(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】2023-07-11
(54)【発明の名称】局在化電流開口をもつ高効率赤色マイクロＬＥＤ
(51)【国際特許分類】
H01L 33/14 20100101AFI20230704BHJP
H01L 33/38 20100101ALI20230704BHJP
H01L 33/30 20100101ALI20230704BHJP
H01L 33/06 20100101ALI20230704BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20230704BHJP
H01S 5/042 20060101ALI20230704BHJP
【ＦＩ】
H01L33/14
H01L33/38
H01L33/30
H01L33/06
H01S5/343
H01S5/042 612
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022572340
(86)(22)【出願日】2021-05-08
(85)【翻訳文提出日】2023-01-16
(86)【国際出願番号】 US2021031456
(87)【国際公開番号】W WO2021247198
(87)【国際公開日】2021-12-09
(31)【優先権主張番号】16/890,851
(32)【優先日】2020-06-02
(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】ハーン， ベルトルト
(72)【発明者】
【氏名】ラウアーマン， トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ブレル， マルクス
【テーマコード（参考）】
5F173
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F173AF92
5F173AH06
5F173AH22
5F173AK21
5F241AA03
5F241CA05
5F241CA07
5F241CA39
5F241CA40
5F241CA63
5F241CA64
5F241CA93
5F241CB02
5F241CB03
5F241CB11
5F241CB29
5F241FF06
(57)【要約】
マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）は、キャリア再結合が主として局在化領域において発生して光子を放出するように局在化領域に電流を閉じ込めるための電流開口を含み、これにより、表面再結合を低減し、量子効率を改善する。電流閉じ込めおよび局在化は、局在化接触による障壁層の局在化ブレークスルー、表面領域へのキャリアの横方向の輸送を抑制するための低濃度にｐドープされた活性層、半導体層の選択的イオン注入、エッチング、または酸化、あるいはそれらの任意の組合せを使用して達成される。
【選択図】図１１Ｂ
【選択図】図１１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のｎ形半導体層と、前記第１のｎ形半導体層上の活性領域と、
前記活性領域上の第１のｐ形半導体層と、
前記第１のｐ形半導体層上のキャリア障壁領域と、
前記キャリア障壁領域と接触しており、前記キャリア障壁領域の局在化エリアにおいてブレークスルーを引き起こすために、前記キャリア障壁領域の前記局在化エリアに電界を印加するように構成されたテーパードまたはサブミクロン構造を含む電極と
を備える、マイクロ発光ダイオード。
【請求項2】
前記キャリア障壁領域が、前記第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層と、
前記第２のｎ形半導体層上の第２のｐ形半導体層と
を含み、
前記第２のｐ形半導体層、前記第２のｎ形半導体層、および前記第１のｐ形半導体層が、ＰＮＰデバイスを形成し、任意選択で、
前記ＰＮＰデバイスおよび前記第１のｎ形半導体層が、サイリスタを形成する、
請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項3】
前記キャリア障壁領域が、前記第１のｐ形半導体層上のｎ＋半導体層を含み、前記第１のｐ形半導体層が、ｐ＋半導体層を含み、
前記ｎ＋半導体層および前記第１のｐ形半導体層が、トンネル接合を形成する、
請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項4】
前記キャリア障壁領域が、前記第１のｐ形半導体層上のトンネル障壁層と、
前記第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層と
を含み、
前記トンネル障壁層が、前記第１のｐ形半導体層および前記第２のｎ形半導体層よりも高いバンドギャップを有し、および／または、
前記キャリア障壁領域が、バンドベンディングを誘起してトンネル接触を形成する、ヘテロ接合、ショットキー障壁、またはヘテロ障壁を含む、
請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項5】
前記キャリア障壁領域と前記活性領域との間の距離が、前記活性領域のキャリア拡散長未満である、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項6】
前記活性領域が、ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸を含み、赤色光を放出するように構成された、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項7】
前記活性領域が、ｐドープされた量子障壁層またはｐドープされた量子井戸層のうちの少なくとも１つを含み、任意選択で、前記ｐドープされた量子井戸層が、１×１０１７／ｃｍ３と１×１０１９／ｃｍ３との間のアクセプタ濃度を特徴とする、
請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項8】
前記テーパードまたはサブミクロン構造が、前記キャリア障壁領域の中に延びるスパイクまたはテーパード先端を含む、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項9】
前記マイクロ発光ダイオードが、２０μｍ未満の直線寸法を特徴とする、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項10】
前記キャリア障壁領域の前記局在化エリアが、前記マイクロ発光ダイオードの直線寸法の１／３未満の直線寸法を特徴とする、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項11】
