特表 2022-551548 主光線ウォークオフ補償のためのマイクロＬＥＤ設計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-12

(54)【発明の名称】主光線ウォークオフ補償のためのマイクロＬＥＤ設計

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/58 20100101AFI20221205BHJP

   H01L 33/46 20100101ALI20221205BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20221205BHJP

   H04N 5/66 20060101ALI20221205BHJP

   G02C 11/00 20060101ALN20221205BHJP

【ＦＩ】

H01L33/58

H01L33/46

G02B27/02 Z

H04N5/66 103

G02C11/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021577455

(86)(22)【出願日】2020-09-23

(85)【翻訳文提出日】2022-02-25

(86)【国際出願番号】 US2020052298

(87)【国際公開番号】W WO2021076285

(87)【国際公開日】2021-04-22

(31)【優先権主張番号】62/914,892

(32)【優先日】2019-10-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/840,114

(32)【優先日】2020-04-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515046968

【氏名又は名称】メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110002974

【氏名又は名称】弁理士法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】オリビエ， フランソワ ジェラール フランク

(72)【発明者】

【氏名】ザベリン， ワシリー

(72)【発明者】

【氏名】ルトゲン， ステファン

(72)【発明者】

【氏名】ヘンリー， ウィリアム パードリック

(72)【発明者】

【氏名】ブレル， マルクス

(72)【発明者】

【氏名】ラウアーマン， トーマス

(72)【発明者】

【氏名】トンプソン， ダニエル ブライス

(72)【発明者】

【氏名】マスブレ， デーヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】グルンドマン， マイケル

【テーマコード（参考）】

2H006

2H199

5C058

5F142

5F241

【Ｆターム（参考）】

2H006CA00

2H199CA02

2H199CA04

2H199CA12

2H199CA23

2H199CA25

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA33

2H199CA34

2H199CA42

2H199CA43

2H199CA48

2H199CA53

2H199CA66

2H199CA67

2H199CA83

2H199CA84

2H199CA92

2H199CA93

2H199CA94

2H199CA95

2H199CA96

2H199CA97

5C058AA13

5C058AB01

5C058BA35

5F142AA02

5F142CB23

5F142CB24

5F142DB12

5F142FA50

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA74

5F241CB11

5F241CB15

(57)【要約】

本明細書において開示されている技術は、ディスプレイシステムのためのマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）に関する。ディスプレイシステムは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイ、マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合され、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されている出力カプラのアレイ、導波路ディスプレイ、およびマイクロＬＥＤのアレイによって放出され、出力カプラのアレイによって抽出された光を導波路ディスプレイへと結合するように構成されているディスプレイオプティクスを含む。出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されている。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体材料、および発光方向に垂直であるまたは内側に傾いている側壁を含むメサ構造、および
前記メサ構造の後面上の背面反射器
を含むマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、
前記マイクロＬＥＤの上にあり、前記マイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されているマイクロレンズと、
を備えるデバイスであって、
前記マイクロレンズの横サイズは、前記メサ構造の横サイズの８０％以上であり、
前記マイクロレンズの焦点と前記メサ構造の上部表面との間の距離は、前記メサ構造における前記半導体材料の厚さの０．８倍から１．２５倍の間である、デバイス。

【請求項2】

ａ）前記マイクロレンズは、前記マイクロＬＥＤから、ゼロ以上である水平変位だけずれている、あるいは
ｂ）第２のマイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つをさらに含む、あるいは
ｃ）前記マイクロレンズは、球面マイクロレンズ、非球面マイクロレンズ、またはトロイダルマイクロレンズを含む、あるいは
ｄ）前記マイクロレンズは、半導体材料、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、もしくはＡｌＮを含む誘電材料、あるいはポリマーを含む、あるいは
ｅ）前記マイクロＬＥＤは、前記メサ構造の前記側壁上のメサ反射器をさらに含む
のいずれか１つの、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは２次元アレイを含むマイクロＬＥＤのアレイと、
前記マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合されているマイクロレンズのアレイと、をさらに備え、前記マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、前記マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を、異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されている、
請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、前記対応するマイクロＬＥＤからの異なるそれぞれの水平変位を特徴とする、請求項３に記載にデバイス。

【請求項5】

半導体材料、および発光方向に外側に傾いている側壁を含むメサ構造、ならびに
前記メサ構造の後面上の背面反射器
を含むマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、
前記マイクロＬＥＤの上にあり、前記マイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されているマイクロレンズと、
を備えるデバイスであって、
前記マイクロレンズの横サイズは、前記メサ構造の横サイズの８０％以上であり、
前記マイクロレンズの焦点と前記メサ構造の上部表面との間の距離は、前記メサ構造における前記半導体材料の厚さの１．２倍から４倍の間である、デバイス。

【請求項6】

ａ）前記マイクロＬＥＤは、前記メサ構造の前記側壁上にコンフォーマルに形成されているメサ反射器をさらに備え、あるいは
ｂ）前記マイクロＬＥＤは、６０°未満、３０°から５０°の間、１５°から３０°の間、または１５°未満の半値幅発光角を特徴とする
のいずれ１つの、請求項５に記載のデバイス。

【請求項7】

前記マイクロレンズは、前記マイクロＬＥＤから、ゼロ以上である水平変位だけずれている、請求項５に記載のデバイス。

【請求項8】

第２のマイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項５に記載のデバイス。

【請求項9】

前記マイクロレンズは、半導体材料、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、もしくはＡｌＮを含む誘電材料、またはポリマーを含む、請求項５に記載のデバイス。

【請求項10】

前記メサ構造は、放物線形状または円錐形状を特徴とする、請求項５に記載のデバイス。

【請求項11】

前記メサ構造は、前記円錐形状、および３０°から４０°の間のメサファセット角を特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。

【請求項12】

マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは２次元アレイを含むマイクロＬＥＤのアレイと、
前記マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合されているマイクロレンズのアレイと、
をさらに備え、前記マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、前記マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を、異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されている、
請求項５に記載のデバイス。

【請求項13】

前記マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、前記対応するマイクロＬＥＤからの異なるそれぞれの水平変位を特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。

【請求項14】

マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイと、
前記マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合されている出力カプラのアレイであって、前記出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラが、
前記マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された光を抽出し、
前記マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された前記光の主光線を、異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されている、出力カプラのアレイと、
ディスプレイオプティクスと、
導波路ディスプレイと、を備えるディスプレイシステムであって、
前記ディスプレイオプティクスは、前記マイクロＬＥＤのアレイによって放出され前記出力カプラのアレイによって抽出された前記光を、前記導波路ディスプレイへと結合するように構成されている、ディスプレイシステム。

【請求項15】

ａ）前記マイクロＬＥＤのアレイに接合された電気集積回路をさらに備える、あるいは
ｂ）前記マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、６０°未満の半値幅発光角を特徴とする、あるいは
ｃ）前記出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、前記マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤから、ゼロ以上である垂直変位または水平変位のうちの少なくとも１つだけずれている、あるいは
ｄ）前記マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、内側に傾いた、垂直な、または外側に傾いた形状を有するメサ構造を含み、この場合には、任意選択的に、前記メサ構造は、
誘電層または金属を含むメサ反射器、および
半導体層および金属電極を含む後方反射器を含む、あるいは
ｅ）前記出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、マイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つを含む、あるいは
ｆ）前記出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、
第１のマイクロレンズ、第１の回折光学要素、または第１のフォトニック結晶、および
第２のマイクロレンズ、第２の回折光学要素、第２のフォトニック結晶、くさび、プリズム、粗面、または反射防止コーティングのうちの少なくとも１つを含む、あるいは
ｇ）前記出力カプラのアレイは、誘電材料、有機材料、または半導体材料を含む、
のいずれか１つの、請求項１４に記載のディスプレイシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

関連出願の相互参照
本特許出願は、「Ｍｉｃｒｏ－ＬＥＤ Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｏｒ Ｃｈｉｅｆ Ｒａｙ Ｗａｌｋ－Ｏｆｆ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」という名称の２０１９年１０月１４日に出願した米国仮特許出願第６２／９１４，８９２号の利益および優先権を主張するものであり、その開示全体は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーへと変換し、低減されたサイズ、改善された耐久性、および高められた効率など、その他の光源に勝る多くの利点を提供する。ＬＥＤは、テレビ、コンピュータモニタ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、プロジェクションシステム、ウェアラブル電子機器など、多くのディスプレイシステムにおける光源として使用されることが可能である。ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＧａＡｓ、四級リン化物組成物（たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ）等の合金などのＩＩＩ－Ｖ族半導体に基づくマイクロＬＥＤ（「μＬＥＤ」）は、それらの小さなサイズ（たとえば、１００μｍ未満、５０μｍ未満、１０μｍ未満、または５μｍ未満の直線寸法を伴う）、高いパッキング密度（したがって、より高い解像度）、および高い輝度に起因して、さまざまなディスプレイ用途向けに開発され始めている。たとえば、別々の色（たとえば、赤、緑、および青）の光を放出するマイクロＬＥＤを使用して、テレビまたはニアアイディスプレイシステムなどのディスプレイシステムのサブピクセルを形成することが可能である。

【発明の概要】

【0003】

本開示は、一般に、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）に関する。より具体的には、本開示は、主光線ウォークオフ補償、およびマイクロＬＥＤアレイからディスプレイシステムへ、そして最終的にユーザの目への高効率光結合のためのマイクロレンズを備えたマイクロＬＥＤに関する。特定の実施形態によれば、デバイスは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、マイクロＬＥＤの上にあり、マイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されているマイクロレンズとを含むことが可能である。マイクロＬＥＤは、半導体材料、および発光方向に垂直であるまたは内側に傾いている側壁を含むメサ構造、ならびにメサ構造の後面上の背面反射器を含むことが可能である。マイクロレンズの横サイズは、メサ構造の横サイズの約８０％以上であることが可能である。マイクロレンズの焦点とメサ構造の上部表面との間の距離は、メサ構造における半導体材料の厚さの約０．８倍から約１．２５倍の間であることが可能である。

【0004】

いくつかの実施形態においては、マイクロレンズは、マイクロＬＥＤから、ゼロ以上である水平変位だけずれていることが可能である。マイクロレンズは、球面マイクロレンズ、非球面マイクロレンズ、またはトロイダルマイクロレンズを含むことが可能であり、半導体材料、誘電材料（ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、またはＡｌＮなど）、またはポリマーを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、デバイスは、第２のマイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つを含むことも可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、メサ構造の側壁上のメサ反射器を含むことも可能である。いくつかの実施形態においては、メサ構造の横サイズは、約５μｍ未満とすることが可能である。デバイスは、±１８°の受光角範囲を伴う約１％よりも大きい光抽出効率を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、赤外光を放出するように構成されていることが可能であり、垂直メサ構造の横サイズは、約５０μｍ未満とすることが可能である。

【0005】

いくつかの実施形態においては、デバイスは、マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは２次元アレイを含むマイクロＬＥＤのアレイと、マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合されているマイクロレンズのアレイと、を含むことが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されていることが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤによって放出された光をコリメートするように構成されていることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、対応するマイクロＬＥＤからの異なるそれぞれの水平変位を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイによって放出され、マイクロレンズのアレイによって向けられる光は、１次元または２次元照明パターンを形成することが可能である。

【0006】

いくつかの実施形態によれば、デバイスは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、マイクロＬＥＤの上にあり、マイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されているマイクロレンズと、を含むことが可能である。マイクロＬＥＤは、半導体材料、および発光方向に外側に傾いている側壁を有するメサ構造、ならびにメサ構造の後面上の背面反射器を含むことが可能である。マイクロレンズの横サイズは、メサ構造の横サイズの約８０％以上であることが可能である。マイクロレンズの焦点とメサ構造の上部表面との間の距離は、メサ構造における半導体材料の厚さの約１．２倍から４倍の間であることが可能である。

【0007】

いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、メサ構造の側壁上にコンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）形成されているメサ反射器を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、メサ構造は、放物線形状または円錐形状を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、メサ構造は、円錐形状、および約３０°から約４０°の間のメサファセット角を特徴とすることが可能である。マイクロＬＥＤは、約６０°未満の半値幅発光角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、約３０°から約５０°の間の半値幅発光角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、約１５゜から約３０°の間の半値幅発光角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、約１５°未満の半値幅発光角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、可視光を放出するように構成されていることが可能であり、メサ構造の横サイズは、約０．５μｍから約１０μｍの間であることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤは、赤外光を放出するように構成されていることが可能であり、メサ構造の横サイズは、約５０μｍ未満とすることが可能である。

【0008】

いくつかの実施形態においては、マイクロレンズはマイクロＬＥＤから、ゼロ以上である水平変位だけずれていることが可能である。マイクロレンズは、球面マイクロレンズ、非球面マイクロレンズ、またはトロイダルマイクロレンズを含むことが可能である。マイクロレンズは、半導体材料、誘電材料（ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＨｆＯ、またはＡｌＮなど）、またはポリマーを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、デバイスは、第２のマイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つを含むことも可能である。

【0009】

いくつかの実施形態においては、デバイスは、マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは２次元アレイを含むマイクロＬＥＤのアレイと、マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合されているマイクロレンズのアレイと、を含むことが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されていることが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、対応するマイクロＬＥＤからの異なるそれぞれの水平変位を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイは、約１０μｍ未満のピッチを特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイによって放出され、マイクロレンズのアレイによって向けられる光は、１次元または２次元照明パターンを形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれの対応するマイクロＬＥＤによって放出された光をコリメートするように構成されていることが可能である。いくつかの実施形態においては、デバイスは、マイクロＬＥＤのアレイに接合された電気集積回路を含むことが可能である。

【0010】

特定の実施形態によれば、ディスプレイシステムは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイ、マイクロＬＥＤのアレイに光学的に結合され、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された光を抽出するように構成されている出力カプラのアレイ、ディスプレイオプティクス、および導波路ディスプレイを含むことが可能である。ディスプレイオプティクスは、マイクロＬＥＤのアレイによって放出され出力カプラのアレイによって抽出された光を、導波路ディスプレイへと結合するように構成されていることが可能である。出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤによって放出された光の主光線を異なるそれぞれの方向へ向けるように構成されていることが可能である。

【0011】

マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、内側に傾いた、垂直な、または外側に傾いた形状を有するメサ構造を含むことが可能である。メサ構造は、メサ構造の側壁上のメサ反射器、および半導体層および金属電極を含む後方反射器を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、６０°未満の半値幅発光角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイは、可視光を放出するように構成されていることが可能であり、メサ構造は、約０．５μｍと約１０μｍとの間の直線寸法を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイは、１０μｍ未満のピッチを特徴とする。いくつかの実施形態においては、メサ構造は、円錐形状、および約３０°から約４０°の間のメサファセット角を特徴とすることが可能である。いくつかの実施形態においては、デバイスは、マイクロＬＥＤのアレイに接合された電気集積回路を含むことが可能である。

【0012】

いくつかの実施形態においては、出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤから、ゼロ以上である垂直変位または水平変位のうちの少なくとも１つだけずれていることが可能である。出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、マイクロレンズ、くさび、プリズム、粗面、反射防止コーティング、回折光学要素、またはフォトニック結晶のうちの少なくとも１つを含むことが可能である。マイクロレンズは、誘電材料、有機材料、または半導体材料を含むことが可能である。マイクロレンズは、球面マイクロレンズ、非球面マイクロレンズ、またはトロイダルマイクロレンズを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、出力カプラのアレイ内のそれぞれの出力カプラは、第１のマイクロレンズ、第１の回折光学要素、または第１のフォトニック結晶、および第２のマイクロレンズ、第２の回折光学要素、第２のフォトニック結晶、くさび、プリズム、粗面、または反射防止コーティングのうちの少なくとも１つを含むことが可能である。

【0013】

いくつかの実施形態においては、出力カプラのアレイは、球面マイクロレンズ、非球面マイクロレンズ、またはトロイダルマイクロレンズなど、マイクロレンズのアレイを含むことが可能であり、マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれのマイクロＬＥＤに対応することが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内の対応するマイクロＬＥＤからそれぞれの水平または垂直変位値だけずれていることが可能であり、マイクロレンズのアレイ内の第１のマイクロレンズについての第１の変位値は、マイクロレンズのアレイ内の第２のマイクロレンズについての第２の変位値とは異なることが可能である。マイクロレンズのアレイ内のそれぞれのマイクロレンズは、マイクロＬＥＤのアレイ内のそれぞれの対応するマイクロＬＥＤからの光をコリメートするように構成されていることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのアレイは、マイクロＬＥＤの２次元アレイを含むことが可能であり、出力カプラのアレイは、マイクロレンズの２次元アレイを含むことが可能である。出力カプラのアレイは、誘電材料、有機材料、または半導体材料を含むことが可能である。誘電材料は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含むことが可能である。

【0014】

この「発明の概要」は、特許請求される主題の鍵となる特徴または必要不可欠な特徴を識別することを意図されているものではなく、特許請求される主題の範囲を特定するために切り離して使用されることを意図されているものでもない。主題は、本開示の明細書全体のうちの適切な部分、いずれかのまたはすべての図面、およびそれぞれの特許請求の範囲を参照することによって理解されるべきである。上述のことは、その他の特徴および例とともに、以降の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面において、さらに詳細に後述される。

【0015】

下記の図を参照しながら、例示的な実施形態が詳細に後述される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】特定の実施形態によるニアアイディスプレイを含む人工現実システム環境の例の簡略化されたブロック図である。

【図2】本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスの形態のニアアイディスプレイの例の斜視図である。

【図3】本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのメガネの形態のニアアイディスプレイの例の斜視図である。

【図4】特定の実施形態による導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システムの例を示す図である。

【図5A-B】特定の実施形態による導波路ディスプレイを含むニアアイディスプレイデバイスの例を示す図である。

【図6】特定の実施形態による拡張現実システムにおける画像ソースアセンブリの例を示す図である。

【図7A】特定の実施形態による垂直メサ構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）の例を示す図である。

【図7B】特定の実施形態による放物線メサ構造を有するＬＥＤの例の断面図である。

【図8A】特定の実施形態によるリニアマイクロＬＥＤアレイおよびディスプレイオプティクスを含むマイクロＬＥＤベースのディスプレイシステムの例を示す図である。

【図8B】特定の実施形態によるリニアマイクロＬＥＤアレイからディスプレイオプティクスに入射する光の角度を示す図である。

【図8C】特定の実施形態による湾曲したマイクロＬＥＤアレイおよびディスプレイオプティクスを含むマイクロＬＥＤベースのディスプレイシステムの例を示す図である。

【図8D】特定の実施形態による湾曲したマイクロＬＥＤアレイからディスプレイオプティクスに入射する光の角度を示す図である。

【図9A】特定の実施形態による広いビーム分布を有するマイクロＬＥＤアレイから抽出される光の均一性および輝度を示す図である。

【図9B】特定の実施形態による狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤアレイから抽出される光の均一性および輝度を示す図である。

【図10】特定の実施形態による光抽出および主光線角度修正のためのマイクロＬＥＤアレイおよびマイクロレンズのアレイを含むデバイスの例を示す図である。

【図11】特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズを使用する垂直メサおよび広いビーム分布を有するマイクロＬＥＤの例からの光抽出のシミュレーション結果を示す図である。

【図12A】特定の実施形態による垂直メサ構造および水平にずれたマイクロレンズを含み、狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図12B】特定の実施形態による図１２Ａに示されたマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図12C】特定の実施形態による図１２Ａに示されたマイクロＬＥＤの例からの光ビームのシミュレーションされた光強度マップを示す図である。

【図13A】特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズを使用した円錐メサおよび狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤの例からの光抽出のシミュレーション結果を示す図である。

【図13B】特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズを使用した赤色マイクロＬＥＤの例についての主光線角度修正のシミュレーション結果を示す図である。

【図14】特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズを使用する放物線メサおよび狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤの例からの光抽出のシミュレーション結果を示す図である。

【図15A】特定の実施形態による垂直メサ構造およびくさびを含むマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図15B】特定の実施形態による図１５Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図15C】特定の実施形態による垂直メサ構造、くさび、およびマイクロレンズを含むマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図15D】特定の実施形態による図１５Ｃに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図16A】特定の実施形態による異なるメサ構造およびサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示すグラフである。

【図16B】特定の実施形態による異なるメサ構造およびサイズを有する緑色または青色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示すグラフである。

【図17A-D】特定の実施形態による放物線メサ、およびアウトカップリング面における反射防止コーティング層を有する赤色マイクロＬＥＤの例から抽出される光ビームのビーム分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図18A】特定の実施形態による内側に傾いたメサ構造およびマイクロレンズを含むマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図18B】特定の実施形態によるメサ反射器の反射率の関数として図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図18C】特定の実施形態によるメサ反射器の反射率の関数として図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図18D】特定の実施形態によるメサ反射器の反射率の関数として図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図19A-D】特定の実施形態による垂直メサを含む緑色マイクロＬＥＤの例から抽出される光のシミュレーション結果を示す図である。

【図19E-H】特定の実施形態による垂直メサを含む緑色マイクロＬＥＤの例から抽出される光のシミュレーション結果を示す図である。

【図20A-B】特定の実施形態による図１９Ａ～図１９Ｈに示された緑色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示すグラフである。

【図21A】特定の実施形態による垂直メサおよびリモートレンズを含む赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図21B】特定の実施形態による図２１Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するとともに異なるサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例についての光抽出効率のシミュレーション結果を示す図である。

【図21C】特定の実施形態による垂直メサおよびネイティブレンズを含む赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図21D】特定の実施形態による図２１Ｃの赤色マイクロＬＥＤの例のビーム分布を示す図である。

【図21E】特定の実施形態による垂直メサおよび非ネイティブレンズを含む赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図21F】特定の実施形態による図２１Ｅの赤色マイクロＬＥＤの例のビーム分布を示す図である。

【図22A】特定の実施形態による垂直メサ、粗い面、およびマイクロレンズを含む赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図22B】特定の実施形態による図２２Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有する赤色マイクロＬＥＤの例から抽出される光のビーム分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図23A】特定の実施形態による垂直メサ、ネイティブレンズ、およびリモートレンズを含む赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図23B】特定の実施形態による図２３Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造および異なるサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例についての光抽出効率のシミュレーション結果効率を示す図である。

【図24A】特定の実施形態による異なるメサファセット角を有する緑色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図24B】特定の実施形態による異なるメサファセット角および異なるメサ高さを有する緑色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図25A】特定の実施形態による異なるメサファセット角およびサイズを有する緑色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図25B】特定の実施形態による異なるメサファセット角およびサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例についてのシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図26A-C】特定の実施形態による放物線メサ、反射防止コーティング、および異なるマイクロレンズを有する赤色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図27A-B】特定の実施形態による放物線メサおよびマイクロレンズを有するマイクロＬＥＤの例を示している図である。

【図28】特定の実施形態によるマイクロＬＥＤの放物線メサ、およびアウトカップリング面におけるマイクロレンズを有するマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図29】特定の実施形態による異なる焦点距離を有するマイクロレンズを使用する赤色マイクロＬＥＤの例からの光抽出のシミュレーション結果を示す図である。

【図30A】特定の実施形態による垂直メサ構造およびマイクロレンズを有するマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図30B】特定の実施形態によるマイクロレンズの垂直変位の関数として図３０Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図30C】特定の実施形態によるマイクロレンズの垂直変位の関数として図３０Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す図である。

【図30D】特定の実施形態によるマイクロレンズの垂直変位の関数として図３０Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図31A】特定の実施形態による垂直メサ構造およびマイクロレンズを有するマイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図31B】特定の実施形態による図３１Ａに示されたマイクロＬＥＤの例におけるマイクロレンズによる光抽出およびコリメーションを示す図である。

【図32A】特定の実施形態による垂直メサ構造を有する青色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図32B】特定の実施形態による垂直メサ構造を有する青色マイクロＬＥＤから抽出される光のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図32C】特定の実施形態による放物線メサ構造およびマイクロレンズを有する青色マイクロＬＥＤの例を示す図である。

【図32D】特定の実施形態による放物線メサ構造およびマイクロレンズを有する青色マイクロＬＥＤから抽出される光のシミュレーションされたビーム分布を示す図である。

【図33】特定の実施形態によるマイクロＬＥＤアレイからの光抽出のためのマイクロレンズのアレイを製作する方法の例を示すフローチャートである。

【図34A】特定の実施形態によるマイクロＬＥＤアレイからの光抽出のためのマイクロレンズアレイを製作するまたはマイクロＬＥＤアレイのメサ構造を製作する方法の例を示す図である。

【図34B】特定の実施形態によるマイクロレンズアレイまたはメサ構造の製作の異なる段階におけるフォトレジスト層、誘電層、および半導体層の高さ外形の例を示す図である。

【図34C-E】図３４Ａに関連して記述されている方法を使用して製作されるメサ構造またレンズの例を示す図である。

【図35A】特定の実施形態によるＬＥＤのアレイを製作するダイ対ウェハ接合の方法の例を示す図である。

【図35B】特定の実施形態による、ダイ対ウェハ接合によって形成することが可能であるＬＥＤアレイの例を示す図である。

【図36A】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのウェハ対ウェハ接合の方法の例を示す図である。

【図36B】特定の実施形態による、ウェハ対ウェハ接合によって形成することが可能であるＬＥＤアレイの例を示す図である。

【図37A】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイを製作するハイブリッド接合の方法の例を示す図である。

【図37B】特定の実施形態による、ハイブリッド接合によって形成することが可能であるＬＥＤアレイの例を示す図である。

【図38】特定の実施形態による接合されるウェハスタック上にマイクロレンズまたは他の二次光学部品を有するマイクロＬＥＤのアレイを形成する方法の例を示す図である。

【図39A】特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している図である。

【図39B】特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している図である。

【図39C】特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している図である。

【図39D】特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している図である。

【図39E】特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している図である。

【図40】特定の実施形態によるニアアイディスプレイの例の電子システムの簡略化されたブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

これらの図は、例示のみを目的として本開示の実施形態を示している。本開示の原理またはうたわれている利点から逸脱することなく、示されている構造および方法の代替実施形態が採用されることが可能であるということを当業者なら以降の記述から容易に認識するであろう。

【0018】

添付の図においては、同様の構成要素どうしおよび／または機能どうしが、同じ参照ラベルを有する場合がある。さらに、ダッシュと、同様の構成要素どうしの間を区別する第２のラベルとを参照ラベルの後に付けることによって、同じタイプのさまざまな構成要素が区別される場合がある。本明細書において第１の参照ラベルのみが使用されている場合には、その記述は、第２の参照ラベルとは関わりなく、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれの構成要素にも適用可能である。

【0019】

本開示は、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。より具体的には、限定するものではないが、抽出された光を、ディスプレイシステムを通じてユーザの目へより効率的に結合するためにマイクロＬＥＤアレイから抽出される光のビーム分布および方向を最適化する技術が、本明細書において開示されている。いくつかのマイクロＬＥＤベースのディスプレイシステムにおいては、マイクロＬＥＤアレイから放出される光は、画像を出力瞳（またはアイボックス）へ送り届けるためにコリメートされ、ディスプレイ（たとえば、導波路ディスプレイ）に結合されることが可能である。マイクロＬＥＤベースのディスプレイシステムの全体効率η_ｔｏｔは、η_ｔｏｔ＝η_ＥＱＥ×η_ｉｎ×η_ｏｕｔによって決定することが可能であり、ただし、η_ＥＱＥは、それぞれのマイクロＬＥＤの外部量子効率（ＥＱＥ）であり、キャリア（たとえば、電子）注入効率、内部量子効率、および光抽出効率（ＬＥＥ）に比例する場合があり、η_ｉｎは、マイクロＬＥＤから導波路に入るディスプレイ光のインカップリング効率であり、η_ｏｕｔは、導波路からユーザの目に向けるディスプレイ光のアウトカップリング効率である。たとえば、特定の立体角以内である抽出された光のほんの一部は、ディスプレイシステムの限られた視野および／または射出瞳（またはアイボックス）により、導波路に結合され、最終的にユーザの目に到達することが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤアレイは、アイトラッキングのために、ユーザの目を照明するために使用されることが可能である。

