用于微LED的光提取的制作方法

用于微led的光提取
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年11月20日提交的第xx/xxx,xxx号美国非临时专利(案卷号为factp101us/p100121us01)的权益和优先权，该美国非临时专利又要求2019年11月22日提交的标题为“light extraction for micro-leds”的第62/939,302号美国临时申请的优先权，该美国非临时专利和该美国临时申请都以其整体通过引用并入本文以用于全部目的。
3.背景
4.发光二极管(led)将电能转换为光能，并提供许多优于其他光源的益处，例如减小的尺寸、改善的耐用性和提高的效率。led可用作许多显示系统(例如电视、计算机监视器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、投影系统和可穿戴电子设备)中的光源。基于iii族氮化物半导体(诸如aln、gan、inn等的合金)的微led(“μled”)由于其尺寸小(例如，线性尺寸小于100μm、小于50μm、小于10μm或小于5μm)、组装密度(packing density)高(以及因此分辨率更高)和亮度高而已开始被开发用于各种显示应用。例如，可以使用发出不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光的微led来形成显示系统(例如电视或近眼显示系统)的子像素。
5.概述
6.本公开总体上涉及微发光二极管(微led)。更具体地说，本公开涉及用于从微led阵列提取光的微透镜阵列。根据某些实施例，一种设备可以包括以第一间距(pitch)为特征的微led阵列和微led阵列上的以不同于第一间距的第二间距为特征的微透镜阵列。微透镜阵列中的每个微透镜可以对应于微led阵列中的相应的微led。
7.在一些实施例中，微透镜阵列中的每个微透镜可以被配置成使得来自微led阵列中的每个对应的微led的光的主光线在穿过微透镜之后可以在不同的相应方向上传播。在一些实施例中，第一间距可以大于第二间距，使得来自微led阵列中的每个微led的光的主光线在穿过对应的微透镜之后可以在相应的方向上朝向设备的中线倾斜。在一些实施例中，第一间距可以低于第二间距。在一些实施例中，第一间距可以小于约10μm。在一些实施例中，微透镜阵列中的每个微透镜的线性尺寸可以大于微led阵列中的每个微led的线性尺寸。
8.在一些实施例中，微led阵列可以包括微led的二维阵列，微透镜阵列可以包括微透镜的二维阵列，并且第一间距和第二间距可以在第一维度中。在一些实施例中，微led阵列可以以第二维度中的第三间距为特征，微透镜阵列可以以第二维度中的第四间距为特征，并且第三间距可不同于第四间距。在一些实施例中，第一间距可以不同于第三间距。在一些实施例中，第二间距可以不同于第四间距。
9.在一些实施例中，微透镜阵列可以包括介电材料或有机材料。介电材料可以包括例如氧化硅或氮化硅。在一些实施例中，微透镜阵列可以包括抗反射涂层。在一些实施例中，微透镜阵列可以包括球面微透镜或非球面微透镜。在一些实施例中，微透镜阵列中的每个微透镜可以被配置成准直来自微led阵列中的对应的微led的光。在一些实施例中，第一间距或第二间距中的至少一个可以跨设备变化。
10.根据某些实施例，一种方法可以包括在微led阵列的介电层上沉积聚合物层，图案
化聚合物层以形成聚合物图案，并且回流聚合物图案以在聚合物层中形成微透镜阵列。微led阵列可以以相邻微led的中心之间的第一间距为特征，聚合物层中的聚合物图案可以以不同于第一间距的第二间距为特征，以及微透镜阵列可以以等于第二间距的第三间距为特征。在一些实施例中，该方法可以进一步包括蚀刻聚合物层中的微透镜阵列和微led阵列的介电层，以在介电层中形成微透镜阵列，其中，聚合物层可以以与介电层的蚀刻速率相当的蚀刻速率为特征。
11.在一些实施例中，该方法还可以包括在介电层中的微透镜阵列上沉积抗反射层。在一些实施例中，该方法可包括在沉积聚合物层之前平坦化介电层。在一些实施例中，聚合物层可包括光致抗蚀剂层，并且图案化聚合物层可包括通过灰度掩模或二元掩模将光致抗蚀剂层暴露于曝光光线(exposure light)，以及使用光致抗蚀剂显影剂显影光致抗蚀剂层以去除光致抗蚀剂层的曝光部分。灰度掩模的光透射率分布(profile)可以与聚合物层中的微透镜阵列的高度分布互补。二元掩模可以以与聚合物层中的聚合物图案相对应的光透射率图案为特征。
12.本概述既不意图标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参照本公开内容的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。下面将在以下说明书、权利要求和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和示例。
13.附图简述
14.下面参照以下附图详细地描述说明性的实施例。
15.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
16.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的头戴式显示器(hmd)设备形式的近眼显示器的示例的透视图。
17.图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器的示例的透视图。
18.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统(optical see-through augmented reality system)的示例。
19.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。
20.图6示出了根据某些实施例的增强现实系统中的图像源组件(image source assembly)的示例。
21.图7a示出了根据某些实施例的具有垂直台面结构的发光二极管(led)的示例。图7b是根据某些实施例的具有抛物线型台面结构(parabolic mesa structure)的led的示例的横截面视图。
22.图8示出了包括微led阵列和用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的设备的示例。
23.图9示出了根据某些实施例的包括微led阵列和用于从微led阵列提取和会聚光的微透镜阵列的设备的示例。
24.图10示出了根据某些实施例的包括微led阵列和用于从微led阵列提取和发散光
的微透镜阵列的设备的示例。
25.图11示出了根据某些实施例的用于从二维微led阵列提取光的二维微透镜阵列的示例。
26.图12a-图12d示出了根据某些实施例的用于制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例。
27.图13a-图13d示出了根据某些实施例的用于制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例。
28.图14是示出根据某些实施例的用于制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例的流程图。
29.图15a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合(bonding)的方法的示例。图15b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合的方法的示例。
30.图16a-图16d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合的方法的示例。
31.图17示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列的示例。
32.图18是根据某些实施例的近眼显示器的示例的电子系统的简化框图。
33.附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域的技术人员从以下描述中将容易地认识到，在不脱离本公开的原理或所推崇的益处的情况下，可以采用图示的结构和方法的替代实施例。
34.在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的多个部件。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
35.详细描述
36.本公开总体上涉及发光二极管(led)。更具体地，并且非限制地，本文公开了用于使用微透镜阵列从微led阵列提取光的技术。微透镜阵列可用于从微led阵列提取光并将光引导到显示系统中的期望方向，诸如将光耦合到基于波导的显示系统中的波导。根据某些实施例，微透镜阵列可以以在至少一个维度上与微led阵列的间距不同的间距为特征，使得微透镜的中心和对应的微led的中心之间的偏移可以在至少一个维度上跨微透镜阵列变化。因此，来自每个微led的光可以由相应的微透镜准直(或聚焦或扩展)，并且从每个微led提取的光的主光线的传播方向可以由于不同的偏移而跨阵列不同。因此，来自微led阵列的光可以被更有效地提取、准直(或聚焦或扩展)，并被引导到投影系统中的期望方向。微透镜之间的间距可以是均匀的或不均匀的。
37.微透镜阵列可以使用各种技术来制造，诸如回流图案化的聚合物(例如，光致抗蚀剂)或使用灰度光掩模和对曝光剂量具有线性响应的光致抗蚀剂以在光致抗蚀剂中形成微透镜阵列，和/或干法蚀刻聚合物或光致抗蚀剂以将微透镜阵列的图案和形状转移到介电材料层(例如，基底(substrate)或氧化物层)。本文描述了各种创新的实施例，包括设备、系统、方法、材料、工艺等。
38.本文描述的微led和微透镜可以与多种技术(例如人工现实系统)结合使用。人工现实系统(例如头戴式显示器(hmd)或平视显示器(hud)系统)通常包括被配置为呈现描绘
虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。如在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)应用中，显示器可以呈现虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象相结合。例如，在ar系统中，用户可以通过例如，透过透明的显示眼镜或透镜查看(通常称为光学透视)或观看由相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的显示图像(例如，计算机生成的图像(cgi))和周围环境两者。在一些ar系统中，可以使用基于led的显示子系统将人工图像呈现给用户。
39.如本文所用，术语“发光二极管(led)”是指至少包括n型半导体层、p型半导体层以及在n型半导体层和p型半导体层之间的发光区(即，有源区)的光源。发光区可以包括形成一个或更多个异质结构(例如量子阱)的一个或更多个半导体层。在一些实施例中，发光区可包括形成一个或更多个多量子阱(mqw)的多个半导体层，每个多量子阱包括多个(例如，约2个至8个)量子阱。
40.如本文所用，术语“微led”或“μled”是指具有芯片的led，其中芯片的线性尺寸小于约200μm，诸如小于100μm、小于50μm、小于20μm、小于10μm或更小。例如，微led的线性尺寸可以小到6μm、5μm、4μm、2μm或更小。一些微led可具有与少数载流子(carrier)扩散长度相当的线性尺寸(例如，长度或直径)。然而，本文的公开不限于微led，而且还可以应用于迷你led(mini-led)和大型led。
41.如本文所用，术语“键合”可指用于物理连接和/或电连接两个或更多个器件和/或晶圆的各种方法，诸如粘合剂键合、金属到金属键合(metal-to-metal bonding)、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合等。例如，粘合剂键合可以使用可固化粘合剂(例如环氧树脂)通过粘合来物理地键合两个或更多个器件和/或晶圆。金属到金属键合可以包括例如在金属之间使用焊接界面(例如，焊盘(pad)或焊球(ball))、导电粘合剂或焊接接头的引线键合(wire bonding)或倒装芯片键合(flip chip bonding)。金属氧化物键合可以在每个表面上形成金属和氧化物图案，将氧化物部分键合在一起，且然后将金属部分键合在一起以形成导电路径。晶圆到晶圆键合可以在没有任何中间层的情况下键合两个晶圆(例如，硅晶圆或其他半导体晶圆)并且基于两个晶圆的表面之间的化学键。晶圆到晶圆键合可以包括晶圆清洗和其他预处理、在室温下对准和预键合、以及在升高的温度(诸如约250℃或更高)下退火。晶片到晶圆键合可以使用在一个晶圆上的凸点来将预制芯片的特征与晶圆的驱动器对准。混合键合可以包括例如晶圆清洗、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、晶圆内介电材料在室温下的介电键合、以及通过例如在250℃-300℃或更高温度下退火的触点的金属键合。
42.在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开的示例的透彻理解。然而，将明显的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实施各种示例。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊示例。在其他实例中，熟知的设备、过程、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以便避免模糊示例。附图和描述不意图是限制性的。在本公开中采用的术语和表述被用作描述性术语而非限制性的术语，并且在使用这样的术语和表述时不意图排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“示例”在本文中用于意指“用作示例(example)、实例(instance)或说明”。本文中被描述为“示例”的任何实施例或设计不一定被解释为相对于其他实施例或设计更优选或更有利。
43.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器120的人工现实系统环境100的示例的简化框图。图1所示的人工现实系统环境100可以包括近眼显示器120、可选的外部成像设备150和可选的输入/输出接口140，它们中的每一个都可以耦合到可选的控制台110。尽管图1示出了包括一个近眼显示器120、一个外部成像设备150和一个输入/输出接口140的人工现实系统环境100的示例，但是在人工现实系统环境100中可以包括任意数量的这些部件，或者可以省略这些部件中的任何部件。例如，可以有多个近眼显示器120，这些近眼显示器120由与控制台110通信的一个或更多个外部成像设备150监控。在一些配置中，人工现实系统环境100可以不包括外部成像设备150、可选的输入/输出接口140和可选的控制台110。在替代配置中，人工现实系统环境100中可以包括不同或附加的部件。