第１のｎ形半導体層と、前記第１のｎ形半導体層上の活性領域であって、少なくとも１つのｐドープされた量子井戸を含む、活性領域と、
前記活性領域上の第１のｐ形半導体層と、
局在化電流開口を含み、前記局在化電流開口を通じて前記活性領域にキャリアを注入するように構成された電流閉じ込め構造と、
前記電流閉じ込め構造の前記局在化電流開口上の電極と
を備える、マイクロ発光ダイオード。
【請求項12】
前記電流閉じ込め構造が、キャリア障壁層を含み、前記電極が、前記キャリア障壁層と接触しており、前記キャリア障壁層の局在化エリアにおいてブレークスルーを引き起こして前記局在化電流開口を形成するために、前記キャリア障壁層の前記局在化エリアに電界を印加するように構成されたテーパードまたはサブミクロン構造を含み、任意選択で、
前記キャリア障壁層が、
前記第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層と、
前記第２のｎ形半導体層上の第２のｐ形半導体層と
を含み、
前記第２のｐ形半導体層、前記第２のｎ形半導体層、前記第１のｐ形半導体層、および前記第１のｎ形半導体層が、サイリスタを形成し、および／または、
前記キャリア障壁層が、トンネル接合またはヘテロ接合を含む、
請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項13】
前記ｐドープされた量子井戸が、１×１０１７／ｃｍ３と１×１０１９／ｃｍ３との間のアクセプタ濃度を特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項14】
前記局在化電流開口が、前記マイクロ発光ダイオードの直線寸法の１／３未満の直線寸法を特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【請求項15】
前記活性領域が、ＡｌＧａＩｎＰ層を含み、赤色光を放出するように構成された、請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
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、ＡｌＧａＩｎＰ、その他の第四リン化構成物等の合金など、ＩＩＩ－Ｖ半導体に基づくマイクロＬＥＤ（「μＬＥＤ」）は、それらの小さいサイズ、高いパッキング密度、より高い解像度、およびより高い輝度により、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】
【0002】
本開示は、全般的には、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）に関する。より詳細には、本開示は、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤなど、マイクロＬＥＤの量子効率を改善することに関する。本発明の態様によれば、第１のｎ形半導体層と、第１のｎ形半導体層上の活性領域と、活性領域上の第１のｐ形半導体層と、第１のｐ形半導体層上のキャリア障壁領域と、キャリア障壁領域と接触しており、キャリア障壁領域の局在化エリアにおいてブレークスルーを引き起こすために、キャリア障壁領域の局在化エリアに電界を印加するように構成されたテーパードまたはサブミクロン構造を含む電極とを備えるマイクロＬＥＤが提供される。
【0003】
キャリア障壁領域は、第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層と、第２のｎ形半導体層上の第２のｐ形半導体層とを含むことが可能であり、この場合、第２のｐ形半導体層、第２のｎ形半導体層、および第１のｐ形半導体層が、ＰＮＰデバイスを形成することが可能である。ＰＮＰデバイスおよび第１のｎ形半導体層は、サイリスタを形成することが可能である。キャリア障壁領域は、第１のｐ形半導体層上のｎ＋半導体層を含むことが可能であり、第１のｐ形半導体層は、ｐ＋半導体層を含むことが可能であり、ｎ＋半導体層および第１のｐ形半導体層は、トンネル接合を形成することが可能である。キャリア障壁領域は、第１のｐ形半導体層上のトンネル障壁層と、第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層とを含むことが可能であり、トンネル障壁層が、第１のｐ形半導体層および第２のｎ形半導体層よりも高いバンドギャップを有することが可能である。キャリア障壁領域は、バンドベンディングを誘起してトンネル接触を形成する、ヘテロ接合、ショットキー障壁、またはヘテロ障壁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、キャリア障壁領域と活性領域との間の距離は、活性領域のキャリア拡散長未満であることが可能である。キャリア障壁領域の局在化エリアは、マイクロ発光ダイオードの直線寸法の１／３未満の直線寸法を特徴とすることが可能である。
【0004】
活性領域は、ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸を含むことが可能であり、赤色光を放出するように構成されることが可能である。活性領域は、ｐドープされた量子障壁層またはｐドープされた量子井戸層のうちの少なくとも１つを含むことが可能である。ｐドープされた量子井戸層は、１×１０１７／ｃｍ３と１×１０１９／ｃｍ３との間のアクセプタ濃度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、テーパードまたはサブミクロン構造は、キャリア障壁領域の中に延びるスパイクまたはテーパード先端を含むことが可能である。マイクロＬＥＤは、２０μｍ未満の直線寸法を特徴とすることが可能である。
【0005】
本発明の態様によれば、第１のｎ形半導体層と、第１のｎ形半導体層上にあり、少なくとも１つのｐドープされた量子井戸を含む活性領域と、活性領域上の第１のｐ形半導体層と、局在化電流開口を含み、局在化電流開口を通じて活性領域にキャリアを注入するように構成された電流閉じ込め構造と、電流閉じ込め構造の局在化電流開口上の電極とを備えるマイクロＬＥＤが提供される。
【0006】