【0020】

特定の実施形態によれば、マイクロレンズアレイは、（たとえば、追加の結合オプティクスを使用して）導波路ベースのディスプレイシステムにおける導波路へと結合するために、またはアイトラッキングにおける目の照明にために異なる方向からユーザの目へと結合するために、マイクロＬＥＤアレイから光を抽出し、光を所望の方向に向けるのに使用されることは可能である。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズの中心と対応するマイクロＬＥＤの中心との間のずれが少なくとも１つの次元においてマイクロレンズアレイにわたって変わり得るように、少なくとも１つの次元におけるマイクロＬＥＤアレイのピッチとは異なるピッチを特徴とすることが可能である。したがって、それぞれのマイクロＬＥＤから抽出される光の主光線は、限られた視野および／または射出瞳（またはアイボックス）を有することが可能である導波路ベースのディスプレイシステムを通じてより高い強度を有する光ビームの一部がユーザの目に到達することが可能であるように、異なるずれにより、所望のそれぞれの方向に伝搬することが可能である。加えて、マイクロＬＥＤ（たとえば、マイクロＬＥＤのメサ構造および寸法）のパラメータは、狭いビーム分布（たとえば、半値幅（ＨＷＨＭ）角度が、３０°未満など、６０°未満）、および高い外部量子効率を実現するために選ばれることが可能である。結果として、マイクロＬＥＤアレイおよびマイクロレンズアレイは、組み合わせて、マイクロＬＥＤアレイから光をより効率的に抽出し、マイクロＬＥＤアレイによって生成される光が、高い全体効率で、ディスプレイシステムを通じてユーザの目に投射することができるように、光ビームをディスプレイシステムにおける所望の方向へ向けることが可能である。

【0021】

マイクロレンズアレイは、リフローパターンポリマー（たとえば、フォトレジスト）など、さまざまな技術を使用して、またはフォトレジストにマイクロレンズアレイを形成するために、グレースケールフォトマスクと、暴露光に対して線形応答を有するフォトレジストとを使用して、および／またはマイクロレンズアレイのパターンおよび形状を誘電材料層または半導体層（たとえば、基板または酸化物層）に転写するために、ポリマーまたはフォトレジストをドライエッチングすることで、製作することができる。マイクロレンズアレイは、ダイレクトＥビームエッチングを使用して製作することもできる。デバイス、システム、方法、材料、プロセス等を含むさまざまな発明の実施形態が、本明細書に記述されている。

【0022】

本明細書に記述されているマイクロＬＥＤおよびマイクロレンズは、人工現実システムなどのさまざまなテクノロジーとともに使用することが可能である。ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムなどの人工現実システムは一般に、仮想環境内のオブジェクトを描写する人工画像を提示するように構成されているディスプレイを含む。そのディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）アプリケーションにおけるのと同様に、仮想オブジェクトを提示すること、または現実のオブジェクトの画像を仮想オブジェクトと組み合わせることが可能である。たとえば、ＡＲシステムにおいては、ユーザは、たとえば、透明なディスプレイグラスもしくはレンズ（しばしば光学シースルーと呼ばれる）を通じて見ること、またはカメラによって取り込まれた周囲環境の表示された画像（しばしばビデオシースルーと呼ばれる）を閲覧することによって、仮想オブジェクトの表示された画像（たとえば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））と、周囲環境との両方を閲覧することが可能である。いくつかのＡＲシステムにおいては、ＬＥＤベースのディスプレイサブシステムを使用して人工画像がユーザに提示されることが可能である。

【0023】

本明細書において使用される際には、「発光ダイオード（ＬＥＤ）」という用語は、少なくともｎ型半導体層、ｐ型半導体層、およびｎ型半導体層とｐ型半導体層との間における発光領域（すなわち、活性領域）を含む光源を指す。発光領域は、量子井戸などの１つまたは複数のヘテロ構造を形成する１つまたは複数の半導体層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、発光領域は、それぞれが複数の（たとえば、約２個から６個の）量子井戸を含む１つまたは複数の多重量子井戸（ＭＱＷ）を形成する複数の半導体層を含むことが可能である。

【0024】

本明細書において使用される際には、「マイクロＬＥＤ」または「μＬＥＤ」という用語は、チップの直線寸法が、１００μｍ未満、５０μｍ未満、２０μｍ未満、１０μｍ未満、またはそれ未満など、約２００μｍ未満であるチップを有するＬＥＤを指す。たとえば、マイクロＬＥＤの直線寸法は、６μｍ、５μｍ、４μｍ、２μｍ、またはそれ未満程度の小ささである場合がある。いくつかのマイクロＬＥＤは、少数キャリアの拡散長に匹敵する直線寸法（たとえば、長さまたは直径）を有する場合がある。しかしながら、本明細書における開示は、マイクロＬＥＤには限定されず、ミニＬＥＤおよび大型ＬＥＤに適用されることも可能である。

【0025】

本明細書において使用される際には、「接合」という用語は、接着接合、金属対金属接合、金属酸化物接合、ウェハ対ウェハ接合、ダイ対ウェハ接合、ハイブリッド接合、はんだ付け、アンダーバンプメタライゼーション等など、２つ以上のデバイスおよび／またはウェハを物理的におよび／または電気的に接続するためのさまざまな方法を指すことが可能である。たとえば、接着接合は、硬化型接着剤（たとえば、エポキシ）を使用して、接着を通じて２つ以上のデバイスおよび／またはウェハを物理的に接合することが可能である。金属対金属接合は、たとえば、はんだ付け界面（たとえば、パッドもしくはボール）、導電性接着剤、または金属どうしの間における溶接継手を使用するワイヤ接合またはフリップチップ接合を含むことが可能である。金属酸化物接合は、それぞれの表面上に金属および酸化物のパターンを形成し、酸化物セクションどうしをともに接合し、次いで金属セクションどうしをともに接合して、導電性経路を作成することが可能である。ウェハ対ウェハ接合は、いかなる中間層も伴わずに２つのウェハ（たとえば、シリコンウェハまたはその他の半導体ウェハ）を接合することが可能であり、それらの２つのウェハの表面どうしの間における化学接合に基づく。ウェハ対ウェハ接合は、ウェハ洗浄およびその他の前処理、室温での位置合わせおよび前接合、ならびに約２５０℃以上などの高温でのアニーリングを含む場合がある。ダイ対ウェハ接合は、１つのウェハ上のバンプを使用して、事前に形成されたチップの機能をウェハのドライバと位置合わせすることが可能である。ハイブリッド接合は、たとえば、ウェハ洗浄、あるウェハの接点と別のウェハの接点との高精度の位置合わせ、室温でのウェハ内の誘電材料どうしの誘電接合、および、たとえば２５０～３００℃以上での、アニーリングによる接点どうしの金属接合を含む場合がある。本明細書において使用される際には、「バンプ」という用語は、接合中に使用または形成される金属相互接続を総称的に指すことが可能である。

【0026】

以降の記述においては、説明の目的から、本開示の例の徹底的な理解を提供するために具体的な詳細が示されている。しかしながら、これらの具体的な詳細を伴わずにさまざまな例が実施されることが可能であるということは明らかであろう。たとえば、それらの例を不必要に詳細にわかりにくくしないために、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、およびその他の構成要素が、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。その他の場合においては、それらの例をわかりにくくすることを回避するために、よく知られているデバイス、プロセス、システム、構造、および技術は、必要な詳細を伴わずに示されることがある。図および記述は、限定的であることを意図されているものではない。本開示において採用されている用語および表現は、限定のではなく、記述の用語として使用されており、そのような用語および表現の使用において、示され記述されている特徴またはそれらの部分のいかなる均等物も除外する意図はない。「例」という言葉は、本明細書においては、「例、実例、または例示としての役割を果たすこと」を意味するために使用されている。本明細書において「例」として記述されているいずれの実施形態または設計も、必ずしもその他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。

【0027】

Ｉ． 人工現実システム
図１は、特定の実施形態によるニアアイディスプレイ１２０を含む人工現実システム環境１００の例の簡略化されたブロック図である。図１において示されている人工現実システム環境１００は、ニアアイディスプレイ１２０、任意選択の外部撮像デバイス１５０、および任意選択の入力／出力インターフェース１４０を含むことが可能であり、それらのそれぞれは、任意選択のコンソール１１０に結合されることが可能である。図１は、１つのニアアイディスプレイ１２０と、１つの外部撮像デバイス１５０と、１つの入力／出力インターフェース１４０とを含む人工現実システム環境１００の例を示しているが、任意の数のこれらのコンポーネントが人工現実システム環境１００に含まれることが可能であり、またはこれらのコンポーネントのうちのいずれかが省略されることが可能である。たとえば、コンソール１１０と通信状態にある１つまたは複数の外部撮像デバイス１５０によってモニタされる複数のニアアイディスプレイ１２０があることが可能である。いくつかの構成においては、人工現実システム環境１００は、外部撮像デバイス１５０、任意選択の入力／出力インターフェース１４０、および任意選択のコンソール１１０を含まないことが可能である。代替構成においては、異なるコンポーネントまたは追加のコンポーネントが人工現実システム環境１００に含まれることが可能である。

【0028】

ニアアイディスプレイ１２０は、コンテンツをユーザに提示するヘッドマウントディスプレイであることが可能である。ニアアイディスプレイ１２０によって提示されるコンテンツの例は、画像、ビデオ、オーディオ、またはそれらの任意の組合せのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０、コンソール１１０、または両方からオーディオ情報を受信し、そのオーディオ情報に基づいてオーディオデータを提示する外部デバイス（たとえば、スピーカーおよび／またはヘッドフォン）を介してオーディオが提示されることが可能である。ニアアイディスプレイ１２０は、１つまたは複数の剛体を含むことが可能であり、それらは、互いに堅固にまたは非堅固に結合されることが可能である。剛体どうしの間における堅固な結合は、結合されている剛体どうしを単一の剛体エンティティーとして機能させることが可能である。剛体どうしの間における非堅固な結合は、剛体どうしが互いに対して移動することを可能にすることができる。さまざまな実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０は、メガネを含む任意の適切なフォームファクタで実装されることが可能である。ニアアイディスプレイ１２０のいくつかの実施形態が、以降で図２および図３に関連してさらに記述されている。加えて、さまざまな実施形態においては、本明細書において記述されている機能性は、ニアアイディスプレイ１２０の外部の環境の画像と、人工現実コンテンツ（たとえば、コンピュータ生成画像）とを組み合わせるヘッドセットにおいて使用されることが可能である。したがって、ニアアイディスプレイ１２０は、生成されたコンテンツ（たとえば、画像、ビデオ、サウンドなど）を用いてニアアイディスプレイ１２０の外部の物理的な現実世界環境の画像を拡張して、拡張現実をユーザに提示することが可能である。

【0029】

さまざまな実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０は、ディスプレイエレクトロニクス１２２、ディスプレイオプティクス１２４、およびアイトラッキングユニット１３０のうちの１つまたは複数を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０は、１つまたは複数のロケータ１２６、１つまたは複数の位置センサ１２８、および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１３２を含むことも可能である。ニアアイディスプレイ１２０は、さまざまな実施形態においては、アイトラッキングユニット１３０、ロケータ１２６、位置センサ１２８、およびＩＭＵ １３２のうちのいずれかを省略すること、または追加の要素を含むことが可能である。加えて、いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０は、図１に関連して記述されているさまざまな要素の機能を組み合わせる要素を含むことが可能である。

【0030】

ディスプレイエレクトロニクス１２２は、たとえば、コンソール１１０から受信されたデータに従ってユーザに画像を表示すること、またはそれらの画像の表示を容易にすることが可能である。さまざまな実施形態においては、ディスプレイエレクトロニクス１２２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイ、マイクロ発光ダイオード（μＬＥＤ）ディスプレイ、能動マトリックスＯＬＥＤディスプレイ（ＡＭＯＬＥＤ）、透明ＯＬＥＤディスプレイ（ＴＯＬＥＤ）、またはその他の何らかのディスプレイなど、１つまたは複数のディスプレイパネルを含むことが可能である。たとえば、ニアアイディスプレイ１２０の一実施態様においては、ディスプレイエレクトロニクス１２２は、フロントＴＯＬＥＤパネル、リアディスプレイパネル、およびフロントディスプレイパネルとリアディスプレイパネルとの間における光学部品（たとえば、減衰器、ポラライザ、または回折フィルムもしくはスペクトルフィルム）を含むことが可能である。ディスプレイエレクトロニクス１２２は、赤、緑、青、白、または黄色などの主色の光を放出するためのピクセルを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、ディスプレイエレクトロニクス１２２は、画像の奥行きの主観的な知覚をもたらすために、２次元パネルどうしによって生成された立体感を通じて３次元（３Ｄ）画像を表示することが可能である。たとえば、ディスプレイエレクトロニクス１２２は、ユーザの左目および右目の前にそれぞれ配置されている左ディスプレイおよび右ディスプレイを含むことが可能である。左ディスプレイおよび右ディスプレイは、立体感（すなわち、画像を閲覧しているユーザによる画像の奥行きの知覚）をもたらすために、互いに対して水平にシフトされた画像のコピーどうしを提示することが可能である。

【0031】

特定の実施形態においては、ディスプレイオプティクス１２４は、画像コンテンツを光学的に（たとえば、光導波路およびカプラを使用して）表示するか、またはディスプレイエレクトロニクス１２２から受信された画像光を拡大し、その画像光に関連付けられている光学エラーを訂正し、訂正された画像光をニアアイディスプレイ１２０のユーザに提示することが可能である。さまざまな実施形態においては、ディスプレイオプティクス１２４は、たとえば、基板、光導波路、アパーチャ、フレネルレンズ、凸レンズ、凹レンズ、フィルタ、入力／出力カプラ、または、ディスプレイエレクトロニクス１２２から放出される画像光に影響を与えることが可能であるその他の任意の適切な光学要素など、１つまたは複数の光学要素を含むことが可能である。ディスプレイオプティクス１２４は、さまざまな光学要素の組合せ、ならびにその組合せにおける光学要素どうしの相対的な間隔および向きを保持するための機械的結合を含むことが可能である。ディスプレイオプティクス１２４内の１つまたは複数の光学要素は、反射防止コーティング、反射コーティング、フィルタリングコーティング、またはさまざまな光学コーティングの組合せなどの光学コーティングを有することが可能である。

【0032】

ディスプレイオプティクス１２４による画像光の拡大は、ディスプレイエレクトロニクス１２２が、より大きなディスプレイよりも物理的に小さいこと、軽量であること、およびより少ない電力を消費することを可能にすることができる。加えて、拡大は、表示されるコンテンツの視野を広げることが可能である。ディスプレイオプティクス１２４による画像光の拡大の量は、ディスプレイオプティクス１２４からの光学要素を調整すること、追加すること、または除去することによって変更されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ディスプレイオプティクス１２４は、表示される画像を、ユーザの目からニアアイディスプレイ１２０よりもさらに遠く離れていることが可能である１つまたは複数の画像平面に投影することが可能である。

【0033】

ディスプレイオプティクス１２４は、２次元光学エラー、３次元光学エラー、またはそれらの任意の組合せなど、１つまたは複数のタイプの光学エラーを訂正するように設計されることも可能である。２次元エラーは、２次元で発生する光学収差を含む場合がある。２次元エラーの例示的なタイプは、たる形歪み、糸巻型歪み、縦色収差、および横色収差を含む場合がある。３次元エラーは、３次元で発生する光学エラーを含む場合がある。３次元エラーの例示的なタイプは、球面収差、コマ収差、像面湾曲、および非点収差を含む場合がある。

【0034】

ロケータ１２６どうしは、互いに対して、およびニアアイディスプレイ１２０上の基準点に対して、ニアアイディスプレイ１２０上の特定の位置に配置されたオブジェクトどうしであることが可能である。いくつかの実施態様においては、コンソール１１０は、外部撮像デバイス１５０によって取り込まれた画像内のロケータ１２６を識別して、人工現実ヘッドセットの位置、向き、または両方を特定することが可能である。ロケータ１２６は、ＬＥＤ、コーナーキューブリフレクタ、反射マーカ、ニアアイディスプレイ１２０が動作する環境と対照をなすタイプの光源、またはそれらの任意の組合せであることが可能である。ロケータ１２６がアクティブコンポーネント（たとえば、ＬＥＤまたはその他のタイプの発光デバイス）である実施形態においては、ロケータ１２６は、可視帯域（たとえば、約３８０ｎｍから７５０ｎｍ）における、赤外線（ＩＲ）帯域（たとえば、約７５０ｎｍから１ｍｍ）における、紫外線帯域（たとえば、約１０ｎｍから約３８０ｎｍ）における、電磁スペクトルの別の部分における、または電磁スペクトルの部分どうしの任意の組合せにおける光を放出することが可能である。

【0035】

外部撮像デバイス１５０は、１つもしくは複数のカメラ、１つもしくは複数のビデオカメラ、ロケータ１２６のうちの１つもしくは複数を含む画像を取り込むことが可能なその他の任意のデバイス、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。加えて、外部撮像デバイス１５０は、（たとえば、信号対雑音比を高めるために）１つまたは複数のフィルタを含むことが可能である。外部撮像デバイス１５０は、外部撮像デバイス１５０の視野においてロケータ１２６から放出または反射された光を検知するように構成されることが可能である。ロケータ１２６が受動要素（たとえば、再帰反射器）を含む実施形態においては、外部撮像デバイス１５０は、外部撮像デバイス１５０内の光源に光を再帰反射することが可能であるロケータ１２６のうちのいくつかまたはすべてを照らす光源を含むことが可能である。低速較正データが、外部撮像デバイス１５０からコンソール１１０へ通信されることが可能であり、外部撮像デバイス１５０は、１つまたは複数の較正パラメータをコンソール１１０から受信して、１つまたは複数の撮像パラメータ（たとえば、焦点距離、ピント、フレームレート、センサ温度、シャッタースピード、アパーチャなど）を調整することが可能である。

【0036】

位置センサ１２８は、ニアアイディスプレイ１２０の動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成することが可能である。位置センサ１２８の例は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、その他の動き検知もしくはエラー訂正センサ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、位置センサ１２８は、並進運動（たとえば、前方／後方、上／下、または左／右）を測定するための複数の加速度計と、回転運動（たとえば、ピッチ、ヨー、またはロール）を測定するための複数のジャイロスコープとを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、さまざまな位置センサは、互いに直交して配向されることが可能である。

【0037】

ＩＭＵ１３２は、位置センサ１２８のうちの１つまたは複数から受信された測定信号に基づいて高速較正データを生成する電子デバイスであることが可能である。位置センサ１２８は、ＩＭＵ１３２の外部、ＩＭＵ１３２の内部、またはそれらの任意の組合せに配置されることが可能である。１つまたは複数の位置センサ１２８からの１つまたは複数の測定信号に基づいて、ＩＭＵ１３２は、ニアアイディスプレイ１２０の初期位置に対するニアアイディスプレイ１２０の推定位置を示す高速較正データを生成することが可能である。たとえば、ＩＭＵ１３２は、経時的に加速度計から受信された測定信号どうしを統合して速度ベクトルを推定し、その速度ベクトルを経時的に統合してニアアイディスプレイ１２０上の基準点の推定位置を特定することが可能である。あるいは、ＩＭＵ１３２は、サンプリングされた測定信号をコンソール１１０に提供することが可能であり、コンソール１１０は、高速較正データを特定することが可能である。基準点は、一般には空間における点として定義されることが可能であるが、さまざまな実施形態においては、基準点は、ニアアイディスプレイ１２０内の点（たとえば、ＩＭＵ１３２の中心）として定義されることも可能である。

【0038】

アイトラッキングユニット１３０は、１つまたは複数のアイトラッキングシステムを含むことが可能である。アイトラッキングとは、ニアアイディスプレイ１２０に対する、目の向きおよび場所を含む、目の位置を特定することを指すことが可能である。アイトラッキングシステムは、１つまたは複数の目を撮像するための撮像システムを含むことが可能であり、また任意選択で発光体を含むことが可能であり、その発光体は、目に向けられる光を生成することが可能であり、それにより、目によって反射された光が撮像システムによって取り込まれることが可能である。たとえば、アイトラッキングユニット１３０は、可視スペクトルまたは赤外線スペクトルにおける光を放出する非コヒーレントまたはコヒーレント光源（たとえば、レーザーダイオード）と、ユーザの目によって反射された光を取り込むカメラとを含むことが可能である。別の例として、アイトラッキングユニット１３０は、小型レーダユニットによって放出された反射電波を取り込むことが可能である。アイトラッキングユニット１３０は、目を傷つけることのない、または身体的不快感を引き起こすことのない周波数および強度で光を放出する低電力発光体を使用することが可能である。アイトラッキングユニット１３０は、アイトラッキングユニット１３０によって消費される全体的な電力を低減しながら（たとえば、アイトラッキングユニット１３０に含まれている発光体および撮像システムによって消費される電力を低減しながら）、アイトラッキングユニット１３０によって取り込まれた目の画像におけるコントラストを高めるようにアレンジされることが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、アイトラッキングユニット１３０は、１００ミリワット未満の電力を消費することが可能である。

【0039】

ニアアイディスプレイ１２０は、目の向きを使用して、たとえば、ユーザの瞳孔間距離（ＩＰＤ）を特定すること、視線方向を特定すること、奥行き手がかりを導入すること（たとえば、ユーザの主視線の外側の画像をぼかすこと）、ＶＲメディアにおけるユーザの対話についてのヒューリスティック（たとえば、露出されている刺激に応じた、いずれかの特定の被写体、オブジェクト、もしくはフレーム上で費やされた時間）を収集すること、ユーザの目のうちの少なくとも１つの向きに部分的に基づくその他のいくつかの機能、またはそれらの任意の組合せが可能である。向きは、ユーザの両方の目に関して特定されることが可能であるので、アイトラッキングユニット１３０は、どこをユーザが見ているかを特定することが可能であり得る。たとえば、ユーザの視線の方向を特定することは、ユーザの左目および右目の特定された向きに基づいて収束点を特定することを含むことが可能である。収束点は、ユーザの目の２つの中心窩軸が交差する点であることが可能である。ユーザの視線の方向は、収束点と、ユーザの両目の瞳孔どうしの間における中点とを通過する線の方向であることが可能である。

【0040】

入力／出力インターフェース１４０は、ユーザがアクション要求をコンソール１１０へ送信することを可能にするデバイスであることが可能である。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求であることが可能である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始することもしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行することであることが可能である。入力／出力インターフェース１４０は、１つまたは複数の入力デバイスを含むことが可能である。例示的な入力デバイスは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、グローブ、ボタン、タッチスクリーン、または、アクション要求を受信して、その受信されたアクション要求をコンソール１１０へ通信するためのその他の任意の適切なデバイスを含むことが可能である。入力／出力インターフェース１４０によって受信されたアクション要求は、コンソール１１０へ通信されることが可能であり、コンソール１１０は、要求されたアクションに対応するアクションを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、入力／出力インターフェース１４０は、コンソール１１０から受信された命令に従って触覚フィードバックをユーザに提供することが可能である。たとえば、入力／出力インターフェース１４０は、アクション要求が受信された場合に、または要求されているアクションをコンソール１１０が実行して入力／出力インターフェース１４０に命令を通信した場合に、触覚フィードバックを提供することが可能である。いくつかの実施形態においては、外部撮像デバイス１５０は、ユーザの動きを特定する目的で、コントローラ（たとえば、ＩＲ光源を含むことが可能である）またはユーザの手の場所または位置を追跡把握することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡把握するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ１２０は、ユーザの動きを特定する目的で、コントローラまたはユーザの手の場所または位置を追跡把握することなど、入力／出力インターフェース１４０を追跡把握するための１つまたは複数の撮像デバイスを含むことが可能である。

【0041】

コンソール１１０は、外部撮像デバイス１５０、ニアアイディスプレイ１２０、および入力／出力インターフェース１４０のうちの１つまたは複数から受信された情報に従ってユーザに提示するためにニアアイディスプレイ１２０にコンテンツを提供することが可能である。図１において示されている例においては、コンソール１１０は、アプリケーションストア１１２、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４、人工現実エンジン１１６、およびアイトラッキングモジュール１１８を含むことが可能である。コンソール１１０のいくつかの実施形態は、図１に関連して記述されているものとは異なるモジュールまたは追加のモジュールを含むことが可能である。以降でさらに記述されている機能は、ここで記述されているのとは異なる様式でコンソール１１０のコンポーネントどうしの間において分散されることが可能である。

【0042】

いくつかの実施形態においては、コンソール１１０は、プロセッサと、プロセッサによって実行可能な命令を格納している非一時的コンピュータ可読ストレージメディアとを含むことが可能である。プロセッサは、命令どうしを並行して実行する複数の処理ユニットを含むことが可能である。非一時的コンピュータ可読ストレージメディアは、ハードディスクドライブ、リムーバブルメモリ、またはソリッドステートドライブ（たとえば、フラッシュメモリまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））など、任意のメモリであることが可能である。さまざまな実施形態においては、図１に関連して記述されているコンソール１１０のモジュールは、プロセッサによって実行されたときに、以降でさらに記述されている機能をプロセッサに実行させる非一時的コンピュータ可読ストレージメディア内の命令としてエンコードされることが可能である。

【0043】

アプリケーションストア１１２は、コンソール１１０によって実行するための１つまたは複数のアプリケーションを格納することが可能である。アプリケーションは、プロセッサによって実行されたときに、ユーザに提示するためのコンテンツを生成する命令のグループを含むことが可能である。アプリケーションによって生成されるコンテンツは、ユーザの目の動きを介してユーザから受信された入力、または入力／出力インターフェース１４０から受信された入力に応答することが可能である。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションを含むことが可能である。

【0044】

ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、外部撮像デバイス１５０からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイ１２０の動きを追跡把握することが可能である。たとえば、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、低速較正情報およびニアアイディスプレイ１２０のモデルから、観察されたロケータを使用してニアアイディスプレイ１２０の基準点の位置を特定することが可能である。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、高速較正情報からの位置情報を使用してニアアイディスプレイ１２０の基準点の位置を特定することも可能である。加えて、いくつかの実施形態においては、ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、高速較正情報、低速較正情報、またはそれらの任意の組合せの部分を使用して、ニアアイディスプレイ１２０の今後の場所を予測することが可能である。ヘッドセットトラッキングモジュール１１４は、ニアアイディスプレイ１２０の推定されたまたは予測された今後の位置を人工現実エンジン１１６に提供することが可能である。

【0045】

人工現実エンジン１１６は、人工現実システム環境１００内でアプリケーションを実行し、ニアアイディスプレイ１２０の位置情報、ニアアイディスプレイ１２０の加速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の速度情報、ニアアイディスプレイ１２０の予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せをヘッドセットトラッキングモジュール１１４から受信することが可能である。人工現実エンジン１１６は、推定された目の位置および向きの情報をアイトラッキングモジュール１１８から受信することも可能である。受信された情報に基づいて、人工現実エンジン１１６は、ユーザに提示するためにニアアイディスプレイ１２０に提供するためのコンテンツを特定することが可能である。たとえば、受信された情報が、ユーザが左を見たということを示している場合には、人工現実エンジン１１６は、仮想環境におけるユーザの目の動きを反映するニアアイディスプレイ１２０のためのコンテンツを生成することが可能である。加えて、人工現実エンジン１１６は、入力／出力インターフェース１４０から受信されたアクション要求に応答して、コンソール１１０上で実行しているアプリケーション内でアクションを実行し、そのアクションが実行されたということを示すフィードバックをユーザに提供することが可能である。そのフィードバックは、ニアアイディスプレイ１２０を介した視覚フィードバックもしくは可聴フィードバック、または入力／出力インターフェース１４０を介した触覚フィードバックであることが可能である。

【0046】

アイトラッキングモジュール１１８は、アイトラッキングユニット１３０からアイトラッキングデータを受信し、そのアイトラッキングデータに基づいてユーザの目の位置を特定することが可能である。目の位置は、ニアアイディスプレイ１２０またはそのいずれかの要素に対する目の向き、場所、または両方を含むことが可能である。目の回転軸は、そのソケット内の目の場所に応じて変化するので、そのソケット内の目の場所を特定することは、アイトラッキングモジュール１１８が目の向きをより正確に特定することを可能にすることができる。