44.近眼显示器120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。由近眼显示器120呈现的内容的示例包括以下中的一个或更多个：图像、视频、音频或它们的任何组合。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)进行呈现，该外部设备从近眼显示器120、控制台110或近眼显示器120和控制台110两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据。近眼显示器120可以包括一个或更多个刚性主体，该一个或更多个刚性主体可以刚性地或非刚性地彼此耦合。刚性主体之间的刚性耦合可以使经耦合的刚性主体充当单个刚性实体。刚性主体之间的非刚性耦合可以允许刚性主体相对于彼此移动。在各种实施例中，近眼显示器120可以以任何合适的形状因子(包括一副眼镜)来实现。下面参照图2和图3进一步描述近眼显示器120的一些实施例。此外，在各种实施例中，本文描述的功能可以用在组合近眼显示器120外部环境的图像和人工现实内容(例如，计算机生成的图像)的头戴式装置(headset)中。因此，近眼显示器120可以用生成的内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器120外部的物理、真实世界环境的图像，以向用户呈现增强现实。
45.在各种实施例中，近眼显示器120可以包括以下中的一个或更多个：显示电子器件122、显示光学器件124和眼睛跟踪单元130。在一些实施例中，近眼显示器120还可以包括一个或更多个定位器126、一个或更多个位置传感器128和惯性测量单元(imu)132。在各种实施例中，近眼显示器120可以省略以下中的任何一个：眼睛跟踪单元130、定位器126、位置传感器128和imu 132，或者包括附加元件。此外，在一些实施例中，近眼显示器120可以包括组合结合图1描述的各种元件的功能的元件。
46.显示电子器件122可以根据从例如控制台110接收的数据向用户显示图像或促进图像的显示。在各种实施例中，显示电子器件122可以包括一个或更多个显示面板，例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、微发光二极管(μled)显示器、有源矩阵oled显示器(amoled)、透明oled显示器(toled)或某种其他显示器。例如，在近眼显示器120的一个实施方式中，显示电子器件122可以包括前toled面板、后显示面板以及在前显示面板和后显示面板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器或者衍射膜或光谱膜)。显示电子器件122可以包括发射诸如红色、绿色、蓝色、白色或黄色的主导颜色(predominant color)的光的像素。在一些实施方式中，显示电子器件122可以通过由二维面板产生的立体效果来显示三维(3d)图像以创建对图像深度的主观感知。例如，显示电子器件122可以包括分别位于用户的左眼和右眼前方的左显示器和右显示器。左显示器和右显示器可以呈现相对于彼此水平偏移的图像的副本，以创建立体效果(即，观看图像的用户对图像深度的感知)。
47.在某些实施例中，显示光学器件124可以(例如，使用光波导和耦合器)光学地显示图像内容或放大从显示电子器件122接收到的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给近眼显示器120的用户。在各种实施例中，显示光学器件124可以包括一个或更多个光学元件，例如基底、光波导、光圈(aperture)、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、输入/输出耦合器或者可以影响从显示电子器件122发射的图像光的任何其他合适的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件以及机械耦合件的组合，以保持组合中的光学元件的相对间隔和取向。显示光学器件124中的一个或更多个光学元件可以具有光学涂层，例如抗反射涂层、反射涂层、滤光涂层或不同光学涂层的组合。
48.显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子器件122比更大的显示器在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外，放大可以增加显示内容的视场。显示光学器件124对图像光的放大的量可以通过调整光学元件、添加光学元件或从显示光学器件124去除光学元件来改变。在一些实施例中，显示光学器件124可以将显示的图像投射到一个或更多个图像平面，该一个或更多个图像平面可能比近眼显示器120更远离用户的眼睛。
49.显示光学器件124还可以被设计为校正一种或更多种类型的光学误差，例如二维光学误差、三维光学误差或它们的任意组合。二维误差可以包括在二维中出现的光学像差(optical aberration)。二维误差的示例类型可以包括桶形失真、枕形失真、纵向色差和横向色差。三维误差可以包括在三维中出现的光学误差。三维误差的示例类型可以包括球面像差(spherical aberration)、彗形像差(comatic aberration)、像场弯曲(field curvature)和像散(astigmatism)。
50.定位器126可以是相对于彼此并相对于近眼显示器120上的参考点位于近眼显示器120上的特定位置的对象。在一些实施方式中，控制台110可以在由外部成像设备150捕获的图像中识别定位器126，以确定人工现实头戴式装置的位置、取向或位置和取向两者。定位器126可以是led、锥体棱镜(corner cube reflector)、反射标记、与近眼显示器120在其中操作的环境形成对比的一种光源、或者它们的任何组合。在定位器126是有源部件(例如，led或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器126可以发射可见波段(例如，约380nm至750nm)中的光、红外(ir)波段(例如，约750nm至1mm)中的光、紫外波段(例如，约10nm至约380nm)中的光、电磁波谱的另一部分中的光或电磁波谱中各部分的任意组合中的光。
51.外部成像设备150可以包括一个或更多个相机、一个或更多个视频相机、能够捕获包括一个或更多个定位器126的图像的任何其他设备或者它们的任何组合。此外，外部成像设备150可以包括一个或更多个滤光器(例如，以增加信噪比)。外部成像设备150可以被配置成检测从外部成像设备150的视场中的定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回射器(retroreflector))的实施例中，外部成像设备150可以包括照射一些或全部定位器126的光源，这些定位器可以将光回射到外部成像设备150中的光源。可以将慢速校准数据从外部成像设备150传送到控制台110，并且外部成像设备150可以从控制台110接收一个或更多个校准参数，以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、传感器温度、快门速度、光圈等)。
52.位置传感器128可以响应于近眼显示器120的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器128的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测或误差校正传感器、或者它们的任何组合。例如，在一些实施例中，位置传感器128可以包括用于测量平移运
动(例如，向前/向后、向上/向下、或向左/向右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、或横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，各种位置传感器可以彼此正交地取向。
53.imu 132可以是基于从一个或更多个位置传感器128接收的测量信号生成快速校准数据的电子设备。位置传感器128可位于imu 132的外部、imu 132的内部或它们的任何组合。基于来自一个或更多个位置传感器128的一个或更多个测量信号，imu 132可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器120的初始位置的近眼显示器120的估计位置。例如，imu 132可以对从加速度计接收到的测量信号在时间上进行积分，以估计速度矢量，并且对速度矢量在时间上进行积分，以确定近眼显示器120上的参考点的估计位置。替代地，imu 132可以向控制台110提供采样的测量信号，控制台110可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在各种实施例中，参考点也可以被定义为近眼显示器120内的点(例如，imu 132的中心)。
54.眼睛跟踪单元130可以包括一个或更多个眼睛跟踪系统。眼睛跟踪可以指确定眼睛相对于近眼显示器120的位置，包括眼睛的取向和定位。眼睛跟踪系统可以包括对一只或更多只眼睛进行成像的成像系统，并且可以可选地包括光发射器，该光发射器可以生成指向眼睛的光，使得由眼睛反射的光可以被成像系统捕获。例如，眼睛跟踪单元130可以包括发射可见光谱或红外光谱中的光的非相干光源或相干光源(例如，激光二极管)，以及捕获由用户的眼睛反射的光的相机。作为另一个示例，眼睛跟踪单元130可以捕获由微型雷达单元发射的反射无线电波。眼睛跟踪单元130可以使用低功率光发射器，这些低功率光发射器以不会伤害眼睛或引起身体不适的频率和强度发射光。眼睛跟踪单元130可以被布置成提高眼睛跟踪单元130捕获的眼睛图像的对比度，同时降低眼睛跟踪单元130消耗的总功率(例如，降低由眼睛跟踪单元130中包括的光发射器和成像系统所消耗的功率)。例如，在一些实施方式中，眼睛跟踪单元130可能消耗小于100毫瓦的功率。
55.例如，近眼显示器120可以使用眼睛的取向以进行以下操作：确定用户的瞳孔间距(ipd)、确定注视方向、引入深度线索(例如，模糊在用户的主视线之外的图像)、收集关于vr媒体中的用户交互的启发信息(heuristics)(例如，根据经受的刺激在任何特定主体、对象或帧上花费的时间)、至少部分地基于用户的至少一只眼睛的取向的一些其他功能、或它们的任意组合。因为可以确定用户的双眼的取向，所以眼睛跟踪单元130可以确定用户正在看哪里。例如，确定用户注视的方向可以包括基于所确定的用户左眼和右眼的取向来确定会聚点(point of convergence)。会聚点可以是用户眼睛的两个视网膜中央凹轴(foveal axis)相交的点。用户注视的方向可以是穿过会聚点和用户眼睛瞳孔之间的中点的线的方向。
56.输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的设备。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到控制台110，控制台110可以执行对应于所请求的动作的动作。在一些实施例中，输入/输出接口140可以根据从控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求
时，或者当控制台110已经执行了所请求的动作并将指令传送给输入/输出接口140时，输入/输出接口140可以提供触觉反馈。在一些实施例中，外部成像设备150可以用于跟踪输入/输出接口140，例如跟踪控制器(其可以包括例如ir光源)或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。在一些实施例中，近眼显示器120可以包括一个或更多个成像设备以跟踪输入/输出接口140，例如跟踪控制器或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。
57.控制台110可以根据从外部成像设备150、近眼显示器120和输入/输出接口140中的一者或更多者接收到的信息向近眼显示器120提供内容以呈现给用户。在图1所示的示例中，控制台110可以包括应用储存器112、头戴式装置跟踪模块114、人工现实引擎116和眼睛跟踪模块118。控制台110的一些实施例可以包括与结合图1描述的模块不同的模块或附加的模块。下面进一步描述的功能可以以不同于此处描述的方式在控制台110的部件之间分布。
58.在一些实施例中，控制台110可以包括处理器和存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。非暂时性计算机可读存储介质可以是任何存储器，例如硬盘驱动器、可移动存储器、或固态驱动器(例如，闪存或动态随机存取存储器(dram))。在各种实施例中，结合图1描述的控制台110的模块可以被编码为非暂时性计算机可读存储介质中的指令，这些指令当由处理器执行时使处理器执行下面进一步描述的功能。
59.应用储存器112可以存储用于由控制台110执行的一个或更多个应用。应用可以包括一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以对经由用户眼睛的移动从用户接收的输入或者从输入/输出接口140接收的输入进行响应。应用的示例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
60.头戴式装置跟踪模块114可以使用来自外部成像设备150的慢速校准信息来跟踪近眼显示器120的移动。例如，头戴式装置跟踪模块114可以使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和近眼显示器120的模型来确定近眼显示器120的参考点的位置。头戴式装置跟踪模块114还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器120的参考点的位置。另外，在一些实施例中，头戴式装置跟踪模块114可以使用快速校准信息、慢速校准信息中的部分或它们的任何组合来预测近眼显示器120的未来位置。头戴式装置跟踪模块114可以向人工现实引擎116提供近眼显示器120的估计或预测的未来位置。
61.人工现实引擎116可以在人工现实系统环境100内执行应用，并从头戴式装置跟踪模块114接收近眼显示器120的位置信息、近眼显示器120的加速度信息、近眼显示器120的速度信息、近眼显示器120的预测的未来位置或它们的任何组合。人工现实引擎116还可以从眼睛跟踪模块118接收所估计的眼睛位置和取向信息。基于接收到的信息，人工现实引擎116可以确定提供给近眼显示器120以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则人工现实引擎116可以为近眼显示器120生成反映(mirror)用户的眼睛在虚拟环境中移动的内容。另外，人工现实引擎116可以响应于从输入/输出接口140接收的动作请求来执行在控制台110上执行的应用内的动作，并且向用户提供指示动作已经被执行的反馈。反馈可以是经由近眼显示器120的视觉或听觉反馈，或者经由输入/输出接口140的触觉反馈。