電流閉じ込め構造は、キャリア障壁層を含むことが可能であり、電極は、キャリア障壁層と接触しており、キャリア障壁層の局在化エリアにおいてブレークスルーを引き起こして局在化電流開口を形成するために、キャリア障壁層の局在化エリアに電界を印加するように構成されたテーパードまたはサブミクロン構造を含むことが可能である。キャリア障壁層は、第１のｐ形半導体層上の第２のｎ形半導体層と、第２のｎ形半導体層上の第２のｐ形半導体層とを含むことが可能であり、この場合、第２のｐ形半導体層、第２のｎ形半導体層、第１のｐ形半導体層、および第１のｎ形半導体層が、サイリスタを形成することが可能である。キャリア障壁層は、トンネル接合またはヘテロ接合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、ｐドープされた量子井戸は、１×１０１７／ｃｍ３と１×１０１９／ｃｍ３との間のアクセプタ濃度を特徴とすることが可能である。局在化電流開口は、マイクロ発光ダイオードの直線寸法の１／３未満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、活性領域は、ＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能であり、赤色光を放出するように構成されることが可能である。
【0007】
上記の発明の概要は、特許請求される主題の鍵となるまたは必須の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決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、いずれかのまたは全ての図面、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。
【0008】
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】
【0009】
【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管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】特定の実施形態による導波管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5B】特定の実施形態による導波管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8】発光ダイオードの光放出強度と電流密度との間の関係を示す図である。
【図9】さまざまなＩＩＩ－Ｖ半導体の表面再結合速度を示す図である。
【図10A】電流密度に応じた、別々の物理サイズを有する別々のＡｌＧａＩｎＰ赤色マイクロＬＥＤの外部量子効率の例を示す図である。
【図10B】別々の物理サイズを有する別々のＡｌＧａＩｎＰ赤色マイクロＬＥＤの電流電圧（Ｉ－Ｖ）曲線の例を示す図である。
【図11A】マイクロＬＥＤの例を示す図である。
【図11B】特定の実施形態による、改善された外部量子効率をもつマイクロＬＥＤの例を示す図である。
【図12】特定の実施形態による、改善された外部量子効率をもつマイクロＬＥＤの例を示す図である。
【図13A】マイクロＬＥＤにおけるｎドープされた活性層のバンド図の例を示す図である。
【図13B】マイクロＬＥＤにおけるｐドープされた活性層のバンド図の例を示す図である。
【図14A】特定の実施形態による、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例のＩ－Ｖ曲線の例を示す図である。
【図17A】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのダイ対ウェハ接合の方法の例を示す図である。
【図17B】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18A】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示す図である。
【図18B】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示す図である。
【図18C】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示す図である。
【図18D】特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示す図である。
【図19】特定の実施形態による、その上に製作された二次光学部品を備えたＬＥＤアレイの例を示す図である。
【図20】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】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
本開示は、全般的には、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）に関する。より詳細には、および限定することなく、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤなどの、マイクロＬＥＤの効率を改善するための技法が本明細書で開示される。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で説明される。
【0013】
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）において、光子は通常、（たとえば、１つまたは複数の半導体層）活性領域内の電子と正孔の再結合を通じて、特定の内部量子効率（ＩＱＥ）で生成される。内部量子効率は、光子を放出する活性領域における放射性の電子正孔再結合の割合である。生成された光は、次いで、特定の向きに、または特定の立体角で、ＬＥＤから抽出されることが可能である。ＬＥＤから抽出された放された光子の数と、ＬＥＤを通過する電子の数との間の比率は、外部量子効率（ＥＱＥ）と呼ばれ、外部量子効率（ＥＱＥ）は、ＬＥＤが、注入される電子を、ＬＥＤから抽出された光子にどれだけ効率的に変換するかを表現する。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は非常に低くなることがあり、ＬＥＤの量子効率を改善することは困難な場合がある。
【0014】