【0047】

図２は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのＨＭＤデバイス２００の形態のニアアイディスプレイの例の斜視図である。ＨＭＤデバイス２００は、たとえば、ＶＲシステム、ＡＲシステム、ＭＲシステム、またはそれらの任意の組合せの一部であることが可能である。ＨＭＤデバイス２００は、本体２２０およびヘッドストラップ２３０を含むことが可能である。図２は、本体２２０の下側２２３、前側２２５、および左側２２７を斜視図において示している。ヘッドストラップ２３０は、調整可能なまたは延長可能な長さを有することが可能である。ユーザがＨＭＤデバイス２００をユーザの頭に取り付けることを可能にするために、ＨＭＤデバイス２００の本体２２０とヘッドストラップ２３０との間には十分なスペースがあることが可能である。さまざまな実施形態においては、ＨＭＤデバイス２００は、追加の、より少ない、または異なるコンポーネントを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、ＨＭＤデバイス２００は、ヘッドストラップ２３０ではなく、たとえば、以降の図３において示されているようなメガネテンプルおよびテンプルチップを含むことが可能である。

【0048】

ＨＭＤデバイス２００は、コンピュータによって生成された要素を伴う、物理的な現実世界環境の仮想のおよび／または拡張されたビューを含むメディアをユーザに提示することが可能である。ＨＭＤデバイス２００によって提示されるメディアの例は、画像（たとえば、２次元（２Ｄ）もしくは３次元（３Ｄ）画像）、ビデオ（たとえば、２Ｄもしくは３Ｄビデオ）、オーディオ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。画像およびビデオは、ＨＭＤデバイス２００の本体２２０に含まれている１つまたは複数のディスプレイアセンブリ（図２においては示されていない）によってユーザのそれぞれの目に提示されることが可能である。さまざまな実施形態においては、１つまたは複数のディスプレイアセンブリは、単一の電子ディスプレイパネルまたは複数の電子ディスプレイパネル（たとえば、ユーザのそれぞれの目に対して１つのディスプレイパネル）を含むことが可能である。電子ディスプレイパネルの例は、たとえば、ＬＣＤ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＩＬＥＤディスプレイ、μＬＥＤディスプレイ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤ、その他の何らかのディスプレイ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。ＨＭＤデバイス２００は、２つのアイボックス領域を含むことが可能である。

【0049】

いくつかの実施態様においては、ＨＭＤデバイス２００は、奥行きセンサ、モーションセンサ、位置センサ、およびアイトラッキングセンサなど、さまざまなセンサ（図示せず）を含むことが可能である。これらのセンサのうちのいくつかは、感知のために、構造化された光パターンを使用することが可能である。いくつかの実施態様においては、ＨＭＤデバイス２００は、コンソールと通信するための入力／出力インターフェースを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、ＨＭＤデバイス２００は、仮想現実エンジン（図示せず）を含むことが可能であり、仮想現実エンジンは、ＨＭＤデバイス２００内でアプリケーションを実行し、さまざまなセンサからＨＭＤデバイス２００の奥行き情報、位置情報、加速度情報、速度情報、予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せを受信することが可能である。いくつかの実施態様においては、仮想現実エンジンによって受信された情報は、１つまたは複数のディスプレイアセンブリへの信号（たとえば、表示命令）を生成するために使用されることが可能である。いくつかの実施態様においては、ＨＭＤデバイス２００は、互いに対して、および基準点に対して、本体２２０上の固定された位置に配置されたロケータどうし（図示せず、ロケータ１２６どうしなど）を含むことが可能である。それらのロケータのそれぞれは、外部撮像デバイスによって検知可能である光を放出することが可能である。

【0050】

図３は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するためのメガネの形態のニアアイディスプレイ３００の例の斜視図である。ニアアイディスプレイ３００は、図１のニアアイディスプレイ１２０の特定の実施態様であることが可能であり、仮想現実ディスプレイ、拡張現実ディスプレイ、および／または複合現実ディスプレイとして動作するように構成されることが可能である。ニアアイディスプレイ３００は、フレーム３０５およびディスプレイ３１０を含むことが可能である。ディスプレイ３１０は、コンテンツをユーザに提示するように構成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ディスプレイ３１０は、ディスプレイエレクトロニクスおよび／またはディスプレイオプティクスを含むことが可能である。たとえば、図１のニアアイディスプレイ１２０に関して上述されているように、ディスプレイ３１０は、ＬＣＤディスプレイパネル、ＬＥＤディスプレイパネル、または光学ディスプレイパネル（たとえば、導波路ディスプレイアセンブリ）を含むことが可能である。

【0051】

ニアアイディスプレイ３００はさらに、フレーム３０５上にまたはフレーム３０５内にさまざまなセンサ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ、および３５０ｅを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ３５０ａ～３５０ｅは、１つまたは複数の奥行きセンサ、モーションセンサ、位置センサ、慣性センサ、または環境光センサを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ３５０ａ～３５０ｅは、別々の方向における別々の視野を表す画像データを生成するように構成されている１つまたは複数の画像センサを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ３５０ａ～３５０ｅは、ニアアイディスプレイ３００の表示されるコンテンツを制御するための、もしくはそのコンテンツに影響を与えるための、および／またはニアアイディスプレイ３００のユーザにインタラクティブなＶＲ／ＡＲ／ＭＲ体験を提供するための入力デバイスとして使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、センサ３５０ａ～３５０ｅは、立体画像化のために使用されることも可能である。

【0052】

いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ３００はさらに、光を物理的環境へと投射するための１つまたは複数の照明器３３０を含むことが可能である。投射される光は、さまざまな周波数帯域（たとえば、可視光、赤外線、紫外線など）に関連付けられることが可能であり、さまざまな目的を果たすことが可能である。たとえば、照明器３３０は、暗い環境に（または低強度の赤外線、紫外線などを伴う環境に）光を投射して、センサ３５０ａ～３５０ｅがその暗い環境内のさまざまなオブジェクトの画像を取り込むのを支援することが可能である。いくつかの実施形態においては、照明器３３０は、環境内のオブジェクト上に特定の光パターンを投射するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、照明器３３０は、図１に関連して上述されているロケータ１２６などのロケータとして使用されることが可能である。

【0053】

いくつかの実施形態においては、ニアアイディスプレイ３００は、高解像度カメラ３４０を含むことも可能である。カメラ３４０は、視野内の物理的環境の画像を取り込むことが可能である。取り込まれた画像は、たとえば、仮想現実エンジン（たとえば、図１の人工現実エンジン１１６）によって処理されて、取り込まれた画像に仮想オブジェクトを付加すること、または取り込まれた画像内の物理オブジェクトを修正することが可能であり、処理された画像は、ＡＲまたはＭＲアプリケーションのためにディスプレイ３１０によってユーザに表示されることが可能である。

【0054】

ＩＩ． 導波路ディスプレイ
図４は、特定の実施形態による導波路ディスプレイを含む光学シースルー拡張現実システム４００の例を示している。拡張現実システム４００は、プロジェクタ４１０およびコンバイナ４１５を含むことが可能である。プロジェクタ４１０は、光源または画像ソース４１２およびプロジェクタオプティクス４１４を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源または画像ソース４１２は、上述されている１つまたは複数のマイクロＬＥＤデバイスを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、ＬＣＤディスプレイパネルまたはＬＥＤディスプレイパネルなど、仮想オブジェクトを表示する複数のピクセルを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、コヒーレントなまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含むことが可能である。たとえば、画像ソース４１２は、レーザーダイオード、垂直キャビティ面発光レーザー、ＬＥＤ、および／または上述されているマイクロＬＥＤを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、原色（たとえば、赤、緑、または青）に対応する単色画像光をそれぞれが放出する複数の光源（たとえば、上述されているマイクロＬＥＤのアレイ）を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、マイクロＬＥＤの３つの２次元アレイを含むことが可能であり、マイクロＬＥＤのそれぞれの２次元アレイは、原色（たとえば、赤、緑、または青）の光を放出するように構成されているマイクロＬＥＤを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、空間光変調器などの光学パターン生成器を含むことが可能である。プロジェクタオプティクス４１４は、画像ソース４１２からの光を拡大すること、コリメートすること、スキャンすること、またはコンバイナ４１５へ投射することなど、画像ソース４１２からの光を調整することが可能である１つまたは複数の光学部品を含むことが可能である。１つまたは複数の光学部品は、たとえば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、ミラー、アパーチャ、および／または格子を含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、画像ソース４１２は、マイクロＬＥＤの１つまたは複数の１次元アレイまたは細長い２次元アレイを含むことが可能であり、プロジェクタオプティクス４１４は、マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは細長い２次元アレイをスキャンして画像フレームを生成するように構成されている１つまたは複数の１次元スキャナ（たとえば、マイクロミラーまたはプリズム）を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタオプティクス４１４は、画像ソース４１２からの光のスキャニングを可能にする複数の電極を備えた液体レンズ（たとえば、液晶レンズ）を含むことが可能である。

【0055】

コンバイナ４１５は、プロジェクタ４１０からの光をコンバイナ４１５の基板４２０へと結合するための入力カプラ４３０を含むことが可能である。コンバイナ４１５は、第１の波長範囲における光の少なくとも５０％を透過すること、および第２の波長範囲における光の少なくとも２５％を反射することが可能である。たとえば、第１の波長範囲は、約４００ｎｍから約６５０ｎｍまでの可視光であることが可能であり、第２の波長範囲は、たとえば、約８００ｎｍから約１０００ｎｍまでの赤外線帯域にあることが可能である。入力カプラ４３０は、体積ホログラフィック格子、回折光学要素（ＤＯＥ）（たとえば、表面レリーフ格子）、基板４２０の傾斜面、または屈折カプラ（たとえば、くさびまたはプリズム）を含むことが可能である。たとえば、入力カプラ４３０は、反射体積Ｂｒａｇｇ格子または透過体積Ｂｒａｇｇ格子を含むことが可能である。入力カプラ４３０は、可視光に対して３０％、５０％、７５％、９０％、またはそれ以上の結合効率を有することが可能である。基板４２０へと結合された光は、たとえば、全反射（ＴＩＲ）を通じて基板４２０内を伝搬することが可能である。基板４２０は、メガネのレンズの形態であることが可能である。基板４２０は、平面または曲面を有することが可能であり、ガラス、石英、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、水晶、またはセラミックなど、１つまたは複数のタイプの誘電材料を含むことが可能である。基板の厚さは、たとえば、約１ｍｍ未満から約１０ｍｍ以上に及ぶことが可能である。基板４２０は、可視光に対して透明であることが可能である。

【0056】

基板４２０は、複数の出力カプラ４４０を含むことが可能であり、または複数の出力カプラ４４０に結合されることが可能であり、それらの出力カプラ４４０はそれぞれが、基板４２０によって導かれて基板４２０内を伝搬する光の少なくとも一部分を基板４２０から抽出して、抽出された光４６０をアイボックス４９５に向けるように構成されており、拡張現実システム４００のユーザの目４９０は、拡張現実システム４００が使用中である場合には、そのアイボックスに配置されることが可能である。複数の出力カプラ４４０は、アイボックス４９５のサイズを増大させるように射出瞳を複製することが可能であり、それによって、表示される画像は、より大きなエリアで可視である。入力カプラ４３０のように、出力カプラ４４０は、格子カプラ（たとえば、体積ホログラフィック格子または表面レリーフ格子）、その他の回折光学要素（ＤＯＥ）、プリズムなどを含むことが可能である。たとえば、出力カプラ４４０は、反射体積Ｂｒａｇｇ格子または透過体積Ｂｒａｇｇ格子を含むことが可能である。出力カプラ４４０は、さまざまな場所においてさまざまな結合（たとえば、回折）効率を有することが可能である。基板４２０は、コンバイナ４１５の前の環境からの光４５０がほとんどまたはまったく損失なしに通過することを可能にすることもできる。出力カプラ４４０は、光４５０がほとんど損失なしに通過することを可能にすることもできる。たとえば、いくつかの実施態様においては、出力カプラ４４０は、光４５０に対してかなり低い回折効率を有することが可能であり、それによって光４５０は、屈折するか、またはさもなければ、ほとんど損失なしに出力カプラ４４０を通過することが可能であり、ひいては、抽出された光４６０よりも高い強度を有することが可能である。いくつかの実施態様においては、出力カプラ４４０は、光４５０に対して高い回折効率を有することが可能であり、光４５０を特定の所望の方向（すなわち、回折角）にほとんど損失なく回折することが可能である。結果として、ユーザは、コンバイナ４１５の前の環境と、プロジェクタ４１０によって投射された仮想オブジェクトの画像との組み合わされた画像を閲覧することが可能であり得る。

【0057】

図５Ａは、特定の実施形態による導波路ディスプレイ５３０を含むニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイス５００の例を示している。ＮＥＤデバイス５００は、ニアアイディスプレイ１２０、拡張現実システム４００、または別のタイプのディスプレイデバイスの例であることが可能である。ＮＥＤデバイス５００は、光源５１０、投射オプティクス５２０、および導波路ディスプレイ５３０を含むことが可能である。光源５１０は、赤色発光体５１２のパネル、緑色発光体５１４のパネル、および青色発光体５１６のパネルなど、別々の色の発光体の複数のパネルを含むことが可能である。赤色発光体５１２は、アレイへと編成されており、緑色発光体５１４は、アレイへと編成されており、青色発光体５１６は、アレイへと編成されている。光源５１０における発光体の寸法およびピッチは、小さくてもよい。たとえば、それぞれの発光体は、２μｍ未満（たとえば、約１．２μｍ）の直径を有することが可能であり、ピッチは、２μｍ未満（たとえば、約１．５μｍ）であることが可能である。したがって、それぞれの赤色発光体５１２、緑色発光体５１４、および青色発光体５１６における発光体の数は、９６０×７２０、１２８０×７２０、１４４０×１０８０、１９２０×１０８０、２１６０×１０８０、または２５６０×１０８０ピクセルなど、表示画像におけるピクセルの数以上であることが可能である。したがって、表示画像は、光源５１０によって同時に生成されることが可能である。スキャニング要素は、ＮＥＤデバイス５００において使用されないことが可能である。

【0058】

導波路ディスプレイ５３０に到達する前に、光源５１０によって放出された光は、投射オプティクス５２０によって調整されることが可能であり、投射オプティクス５２０は、レンズアレイを含むことが可能である。投射オプティクス５２０は、光源５１０によって放出された光を導波路ディスプレイ５３０へコリメートすることまたは集めることが可能であり、導波路ディスプレイ５３０は、光源５１０によって放出された光を導波路ディスプレイ５３０へと結合するためのカプラ５３２を含むことが可能である。導波路ディスプレイ５３０へと結合された光は、たとえば、図４に関連して上述されているような全反射を通じて、導波路ディスプレイ５３０内を伝搬することが可能である。カプラ５３２は、導波路ディスプレイ５３０内を伝搬する光の部分を、導波路ディスプレイ５３０からユーザの目５９０へ向けて結合することも可能である。

【0059】

図５Ｂは、特定の実施形態による導波路ディスプレイ５８０を含むニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）デバイス５５０の例を示している。いくつかの実施形態においては、ＮＥＤデバイス５５０は、スキャニングミラー５７０を使用して、光源５４０からの光を、ユーザの目５９０が位置していることが可能である鏡像力場へ投射することが可能である。ＮＥＤデバイス５５０は、ニアアイディスプレイ１２０、拡張現実システム４００、または別のタイプのディスプレイデバイスの例であることが可能である。光源５４０は、赤色発光体５４２の複数の行、緑色発光体５４４の複数の行、および青色発光体５４６の複数の行など、別々の色の発光体の１つもしくは複数の行または１つもしくは複数の列を含むことが可能である。たとえば、赤色発光体５４２、緑色発光体５４４、および青色発光体５４６は、それぞれＮ個の行を含むことが可能であり、それぞれの行は、たとえば、２５６０個の発光体（ピクセル）を含む。赤色発光体５４２は、アレイへと編成されており、緑色発光体５４４は、アレイへと編成されており、青色発光体５４６は、アレイへと編成されている。いくつかの実施形態においては、光源５４０は、それぞれの色に関して単一の列の発光体を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源５４０は、赤色、緑色、および青色のそれぞれに関して複数の列の発光体を含むことが可能であり、この場合、それぞれの列は、たとえば１０８０個の発光体を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源５４０における発光体の寸法および／またはピッチは、比較的大きい（たとえば、約３～５μｍである）ことが可能であり、ひいては光源５４０は、表示画像全体を同時に生成するための十分な発光体を含まない場合がある。たとえば、単一の色に関する発光体の数は、表示画像におけるピクセルの数（たとえば、２５６０×１０８０ピクセル）よりも少ない場合がある。光源５４０によって放出される光は、光のコリメートされたまたは発散するビームのセットであることが可能である。

【0060】

スキャニングミラー５７０に到達する前に、光源５４０によって放出された光は、コリメーティングレンズまたは自由形状光学要素５６０など、さまざまな光学デバイスによって調整されることが可能である。自由形状光学要素５６０は、たとえば、光源５４０によって放出された光の伝搬方向を、たとえば約９０°以上変更することなど、光源５４０によって放出された光をスキャニングミラー５７０へ向けることが可能である多面プリズムまたは別の光折り畳み要素を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、自由形状光学要素５６０は、光をスキャンするために回転可能であり得る。スキャニングミラー５７０および／または自由形状光学要素５６０は、光源５４０によって放出された光を反射して導波路ディスプレイ５８０へ投射することが可能であり、導波路ディスプレイ５８０は、光源５４０によって放出された光を導波路ディスプレイ５８０へと結合するためのカプラ５８２を含むことが可能である。導波路ディスプレイ５８０へと結合された光は、たとえば、図４に関連して上述されているような全反射を通じて、導波路ディスプレイ５８０内を伝搬することが可能である。カプラ５８２は、導波路ディスプレイ５８０内を伝搬する光の部分を導波路ディスプレイ５８０からユーザの目５９０へ向けて結合することも可能である。

【0061】

スキャニングミラー５７０は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーまたはその他の任意の適切なミラーを含むことが可能である。スキャニングミラー５７０は、１次元または２次元でスキャンを行うために回転することが可能である。スキャニングミラー５７０が回転するにつれて、光源５４０によって放出された光は、導波路ディスプレイ５８０のさまざまなエリアに向けられることが可能であり、それによって、表示画像全体が、導波路ディスプレイ５８０上へ投射されて、それぞれのスキャニングサイクルにおいて導波路ディスプレイ５８０によってユーザの目５９０に向けられることが可能である。たとえば、光源５４０が、１つまたは複数の行または列におけるすべてのピクセルに関する発光体を含む実施形態においては、スキャニングミラー５７０は、画像をスキャンするために列方向または行方向（たとえば、ｘ方向またはｙ方向）に回転されることが可能である。光源５４０が、１つまたは複数の行または列におけるすべてではないがいくつかのピクセルに関する発光体を含む実施形態においては、スキャニングミラー５７０は、行方向および列方向の両方（たとえば、ｘ方向およびｙ方向の両方）に回転されて、（たとえば、ラスタタイプのスキャニングパターンを使用して）表示画像を投射することが可能である。

【0062】

ＮＥＤデバイス５５０は、事前に定義された表示期間で動作することが可能である。表示期間（たとえば、表示サイクル）は、画像全体がスキャンまたは投射される持続時間を指すことが可能である。たとえば、表示期間は、所望のフレームレートの逆数であることが可能である。スキャニングミラー５７０を含むＮＥＤデバイス５５０においては、表示期間は、スキャニング期間またはスキャニングサイクルと呼ばれる場合もある。光源５４０による光生成は、スキャニングミラー５７０の回転と同期化されることが可能である。たとえば、それぞれのスキャニングサイクルは、複数のスキャニングステップを含むことが可能であり、この場合、光源５４０は、それぞれの各スキャニングステップにおいて別々の光パターンを生成することが可能である。

【0063】

それぞれのスキャニングサイクルにおいて、スキャニングミラー５７０が回転するにつれて、表示画像が導波路ディスプレイ５８０およびユーザの目５９０上へ投射されることが可能である。表示画像の所与のピクセル場所の実際の色値および光強度（たとえば、輝度）は、スキャニング期間中にピクセル場所を照らす３つの色（たとえば、赤、緑、および青）の光ビームの平均であることが可能である。スキャニング期間が完了した後に、スキャニングミラー５７０は、次の表示画像の最初の数行のための光を投射するために初期位置へ戻ることが可能であり、または逆の方向もしくはスキャンパターンに回転して、次の表示画像のための光を投射することが可能であり、この場合、駆動信号の新たなセットが光源５４０に供給されることが可能である。それぞれのスキャニングサイクルにおいてスキャニングミラー５７０が回転するので、同じプロセスが繰り返されることが可能である。したがって、別々のスキャニングサイクルにおいて別々の画像がユーザの目５９０へ投射されることが可能である。

【0064】

図６は、特定の実施形態によるニアアイディスプレイシステム６００における画像ソースアセンブリ６１０の例を示している。画像ソースアセンブリ６１０は、たとえば、ユーザの目へ投射されることになる表示画像を生成することが可能であるディスプレイパネル６４０と、ディスプレイパネル６４０によって生成された表示画像を、図４～図５Ｂに関連して上述されている導波路ディスプレイへ投射することが可能であるプロジェクタ６５０とを含むことが可能である。ディスプレイパネル６４０は、光源６４２と、光源６４２のためのドライバ回路６４４とを含むことが可能である。光源６４２は、たとえば、光源５１０または５４０を含むことが可能である。プロジェクタ６５０は、たとえば、上述されている自由形状光学要素５６０、スキャニングミラー５７０、および／または投射オプティクス５２０を含むことが可能である。ニアアイディスプレイシステム６００は、光源６４２およびプロジェクタ６５０（たとえば、スキャニングミラー５７０）を同期的に制御するコントローラ６２０を含むことも可能である。画像ソースアセンブリ６１０は、画像光を生成して、導波路ディスプレイ５３０または５８０などの導波路ディスプレイ（図６においては示されていない）へ出力することが可能である。上述されているように、導波路ディスプレイは、１つまたは複数の入力結合要素において画像光を受け取ること、および受け取られた画像光を１つまたは複数の出力結合要素へ導くことが可能である。入力結合要素および出力結合要素は、たとえば、回折格子、ホログラフィック格子、プリズム、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。入力結合要素は、導波路ディスプレイで全反射が発生するように選ばれることが可能である。出力結合要素は、導波路ディスプレイからの全反射された画像光の部分どうしを結合することが可能である。

【0065】

上述されているように、光源６４２は、アレイまたはマトリックスに配置された複数の発光体を含むことが可能である。それぞれの発光体は、赤色光、青色光、緑色光、赤外線等などの単色光を放出することが可能である。本開示においてはＲＧＢ色がしばしば論じられているが、本明細書において記述されている実施形態は、原色として赤、緑、および青を使用することに限定されない。その他の色がニアアイディスプレイシステム６００の原色として使用されることも可能である。いくつかの実施形態においては、一実施形態によるディスプレイパネルは、３つよりも多い原色を使用することが可能である。光源６４２におけるそれぞれのピクセルは、赤色マイクロＬＥＤ、緑色マイクロＬＥＤ、および青色マイクロＬＥＤを含む３つのサブピクセルを含むことが可能である。半導体ＬＥＤは一般に、半導体材料の複数の層内に活性発光層を含む。半導体材料の複数の層は、別々の化合物材料、または、別々のドーパントおよび／もしくは別々のドーピング密度を有する同じベース材料を含むことが可能である。たとえば、半導体材料の複数の層は、ｎ型材料層と、ヘテロ構造（たとえば、１つまたは複数の量子井戸）を含むことが可能である活性領域と、ｐ型材料層とを含むことが可能である。半導体材料の複数の層は、特定の向きを有している基板の表面上に成長させることが可能である。いくつかの実施形態においては、光抽出効率を高めるために、半導体材料の層のうちの少なくともいくつかを含むメサが形成されることが可能である。

【0066】

コントローラ６２０は、光源６４２および／またはプロジェクタ６５０のオペレーションなど、画像ソースアセンブリ６１０の画像レンダリングオペレーションを制御することが可能である。たとえば、コントローラ６２０は、画像ソースアセンブリ６１０が１つまたは複数の表示画像をレンダリングするための命令を特定することが可能である。それらの命令は、表示命令およびスキャニング命令を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、表示命令は、画像ファイル（たとえば、ビットマップファイル）を含むことが可能である。表示命令は、たとえば、図１に関連して上述されているコンソール１１０などのコンソールから受信されることが可能である。スキャニング命令は、画像光を生成するために画像ソースアセンブリ６１０によって使用されることが可能である。スキャニング命令は、たとえば、画像光源のタイプ（たとえば、単色もしくは多色）、スキャニングレート、スキャニング装置の向き、１つもしくは複数の照明パラメータ、またはそれらの任意の組合せを指定することが可能である。コントローラ６２０は、本開示のその他の態様をわかりにくくしないためにここには示されていないハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの組合せを含むことが可能である。

【0067】

いくつかの実施形態においては、コントローラ６２０は、ディスプレイデバイスのグラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）であることが可能である。その他の実施形態においては、コントローラ６２０は、その他の種類のプロセッサであることが可能である。コントローラ６２０によって実行されるオペレーションは、表示のためのコンテンツを取り込み、そのコンテンツを個別のセクションへと分割することを含むことが可能である。コントローラ６２０は、光源６４２の個々のソース要素に対応するアドレスおよび／または個々のソース要素に適用される電気的バイアスを含むスキャニング命令を光源６４２に提供することが可能である。コントローラ６２０は、最終的にユーザに表示される画像におけるピクセルの１つまたは複数の行に対応する発光体を使用して個別のセクションを順次提示するように光源６４２に指示することが可能である。コントローラ６２０は、光のさまざまな調整を実行するようにプロジェクタ６５０に指示することも可能である。たとえば、コントローラ６２０は、図５Ｂに関連して上述されている導波路ディスプレイ（たとえば、導波路ディスプレイ５８０）の結合要素のさまざまなエリアへの個別のセクションをスキャンするようにプロジェクタ６５０を制御することが可能である。したがって、導波路ディスプレイの射出瞳では、それぞれの個別の部分が、別々のそれぞれの場所において提示される。それぞれの個別のセクションは、別々のそれぞれの時点において提示されるが、それらの個別のセクションの提示およびスキャニングは、十分に高速に生じ、それによってユーザの目は、それらの別々のセクションを単一の画像または一連の画像へと統合することが可能である。

【0068】

画像プロセッサ６３０は、汎用プロセッサ、および／または、本明細書において記述されている機能を実行することに特化している１つもしくは複数の特定用途向け回路であることが可能である。一実施形態においては、汎用プロセッサがメモリに結合されて、本明細書において記述されている特定のプロセスをプロセッサに実行させるソフトウェア命令を実行することが可能である。別の実施形態においては、画像プロセッサ６３０は、特定の機能を実行することに特化している１つまたは複数の回路であることが可能である。図６における画像プロセッサ６３０は、コントローラ６２０およびドライバ回路６４４とは別個であるスタンドアロンのユニットとして示されているが、画像プロセッサ６３０は、その他の実施形態においてはコントローラ６２０またはドライバ回路６４４のサブユニットであることが可能である。言い換えれば、それらの実施形態においては、コントローラ６２０またはドライバ回路６４４は、画像プロセッサ６３０のさまざまな画像処理機能を実行することが可能である。画像プロセッサ６３０は、画像処理回路と呼ばれる場合もある。

【0069】

図６において示されている例においては、光源６４２は、コントローラ６２０または画像プロセッサ６３０から送信されたデータまたは命令（たとえば、表示およびスキャニング命令）に基づいて、ドライバ回路６４４によって駆動されることが可能である。一実施形態においては、ドライバ回路６４４は、回路パネルを含むことが可能であり、その回路パネルは、光源６４２のさまざまな発光体に接続し、それらの発光体を機械的に保持する。光源６４２は、１つまたは複数の照明パラメータに従って光を放出することが可能であり、それらの照明パラメータは、コントローラ６２０によって設定され、潜在的に画像プロセッサ６３０およびドライバ回路６４４によって調整される。照明パラメータは、光を生成するために光源６４２によって使用されることが可能である。照明パラメータは、たとえば、ソース波長、パルスレート、パルス振幅、ビームタイプ（連続もしくはパルス）、放出される光に影響を与えることが可能であるその他のパラメータ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、光源６４２によって生成される光源光は、赤色光、緑色光、および青色光の複数のビーム、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。