62.眼睛跟踪模块118可以从眼睛跟踪单元130接收眼睛跟踪数据，并基于眼睛跟踪数
据确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括相对于近眼显示器120或其任何元件的眼睛的取向、定位或取向和定位两者。因为眼睛的旋转轴根据眼睛在其眼窝(socket)中的定位而改变，所以确定眼睛在其眼窝中的定位可以允许眼睛跟踪模块118更准确地确定眼睛的取向。
63.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的hmd设备200形式的近眼显示器的示例的透视图。hmd设备200可以是例如vr系统、ar系统、mr系统或它们的任何组合的一部分。hmd设备200可以包括主体220和头带230。图2以透视图示出了主体220的底侧223、前侧225和左侧227。头带230可以具有可调节的长度或可延伸的长度。在hmd设备200的主体220和头带230之间可以存在足够的空间，用于允许用户将hmd设备200安装到用户的头上。在各种实施例中，hmd设备200可以包括附加的部件、更少的部件或不同的部件。例如，在一些实施例中，hmd设备200可以包括例如如以下图3所示的眼镜腿(eyeglass temples)和镜腿末端(temples tips)，而不是头带230。
64.hmd设备200可以向用户呈现包括具有计算机生成的元素的物理、真实世界环境的虚拟视图和/或增强视图的媒体。hmd设备200呈现的媒体的示例可以包括图像(例如，二维(2d)或三维(3d)图像)、视频(例如，2d或3d视频)、音频或它们的任何组合。图像和视频可以通过封装在hmd设备200的主体220中的一个或更多个显示组件(在图2中未示出)呈现给用户的每只眼睛。在各种实施例中，一个或更多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，用户的每只眼睛对应于一个显示面板)。例如，电子显示面板的示例可以包括lcd、oled显示器、iled显示器、μled显示器、amoled、toled、某种其他显示器或它们的任何组合。hmd设备200可以包括两个视窗(eye box)区域。
65.在一些实施方式中，hmd设备200可以包括各种传感器(未示出)，例如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛跟踪传感器。这些传感器中的一些可以使用结构光图案用于感测。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括用于与控制台通信的输入/输出接口。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括虚拟现实引擎(未示出)，该虚拟现实引擎可以在hmd设备200内执行应用，并从各种传感器接收hmd设备200的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实施方式中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或更多个显示组件产生信号(例如，显示指令)。在一些实施方式中，hmd设备200可以包括定位器(未示出，例如定位器126)，所述定位器相对于彼此和相对于参考点被定位在主体220上的固定位置中。每个定位器可以发射可由外部成像设备检测的光。
66.图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器300的示例的透视图。近眼显示器300可以是图1的近眼显示器120的具体实施方式，并且可以被配置为作为虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器进行操作。近眼显示器300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置成向用户呈现内容。在一些实施例中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如以上参考图1的近眼显示器120所描述的，显示器310可以包括lcd显示面板、led显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。
67.近眼显示器300还可以包括在框架305上或在框架305内的各种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施例中，传感器350a-350e
可以包括一个或更多个图像传感器，所述图像传感器被配置为生成表示不同方向上的不同视场的图像数据。在一些实施例中，传感器350a-350e可以用作输入设备以控制或影响近眼显示器300的显示内容，和/或向近眼显示器300的用户提供交互式vr/ar/mr体验。在一些实施例中，传感器350a-350e也可以用于立体成像。
68.在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括一个或更多个照明器330，以将光投射到物理环境中。投射的光可以与不同的频带(例如可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以服务于多种目的。例如，照明器330可以在黑暗环境中(或者在具有低强度的红外光、紫外光等的环境中)投射光，来帮助传感器350a-350e在黑暗环境内捕获不同对象的图像。在一些实施例中，照明器330可以用于将特定的光图案投射到环境内的对象上。在一些实施例中，照明器330可以用作定位器，例如上面参考图1描述的定位器126。
69.在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括高分辨率相机340。相机340可以捕获视场中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的人工现实引擎116)处理，以将虚拟对象添加到所捕获的图像或者修改所捕获的图像中的物理对象，并且处理后的图像可以由用于ar应用或mr应用的显示器310显示给用户。
70.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统400的示例。增强现实系统400可以包括投影仪410和组合器415。投影仪410可以包括光源或图像源412和投影仪光学器件414。在一些实施例中，光源或图像源412可包括一个或更多个上述微led器件。在一些实施例中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多个像素，例如lcd显示面板或led显示面板。在一些实施例中，图像源412可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器、led和/或上述微led。在一些实施例中，图像源412可以包括多个光源(例如，上述微led的阵列)，每个光源发射对应于原色(primary color)(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源412可以包括三个二维微led阵列，其中每个二维微led阵列可以包括被配置为发射原色(例如，红色、绿色或蓝色)光的微led。在一些实施例中，图像源412可以包括光学图案生成器，例如空间光调制器。投影仪光学器件414可以包括一个或更多个光学部件，所述一个或更多个光学部件可以调节来自图像源412的光，例如扩展、准直、扫描来自图像源412的光或将来自图像源412的光投射到组合器415。例如，一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。例如，在一些实施例中，图像源412可以包括一个或更多个一维微led阵列或细长的二维微led阵列，并且投影仪光学器件414可以包括一个或更多个一维扫描器(例如，微反射镜(micro-mirror)或棱镜)，该一维扫描器被配置为扫描一维微led阵列或细长的二维微led阵列以生成图像帧。在一些实施例中，投影仪光学器件414可以包括具有多个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，所述液体透镜允许对来自图像源412的光进行扫描。
71.组合器415可以包括输入耦合器430，用于将来自投影仪410的光耦合到组合器415的基底420中。组合器415可以透射至少50％的第一波长范围内的光并且反射至少25％的第二波长范围内的光。例如，第一波长范围可以是从约400nm至约650nm的可见光，并且第二波长范围可以在红外波段，例如从约800nm至约1000nm。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(doe)(例如，表面浮雕光栅)、基底420的倾斜表面或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。例如，输入耦合器430可以包括反射体布拉格光栅或透射体布拉格光栅。
输入耦合器430对于可见光可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。耦合到基底420中的光可以通过例如全内反射(tir)在基底420内传播。基底420可以呈一副眼镜的镜片的形式。基底420可以具有平坦的表面或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、晶体或陶瓷。基底的厚度可以在例如从小于约1mm至约10mm或更大的范围内。基底420对可见光可以是透明的。
72.基底420可以包括多个输出耦合器440或者可以被耦合至多个输出耦合器440，每个输出耦合器被配置成从基底420提取由基底420引导并在基底420内传播的光的至少一部分，并且将所提取的光460引导到视窗495，当增强现实系统400被使用时，增强现实系统400的用户的眼睛490可以位于视窗495处。多个输出耦合器440可以复制出射光瞳(exit pupil)，以增加视窗495的尺寸，使得显示的图像在更大的区域中可见。如同输入耦合器430一样，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他衍射光学元件(doe)、棱镜等。例如，输出耦合器440可以包括反射体布拉格光栅或透射体布拉格光栅。输出耦合器440在不同位置处可以具有不同的耦合(例如衍射)效率。基底420还可以允许来自组合器415前面的环境的光450以很少的损失或没有损失地穿过。输出耦合器440也可以允许光450以很少的损失穿过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有非常低的衍射效率，使得光450可以被折射或者以其他方式以很少的损失穿过输出耦合器440，并且因此可以具有比所提取的光460更高的强度。在一些实施方式中，输出耦合器440对光450可以具有高衍射效率，并且可以在某些期望的方向上(即，衍射角)以很少的损失衍射光450。结果，用户可以观看组合器415前面的环境与由投影仪410投射的虚拟对象的图像的组合图像。
73.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器530的近眼显示(ned)设备500的示例。ned设备500可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。ned设备500可以包括光源510、投影光学器件520和波导显示器530。光源510可以包括针对不同颜色的多个光发射器面板，例如红色光发射器512面板、绿色光发射器514面板和蓝色光发射器516面板。红色光发射器512被组织成阵列；绿色光发射器514被组织成阵列；并且蓝色光发射器516被组织成阵列。光源510中的光发射器的尺寸和间距可以很小。例如，每个光发射器可以具有小于2μm(例如，约1.2μm)的直径并且间距可以小于2μm(例如，约1.5μm)。因此，每个红色光发射器512、绿色光发射器514和蓝色光发射器516中的光发射器的数量可以等于或大于显示图像中的像素的数量，例如960
×
720个、1280
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720个、1440
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1080个、1920
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1080个、2160
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1080个或2560
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1080个像素。因此，可以由光源510同时生成显示图像。在ned设备500中可能不使用扫描元件。
74.在到达波导显示器530之前，光源510发射的光可以由投影光学器件520调节，投影光学器件520可以包括透镜阵列。投影光学器件520可以将光源510发射的光准直或聚焦到波导显示器530，波导显示器530可以包括耦合器532，耦合器532用于将光源510发射的光耦合到波导显示器530中。耦合到波导显示器530中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器530内传播。耦合器532还可以将在波导显示器530内传播的光的一部分从波导显示器530耦合出去并朝向用户的眼睛590。
75.图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器580的近眼显示(ned)设备550的示
例。在一些实施例中，ned设备550可以使用扫描反射镜570将来自光源540的光投射到用户眼睛590可能位于其中的像场。ned设备550可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。光源540可以包括一行或更多行或一列或更多列不同颜色的光发射器，例如多行红色光发射器542、多行绿色光发射器544和多行蓝色光发射器546。例如，红色光发射器542、绿色光发射器544和蓝色光发射器546可以各自包括n行，每行包括例如2560个光发射器(像素)。红色光发射器542被组织成阵列；绿色光发射器544被组织成阵列；并且蓝色光发射器546被组织成阵列。在一些实施例中，光源540可以包括针对每种颜色的单排光发射器。在一些实施例中，光源540可以包括针对红色、绿色和蓝色中的每一种颜色的多列光发射器，其中每列可以包括例如1080个光发射器。在一些实施例中，光源540中的光发射器的尺寸和/或间距可能相对较大(例如，约3μm-约5μm)，并且因此光源540可能不包括用于同时生成完整显示图像的足够的光发射器。例如，针对单个颜色的光发射器的数量可能少于显示图像中的像素的数量(例如，2560
×
1080个像素)。光源540发射的光可以是一组准直的或发散的光束。
