiO ₂、SiN或SiCN）及金屬（例如，Cu、Au或Al）接合襯墊兩者之界面處形成可靠接合。特別地，當微LED裝置之間距為約2或3微米或更低時，接合襯墊可具有小於約1 μm之線性尺寸，以便避免鄰近微LED之短路且改良介電接合之接合強度。然而，小接合襯墊可能不太耐受接合襯墊之間的錯位，此可減小金屬接合區域，增加接觸電阻（或甚至可為斷路）及/或導致金屬擴散至介電材料及半導體材料。因此，在習知製程中可能需要微LED陣列之表面上之接合襯墊與CMOS背板之表面上之接合襯墊的精確對準。然而，使用此項技術中之最新設備的晶粒至晶圓或晶圓至晶圓接合對準之準確度可能為約0.5 μm或約1 μm，此可能不足以將小間距微LED陣列（例如，接合襯墊之線性尺寸為約1 μm或更短）接合至CMOS驅動電路。

在一些實施方案中，為了避免接合之精確對準，微LED晶圓可在磊晶層生長之後且在微LED晶圓上形成個別微LED之前接合至CMOS背板，其中微LED晶圓與CMOS背板可透過兩個晶圓上之兩個固體金屬接合層之金屬至金屬接合而接合。接合固體連續金屬接合層將不需要對準。在接合之後，微LED晶圓上之磊晶層及金屬接合層可蝕刻以形成個別微LED。蝕刻製程可具有高得多的對準準確度，且因此可形成與在下的像素驅動電路對準之個別微LED。

圖10B說明根據某些實施例之用於LED陣列之晶圓至晶圓接合之方法的範例。如圖10B中所展示，第一晶圓1002可包含基板1004、第一半導體層1006、主動層1008及第二半導體層1010。基板1004可包含各種材料，諸如GaAs、InP、GaN、AlN、藍寶石、SiC、Si或類似者。第一半導體層1006、主動層1008及第二半導體層1010可包含各種半導體材料，諸如GaN、InGaN、(AlGaIn)P、(AlGaIn)AsP、(AlGaIn)AsN、(AlGaIn)Pas、(Eu:InGa)N、(AlGaIn)N或類似者。在一些實施例中，第一半導體層1006可為n型層，且第二半導體層1010可為p型層。舉例而言，第一半導體層1006可為n摻雜GaN層（例如，摻雜有Si或Ge），且第二半導體層1010可為p摻雜GaN層（例如，摻雜有Mg、Ca、Zn或Be）。主動層1008可包含例如一或多個GaN層、一或多個InGaN層、一或多個AlInGaP層及類似者，所述層可形成一或多個異質結構，諸如一或多個量子井或MQW。

在一些實施例中，第一晶圓1002亦可包含接合層。接合層1012可包含各種材料，諸如金屬、氧化物、介電質、CuSn、AuTi或類似者。在一個範例中，接合層1012可包含p接觸及/或n接觸（圖中未示）。在一些實施例中，其他層亦可包含於第一晶圓1002上，諸如基板1004與第一半導體層1006之間的緩衝層。緩衝層可包含各種材料，諸如多晶GaN或氮化鋁（AlN）。在一些實施例中，接觸層可位於第二半導體層1010與接合層1012之間。接觸層可包含用於將電接觸提供至第二半導體層1010及/或第一半導體層1006之任何合適材料。

第一晶圓1002可經由接合層1013及/或接合層1012接合至晶圓1003，該晶圓1003包含如上文所描述之驅動電路1011及接合層1013。接合層1012及接合層1013可由相同材料或不同材料製成。接合層1013及接合層1012可為實質平坦的。第一晶圓1002可藉由各種方法接合至晶圓1003，所述方法諸如金屬至金屬接合、共晶接合、金屬氧化物接合、陽極接合、熱壓接合、紫外線（ultraviolet；UV）接合及/或熔融接合。

如圖10B中所展示，第一晶圓1002可以第一晶圓1002之p側（例如第二半導體層1010）而面向下（亦即，朝向晶圓1003）的情況下接合至晶圓1003。在接合之後，可從第一晶圓1002移除基板1004，且可接著從n側處理第一晶圓1002。舉例而言，該處理可包含形成用於個別LED之某些台面形狀、以及形成對應於個別LED之光學組件。

圖11A至圖11F說明製造微LED裝置之方法的範例。圖11A展示包含生長於基板1110上之磊晶層的微LED晶圓1102。如上文所描述，基板1110可包含例如GaN、GaAs或GaP基板，或包含但不限於以下之基板：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、部分取代之尖晶石或共用β-LiAlO ₂結構之四元四方氧化物，其中該基板可在特定方向上切割以暴露特定平面（例如，c平面或半極性平面）作為生長表面。在一些實施例中，緩衝層1112可形成於基板1110上以改良生長基板與磊晶層之間的晶格匹配，藉此減少磊晶層中之應力及缺陷。磊晶層可包含n型半導體層1114（例如，n摻雜GaN、AlInP或AlGaInP層）、主動區1116及p型半導體層1118（例如，p摻雜GaN、AlInP或AlGaInP層）。主動區1116可包含多個量子井或由如上文所描述之障壁層（例如，GaN層、AlInP層或AlGaInP層）包夾之量子井層（例如，InGaN層或GaInP層）所形成的MQW。磊晶層可使用諸如VPE、LPE、MBE或MOCVD之技術逐層生長於基板1110或緩衝層1112上。在一些實施例中，在磊晶層之生長期間，可首先生長n型半導體層1114。p型半導體層1118可在生長主動區1116之後生長，以避免主動區1116之污染且促進p型半導體層中摻雜劑的活化。在一些實施例中，p型半導體層可在主動區及n型半導體層生長之前生長。

圖11B展示形成於p型半導體層1118上之反射器層1120及接合層1122。反射器層1120可包含例如金屬層，諸如鋁層、銀層或金屬合金層。在一些實施例中，反射器層1120可包含由導電材料（例如，半導體材料或導電氧化物）形成或包含導電通孔之分佈式布拉格反射器。在一些實施例中，反射器層1120可包含一或多個子層。反射器層1120可在沉積製程中形成於p型半導體層1118上。接合層1122可包含金屬層，諸如鈦層、銅層、鋁層、金層或金屬合金層。在一些實施例中，接合層1122可包含共熔合金，諸如Au-In、Au-Sn、Au-Ge或Ag-In。接合層1122可藉由沉積製程形成於反射器層1120上，且可包含一或多個子層。

圖11C展示包含上面形成有電路之基板1130的背板晶圓1104。電路可包含用於驅動個別微LED之數位及類比像素驅動電路。複數個金屬襯墊1134（例如，銅或鎢襯墊）可形成於介電層1132（例如，包含SiO ₂或SiN）中。在一些實施例中，各金屬襯墊1134可為微LED之電極（例如，陽極或陰極）。在一些實施例中，用於各微LED之像素驅動電路可形成於匹配微LED之尺寸（例如，約2 μm × 2 μm）的區域中，其中像素驅動電路及微LED可共同地形成微LED顯示面板之像素。儘管圖11C僅展示在一個介電層1132中之一個金屬層中形成之金屬襯墊1134，但背板晶圓1104可包含在介電材料中形成且藉由例如金屬通孔互連之兩個或更多個金屬層，如在許多CMOS積體電路中。在一些實施例中，可進行諸如化學機械拋光（chemical mechanical polishing；CMP）製程之平坦化製程以平坦化金屬襯墊1134及介電層1132之暴露表面。接合層1140可形成於介電層1132上，且可與金屬襯墊1134實體且電接觸。如同接合層1122，接合層1140可包含金屬層，諸如鈦層、銅層、鋁層、金層、金屬合金層或以上各者之組合。在一些實施例中，接合層1140可包含共熔合金。在一些實施例中，可使用接合層1140或接合層1122之僅一者。