【0070】

プロジェクタ６５０は、光源６４２によって生成された画像光を集めること、組み合わせること、調整すること、またはスキャンすることなど、光学機能のセットを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ６５０は、組合せアセンブリ、光調整アセンブリ、またはスキャニングミラーアセンブリを含むことが可能である。プロジェクタ６５０は、光源６４２からの光を光学的に調整して潜在的に向け直す１つまたは複数の光学部品を含むことが可能である。光の調整の一例は、拡大すること、コリメートすること、１つもしくは複数の光学エラー（たとえば、像面湾曲、色収差など）に関して訂正を行うこと、光のいくつかのその他の調整、またはそれらの任意の組合せなど、光を調整することを含むことが可能である。プロジェクタ６５０の光学部品は、たとえば、レンズ、ミラー、アパーチャ、格子、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。

【0071】

プロジェクタ６５０は、画像光を、その１つまたは複数の反射部分および／または屈折部分を介して向け直すことが可能であり、それによって画像光は、導波路ディスプレイへ特定の向きで投射される。画像光が向け直される先の場所は、１つまたは複数の反射部分および／または屈折部分の特定の向きに依存することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ６５０は、少なくとも２次元でスキャンする単一のスキャニングミラーを含む。その他の実施形態においては、プロジェクタ６５０は、互いに直交する方向にそれぞれがスキャンする複数のスキャニングミラーを含むことが可能である。プロジェクタ６５０は、ラスタスキャン（水平にまたは垂直に）、双共鳴スキャン、またはそれらの任意の組合せを実行することが可能である。いくつかの実施形態においては、プロジェクタ６５０は、特定の振動周波数で水平および／または垂直方向に沿って、制御された振動を実行して、２次元に沿ってスキャンし、ユーザの目に提示されるメディアの２次元投影画像を生成することが可能である。その他の実施形態においては、プロジェクタ６５０は、１つまたは複数のスキャニングミラーと同様のまたは同じ機能を果たすことが可能であるレンズまたはプリズムを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、画像ソースアセンブリ６１０は、プロジェクタを含まないことが可能であり、この場合、光源６４２によって放出された光は、導波路ディスプレイ上に直接入射することが可能である。

【0072】

ＩＩＩ． マイクロＬＥＤ
半導体ＬＥＤにおいては、光子は、普通、活性領域（たとえば、１つまたは複数の半導体層）内の電子および正孔の再結合を通じて、特定の内部量子効率において生成され、この場合、内部量子効率は、光子を放出する活性領域内の放射電子正孔再結合の割合である。生成される光は、次いで、特定の方向において、または特定の立体角内でＬＥＤから抽出されることが可能である。ＬＥＤから抽出される放出される光子の数と、ＬＥＤを通過する電子の数との間における比は、外部量子効率と呼ばれ、外部量子効率は、どれぐらい効率よくＬＥＤが、注入される電子をデバイスから抽出される光子に変換するかについて記述している。

【0073】

外部量子効率は、注入効率、内部量子効率、および抽出効率に比例する場合がある。注入効率は、活性領域へと注入される、デバイスを通過する電子の割合を指す。抽出効率は、デバイスから脱出する、活性領域内で生成される光子の割合である。ＬＥＤ、および特に、低減された物理的な寸法を伴うマイクロＬＥＤに対して、内部および外部量子効率を改善すること、ならびに／または放出スペクトルを制御することは困難であることがある。いくつかの実施形態においては、光抽出効率を高めるために、半導体材料の層のうちの少なくともいくつかを含むメサが形成されることが可能である。

【0074】

図７Ａは、垂直メサ構造を有するＬＥＤ７００の例を示している。ＬＥＤ７００は、光源５１０、５４０、または６４２における発光体であることが可能である。ＬＥＤ７００は、半導体材料の複数の層など、無機材料で作られたマイクロＬＥＤであることが可能である。層状半導体発光デバイスは、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料の複数の層を含むことが可能である。ＩＩＩ－Ｖ半導体材料は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、またはアンチモン（Ｓｂ）など、Ｖ族元素と組み合わせて、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、またはインジウム（Ｉｎ）など、１つまたは複数のＩＩＩ族元素を含むことが可能である。ＩＩＩ－Ｖ半導体材料のＶ族元素が窒素を含む場合には、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料は、第ＩＩＩ族窒化物材料と呼ばれる。層状半導体発光デバイスは、気相エピタキシ（ＶＰＥ）、液相エピタキシ（ＬＰＥ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの技術を使用して基板上に複数のエピタキシャル層を成長させることによって製造されることが可能である。たとえば、半導体材料の層は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、もしくはＧａＰ基板など、特定の結晶格子配向（たとえば、極性、非極性、もしくは半極性の配向）を有する基板、または、サファイア、炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、リチウムガレート、部分的に置換されたスピネル、もしくは、ベータＬｉＡｌＯ_２構造を共有する第４正方酸化物を含むがそれらに限定されない基板上に層ごとに成長させることが可能であり、この場合、基板を特定の方向に切断して、特定の面を成長表面として露出させることが可能である。

【0075】

図７Ａにおいて示されている例においては、ＬＥＤ７００は、基板７１０を含むことが可能であり、基板７１０は、たとえば、サファイア基板またはＧａＮ基板を含むことが可能である。半導体層７２０を基板７１０上に成長させることが可能である。半導体層７２０は、ＧａＮなどのＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能であり、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、もしくはＢｅで）ｐドープされること、または（たとえば、ＳｉもしくはＧｅで）ｎドープされることが可能である。１つまたは複数の活性層７３０を半導体層７２０上に成長させて、活性領域を形成することが可能である。活性層７３０は、１つまたは複数の量子井戸またはＭＱＷなど、１つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である、１つもしくは複数のＩｎＧａＮ層、１つもしくは複数のＡｌＩｎＧａＰ層、および／または１つもしくは複数のＧａＮ層など、ＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能である。半導体層７４０を活性層７３０上に成長させることが可能である。半導体層７４０は、ＧａＮなどのＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能であり、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、もしくはＢｅで）ｐドープされること、または（たとえば、ＳｉもしくはＧｅで）ｎドープされることが可能である。半導体層７２０および半導体層７４０のうちの一方はｐ型層であることが可能であり、他方はｎ型層であることが可能である。半導体層７２０および半導体層７４０は、活性層７３０を挟んで発光領域を形成する。たとえば、ＬＥＤ７００は、マグネシウムでドープされたｐ型ＧａＮの層と、シリコンまたは酸素でドープされたｎ型ＧａＮの層との間に位置しているＩｎＧａＮの層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤ７００は、亜鉛またはマグネシウムでドープされたｐ型ＡｌＩｎＧａＰの層と、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたｎ型ＡｌＩｎＧａＰの層との間に位置しているＡｌＩｎＧａＰの層を含むことが可能である。

【0076】

いくつかの実施形態においては、電子遮断層（ＥＢＬ）（図７Ａにおいては示されていない）を成長させて、活性層７３０と、半導体層７２０または半導体層７４０のうちの少なくとも１つとの間に層を形成することが可能である。ＥＢＬは、電子漏れ電流を低減すること、およびＬＥＤの効率を改善することが可能である。いくつかの実施形態においては、Ｐ^＋またはＰ^＋＋半導体層など、高濃度にドープされた半導体層７５０が、半導体層７４０上に形成されることが可能であり、オーミック接触を形成してデバイスの接触インピーダンスを低減するための接触層としての役割を果たすことが可能である。いくつかの実施形態においては、導電層７６０が、高濃度にドープされた半導体層７５０上に形成されることが可能である。導電層７６０は、たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）またはＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を含むことが可能である。一例においては、導電層７６０は、透明なＩＴＯ層を含むことが可能である。

【0077】

半導体層７２０（たとえば、ｎ－ＧａＮ層）と接触するために、およびＬＥＤ７００から活性層７３０によって放出された光をより効率よく抽出するために、半導体材料層（高濃度にドープされた半導体層７５０、半導体層７４０、活性層７３０、および半導体層７２０を含む）をエッチングして、半導体層７２０を露出させること、および層７２０～７６０を含むメサ構造を形成することが可能である。メサ構造は、キャリアをデバイス内に閉じ込めることが可能である。メサ構造をエッチングすることは、成長面に直交していることが可能であるメサ側壁７３２の形成につながることが可能である。パッシベーション層７７０が、メサ構造の側壁７３２上に形成されることが可能である。パッシベーション層７７０は、ＳｉＯ_２層などの酸化物層を含むことが可能であり、ＬＥＤ７００からの放出された光を反射するための反射器としての役割を果たすことが可能である。Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはそれらの任意の組合せなどの金属層を含むことが可能である接触層７８０が、半導体層７２０上に形成されることが可能であり、ＬＥＤ７００の電極としての役割を果たすことが可能である。加えて、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ金属層などの別の接触層７９０が、導電層７６０上に形成されることが可能であり、ＬＥＤ７００の別の電極としての役割を果たすことが可能である。

【0078】

電圧信号が接触層７８０および７９０に印加された場合には、電子および正孔は、活性層７３０において再結合することが可能であり、この場合、電子および正孔の再結合は、光子放出を引き起こすことが可能である。放出された光子の波長およびエネルギーは、活性層７３０における価電子帯と伝導帯との間のエネルギーバンドギャップに依存することが可能である。たとえば、ＩｎＧａＮ活性層は、緑色または青色の光を放出することが可能であり、ＡｌＧａＮ活性層は、青色から紫外線を放出することが可能であり、その一方でＡｌＩｎＧａＰ活性層は、赤色、オレンジ、黄色、または緑色の光を放出することが可能である。放出された光子は、パッシベーション層７７０によって反射されることが可能であり、上（たとえば、導電層７６０および接触層７９０）または下（たとえば、基板７１０）からＬＥＤ７００を出ることが可能である。

【0079】

いくつかの実施形態においては、ＬＥＤ７００は、放出された光を集めるもしくはコリメートするか、または放出された光を導波路へと結合するために、基板７１０などの発光表面上にレンズなどの１つまたは複数のその他のコンポーネントを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、平面、円錐、半放物線、または放物線などの別の形状のメサを含むことが可能であり、メサのベースエリアは、円形、長方形、六角形、または三角形であることが可能である。たとえば、ＬＥＤは、湾曲した形状（たとえば、放物面形状）および／または湾曲していない形状（たとえば、円錐形状）のメサを含むことが可能である。メサは、切り詰められること、または切り詰められないことが可能である。

【0080】

図７Ｂは、放物線メサ構造を有するＬＥＤ７０５の例の断面図である。ＬＥＤ７００と同様に、ＬＥＤ７０５は、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料の複数の層など、半導体材料の複数の層を含むことが可能である。半導体材料層は、ＧａＮ基板またはサファイア基板などの基板７１５上にエピタキシャルに成長させることが可能である。たとえば、半導体層７２５を基板７１５上に成長させることが可能である。半導体層７２５は、ＧａＮなどのＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能であり、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、もしくはＢｅで）ｐドープされること、または（たとえば、ＳｉもしくはＧｅで）ｎドープされることが可能である。１つまたは複数の活性層７３５を半導体層７２５上に成長させることが可能である。活性層７３５は、１つまたは複数の量子井戸など、１つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である、１つもしくは複数のＩｎＧａＮ層、１つもしくは複数のＡｌＩｎＧａＰ層、および／または１つもしくは複数のＧａＮ層など、ＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能である。半導体層７４５を活性層７３５上に成長させることが可能である。半導体層７４５は、ＧａＮなどのＩＩＩ－Ｖ材料を含むことが可能であり、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、もしくはＢｅで）ｐドープされること、または（たとえば、ＳｉもしくはＧｅで）ｎドープされることが可能である。半導体層７２５および半導体層７４５のうちの一方はｐ型層であることが可能であり、他方はｎ型層であることが可能である。

【0081】

半導体層７２５（たとえば、ｎ型ＧａＮ層）と接触するために、およびＬＥＤ７０５から活性層７３５によって放出された光をより効率よく抽出するために、半導体層をエッチングして、半導体層７２５を露出させること、および層７２５～７４５を含むメサ構造を形成することが可能である。メサ構造は、キャリアをデバイスの注入エリア内に閉じ込めることが可能である。メサ構造をエッチングすることは、層７２５～７４５の結晶成長に関連付けられている成長面と非平行であること、またはいくつかのケースにおいては直交していることが可能であるメサ側壁（本明細書においてはファセットとも呼ばれる）の形成につながることが可能である。

【0082】

図７Ｂにおいて示されているように、ＬＥＤ７０５は、平らな上部を含むメサ構造を有することが可能である。誘電層７７５（たとえば、ＳｉＯ_２またはＳｉＮｘ）がメサ構造のファセット上に形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、誘電層７７５は、誘電材料の複数の層を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、金属層７９５が誘電層７７５上に形成されることが可能である。金属層７９５は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、またはそれらの任意の組合せなど、１つまたは複数の金属または金属合金材料を含むことが可能である。誘電層７７５および金属層７９５は、活性層７３５によって放出された光を基板７１５へ反射することが可能であるメサ反射器を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、メサ反射器は、放出された光を少なくとも部分的にコリメートすることが可能である放物面反射器としての役割を果たすように放物面形状であることが可能である。

【0083】

電気接点７６５および電気接点７８５は、半導体層７４５および半導体層７２５上にそれぞれ形成されて、電極としての役割を果たすことが可能である。電気接点７６５および電気接点７８５はそれぞれ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、またはそれらの任意の組合せ（たとえば、Ａｇ／Ｐｔ／ＡｕまたはＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ）などの導電性材料を含むことが可能であり、ＬＥＤ７０５の電極としての役割を果たすことが可能である。図７Ｂにおいて示されている例においては、電気接点７８５は、ｎ接点であることが可能であり、電気接点７６５は、ｐ接点であることが可能である。電気接点７６５および半導体層７４５（たとえば、ｐ型半導体層）は、活性層７３５によって放出された光を基板７１５へ反射するための後方反射器を形成することが可能である。いくつかの実施形態においては、電気接点７６５および金属層７９５は、同じ材料を含み、同じプロセスを使用して形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、追加の導電層（図示せず）が、電気接点７６５および７８５と半導体層との間における中間導電層として含まれることが可能である。

【0084】

電圧信号が電気接点７６５および７８５にわたって印加された場合には、電子および正孔は、活性層７３５において再結合することが可能である。電子および正孔の再結合は、光子放出を引き起こし、したがって光を生成することが可能である。放出された光子の波長およびエネルギーは、活性層７３５における価電子帯と伝導帯との間のエネルギーバンドギャップに依存することが可能である。たとえば、ＩｎＧａＮ活性層は、緑色または青色の光を放出することが可能であり、その一方でＡｌＩｎＧａＰ活性層は、赤色、オレンジ、黄色、または緑色の光を放出することが可能である。放出された光子は、多くの異なる方向において伝搬することが可能であり、メサ反射器および／または後方反射器によって反射されることが可能であり、たとえば、図７Ｂにおいて示されている下側（たとえば、基板７１５）からＬＥＤ７０５を出ることが可能である。レンズまたは格子など、１つまたは複数のその他の二次光学部品が、基板７１５などの発光表面上に形成されて、放出された光を集めるかもしくはコリメートすること、および／または放出された光を導波路へと結合することが可能である。

【0085】

ＩＶ． 主光線ウォークオフ補償
半導体ＬＥＤにおいては、光子は、普通、活性領域（たとえば、１つまたは複数の半導体層）内の電子および正孔の再結合を通じて、特定の内部量子効率において生成され、この場合、内部量子効率は、光子を放出する活性領域内の放射電子正孔再結合の割合である。生成される光は、次いで、特定の方向において、または特定の立体角内でＬＥＤから抽出されることが可能である。ＬＥＤから抽出される放出される光子の数と、ＬＥＤを通過する電子の数との間における比は、外部量子効率と呼ばれ、外部量子効率は、どれぐらい効率よくＬＥＤが、注入される電子をデバイスから抽出される光子に変換するかについて記述している。

【0086】

上述されているように、導波路ベースのディスプレイシステムの全体効率は、ディスプレイシステム内の個々の構成要素の効率の積であることが可能であり、どれぐらい構成要素が一緒に結合されているかに依存することも可能である。簡略化された例においては、導波路ベースのディスプレイシステムの全体効率η_ｔｏｔは、η_ｔｏｔ＝η_ＥＱＥ×η_ｉｎ×η_ｏｕｔによって決定することが可能であり、ただし、η_ＥＱＥは、マイクロＬＥＤの外部量子効率であり、η_ｉｎは、マイクロＬＥＤから導波路に入るディスプレイ光のインカップリング効率であり、η_ｏｕｔは、導波路からユーザの目に向けるディスプレイ光のアウトカップリング効率である。したがって、全体効率η_ｔｏｔは、η_ＥＱＥ、η_ｉｎ、およびη_ｏｕｔのうちの１つまたは複数を改善することによって改善することができる。

【0087】

図８Ａは、特定の実施形態によるリニアマイクロＬＥＤアレイ８１０およびディスプレイオプティクス８２０を含むマイクロＬＥＤベースのディスプレイシステム８００の例を示す。図８Ｂは、特定の実施形態によるマイクロＬＥＤアレイ８１０からディスプレイオプティクス８２０に入射する光の角度を示す。例に示されているように、ディスプレイシステム８００の限られた視野（または受光角）および／または射出瞳（またはアイボックス）のサイズにより、マイクロＬＥＤアレイ８１０内のそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の異なる角度部分は、ディスプレイシステム８００の射出瞳８３０を通過することが可能である。たとえば、図８Ｂの線８４０によって示されているように、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８１０の中心におけるマイクロＬＥＤからの光ビームの主光線は、ディスプレイオプティクス８２０に約０°で入射することが可能であり、一方、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８１０の縁部におけるマイクロＬＥＤからの光ビームの主光線は、約２０°でディスプレイオプティクス８２０に入射することが可能である。線８４２および８４４は、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８１０内のそれぞれの高さにおけるそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の角度範囲を示す。それぞれのマイクロＬＥＤからの光ビームの光強度がそれぞれの方向において均一でない（狭いビーム分布を有するなど）とき、異なるマイクロＬＥＤからの光は、射出瞳８３０を通過するマイクロＬＥＤアレイ８１０内のそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の異なる角度部分により、異なる効率でユーザの目へ投射されることが可能である。したがって、ユーザへ表示されるピクチャは、不均一な強度を有する場合がある。いくつかの実施形態においては、上述されている主光線ウォークオフを補償するために、マイクロＬＥＤアレイは、曲面上に配置されることが可能である。

【0088】

図８Ｃは、特定の実施形態による湾曲したマイクロＬＥＤアレイ８５０およびディスプレイオプティクス８６０を含むマイクロＬＥＤベースのディスプレイシステム８０５の例を示す。図８Ｄは、特定の実施形態によるマイクロＬＥＤアレイ８５０からディスプレイオプティクス８６０に入射する光の角度を示す。例に示されているように、ディスプレイシステム８０５の限られた視野（または受光角）および／または射出瞳（またはアイボックス）のサイズにより、マイクロＬＥＤアレイ８５０内のそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の異なる角度部分は、ディスプレイシステム８０５の射出瞳８７０を通過することが可能である。たとえば、図８Ｄの線８８０によって示されているように、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８５０の中心におけるマイクロＬＥＤからの光ビームの主光線は、ディスプレイオプティクス８６０に約０°で入射することが可能であり、一方、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８５０の縁部におけるマイクロＬＥＤからの光ビームの主光線は、図８Ａおよび図８Ｂに示されている入射角よりもずっと低い約１０°以下でディスプレイオプティクス８６０に入射することが可能である。加えて、図８Ｃおよび図８Ｄにおいて示されている例においては、主光線は、図８Ａおよび図８Ｂに示されている主光線と比較して（線８８０の下側勾配によって示されている）低い割合でウォークオフすることが可能である。線８８２および８８４は、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８５０内のそれぞれの高さにおけるそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の角度範囲を示す。主光線ウォークオフが低減されるので、ユーザの目に到達することが可能であるマイクロＬＥＤアレイ８５０内のそれぞれの高さにおけるそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の角度範囲、したがって、インカップリング効率は、マイクロＬＥＤアレイ８５０内のマイクロＬＥＤについて比較的均一であることが可能である。しかしながら、マイクロＬＥＤアレイ８５０は、製造することが難しい場合がある。

【0089】

ディスプレイシステムにおけるマイクロＬＥＤアレイ内のマイクロＬＥＤについての光結合効率、および光結合効率の均一性は、マイクロＬＥＤによって放出される光ビームのビーム分布による影響を受ける場合もある。たとえば、（たとえば、２０°未満のＨＷＨＭ角度を有する）限られた受光角を有するディスプレイシステムについては、光ビームが広いビーム分布（たとえば、ランベルト放射プロファイル）を有する場合、マイクロＬＥＤアレイ内のマイクロＬＥＤについての光結合効率が比較的均一である場合があるけれど、マイクロＬＥＤによって放出された全光の１０％未満は、ディスプレイオプティクスによって取り込まれ、ユーザの目へ送り届けられることが可能である。

【0090】

図９Ａは、特定の実施形態によるディスプレイシステム９００の例における広いビーム分布を有するマイクロＬＥＤアレイ９１０から抽出される光の均一性および輝度を示す。図９Ａにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤアレイ９１０内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、たとえば、約３μｍの直線寸法を有することが可能であり、メサ構造を含むことが可能である。小さい寸法およびメサ構造により、マイクロＬＥＤアレイ９１０内のそれぞれのマイクロＬＥＤから放出される光ビーム９２０のビーム分布は、約４０°のＨＷＨＭ角度を有することが可能である。限られた受光角（たとえば、約±７°以内）および／またはディスプレイシステム９００の射出瞳の限られたサイズにより、それぞれの光ビーム９２０のほんの一部９２４は、ディスプレイオプティクス９３０を通じてユーザの目に到達することが可能である。加えて、上述されている主要なやり方のウォークオフにより、ユーザの目に到達することが可能であるそれぞれの光ビーム９２０の一部９２４は、図９Ａに示されているように、それぞれのマイクロＬＥＤごとに異なるそれぞれの角度範囲内であることが可能である。それぞれの光ビーム９２０の総パワーは、光ビーム９２０のビーム輝度プロファイルを表す曲線９４４の下方の面積によって示されることが可能であり、一方、ユーザの目に到達することが可能であるそれぞれの光ビーム９２０の総パワーは、曲線９４４の下方の領域９４０の総面積によって示されることが可能であり、これは、曲線９４４の下方の総面積のごく一部に過ぎないものであり得る。しかしながら、広いビーム分布のために、ユーザの目に到達することができる光ビームの輝度は、それぞれの角度範囲内でそれほど減少しないことが可能である。言い換えれば、領域９４０の面積は、マイクロＬＥＤアレイ９１０内のマイクロＬＥＤのために比較的均一とすることが可能である。したがって、マイクロＬＥＤアレイ９１０内のマイクロＬＥＤについての結合効率は、曲線９５０によって示されているように比較的均一とすることができる。たとえば、ランベルトビーム分布を有するマイクロＬＥＤについての光結合効率は、小さい受光角（たとえば、±１０～２０°以内）および０°から約２０°の主光線ウォークオフを伴ってディスプレイシステム内で一定のままであることが可能である。

【0091】

図９Ｂは、特定の実施形態によるディスプレイシステム９０５の例における狭いビームを有するマイクロＬＥＤアレイ９１２から抽出される光の均一性および輝度を示す。マイクロＬＥＤアレイ９１０内のそれぞれのマイクロＬＥＤは、たとえば、約３μｍの直線寸法を有することが可能である。マイクロＬＥＤアレイ９１２内のそれぞれのマイクロＬＥＤから放出される光ビーム９２２のビーム分布は、約１５°のＨＷＨＭ角度を有することが可能である。限られた受光角（たとえば、約±７°以内）および／またはディスプレイシステム９０５の射出瞳の限られたサイズにより、それぞれの光ビーム９２２のほんの一部９２６は、ディスプレイオプティクスを通じてユーザの目に到達することが可能である。加えて、上述されている主要なやり方のウォークオフにより、ユーザの目に到達することが可能であるそれぞれの光ビーム９２２の一部９２６は、図９Ｂに示されているように、それぞれのマイクロＬＥＤごとに異なるそれぞれの角度範囲内であることが可能である。ユーザの目に到達することが可能であるそれぞれの光ビーム９２２の総パワーは、光ビーム９２２の輝度プロファイルを表す曲線９４６の下方の面積によって示されることが可能であり、一方、ユーザの目に到達することができるそれぞれの光ビーム９２２の総パワーは、曲線９４６の下方の領域９４２の面積によって示されることが可能であり、これは、曲線９４６の下方の総面積のごく一部に過ぎないものであり得る。光ビーム９２２の狭いビーム分布のために、領域９４２の面積は、マイクロＬＥＤアレイ９１２の中心におけるマイクロＬＥＤのための曲線９４６の下方の総面積の大部分であることが可能であり、したがって、結合効率は、マイクロＬＥＤアレイ９１２に中心においてマイクロＬＥＤのために高いものであり得る。しかしながら、マイクロＬＥＤアレイ９１２の縁部におけるマイクロＬＥＤについては、領域９４２の面積は、曲線９４６の下方の総面積のごく一部に過ぎないものであり得る。言い換えれば、領域９４２の面積、したがってマイクロＬＥＤアレイ９１０内のマイクロＬＥＤの結合効率は、曲線９５２によって示されているように、中心からマイクロＬＥＤアレイ９１０の縁部へかなり減少することが可能である。

【0092】

いくつかの実施形態においては、外部量子効率（たとえば、光抽出効率）を高めるために、１つまたは複数の他の光学部品（たとえば、マイクロレンズ）が、上述されているメサ構造および反射器に加えて、基板７１０または７１５などの発光表面上に形成されて、ＬＥＤから特定の立体角内で放出された光を抽出する、および／または放出された光を集めるまたはコリメートすることが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、マイクロレンズアレイは、マイクロＬＥＤアレイ上に形成することが可能であり、それぞれのマイクロＬＥＤから放出される光は、対応するマイクロレンズによって収集され、抽出されることが可能であり、コリメートされ、集められ、または拡大され、次いで、導波路ベースのディスプレイシステムにおける導波路へ向けられることが可能である。マイクロレンズは、受光角を増大し、光抽出効率および結合効率を改善する上で役立つことが可能である。いくつかの実施形態においては、導波路ベースのディスプレイシステムを通じてマイクロＬＥＤからユーザの目へのディスプレイ光の結合効率を改善するために、 それぞれのマイクロＬＥＤからの光が、異なるそれぞれの角度で導波路へ向けられることが望ましい可能性がある。マイクロＬＥＤから放出された光は、たとえば、マイクロレンズ、くさびまたはプリズム、格子等を使用して、所望の方向へ向け直すことが可能である。

【0093】

図１０は、特定の実施形態による、マイクロＬＥＤアレイ１０２０、およびマイクロＬＥＤアレイ１０２０からの光を抽出して収束するためのマイクロレンズアレイ１０４０を含むデバイス１０００の例を示す。マイクロＬＥＤアレイ１０２０は、マイクロＬＥＤの１次元アレイまたは２次元アレイを含むことが可能であり、マイクロＬＥＤは、均一に分布していることが可能であり、絶縁体１０３０によって隔てられることが可能である。たとえば、図７Ａおよび図７Ｂに関連して上述されているように、マイクロＬＥＤアレイ１０２０は、基板１０１０上に形成されるエピタキシャル構造を含むことが可能である。絶縁体１０３０は、たとえば、パッシベーション層（たとえば、パッシベーション層７７０）、光反射層、充填材（たとえば、ポリマー）等を含むことが可能である。

【0094】

マイクロレンズアレイ１０４０は、マイクロＬＥＤアレイ１０２０上に直接形成されることが可能であり、または基板上に形成され、次いでクロＬＥＤアレイ１０２０に接合されることが可能である。以下に詳細に記述されているように、たとえば、マイクロレンズアレイ１０４０は、マイクロＬＥＤアレイ１０２０の基板または酸化物層（たとえば、ＳｉＯ_２層）など、マイクロＬＥＤアレイ１０２０の誘電層または半導体層にエッチングされることが可能であり、あるいは酸化物層またはポリマー層など、マイクロＬＥＤアレイ１０２０上に堆積された誘電層上に形成されることが可能である。対応するマイクロＬＥＤからのマイクロレンズの焦点距離および距離は、それぞれのマイクロレンズからの光ビームがコリメートされたビーム、収束ビーム、または発散ビームであることが可能であるように構成されていることが可能である。