76.在到达扫描反射镜570之前，光源540发射的光可以通过各种光学器件(例如准直透镜或自由形状光学元件(freeform optical element)560)调节。自由形状光学元件560可以包括例如多刻面棱镜或另一光折叠元件，该多刻面棱镜或该另一光折叠元件可以将光源540发射的光导向扫描反射镜570，例如改变光源540发射的光的传播方向，例如，改变约90
°
或更大。在一些实施例中，自由形状光学元件560可以是可旋转的以扫描光。扫描反射镜570和/或自由形状光学元件560可以将光源540发射的光反射并投射到波导显示器580，波导显示器580可以包括耦合器582，耦合器582用于将光源540发射的光耦合到波导显示器580中。耦合到波导显示器580中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器580内传播。耦合器582还可以将在波导显示器580内传播的光的一部分从波导显示器580耦合出去并朝向用户的眼睛590。
77.扫描反射镜570可以包括微机电系统(mems)反射镜或任何其他合适的反射镜。扫描反射镜570可以旋转以在一个维度或二个维度上进行扫描。随着扫描反射镜570的旋转，光源540发射的光可以被引导到波导显示器580的不同区域，使得在每个扫描循环中，完整的显示图像可以被投射到波导显示器580上并且由波导显示器580引导到用户的眼睛590。例如，在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在列或行方向(例如，x或y方向)上旋转以扫描图像。在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的一些像素但不是所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在行和列两个方向(例如，x和y两个方向)上旋转以(例如，使用光栅型扫描图案(raster-type scanning pattern))投射显示图像。
78.ned设备550可以在预定义的显示周期中操作。显示周期(例如，显示循环)可以指在其中扫描或投射完整图像的持续时间。例如，显示周期可以是期望的帧速率的倒数。在包括扫描反射镜570的ned设备550中，显示周期也可以被称为扫描周期或扫描循环。光源540生成的光可以与扫描反射镜570的旋转同步。例如，每个扫描循环可以包括多个扫描步骤，其中光源540可以在每个相应的扫描步骤中生成不同的光图案。
79.在每个扫描循环中，随着扫描反射镜570的旋转，显示图像可以被投射到波导显示器580和用户的眼睛590上。显示图像的给定像素位置的实际颜色值和光强度(例如亮度)可
以是在扫描周期期间照射该像素位置的三种颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光束的平均值。在完成一个扫描周期后，扫描反射镜570可以返回到初始位置来为下一个显示图像的前几行投射光，或者可以反向旋转或扫描图案来为下一个显示图像投射光，其中可以将新的一组驱动信号馈送到光源540。随着扫描反射镜570在每个扫描循环中旋转，可以重复相同的过程。因此，可以在不同的扫描循环中将不同的图像投射到用户的眼睛590。
80.图6示出了根据某些实施例的近眼显示系统600中的图像源组件610的示例。例如，图像源组件610可以包括：显示面板640，其可以生成要投射到用户眼睛的显示图像；以及投影仪650，其可以将显示面板640生成的显示图像投射到如上参照图4-图5b所述的波导显示器。显示面板640可以包括光源642和用于光源642的驱动器电路644。例如，光源642可以包括光源510或540。例如，投影仪650可以包括上述的自由形状光学元件560、扫描反射镜570和/或投影光学器件520。近眼显示系统600还可以包括同步控制光源642和投影仪650(例如，扫描反射镜570)的控制器620。图像源组件610可以生成图像光并将图像光输出到波导显示器(图6中未示出)，例如波导显示器530或580。如上所述，波导显示器可以在一个或更多个输入耦合元件处接收图像光，并将接收到的图像光引导至一个或更多个输出耦合元件。输入耦合元件和输出耦合元件可以包括例如衍射光栅、全息光栅、棱镜或它们的任何组合。输入耦合元件可以被选择成使得波导显示器发生全内反射。输出耦合元件可以将全内反射的图像光的一部分从波导显示器耦合出去。
81.如上所述，光源642可以包括以阵列或矩阵布置的多个光发射器。每个光发射器可以发射单色光，例如红光、蓝光、绿光、红外光等。虽然在本公开中经常讨论rgb颜色，但是本文描述的实施例不限于使用红色、绿色和蓝色作为原色。其他颜色也可以被用作近眼显示系统600的原色。在一些实施例中，根据实施例的显示面板可以使用多于三种原色。光源642中的每个像素可以包括三个子像素，包括红色微led、绿色微led和蓝色微led。半导体led通常包括在多层半导体材料内的有源发光层。多层半导体材料可以包括不同的复合材料或具有不同掺杂剂和/或不同掺杂密度的相同基本材料。例如，多层半导体材料可以包括n型材料层、可以包括异质结构(例如，一个或更多个量子阱)的有源区和p型材料层。多层半导体材料可以生长在具有某个取向的基底的表面上。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
82.控制器620可以控制图像源组件610的图像渲染操作，例如光源642和/或投影仪650的操作。例如，控制器620可以确定用于图像源组件610渲染一个或更多个显示图像的指令。指令可以包括显示指令和扫描指令。在一些实施例中，显示指令可以包括图像文件(例如位图(bitmap)文件)。例如，可以从控制台(例如上面参照图1描述的控制台110)接收显示指令。图像源组件610可以使用扫描指令来生成图像光。例如，扫描指令可以指定图像光源的类型(例如，单色或多色)、扫描速率、扫描装置的取向、一个或更多个照明参数或它们的任意组合。控制器620可以包括这里未示出以免模糊本公开的其他方面的硬件、软件和/或固件的组合。
83.在一些实施例中，控制器620可以是显示设备的图形处理单元(gpu)。在其他实施例中，控制器620可以是其他种类的处理器。由控制器620执行的操作可以包括获取用于显示的内容并将内容划分为离散的部分。控制器620可以向光源642提供扫描指令，该扫描指令包括对应于光源642的单独源元件的地址和/或施加到单独源元件的电偏压。控制器620
可以指示光源642使用与最终显示给用户的图像中的一行或更多行像素相对应的光发射器来顺序地呈现离散部分。控制器620还可以指示投影仪650执行对光的不同调整。例如，控制器620可以控制投影仪650以将离散部分扫描到如上文参照图5b所述的波导显示器(例如，波导显示器580)的耦合元件的不同区域。因此，在波导显示器的出射光瞳处，每个离散部分被呈现在不同的相应位置上。虽然每个离散部分在不同的相应时间被呈现，但离散部分的呈现和扫描发生得足够快，使得用户的眼睛可以将不同部分整合成单个图像或一系列图像。
84.图像处理器630可以是通用处理器和/或专用于执行本文所述特征的一个或更多个专用电路。在一个实施例中，通用处理器可以耦合到存储器以执行使处理器执行本文描述的特定过程的软件指令。在另一实施例中，图像处理器630可以是专用于执行特定特征的一个或更多个电路。虽然图6中的图像处理器630被示为与控制器620和驱动器电路644分离的独立单元，但在其他实施例中，图像处理器630可以是控制器620或驱动器电路644的子单元。换句话说，在这些实施例中，控制器620或驱动器电路644可以执行图像处理器630的各种图像处理功能。图像处理器630也可以被称为图像处理电路。
85.在图6所示的示例中，光源642可以由驱动器电路644基于从控制器620或图像处理器630发送的数据或指令(例如，显示和扫描指令)进行驱动。在一个实施例中，驱动器电路644可以包括连接到光源642的各个光发射器并机械地保持光源642的各个光发射器的电路板。光源642可以根据由控制器620设置并潜在地由图像处理器630和驱动器电路644调整的一个或更多个照明参数来发射光。光源642可以使用照明参数来生成光。例如，照明参数可以包括源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲式)、可能影响发射的光的一个或更多个其他参数或它们的任何组合。在一些实施例中，由光源642生成的源光可包括多束红光、绿光和蓝光、或它们的任意组合。
86.投影仪650可执行一组光学功能，例如聚焦、组合、调节或扫描由光源642生成的图像光。在一些实施例中，投影仪650可以包括组合组件、光调节组件或扫描反射镜组件。投影仪650可以包括一个或更多个光学部件，该一个或更多个光学部件光学地调整和潜在地重新引导来自光源642的光。对光的调整的一个示例可以包括调节光，例如扩展、准直、校正一个或更多个光学误差(例如，像场弯曲、色差等)、光的一些其他调整或它们的任何组合。例如，投影仪650的光学部件可以包括透镜、反射镜、光圈、光栅或它们的任何组合。
87.投影仪650可以经由其一个或更多个反射和/或折射部分重新引导图像光，使得图像光以特定取向朝向波导显示器进行投射。图像光被重新引导朝向波导显示器的位置可以取决于一个或更多个反射和/或折射部分的具体取向。在一些实施例中，投影仪650包括在至少两个维度上进行扫描的单个扫描反射镜。在其他实施例中，投影仪650可以包括多个扫描反射镜，每个扫描反射镜在彼此正交的方向上进行扫描。投影仪650可执行(水平或垂直)光栅扫描、双共振扫描或它们的任何组合。在一些实施例中，投影仪650可以以特定的振荡频率沿水平和/或垂直方向执行受控振动，以沿两个维度进行扫描并生成呈现给用户眼睛的媒体的二维投影图像。在其他实施例中，投影仪650可以包括可用于与一个或更多个扫描反射镜类似或相同功能的透镜或棱镜。在一些实施例中，图像源组件610可以不包括投影仪，其中由光源642发射的光可以直接入射在波导显示器上。
88.在半导体led中，通常通过有源区(例如，一个或更多个半导体层)内的电子和空穴
的复合以一定的内部量子效率产生光子，其中，内部量子效率是有源区中发射光子的辐射电子-空穴复合的比例。然后可以从led中在特定方向上或在特定立体角内提取所产生的光。从led中提取的发射的光子的数量与穿过led的电子的数量之比被称为外部量子效率，它描述了led将注入的电子转化为从器件中提取的光子的效率如何。
89.外部量子效率可以与注入效率、内部量子效率和提取效率成比例。注入效率指的是穿过器件注入有源区的电子的比例。提取效率是在有源区中产生的、从器件逃逸的光子的比例。对于led以及特别地具有减小的物理尺寸的微led，提高内部量子效率和外部量子效率和/或控制发射光谱可能具有挑战性。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
90.图7a示出了具有垂直台面结构的led 700的示例。led 700可以是光源510、540或642中的光发射器。led 700可以是由无机材料(例如多层半导体材料)制成的微led。分层半导体发光器件可以包括多层iii-v族半导体材料。iii-v族半导体材料可以包括一种或更多种iii族元素(例如铝(al)、镓(ga)或铟(in))与v族元素(例如氮(n)、磷(p)、砷(as)或锑(sb))组合。当iii-v族半导体材料的v族元素包括氮时，iii-v族半导体材料被称为iii族氮化物材料。可以通过使用诸如气相外延(vpe)、液相外延(lpe)、分子束外延(mbe)或金属有机化学气相沉积(mocvd)的技术在基底上生长多个外延层来制造分层半导体发光器件。例如，半导体材料的层可以在具有某个晶格取向(例如，极性取向、非极性取向或半极性取向)的基底上逐层生长，基底例如为gan基底、gaas基底或gap基底、或者包括但不限于以下的基底：蓝宝石(sapphire)、碳化硅(silicon carbide)、硅(silicon)、氧化锌(zinc oxide)、氮化硼(boron nitride)、铝酸锂(lithium aluminate)、铌酸锂(lithium niobate)、锗(germanium)、氮化铝(aluminum nitride)、镓酸锂(lithium gallate)、部分被取代的尖晶石或共享β-lialo2结构的四元四方氧化物(quaternary tetragonal oxide)，其中可以在特定方向上切割基底，以暴露特定平面作为生长表面。
91.在图7a所示的示例中，led 700可以包括基底710，其可以包括例如蓝宝石基底或gan基底。半导体层720可以生长在基底710上。半导体层720可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层730可以生长在半导体层720上以形成有源区。有源层730可以包括iii-v族材料(例如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，例如一个或更多个量子阱或mqw。半导体层740可以生长在有源层730上。半导体层740可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层720和半导体层740中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。半导体层720和半导体层740夹着有源层730以形成发光区。例如，led 700可以包括位于掺杂有镁的p型gan层和掺杂有硅或氧的n型gan层之间的ingan层。在一些实施例中，led 700可以包括位于掺杂有锌或镁的p型alingap层与掺杂有硒、硅或碲的n型alingap层之间的alingap层。
92.在一些实施例中，可以生长电子阻挡层(ebl)(图7a中未示出)以在半导体层720或半导体层740中的至少一个和有源层730之间形成一层。ebl可以降低电子泄漏电流并提高led的效率。在一些实施例中，重掺杂半导体层750(例如p

或p

半导体层)可以形成在半导体层740上并且充当用于形成欧姆接触并降低器件的接触阻抗的接触层。在一些实施例中，
导电层760可以形成在重掺杂半导体层750上。导电层760可以包括例如氧化铟锡(ito)或al/ni/au膜。在一个示例中，导电层760可以包括透明ito层。
93.为了与半导体层720(例如n-gan层)接触并更有效地从led 700中提取有源层730发射的光，可以蚀刻半导体材料层(包括重掺杂半导体层750、半导体层740、有源层730和半导体层720)以暴露半导体层720并形成包括层720-760的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件内。蚀刻台面结构可导致形成可与生长平面正交的台面侧壁732。钝化层770可以形成在台面结构的侧壁732上。钝化层770可以包括氧化物层，例如sio2层，并且可以充当反射器以将发射的光从led 700反射出去。接触层780可以包括金属层(例如al、au、ni、ti或它们的任意组合)，接触层780可以形成在半导体层720上并且可以充当led 700的电极。此外，另一接触层790(诸如al/ni/au金属层)可以形成在导电层760上并可以充当led 700的另一电极。