圖11D展示微LED晶圓1102與背板晶圓1104可接合在一起以形成晶圓堆疊1106。微LED晶圓1102及背板晶圓1104可藉由接合層1122及接合層1140之金屬至金屬接合而接合。金屬至金屬接合可基於金屬接合層之表面處的金屬原子之間的化學鍵。金屬至金屬接合可包含例如熱壓接合、共晶接合或瞬時液相（transient liquid phase；TLP）接合。金屬至金屬接合製程可包含例如表面平坦化、在室溫下之晶圓清潔（例如，使用電漿或溶劑）、以及在諸如約250℃或更高之高溫下的加壓及退火以引起原子擴散。在共晶接合中，包含兩種或更多種金屬且具有低於兩種或更多種金屬之熔點的共晶點之共晶合金可用於低溫晶圓接合。由於共晶合金在高溫下可變為液體，因此共晶接合可對表面平坦度不規則、刮痕、粒子污染及類似者較不敏感。在接合之後，緩衝層1112及基板1110可藉由例如蝕刻、背面研磨或雷射剝除（laser lifting）而薄化或移除，以暴露n型半導體層1114。

圖11E展示可從暴露n型半導體層1114之側面蝕刻晶圓堆疊1106，以形成用於個別微LED之台面結構1108。如圖11E中所展示，蝕刻可包含蝕刻穿過n型半導體層1114、主動區1116、p型半導體層1118、反射器層1120、以及接合層1122及接合層1140，以便單體化及電隔離台面結構1108。因此，各單體化台面結構1108可包含n型半導體層1114、主動區1116、p型半導體層1118、反射器層1120、以及接合層1122及接合層1140。為進行蝕刻，蝕刻遮罩層可形成於n型半導體層1114上。蝕刻遮罩層可藉由對準光罩與背板晶圓（例如，使用背板晶圓1104上之對準標記）而圖案化，使得形成於蝕刻遮罩層中之圖案化蝕刻遮罩可與金屬襯墊1134對準。因此，可不蝕刻磊晶層及接合層之在金屬襯墊1134上方的區。介電層1132可用作蝕刻之蝕刻終止層。由於從n型半導體層1114之蝕刻，半導體台面結構1108可具有在z方向朝內傾斜之側壁。在一些實施例中，半導體台面結構1108可具有圓錐形形狀、拋物線形狀、截角截形（truncated pyramid）形狀或另一形狀。在一些實施例中，在蝕刻之後，可例如使用KOH或酸處理蝕刻半導體台面結構1108之側壁，以移除可能在乾式蝕刻期間被高能量離子損壞之區。

圖11F展示鈍化層1150可形成於台面結構1108之側壁上，且側壁反射器層1152可形成於鈍化層1150上及所述台面結構1108之間的區中。鈍化層1150可包含介電層（例如，SiO ₂、SiN或Al ₂O ₃）或未摻雜半導體層。側壁反射器層1152可包含例如金屬（例如，Al或Cu）或金屬合金。在一些實施例中，所述台面結構1108之間的間隙可填充有介電材料及/或金屬。鈍化層1150、側壁反射器層1152及/或介電材料可使用合適沉積技術形成，所述沉積技術為諸如化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）、物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）、電漿增強型化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD）、原子層沉積（atomic-layer deposition；ALD）、雷射金屬沉積（laser metal deposition；LMD）或濺鍍。在一些實施例中，可在鈍化層1150、側壁反射器層1152及/或介電材料之沉積之後進行平坦化製程。諸如透明導電氧化物（transparent conductive oxide；TCO）層之共同電極層1160（例如ITO層）或可對在主動區1116中發射之光為透明的薄金屬層可形成於n型半導體層1114上，以形成用於微LED之n接觸及共同陰極。

圖12說明使用上文關於圖11A至圖11F所描述之製程製造之微LED裝置1200的範例。圖12中展示微LED裝置1200之截面圖。在所說明範例中，微LED裝置1200可包含接合至背板晶圓1202或以其他方式形成於背板晶圓1202上之微LED晶圓。背板晶圓1202可包含基板1220（例如矽基板），該基板1220包含形成於其上之像素驅動電路。像素驅動電路可包含CMOS電路，諸如CMOS電晶體。背板晶圓1202亦可包含一或多個介電層1222（例如SiO ₂層）及形成於其中之金屬互連件1224（例如，銅或鎢襯墊、或者插塞）。

微LED晶圓可包含基板及磊晶層堆疊，且可透過背反射器及接觸層1216接合至背板晶圓1202。背反射器及接觸層1216可包含例如ITO層及/或反射金屬，諸如Al、Ag、Ni、Au、Cu或組合。在接合之後，微LED晶圓之基板可移除以暴露磊晶層堆疊，且磊晶層堆疊可向下蝕刻至背反射器及接觸層1216以形成台面結構之陣列。各台面結構可包含背反射器及接觸層1216之區、第一（p摻雜或n摻雜）半導體層1210、主動區1212（例如，包含MQW）及第二（n摻雜或p摻雜）半導體層1214。鈍化層1230可沉積於台面結構之側壁上以電隔離台面結構。側壁反射器層1240（例如，包含Al、Cu、W、Au、Ti或組合）可形成於鈍化層1230上及/或所述台面結構之間的區中，朱形成以光學方式隔離個別微LED之側壁反射器。在一些實施例中，金屬材料（例如，Al、Cu、W、Au、Ti或組合）及/或介電材料（例如，氧化矽或氮化矽）可沉積於所述台面結構之間的區中。在例如使用CMP平坦化台面結構及側壁反射器層1240之頂部表面之後，接觸層1250（例如，透明導體層，諸如ITO層）可形成於台面結構上。

由於藉由從第二半導體層1214之側面蝕刻而形成台面結構，因此各台面結構相對於如所說明範例中所展示之z方向可具有朝內傾斜之台面側壁。在主動區1212中發射之光可直接透過第二半導體層1214及接觸層1250離開台面結構，或可由背反射器及接觸層1216及/或側壁反射器層1240反射，且接著透過第二半導體層1214及接觸層1250離開台面結構。以大於全內反射之臨界角（TIR）的入射角入射於第二半導體層1214與接觸層1250之間的界面上或入射於微LED之發光表面上（例如，在接觸層1250與空氣之間的界面處）的光可透過全內反射而反射回台面結構。反射回台面結構之一些光可被捕獲於微LED中且可最終由微LED吸收。舉例而言，一些所捕獲光可由半導體材料吸收以產生電子-電洞對，所述電子-電洞對可以輻射方式或非輻射方式複合。由於例如表面電漿共振，一些所捕獲光可由微LED之底部及/或側壁處之金屬（例如，金屬接觸或反射器）吸收，諸如背反射器及接觸層1216及側壁反射器層1240。

在大型LED中，可使用例如薄膜技術或在基板表面上具有密集、週期性圖案之圖案化藍寶石基板來改良光萃取效率。舉例而言，圖案化藍寶石基板技術可引起半導體層中之光的隨機化，使得可以其他方式捕獲於台面結構中之光子的傳播方向可隨機化，以增加從限制釋放及出射台面結構之可能性。因此，可改良總體光萃取效率。然而，由於此等微LED之小尺寸及高縱橫比（高度與寬度），此等技術可不用於具有小於例如約20 μm或約10 μm之線性尺寸的微LED中。

在基於III族磷化物之LED，諸如一些發射紅光之III族磷化物LED中，III族磷化物半導體材料（例如，GaP、InP、GaInP或AlGaInP）之折射率對於可見光可大於約3.0（例如，約3.4），比許多III族氮化物半導體材料之折射率（例如，對於GaN約2.4）高得多。因此，在III族磷化物半導體材料與鄰近較低折射率材料（例如，空氣、介電質或ITO）之間的界面處之全內反射之臨界角可比在III族氮化物半導體材料與較低折射率材料之間的界面處之全內反射之臨界角小得多。因而，在基於III族磷化物之LED之主動區中發射的更多光可被捕獲於LED中且可最終被吸收。因此，發射紅光之III族磷化物LED之LEE可能極低。