【0095】

マイクロＬＥＤアレイ１０２０のピッチ１０２２は、マイクロレンズアレイ１０４０のピッチ１０４２とは異なる（たとえば、よりも小さいまたはよりも大きい）ことが可能である。したがって、マイクロレンズアレイ１０４０内のそれぞれのマイクロレンズの光軸は、マイクロＬＥＤアレイ１０２０内のそれぞれのマイクロＬＥＤの中心から距離差だけずれている場合がある。したがって、対応するマイクロレンズ通過後のそれぞれのマイクロＬＥＤからの光の主光線１０５０は、異なる場合がある。図１０において示されている例においては、マイクロＬＥＤアレイ１０２０のピッチ１０２２は、マイクロレンズアレイ１０４０のピッチ１０４２よりも大きいピッチであることが可能であり、したがって、マイクロレンズアレイ１０４０内のそれぞれのマイクロレンズの光軸は、マイクロＬＥＤアレイ１０２０内のそれぞれのマイクロＬＥＤの中心から距離差だけずれていることが可能である。ずれは、マイクロレンズの位置の関数であることが可能である。たとえば、ずれは、デバイス１０００の中心からのマイクロレンズの距離の関数として線形に増加することが可能である。結果として、対応するマイクロレンズの通過後にマイクロＬＥＤから抽出される光の主光線１０５０は、異なる伝搬方向であることが可能であり、例に示されているように収束することが可能である。

【0096】

マイクロレンズアレイ１０４０による主光線方向修正のため、マイクロＬＥＤアレイ１０２０内のそれぞれのマイクロＬＥＤからユーザの目に到達することが可能である光の一部は、実質的に同じであることが可能であり、この光の一部は、最高の強度または輝度を有する光ビームの一部でありことが可能である。したがって、結合効率の結合効率と均一性の両方が、マイクロＬＥＤアレイ１０２０内のマイクロＬＥＤのために改善されることが可能性である。

【0097】

さまざまな実施形態においては、マイクロレンズアレイのピッチは、均一または不均一であることが可能である。たとえば、２次元マイクロレンズアレイのピッチは、２つの直交方向において均一、１つの方向だけにおいて均一、または両方の方向において不均一であることが可能である。ピッチは、２つの直交方向において同じであるまたは異なることも可能である。マイクロレンズアレイのピッチは、１つまたは２つの寸法においてマイクロＬＥＤアレイ のピッチとは異なることが可能である。

【0098】

図１１は、特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズ１１２０を使用する垂直メサおよび広いビーム分布を有するマイクロＬＥＤ１１１０の例からの光抽出のシミュレーション結果を示す。図１１において示されている例においては、マイクロＬＥＤ１１１０は、約３μｍ未満の直線寸法を有することが可能である。小さい寸法および垂直メサ構造により、マイクロＬＥＤ１１１０から放出される光のビーム分布は、ランベルト分布のプロファイルに近いまたはより広いなど、６０°よりも大きいＨＷＨＭ角度を有することが可能である。したがって、放出されるビームの光強度は、大きい視野角範囲内で実質的に同じであることが可能である。

【0099】

マイクロレンズ１１２０は、球面レンズを含むことが可能である。マイクロレンズ１１２０の中心がマイクロＬＥＤ１１１０の中心であるとき、放出される光ビームは、ビーム分布１１３０を特徴とすることが可能である。マイクロレンズ１１２０の中心が、マイクロＬＥＤ１１１０の中心から約０．１μｍだけずれているとき、放出される光ビームは、ビーム分布１１４０を特徴とすることが可能である。マイクロレンズ１１２０の中心が、マイクロＬＥＤ１１１０の中心から約０．５μｍだけずれているとき、放出される光ビームは、ビーム分布１１５０を特徴とすることが可能である。ビーム分布１１３０～１２５０によって示されているように、広いビーム分布により、マイクロＬＥＤ１１１０に対してマイクロレンズ１１２０をずらすことは、光ビームの傾きに及ぼす影響は比較的小さい可能性があり、したがって、結合効率に対して小さな改善を引き起こし得るに過ぎない。したがって、広いビーム分布は、主光線ウォークオフを伴うより均一な光抽出および結合効率を実現するのを実現する上で役立ち得るが、結合効率は、低くすることができる。したがって、マイクロＬＥＤ１１１０の消費電力は、約５００ｎｉｔなどの目標輝度を実現するために、射出瞳またはアイボックスにおいて大きくすることが可能である。

【0100】

図１２Ａは、特定の実施形態による垂直メサ構造１２１０および水平にずれたマイクロレンズ１２３０を含み、狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤ１２００の例を示す。マイクロＬＥＤ１２００は、異なる色の光を放出するために、上述されているように異なる実施形態において異なる半導体材料を含むことが可能である。マイクロレンズ１２３０は、 誘電層１２２０によって垂直メサ構造１２１０から垂直に変位させられていることが可能である。マイクロレンズ１２３０の中心は、垂直メサ構造１２１０の中心から水平変位１２４０だけ水平にずれていることも可能である。したがって、垂直メサ構造１２１０から放出される光の主光線は、垂直メサ構造の垂直方向から傾けられていることが可能である。

【0101】

図１２Ｂは、特定の実施形態による図１２Ａに示されているマイクロＬＥＤ１２００のシミュレーションされたビーム分布を示す。ビーム分布１２５０は、マイクロＬＥＤ１２００の構造を有する赤色マイクロＬＥＤに対応する。ビーム分布１２５２は、マイクロＬＥＤ１２００の構造を有する緑色マイクロＬＥＤに対応する。ビーム分布１２５４は、マイクロＬＥＤ１２００の構造を有する青色マイクロＬＥＤに対応する。

【0102】

図１２Ｃは、特定の実施形態による図１２Ａに示されているマイクロＬＥＤ１２００の構造を有するマイクロＬＥＤの例から光ビームのシミュレーションされた光強度マップ１２７０を示す。図１２Ｃは、光ビームのピーク光強度が、断面における両方の方向にずれていることを示す。

【0103】

図１３Ａは、特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズ１３２０を使用する円錐メサおよび狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤ１３１０からの光抽出のシミュレーション結果を示す。マイクロＬＥＤ１３１０は、約３μｍ未満の直線寸法を有することが可能である。マイクロＬＥＤ１３１０は、約９０％よりも大きい反射率を有する（たとえば、ＴＣＯ／ＡｇまたはＴＣＯ／Ａｕなど、高い反射性のｐ接点を含む）平らな後方反射器１３１２を含むことが可能である。マイクロＬＥＤ１３１０は、約９５％よりも大きい反射率を有するメサ反射器１３１４（たとえば、ＳｉＮまたはＳｉＯ_２／ＴＣＯ／Ａｇ、Ａｌ、またはＡｕ）を含むことも可能である。円錐メサ構造および反射器により、光抽出効率をより高くすることが可能であり、マイクロＬＥＤ１３１０から放出される光のビーム分布は、約２５°など、たとえば、約３０°未満のＨＷＨＭ角度を有することが可能である。

【0104】

マイクロレンズ１３２０は、球面レンズを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズ１３２０は、マイクロＬＥＤ１３１０の半導体層の上にあるＳｉＮ、ＳｉＯ_２、またはポリマー層などの層において形成された非ネイティブレンズであることが可能である。いくつかの実施形態においては、フレネル反射によって引き起こされる損失を低減し、光抽出効率（ＬＥＥ）を改善するために、マイクロレンズ１３２０は、マイクロＬＥＤ１３１０の半導体層にエッチングされたネイティブレンズであることが可能である。マイクロレンズ１３２０の中心がマイクロＬＥＤ１３１０の中心にあるとき、放出される光ビームは、異なる色のマイクロＬＥＤについてのビーム分布１３３０を特徴とすることが可能であり、光抽出効率は、約１５％であり得る。マイクロレンズ１３２０の中心がマイクロＬＥＤ１３１０の中心から約０．１μｍだけずれているとき、放出される光ビームは、マイクロＬＥＤアレイ内のマイクロＬＥＤの位置に起因する主光線ウォークオフを補償することが可能である主光線角約５°を示す異なる色のマイクロＬＥＤについてのビーム分布１３４０を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、約１５％のままであり得る。マイクロレンズ１３２０の中心がマイクロＬＥＤ１３１０の中心から約０．５μｍだけずれているとき、放出される光ビームは、マイクロＬＥＤアレイ内の（たとえば、縁部における）マイクロＬＥＤの位置に起因する主光線ウォークオフを補償することが可能である約１５°の主光線角を示す異なる色のマイクロＬＥＤのビーム分布１３５０を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、約１５％のままであり得る。このようにして、円錐メサ構造は、異なるように変位されたマイクロレンズと組み合わせて、マイクロＬＥＤアレイにわたるマイクロＬＥＤについての結合効率、および結合効率の均一性を改善することが可能である。

【0105】

図１３Ｂは、特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズ１３６４を使用する赤色マイクロＬＥＤ１３６０の例についての主光線角度修正のシミュレーション結果を示す。それぞれの赤色マイクロＬＥＤ１３６０は、外側に傾いたメサ構造１３６２、メサ構造１３６２上のマイクロレンズ１３６４を含むことが可能である。図１３Ｂに示されている例においては、メサ構造１３６２は、ＳｉＮ／ＩＴＯ／Ａｕを含むメサ反射器を含むことが可能である。マイクロレンズ１３６４は、リフロープロセスを通じてＳｉＯ_２層において形成されることが可能である。放出されるビーム１３６６のＨＷＨＭ角度は、約２５°から約３０°であることが可能であり、ＥＱＥの約３０％超の増加という結果になり得る。放出されるビーム１３６６の主光線角は、マイクロレンズ１３６４が±３００ｎｍまたは１度あたり約２６ｎｍ以内で横に変位させられているとき、±１２°以内で操作可能であることが可能である。また、図１３Ｂは、マイクロレンズ１３６４が７５ｎｍステップにおいて±３００ｎｍ以内で横にずらされているときの赤色マイクロＬＥＤ１３６０から放出されるビーム１３６６のビーム分布１３７０を示す。

【0106】

図１４は、特定の実施形態による異なる変位を有するマイクロレンズ１４２０を使用する放物線メサおよび狭いビーム分布を有するマイクロＬＥＤ１４１０の例からの光抽出のシミュレーション結果を示す。マイクロＬＥＤ１４１０は、マイクロＬＥＤ１３１０に関連して上述されているように後方反射器１４１２および／またはメサ反射器１４１４を含むことが可能である。放物線メサ構造および反射器により、光抽出効率を高くすることが可能であり、マイクロＬＥＤ１４１０から放出される光のビーム分布は、たとえば、約３０°未満のＨＷＨＭ角度を有することが可能である。

【0107】

マイクロレンズ１４２０は、マイクロレンズ１３２０に関連して上述されているように球面レンズを含むことが可能である。マイクロレンズ１４２０の中心がマイクロＬＥＤ１４１０の中心にあるとき、放出される光ビームは、主光線角約０°を示す異なる色のマイクロＬＥＤについてのビーム分布１４３０を特徴とすることが可能である。マイクロレンズ１４２０の中心が、ｘ方向とｙ方向の両方にマイクロＬＥＤ１４１０の中心から約０．５μｍだけずれているとき、放出される光ビームは、異なる色のマイクロＬＥＤについてのビーム分布１４４０を特徴とすることが可能であり、断面における光ビームの強度は、光強度マップ１４５０によって示されることが可能である。ビーム分布１４４０は、マイクロＬＥＤアレイ内の（たとえば、縁部における）マイクロＬＥＤの位置に起因する主光線ウォークオフを少なくとも一部補償することが可能である約１０°の主光線角を示す。したがって、光抽出効率は、マイクロＬＥＤアレイの異なる位置におけるマイクロＬＥＤについてほぼ同じであり得る。このようにして、放物線メサ構造は、異なるように変位されたマイクロレンズと組み合わせて、マイクロＬＥＤアレイにわたるマイクロＬＥＤについての結合効率、および結合効率の均一性を改善することが可能である。

【0108】

図１５Ａは、特定の実施形態による垂直メサ構造１５１０および くさび１５３０を含むマイクロＬＥＤの例を示す。くさび１５３０は、垂直メサ構造１５１０上にある誘電層１５２０上に形成することが可能である。くさび１５３０は、垂直メサ構造１５１０から放出された光をくさび１５３０のより厚い側に向けて屈折させるために使用することが可能である。

【0109】

図１５Ｂは、特定の実施形態による図１５Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有する異なる色のマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す。図１５Ｂに示されている例においては、ビーム分布１５５０は、図１５Ａに示されたマイクロＬＥＤの構造を有する赤色マイクロＬＥＤによって放出される光ビームに対応し、ビーム分布１５６０は、同じ構造を有する緑色マイクロＬＥＤによって放出される光ビームに対応し、ビーム分布１５７０は、同じ構造を有する青色マイクロＬＥＤによって放出される光ビームに対応する。

【0110】

図１５Ｃは、特定の実施形態による垂直メサ構造１５１０、くさび１５３０、およびマイクロレンズ１５４０を含むマイクロＬＥＤの例を示す。くさび１５３０は、誘電層１５２０上に形成することが可能であり、垂直メサ構造１５１０から放出される光をくさび１５３０のより厚い側に向けて屈折させることが可能である。マイクロレンズ１５４０は、垂直メサ構造１５１０から放出され、くさび１５３０によって屈折させられる光をコリメートするために使用することが可能である。

【0111】

図１５Ｄは、特定の実施形態による図１５Ｃに示されたマイクロＬＥＤの構造を有する異なる色のマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム分布を示す。図１５Ｄに示されている例においては、ビーム分布１５５２は、図１５Ｃに示されたマイクロＬＥＤの構造を有する赤色マイクロＬＥＤによって放出される光ビームに対応し、ビーム分布１５６２は、同じ構造を有する緑色マイクロＬＥＤ によって放出される光ビームに対応し、ビーム分布１５７２は、同じ構造を有する青色マイクロＬＥＤによって放出される光ビームに対応する。

【0112】

Ｖ． 光抽出効率の改善
上述されているように、導波路ディスプレイシステムの全体効率は、個々のマイクロＬＥＤの外部量子効率に関数とすることも可能である。マイクロＬＥＤの半導体層を改善することによるマイクロＬＥＤのキャリア（たとえば、電子）注入効率および内部量子効率の改善に加えて、マイクロＬＥＤの光抽出効率（ＬＥＥ）は、外部量子効率を改善するために改善されることも可能である。

【0113】

図１６Ａは、特定の実施形態による異なるメサ構造およびサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。垂直軸は、受光角範囲±２０°以内の光抽出効率を表す。棒１６０２は、約１０～１５°のメサファセット角、および直径約１．２μｍを有するメサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６０４は、直径約１．２μｍを有する垂直メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６０６は、直径約１．２μｍを有する円錐メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６０８は、直径約２．１μｍを有する放物線メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６１０は、直径約２．１μｍを有する円錐メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６１２は、約１０～１５°のメサファセット角および直径約３μｍを有するメサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６１４は、直径約３μｍを有する垂直メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６１６は、直径約３μｍを有する放物線メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６１８は、直径約３μｍを有する円錐メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。

【0114】

図１６Ａに示されている赤色マイクロＬＥＤの例は、マイクロレンズを含まない。目標ＬＥＥ（たとえば、約４．５％）よりも大きいものは、約２．１μｍ以上を有する直径を有する円錐メサ構造を有するマイクロＬＥＤのために実現され、適切なメサ反射器を有することが可能である。図１６Ａは、円錐または放物線メサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤが、垂直または小さいメサファセット角を有するメサ構造を有する赤色マイクロＬＥＤと比較してずっと高い光抽出効率を有することが可能であることを示す。

【0115】

図１６Ｂは、特定の実施形態による異なるメサ構造およびサイズを有する緑色または青色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。垂直軸は、受光角範囲±２０°以内の光抽出効率を表す。棒１６２２は、約１０～１５°のメサファセット角および直径約１．２μｍを有するメサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６２４は、直径約１．２μｍを有する垂直メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６２６は、直径約１．２μｍを有する放物線メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６２８は、直径約１．２μｍを有する円錐メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６３０は、直径約２．１μｍを有する放物線メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６３２は、直径約２．１μｍを有する円錐メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６３４は、約１０～１５°のメサファセット角および直径約３μｍを有するメサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６３６は、直径約３μｍを有する垂直メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６３８は、直径約３μｍを有する放物線メサ構造を有する緑色（青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。棒１６４０は、直径約３μｍを有する円錐メサ構造を有する緑色（青色）マイクロＬＥＤのシミュレーションされたＬＥＥを示す。

【0116】

図１６Ｂに示されている緑色または青色マイクロＬＥＤの例は、マイクロレンズを含まない。目標ＬＥＥ（たとえば、約６．０％）よりも大きいものは、約２．０μｍよりも大きい直径を有する円錐または放物線メサ構造を有するマイクロＬＥＤのために実現され、適切なメサ反射器を有することができる。図１６Ｂは、円錐または放物線メサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤが、垂直または小さいメサファセット角を有するメサ構造を有する緑色（または青色）マイクロＬＥＤと比較してずっと高い光抽出効率を有することが可能であることを示す。

【0117】

図１７は、特定の実施形態による放物線メサ１７１０および反射防止コーティング層１７２０を有する赤色マイクロＬＥＤ１７００の例から放出される光ビームのビーム分布のシミュレーション結果を示す。マイクロＬＥＤ１７００は、約３μｍの直線寸法を有することが可能であり、約６２０ｎｍで光を放出することが可能である。マイクロＬＥＤ１７００は、ｐ型半導体層１７１２および（たとえば、Ａｇ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含む）ｐ接点層１７１４によって形成される後方反射器と、（たとえば、図１７に図示されてない、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ、ならびにＡｇ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含む）放物線メサ反射器とを含むことが可能である。反射防止コーティング層１７２０は、マイクロＬＥＤ１７００の（たとえば、ｎ型半導体層上の）アウトカップリング面上に形成することが可能であり、たとえば、放出された光 の波長の約４分の１に等しい光学的厚さを有する薄いＳｉＮ層を含むことが可能である。

【0118】

グラフ１７４０は極座標におけるビーム外形を示し、グラフ１７５０は伝搬方向の関数としてビーム強度を示し、グラフ１７６０はマイクロＬＥＤ１７００から抽出された光ビームの断面における光強度を示す。赤色マイクロＬＥＤ１７００のＨＷＨＭ角度は、約３６°であることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約３０．５％、または受光角範囲±１０°以内で約１．４５％であることが可能である。図１７は、マイクロＬＥＤの出力面に反射防止層を追加することでビーム外形のＨＷＨＭ角度を減少させ、光抽出効率を改善することが可能であることを示す。

【0119】

いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤのメサ構造の形状は、マイクロＬＥＤのビーム外形および光抽出効率を改善するように選択されることが可能である。加えて、マイクロレンズのパラメータは、マイクロＬＥＤからの光をコリメートするために、および／または光抽出効率および結合効率を改善するために、メサ構造の形状、活性領域（たとえば、量子井戸またはＭＱＷ）の位置、ｎ型層の厚さ等など、マイクロＬＥＤの構造に基づいて選択されることが可能である。たとえば、いくつかのケースにおいては、薄いマイクロレンズは、放物線メサを有するマイクロＬＥＤのためにより良く働くことが可能であり、一方、より厚いマイクロレンズは、円錐メサを有するマイクロＬＥＤのためにより良く働くことが可能である。

【0120】

マイクロＬＥＤと位置合わせされるまたはマイクロＬＥＤからずらされるマイクロレンズなど、光抽出部品および／またはコリメーション光学部品は、マイクロＬＥＤの半導体材料（たとえば、ｎ型材料層）に製作されるネイティブ構成要素であることが可能であり、あるいはマイクロＬＥＤ上に堆積された材料層（たとえば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、ＰＭＭＡ等など、誘電層）に、またはマイクロＬＥＤに接合されることが可能である基板に製作される非ネイティブ構成要素であることが可能である。

【0121】

図１８Ａは、特定の実施形態による内側に傾いたメサ構造１８１０およびマイクロレンズ１８３０を含むマイクロＬＥＤ１８００の例を示す。マイクロＬＥＤ１８００の内側に傾いたメサ構造１８１０は、エピタキシャル層成長、およびたとえばウェハ対ウェハ接合の後にｎ側から処理されることが可能である。内側に傾いたメサ構造１８１０の側壁は、マイクロＬＥＤ１８００のｐ側からｎ側へ（たとえば、傾き角約１０°で）内側に傾けられることが可能であり、内側に傾いたメサ構造１８１０の側壁上に形成されたメサ反射器を含むことが可能である。内側に傾いたメサ構造１８１０は、異なる色の光を放出するために、上述されたさまざまな実施形態において、さまざまな半導体材料を含むことが可能である。マイクロレンズ１８３０は、誘電層１８２０によって内側に傾いたメサ構造１８１０から垂直に変位させられていることが可能である。

【0122】

図１８Ｂは、特定の実施形態による、メサ反射器の反射率の関数として、図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤ１８００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図１８Ｂは、約６０％から約９５％の反射率を有するメサ反射器を含むマイクロＬＥＤの例について、受光角範囲±１８°以内のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図１８Ｂに示されているように、光抽出効率は、メサ構造の反射率とともに増加することが可能である。

【0123】

図１８Ｃは、特定の実施形態による、メサ反射器の反射率の関数として、図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤ１８００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図１８Ｃは、約６０％から約９５％の反射率を有するメサ反射器を含むマイクロＬＥＤの例について、受光角範囲±９０°以内のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図１８Ｃに示されているように、光抽出効率は、メサ構造の反射率とともに増加することが可能である。

【0124】

図１８Ｄは、特定の実施形態による、メサ反射器の反射率の関数として、図１８Ａに示されたマイクロＬＥＤ１８００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム外形を示す。シミュレーションされたビーム外形１８４０は、マイクロＬＥＤ１８００の構造を有し、６０％の反射率を有するメサ反射器を含むマイクロＬＥＤに対応することが可能である。シミュレーションされたビーム外形１８５０、１８６０、１８７０、および１８８０は、マイクロＬＥＤ１８００の構造を有し、７０％、８０％、９０％、および９５％の反射率をそれぞれ有するメサ反射器を含むマイクロＬＥＤに対応することが可能である。

【0125】

図１９Ａ～図１９Ｈは、特定の実施形態による垂直メサ構造を含む緑色マイクロＬＥＤの例から放出される光のシミュレーション結果を示す。図１９Ａにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９１０は、垂直メサ構造を含み、アウトカップリング面にマイクロレンズを有さないことが可能である。マイクロＬＥＤ１９１０は、ピクセルサイズ１．６μｍを有することができる。マイクロＬＥＤ１９１０から抽出される光ビームのビーム外形は、曲線１９１２によって示されている。破線の円は、等価ランベルト源（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｏｕｒｃｅ）のビーム外形に対応する。

【0126】

図１９Ｂにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９２０は、垂直メサ構造、およびアウトカップリング面におけるネイティブマイクロレンズ１９２４を含むことが可能であり、マイクロレンズ１９２４は、半導体層（たとえば、ＧａＮ）にエッチングされることが可能である。マイクロＬＥＤ１９２０は、ピクセルサイズ１．６μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９２０から抽出される光ビームのビーム外形は、曲線１９２２によって示されることが可能である。

【0127】

図１９Ｃにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９３０は、垂直メサ構造、およびアウトカップリング面における非ネイティブマイクロレンズ１９３４を含むことが可能であり、マイクロレンズ１９３４は、ＳｉＯ_２層などの誘電層において形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズ１９３４は、誘電基板において形成され、次いでマイクロＬＥＤ１９３０に接合されることが可能である。いくつかの実施形態においては、誘電層は、マイクロＬＥＤ１９３０上に堆積されることが可能であり、次いでマイクロレンズ１９３４を形成するようにエッチングされることが可能である。マイクロＬＥＤ１９３０は、ピクセルサイズ１．６μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９３０によって放出される光ビームのビーム外形は、マイクロＬＥＤ１９１０および１９２０のビーム外形よりも狭いものであり得る曲線１９３２によって示されている。したがって、受光角範囲±１８°以内のマイクロＬＥＤ１９３０についての光抽出効率は、改善されることが可能である。

【0128】

図１９Ｄにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９４０は、垂直メサ構造、ネイティブマイクロレンズ１９４６、および非ネイティブマイクロレンズ１９４４を含むことが可能である。ネイティブマイクロレンズ１９４６は、半導体（たとえば、ＧａＮ）層にエッチングされることが可能である。非ネイティブマイクロレンズ１９４４は、ネイティブマイクロレンズ１９４６上に堆積されたＳｉＯ_２層などの誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９４０は、ピクセルサイズ１．６μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９４０によって放出される光ビームのビーム外形は、曲線１９４２によって示されている。

【0129】

図１９Ｅにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９５０は、垂直メサ構造、ネイティブマイクロレンズ１９５６、および非ネイティブマイクロレンズ１９５４を含むことが可能である。ネイティブマイクロレンズ１９５６は、半導体（たとえば、ＧａＮ）層にエッチングされることが可能である。非ネイティブマイクロレンズ１９５４は、ネイティブマイクロレンズ１９５６上に堆積されたＳｉ_３Ｎ_４層など、高い屈折率を有する誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９５０は、ピクセルサイズ１．６μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９５０によって放出される光ビームのビーム外形は、曲線１９５２によって示されている。

【0130】

図１９Ｆにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９６０は、垂直メサ構造、およびアウトカップリング面における非ネイティブマイクロレンズ１９６４を含むことが可能であり、マイクロレンズ１９３４は、ＳｉＯ_２層などの誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９６０は、垂直メサ構造、およびアウトカップリング面における非ネイティブマイクロレンズ１９６４を含み、マイクロレンズ１９６４は、ＳｉＯ_２層またはＳｉＮｘ層などの誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９６０は、ピクセルサイズ１．２μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９６０から抽出される光ビームのビーム外形は、マイクロＬＥＤ１９１０～１９５０のビーム外形よりも狭いものであり得る曲線１９６２によって示されている。

【0131】

図１９Ｇにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９７０は、垂直メサ構造、ネイティブマイクロレンズ１９７６、および非ネイティブマイクロレンズ１９７４を含むことが可能である。ネイティブマイクロレンズ１９７６は、半導体（たとえば、ＧａＮ）層にエッチングされることが可能である。非ネイティブマイクロレンズ１９７４は、ネイティブマイクロレンズ１９７６上に堆積されたＳｉＯ_２層などの誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９７０は、ピクセルサイズ１．２μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９７０によって放出される光ビームのビーム外形は、曲線１９７２によって示されている。

【0132】

図１９Ｈにおいて示されている例においては、マイクロＬＥＤ１９８０は、垂直メサ構造、ネイティブマイクロレンズ１９８６、および非ネイティブマイクロレンズ１９８４を含むことが可能である。ネイティブマイクロレンズ１９８６は、半導体（たとえば、ＧａＮ）層にエッチングされることが可能である。非ネイティブマイクロレンズ１９８４はネイティブマイクロレンズ１９８６上に堆積されたＳｉ_３Ｎ_４層などの高い屈折率を有する誘電層において形成されることが可能である。マイクロＬＥＤ１９８０は、ピクセルサイズ１．２μｍを有することが可能である。マイクロＬＥＤ１９８０によって放出される光ビームのビーム外形は、曲線１９８２によって示されている。

【0133】

図２０Ａは、特定の実施形態による図１９Ａ～図１９Ｈに示されている緑色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図２０Ａに示されている例においては、棒２０１０、２０２０、２０３０、２０４０、２０５０、２０６０、２０７０、および２０８０は、マイクロＬＥＤ１９１０、１９２０、１９３０、１９４０、１９５０、１９６０、１９７０、および１９８０について、受光角範囲±９０°以内のシミュレーションされた光抽出効率をそれぞれ示す。マイクロＬＥＤ１９６０は、角度範囲±９０°以内で最低の光抽出効率を有することが可能である。