94.当电压信号被施加到接触层780和790时，电子和空穴可以在有源层730中复合，其中电子和空穴的复合可以引起光子发射。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层730中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，algan有源层可以发射蓝光至紫外光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以被钝化层770反射并且可以从顶部(例如，导电层760和接触层790)或底部(例如，基底710)离开led 700。
95.在一些实施例中，led 700可以在光发射表面(例如基底710)上包括一个或更多个其他部件(例如透镜)以聚焦或准直发射的光或将发射的光耦合到波导中。在一些实施例中，led可以包括另一种形状(例如平面、圆锥形、半抛物线形或抛物线形)的台面，并且台面的基础区域(base area)可以是圆形、矩形、六边形或三角形。例如，led可以包括曲面形状(例如，抛物面形状)和/或非曲面形状(例如，圆锥形状)的台面。台面可以被截断或不被截断。
96.图7b是具有抛物线型台面结构的led 705的示例的横截面视图。类似于led 700，led 705可以包括多层半导体材料，例如多层iii-v族半导体材料。半导体材料层可以外延生长在基底715(例如gan基底或蓝宝石基底)上。例如，半导体层725可以生长在基底715上。半导体层725可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层735可以生长在半导体层725上。有源层735可以包括iii-v族材料(诸如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱。半导体层745可以生长在有源层735上。半导体层745可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层725和半导体层745中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。
97.为了与半导体层725(例如，n型gan层)接触并更有效地从led 705中提取有源层735发射的光，可以蚀刻半导体层以暴露半导体层725并形成包括层725-745的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件的注入区域内。蚀刻台面结构可导致形成台面侧壁(在本文中也称为刻面)，该台面侧壁可与和层725-745的晶体生长相关联的生长平面不平行或在一些情况下与其正交。
98.如图7b所示，led 705可以具有包括平顶的台面结构。介电层775(例如，sio2或
sinx)可以形成在台面结构的刻面上。在一些实施例中，介电层775可以包括多层介电材料。在一些实施例中，金属层795可以形成在介电层775上。金属层795可以包括一种或更多种金属或金属合金材料，诸如铝(al)、银(ag)、金(au)、铂(pt)、钛(ti)、铜(cu)或它们的任何组合。介电层775和金属层795可以形成台面反射器，该台面反射器可以将有源层735发射的光朝向基底715反射。在一些实施例中，台面反射器可以是抛物线形状的以充当可以至少部分地准直发射的光的抛物线型反射器。
99.电触点765和电触点785可以分别形成在半导体层745和半导体层725上以充当电极。电触点765和电触点785可以各自包括导电材料(诸如al、au、pt、ag、ni、ti、cu或它们任意组合(例如，ag/pt/au或al/ni/au))，并可以充当led 705的电极。在图7b所示的示例中，电触点785可以是n型触点，并且电触点765可以是p型触点。电触点765和半导体层745(例如，p型半导体层)可以形成背向反射器(back reflector)以用于将有源层735发射的光往回朝向基底715反射。在一些实施例中，电触点765和金属层795包括(一种或更多种)相同的材料并且可以使用相同的工艺形成。在一些实施例中，可以包括附加导电层(未示出)作为在电触点765和785与半导体层之间的中间导电层。
100.当跨触点765和触点785施加电压信号时，电子和空穴可以在有源层735中复合。电子和空穴的复合可引起光子发射，从而产生光。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层735中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以在许多不同的方向上传播，并且可以被台面反射器和/或背向反射器反射并且可以例如从图7b中所示的底侧(例如，基底715)离开led 705。一个或更多个其他次级光学部件(诸如透镜或光栅)可以形成在光发射表面(诸如基底715)上，以聚焦或准直发射的光和/或将发射的光耦合到波导中。
101.基于波导的显示系统的整体效率可以是显示系统中各个部件的效率的乘积，并且还可以取决于部件如何耦合在一起。在一个简化的示例中，基于波导的显示系统的整体效率η
tot
可以确定为η
tot
＝η
eqe
×
η
in
×
η
out
，其中η
eqe
是微led的外部量子效率，η
in
是显示光从微led进入波导的内耦合效率并且可以是显示系统中光收集光学器件(例如透镜)的光收集效率和收集的光(例如通过光栅耦合器)进入波导的耦合效率的乘积，而η
out
是显示光从波导朝向用户的眼睛的外耦合效率。因此，可以通过提高η
eqe
、i
in
和η
out
中的一个或更多个来提高整体效率η
tot
。
102.在半导体led中，通常通过有源区(例如，一个或更多个半导体层)内的电子和空穴的复合以一定的内部量子效率产生光子，其中，内部量子效率是有源区中发射光子的电子-空穴复合的比例。然后可以在特定方向上或在特定立体角内从led中提取所产生的光。从led中提取的发射光子数与穿过led的电子数之比被称为外部量子效率，它描述了led将注入的电子转化为从器件中提取的光子的效率如何。
103.在一些实施例中，为了增加光提取效率并因此增加外部量子效率，一个或更多个其他光学部件(诸如透镜)可以形成在光发射表面(诸如基底710或710’)上，以将发射的光在特定立体角内提取出led，和/或以聚焦或准直发射的光。例如，在一些实施例中，微透镜阵列可以形成在微led阵列上，其中从每个微led发射的光可以由一个或更多个微透镜收集和提取，并且可以被准直、被聚焦或被扩展，且然后被引导到基于波导的显示系统中的波导。微透镜可以有助于增加光收集效率，从而提高耦合效率和显示系统的整体效率。
104.图8示出了包括微led阵列820和用于从微led阵列820提取光的微透镜阵列840的设备800的示例。微led阵列820可以包括微led的一维或二维阵列，其中微led可均匀分布并且可由例如绝缘体830、导体或其任何组合隔开。微led阵列820可包括形成在基底810上的外延结构，或形成在基底810上的金属和/或绝缘体层，如上面参考例如图7a和图7b所述。绝缘体830可以包括例如钝化层(例如，钝化层770)、光反射层、填充材料(例如，聚合物)等。
105.微透镜阵列840可以直接形成在微led阵列820上，或者可以形成在基底上，然后被键合到微led阵列820。例如，微透镜阵列840可以被蚀刻在微led阵列820的介电层(诸如微led阵列820的基底或氧化物层(例如sio2层))中，或者可以形成在被沉积在微led阵列820上的介电层(诸如氧化物层或聚合物层)上，如下面详细描述的。在图8所示的示例中，微透镜阵列840可以与微led阵列820对准，其中微led阵列820的间距822可以与微透镜阵列840的间距842相同，并且微透镜阵列840中的每个微透镜的光轴可以与微led阵列820中的相应微led的中心对准。因此，来自每个微led的光的主光线在穿过对应的微透镜之后可以相同，诸如在光轴方向上或在垂直于微led阵列820的方向上。
106.如图8所示，来自微透镜阵列840中的每个微透镜的光束850可以具有与对应的微透镜的光轴对准的主光线852。例如，光束850的主光线852相对于微透镜阵列840或微led阵列820可以在90
°
处。微透镜的焦距以及微透镜与对应的微led的距离可以被配置成使得光束850可以是准直的光束、会聚的光束或发散的光束。
107.在一些实施例中，微led阵列820的间距822可以与微透镜阵列840的间距842相同，但是微透镜阵列840可以不与微led阵列820对准，其中微透镜阵列840中的每个微透镜的光轴可以偏离微led阵列820中的相应的微led的中心。因此，每个光束的主光线在穿过相应的微透镜之后可能不与每个微透镜的光轴对准。然而，因为间距匹配，所以光束的主光线在穿过微透镜阵列840之后可以在相同的方向上。在一些实施例中，为了提高显示光从微led进入基于波导的显示系统的内耦合效率，可能期望来自每个微led的光以不同的各自角度被引导到波导。
108.图9示出了根据某些实施例的包括微led阵列920和用于从微led阵列920提取和会聚光的微透镜阵列940的设备900的示例。微led阵列920可以包括微led的一维或二维阵列，其中微led可均匀分布并且可由例如绝缘体930、导体或导体和绝缘体的任何组合隔开。微led阵列920可以包括形成在基底910上的外延结构，如上面关于例如图7a和图7b所述。绝缘体930可以包括例如钝化层(例如，钝化层770)、光反射层、填充材料(例如，聚合物)等。
109.微透镜阵列940可以直接形成在微led阵列920上，或者可以形成在基底上，然后被键合到微led阵列920。例如，微透镜阵列940可以被蚀刻在微led阵列920的介电层(诸如微led阵列920的基底或氧化物层(例如sio2层))中，或者可以形成在被沉积在微led阵列920上的介电层(诸如氧化物层或聚合物层)上，如下面详细描述的。微透镜的焦距以及微透镜与对应的微led的距离可以被配置成使得来自每个微透镜的光束可以是准直的光束、会聚的光束或发散的光束。
110.微led阵列920的间距922可以不同于(例如，小于或大于)微透镜阵列940的间距942，并且因此微透镜阵列940中的每个微透镜的光轴可以从微led阵列920中的相应的微led的中心偏移不同的距离。因此，来自每个微led的光的主光线950在穿过对应的微透镜之后可以不同。在图9所示的示例中，微led阵列920的间距922可以大于微透镜阵列940的间距
942，因此微透镜阵列940中的每个微透镜的光轴可以从微led阵列920中的相应的微led的中心偏移不同的距离。该偏移可以是微透镜的位置的函数。例如，偏移可以根据微透镜与设备900的中心的距离而线性地增加，并且因此，随着微led与设备900的中心的距离增加，微led的主光线950相对于微led阵列920的表面法线方向的角度可以逐渐增加。结果，来自微led的光的主光线950在穿过对应的微透镜之后可以在朝向微led阵列920的中线的不同方向上，并且可以如该示例中所示进行会聚。
111.图10示出了根据某些实施例的包括微led阵列1020和用于从微led阵列1020提取和会聚光的微透镜阵列1040的设备1000的示例。微led阵列1020可以包括微led的一维或二维阵列，其中微led可均匀分布并且可由例如绝缘体1030、导体或导体和绝缘体的任何组合隔开。微led阵列1020可以包括形成在基底1010上的外延结构，如上面关于例如图7a和图7b所述。绝缘体1030可以包括例如钝化层(例如，钝化层770)、光反射层、填充材料(例如，聚合物)等。
112.微透镜阵列1040可以直接形成在微led阵列1020上，或者可以形成在基底上，然后被键合到微led阵列1020。例如，微透镜阵列1040可以被蚀刻在微led阵列1020的介电层(诸如微led阵列1020的基底或氧化物层(例如sio2层))中，或者可以形成在被沉积在微led阵列1020上的介电层(诸如氧化物层或聚合物层)上，如下面详细描述的。微透镜的焦距以及微透镜与对应的微led的距离可以被配置成使得来自每个微透镜的光束可以是准直的光束、会聚的光束或发散的光束。
113.微led阵列1020的间距1022可以不同于(例如，小于或大于)微透镜阵列1040的间距1042，并且因此微透镜阵列1040中的每个微透镜的光轴可以从微led阵列1020中的相应的微led的中心偏移不同的距离。因此，来自每个微led的光的主光线1050在穿过对应的微透镜之后可以不同。在图10所示的示例中，微led阵列1020的间距1022可以小于微透镜阵列1040的间距1042，因此微透镜阵列1040中的每个微透镜的光轴可以从微led阵列1020中的相应的微led的中心偏移不同的距离。该偏移可以是微透镜的位置的函数。例如，偏移可以根据微透镜与设备1000的中心的距离而线性地增加。结果，来自微led的光的主光线1050在穿过对应的微透镜之后可以在不同的方向上，并且可以如该示例中所示进行发散。
114.在各种实施例中，微透镜阵列的间距可以是均匀的或非均匀的。例如，二维微透镜阵列的间距可以在两个正交方向上是均匀的，或者仅在一个方向上是均匀的，或者在两个方向上都是非均匀的。间距也可以在两个正交方向上是相同的或不同的。
115.图11示出了根据某些实施例的包括二维微led阵列1120和用于从二维微led阵列1120提取光的二维微透镜阵列1130的设备1100的示例。二维微led阵列1120可以包括如上所述在基底1110上制造的外延结构。2d微led阵列1120可以以x方向上的间距1122x和y方向上的间距1122y为特征，其中间距1122x和间距1122y可以相同或可以不同，并且间距1122x和间距1122y中的每一个可以是恒定的或者可以跨二维微led阵列1120变化。
116.2d微透镜阵列1130可以形成在2d微led阵列1120上，其中2d微透镜阵列1130中的每个微透镜可以对应于2d微led阵列1120中的每个相应的微led。2d微透镜阵列1130可以以x方向上的间距1132x和y方向上的间距1132y为特征，其中间距1132x和间距1132y可以相同或可以不同。间距1132x可以不同于间距1122x，和/或间距1132y可以不同于间距1122y。如上所述，二维微透镜阵列1130的间距可以在两个正交方向上是均匀的、仅在一个方向上是
均匀的、或在两个方向上都是非均匀的，诸如在一个或两个维度(例如，x方向和/或y方向)上变化。
117.如上面关于图9和图10所述，当间距1132x小于间距1122x时，来自2d微透镜阵列1130的主光线可以在x方向上会聚，并且当间距1132x大于间距1122x时，来自2d微透镜阵列1130的主光线可以在x方向上发散。类似地，当间距1132y小于间距1122y时，来自2d微透镜阵列1130的主光线可以在y方向上会聚，并且当间距1132y大于间距1122y时，来自2d微透镜阵列1130的主光线可以在y方向上发散。
118.上述微透镜阵列可以通过例如以下方式来制造：回流图案化的聚合物(例如，光致抗蚀剂)或使用灰度光掩模和对曝光剂量具有线性响应的光致抗蚀剂以在光致抗蚀剂中形成微透镜阵列，和/或干法蚀刻聚合物或光致抗蚀剂以将微透镜阵列的图案和形状转移到介电材料层(例如，基底或介电层)。