ＬＥＤの量子効率は、ＬＥＤの活性領域において発生する、競合放射（光を発する）再結合と非放射（損失のある）再結合の相対レートに依存する。活性領域における非放射再結合プロセスは、欠陥サイトにおけるＳｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ（ＳＲＨ）再結合、ならびに電子－電子－正孔（ｅｅｈ）および／または電子－正孔－正孔（ｅｈｈ）Ａｕｇｅｒ再結合を含み、これらは、３つのキャリアを伴う非放射プロセスである。マイクロＬＥＤにおいて、ＬＥＤのサイズは、少数キャリアの拡散長に匹敵することがあるので、全活性領域のより大きい割合が、欠陥密度および非放射再結合率が高いことがあるＬＥＤ側壁表面からの少数キャリアの拡散長より小さい距離内になることがあり、したがって、より多くの注入されるキャリアが側壁表面に近い領域に拡散することが可能であり、より高いＳＲＨ再結合率になりやすい。これは、ＬＥＤのピーク効率を減少させるか、ピーク効率動作電流を増加させ得る。電流注入を増加させることは、より高い電流密度における、より高いｅｅｈまたはｅｈｈ Ａｕｇｅｒ再結合率により、マイクロＬＥＤの効率を低下させることがある。ＬＥＤの物理サイズがさらに低減すると、表面の不具合を含むエッチングされた側壁ファセットに近い表面再結合が、より一層重大になることにより、効率が損なわれる。ＡｌＧａｌｎＰ材料は、高い表面再結合速度および少数キャリア拡散長を有する。たとえば、ＡｌＧａＩｎＰ材料におけるキャリアは、高い拡散性（移動性）を有することができ、ＡｌＧａＩｎＰ材料は、第ＩＩＩ族窒化物材料より１桁高い表面再結合速度を有することが可能である。したがって、ＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤの内部および外部量子効率は、デバイスサイズが低減するにつれて、さらにいっそう著しく低下することがある。
【0015】
特定の実施形態によれば、ＡｌＧａＩｎＰ赤色マイクロＬＥＤなど、マイクロＬＥＤは、マイクロＬＥＤのサイズよりもはるかに小さい局在化領域に電流を閉じ込めるための電流開口を含むことが可能であり、それによってキャリア再結合は主として局在化領域において発生して光子を放出することが可能であり、マイクロＬＥＤの側壁への活性領域における注入されたキャリアの拡散は低減されることが可能であり、これにより、表面再結合を低減し、量子効率を改善する。電流閉じ込めおよび局在化は、たとえば、（１）活性領域へのキャリアの局在化注入および閉じ込めを引き起こすことが可能である、局在化領域において高電界を生成するために使用される局在化接触（たとえば、スパイクドｐ接点、サブミクロンｐ接点、またはフィラメント）による、あるいは障壁層（たとえば、サイリスタ、トンネル接合、ヘテロ接合など）における局在化欠陥を使用する、障壁層の局在化ブレークスルー、（２）半導体層の、選択的イオン注入、エッチング、酸化など、（３）表面領域へのキャリアの横方向の輸送（たとえば、拡散）を抑制するための低濃度にｐドープされた活性層、あるいはそれらの任意の組合せを使用して達成されることが可能である。電流局在化はまた、半導体の自己発熱を引き起こすことが可能であり、これは、より高い温度における低減されたキャリア拡散性および移動性により、活性領域における側壁へのキャリアの拡散を低減することが可能である。活性領域における低濃度のｐドーピングは、活性領域の表面におけるトラップ状態がフェルミ準位からより遠くに離れていることを引き起こすことが可能であり、側壁領域への正孔の拡散を低減する正孔空乏領域を形成することが可能である。したがって、側壁領域における正孔濃度は、低減されることが可能であり、ひいては非放射表面再結合は、低減されることが可能である。さらに、注入された電流の閉じ込めおよび局在化により、発光は、局在化領域において発生することが可能であるのみであり、これは、マイクロＬＥＤからのより効率的な光抽出およびアウトカップリングを促進することが可能である。したがって、マイクロＬＥＤの全体的な外部量子効率は、改善されることが可能である。
【0016】
本明細書において記述されているマイクロＬＥＤ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され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。
【0017】
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。
【0018】
本明細書で使用される際には、「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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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２１０、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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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、アクティブマトリックス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。
【0025】
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、光導波管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、光導波管、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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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全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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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、導波管ディスプレイアセンブリ）を含むことが可能である。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
図４は、特定の実施形態による導波管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。
【0049】
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。
【0050】
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がほとんどまたは全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。
【0051】
図５Ａは、特定の実施形態による導波管ディスプレイ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、および導波管ディスプレイ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。
【0052】