根據某些實施例，微LED裝置可包含半導體層之微LED之台面結構之間的區中之波導及光柵耦合器。在台面結構之主動區中發射的光可耦合（例如反射）至波導中且由波導朝向光柵耦合器引導，且可由光柵耦合器透過所述微LED之台面結構之間的區耦合出微LED裝置。光柵耦合器可將引導光繞射至某些所要方向，諸如實質垂直於發光表面之方向。因此，由光柵耦合器繞射之光可以較小入射角入射於發光表面上，且因此可折射至空氣中，而非由於全內反射而反射回至微LED中。由於繞射光之高方向性，耦合出微LED裝置之光束可具有高方向性且可由近眼顯示器系統之顯示光學件而更有效地收集。

圖13A說明根據某些實施例之微LED裝置1300之範例。圖13A中展示微LED裝置1300之截面圖。在所說明範例中，微LED裝置1300可包含接合至背板晶圓1302或以其他方式形成於背板晶圓1302上之微LED陣列。背板晶圓1302可包含基板1330（例如矽基板），該基板1330包含形成於其上之像素驅動電路。像素驅動電路可包含CMOS數位及類比電路。背板晶圓1302亦可包含一或多個介電層1332（例如SiO ₂層）及形成於其中之金屬（例如，銅或鎢）互連件1334。微LED陣列可包含接合至背板晶圓1302之背反射器及接觸層1320。微LED陣列之各微LED可包含半導體台面結構，該半導體台面結構包含第一（n型或p型）半導體層1310之一部分、主動區1312及第二（p型或n型）半導體層1314。背反射器及接觸層1320可形成於第一半導體層1310上。鈍化層1340（例如，包含SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）可形成於半導體台面結構之側壁上以電隔離鄰近微LED。側壁反射器層1342可沉積於鈍化層1340上。鈍化層1340及側壁反射器層1342可形成用於電隔離及光學隔離之絕緣體層。所述台面結構之間的區可填充有透明介電材料1350，諸如SiO ₂。透明導體層1360（例如ITO）的層可形成於台面結構上，且可與各台面結構中之第二半導體層1314電接觸。透明導體層1360可為微LED陣列之共同陽極或共同陰極。

第一半導體層1310可未充分蝕刻，且因此可包含所述台面結構之間的區中之部分1311。第一半導體層1310之在所述台面結構之間的區中之部分可形成波導。光柵耦合器1316可形成於第一半導體層1310之部分1311及/或背反射器及接觸層1320中。光柵耦合器1316可包含具有不同於第一半導體層1310之折射率的折射率之介電材料。光柵耦合器1316可將由波導引導之光繞射至實質z方向。介電結構1318可形成於第一半導體層1310之部分1311之一端處及背反射器及接觸層1320中，以電隔離鄰近微LED。光學隔離結構1322（例如，包含背反射器及接觸層1320之金屬材料）可形成於第一半導體層1310之部分1311之一端處，從而以光學方式隔離鄰近微LED且減少鄰近微LED之間的光學串擾。光學隔離結構1322可將入射光反射至光柵耦合器1316。背反射器及接觸層1320之一部分可位於光柵耦合器1316下，且可將來自光柵耦合器1316之光反射回光柵耦合器1316。光柵耦合器1316可將反射光繞射至實質z方向。

在主動區1312中發射之光可直接地或透過背反射器及接觸層1320及/或側壁反射器層1342之反射而到達各微LED之發光表面（例如，透明導體層1360與空氣之間的界面）。在微LED之發光表面處，入射角小於全內反射之臨界角的一些入射光可折射以離開微LED，但入射角大於臨界角的一些入射光可由於全內反射而反射回至LED。反射回微LED之一些光可由背反射器及/或側壁反射器反射回發光表面。反射回微LED之一些光可由背反射器及側壁反射器朝向第一半導體層1310之部分1311反射，且可由第一半導體層1310之部分1311形成之波導引導而以水平傳播。引導光可到達光柵耦合器1316，且可藉由光柵耦合器1316繞射成在某一方向或小方向範圍（例如，在實質z方向）朝向所述台面結構之間的區中之透明介電材料1350傳播的某一繞射階。由光柵耦合器1316繞射之光可在實質表面法線方向（具有小入射角）處入射於透明導體層1360與空氣之間的界面上，且因此可由於全內反射而不反射回微LED。因此，由主動區1312發射之光可最終耦合出微LED裝置，而非如在微LED裝置1200中被被捕獲於微LED之台面結構內。因而，微LED裝置1300之總體LEE可比微LED裝置1200之總體LEE高得多。另外，由於繞射光之高方向性，耦合出微LED裝置之光束可具有高方向性且可由近眼顯示器系統之顯示光學件更有效地收集。

圖13B說明根據某些實施例之用於將光耦合出圖13A之微LED裝置1300之光柵耦合器1316的範例。在圖13B中所展示之範例中，光柵耦合器1316可包含具有第一半導體層1310之部分1311中之筆直光柵脊1370的表面浮雕光柵。光柵耦合器1316可包含具有比第一半導體層1310之折射率低得多的折射率之介電材料（例如，SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）。光柵耦合器1316可位於背反射器及接觸層1320上，或部分位於背反射器及接觸層1320中。在一些實施例中，光柵耦合器1316可包含可變光柵週期及/或可變光柵脊高度。背反射器及接觸層1320及/或光學隔離結構1322可將非繞射光反射回光柵耦合器1316，使得非繞射光可由光柵耦合器1316繞射至實質z方向且出射微LED裝置1300。在一些實施例中，光柵耦合器1316可使一些入射光之傳播方向隨機化，使得至少一些光可以小於TIR之臨界角的入射角入射於發光表面上。

圖13C說明根據某些實施例之用於將光耦合出圖13A之微LED裝置1300之光柵耦合器1316的範例。在圖13C中所展示之範例中，光柵耦合器1316可包含具有傾斜光柵脊1372之表面浮雕光柵。光柵耦合器1316可包含具有比第一半導體層1310之折射率低得多的折射率之介電材料（例如，SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）。傾斜光柵脊1362之傾斜角可選擇以使得入射光可繞射至實質z方向。在一些實施例中，光柵耦合器1316可具有可變光柵週期、可變傾斜角及/或可變光柵脊高度。背反射器及接觸層1320及/或反射結構1322可將非繞射光反射回光柵耦合器1316，使得非繞射光可由光柵耦合器1316繞射至實質z方向且出射微LED裝置1300。

圖14A至圖14K說明根據某些實施例之製造微LED裝置（例如，微LED裝置1300）之製程的範例。圖14A說明微LED晶圓1400之範例。微LED晶圓1400可包含基板1405及生長於基板1405上之磊晶層堆疊1410。磊晶層堆疊1410可包含例如如上文關於例如圖11A所描述之n型半導體層、主動區及p型半導體層。微LED晶圓1400可從頂側處理以在頂表面處形成光柵結構1420。舉例而言，磊晶層堆疊1410之頂層可在一或多個蝕刻製程中蝕刻以形成複數個溝槽。一些溝槽可具有比其他溝槽更高之深度。介電材料層（例如，包含SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）可沉積於磊晶層堆疊1410之頂表面上。介電材料層可填充在磊晶層堆疊1410中經蝕刻之複數個溝槽，以形成光柵結構1420及介電結構1424。介電材料層亦可在一或多個蝕刻製程中圖案化以形成某些介電結構。舉例而言，第一蝕刻遮罩可用於覆蓋光柵結構1420之區且移除其他區中之介電材料層，且第二蝕刻遮罩可用於蝕刻剩餘介電材料層之部分，使得剩餘介電材料層之部分1422可不被蝕刻且可具有較大厚度。在一些實施例中，介電材料層之部分1422可形成於在藉由蝕刻而圖案化形成光柵結構1420之第一介電材料層之後沉積的第二介電材料層中。