119.图12a-图12d示出了根据某些实施例的用于制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例。图12a示出了微led阵列器件的示例，其包括基底1210、微led 1220的阵列以及在相邻微led 1220之间的绝缘体和/或导体1230。微led 1220的阵列以及绝缘体和/或导体1230的表面可以通过例如化学机械抛光(cmp)、选择性蚀刻等来平坦化。介电层1240(例如，二氧化硅或氮化硅层)可以通过例如等离子体增强的化学气相沉积(pecvd)、原子层沉积等被沉积在微led 1220的阵列的平坦化后的表面上。
120.光致抗蚀剂层1250可以通过例如旋涂、喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等被沉积在介电层1240上。光致抗蚀剂层1250可以具有低对比度或对光(例如，紫外光)曝光剂量具有线性响应，使得光致抗蚀剂层1250的曝光部分的深度可以与曝光剂量相关(诸如是曝光剂量的线性函数)。光致抗蚀剂层1250可以包括正性或负性光致抗蚀剂材料。例如，光致抗蚀剂层1250可包括正性光致抗蚀剂材料，其中光致抗蚀剂材料暴露于光的部分可以变得可溶于光致抗蚀剂显影剂，而光致抗蚀剂材料的未曝光部分可保持不溶于光致抗蚀剂显影剂。正性光致抗蚀剂材料可以包括可在曝光后产生亲水性产物的光分解(photodecomposing)光致抗蚀剂。在一些实施例中，光致抗蚀剂层1250可包括负性光致抗蚀剂材料，诸如光聚合型(photopolymeric)光致抗蚀剂或光交联(photocrosslinking)光致抗蚀剂，其可在暴露于光时聚合或交联以产生不溶于光致抗蚀剂显影剂中的聚合物或大网络。此外，光致抗蚀剂层1250中的光致抗蚀剂材料可以通过与蚀刻下面的介电层1240相同的蚀刻工艺来蚀刻。在一些实施例中，光致抗蚀剂层1250中的光致抗蚀剂材料可以具有与使用相同蚀刻工艺的介电层1240(例如sio2或si3n4)的蚀刻速率相似的蚀刻速率，使得光致抗蚀剂层1250中的剩余光致抗蚀剂材料的厚度分布可以通过该蚀刻工艺转移到介电层1240。
121.图12b示出了灰度掩模1260可用于将光致抗蚀剂层1250暴露于曝光光线1270(诸如uv光)。在图12b所示的示例中，光致抗蚀剂层1250可以包括正性光致抗蚀剂。灰度掩模1260可以包括光透射率图案，其中灰度掩模1260的某些区域可以具有比其他区域更高的透射率，并且透射率可以从高透射率区域逐渐变化到低透射率区域。灰度掩模1260的光透射率分布可以与微透镜阵列的高度分布或光学长度分布互补。曝光光线1270可以具有均匀的强度。因此，在曝光之后，光致抗蚀剂层1250的曝光部分可以具有与灰度掩模1260的光透射率分布相对应的深度分布，并且因此可以与微透镜阵列的高度分布或光学长度分布互补。
光致抗蚀剂层1250的曝光部分可以改变化学结构(例如，分解成更小的分子)，使得该曝光部分可以变得更易溶于显影剂中。如图12b所示，光致抗蚀剂层1250的未曝光部分可以具有与微透镜阵列的高度分布或光学长度分布相类似的厚度分布，并且可以保持不溶于光致抗蚀剂显影剂。
122.图12c示出了在图12b所示的光致曝光和光致抗蚀剂显影工艺之后可在光致抗蚀剂层1250中形成微透镜阵列1252。如果光致抗蚀剂材料具有与介电材料相似的蚀刻速率，则微透镜阵列1252可以具有与介电层中最终微透镜阵列的期望厚度分布相似的厚度分布，或者如果光致抗蚀剂材料具有比介电材料更高或更低的蚀刻速率，则微透镜阵列1252可以具有不同于(例如，高于或低于)介电层中最终微透镜阵列的期望厚度分布的厚度分布。如下面详细描述的，在一些实施例中，形成在光致抗蚀剂层1250或另一聚合物层中的微透镜阵列1252可用作用于从微led 1220的阵列提取光的微透镜。在一些这样的实施例中，可以不使用介电层1240，并且在光致抗蚀剂层1250或另一聚合物层中形成的微透镜阵列1252可以与微led 1220的阵列直接接触。
123.图12d示出了具有图案化的微透镜阵列1252的光致抗蚀剂层1250和下面的介电层1240可以被蚀刻，以根据光致抗蚀剂材料和介电材料的相对蚀刻速率来线性或非线性地将微透镜阵列1252的厚度分布转移到介电层1240中，以在介电层1240中形成微透镜1242的阵列。蚀刻可以包括例如湿法蚀刻、离子铣削(ion milling)、基于等离子体的反应离子蚀刻或其任何组合。湿法蚀刻可以包括使用处于一定范围的温度和浓度的酸、碱和溶剂的组合的化学蚀刻。离子铣削可以包括在极低压力下并且使用使得电子可以被加速以用足够的能量撞击气体原子从而电离气体原子的高加速电势，来物理去除图案化的光致抗蚀剂层和下面的介电层的一部分。基于等离子体的反应离子蚀刻(rie)可以使用处于低压的化学反应性等离子体和电磁场来去除图案化的光致抗蚀剂层和基底的部分。在任何这些蚀刻技术中，光致抗蚀剂材料的蚀刻速率可以类似于或相当于介电材料的蚀刻速率，以便将图案化的光致抗蚀剂层的厚度分布转移到基底。例如，图案化的光致抗蚀剂层1250的蚀刻速率可以在介电层1240的蚀刻速率的约0.2倍至约5倍之间、在介电层1240的蚀刻速率的约0.3倍至约3倍之间、在介电层1240的蚀刻速率的约0.5倍至约2倍之间、在介电层1240的蚀刻速率的约0.7倍至约1.5倍之间、在基底的蚀刻速率的约0.8倍至约1.2倍之间等。
124.介电层1240中的微透镜1242的阵列可以具有不同于微led 1220的阵列的间距的间距。在图12d所示的示例中，介电层1240中的微透镜1242的阵列可以具有小于微led 1220的阵列的间距的间距，并且因此来自微led 1220的光的主光线在穿过对应的微透镜1242之后可以在不同的方向上，并且可以如图9所示进行会聚。
125.图13a-图13d示出了根据某些实施例的用于制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例。图13a示出了微led阵列器件的示例，其包括基底1310、微led 1320的阵列以及在相邻微led 1320之间的绝缘体和/或导体1330。微led 1320的阵列以及绝缘体和/或导体1330的表面可以通过例如cmp、选择性蚀刻等来平坦化。介电层1340(例如，二氧化硅或氮化硅层)可以通过例如pecvd、ald等被沉积在微led 1320的阵列的平坦化后的表面上。
126.光致抗蚀剂层1350可以通过例如旋涂、喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等被沉积在介电层1340上。光致抗蚀剂层1350可以包括如上所述的正性或负性光致
抗蚀剂材料。例如，光致抗蚀剂层1350可包括正性光致抗蚀剂材料，其中光致抗蚀剂材料暴露于光的部分可以变得可溶于光致抗蚀剂显影剂，而光致抗蚀剂材料的未曝光部分可保持不溶于光致抗蚀剂显影剂。光致抗蚀剂层1350中的光致抗蚀剂材料可以通过与蚀刻下面的介电层1340相同的蚀刻工艺来蚀刻。光致抗蚀剂层1350中的光致抗蚀剂材料可以具有与使用相同蚀刻工艺的介电层1340(例如sio2或si3n4)的蚀刻速率相类似或相当的蚀刻速率，使得光致抗蚀剂层1350中的光致抗蚀剂材料的厚度分布可以通过该蚀刻工艺转移到介电层1340。
127.光掩模1360可用于将光致抗蚀剂层1350暴露于曝光光线1370(诸如uv光)。光掩模1360可以具有二元光透射率图案，其中光掩模1360的某些区域可以对曝光光线1370透明，并且可以允许曝光光线1370穿过，而其他区域可以对曝光光线1370不透明，并且因此可以阻止曝光光线1370到达下面的光致抗蚀剂层1350的部分。二元光透射率图案可以具有类似于二元光栅的光透射率的光透射率分布，并且可以以小于微led 1320的阵列的间距的光栅周期或间距为特征。曝光光线1370可以具有均匀的强度。因此，在曝光之后，光致抗蚀剂层1350的曝光部分1352可以改变化学结构(例如，分解成更小的分子)，并且因此可以变得更易溶于光致抗蚀剂显影剂，而光致抗蚀剂层1350的未曝光部分1354可以保持不溶于光致抗蚀剂显影剂。
128.图13b示出了在图13a所示的光致曝光和光致抗蚀剂显影工艺之后，可以在光致抗蚀剂层1350中形成光致抗蚀剂材料的图案。光致抗蚀剂层1350的曝光部分1352可以在光致抗蚀剂显影工艺期间被去除，而光致抗蚀剂层1350的剩余部分1354可以形成光栅结构。因为光掩模1360的透射率分布的间距不同于微led 1320的阵列的间距，所以由光致抗蚀剂层1350的剩余部分1354形成的光栅结构可以具有与微led 1320的阵列的间距不同的间距。
129.图13c示出了光致抗蚀剂层1350的剩余部分1354可以经历热回流(thermal reflow)工艺。例如，光致抗蚀剂层1350的剩余部分1354可以从微led 1320的阵列的顶部或底部被加热到略高于光致抗蚀剂层1350的熔点的温度，使得光致抗蚀剂可以液化。熔化的光致抗蚀剂材料可以回流并达到由液态光致抗蚀剂材料的表面张力控制的平衡状态。该平衡状态可以是特定光致抗蚀剂体积的球形帽，这取决于光致抗蚀剂材料在介电层1340的表面上的接触角。在达到平衡状态之后，可以允许光致抗蚀剂材料冷却并固化，以在光致抗蚀剂层1350中形成微透镜阵列1356。微透镜阵列1356可以用作用于从微led 1320的阵列提取光的微透镜，或者可以用作用于蚀刻下面的介电层1340的掩模层。
130.图13d示出了具有微透镜阵列1356的光致抗蚀剂层1350和下面的介电层1340可以可选地被蚀刻，以根据光致抗蚀剂材料和介电材料的相对蚀刻速率来线性或非线性地将微透镜阵列1356的厚度分布转移到介电层1340中，以在介电层1340中形成微透镜1342的阵列。如上面关于图12d所述，该蚀刻可以包括例如湿法蚀刻、离子铣削、基于等离子体的反应离子蚀刻或其任何组合。在任何这些蚀刻技术中，光致抗蚀剂材料的蚀刻速率可以类似于或相当于介电材料的蚀刻速率，以将图案化的光致抗蚀剂层的厚度分布转移到基底。例如，图案化的光致抗蚀剂层1350的蚀刻速率可以在介电层1340的蚀刻速率的约0.2倍至约5倍之间、在介电层1340的蚀刻速率的约0.3倍至约3倍之间、在介电层1340的蚀刻速率的约0.5倍至约2倍之间、在介电层1340的蚀刻速率的约0.7倍至约1.5倍之间、在介电层1340的蚀刻速率的约0.8倍至约1.2倍之间等。
131.介电层1340中的微透镜1342的阵列可以具有不同于微led 1320的阵列的间距的间距。在图13d所示的示例中，介电层1340中的微透镜1342的阵列可以具有小于微led 1320的阵列的间距的间距，并且因此来自微led 1320的光的主光线在穿过对应的微透镜1342之后可以在不同的方向上，并且可以如图9所示进行会聚。
132.图14是示出根据某些实施例的用于使用热回流工艺制造用于从微led阵列提取光的微透镜阵列的方法的示例的流程图1400。流程图1400中描述的操作仅仅是为了说明的目的，而不意图是限制性的。在各种实施方式中，可以对流程图1400进行修改以增加另外的操作或省略一些操作。流程图1400中描述的操作可以由例如一个或更多个半导体制造系统来执行，该半导体制造系统包括图案化系统、沉积系统、蚀刻系统或其任意组合。
133.在块1410处，可以如上面关于例如图5a、图5b、图7a和图7b所述制造微led阵列。微led阵列中的每个微led可以包括异质结构(例如，mqw)，该异质结构包括外延生长在具有特定晶格取向(例如极性取向、非极性取向或半极性取向)的基底上的多个层(诸如gan、ingan、algan或alingap层)，基底例如为gan基底、gaas基底或gap基底、或者包括但不限于以下的基底：蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化硼、铝酸锂、铌酸锂、锗、氮化铝、镓酸锂、部分被取代的尖晶石或共享β-lialo2结构的四元四方氧化物。可以在特定方向上切割基底，以暴露特定平面作为生长表面。每个微led可以包括如上所述的任何期望形状的台面结构和围绕该台面结构的钝化层(例如，sio2层和/或金属层)。相邻的微led可以通过例如绝缘材料或带有一些介电材料的金属(诸如钝化层、树脂等)来隔离。每个微led的线性尺寸可以是几微米(例如，小于约10μm，诸如约1μm-5μm)或几十微米。微透镜阵列还可以由介电材料层封装。
134.可选地，在块1420处，可以通过例如cmp、选择性蚀刻或其他工艺来平坦化微led阵列的曝光表面(诸如封装层、基底的表面或可以通过其提取微led阵列发射的光的另一表面)，以实现平坦和光滑的表面。
135.可选地，在块1430处，可以通过例如pecvd、ald等在微led阵列的平坦化后的表面上沉积诸如sio2或sinx层的介电层。介电层的厚度可以高于要制造的微透镜阵列的期望厚度。
136.在块1440处，可在介电层上形成图案化的聚合物层。图案化的聚合物层中图案的间距可能与微led阵列的间距略有不同，使得图案化的聚合物层中每个偏离中心的聚合物区域的中心可能不与微透镜阵列中对应的微led的中心对准。聚合物的蚀刻速率可以相似于或相当于在图案化的聚合物层下方的介电层的蚀刻速率。在一些实施例中，聚合物层可包括正性或负性光致抗蚀剂，并且图案化的聚合物(例如，光致抗蚀剂)层中的图案可以通过使用二元掩模和曝光光线(例如，uv光)的光蚀刻工艺来形成，如上文关于例如图13a所述。在一些实施例中，图案化的聚合物层中的图案可以通过印刷工艺来形成，其中特定体积的聚合物可以被沉积在相邻位置之间具有特定距离的一维或二维位置阵列中的每个位置处。
137.在块1450处，图案化的聚合物层可以经历回流工艺以在聚合物材料中形成微透镜阵列。例如，图案化的聚合物层可以从微led阵列的顶部或底部被加热到略高于图案化的聚合物层的熔点的温度，使得聚合物材料可以液化并允许其流动。熔化的聚合物材料可以回流并且由于液态聚合物材料的表面张力可以达到平衡状态。该平衡状态可以是特定聚合物
体积的球形帽，这取决于聚合物材料在介电层的表面上的接触角。在达到平衡状态之后，可以允许聚合物材料冷却和固化，以形成包括聚合物材料的微透镜阵列。由聚合物材料形成的微透镜阵列可以用作用于从微led阵列提取光的微透镜阵列，或者可以用作用于蚀刻下面的介电层的掩模层。
138.可选地，在块1460处，可以蚀刻聚合物材料中的微透镜阵列和下面的介电层，以将微透镜阵列转移到介电层。该蚀刻可以包括例如离子铣削、基于等离子体的反应离子蚀刻(例如，rie)或另一干法蚀刻工艺。聚合物材料的蚀刻速率可以相似于或相当于介电材料的蚀刻速率，以便将图案化的聚合物层的厚度分布更线性地转移到基底。例如，图案化的聚合物层的蚀刻速率可以在介电层的蚀刻速率的约0.2倍至约5倍之间、在介电层的蚀刻速率的约0.3倍至约3倍之间、在介电层的蚀刻速率的约0.5倍至约2倍之间、在介电层的蚀刻速率的约0.7倍至约1.5倍之间、在介电层的蚀刻速率的约0.8倍至约1.2倍之间等。
139.可选地，在块1470处，可在介电层中的微透镜阵列上涂覆抗反射层。抗反射层可以包括具有特定折射率和/或厚度的一个或更多个介电层(例如，薄膜)，使得在该一个或更多个介电层的不同界面处的反射可以相消干涉以减少反射。例如，介电层可以包括交替薄层中的五氧化二钽(ta2o5)和氧化铝(al2o3)。该一个或更多个介电层可以通过例如蒸发沉积、离子辅助沉积、等离子体溅射、离子束溅射、ald等沉积在微透镜阵列的表面上。
140.可以在晶圆上制造上述的led和微透镜的一维阵列或二维阵列以形成光源(例如，光源642)。可以例如使用cmos工艺在硅晶圆上制造驱动器电路(例如，驱动器电路644)。晶圆上的led和驱动器电路可以被切片(dice)，以及然后被键合在一起，或者可以在晶圆级键合且然后被切片。各种键合技术可以用于键合led和驱动器电路，诸如粘合剂键合、金属到金属键合、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合等。