【0134】

図２０Ｂは、特定の実施形態による図１９Ａ～図１９Ｈに示されている緑色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図２０Ｂにおいては、棒２０１２、２０２２、２０３２、２０４２、２０５２、２０６２、２０７２、および２０８２は、マイクロＬＥＤ１９１０、１９２０、１９３０、１９４０、１９５０、１９６０、１９７０、および１９８０について、受光角範囲±１８．５°以内のシミュレーションされた光抽出効率をそれぞれ示す。マイクロＬＥＤ１９６０は、±１８．５°角度範囲以内で最高の光抽出効率を有することが可能である。

【0135】

図２１Ａは、特定の実施形態による垂直メサ２１１０およびリモートレンズ２１３０を有する赤色マイクロＬＥＤ２１００の例を示す。誘電層２１２０（たとえば、ＳｉＯ_２層）は、垂直メサ２１１０上に形成される（たとえば、堆積されるまたは接合される）ことが可能であり、リモートレンズ２１３０は、誘電層２１２０上にまたは誘電層２１２０内に形成することが可能である。

【0136】

図２１Ｂは、特定の実施形態による異なるサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例についての光抽出効率のシミュレーション結果を示すチャート２１４０である。赤色マイクロＬＥＤの例は、図２１Ａに示されているようなマイクロＬＥＤ２１００の構造に類似する構造を有することが可能であり、約０．８μｍから約１．６μｍのメサ径を有することが可能である。図２１Ｂは、受光角範囲±１８°以内の光抽出効率が、マイクロＬＥＤがメサ径約０．８μｍを有するときに約２．２％であり、またはマイクロＬＥＤがメサ径約１．６μｍを有するときに約０．８％である得ることを示す。

【0137】

図２１Ｃは、特定の実施形態による垂直メサ２１５２およびネイティブレンズ２１５４を含む赤色マイクロＬＥＤ２１５０の例を示す。図２１Ｄは、特定の実施形態による赤色マイクロＬＥＤ２１５０の例のビーム外形２１６０を示す。赤色マイクロＬＥＤ２１５０は、約１．６μｍのピクセルサイズを有することが可能である。レンズ２１５４は、基板（たとえば、基板７１０または７１５）などの半導体層、またはｎ型半導体層において形成されることが可能である。受光角範囲約±１８．５°以内の光抽出効率は、約０．９％であることが可能である。

【0138】

図２１Ｅは、特定の実施形態による垂直メサ２１７２および非ネイティブレンズ２１７４を含む赤色マイクロＬＥＤ２１７０の例を示す。図２１Ｆは、特定の実施形態による赤色マイクロＬＥＤ２１７０の例のビーム外形２１８０を示す。赤色マイクロＬＥＤ２１７０は、約１．２μｍのピクセルサイズを有ることが可能である。レンズ２１７４は、垂直メサ２１７２上に堆積されたＳｉ_３Ｎ_４層において形成されることが可能である。ビーム外形２１８０は、より小さいＨＷＨＭ角度を有することが可能である。受光角範囲約±１８．５°以内の光抽出効率は、約２．５％以上であり得る。

【0139】

図２２Ａは、特定の実施形態による垂直メサ２２１０、粗い面２２１２、およびマイクロレンズ２２３０を含む赤色マイクロＬＥＤ２２００の例を示す。マイクロＬＥＤ２２００は、約１μｍ未満などの小さい直線寸法を有することが可能である。垂直メサ２２１０のｎ型半導体側は、粗い面を有することが可能である。誘電（たとえば、ＳｉＯ_２）層２２２０は、粗い面上に形成することが可能であり、マイクロレンズ２２３０は、誘電層２２２０において形成されるまたは誘電層２２２０に接合されることが可能である。

【0140】

図２２Ｂは、特定の実施形態によるマイクロＬＥＤ２２００の構造を有する赤色マイクロＬＥＤの例から抽出される光のビーム外形２２４０のシミュレーション結果を示す。マイクロレンズおよび粗い面を有さないマイクロＬＥＤについては、マイクロＬＥＤについての光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約３．８％であり得る、または受光角範囲±１８°以内で約０．３５％であり得る。マイクロレンズを有するが粗い面を有さないマイクロＬＥＤについては、マイクロＬＥＤについての光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約７．８％であることが可能であり、または受光角範囲±１８°以内で約１．９％であることが可能である。マイクロレンズ２２３０および粗い面２２１２を有するマイクロＬＥＤ２２００については、光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約１９．３％であることが可能であり、または受光角範囲±１８°以内で約４．６％であることが可能である。

【0141】

図２３Ａは、特定の実施形態による垂直メサ２３１０、ネイティブレンズ２３２０、およびリモートレンズ２３４０を含む赤色マイクロＬＥＤ２３００の例を示す。誘電層２３３０（たとえば、ＳｉＯ_２層）は、ネイティブレンズ２３２０上に形成することが可能であり、リモートレンズ２３４０は、誘電層２３３０上にまたは誘電層２３３０内に形成することが可能である。

【0142】

図２３Ｂは、特定の実施形態による、マイクロＬＥＤ２３００の構造、および異なるメササイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例の光抽出効率のシミュレーション結果を示すチャート２３５０である。赤色マイクロＬＥＤは、図２３Ａに示されているような構造を有することが可能であり、約０．８μｍから約１．６μｍのメサ径を有することが可能である。図２３Ｂは、受光角範囲±１８°以内の光抽出効率が、マイクロＬＥＤがメサ径約０．８μｍを有するときに約４％であり得、これは、マイクロレンズまたは粗面処理を有さない垂直メサマイクロＬＥＤについての光抽出効率よりも約１０倍高いものであり得ることを示す。受光角範囲±１８°以内の光抽出効率は、マイクロＬＥＤがメサ径約１．６μｍを有するとき約１．４％であり得る。

【0143】

図２４Ａ～図２４Ｂは、特定の実施形態による異なるメサファセット角および異なるメサ高さを有する円錐メサ構造を有する緑色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図２４Ａ～図２４Ｂに示されている例においては、マイクロＬＥＤは、約７°と約４５°の間のメサファセット角および１．６μｍなどの同じ下メササイズを有する。したがって、マイクロＬＥＤ内のメサ構造は、異なる高さまたは深さを有することが可能である。図２４Ａにおいては、水平軸は、円錐メサ構造のメサファセット角に対応し、垂直軸は、受光角範囲±９０°以内の光抽出効率に対応する。図２４Ｂにおいては、水平軸は、円錐メサ構造のメサファセット角に対応し、垂直軸は、受光角範囲±１８．５°以内の光抽出効率に対応する。

【0144】

図２５Ａは、特定の実施形態による異なるメサファセット角およびサイズを有する緑色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図２５Ａの水平軸は、は、メサ構造のメサファセット角に対応し、垂直軸は、受光角範囲±２０°以内の光抽出効率に対応する。図２５Ａの曲線は、５２５ｎｍ、５３０ｎｍ、および５３５ｎｍなどの異なる波長の緑色光について、メサファセット角（たとえば、約１９°から約４５°）の関数として光抽出効率を示す。図２５Ａによって示されているように、光抽出効率は、メサファセット角が約３０°から約４０°の間にあるときに最も高い。

【0145】

図２５Ｂは、特定の実施形態による異なるメサファセット角およびサイズを有する赤色マイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。図２５Ｂ水平軸は、メサ構造のメサファセット角に対応し、垂直軸は、受光角範囲±２０°以内の光抽出効率に対応する。図２５Ｂの曲線は、６２５ｎｍ、６３０ｎｍ、および６３５ｎｍなどの異なる波長の赤色光について、メサファセット角（たとえば、約１９°から約４５°）の関数として光抽出効率を示す。図２５Ｂによって示されているように、光抽出効率は、メサファセット角が約３０°から約４０°の間にあるときに最も高い。

【0146】

図２６Ａ～図２６Ｃは、特定の実施形態による放物線メサ、反射防止コーティング、および異なるマイクロレンズを有する赤色マイクロＬＥＤの例を示す。マイクロレンズは、球面または非球面（たとえば、トロイダル）であることが可能である。マイクロレンズは、マイクロＬＥＤ上に堆積された層において形成されることが可能である、半導体層にエッチングされることが可能である、または基板（たとえば、ＰＭＡ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ等）上に製作され、次いでマイクロＬＥＤのアウトカップリング面に接合されることが可能である。

【0147】

図２６Ａは、放物線メサ２６１０、電流拡散層、反射防止層２６４０、および球面マイクロレンズ２６５０を含む赤色マイクロＬＥＤ２６００を示す。放物線メサ２６１０は、約３μｍの下直径を有することが可能である。電流拡散層は、たとえば、ｎ型半導体層２６２０および基板層２６３０を含むことが可能である。マイクロレンズ２６５０は、半導体層（たとえば、ｎ型半導体層）にエッチングされるネイティブレンズであることが可能であり、マイクロＬＥＤ２６００のＭＱＷに焦点を有することが可能である。赤色マイクロＬＥＤ２６００のＨＷＨＭ角度は、約４１°であることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約６１％、または受光角範囲±１０°以内で約２．２％であり得る。

【0148】

図２６Ｂは、放物線メサ２６１２、電流拡散層、反射防止層２６４２、および大きい球面マイクロレンズ２６５２を含む赤色マイクロＬＥＤ２６０２を示す。放物線メサ２６１２は、約３μｍの下直径を有することが可能である。電流拡散層は、たとえば、ｎ型半導体層２６２２および基板層２６３２を含むことが可能である。マイクロレンズ２６５２は、半導体層にエッチングされるネイティブレンズであることが可能であり、マイクロＬＥＤ２６０２のＭＱＷに焦点を有することが可能である。マイクロレンズ２６５２は、マイクロレンズ２６５０の厚さよりも大きい厚さを有することが可能である。赤色マイクロＬＥＤ２６０２のＨＷＨＭ角度は、約４０°であることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約７６．３％、または受光角範囲±１０°以内で約３．４％であり得る。

【0149】

図２６Ｃは、放物線メサ２６１４、電流拡散層、反射防止層２６４４、およびトロイダルマイクロレンズ２６５４を含む赤色マイクロＬＥＤ２６０４を示す。電流拡散層は、ｎ型半導体層２６２４および基板層２６３４を含むことが可能である。マイクロレンズ２６５４は、半導体層にエッチングされたネイティブレンズであることが可能であり、マイクロＬＥＤ２６０４のＭＱＷに焦点を有することが可能である。赤色マイクロＬＥＤ２６００のＨＷＨＭ角度は、約４２°とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約６２％、または受光角範囲±１０°以内で約２．１％であり得る。

【0150】

図２７Ａ～図２７Ｂは、特定の実施形態による放物線メサ２７１０およびマイクロレンズ２７３０を有するマイクロＬＥＤ２７００の例を示している。放物線メサ２７１０は、ｐ型半導体層２７１２およびｐ型接点（たとえば、Ａｇ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含む）（図２７Ａおよび図２７Ｂに図示せず）を含むことが可能である。ｐ型半導体層２７１２およびｐ型接点は、後方反射器を形成することが可能である。放物線メサ２７１０は、放物線メサ２７１０の側壁またはファセット上に形成されたメサ反射器（たとえば、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ、ならびにＡｇ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含む、図２７Ａおよび図２７Ｂに図示せず）を含むことも可能である。

【0151】

図２７Ａは、活性領域内でほぼ横に放出される光が、放物線メサ反射器によって反射され、実質的に垂直方向に伝搬することが可能であることを示しており、ファーフィールドビーム外形は、曲線２７４０によって示されることが可能である。図２７Ｂは、ｐ型半導体層２７１２に向けて放出される光が、後方反射器によって反射されることが可能であることを示す。ｐ型半導体層２７１２の厚さは、後方反射器から反射される光が、ｎ型半導体層２７２０に向けて放出される光と構造的に干渉して光抽出を強化することが可能であるように選択されることが可能である。メサ反射器が放物線形状のため、メサ反射器によって反射される光は、少なくとも一部コリメートされていることが可能である一方、平らな後方反射器によって反射される光は、コリメートされ得ない。したがって、マイクロレンズ２７３０は、異なる領域において異なる屈折力または焦点距離を有することが可能であるトロイダルレンズであることが可能である。たとえば、中央領域２７３２において、マイクロレンズ２７３０は、マイクロレンズ２７３０と活性領域の間の距離にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。リング状領域２７３４においては、放物線メサ反射器によって反射された光が通過することが可能である場所は、ずっと低い屈折力またはより長い焦点距離を有することが可能である。トロイダルレンズは、誘電層に作製されることが可能であり、または半導体層（たとえば、ｎ型半導体層２７２０）にエッチングされることが可能であり、または基板（たとえば、ＰＭＡ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ等）上に製作され、次いでマイクロＬＥＤ２７００のアウトカップリング面に接合されることが可能である。

【0152】

図２８は、特定の実施形態によるマイクロＬＥＤ２８００のアウトカップリング面に放物線メサ２８１０およびマイクロレンズ２８４０を有するマイクロＬＥＤ２８００の例を示す。図２７Ａおよび図２７Ｂに関連して上述されているように、放物線メサ２８１０は、後方反射器を形成するｐ型半導体層２８１２およびｐ接点層（図示せず）を含むことが可能である。放物線メサ２８１０は、メサ反射器（図示せず）およびｎ型層２８２０を含むことも可能であり、これは、ｎ接点を作製するために電流拡散層としての役割を果たすことが可能である。マイクロレンズ２８４０は、平面挿入図に示されているようにトロイダルレンズであることが可能である。マイクロレンズ２８４０は、（青色または緑色ＬＥＤのための）ＧａＮ層、または（赤色ＬＥＤのための）ＡｌＧａＡｓ層などの半導体層２８３０にエッチングされることが可能である。

【0153】

図２８において示されている例においては、マイクロＬＥＤ２８００は、赤色ＬＥＤであることが可能である。マイクロＬＥＤ２８００は、アウトカップリング面に反射防止コーティングを含むことが可能である。マイクロレンズ２８４０は、ＡｌＧａＡｓ層にエッチングされることが可能であり、活性領域（たとえば、ＭＱＷ）内に焦点面を有することが可能である。赤色マイクロＬＥＤ２８００のＨＷＨＭ角度は、約４２°であることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約６２％であり、または受光角範囲±１０°以内で約２．１％であり得る。

【0154】

図２９は、特定の実施形態による異なる焦点距離を有するマイクロレンズを使用する赤色マイクロＬＥＤの例からの光抽出のシミュレーション結果を示す。マイクロＬＥＤ２９１０、２９２０、２９３０、２９４０、２９５０、および２９６０は、同じ後方反射器およびメサ反射器を有することが可能であるが、異なる焦点距離および／または焦点位置を有するマイクロレンズを含むことが可能である。図２９は、マイクロレンズが大きい受光角と小さい受光角の両方についての光抽出効率にかなり影響を及ぼし得ることを示す。たとえば、マイクロＬＥＤ２９１０においては、マイクロレンズは、厚さ約４００ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９１２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°内で約２５．５％、または受光角範囲±１０°以内で約０．５８％であり得る。

【0155】

マイクロＬＥＤ２９２０においては、マイクロレンズは、厚さ約３００ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離の２倍にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９２２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約３８．５％であり、または受光角範囲±１０°以内で約１．６２％であり得る。

【0156】

マイクロＬＥＤ２９３０においては、マイクロレンズは、厚さ約３００ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離の２．４倍にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９３２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約４２．７％であり、または受光角範囲±１０°以内で約１．５５％であり得る。

【0157】

マイクロＬＥＤ２９４０においては、マイクロレンズは、厚さ約３００ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離の３．４４８倍にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９４２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約５６．２％であり、または受光角範囲±１０°以内で約１．８６％であり得る。

【0158】

マイクロＬＥＤ２９５０においては、マイクロレンズは、厚さ約２２０ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離の３．４４８倍にほぼ等しい焦点距離を有することが可能であり、ただし、焦点は、点２９０５である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９５２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約４４．６％であり、または受光角範囲±１０°以内で約１．５６％であり得る。

【0159】

マイクロＬＥＤ２９６０において、マイクロレンズは、厚さ約１９０ｎｍ、およびマイクロレンズからＭＱＷまでの距離の約４倍にほぼ等しい焦点距離を有することが可能である。抽出された光ビームは、ビーム外形２９６２を特徴とすることが可能である。光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約４５．８％であり、または受光角範囲±１０°以内で約１．５４％であり得る。したがって、マイクロＬＥＤ２９４０は、最も高いＬＥＥを実現することが可能である。

【0160】

図３０Ａは、特定の実施形態による垂直メサ構造３０１０およびマイクロレンズ３０３０を有するマイクロＬＥＤ３０００の例を示す。マイクロレンズ３０３０は、誘電層３０２０において形成されることが可能であり、垂直メサ構造３０１０から距離ｄだけ垂直に変位させられていることが可能である。誘電層３０２０は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等など、誘電材料を含むことが可能である。

【0161】

図３０Ｂは、特定の実施形態による、垂直メサ構造からのマイクロレンズの垂直変位（距離ｄ）の関数として、図３０Ａに示されているマイクロＬＥＤ３０００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。マイクロＬＥＤの例は、０から約３μｍの垂直変位（距離ｄ）を有することが可能であり、受光角範囲±１８°以内の光抽出効率は、垂直変位が約０．５μｍから 約２μｍの間であるときに最も高くなり得る。

【0162】

図３０Ｃは、特定の実施形態による、垂直メサ構造からのマイクロレンズの垂直変位（距離ｄ）の関数として、図３０Ａに示されているマイクロＬＥＤ３０００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされた光抽出効率を示す。マイクロＬＥＤの例は、０から約３μｍの垂直変位（距離ｄ）を有することが可能であり、受光角範囲±９０°以内の光抽出効率は、垂直変位が増加すると概して減少し得る。

【0163】

図３０Ｄは、特定の実施形態による、垂直メサ構造からのマイクロレンズの垂直変位（距離ｄ）の関数として、図３０Ａに示されているマイクロＬＥＤ３０００の構造を有するマイクロＬＥＤの例のシミュレーションされたビーム外形を示す。シミュレーションされたビーム外形３０４０は、マイクロＬＥＤ３０００の構造を有し、マイクロレンズについての垂直変位を有さないマイクロＬＥＤに対応することが可能である。シミュレーションされたビーム外形３０５０、３０６０、３０７０、および３０８０は、マイクロＬＥＤ３０００の構造を有し、マイクロレンズについての垂直変位約０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、および３μｍをそれぞれ有するマイクロＬＥＤに対応することが可能である。

【0164】

図３１Ａは、特定の実施形態による垂直メサ構造３１３０およびマイクロレンズ３１１０を含むマイクロＬＥＤ３１００の例を示す。垂直メサ構造３１３０は、屈折率ｎ_ｓｅｍｉを有する半導体材料を含むことが可能であり、半導体材料は、全体厚さＤを有することが可能であり、活性領域３１５０ならびにｐおよびｎ領域を含むことが可能である。垂直メサ構造３１３０は、横サイズＬを有することが可能である。活性領域３１５０は、１つまたは複数の量子井戸またはＭＱＷなど、１つまたは複数のヘテロ構造を含むことが可能である。垂直メサ構造３１３０は、金属接点３１４０（たとえば、ｐ接点）、および反射側壁３１６０を含むことも可能である。マイクロレンズ３１１０は、誘電層３１２０において形成されることが可能であり、垂直メサ構造３１３０から 距離Ｈだけ垂直に変位させられていることが可能である。誘電層３１２０は、垂直メサ構造３１３０上に堆積されることが可能であり、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等など、屈折率 ｎ_ｄｉｅｌを有する誘電材料を含むことが可能である。マイクロレンズ３１１０は、半径Ｒ、横サイズＷ（たとえば、直径）、および厚さＨ_Ｌを有する球面レンズを含むことが可能である。概して、光抽出効率を改善するために、マイクロレンズ３１１０の横サイズＷは、垂直メサ構造３１３０の横サイズＬの約８０％よりも大きい。

【0165】

図３１Ｂは、特定の実施形態による図３１Ａに示されているマイクロＬＥＤ３１００の例におけるマイクロレンズ３１１０による光抽出およびコリメーションを示す。マイクロＬＥＤ３１００は、平凸球面レンズであることが可能である。図３１Ｂによって示されているように、マイクロレンズ３１１０の有効焦点は、垂直メサ構造３１３０における半導体材料内の点Ｓ１に位置することが可能であり、誘電層３１２０におけるマイクロレンズ３１１０の焦点は、点Ｓ２にあることが可能である。自由空間中のマイクロレンズ３１１０の焦点距離は、

によって特定されることが可能である。誘電層３１２０におけるマイクロレンズ３１１０の焦点距離は、

によって特定されることが可能であり、ただし、

の長さは、

によって特定されることが可能であり、ただし、Ｈ_Ｆは、有効焦点Ｓ１から垂直メサ構造３１３０の上部表面までの距離である。したがって、誘電層３１２０におけるマイクロレンズ３１１０の焦点距離は、

であることが可能である。

【0166】

垂直な側壁または内側に傾いた側壁を有するマイクロＬＥＤについては、有効焦点Ｓ１は、高い光抽出効率およびよりコリメートされたビームを実現するために、ｐ接点３１４０と半導体材料（たとえば、ｐ型層）との間の界面の近くに位置することが可能である。たとえば、Ｈ_ＦとＤの間の比は、約０．８から約１．２５の間であり得る。

【0167】

放物線側壁または円錐側壁などの外側に傾いた側壁を有するマイクロＬＥＤについては、マイクロＬＥＤから誘電層へ放出される光が一部コリメートされていることが可能であるので、高い光抽出効率およびよりコリメートされたビームを実現するために、有効焦点の位置は、半導体材料と誘電層との間の界面（およびｐ接点３１４０と半導体材料との間の界面）から遠く離れていることが可能である。たとえば、Ｈ_ＦとＤの間の比は、約１．２から約４の間であり得る。

【0168】

図３２Ａは、特定の実施形態による垂直メサ構造を有する青色マイクロＬＥＤ３２１０の例を示す。図３２Ａにおいて示されている例においては、青色マイクロＬＥＤ３２１０は、直線寸法約８．５μｍを有することが可能であり、マイクロレンズまたは反射防止コーティング層を含まなくてもよい。

【0169】

図３２Ｂは、特定の実施形態による垂直メサ構造を有する青色マイクロＬＥＤ３２１０から放出される光のシミュレーションされたビーム外形３２２０を示す。青色マイクロＬＥＤ３２１０の光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約２１％、または受光角範囲±１０°以内で約０．２２％であることが可能である。

【0170】

図３２Ｃは、特定の実施形態による放物線メサ構造３２３２およびマイクロレンズ３２３４を有する青色マイクロＬＥＤ３２３０の例を示す。図３２Ｃにおいて示されている例においては、メサ構造３２３２は、下直径約３μｍを有することが可能であり、マイクロレンズ３２３４は、高さ約０．３μｍを有することが可能であり、焦点面は、青色マイクロＬＥＤ３２３０の量子井戸にある。

【0171】

図３２Ｄは、特定の実施形態による放物線メサ構造３２３２およびマイクロレンズ３２３４を有する青色マイクロＬＥＤ３２３０から放出される光のシミュレーションされたビーム外形３２４０を示す。青色マイクロＬＥＤ３２３０の光抽出効率は、受光角範囲±９０°以内で約７０％、または受光角範囲±１０°以内で約４．５％であることが可能である。

【0172】

ＶＩ． 二次オプティクス製作
上述されているマイクロレンズは、たとえば、パターン化されたポリマー（たとえば、フォトレジスト）をリフローすることによって形成されることが可能である可変厚さを有するポリマー（たとえば、フォトレジスト）層を使用して、またはフォトレジストにマイクロレンズアレイを形成するための暴露量に対する線形応答を有するグレースケールフォトマスクおよびフォトレジストを使用して、および／あるいはマイクロレンズアレイのパターンまたは形状を誘電材料層または半導体層へ転写するためにポリマーまたはフォトレジストをドライエッチングことによって、エッチングすることができる。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズは、ダイレクトＥビームエッチングによって製作されることが可能である。

【0173】

図３３は、特定の実施形態による熱リフロープロセスを使用したマイクロＬＥＤアレイからの光抽出のためのマイクロレンズのアレイを製作する方法の例を示すフローチャート３３００である。フローチャート３３００に記述されている動作は、例示するためのものに過ぎず、限定することを意図されているものではない。さまざまな実施態様においては、追加の動作を加えるまたはいくつかの動作を省略するようにフローチャート３３００に修正がなされてもよい。フローチャート３３００に記述されている動作は、たとえば、パターニングシステム、析出装置、エッチングシステム、またはそれらの任意の組合せを含む１つまたは複数の半導体製作システムによって実行されることが可能である。

【0174】

ブロック３３１０において、マイクロＬＥＤアレイは、たとえば、図７Ａおよび図７Ｂに関連して上述されているように製作されることが可能である。ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡＩＧａｎ層、またはＡｌＩｎＧａＰ層などの複数の層を含み、マイクロＬＥＤアレイ内の各マイクロＬＥＤは、ＧａＮ、ＧａＡｓ、もしくはＧａＰ基板など、特定の結晶格子配向（たとえば、極性、非極性、もしくは半極性の配向）を有する基板、または、サファイア、炭化ケイ素、シリコン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、リチウムガレート、部分的に置換されたスピネル、もしくは、ベータＬｉＡｌＯ_２構造を共有する第４正方酸化物を含むがそれらに限定されない基板上にエピタキシャル成長されるヘテロ構造（たとえば、ＭＱＷ）を含むことが可能である。基板は、特定の方向に切断されて、特定の面を成長表面として露出させることが可能である。それぞれのマイクロＬＥＤは、任意の所望の形状のメサ構造、および 上述されているようなメサ構造を囲むパッシベーション層（たとえば、ＳｉＯ_２層）を含むことが可能である。隣り合ったマイクロＬＥＤは、パッシベーション層、樹脂等などの絶縁材料によって絶縁されることが可能である。それぞれのマイクロＬＥＤの直線寸法は、数ミクロン（たとえば、約１～５μｍなど、約１０μｍ未満）または数十ミクロンであることが可能である。マイクロレンズアレイは、誘電材料層によって封じ込められることも可能である。

【0175】

任意選択的に、ブロック３３２０において、カプセル化層の表面、基板、または マイクロＬＥＤアレイによって放出された光の抽出が可能である別の表面など、マイクロＬＥＤアレイの露出されている表面は、たとえば、平らで滑らかな表面を実現するために、化学機械研磨（ＣＭＰ）、選択エッチング、または他のプロセスによって平坦化されることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤアレイの露出されている表面は、粗くされることが可能である。

【0176】

任意選択的に、ブロック３３３０において。ＳｉＯ_２またはＳｉＮｘ層などの誘電層は、たとえば、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ等によってマイクロＬＥＤアレイの平坦化された表面上に堆積されることが可能である。誘電層の厚さは、製作されるマイクロレンズアレイの所望の厚さよりも高くすることが可能である。

【0177】

ブロック３３４０において、パターン化されたポリマー層は、誘電層上に形成することが可能である。パターン化されたポリマー層におけるパターンのピッチは、パターン化されたポリマー層内のそれぞれのポリマー領域の中心が、マイクロレンズアレイ内の対応するマイクロＬＥＤの中心と位置合わせされることができないように、マイクロＬＥＤアレイのピッチとはわずかに異なることが可能である。ポリマーのエッチレートは、パターン化されたポリマー層下で誘電層のエッチレートと同様または同等であることも可能である。いくつかの実施形態においては、ポリマー層は、ポジ型またはネガ型フォトレジストを含むことが可能であり、パターン化されたポリマー（たとえば、フォトレジスト）層内のパターンは、バイナリマスク、均一な暴露光（たとえば、ＵＶ光）を用いるフォトリソグラフィプロセスによって形成されることが可能である。いくつかの実施形態においては、パターン化されたポリマー層内のパターンは、特定の体積のポリマーが隣り合った位置どうしの間に特定の距離を有する位置の１次元または２次元アレイの位置ごとに堆積させられる（たとえば、落下させられる）ことが可能である印刷プロセスによって形成されることが可能である。