圖14B展示背反射器及接觸層1418可沉積於微LED晶圓1400之頂表面上。背反射器及接觸層1418可包含例如ITO、Al、Ag、Au、Cu、Ti或組合，且可覆蓋光柵結構1420。背反射器及接觸層1418可充當待製造於微LED晶圓1400中之個別微LED的n接觸或p接觸。在圖14B中所展示之範例中，背反射器及接觸層1418可包含可位於磊晶層堆疊1410內部之部分1415，且可用於以光學方式隔離鄰近微LED。背反射器及接觸層1418之部分1415可藉由例如在沉積背反射器及接觸層1418之前蝕刻磊晶層堆疊1410而形成。圖14C展示背反射器及接觸層1418可藉由蝕刻或平坦化而變薄以暴露介電材料層之部分1422且形成用於接合之平坦頂表面。

圖14D展示包含光柵結構1420及平坦化背反射器及接觸層1418之經處理微LED晶圓1400可經翻轉且靠近背板晶圓1402而用於晶圓級接合。背板晶圓1402可包含驅動電路1440、一或多個介電層1442、一或多個互連層1444及接合層1446。接合層1446可圖案化以形成藉由介電材料區1448隔離之個別微LED的接合襯墊。晶圓級接合可主要包含使用上文例如關於圖10A、圖10B及圖11D所描述之技術的金屬至金屬接合。在晶圓級接合之後，微LED晶圓1400之基板1405可藉由例如蝕刻、背面研磨或雷射提昇而移除。圖14E展示在晶圓級接合及基板移除之後形成的晶圓堆疊1406。

圖14F展示磊晶層堆疊1410可蝕刻以形成個別半導體台面結構1412。各半導體台面結構1412可具有朝內傾斜之側壁，且可包含第一半導體層、主動區及第二半導體層之一部分。如圖14F中所說明，磊晶層堆疊1410之至少一部分（例如，包含p摻雜半導體或n摻雜半導體之底部部分）可不被蝕刻，使得在光柵結構1420上可存在第二半導體層之子層（例如，厚度小於約幾百奈米）。第二半導體層之剩餘子層之厚度可藉由例如控制蝕刻時間而控制。在一些實施例中，磊晶層堆疊1410可蝕刻，直至暴露介電結構1424。如上文所描述，在蝕刻之後，可例如使用KOH或酸處理蝕刻半導體台面結構1412之側壁，以移除可能在乾式蝕刻期間被高能量離子損壞之區。

圖14G展示鈍化層1414可沉積於磊晶層堆疊1410之暴露表面上，所述暴露表面包含半導體台面結構1412之側壁及所述半導體台面結構1412之間的區。鈍化層1414可包含諸如SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃之介電材料，且可具有約數十奈米至數百奈米之厚度。

圖14H展示反射金屬層1416可形成於鈍化層1414之側壁上。反射金屬層1416可包含例如Al、Cu、Ag、Ti或組合。反射金屬層1416可具有約數十奈米與數百奈米之間的厚度，且可充當側壁反射器。圖14I展示透明介電材料1448（例如SiO ₂）可沉積於所述半導體台面結構之間的區中。透明介電材料1448及半導體台面結構1412之頂表面可例如使用CMP技術進行平坦化。

圖14J展示透明導體層1450（例如ITO層）可形成於半導體台面結構1412及透明介電材料1448之頂上。透明導體層1450可電耦接至各半導體台面結構之第一半導體層，且可充當共同電極（例如，共同陽極或共同陰極）。

在如圖14K中所展示之一些實施例中，前反射器1460（包含反射金屬層或反射塗層，其包含介電材料）可形成於半導體台面結構之頂上，使得在主動區中發射之光可僅在實質z方向從所述半導體台面結構之間的區萃取。反射器1460可形成於透明導體層1450上及/或透明導體層1450內部。

圖15A說明根據某些實施例之微LED裝置1500之範例。微LED裝置1500可類似於圖13A中所展示之微LED裝置1300及圖14J及圖14K中所展示之微LED裝置，且可使用例如上文關於圖14A至圖14K所描述之製程製造。在圖15A中所展示之實例中，微LED裝置1500可包含接合至背板晶圓或以其他方式形成於背板晶圓上之微LED陣列。背板晶圓可包含基板1530（例如矽基板），該基板1530包含形成於其上之像素驅動電路。像素驅動電路可包含CMOS數位及類比電路。背板晶圓亦可包含一或多個介電層1532（例如SiO ₂層）及形成於其中之金屬（例如，銅或鎢）互連件1534。微LED陣列可包含接合至背板晶圓之背反射器及接觸層1520。微LED陣列中之各微LED可包含半導體台面結構，該半導體台面結構包含第一（n型或p型）半導體層1510之一部分、主動區1512及第二（p型或n型）半導體層1514。鈍化層1540（例如，包含SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）可形成於半導體台面結構之側壁上。側壁反射器層1542可沉積於鈍化層1540之一些但並非所有側壁表面上。所述半導體台面結構之間的區可填充有透明介電材料1550，諸如SiO ₂。透明導體層1560（例如ITO）層可形成於台面結構上，且可與各台面結構中之第二半導體層1514電接觸。透明導體層1560可為微LED陣列之共同陽極或共同陰極。

第一半導體層1510可未經充分蝕刻，且因此可包含所述半導體台面結構之間的區中之部分1511。第一半導體層1510之部分1511可形成波導。光柵耦合器1516可形成於第一半導體層1510之部分1511及/或背反射器及接觸層1520中。光柵耦合器1516可包含介電材料，且可將由波導引導之光繞射至實質z方向。介電結構1518可形成於第一半導體層1510之部分1511之一端處、以及背反射器及接觸層1520中，以電隔離鄰近微LED。光學隔離結構1522（例如，包含背反射器及接觸層1520之反射金屬材料）可形成於第一半導體層1510之部分1511之一端處及背反射器及接觸層1520中，從而以光學方式隔離鄰近微LED且減少鄰近微LED之間的光學串擾。背反射器及接觸層1520之一部分可位於光柵耦合器1516下，且可將來自光柵耦合器1516之光反射回光柵耦合器1516，使得光柵耦合器1516可將反射光繞射至實質z方向。

在微LED裝置1500中，主動區1512中發射之一些光可直接地或透過背反射器及接觸層1520及/或側壁反射器層1542之反射而到達微LED裝置1500之發光表面（例如，透明導體層1560與空氣之間的界面）。在主動區1512中發射之一些光可透過鈍化層1540及透明介電材料1550到達發光表面。主動區1512中發射之一些光可由第一半導體層1510之部分1511形成的波導引導，以水平傳播且到達光柵耦合器1516，且可接著藉由光柵耦合器1516朝向所述半導體台面結構之間的區中之透明介電材料1550而繞射至某一方向或小方向範圍（例如，在實質z方向）。因此，與圖14K中所展示之範例相比，各微LED可具有更大發光表面。

圖15B說明根據某些實施例之微LED裝置1502之又另一範例。微LED裝置1502可類似於微LED裝置1500，但可不包含側壁反射器層1542。微LED裝置1502可或可不包含光學隔離結構1522。微LED裝置1502可例如用作照明之光源，其中半導體台面結構之主動區1512中發射的光可在透明導體層1560之任何區處出射微LED裝置1502。

圖16包含說明製造根據某些實施例之微LED裝置之製程之範例的流程圖1600。應注意，圖16中所說明之特定操作提供製造微LED裝置之特定製程。可根據替代性實施例進行其他操作序列。此外，圖16中所說明之個別操作可包含多個子步驟，所述子步驟可按如適於個別操作之各種序列進行。此外，取決於特定應用，可添加額外操作，或可不進行一些操作。所屬技術領域中具有通常知識者將認識到許多變化、修改及替代方案。