導波管ディスプレイ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管ディスプレイ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、導波管ディスプレイ５３０は、光源５１０によって放出された光を導波管ディスプレイ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。導波管ディスプレイ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、導波管ディスプレイ５３０内を伝搬することが可能である。カプラ５３２は、導波管ディスプレイ５３０内を伝搬する光の部分を、導波管ディスプレイ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。
【0053】
図５Ｂは、特定の実施形態による導波管ディスプレイ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。
【0054】
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管ディスプレイ５８０へ投射することが可能であり、導波管ディスプレイ５８０は、光源５４０によって放出された光を導波管ディスプレイ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。導波管ディスプレイ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、導波管ディスプレイ５８０内を伝搬することが可能である。カプラ５８２は、導波管ディスプレイ５８０内を伝搬する光の部分を導波管ディスプレイ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。
【0055】
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、導波管ディスプレイ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、導波管ディスプレイ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管ディスプレイ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全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全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。
【0056】
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。
【0057】
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、表示画像が導波管ディスプレイ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。
【0058】
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管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のための駆動回路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、導波管ディスプレイ５３０または５８０などの導波管ディスプレイ（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、導波管ディスプレイは、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、導波管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、導波管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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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管ディスプレイ（たとえば、導波管ディスプレイ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、導波管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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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、導波管ディスプレイへ特定の向きで投射される。画像光が導波路ディスプレイへ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、導波管ディスプレイ上に直接入射することが可能である。
【0066】
（たとえば、拡張現実システム４００またはＮＥＤデバイス５００もしくは５５０における）フォトニック集積回路または導波路ベースディスプレイの全般的な効率は、個々の構成要素の効率の積であることが可能であり、どのように構成要素が接続されるかにも依存することが可能である。たとえば、拡張現実システム４００における導波路ベースディスプレイの全般的な効率性ηｔｏｔは、画像ソース４１２の発光効率、プロジェクタオプティクス４１４および入力カプラ４３０による画像ソース４１２からコンバイナ４１５への光結合効率、ならびに出力カプラ４４０の出力結合効率に依存することが可能であり、したがって、以下のように決定されることが可能であり、
ηｔｏｔ＝ηＥＱＥ×ηｉｎ×ηｏｕｔ （１）
ここで、ηＥＱＥは、画像ソース４１２の外部量子効率であり、ηｉｎは、画像ソース４１２から導波路（たとえば、基板４２０）への光のインカップリング効率であり、ηｏｕｔは、出力カプラ４４０によるユーザの目への導波路からの光のアウトカップリング効率である。したがって、導波路ベースディスプレイの全般的な効率ηｔｏｔは、ηＥＱＥ、ηｉｎ、およびηｏｕｔの１つまたは複数を改善することによって改善されることが可能である。
ηｔｏｔ＝ηＥＱＥ×ηｉｎ×ηｏｕｔ （１）
ここで、ηＥＱＥは、画像ソース４１２の外部量子効率であり、ηｉｎは、画像ソース４１２から導波路（たとえば、基板４２０）への光のインカップリング効率であり、ηｏｕｔは、出力カプラ４４０によるユーザの目への導波路からの光のアウトカップリング効率である。したがって、導波路ベースディスプレイの全般的な効率ηｔｏｔは、ηＥＱＥ、ηｉｎ、およびηｏｕｔの１つまたは複数を改善することによって改善されることが可能である。