【0178】

ブロック３３５０において、パターン化されたポリマー層は、ポリマー材料にマイクロレンズアレイを形成するようにリフロープロセスを受けることが可能である。たとえば、パターン化されたポリマー層は、ポリマー材料が液化させられ得るおよび流れるように許可され得るように、ターン化されたポリマー層の融点をわずかに超える温度へマイクロＬＥＤアレイの上または下から加熱されることが可能である。溶融したポリマー材料は、リフローし、液体ポリマー材料の表面張力により平衡状態に到達することが可能である。平衡状態において、特定のポリマー体積を有する球面キャップが、形成されることが可能である。球面キャップの形状は、誘電層の表面に対するポリマー材料の接触角に依存し得る。平衡状態に到達した後、ポリマー材料は、ポリマー材料を含むマイクロレンズのアレイを形成するように冷えて固まることが許可されることが可能である。ポリマー材料によって形成されたマイクロレンズのアレイは、マイクロＬＥＤアレイから光を抽出するためのマイクロレンズアレイとして使用されることが可能であり、または下に横たわる誘電層をエッチングするためのマスク層として使用されることが可能である。

【0179】

任意選択的に、ブロック３３６０において、ポリマー材料におけるマイクロレンズアレイおよび下に横たわる誘電層は、マイクロレンズアレイを誘電層へ転写するようにエッチングされることが可能である。エッチングは、たとえば、イオンミリング、プラズマベースの反応性イオンエッチング（たとえば、ＲＩＥ）、または別のドライエッチングプロセスを含むことが可能である。ポリマー材料のエッチレートは、パターン化されたポリマー層の厚さ分布を基板へより線形に転写するために、誘電材料のエッチレートと同様または同等であることが可能である。たとえば、パターン化されたポリマー層のエッチレートは、誘電層のエッチレートの約０．２から約５倍の間、誘電層のエッチレートの約０．３から約３倍の間、誘電層のエッチレートの約０．５から約２倍の間、誘電層のエッチレートの約０．７から約１．５倍の間、誘電層のエッチレートの約０．８から約１．２倍の間等であることが可能である。

【0180】

いくつかの実施形態においては、マイクロレンズアレイを有する誘電層は、マイクロレンズアレイをｎ型半導体層などの半導体層へと転写するためにエッチマスクとして使用されることが可能である。誘電材料のエッチレートは、誘電層におけるマイクロレンズアレイの厚さ分布を半導体層へとより線形に転写するために、半導体材料のエッチレートと同様または同等であることが可能である。たとえば、誘電層のエッチレートは、半導体層のエッチレートの約０．５倍など、半導体層のエッチレート約０．２から約５倍の間であり得る。

【0181】

任意選択的に、ブロック３３７０において、反射防止層は、誘電層または半導体層におけるマイクロレンズアレイ上にコーティングされることが可能である。反射防止層は、１つまたは複数の誘電層の異なる界面における反射が反射を低減するように破壊的に干渉することが可能であるように、特定の屈折率および／または厚さを有する１つまたは複数の誘電層（たとえば、薄膜）を含むことが可能である。たとえば、誘電層は、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を交互の薄層で含むことが可能である。１つまたは複数の誘電層は、たとえば、蒸着、イオンアシスト析出、プラズマスパッタリング、イオンビームスパッタリング、ＡＬＤ等によってマイクロレンズアレイの表面上に堆積されることが可能である。

【0182】

図３４Ａは、特定の実施形態によるマイクロＬＥＤアレイからの光抽出のためのマイクロレンズアレイを製作するまたはマイクロＬＥＤアレイのメサ構造を製作する方法の例を示す。マイクロＬＥＤのアレイ３４１０の表面は、たとえば、ＣＭＰ、選択エッチング等によって平坦化されることが可能である。誘電層３４２０（たとえば、ポリマー層、二酸化シリコン層、または窒化シリコン層）は、たとえば、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ等によってマイクロＬＥＤのアレイ３４１０の平坦化された表面上に堆積されることが可能である。誘電層３４２０は、マイクロレンズを形成するように使用されることが可能であり、またはマイクロＬＥＤのアレイ３４１０のＩＩＩ－Ｖ半導体層におけるマイクロレンズまたはメサ構造をエッチングするためのマスク層として使用されることが可能である。フォトレジスト層３４３０は、たとえば、スピンコーティング、スプレーコーティング、物理気相成長、化学気相成長、原子層堆積等によって誘電層３４２０上に堆積されることが可能である。フォトレジスト層３４３０は、ポジ型またはネガ型フォトレジスト材料を含むことが可能であり、マスクを通じて光（たとえば、ＵＶ光）へ暴露し、暴露された部分または暴露されていない部分を除去するように現像することによってパターン化されることが可能である。フォトレジスト層３４３０におけるフォトレジスト材料は、下に横たわる誘電層３４２０をエッチングする同じエッチングプロセスによってエッチングされることが可能であり、同じエッチングプロセスを使用する誘電層３４２０（たとえば、ＳｉＯ_２はＳｉ_３Ｎ_４）のエッチレートと同様または同等のエッチレートを有することが可能である。

【0183】

フォトレジスト層３４３０の残りの部分は、熱リフロープロセスを受けることが可能である。たとえば、フォトレジスト層３４３０の残りの部分は、フォトレジストが液化させられ得るように、フォトレジスト層３４３０の融点をわずかに超える温度へマイクロＬＥＤのアレイ３４１０の上または下から加熱されることが可能である。溶融したフォトレジスト材料は、リフローし、液体フォトレジスト材料の表面張力によって支配される平衡状態に到達することが可能である。特定のフォトレジスト体積のために平衡状態で形成される球面キャップの形状は、誘電層３４２０の表面上のフォトレジスト材料の接触角に依存し得る。平衡状態に到達した後、フォトレジスト材料は、フォトレジスト層３４３０にマイクロレンズのアレイを形成するように冷えて固まることが許可されることが可能である。 マイクロレンズのアレイは、マイクロＬＥＤのアレイ３４１０から光を抽出するためのマイクロレンズとして使用されることが可能であり、または下に横たわる誘電層３４２０をエッチングするためのマスク層として使用されることが可能である。

【0184】

いくつかの実施形態においては、フォトレジスト層３４３０におけるマイクロレンズのアレイは、グレースケールマスクを使用したフォトリソグラフィによって形成されることが可能である。グレースケールマスクは、グレースケールマスクの特定の領域が他の領域よりも高い透過率を有することが可能であり、透過率が高透過率領域から低透過率領域に徐々に変わることが可能である、光透過率パターンを含むことが可能である。グレースケールマスクの光透過率分布は、マイクロレンズのアレイの高さ外形または光学的長さ外形に対して相補的であることが可能である。暴露光は、均一な強度を有することが可能である。したがって、暴露後、フォトレジスト層３４３０の暴露された部分は、グレースケールマスクの光透過率分布に対応する深さ外形を有することが可能であり、したがって、マイクロレンズのアレイの高さ外形または光学的長さ外形に対して相補的であり得る。フォトレジスト層３４３０の暴露された部分は、それが現像液により溶解できることが可能であり、現像プロセスによって除去されることが可能であるように、化学構造を変化させる（たとえば、より小さい分子へ分解する）ことが可能である。

【0185】

マイクロレンズのアレイを有するフォトレジスト層３４３０および下に横たわる誘電層３４２０は、誘電層３４２０にマイクロレンズのアレイを形成するために、フォトレジスト材料および誘電材料の相対エッチレートに応じてマイクロレンズのアレイの厚さ分布を誘電層３４２０に線形または非線形に転写するようにエッチングされることが可能である。エッチングは、たとえば、ウェットエッチング、イオンミリング、プラズマベースの反応性イオンエッチング、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能である。ウェットエッチングは、ある範囲の温度および濃度で酸、塩基、および溶媒の組合せを使用する化学エッチングを含むことが可能である。イオンミリングは、気体原子を電離するのに十分なエネルギーを用いて気体原子に衝撃を与えるように電子が加速され得るように極端に低い圧力でおよび高い加速電位を使用して、パターン化されたフォトレジスト層および下に横たわる誘電層の一部を物理的除去することを含むことが可能である。プラズマベースの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、パターン化されたフォトレジスト層および下に横たわる誘電層の一部を除去するために、低圧力における化学反応性プラズマおよび電磁場を使用することが可能である。これらおエッチング技術のいずれかにおいては、フォトレジスト材料のエッチレートは、パターン化されたフォトレジスト層の厚さ分布を基板へ転写するために誘電材料のエッチレートと同様または同等であることが可能である。たとえば、パターン化されたフォトレジスト層３４３０のエッチレートは、誘電層３４２０のエッチレートの約０．２から約５倍の間、誘電層３４２０のエッチレートの約０．３から約３倍の間、誘電層３４２０のエッチレートの約０．５から約２倍の間、誘電層３４２０のエッチレートの約０．７から約１．５倍の間、誘電層３４２０のエッチレートの約０．８から約１．２倍の間等であることが可能である。

【0186】

誘電層３４２０におけるマイクロレンズのアレイは、マイクロＬＥＤのアレイ３４１０から光を抽出するおよび／またはコリメートするためのマイクロレンズとして使用されることが可能であり、あるいはマイクロＬＥＤのアレイ３４１０のＩＩＩ－Ｖ半導体層におけるマイクロレンズまたはメサ構造３４４０をエッチングするためのエッチマスクとして使用されることが可能である。誘電材料のエッチレートは、誘電層３４２０の厚さ分布をＩＩＩ－Ｖ半導体材料へ転写するために、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料のエッチレートと同様または同等であり得る。たとえば、誘電層３４２０のエッチレートは、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料のエッチレートの約０．２から約５倍の間であり得る。

【0187】

図３４Ｂは、特定の実施形態によるマイクロレンズアレイの製作の異なる段階におけるフォトレジスト層、誘電層、および半導体層の高さ外形の例を示す。曲線３４３２は、パターニングおよび熱リフロー後のフォトレジスト層（たとえば、フォトレジスト層３４３０）の領域の高さ外形を示す。曲線３４２２は、エッチマスクとしてフォトレジスト層を使用したエッチングの後の誘電層（たとえば、誘電層３４２０）の領域の高さ外形を示す。図３４Ｂにおいて示されている例においては、フォトレジスト層のエッチレートは、誘電層のエッチレートと同様であることが可能であり、したがって曲線３４２２は、曲線３４３２と同様であることが可能である。曲線３４１２は、エッチマスクとして誘電層を使用してエッチングした後の半導体層（たとえば、マイクロＬＥＤのアレイ３４１０におけるＩＩＩ－Ｖ半導体材料）の領域の高さ外形を示す。図３４Ｂにおいて示されている例においては、半導体層のエッチレートは、誘電層３４２０のエッチレートの約２倍であることが可能であり、したがって曲線３４１２の高さは、曲線３４２２の高さの約２倍であることが可能である。

【0188】

図３４Ｃ～図３４Ｅは、図３４Ａに関連して記述されている方法を使用して製作されるメサまたはレンズの例を示す。たとえば、図３４Ｃは、放物線形状および平らな上部を有することが可能であるエッチングされたメサ構造３４５０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。メサ構造３４５０は、下直径約５μｍおよび高さ約１．５μｍを有することが可能であり、約０．７５μｍの高さを有する構造を含むエッチマスクを使用してエッチングされることが可能である。図３４Ｄは、放物線形状および平らな上部を有することが可能であるエッチングされた構造３４６０のＳＥＭ画像である。構造３４６０は、下直径約２μｍおよび高さ約１．４μｍを有することが可能であり、約０．７μｍの高さを有する構造を含むエッチマスクを使用してエッチングされることが可能である。図３４Ｅは、放物線形状を有することが可能であるエッチングされた構造３４７０のＳＥＭ画像である。構造３４６０ は、下直径約１μｍおよび高さ約１．２μｍを有することが可能であり、約０．６μｍの高さを有する構造を含むエッチマスクを使用してエッチングされることが可能である。

【0189】

図３５Ａは、特定の実施形態によるＬＥＤのアレイを製作するためのダイ対ウェハ接合の方法の例を示す。複数のＬＥＤ３５０６を含むＬＥＤアレイ３５０２は、たとえば、ドライバ回路などのさまざまな回路を含むウェハ３５０３に接合される前に、ＬＥＤ３５０６のためのメサ構造の形成を含むＬＥＤチップまたはダイの加工によって、キャリア基板３５０５上に製作されることが可能である。ＬＥＤチップは、たとえば、ＬＥＤチップのｐ側から加工され得る。

【0190】

ウェハ３５０３は、ベース層３５１５、受動または能動集積回路３５３９、および接合層３５１９を含むことが可能である。ベース層３５１５は、たとえば、Ｓｉウェハを含むことが可能である。集積回路３５３９は、複数のドライバ回路を含むことが可能である。たとえば、それぞれのドライバ回路は、２つのトランジスタと１つのコンデンサとを有する２Ｔ１Ｃピクセル構造を含むことが可能である。接合層３５１９は、金属、酸化物、誘電体、金属合金等などのさまざまな材料を含むことが可能である。パターン化された層３５３０は、接合層３５１９の表面上に形成することが可能である。パターン化された層３５３０は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、またはそれらの任意の組合せなどの材料で作られた金属グリッドを含むことが可能である。

【0191】

ＬＥＤアレイ３５０２は、パターン化された層３５３０を介してウェハ３５０３に接合されることが可能である。パターン化された層３５３０は、ＣｕＳｎ、ＡｕＳｎ、またはナノポーラスＡｕなど、さまざまな材料で作られた金属バンプを含むことが可能であり、これらは、ＬＥＤアレイ３５０２のＬＥＤ３５０６をウェハ３５０３の対応するドライバ回路と位置合わせするために使用されることが可能である。集積回路３５３９に対応するそれぞれの金属バンプとＬＥＤ３５０６が接触するまで、ＬＥＤアレイ３５０２をウェハ３５０３へ近づけることが可能である。ＬＥＤ３５０６のうちのいくつかまたはすべては、集積回路３５３９と位置合わせされることが可能であり、次いで金属対金属接合などのさまざまな接合技術によって、パターン化された層３５３０を介してウェハ３５０３に接合されることが可能である。ＬＥＤ３５０６がウェハ３５０３に接合された後に、キャリア基板３５０５は、ＬＥＤ３５０６から除去されることが可能である。次いで、ＬＥＤ３５０６に対応する光学部品は、たとえば、ＬＥＤチップのｎ側から形成されることが可能である。

【0192】

図３５Ｂは、特定の実施形態によるダイ対ウェハ接合によって形成されることが可能であるＬＥＤアレイ３５００の例を示す。図３５Ｂにおいて示されている例においては、３つのＬＥＤ３５２５が、パターン化された層３５３０を介してウェハ３５０３に接合されるように示されている。それぞれのＬＥＤ３５２５は、パターン化された層３５３０を介して金属パッド３５４１に電気的に接触しているｐ接点３５２９を含む。ｐ接点３５２９および金属パッド３５４１は、Ｃｕまたは別の金属など、さまざまな材料を含むことが可能である。さらに、隣り合ったＬＥＤ３５２５どうしの間のｎ接点３５２７は、金属パッド３５４５に電気的に接触していることが可能である。ｎ接点３５２７および金属パッド３５４５は、Ｃｕまたは別の金属など、さまざまな材料を含むことが可能である。薄膜３５４３は、接合層３５１９内に設けられることが可能である。薄膜３５４３は、ＳｉＣＮなどのさまざまな材料を含むことが可能である。金属パッド３５４１、薄膜３５４３、および金属パッド３５４５は、接合層３５１９を構成することが可能である。共通のｎ接点層および電流拡散層３５４０は、ＬＥＤ３５２５に接続するように設けられることが可能である。

【0193】

上述されているように、さまざまな光学部品は、ＬＥＤ ３５２５に対応するように形成されることが可能である。たとえば、光学部品は、格子３５３１、第１のレンズ３５３５、および第２のレンズ３５３６を含むことが可能である。光学部品は、ＬＥＤ３５２５のｎ側に形成することが可能である。ＬＥＤ３５２５上に形成されることが可能である二次光学部品のいくつかの例を示すために、３つの異なる二次光学部品が図３５Ｂに示されており、これは、異なる二次光学部品があらゆるＬＥＤアレイに対して同時に使用されることを必ずしも意味しない。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、マイクロレンズおよび反射防止コーティング、半導体材料にエッチングされたマイクロレンズおよび誘電材料層にエッチングされたマイクロレンズ、マイクロレンズおよび格子、球面レンズおよび非球面レンズ等など、複数の対応する二次光学部品を有することが可能である。

【0194】

図３６Ａは、特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイを製作するウェハ対ウェハ接合の方法の例を示している。図３６Ａに示されているように、第１のウェハ３６０１は、基板３６０５、半導体層３６０７、活性層３６０９、半導体層３６１１、および接合層３６１３を含むことが可能である。基板３６０５は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ、またはＳｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。半導体層３６０７および半導体層３６１１は、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＰ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＮ、（Ｅｕ：ＩｎＧａ）Ｎ、または（ＡｌＧａＩｎ）Ｎなど、さまざまな材料を含むことが可能である。半導体層３６０７は、ｎ型層であることが可能であり、半導体層３６１１は、ｐ型層であることが可能である。たとえば、半導体層３６０７は、（たとえば、ＳｉまたはＧｅで）ｎドープされていることが可能であり、半導体３６１１は、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、またはＢｅで）ｐドープされていることが可能である。活性層３６０９は、１つまたは複数のＩｎＧａＮ層、１つまたは複数のＡｌＩｎＧａＰ層、および／あるいは１つまたは複数のＧａＮ層を含むことが可能であり、これは、１つまたは複数の量子井戸またはＭＱＷなど、１つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である。接合層３６１３は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎおよび／またはＡｕＴｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。たとえば、接合層３６１３は、ｐ接点（図示せず）を含むことが可能である。基板３６０５と半導体層３６０７との間におけるバッファ層など、その他の層が含まれることも可能である。バッファ層は、多結晶ＧａＮまたはＡｌＮなど、さまざまな材料を含むことが可能である。加えて、半導体層３６１１と接合層３６１３との間に接触層があることが可能である。接触層は、半導体層３６１１に電気接触を提供するための任意の適切な材料を含むことが可能である。

【0195】

第２のウェハ３６０３は、接合層３６１９に隣り合っている受動マトリックス集積回路または能動マトリックス集積回路を有するベース層３６１５を含むことが可能である。ベース層３６１５は、たとえば、Ｓｉ基板を含むことが可能である。第２のウェハ３６０３は、複数のドライバ回路３６３９を有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）ウェハであることが可能である。たとえば、それぞれのドライバ回路３６３９は、２つのトランジスタおよび１つのコンデンサを有する２Ｔ１Ｃピクセル構造を含むことが可能である。接合層３６１９は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎ、および／またはＡｕＴｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。

【0196】

第１のウェハ３６０１は、接合層３６１３および／または接合層３６１９を介して第２のウェハ３６０３に接合されることが可能である。接合層３６１３および接合層３６１９は、同じ材料または別々の材料で作られることが可能である。接合層３６１３および接合層３６１９は、実質的に平らであることが可能である。第１のウェハ３６０１は、金属対金属接合、共晶接合、金属酸化物接合、陽極接合、熱圧縮接合、紫外線（ＵＶ）接合、プラズマ活性化表面接合、および／または融着接合など、さまざまな方法によって第２のウェハ３６０３に接合されることが可能である。

【0197】

図３６Ａにおいて示されているように、第１のウェハ３６０１は、第１のウェハ３６０１のｐ側（たとえば、半導体層３６１１）が下へ（すなわち、第２のウェハ３６０３の方へ）向いている状態で第２のウェハ３６０３に接合されることが可能である。接合後、基板３６０５は、第１のウェハ３６０１から少なくとも一部除去されることが可能であり、次いで、第１のウェハ３６０１は、ｎ側（たとえば、半導体層３６０７）から処理されることが可能である。処理は、個々のＬＥＤのためのメサ構造の形成、および個々のＬＥＤに対応する光学部品（たとえば、マイクロレンズ）の形成を含むことが可能である。

【0198】

図３６Ｂは、特定の実施形態によるウェハ対ウェハ接合によって形成されることが可能であるＬＥＤアレイ３６０２の例を示す。図３６Ｂにおいて示されている例においては、３つのＬＥＤ３６２５が、接合層３６１９を介して第２のウェハ３６０３に接合されるように示されている。それぞれのＬＥＤ３６２５は、金属パッド３６４１に電気的に接触しているｐ接点３６２９を含むことが可能である。ｐ接点３６２９および金属パッド３６４１は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ等など、さまざまな材料を含むことが可能である。さらに、 隣り合ったＬＥＤ３６２５どうしの間のｎ接点３６２７は、金属パッド３６４５に電気的に接触していることが可能である。ｎ接点３６２７および金属パッド３６４５は、Ｃｕなどのさまざまな材料を含むことが可能である。薄膜３６４３は、隣り合った金属パッド３６４１と３６４５のそれぞれのペア間に設けられることが可能である。薄膜３６４３は、ＳｉＣＮなど、さまざまな材料を含むことが可能である。金属パッド３６４１、薄膜３６４３、および金属パッド３６４５は、接合層３６１９を構成することが可能である。

【0199】

さまざまな光学部品は、ＬＥＤ３６２５に対応するように形成されることも可能である。たとえば、光学部品は、格子３６３１、反射防止（ＡＲ）コーティング３６３３、および／またはレンズ３６３５を含むことが可能である。光学部品は、ＬＥＤ３６２５のｎ側（たとえば、半導体層３６０７、または半導体層３６０７上に堆積された誘電材料）に形成することが可能である。３つの異なる二次光学部品が、ＬＥＤ３６２５上に形成されることが可能である二次光学部品のいくつかの例を示すために、図３６Ｂに示されており、
これは、異なる二次光学部品があらゆるＬＥＤアレイに対して同時に使用されることを必ずしも意味しない。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、マイクロレンズおよび反射防止コーティング、半導体材料にエッチングされたマイクロレンズおよび誘電材料層にエッチングされたマイクロレンズ、マイクロレンズおよび格子、球面レンズおよび非球面レンズ等など、複数の対応する二次光学部品を有することが可能である。

【0200】

図３７Ａは、特定の実施形態によるＬＥＤのアレイを製作するハイブリッド接合の方法の例を示す。第１のウェハ３７０１は、基板３７０５、半導体層３７０７、活性層３７０９、半導体層３７１１、および接合層３７１３を含むことが可能である。基板３７０５は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ、またはＳｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。半導体層３７０７および半導体層３７１１は、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＰ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＮ、（Ｅｕ：ＩｎＧａ）Ｎ、または（ＡｌＧａＩｎ）Ｎなど、さまざまな材料を含むことが可能である。半導体層３７０７は、ｎ型層であることが可能であり、半導体層３７１１は、ｐ型層であることが可能である。たとえば、半導体層３７０７は、（たとえば、ＳｉまたはＧｅで）ｎドープされることが可能であり、半導体層３７１１は、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、またはＢｅで）ｐドープされることが可能である。活性層３７０９は、１つまたは複数のＩｎＧａＮ層、１つまたは複数のＡｌＩｎＧａＰ層、および／あるいは１つまたは複数のＧａＮ層を含むことが可能であり、これは、１つまたは複数の量子井戸またはＭＱＷなど、１つまたは複数のヘテロ構造を形成することが可能である。接合層３７１３は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎ、および／またはＡｕＴｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。たとえば、接合層３７１３は、ｐ接点（図３７Ａに図示せず）を含むことが可能である。パターン化された層３７１８は、接合層３７１３の表面上に形成することが可能である。パターン化された層３７１８は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、またはＡｌなどの材料で作られた金属グリッドを含むことが可能である。

【0201】

第１のウェハ３７０１は、接合層３７１３およびパターン化された層３７３０がメサ構造上に形成される前に、個々のＬＥＤに対応するメサ構造を形成するために、ｐ側から処理されることが可能である。加えて、反射器層は、上述されているようにｐ側からメサ構造のそれぞれに形成することが可能である。量子井戸、相互混合、イオン注入、欠陥エッチング、および表面清浄など、表面再結合損失を低減するためのさまざまな方法が、ｐ側から行われることも可能である。

【0202】

第２のウェハ３７０３は、接合層３７１９に隣り合っている受動マトリックス集積回路または能動マトリックス集積回路を有するベース層３７１５を含むことが可能である。ベース層３７１５は、Ｓｉを含むことが可能であり、複数のドライバ回路３７３９を有するＡＳＩＣウェハであることが可能である。たとえば、それぞれのドライバ回路３７３９は、２つのトランジスタおよび１つのコンデンサを有する２Ｔ１Ｃピクセル構造を含むことが可能である。接合層３７１９は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎ、および／またはＡｕＴｉなど、さまざまな材料を含むことが可能である。パターン化された層３７３０は、接合層３７１９の表面上に形成することが可能である。パターン化された層３７３０は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、またはそれらの任意の組合せなどの材料で作られた金属グリッドを含むことが可能である。

【0203】

第１のウェハ３７０１は、接合層３７１３、パターン化された層３７１８、接合層３７１９、およびパターン化された層３７３０を介して第２のウェハ３７０３に接合されることが可能である。図３７Ａに示されているように、第１のウェハ３７０１は、下へ（すなわち、第２のウェハ３７０３の方へ）向いている第１のウェハ３７０１のｐ側で第２のウェハ３７０３に接合されている。第１のウェハ３７０１および第２のウェハ３７０３は、第１のウェハ３７０１の接合層３７１３内のｐ接点３７２９と第２のウェハ３７０３の接合層３７１９内の金属パッド３７４１との高精度の位置合わせによって接合のために位置合わせされることが可能である。第１のウェハ３７０１および第２のウェハ３７０３が位置合わせされた後、第１のウェハ３７０１および第２のウェハ３７０３は、誘電接合および金属接合を含む２ステップのハイブリッド接合方法によって接合されることが可能である。たとえば、第１のウェハ３７０１の接合層３７１３における誘電材料の誘電接合は、第２のウェハ３７０３の接合層３７１９に誘電材料（たとえば、薄膜３７４３）を使用して行われることが可能である。誘電接合は、室温で行われることが可能である。両誘電材料は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５などを含むことが可能である。次いで、第１のウェハ３７０１の接合層３７１３におけるｐ接点３７２９の金属接合が、第２のウェハ３７０３の接合層３７１９における金属パッド３７４１に対して行われることが可能である。金属接合は、１５０℃から２５０℃の間など、室温よりも高い温度でｐ接点３７２９および金属パッド３７４１をアニーリングすることによって行われることが可能である。ｐ接点３７２９および金属パッド３７４１は、たとえば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、またはその任意の組合せを含むことが可能である。接合後、基板３７０５は、第１のウェハ３７０１から除去されることが可能であり、第１のウェハ３７０１は、ｎ側から処理されることが可能である。処理は、 個々のＬＥＤに対応する光学部品の形成を含むことが可能である。

【0204】

第１のウェハ３７０１および第２のウェハ３７０３が、異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料を含むので、金属接合は、第１のウェハ３７０１および第２のウェハ３７０３において形成される異なるそりを引き起こす場合がある。異なるそりは、振れを引き起こす場合があり、振れは、ｐ接点３７２９の中心が金属パッド３７４１の中心に対して位置合わせ不良になるときに起こり得る。異なるＣＴＥを補償するために、誘電接合を行う後に、ならびに金属接合を行う前ならびに／またはｐ接点３７２９および／もしくは金属パッド３７４１のディッシングを行う前に、基板３７０５における隣り合ったメサ構造どうしの間にトレンチを形成すること、基板３７０５におけるメサ構造のグループどうしの間にトレンチを形成すること、基板３７０５の一部または全部を通じてトレンチを形成すること、第１のウェハ３７０１および／または第２のウェハ３７０３上にＣＴＥ補償層を形成すること、第１のウェハ３７０１および／または第２のウェハ３７０３を凹形状に形成することなど、さまざまな方法が使用され得る。

【0205】

図３７Ｂは、特定の実施形態によるハイブリッド接合によって形成されることが可能であるＬＥＤアレイ ３７００の例を示す。図３７Ｂにおいて示されている例においては、３つのＬＥＤ３７２５が、接合層３７１９を介して第２のウェハ３７０３に接合されるように示されている。それぞれのＬＥＤ３７２５は、金属パッド３７４１に電気的に接触しているｐ接点３７２９を含む。さらに、隣り合ったＬＥＤ３７２５どうしの間のｎ接点３７２７は、金属パッド３７４５に電気的に接触していることが可能である。ｎ接点３７２７および金属パッド３７４５は、Ｃｕまたは別の金属など、さまざまな材料を含むことが可能である。薄膜３７４３は、隣り合った金属パッド３７４１および３７４５のそれぞれのペアの間に設けられることが可能である。薄膜３７４３は、ＳｉＣＮなど、さまざまな材料を含むことが可能である。金属パッド３７４１、薄膜３７４３、および金属パッド３７４５は、接合層３７１９を構成することができる。