流程圖1600之方塊1610中的操作可包含獲得微LED晶圓，該微LED晶圓包含基板及生長於基板上之複數個半導體磊晶層，如上文關於例如圖11A及圖14A所描述。複數個半導體磊晶層可包含第一半導體層（例如，n型或p型半導體層）、主動區（例如，包含一或多個量子井層、以及形成一或多個量子井之兩個或更多個量子障壁層）及第二半導體層（例如，p型或n型半導體層）。複數個半導體磊晶層可透過例如VPE、LPE、MBE或MOCVD生長於基板上。

方塊1615中之操作可包含在半導體磊晶層之半導體層（例如第二半導體層）中形成複數個光柵耦合器，如上文例如關於圖14A所描述。舉例而言，第二半導體層可蝕刻以形成複數個溝槽。一些溝槽可具有比其他溝槽更高之深度。溝槽可為垂直的或可為傾斜的。介電材料層（例如，包含SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃）可沉積於第二半導體層上且填充複數個溝槽。填充有介電材料之溝槽及第二半導體層可形成光柵耦合器。具有較高深度之溝槽中之介電材料可用於電隔離鄰近微LED中之第二半導體層。介電材料層可藉由一或多個蝕刻製程而圖案化以形成複數個介電結構，該複數個介電結構可用於隔離微LED裝置中之微LED的電極。

方塊1620中之操作可包含在複數個光柵耦合器及第一半導體層上形成背反射器及接觸層（例如，背反射器及接觸層1418），如上文例如關於圖14B所描述。背反射器及接觸層可包含例如ITO、Al、Ag、Au、Cu、Ti或組合，且可覆蓋光柵耦合器及介電結構。背反射器及接觸層可充當個別微LED之陽極或陰極。在一些實施例中，可在沉積背反射器及接觸層之前蝕刻第二半導體層之區，使得背反射器及接觸層可包含可位於第二半導體層內部之部分，且可用於以光學方式隔離鄰近微LED。

方塊1625中之操作可包含平坦化背反射器及接觸層，以暴露介電結構且形成平坦頂表面，如上文例如關於圖14C所描述。背反射器及接觸層可藉由例如CMP而平坦化。背反射器及接觸層之平坦頂表面可處理（例如，清潔及活化）以用於接合。介電結構可隔離背反射器及接觸層之區以形成個別微LED之陽極或陰極。

方塊1630中之操作可包含將背反射器及接觸層接合至背板晶圓，如上文例如關於圖14D所描述。背板晶圓可包含驅動電路、一或多個互連層、以0及接合層，該接合層包含藉由介電材料區隔離之接合襯墊。接合可包含將背板晶圓上之接合襯墊接合至微LED晶圓之背板反射器及接觸層的隔離區，使得微LED可透過接合襯墊與背板反射器及接觸層之隔離區而由背板晶圓之驅動電路個別控制。

方塊1635中之操作可包含藉由例如蝕刻、背面研磨或雷射提昇而移除微LED晶圓之基板，如上文關於例如圖14E所描述。移除微LED晶圓之基板可暴露生長於基板上之第一半導體層（例如，n型或p型半導體層）。

方塊1640中之操作可包含從經暴露第一半導體層之側面而蝕刻半導體磊晶層，以在半導體磊晶層中形成台面結構，如上文關於例如圖14F所描述。台面結構可位於半導體磊晶層之區中，其中在所述區下方不具有光柵耦合器。各半導體台面結構可包含第一半導體層、主動區及第二半導體層之一部分（例如子層）。第二半導體層之至少一部分（例如底部部分）可不被蝕刻，使得在光柵耦合器上可存在第二半導體層之子層（例如，厚度低於約幾百奈米）。在一些實施例中，半導體磊晶層可在預定時間週期內蝕刻以達成第二半導體層之子層的所要厚度。在一些實施例中，半導體磊晶層可蝕刻，直至暴露填充第二半導體層中之溝槽的介電材料。在一些實施例中，在蝕刻之後，可例如使用KOH或酸處理台面結構之側壁，以移除可能在乾式蝕刻期間被高能量離子損壞之區。

方塊1645中之操作可包含在台面結構之側壁上形成鈍化層，如上文關於例如圖14G所描述。鈍化層可共形地沉積於台面結構之側壁上，且可包含諸如SiO ₂、Si ₃N ₄或Al ₂O ₃之介電材料。鈍化層可具有約數十奈米至數百奈米之厚度。在一些實施例中，鈍化層亦可沉積於所述台面結構之間的區中之表面上。

方塊1650中之可選操作可包含在鈍化層之側壁上形成側壁反射器層，如上文關於例如圖14H所描述。側壁反射器層可包含例如Al、Cu、Ag、Ti或組合。側壁反射器層可具有約數十奈米與數百奈米之間的厚度。在一些實施例中，側壁反射器層可形成於鈍化層之一些但並非所有側壁上，如例如圖15A中所展示。

方塊1655中之操作可包含沉積透明介電材料（例如SiO ₂）以填充所述台面結構之間的區。沉積的透明介電材料可平坦化以形成平坦頂表面，如上文關於例如圖14I所描述。剩餘透明介電材料可位於形成於第二半導體層中之光柵耦合器的頂上。

方塊1660中之操作可包含在台面結構及透明介電材料之平坦化頂表面上形成透明導體層（例如ITO層），如上文關於例如圖14J所描述。透明導體層可電耦接至各台面結構之第一半導體層，且可用作微LED之共同電極（例如，共同陽極或共同陰極）。

方塊1665中之可選操作可包含在透明導體層上或透明導體層中形成前反射器，如上文關於例如圖14K所描述。前反射器可與台面結構之第一半導體層對準，使得在主動區中發射之光可不從台面結構之第一半導體層萃取，且可僅藉由光柵耦合器在所述台面結構之間的區中透過透明介電材料而在實質表面法線方向萃取。

本文中所揭示之實施例可用於實施人工實境系統之組件或可結合人工實境系統實施。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包含例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境、或者以上各者之某一組合及/或衍生者。人工實境內容可包含完全產生之內容或與所獲取（例如真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包含視訊、音訊、觸覺回饋或以上各者之某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如，對觀看者產生三維效果之立體聲視訊）。另外，在一些實施例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中創建內容及/或以其他方式用於人工實境中（例如，在人工實境中進行活動）之應用、產品、配件、服務或以上各者之某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包含連接至主機電腦系統之HMD、獨立式HMD、行動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供至一或多個觀看者之任何其他硬體平台。

圖17為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的範例性近眼顯示器（例如HMD裝置）之範例性電子系統1700的簡化方塊圖。電子系統1700可用作HMD裝置或上文所描述之其他近眼顯示器的電子系統。在此範例中，電子系統1700可包含一或多個處理器1710及記憶體1720。處理器1710能配置以執行用於在數個組件處進行操作之指令，且可為例如適合於攜帶型電子裝置內之實施方案的通用處理器或微處理器。處理器1710可與電子系統1700內之複數個組件通信耦接。為了實現此通信耦接，處理器1710可跨匯流排1740而與其他所說明組件通信。匯流排1740可為適於在電子系統1700內傳送資料之任何子系統。匯流排1740可包含複數個電腦匯流排及額外電路系統以傳送資料。

記憶體1720可耦接至處理器1710。在一些實施例中，記憶體1720可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可劃分成若干單元。記憶體1720可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（DRAM），及/或為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及類似者。此外，記憶體1720可包含可攜式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體1720可提供電腦可讀取指令、資料結構、程式模組及用於電子系統1700之其他資料的儲存。在一些實施例中，記憶體1720可分佈至不同硬體模組中。指令集及/或程式碼可儲存於記憶體1720上。所述指令可呈可由電子系統1700執行之可執行程式碼之形式，及/或可呈原始程式碼及/或可安裝程式碼之形式，該原始程式碼及/或可安裝程式碼在電子系統1700上編譯及/或安裝於電子系統1700上（例如，使用多種常用的編譯器、安裝程式、壓縮/解壓縮公用程式等中之任一者）後，可呈可執行程式碼之形式。