141.图15a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合方法的示例。在图15a所示的示例中，led阵列1501可以包括在载体基底1505上的多个led 1507。载体基底1505可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。可以通过例如在执行键合之前生长各种外延层、形成台面结构以及形成电触点或电极来制造led 1507。外延层可以包括各种材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等，并且可以包括n型层、p型层和有源层，该有源层包括一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。电触点可以包括各种导电材料，诸如金属或金属合金。
142.晶圆1503可以包括具有制造在其上的无源或有源集成电路(例如，驱动器电路1511)的基础层(base layer)1509。基础层1509可以包括例如硅晶圆。驱动器电路1511可以用于控制led 1507的操作。例如，用于每个led 1507的驱动器电路可以包括具有两个晶体管和一个电容器的2t1c像素结构。晶圆1503还可包括键合层1513。键合层1513可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一些实施例中，可以在键合层1513的表面上形成图案化层1515，其中图案化层1515可以包括由诸如cu、ag、au、al等导电材料制成的金属格栅(metallic grid)。
143.led阵列1501可以经由键合层1513或图案化层1515键合至晶圆1503。例如，图案化层1515可以包括由各种材料(诸如cusn、ausn或纳米多孔au)制成的金属焊盘或凸点，该金属焊盘或凸点可以用于将led阵列1501中的led 1507与晶圆1503上的相对应的驱动器电路
1511对准。在一个示例中，可以将led阵列1501朝向晶圆1503，直到led 1507与对应于驱动器电路1511的相应金属焊盘或凸点接触。一些或所有led 1507可以与驱动器电路1511对准，并且然后可以通过各种键合技术(诸如金属到金属键合)经由图案化层1515键合至晶圆1503。在led 1507已经被键合至晶圆1503之后，可以从led 1507去除载体基底1505。
144.图15b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合方法的示例。如图15b所示，第一晶圆1502可以包括基底1504、第一半导体层1506、有源层1508和第二半导体层1510。基底1504可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。第一半导体层1506、有源层1508和第二半导体层1510可以包括各种半导体材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等。在一些实施例中，第一半导体层1506可以是n型层，而第二半导体层1510可以是p型层。例如，第一半导体层1506可以是n型掺杂的gan层(例如，掺杂有si或ge)，并且第二半导体层1510可以是p型掺杂的gan层(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)。例如，有源层1508可以包括一个或更多个gan层、一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层等，有源层1508可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。
145.在一些实施例中，第一晶圆1502还可以包括键合层。键合层1512可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一个示例中，键合层1512可以包括p触点和/或n触点(未示出)。在一些实施例中，其他层也可以被包括在第一晶圆1502上，诸如在基底1504和第一半导体层1506之间的缓冲层。缓冲层可以包括各种材料，诸如多晶gan或aln。在一些实施例中，接触层可以在第二半导体层1510和键合层1512之间。接触层可以包括用于向第二半导体层1510和/或第一半导体层1506提供电触点的任何合适的材料。
146.第一晶圆1502可以经由键合层1513和/或键合层1512键合至如上所述包括驱动器电路1511和键合层1513的晶圆1503。键合层1512和键合层1513可以由相同材料或不同材料制成。键合层1513和键合层1512可以基本上是平坦的。第一晶圆1502可以通过各种方法(诸如金属到金属键合、共晶键合、金属氧化物键合、阳极键合、热压键合、紫外线(uv)键合和/或熔融键合)键合至晶圆1503。
147.如图15b所示，第一晶圆1502可以以在第一晶圆1502的p侧(例如，第二半导体层1510)面朝下(即，朝向晶圆1503)的情况下键合至晶圆1503。在键合之后，可以从第一晶圆1502去除基底1504，并且然后可以从n侧加工第一晶圆1502。例如，该加工可以包括为单独的led形成特定台面形状，以及形成与单独的led相对应的光学部件。
148.图16a-图16d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合方法的示例。混合键合一般可以包括晶圆清洗和活化(activation)、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、晶圆表面处的介电材料在室温下的介电键合、以及通过在升高的温度下退火处理进行的触点的金属键合。图16a示出了其上制造有无源或有源电路1620的基底1610。如上文参照图15a-图15b所述，基底1610可以包括例如硅晶圆。电路1620可以包括用于led阵列的驱动器电路。键合层可以包括介电区1640和通过电互连件1622连接到电路1620的触点焊盘1630。触点焊盘1630可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。介电区1640中的介电材料可以包括sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛光键合层，其中平坦化或抛光可能引起触点焊盘中的凹陷(碗状轮廓(profile))。可以通过例如离子(例如等离子体)或快原子(例如ar)束1605来清洗和活化键
合层的表面。活化的表面可以是原子级清洁的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
149.图16b示出了包括如上文参照例如图7a-图7b所述的制造在其上的微led 1670阵列的晶圆1650。晶圆1650可以是载体晶圆并且可以包括例如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。微led 1670可以包括在晶圆1650上外延生长的n型层、有源区和p型层。外延层可以包括上述各种iii-v族半导体材料，并且可以从p型层侧进行加工以在外延层中蚀刻台面结构，诸如基本垂直结构、抛物线形结构、圆锥形结构等。钝化层和/或反射层可以形成在台面结构的侧壁上。p触点1680和n触点1682可以形成在沉积在台面结构上的介电材料层1660中，并且可以形成分别与p型层和n型层的电接触。介电材料层1660中的介电材料可以包括例如sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。p触点1680和n触点1682可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。p触点1680、n触点1682和介电材料层1660的顶面可以形成键合层。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛光键合层，其中抛光可能引起p触点1680和n触点1682中的凹陷。然后可以通过例如离子(例如，等离子体)或快原子(例如，ar)束1615来清洗和活化键合层。活化的表面可以是原子级清洁的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
150.图16c示出了用于在键合层中键合介电材料的室温键合工艺。例如，在包括介电区1640和触点焊盘1630的键合层以及包括p触点1680、n触点1682和介电材料层1660的键合层被表面活化之后，晶圆1650和微led1670可以被倒置并与基底1610和在其上形成的电路接触。在一些实施例中，可以将压缩压力1625施加到基底1610和晶圆1650，使得键合层彼此压靠。由于表面活化和触点中的凹陷，介电区1640和介电材料层1660可以由于表面吸引力而直接接触，并且可以反应并在它们之间形成化学键，因为表面原子可以具有悬空键并在活化后可能处于不稳定的能态。因此，介电区1640和介电材料层1660中的介电材料可以在热处理或压力的情况下或在不进行热处理或压力的情况下键合在一起。
151.图16d示出了在将介电材料键合在键合层中之后，用于在键合层中键合触点的退火工艺。例如，触点焊盘1630和p触点1680或n触点1682可以通过在例如约200℃-400℃或更高的温度下退火而被键合在一起。在退火工艺期间，热量1635可以使得触点比介电材料膨胀更多(由于不同的热膨胀系数)，且因此可以闭合触点之间的凹陷间隙，使得触点焊盘1630和p触点1680或n触点1682可以接触并且可以在活化的表面处形成直接的金属键合。
152.在两个键合的晶圆包括具有不同热膨胀系数(cte)的材料的一些实施例中，在室温下键合的介电材料可以有助于减少或防止由不同热膨胀引起的触点焊盘的不对准。在一些实施例中，为了进一步减少或避免在退火期间的高温下触点焊盘的不对准，可以在键合之前形成在微led之间、在微led组之间、穿过部分或全部基底等的沟槽。
153.在微led与驱动器电路键合之后，可以减薄或去除在其上制造微led的基底，以及可以在微led的光发射表面上制造各种次级光学部件，以例如提取、准直和重新引导从微led的有源区发射的光。在一个示例中，可以在微led上形成微透镜，其中每个微透镜可以对应于相应的微led并且可以有助于提高光提取效率并且准直由微led发射的光。在一些实施例中，次级光学部件可以制造在微led的基底或n型层中。在一些实施例中，次级光学部件可以制造在被沉积在微led的n型侧上的介电层中。次级光学部件的示例可以包括透镜、光栅、抗反射(ar)涂层、棱镜、光子晶体等。
154.图17示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列1700的示例。led阵列1700可以通过使用上面参照例如图15a-图16d描述的任何合适的键合技术将led芯片或晶圆与包括在其上制造的电路的硅晶圆键合而制成。在图17所示的示例中，led阵列1700可以使用如上文参照图16a-图16d所述的晶圆到晶圆混合键合技术来进行键合。led阵列1700可以包括基底1710，基底1710可以是例如硅晶圆。集成电路1720(诸如led驱动器电路)可以被制造在基底1710上。集成电路1720可以通过互连件1722和触点焊盘1730连接到微led 1770的p触点1774和n触点1772，其中触点焊盘1730可以与p触点1774和n触点1772形成金属键合。基底1710上的介电层1740可以通过熔融键合而键合至介电层1760。
155.led芯片或晶圆的基底(未示出)可以被减薄或者可以被去除以暴露微led 1770的n型层1750。各种次级光学部件(诸如球面微透镜1782、光栅1784、微透镜1786、抗反射层1788等)可以形成在n型层1750的顶部之中或之上。例如，可以使用灰度掩模和对曝光光线具有线性响应的光致抗蚀剂，或使用通过图案化的光致抗蚀剂层的热回流而形成的蚀刻掩模，来在微led 1770的半导体材料中蚀刻球面微透镜阵列。还可以使用类似的光刻技术或其他技术在被沉积在n型层1750上的介电层中蚀刻次级光学部件。例如，可以通过使用二元掩模图案化的聚合物层的热回流来在聚合物层中形成微透镜阵列。聚合物层中的微透镜阵列可以被用作次级光学部件或可以被用作将微透镜阵列的轮廓转移到介电层或半导体层中的蚀刻掩模。介电层可以包括，例如，sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。在一些实施例中，微led 1770可以具有多个相对应的次级光学部件，诸如微透镜和抗反射涂层、蚀刻在半导体材料中的微透镜和蚀刻在介电材料层中的微透镜、微透镜和光栅、球面透镜和非球面透镜等。图17中示出了三个不同的次级光学部件以示出可以形成在微led 1770上的次级光学部件的一些示例，这并不一定意味着对于每个led阵列同时使用不同的次级光学部件。
156.图18是用于实现本文公开的一些示例的示例近眼显示器(例如，hmd设备)的示例电子系统1800的简化框图。电子系统1800可以用作上文描述的hmd设备或其他近眼显示器的电子系统。在该示例中，电子系统1800可以包括一个或更多个处理器1810和存储器1820。处理器1810可以被配置成执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适于在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器1810可以与在电子系统1800内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器1810可以跨过总线1840与其他图示的部件通信。总线1840可以是适于在电子系统1800内传输数据的任何子系统。总线1840可以包括多条计算机总线和另外的电路以传输数据。
157.存储器1820可以被耦合至处理器1810。在一些实施例中，存储器1820可以提供短期存储和长期存储两者，并且可以被分成若干个单元。存储器1820可以是易失性的(诸如，静态随机存取存储器(sram)和/或动态随机存取存储器(dram))和/或非易失性的(诸如，只读存储器(rom)、闪存等)。此外，存储器1820可以包括可移动存储设备，诸如安全数字(sd)卡。存储器1820可以为电子系统1800提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器1820可以被分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器1820上。指令可以采取可以由电子系统1800可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码当在电子系统1800上(例如，使用多种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的
任何一种)编译和/或安装时，可以采取可执行代码的形式。