【0206】

さまざまな光学部品は、ＬＥＤ３７２５に対応するように形成されることが可能である。たとえば、光学部品は、格子３７３１。反射防止（ＡＲ）コーティング３７３５、および／またはレンズ３７３３を含むことが可能である。光学部品は、ＬＥＤ３７２５のｎ側に形成することが可能である。３つの異なる二次光学部品は、ＬＥＤ３７２５上に形成され得る二次光学部品のいくつかの例を示すために、図３７Ｂに示されており、これは、異なる二次光学部品が、あらゆるＬＥＤアレイに対して同時に使用されることを必ずしも意味しない。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤは、マイクロレンズおよび反射防止コーティング、半導体材料にエッチングされたマイクロレンズおよび誘電材料層にエッチングされたマイクロレンズ、マイクロレンズおよび格子、球面レンズおよび非球面レンズ等など、複数の対応する二次光学部品を有することが可能である。

【0207】

図３８は、特定の実施形態による接合されるウェハスタック上にマイクロレンズまたは他の二次光学部品を有するマイクロＬＥＤのアレイを形成する方法の例を示す。接合されるウェハスタックは、ｎ型半導体層に隣り合った基板（たとえば、基板３６０５または３７０５）を少なくとも一部除去するために、（たとえば、グラインディング、ラッピング、研磨、横方向エッチングなど）処理され得る。マイクロＬＥＤのアレイのために小さいピッチ（たとえば、＜１０μｍ）が望まれるとき、基板は、ウェハスタック３８１０によって示されているようにｎ型半導体層を暴露するために完全に除去されることが可能である。

【0208】

赤色マイクロＬＥＤについては、基板上に成長されたエピタキシャル層は、より高い内部量子効率（ＩＱＥ）を実現するために、厚い（たとえば、約２μｍから約５μｍ）ものであることが可能である。ウェハスタック３８１０は、個々のマイクロＬＥＤ３８２０を隔てる深いトレンチ３８２２をエッチングするためにたとえば、高いエッチレート、高い選択性、および低い損傷を有する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングプロセスを使用してエッチングされることが可能である。それぞれのマイクロＬＥＤ３８２０は、垂直メサ構造または（たとえば、図１８Ａに示されているような）内側に傾いたメサ構造を含むことが可能である。垂直メサ構造の側壁における表面再結合損失（ＳＲＬ）を低減するために、量子井戸相互混合、イオン注入、欠陥エッチング、および表面清浄など、さまざまな方法が使用されることが可能である。誘電層および／または金属層は、メサ反射器を形成するために、および／または表面再結合損失を低減し、内部量子効率を改善するために、マイクロＬＥＤ３８２０の側壁に（たとえば、ＡＬＤを使用して）堆積されることが可能である。格子またはマイクロレンズなどの光学部品３８３０は、ｎ型半導体材料層またはｎ型半導体層上に堆積された層にエッチングされることが可能である。

【0209】

緑色または青色マイクロＬＥＤについては、ＣＭＰ、水平光電気化学（ＰＥＣ）エッチング、エッチストップ層などを使用する垂直エッチングが、高い光抽出効率を実現するために、高精度（たとえば、±２５ｎｍ）で、ｎ型半導体層を所望の厚さ（たとえば、約１μｍ以下）まで薄くするために使用される可能性がある。薄くされたウェハスタック３８４０は、たとえば、トレンチ３８５０を形成するために、ＩＣＰを使用して、ｎ型側からエッチングされ得る。量子井戸相互混合、イオン注入、欠陥エッチング、および表面清浄など、さまざまな方法が、垂直メサ構造の側壁における表面再結合損失を低減するために使用されることが可能である。誘電層および／または金属層は、パッシベーション層およびメサ反射器形成するために、ならびに／または表面再結合損失を低減し、内部量子効率を改善するために、トレンチ３８５０の側壁に（たとえば、ＡＬＤを使用して）堆積されることが可能である。格子またはマイクロレンズなどの光学部品３８６０は、上述されているように、ｎ型半導体材料層またはｎ型半導体層上に堆積された層にエッチングされることが可能である。

【0210】

図３９Ａ～図３９Ｅは、特定の実施形態によるハイブリッド接合型マイクロＬＥＤ上にマイクロレンズを形成する方法の例を示している。図３９Ａは、第１のウェハ３９１０（たとえば、第１のウェハ３８０１）、および第２のウェハ３９２０（たとえば、第２のウェハ３８０３）が、たとえば、プラズマ活性化表面接合を使用して一緒に接合されていることを示す。たとえば、接合は、第１のウェハ３９１０および第２のウェハ３９２０上の接合層の銅接合を含むことが可能である。図３８Ａおよび図３８Ｂに関連して上述されているように、第１のウェハ３９１０は、図３９Ｂに示されているような垂直メサ、放物線メサ、または円錐メサを有するマイクロＬＥＤのアレイを含むことが可能である。メサは、図３８Ａに関連して上述されているように、金属反射器を含むことが可能であり、ｐ側から製作されることが可能である。接合されるウェハスタックは、適切な温度でアニールされることが可能である。

【0211】

アニーリング後、第１のウェハ３９１０の基板は、ｎ型半導体層などのエピタキシャルな層を暴露するために除去されることが可能である。ｎ型半導体層の露出されている表面は、清浄または研磨されてもよく、いくつかの実施形態においては、図３９Ｃに示されているように、ＣＭＰ、エッチストップ層を使用した垂直エッチング、犠牲構造を利用した水平ＰＥＣエッチング、などによって薄くされることが可能である。

【0212】

ＳｉＯ_２またはＳｉＮｘ層など、誘電層３９３０は、たとえば、ＰＥＣＶＤを使用してｎ型半導体層の露出されている表面上に堆積されることが可能である。フォトレジスト層は、誘電層３９３０に堆積され、たとえば、図３２に関連して上述されているように、バイナリまたはグレースケールマスク、およびフォトリソグラフプロセスを使用してパターン化されることが可能である。パターン化されたフォトレジスト層は、フォトレジスト材料を含むマイクロレンズ３９４０を形成するようにリフローされることが可能である。いくつかの実施形態においては、マイクロレンズ３９４０は、マイクロＬＥＤのためのマイクロレンズとして使用されることが可能である。いくつかの実施形態においては、ＩＣＰエッチングプロセス（たとえば、ＦベースＩＣＰ）は、図３９Ｄに示されているように、マイクロレンズ３９３２を誘電層３９３０に形成するために、フォトレジスト材料におけるマイクロレンズの形状をマスク層へと転写するように行われ得る。

【0213】

いくつかの実施形態においては、マイクロレンズ３９３２は、マイクロＬＥＤのためのマイクロレンズとして使用されることが可能であり、図３９Ｅに示されているように、反射防止層３９７０は、マイクロレンズ３９３２上にコーティングされることが可能である。いくつかの実施形態においては、図３９Ｅに示されているように、別のＩＣＰエッチングプロセス（たとえば、ＣｌベースのＩＣＰ）は、ｎ型半導体層におけるマイクロレンズ３９６０を形成するために、誘電層３９３０におけるマイクロレンズ３９３２の形状をｎ型半導体層に転写するために行われることが可能である。反射防止層３９７０は、反射を低減し、光抽出効率を改善するために、マイクロレンズ３９６０上にコーティングされることが可能である。

【0214】

上述されているように、マイクロレンズ３９４０の形状または高さ外形は、写真露光および／またはリフロープロセスによって制御されることが可能である。マイクロレンズ３９３２およびマイクロレンズ３９６０の形状または高さ外形は、フォトレジスト材料と誘電材料（たとえば、ＳｉＯ_２）との間のエッチ選択性、および誘電材料とｎ型半導体材料との間のエッチ選択性など、エッチングプロセスのエッチ選択性を調節することによって制御されることが可能である。フォトレジストが高温エッチングに適していない場合があるので、中間エッチマスクとして誘電層を使用することで、たとえば、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色エピ層の改善されたエッチングのために、および異なる材料のための所望の選択性およびレンズ形状についてのＩＣＰパラメータの調節のために、ｎ型半導体層のＩＣＰエッチングにおいてウェハ温度が約１９０℃であることを可能にすることができる。

【0215】

ＶＩＩ． 電子システムの例
図４０は、本明細書において開示されている例のうちのいくつかを実施するための例示的なニアアイディスプレイ（たとえば、ＨＭＤデバイス）の例示的な電子システム４０００の簡略化されたブロック図である。電子システム４０００は、上述されているＨＭＤデバイスまたはその他のニアアイディスプレイの電子システムとして使用されることが可能である。この例においては、電子システム４０００は、１つまたは複数のプロセッサ４０１０と、メモリ４０２０とを含むことが可能である。プロセッサ４０１０は、複数のコンポーネントにおいてオペレーションを実行するための命令を実行するように構成されることが可能であり、たとえば、ポータブル電子デバイス内での実施に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサであることが可能である。プロセッサ４０１０は、電子システム４０００内の複数のコンポーネントと通信可能に結合されることが可能である。この通信可能な結合を実現するために、プロセッサ４０１０は、バス４０４０を介してその他の示されているコンポーネントと通信することが可能である。バス４０４０は、電子システム４０００内でデータを転送するように適合されている任意のサブシステムであることが可能である。バス４０４０は、データを転送するための複数のコンピュータバスおよび追加の回路を含むことが可能である。

【0216】

メモリ４０２０は、プロセッサ４０１０に結合されることが可能である。いくつかの実施形態においては、メモリ４０２０は、短期および長期の両方の格納を提供することが可能であり、いくつかのユニットへと分割されることが可能である。メモリ４０２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／もしくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など、揮発性であること、ならびに／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等など、不揮発性であることが可能である。さらにメモリ４０２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなど、取り外し可能なストレージデバイスを含むことが可能である。メモリ４０２０は、電子システム４０００に関するコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、およびその他のデータの格納を提供することが可能である。いくつかの実施形態においては、メモリ４０２０は、別々のハードウェアモジュールへと分散されることが可能である。命令のセットおよび／またはコードが、メモリ４０２０上に格納されることが可能である。命令は、電子システム４０００によって実行可能であり得る実行可能コードの形態を取ることが可能であり、ならびに／またはソースおよび／もしくはインストール可能コードの形態を取ることが可能であり、これは、（たとえば、さまざまな一般的に利用可能なコンパイラ、インストレーションプログラム、圧縮／解凍ユーティリティーなどのいずれかを使用した）電子システム４０００上でのコンパイルおよび／またはインストール時に、実行可能コードの形態を取ることが可能である。

【0217】

いくつかの実施形態においては、メモリ４０２０は、複数のアプリケーションモジュール４０２２～４０２４を格納することが可能であり、これらは、任意の数のアプリケーションを含むことが可能である。アプリケーションの例は、ゲーミングアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、またはその他の適切なアプリケーションを含むことが可能である。アプリケーションは、奥行き感知機能またはアイトラッキング機能を含むことが可能である。アプリケーションモジュール４０２２～１８２４は、プロセッサ４０１０によって実行されることになる特定の命令を含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、アプリケーションモジュール４０２２～１８２４のうちの特定のアプリケーションまたは部分は、その他のハードウェアモジュール４０８０によって実行可能であり得る。特定の実施形態においては、メモリ４０２０は、セキュアなメモリを追加で含むことが可能であり、これは、セキュアな情報に対するコピーまたはその他の不正アクセスを防止するための追加のセキュリティー制御を含むことが可能である。

【0218】

いくつかの実施形態においては、メモリ４０２０は、その中にロードされているオペレーティングシステム４０２５を含むことが可能である。オペレーティングシステム４０２５は、アプリケーションモジュール４０２２～１８２４によって提供される命令の実行を開始するように、ならびに／またはその他のハードウェアモジュール４０８０と、１つまたは複数のワイヤレストランシーバを含むことが可能であるワイヤレス通信サブシステム４０３０とのインターフェースとを管理するように動作可能であり得る。オペレーティングシステム４０２５は、スレッド化、リソース管理、データストレージ制御、およびその他の同様の機能性を含めて、電子システム４０００のコンポーネントどうしにわたるその他のオペレーションを実行するように適合されることが可能である。

【0219】

ワイヤレス通信サブシステム４０３０は、たとえば、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイスおよび／もしくはチップセット（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、ＷｉＭＡＸデバイス、セルラー通信設備等など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含むことが可能である。電子システム４０００は、ワイヤレス通信のための１つまたは複数のアンテナ４０３４を、ワイヤレス通信サブシステム４０３０の一部として、またはシステムのいずれかの部分に結合されている別個のコンポーネントとして含むことが可能である。所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム４０３０は、ベーストランシーバステーションならびにその他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含むことが可能であり、その通信は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）など、さまざまなデータネットワークおよび／またはネットワークタイプと通信することを含むことが可能である。ＷＷＡＮは、たとえば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであることが可能である。ＷＬＡＮは、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであることが可能である。ＷＰＡＮは、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、またはいくつかのその他のタイプのネットワークであることが可能である。本明細書において記述されている技術は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組合せのために使用されることも可能である。ワイヤレス通信サブシステム４０３０は、ネットワーク、その他のコンピュータシステム、および／または、本明細書において記述されているその他の任意のデバイスとの間でデータがやり取りされることを許可することが可能である。ワイヤレス通信サブシステム４０３０は、アンテナ４０３４およびワイヤレスリンク４０３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地理的マップ、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含むことが可能である。ワイヤレス通信サブシステム４０３０、プロセッサ４０１０、およびメモリ４０２０はともに、本明細書において開示されているいくつかの機能を実行するための手段のうちの１つまたは複数の少なくとも一部を含むことが可能である。

【0220】

電子システム４０００の実施形態は、１つまたは複数のセンサ４０９０を含むことも可能である。センサ４０９０は、たとえば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（たとえば、加速度計とジャイロスコープとを組み合わせるモジュール）、環境光センサ、または、奥行きセンサもしくは位置センサなど、感覚出力を提供するように、および／もしくは感覚入力を受信するように動作可能なその他の任意の同様のモジュールを含むことが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、センサ４０９０は、１つもしくは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）および／または１つもしくは複数の位置センサを含むことが可能である。ＩＭＵは、位置センサのうちの１つまたは複数から受信された測定信号に基づいて、ＨＭＤデバイスの初期位置に対するＨＭＤデバイスの推定位置を示す較正データを生成することが可能である。位置センサは、ＨＭＤデバイスの動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成することが可能である。位置センサの例は、１つもしくは複数の加速度計、１つもしくは複数のジャイロスコープ、１つもしくは複数の磁力計、動きを検知する別の適切なタイプのセンサ、ＩＭＵのエラー訂正のために使用されるタイプのセンサ、またはそれらの任意の組合せを含むことが可能であるが、それらには限定されない。位置センサは、ＩＭＵの外部に、ＩＭＵの内部に、またはそれらの任意の組合せで配置されることが可能である。少なくともいくつかのセンサは、感知のために、構造化された光パターンを使用することが可能である。

【0221】

電子システム４０００は、ディスプレイモジュール４０６０を含むことが可能である。ディスプレイモジュール４０６０は、ニアアイディスプレイであることが可能であり、画像、ビデオ、およびさまざまな指示などの情報を電子システム４０００からユーザにグラフィカルに提示することが可能である。そのような情報は、１つもしくは複数のアプリケーションモジュール４０２２～１８２４、仮想現実エンジン４０２６、１つもしくは複数のその他のハードウェアモジュール４０８０、それらの組合せ、または、ユーザのためのグラフィカルコンテンツを解像するためのその他の任意の適切な手段（たとえば、オペレーティングシステム４０２５によって）から導出されることが可能である。ディスプレイモジュール４０６０は、ＬＣＤテクノロジー、ＬＥＤテクノロジー（たとえば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、μ－ＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）、発光ポリマーディスプレイ（ＬＰＤ）テクノロジー、またはその他の何らかのディスプレイテクノロジーを使用することが可能である。

【0222】

電子システム４０００は、ユーザ入力／出力モジュール４０７０を含むことが可能である。ユーザ入力／出力モジュール４０７０は、ユーザがアクション要求を電子システム４０００へ送信することを可能にすることができる。アクション要求は、特定のアクションを実行するための要求であることが可能である。たとえば、アクション要求は、アプリケーションを開始することもしくは終了すること、またはアプリケーション内で特定のアクションを実行することであることが可能である。ユーザ入力／出力モジュール４０７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含むことが可能である。例示的な入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロフォン、ボタン、ダイヤル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、または、アクション要求を受信して、その受信されたアクション要求を電子システム４０００へ通信するためのその他の任意の適切なデバイスを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、ユーザ入力／出力モジュール４０７０は、電子システム４０００から受信された命令に従って触覚フィードバックをユーザに提供することが可能である。たとえば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されたときに、または実行されたときに提供されることが可能である。

【0223】

電子システム４０００は、たとえば、ユーザの目の位置を追跡把握する目的で、ユーザの写真またはビデオを撮影するために使用されることが可能であるカメラ４０５０を含むことが可能である。カメラ４０５０は、たとえば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションのために、環境の写真またはビデオを撮影するために使用されることも可能である。カメラ４０５０は、たとえば、数百万または数千万ピクセルを伴う相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含むことが可能である。いくつかの実施態様においては、カメラ４０５０は、３Ｄ画像を取り込むために使用されることが可能である２つ以上のカメラを含むことが可能である。

【0224】

いくつかの実施形態においては、電子システム４０００は、複数のその他のハードウェアモジュール４０８０を含むことが可能である。その他のハードウェアモジュール４０８０のそれぞれは、電子システム４０００内の物理的なモジュールであることが可能である。その他のハードウェアモジュール４０８０のそれぞれは、構造として恒久的に構成されることが可能であるが、その他のハードウェアモジュール４０８０のうちのいくつかは、特定の機能を実行するように一時的に構成されること、または一時的にアクティブ化されることが可能である。その他のハードウェアモジュール４０８０の例は、たとえば、オーディオ出力および／または入力モジュール（たとえば、マイクロフォンまたはスピーカー）、近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール、充電式バッテリー、バッテリー管理システム、有線／ワイヤレスバッテリー充電システムなどを含むことが可能である。いくつかの実施形態においては、その他のハードウェアモジュール４０８０の１つまたは複数の機能は、ソフトウェアで実施されることが可能である。

【0225】

いくつかの実施形態においては、電子システム４０００のメモリ４０２０は、仮想現実エンジン４０２６を格納することも可能である。仮想現実エンジン４０２６は、電子システム４０００内のアプリケーションを実行すること、およびＨＭＤデバイスの位置情報、加速度情報、速度情報、予測される今後の位置、またはそれらの任意の組合せをさまざまなセンサから受信することが可能である。いくつかの実施形態においては、仮想現実エンジン４０２６によって受信された情報は、ディスプレイモジュール４０６０への信号（たとえば、表示命令）を生成するために使用されることが可能である。たとえば、受信された情報が、ユーザが左を見たことを示している場合には、仮想現実エンジン４０２６は、仮想環境におけるユーザの動きを反映するＨＭＤデバイスのためのコンテンツを生成することが可能である。加えて、仮想現実エンジン４０２６は、ユーザ入力／出力モジュール４０７０から受信されたアクション要求に応答してアプリケーション内でアクションを実行すること、およびフィードバックをユーザに提供することが可能である。提供されるフィードバックは、視覚、可聴、または触覚フィードバックであることが可能である。いくつかの実施態様においては、プロセッサ４０１０は、仮想現実エンジン４０２６を実行することが可能である１つまたは複数のＧＰＵを含むことが可能である。

【0226】

さまざまな実施態様においては、上述のハードウェアおよびモジュールは、単一のデバイス上に、または有線もしくはワイヤレス接続を使用して互いに通信することが可能である複数のデバイス上に実装されることが可能である。たとえば、いくつかの実施態様においては、ＧＰＵ、仮想現実エンジン４０２６、およびアプリケーション（たとえば、トラッキングアプリケーション）など、いくつかのコンポーネントまたはモジュールは、ヘッドマウントディスプレイデバイスとは別個のコンソール上に実装されることが可能である。いくつかの実施態様においては、１つのコンソールが、複数のＨＭＤに接続されること、または複数のＨＭＤをサポートすることが可能である。

【0227】

代替構成においては、異なるコンポーネントおよび／または追加のコンポーネントが電子システム４０００に含まれることが可能である。同様に、それらのコンポーネントのうちの１つまたは複数の機能性は、上述されている様式とは異なる様式でそれらのコンポーネントの間において分散されることが可能である。たとえば、いくつかの実施形態においては、電子システム４０００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境など、その他のシステム環境を含むように修正されることが可能である。

【0228】

上で論じられている方法、システム、およびデバイスは、例である。さまざまな実施形態は、必要に応じて、さまざまな手順またはコンポーネントを省略すること、置換すること、または追加することが可能である。たとえば、代替構成においては、記述されている方法は、記述されているのとは異なる順序で実行されることが可能であり、ならびに／またはさまざまな段階が追加されること、省略されること、および／もしくは組み合わされることが可能である。また、特定の実施形態に関して記述されている特徴どうしは、さまざまなその他の実施形態において組み合わされることが可能である。実施形態の別々の態様および要素は、同様の様式で組み合わされることが可能である。また、テクノロジーは進化しており、したがって、要素のうちの多くは例であり、それらの例は、本開示の範囲をそれらの特定の例に限定するものではない。

【0229】

実施形態の徹底的な理解を提供するために、記述においては具体的な詳細が与えられている。しかしながら、実施形態は、これらの具体的な詳細を伴わずに実施されることが可能である。たとえば、よく知られている回路、プロセス、システム、構造、および技術は、実施形態をわかりにくくすることを回避するために、不必要な詳細を伴わずに示されている。この記述は、例示的な実施形態を提供しているだけであり、本発明の範囲、適用可能性、または構成を限定することを意図されているものではない。むしろ、実施形態についての前述の記述は、さまざまな実施形態を実施するための有効な記述を当業者に提供するであろう。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置においてさまざまな変更が行われることが可能である。

【0230】

また、いくつかの実施形態は、流れ図またはブロック図として示されているプロセスとして記述された。それぞれが、オペレーションを順次プロセスとして記述している場合があるが、オペレーションのうちの多くは、並列にまたは同時に実行されることが可能である。加えて、オペレーションどうしの順序は、並べ替えられることが可能である。プロセスは、図に含まれていない追加のステップを有することが可能である。さらに、これらの方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せによって実施されることが可能である。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実施される場合には、関連付けられているタスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、ストレージメディアなどのコンピュータ可読メディアに格納されることが可能である。プロセッサは、関連付けられているタスクを実行することが可能である。

【0231】

具体的な要件に従って実質的な変更が行われることが可能であるということは当業者にとって明らかであろう。たとえば、カスタマイズされたもしくは専用のハードウェアが使用されることも可能であり、および／または特定の要素が、ハードウェア、ソフトウェア（アプレット等などのポータブルソフトウェアを含む）、もしくは両方で実装されることが可能である。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどのその他のコンピューティングデバイスへの接続が採用されることが可能である。

【0232】

添付の図を参照すると、メモリを含むことが可能であるコンポーネントは、非一時的なマシン可読メディアを含むことが可能である。「マシン可読メディア」および「コンピュータ可読メディア」という用語は、マシンを特定の様式で動作させるデータを提供することに関与する任意のストレージメディアを指すことが可能である。上で提供されている実施形態においては、さまざまなマシン可読メディアが、実行のために処理ユニットおよび／またはその他のデバイスに命令／コードを提供することに関与することが可能である。追加として、または代替として、マシン可読メディアは、そのような命令／コードを格納および／または搬送するために使用されることが可能である。多くの実施態様においては、コンピュータ可読メディアは、物理的なおよび／または有形のストレージメディアである。そのようなメディアは、不揮発性メディア、揮発性メディア、および送信メディアを含むがそれらには限定されない多くの形態を取ることが可能である。コンピュータ可読メディアの一般的な形態は、たとえば、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの磁気および／もしくは光メディア、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有するその他の物理的なメディア、ＲＡＭ、プログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、その他の任意のメモリチップもしくはカートリッジ、以降で記述されている搬送波、またはコンピュータが命令および／もしくはコードを読み出すことが可能であるその他の任意のメディアを含む。コンピュータプログラム製品は、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（アプリ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラスを表すことが可能であるコードおよび／もしくはマシン実行可能命令、または命令、データ構造、もしくはプログラムステートメントの任意の組合せを含むことが可能である。

【0233】

本明細書において記述されているメッセージを通信するために使用される情報および信号は、さまざまな異なるテクノロジーおよび技術のうちのいずれかを使用して表されることが可能であるということを当業者なら理解するであろう。たとえば、上の記述全体を通して参照されることが可能であるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは粒子、光場もしくは粒子、またはそれらの任意の組合せによって表されることが可能である。

【0234】

本明細書において使用される「および」および「または」という用語は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予想されるさまざまな意味を含むことが可能である。典型的には、「または」は、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合には、Ａ、Ｂ、およびＣ（ここでは包括的な意味で使用される）、ならびにＡ、Ｂ、またはＣ（ここでは排他的な意味で使用される）を意味することを意図されている。加えて、本明細書において使用される「１つまたは複数」という用語は、単数形の任意の機能、構造、もしくは特徴を記述するために使用されることが可能であり、または機能、構造、もしくは特徴の何らかの組合せを記述するために使用されることが可能である。しかしながら、これは単に説明例であり、特許請求されている主題は、この例に限定されるものではないということに留意されたい。さらに、「～の少なくとも１つ」という用語は、Ａ、Ｂ、またはＣなどのリストを関連付けるために使用される場合には、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣ等など、Ａ、Ｂ、および／またはＣの任意の組合せを意味すると解釈されることが可能である。

【0235】

さらに、特定の実施形態が、ハードウェアおよびソフトウェアの特定の組合せを使用して記述されてきたが、ハードウェアおよびソフトウェアのその他の組合せも可能であるということを認識されたい。特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはそれらの組合せを使用して実施されることが可能である。一例においては、ソフトウェアは、本開示において記述されているステップ、オペレーション、またはプロセスのいずれかまたはすべてを実行するために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含むコンピュータプログラム製品を用いて実装されることが可能であり、この場合、コンピュータプログラムは、非一時的コンピュータ可読メディア上に格納されることが可能である。本明細書において記述されているさまざまなプロセスは、同じプロセッサまたは別々のプロセッサ上で任意の組合せで実施されることが可能である。

【0236】

デバイス、システム、コンポーネント、またはモジュールが、特定のオペレーションまたは機能を実行するように構成されているものとして記述されている場合には、そのような構成は、たとえば、オペレーションを実行するための電子回路を設計することによって、プログラム可能な電子回路（マイクロプロセッサなど）を、オペレーションを実行するようにプログラムすることによって、たとえば、コンピュータ命令もしくはコード、または非一時的なメモリメディア上に格納されているコードもしくは命令を実行するようにプログラムされたプロセッサもしくはコア、またはそれらの任意の組合せを実行することによって達成されることが可能である。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技術を含むがそれらには限定されないさまざまな技術を使用して通信することが可能であり、プロセスどうしの別々のペアが、別々の技術を使用することが可能であり、またはプロセスどうしの同じペアが、別々の時点で別々の技術を使用することが可能である。

【0237】

したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味でみなされるべきである。しかしながら、特許請求の範囲に記載されているさらに広い精神および範囲から逸脱することなく、追加、削減、削除、およびその他の修正および変更が行われることが可能であるということは明らかであろう。したがって、特定の実施形態が記述されているが、これらは、限定することを意図されているものではない。さまざまな修正および均等物は、添付の特許請求の範囲の範疇内にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A-B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図14-1】

【図14-2】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図16A】

【図16B】

【図17A-D】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図19A-D】

【図19E-H】

【図20A-B】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図21D】

【図21E】

【図21F】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25A】

【図25B】

【図26A-C】

【図27A-B】

【図28】

【図29-1】

【図29-2】

【図30A】

【図30B】

【図30C】

【図30D】

【図31A】

【図31B】

【図32A】

【図32B】

【図32C】

【図32D】

【図33】

【図34A】

【図34B】

【図34C-E】

【図35A】

【図35B】

【図36A】

【図36B】

【図37A】

【図37B】

【図38】

【図39A】

【図39B】

【図39C】

【図39D】

【図39E】

【図40】

【国際調査報告】