在一些實施例中，記憶體1720可儲存複數個應用程式模組1722至應用程式模組1724，該複數個應用程式模組可包含任何數目個應用程式。應用程式之範例可包含遊戲應用程式、會議應用程式、視訊回放應用程式或其他合適應用程式。應用程式可包含深度感測功能或眼動追蹤功能。應用程式模組1722至應用程式模組1724可包含待由處理器1710執行之特定指令。在一些實施例中，某些應用程式或應用程式模組1722至應用程式模組1724之部分可由其他硬體模組1780執行。在某些實施例中，記憶體1720可另外包含安全記憶體，該安全記憶體可包含額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。

在一些實施例中，記憶體1720可包含其中裝載之作業系統1725。作業系統1725可操作以起始執行由應用程式模組1722至應用程式模組1724提供之指令及/或管理其他硬體模組1780，以及與可包含一或多個無線收發器之無線通信子系統1730介接。作業系統1725可適於跨電子系統1700之組件進行其他操作，包含進行緒處理、資源管理、資料儲存控制及其他類似功能性。

無線通信子系統1730可包含例如紅外線通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）、及/或類似通信介面。電子系統1700可包含用於無線通信之一或多個天線1734，作為無線通信子系統1730之部分或作為耦接至該系統之任何部分的單獨組件。取決於所要功能性，無線通信子系統1730可包含單獨收發器以與基地收發器台、以及其他無線裝置及存取點通信，其可包含與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個人區域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。WPAN可為例如藍牙網路、IEEE 802.15x或一些其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統1730可准許與網路、其他電腦系統及/或本文中所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統1730可包含用於使用天線1734及無線鏈路1732傳輸或接收資料（諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地理圖、熱點圖、相片或視訊）之構件。無線通信子系統1730、處理器1710及記憶體1720可一起包含用於進行本文中所揭示之一些功能的構件中之一或多者的至少一部分。

電子系統1700之實施例亦可包含一或多個感測器1790。感測器1790可包含例如影像感測器、加速計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速計與陀螺儀之模組）、環境光感測器、或者可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何其他類似模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施方案中，感測器1790可包含一或多個慣性量測單元（IMU）及/或一或多個位置感測器。IMU可基於從位置感測器中之一或多者接收到的量測訊號而產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之估計位置。位置感測器可響應於HMD裝置之運動而產生一或多個量測訊號。位置感測器之範例可包含但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器或以上各者之任何組合。位置感測器可位於IMU外部、IMU內部或其任何組合。至少一些感測器可使用結構化光圖案以用於感測。

電子系統1700可包含顯示模組1760。顯示模組1760可為近眼顯示器，且可以圖形方式將來自電子系統1700之資訊（諸如影像、視訊及各種指令）呈現給使用者。此資訊可源自一或多個應用程式模組1722至應用程式模組1724、虛擬實境引擎1726、一或多個其他硬體模組1780、以上各者之組合或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由作業系統1725）之任何其他合適構件。顯示模組1760可使用LCD技術、LED技術（包含例如OLED、ILED、μ-LED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示器（light-emitting polymer display；LPD）技術或某一其他顯示器技術。

電子系統1700可包含使用者輸入/輸出模組1770。使用者輸入/輸出模組1770可允許使用者將動作請求發送至電子系統1700。動作請求可為進行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或進行應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組1770可包含一或多個輸入裝置。範例性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、或者用於接收動作請求及將所接收動作請求傳遞至電子系統1700之任何其他合適裝置。在一些實施例中，使用者輸入/輸出模組1770可根據從電子系統1700接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已進行動作請求時提供觸覺回饋。

電子系統1700可包含攝像機1750，該攝像機1750可用於拍攝使用者之相片或視訊，例如用於追蹤使用者眼睛之位置。攝像機1750亦可用於拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用。攝像機1750可包含例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）影像感測器。在一些實施方案中，攝像機1750可包含可用於獲取3D影像之兩個或更多個攝像機。

在一些實施例中，電子系統1700可包含複數個其他硬體模組1780。其他硬體模組1780中之各者可為電子系統1700內之實體模組。雖然其他硬體模組1780中之各者可永久地配置為結構，但其他硬體模組1780中之一些可暫時配置以進行特定功能或暫時啟動。其他硬體模組1780之範例可包含例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通信（near field communication；NFC）模組、可再充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些實施例中，可在軟體中實施其他硬體模組1780之一或多個功能。

在一些實施例中，電子系統1700之記憶體1720亦可儲存虛擬實境引擎1726。虛擬實境引擎1726可執行電子系統1700內之應用程式，且從各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速度資訊、速度資訊、所預測未來位置或以上各者之任何組合。在一些實施例中，由虛擬實境引擎1726接收之資訊可用於為顯示模組1760產生訊號（例如，顯示指令）。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已向左看，則虛擬實境引擎1726可產生用於HMD裝置之內容，該內容反映使用者在虛擬環境中之移動。另外，虛擬實境引擎1726可響應於從使用者輸入/輸出模組1770接收到之動作請求而進行應用程式內之動作，且將回饋提供至使用者。所提供回饋可為視覺、聽覺或觸覺回饋。在一些實施方案中，處理器1710可包含可執行虛擬實境引擎1726之一或多個GPU。

在各種實施方案中，上文所描述之硬體及模組能在可使用有線或無線連接而彼此通信之單一裝置或多個裝置上實施。舉例而言，在一些實施方案中，諸如GPU、虛擬實境引擎1726及應用程式（例如追蹤應用程式）之一些組件或模組可在控制台上實施，該控制台與頭戴式顯示器裝置分離。在一些實施方案中，一個控制台可連接至或支援超過一個HMD。

在替代配置中，不同及/或額外組件可包含於電子系統1700中。類似地，所述組件中之一或多者的功能性能以不同於上文所描述之方式的方式分佈於所述組件當中。舉例而言，在一些實施例中，電子系統1700可修改以包含其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。

上文所論述之方法、系統及裝置為範例。在適當時各種實施例可省略、取代或添加各種過程或組件。舉例而言，在替代配置中，可以不同於所描述次序之次序來進行所描述之方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。此外，可在各種其他實施例中組合關於某些實施例所描述之特徵。可以類似方式組合實施例之不同態樣及元件。此外，技術在發展中，且因此許多元件為不將本發明之範疇之範例限於彼等特定範例。

在描述中給出特定細節以提供對實施例之透徹理解。然而，實施例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，已在無不必要細節之情況下展示熟知的電路、製程、系統、結構及技術，以免混淆實施例。此描述僅提供範例性實施例，且並不意欲限制本發明之範疇、適用性或配置。實際上，實施例之前述描述將為所屬領域中具有通常知識者提供能夠實施各種實施例之描述。可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下對元件之功能及配置作出各種改變。

此外，將一些實施例描述為描繪為流程圖或方塊圖之製程。儘管各者可將操作描述為依序製程，但許多操作可並行地或同時進行。另外，可重新配置操作之次序。製程可具有未包含於圖式中之額外步驟。此外，可由硬體、軟體、韌體、中介軟體（middleware）、微編碼（microcode）、硬體描述語言或以上各者之任何組合實施方法之實施例。當在軟體、韌體、中介軟體或微編碼中實施時，用以進行相關聯任務之程式碼或程式碼段（code segment）可儲存於諸如儲存媒體之電腦可讀取媒介中。處理器可進行相關聯任務。