158.在一些实施例中，存储器1820可以存储多个应用模块1822至1824，应用模块1822至1824可以包括任何数量的应用。应用的示例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块1822-1824可以包括待由处理器1810执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块1822-1824中的某些应用或部分可以由其他硬件模块1880执行。在某些实施例中，存储器1820可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括另外的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。
159.在一些实施例中，存储器1820可以包括被加载在其中的操作系统1825。操作系统1825可以是可操作的，以启动由应用模块1822-1824提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1880以及与无线通信子系统1830的接口，无线通信子系统1830可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1825可以适于跨过电子系统1800的部件执行其他操作，包括线程管理(threading)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
160.无线通信子系统1830可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(诸如，设备、ieee 802.11设备、wi-fi设备、wimax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统1800可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1830的一部分或者作为耦合至系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1834。根据期望的功能，无线通信子系统1830可以包括单独的收发器，以与基站收发台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(诸如，无线广域网(wwan)、无线局域网(wlan)或无线个域网(wpan))进行通信。wwan可以是例如wimax(ieee 802.16)网络。wlan可以是例如ieee 802.11x网络。wpan可以是例如蓝牙网络、ieee802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于wwan、wlan和/或wpan的任何组合。无线通信子系统1830可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统1830可以包括用于使用天线1834和无线链路1832来发送或接收数据(例如，hmd设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统1830、处理器1810和存储器1820可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。
161.电子系统1800的实施例还可以包括一个或更多个传感器1890。传感器1890可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximity sensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器或可操作以提供感测输出和/或接收感测输入的任何其他类似模块，例如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器1890可以包括一个或更多个惯性测量单元(imu)和/或一个或更多个位置传感器。imu可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于hmd设备的初始位置的hmd设备的估计位置。位置传感器可以响应于hmd设备的运动来生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于imu的误差校正的一种类型的传感器、或它们的任何组合。位置传感器可以位于imu的外部、imu的内部或者它们的任何组合。至少一些传感器可以使用结构光图案用于感测。
162.电子系统1800可以包括显示模块1860。显示模块1860可以是近眼显示器，并且可以以图形方式向用户呈现来自电子系统1800的信息，诸如图像、视频和各种指令。这样的信息可以从一个或更多个应用模块1822-1824、虚拟现实引擎1826、一个或更多个其他硬件模块1880、它们的组合或用于(例如，通过操作系统1825)为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中导出。显示模块1860可以使用lcd技术、led技术(包括例如oled、iled、μ-led、amoled、toled等)、发光聚合物显示(lpd)技术或某种其他显示技术。
163.电子系统1800可以包括用户输入/输出模块1870。用户输入/输出模块1870可以允许用户向电子系统1800发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块1870可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统1800的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块1870可以根据从电子系统1800接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。
164.电子系统1800可以包括相机1850，相机2850可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。相机1850还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于vr应用、ar应用或mr应用。相机1850可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。在一些实施方式中，相机1850可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3d图像。
165.在一些实施例中，电子系统1800可以包括多个其他硬件模块1880。其他硬件模块1880中的每一个可以是电子系统1800内的物理模块。虽然其他硬件模块1880中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块1880中的一些可以被临时配置成执行特定功能或者被临时激活。其它硬件模块1880的示例可包括例如音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(nfc)模块、可充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其它硬件模块1880的一个或更多个功能可以以软件实现。
166.在一些实施例中，电子系统1800的存储器1820还可以存储虚拟现实引擎1826。虚拟现实引擎1826可以执行在电子系统1800内的应用并且从各种传感器接收hmd设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1826接收的信息可以用于为显示模块1860产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1826可以为hmd设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外地，虚拟现实引擎1826可以响应于从用户输入/输出模块1870接收的动作请求在应用内执行动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器1810可以包括可以执行虚拟现实引擎1826的一个或更多个gpu。
167.在各种实施方式中，上文描述的硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在可以使用有线连接或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实施方式中，一些部件或模块(例如，gpu、虚拟现实引擎1826和应用(例如，跟踪应用))，可以在与头戴式显示器设备分离的控制台上被实现。在一些实施方式中，一个控制台可以被连接至多于一个hmd或者可以支持多于一个hmd。
168.在替代的配置中，不同的和/或另外的部件可以被包括电子系统1800中。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上文描述的方式的方式被分布在部件中。例如，在一些实施例中，电子系统1800可以被修改为包括其他系统环境，诸如ar系统环境和/或mr环境。
169.上文讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在替代的配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来执行，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。此外，关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中被组合。实施例的不同方面和要素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，并且因此许多要素是示例，其不将本公开的范围限制于那些具体示例。
170.在描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，为了避免模糊实施例，熟知的电路、过程、系统、结构和技术已经被示出而没有不必要的细节。此描述仅提供示例实施例，并且不意图限制本发明的范围、适用性或配置。更确切地说，实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现各种实施例的使能描述(enabling description)。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在要素的功能和布置方面进行各种改变。
171.此外，一些实施例被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具有图中未包括的另外的步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。
172.对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的硬件或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，诸如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的要素。此外，可以采用到其他计算设备诸如网络输入/输出设备的连接。
173.参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以用于执行。另外地或替代地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理存储介质和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁介质和/或光学介质(诸如光盘(cd)或数字多功能盘(dvd))、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒、如下文描述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用(app)、子例程、模块、软件包、类、或指令、数据结构或程序语句的任何组合。
174.本领域技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用多种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在整个上文的描述中可以引用的数据、指令、
命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合来表示。
175.如本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这样的术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则意图表示a、b和c(此处以包含的意义使用)以及a、b或c(此处以排他的意义使用)。此外，如本文使用的术语“一个或更多个”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的示例，并且所要求保护的主题不限于该示例。此外，术语“......中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则可以被解释为表示a、b和/或c的任何组合，诸如a、ab、ac、bc、aa、abc、aab、aabbccc等。
176.此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现软件，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行在本公开中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在相同的处理器上或者以任何组合在不同的处理器上实现。
177.在设备、系统、部件或模块被描述为被配置成执行某些操作或功能的情况下，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(诸如微处理器)进行编程以(诸如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任何组合来完成这样的配置。过程可以使用多种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。
178.因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离如在权利要求中阐述的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施例，但是这些实施例并不意图是限制性的。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。