參考隨附圖式，能包含記憶體之組件能包含非暫存性機器可讀取媒體。術語「機器可讀取媒介」及「電腦可讀取媒介」可指參與提供使得機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒介。在上文所提供之實施例中，各種機器可讀媒體可能涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或替代地，機器可讀媒體可能用於儲存及/或攜載此類指令/程式碼。在許多實施方案中，電腦可讀取媒介為實體及/或有形儲存媒介。此媒介可呈許多形式，包含但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀取媒體之常見形式包含例如磁性及/或光學媒體，諸如光碟（compact disk；CD）或數位化通用光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒介；RAM；可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory；PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波；能供讀取指令及/或程式碼之任何其他媒介。電腦程式產品可包含程式碼及/或機器可執行指令，所述程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、次常式、模組、套裝軟體、分類（class）或指令、資料結構或程式陳述式（program statements）之任何組合。

所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可使用多種不同技術及技藝中之任一者來表示用於傳達本文中所描述之訊息的資訊及訊號。舉例而言，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子、或者以上各者之任何組合來表示貫穿以上描述可能引用之資料、指令、命令、資訊、訊號、位元、標記（symbols）符號及碼片。

如本文中所使用，術語「及」及「或」可包含多種含義，所述含義亦根據使用上述用語的至少一部份上下文解釋的多個意涵。通常，「或」若用於關聯諸如A、B或C之清單，則意欲意謂A、B及C於此為開放式及封閉式。另外，如本文中所使用，術語「一或多個」可用於描述任何單一的特徵、結構或特性，或者術語「一或多個」可用於描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意的是，此僅為說明性範例，且請求項的標的不限於此範例。此外，術語「之至少一者」在用於關聯諸如A、B或C之一清單的條件下可經解釋為意指A、B、C、或者A、B及/或C的任一組合（諸如AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等）。

此外，雖然已使用硬體與軟體之特定組合描述某些實施例，可以理解的是，硬體與軟體之其他組合亦為可能的。可僅在硬體中或僅在軟體中，或使用其組合實施某些實施例。在一個範例中，可藉由含有電腦程式碼或指令之電腦程式產品來實施軟體，所述電腦程式碼或指令可由一或多個處理器進行以用於進行本發明中所描述之步驟、操作或過程中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫存性電腦可讀取媒介上。本文中所描述之各種過程能以任何組合實施於同一處理器或不同處理器上。

在裝置、系統、組件或模組描述為配置以執行某些操作或功能之情況下，能例如藉由設計電子電路以執行操作、程式化可程式化（programmable）電子電路（例如微處理器）以例如藉由執行電腦指令、電腦編碼、處理器、被程式化而執行儲存於一非暫存記憶媒體的編碼或指令的核心或任何上述之結合。程序可利用各種技術溝通，包含但不限於用於行程間通訊（inter-process communications）傳統技術，且不同對的製程可使用不同的技術，或是相同對的製程可於不同時間使用不同技術。

說明書及圖式皆為示範性而非限制性的。然而，顯而易見的是，在不偏離請求項的廣義的精神及範圍下，可對上述揭露的內容作增加、減少、刪除及任何修改及改變。因此，雖然具體的實施例於此被描述，其並非用於限定本發明。不同的修改及相等物皆在下列請求項的範圍中。

100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:頭戴裝置追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼動追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:定位器 128:位置感測器 130:眼動追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:HMD裝置 220:本體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭部繫帶 300:近眼顯示器 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:攝像機 350a:感測器 350b:感測器 350c:感測器 350d:感測器 350e:感測器 400:擴增實境系統 410:投影器 412:影像源 414:投影器光學件 415:結合器 420:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:萃取光 490:眼睛 495:視窗區 500:NED裝置 510:光源 512:紅光發射器 514:綠光發射器 516:藍光發射器 520:投影光學件 530:波導顯示器 532:耦合器 540:光源 542:紅光發射器 544:綠光發射器 546:藍光發射器 550:NED裝置 560:自由光學元件 570:掃描鏡 580:波導顯示器 582:耦合器 590:眼睛 600:近眼顯示器系統 610:影像源組合件 620:控制器 630:影像處理器 640:顯示面板 642:光源 644:驅動電路 650:投影器 700:LED 705:LED 710:基板 715:基板 720:半導體層/層 725:半導體層/層 730:主動層 732:台面側壁 735:主動層 740:半導體層 745:半導體層/層 750:重摻雜半導體層 760:導體層/層 765:電接觸 770:鈍化層 775:介電層 780:接觸層 785:電接觸 790:接觸層 795:金屬層 805:快原子束 810:基板 815:快原子光束 820:電路 822:電互連件 825:加壓壓力 830:接觸襯墊 835:熱 840:介電區 850:晶圓 860:介電材料層 870:微LED 880:p接觸 882:n接觸 900:LED陣列 910:基板 920:積體電路 922:互連件 930:接觸襯墊 940:介電層 950:n型層 960:介電層 970:微LED 972:n接觸 974:p接觸 982:球面微透鏡 984:光柵 986:微透鏡 988:抗反射層 1001:LED陣列 1002:第一晶圓 1003:晶圓 1004:基板 1005:載體基板 1006:第一半導體層 1007:LED 1008:主動層 1009:基底層 1010:第二半導體層 1011:驅動電路 1012:接合層 1013:接合層 1015:圖案化層 1102:微LED晶圓 1104:背板晶圓 1106:晶圓堆疊 1108:台面結構 1110:基板 1112:緩衝層 1114:n型半導體層 1116:主動區 1118:p型半導體層 1120:反射器層 1122:接合層 1130:基板 1132:介電層 1134:金屬襯墊 1140:接合層 1150:鈍化層 1152:側壁反射器層 1160:共同電極層 1200:微LED裝置 1202:背板晶圓 1210:第一半導體層 1212:主動區 1214:第二半導體層 1216:背反射器及接觸層 1220:基板 1222:介電層 1224:金屬互連件 1230:鈍化層 1240:側壁反射器層 1250:接觸層 1300:微LED裝置 1302:背板晶圓 1310:第一半導體層 1311:部分 1312:主動區 1314:第二半導體層 1316:光柵耦合器 1318:介電結構 1320:背反射器及接觸層 1322:光學隔離結構/反射結構 1330:基板 1332:介電層 1334:金屬互連件 1340:鈍化層 1342:側壁反射器層 1350:透明介電材料 1360:透明導體層 1370:筆直光柵脊 1372:傾斜光柵脊 1400:微LED晶圓 1402:背板晶圓 1405:基板 1406:晶圓堆疊 1410:磊晶層堆疊 1412:半導體台面結構 1414:鈍化層 1415:部分 1416:反射金屬層 1418:背反射器及接觸層 1420:光柵結構 1422:部分 1424:介電結構 1440:驅動電路 1442:介電層 1444:互連層 1446:接合層 1448:介電材料區/介電材料 1450:透明導體層 1460:前反射器/反射器 1500:微LED裝置 1502:微LED裝置 1510:第一半導體層 1511:部分 1512:主動區 1514:第二半導體層 1516:光柵耦合器 1518:介電結構 1520:背反射器及接觸層 1522:光學隔離結構 1530:基板 1532:介電層 1534:金屬互連件 1540:鈍化層 1542:側壁反射器層 1550:透明介電材料 1560:透明導體層 1600:流程圖 1610:方塊 1615:方塊 1620:方塊 1625:方塊 1630:方塊 1635:方塊 1640:方塊 1645:方塊 1650:方塊 1655:方塊 1660:方塊 1665:方塊 1700:電子系統 1710:處理器 1720:記憶體 1722:應用程式模組 1724:應用程式模組 1725:作業系統 1726:虛擬實境引擎 1730:無線通信子系統 1732:無線鏈路 1734:天線 1740:匯流排 1750:攝像機 1760:顯示模組 1770:使用者輸入/輸出模組 1780:其他硬體模組 1790:感測器 x:方向 y:方向 z:方向

下文參考以下諸圖詳細地描述說明性實施例。 [圖1]為根據某些實施例之包含近眼顯示器之人工實境系統環境之範例的簡化方塊圖。 [圖2]為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）裝置形式之近眼顯示器之範例的立體圖。 [圖3]為用於實施本文中所揭示之範例中之一些的一副眼鏡形式之近眼顯示器之範例的立體圖。 [圖4]說明根據某些實施例之包含波導顯示器之光學透視擴增實境系統的範例。 [圖5A]說明根據某些實施例之包含波導顯示器之近眼顯示器裝置的範例。 [圖5B]說明根據某些實施例之包含波導顯示器之近眼顯示器裝置的範例。 [圖6]說明根據某些實施例之擴增實境系統中之影像源組合件的範例。 [圖7A]說明根據某些實施例之具有垂直台面結構之發光二極體的範例。 [圖7B]為根據某些實施例之具有拋物線形台面結構之LED之範例的截面圖。 [圖8A]至[圖8D]說明根據某些實施例之用於LED陣列之混合接合之方法的範例。 [圖9]說明根據某些實施例之其上製造有次級光學組件之LED陣列的範例。 [圖10A]說明根據某些實施例之用於LED陣列之晶粒至晶圓接合之方法的範例。 [圖10B]說明根據某些實施例之用於LED陣列之晶圓至晶圓接合之方法的範例。 [圖11A]至[圖11F]說明使用金屬至金屬接合及後接合台面形成來製造微LED裝置之方法的範例。 [圖12]說明使用關於圖11A至圖11F所描述之方法製造之微LED裝置的範例。 [圖13A]說明根據某些實施例之微LED裝置之範例。 [圖13B]及[圖13C]說明根據某些實施例之用於將光耦合出圖13A之微LED裝置之光柵的範例。 [圖14A]至[圖14K]說明根據某些實施例之製造微LED裝置之方法的範例。 [圖15A]說明根據某些實施例之微LED裝置之範例。 [圖15B]說明根據某些實施例之微LED裝置之又另一範例。 [圖16]包含說明製造根據某些實施例之具有改良光萃取效率之微LED裝置的方法之範例的流程圖。 [圖17]為根據某些實施例之近眼顯示器之範例之電子系統的簡化方塊圖。 諸圖僅出於說明之目的描繪本發明之實施例。所屬技術領域中具有通常知識者將易於從以下描述認識到，可在不脫離本發明之原理或稱讚之益處的情況下採用所說明之結構及方法之替代性實施例。 在隨附圖式中，類似組件及/或特徵可具有相同參考符號。此外，可藉由在參考符號之後加上短劃線及在類似組件之間進行區分之第二符號來區分相同類型之各種組件。若在說明書中僅使用第一參考符號，則描述適用於具有相同第一參考符號而與第二參考符號無關的類似組件中之任一者。

1300:微LED裝置

1302:背板晶圓

1310:第一半導體層

1311:部分

1312:主動區

1314:第二半導體層

1316:光柵耦合器

1318:介電結構

1320:背反射器及接觸層

1322:光學隔離結構/反射結構

1330:基板

1332:介電層

1334:金屬互連件

1340:鈍化層

1342:側壁反射器層

1350:透明介電材料

1360:透明導體層

x:方向

z:方向

Claims (20)

1. 一種微發光二極體裝置，其包括： 背板晶圓，其包含製造於其上之電路； 背反射器及接觸層，其接合至該背板晶圓且藉由複數個介電結構隔離成複數個電極； 第一半導體材料之第一子層，其耦接至該背反射器及該接觸層； 複數個半導體台面結構，其位於該第一半導體材料之該第一子層上，該複數個半導體台面結構之各半導體台面結構包含： 該第一半導體材料之第二子層； 主動區；及 第二半導體層； 鈍化層，其位於該複數個半導體台面結構之側壁上； 透明介電材料區，其位於該複數個半導體台面結構之半導體台面結構之間；及 光柵耦合器，其位於該第一半導體材料之該第一子層與所述透明介電材料區對準之該第一子層的區中， 其中該第一半導體材料之該第一子層的所述區配置以將該複數個半導體台面結構之所述主動區中發射的光引導至所述光柵耦合器；且 其中所述光柵耦合器配置以朝向所述透明介電材料區繞射由該第一半導體材料之該第一子層之所述區引導的該光。
2. 如請求項1之微發光二極體裝置，其進一步包括位於該鈍化層之側壁上及該鈍化層與所述透明介電材料區之間的側壁反射器。
3. 如請求項2之微發光二極體裝置，其中所述側壁反射器位於該鈍化層之一些但並非所有側壁上。
4. 如請求項1之微發光二極體裝置，其進一步包括位於該複數個半導體台面結構及所述透明介電材料區上之透明導體層。
5. 如請求項4之微發光二極體裝置，其進一步包括位於該透明導體層上或該透明導體層中之前反射器，所述前反射器與該複數個半導體台面結構之各半導體台面結構之該第二半導體層對準，且所述前反射器配置以反射入射於所述前反射器上之光。
6. 如請求項1之微發光二極體裝置，其中該複數個介電結構將該第一半導體材料之該第一子層電隔離成複數個區。
7. 如請求項6之微發光二極體裝置，其進一步包括位於該第一半導體材料之該第一子層之所述區中的複數個光學隔離結構，該複數個光學隔離結構以光學方式隔離該第一半導體材料之該第一子層之該複數個區。
8. 如請求項7之微發光二極體裝置，其中該複數個光學隔離結構之各光學隔離結構鄰近於該複數個介電結構之各別介電結構。
9. 如請求項1之微發光二極體裝置，其中所述光柵耦合器包含具有不同於該第一半導體材料之折射率的折射率之筆直或傾斜光柵脊。
10. 如請求項1之微發光二極體裝置，其中該複數個介電結構與該背板晶圓之介電材料區接觸。
11. 如請求項1之微發光二極體裝置，其中所述光柵耦合器位於該背反射器及接觸層上，或部分地位於該背反射器及接觸層中。
12. 一種微發光二極體，其包括： 背反射器及接觸層，其由介電結構側向包圍； 第一半導體材料之第一子層，其位於該背反射器及接觸層上且由光學隔離結構側向包圍； 半導體台面結構，其位於該微發光二極體之第一側向區中，該半導體台面結構包含： 該第一半導體材料之第二子層； 主動區；及 第二半導體層；絕緣體層，其位於該半導體台面結構之側壁上； 透明介電材料區，其位於該微發光二極體之第二側向區中，該絕緣體層位於該半導體台面結構與該透明介電材料區之間；及 光柵耦合器，其位於該第一半導體材料之該第一子層與該透明介電材料區對準之該第一子層的區中， 其中該第一半導體材料之該第一子層之該區經配置以將在該半導體台面結構之該主動區中發射的光引導至該光柵耦合器；且 其中該光柵耦合器配置以朝向該透明介電材料區繞射由該第一半導體材料之該第一子層之該區引導的該光。
13. 如請求項12之微發光二極體，其中該絕緣體層包含鈍化層及側壁反射器層。
14. 如請求項13之微發光二極體，其中該側壁反射器層位於該鈍化層之一些但並非所有側壁上。
15. 如請求項12之微發光二極體，其進一步包括位於該半導體台面結構之該第二半導體層及該透明介電材料區上之透明導體層。
16. 如請求項15之微發光二極體，其進一步包括位於該透明導體層上或該透明導體層中之前反射器，該前反射器與該半導體台面結構之該第二半導體層對準，且該前反射器配置以反射入射於該前反射器上之光。
17. 如請求項12之微發光二極體，其中該介電結構側向包圍該第一半導體材料之該第一子層。
18. 如請求項12之微發光二極體，其中該光柵耦合器包含具有不同於該第一半導體材料之折射率的折射率之筆直或傾斜光柵脊。
19. 如請求項12之微發光二極體，其中該光柵耦合器位於該背反射器及接觸層上或部分地位於該背反射器及接觸層中。
20. 如請求項12之微發光二極體，其中： 該介電結構與背板晶圓之介電材料區接觸；且 該背反射器及接觸層接合至該背板晶圓之金屬接觸襯墊。