【0067】
光源から導波路に放出される光を結合する光カプラ（たとえば、入力カプラ４３０またはカプラ５３２）は、たとえば、回折格子、レンズ、マイクロレンズ、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、小さい光源（たとえば、マイクロＬＥＤ）からの光は、光カプラを使用せずに、光源から導波路に直接的に（たとえば、終端間で）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、光カプラ（たとえば、レンズまたは放物面形状の反射器）は、光源上に製造されることが可能である。
【0068】
上述されている光源、画像ソース、または他のディスプレイは、１つまたは複数のＬＥＤを含むことが可能である。たとえば、ディスプレイにおける各ピクセルは、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。半導体発光ダイオードは一般に、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／また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一般に、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層と、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。
【0069】
光子は、（たとえば、１つまたは複数の半導体層を含む）活性層内の電子と正孔の再結合を通じて、特定の内部量子効率で半導体ＬＥＤ（たとえば、マイクロＬＥＤ）において生成されることが可能である。生成された光は、次いで、特定の向きに、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。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。
【0070】
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ＬｉＡｌＯ２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。
【0071】
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ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰの層との間に位置しているＡｌＧａＩｎＰの層を含むことが可能である。
【0072】
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。
【0073】
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、メサ構造のメサ側壁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、ＳｉＯ２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。
【0074】
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ＡｌＧａＩｎＰ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。
【0075】
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管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。
【0076】
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ＡｌＧａＩｎＰ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。
【0077】
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。
【0078】
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、ＳｉＯ２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。
【0079】
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。
【0080】
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ＡｌＧａＩｎＰ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管へと結合することが可能である。
【0081】
メサ構造が形成される（たとえば、エッチングされる）とき、メサ側壁７３２などのメサ構造のファセットは、ＬＥＤの内部量子効率を減少させ得る、不十分な接合、化学的汚染、および構造的ダメージ（たとえば、ドライエッチングされたとき）など、いくらかの不具合を含むことがある。たとえば、ファセットにおいて、半導体層の原子格子構造は、突然の終端になることがあり、半導体材料のいくつかの原子は、接合が取り付けられることがある隣接を欠いていることがある。これは「ダングリングボンド」を生じ、「ダングリングボンド」は、不対価電子を特徴とすることが可能である。これらのダングリングボンドは、さもなければ半導体材料のバンドギャップ内に存在しないはずのエネルギーレベルを作り出し、メサ構造のファセットにおいて、またはその近くに、非放射電子正孔再結合を引き起こす。したがって、これらの不具合は、電子と正孔が非放射的に結合するまで制限されることが可能である再結合の中心になることが可能である。
【0082】
上述されているように、内部量子効率は、光子を放出する活性領域における放射性電子正孔再結合の割合である。ＬＥＤの内部量子効率は、ＬＥＤの活性領域において発生する、競合放射（光を発する）再結合および非放射（損失のある）再結合の相対レートに依存する。活性領域における非放射再結合プロセスは、欠陥サイトにおけるＳｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ（ＳＲＨ）再結合、およびｅｅｈ／ｅｈｈ Ａｕｇｅｒ再結合を含むことが可能であり、非放射再結合プロセスは、３つのキャリアを伴う非放射プロセスである。ＬＥＤの内部量子効率は、以下によって決定されることが可能であり、
ここで、Ａ、Ｂ、およびＣはそれぞれ、ＳＲＨ再結合、二分子（放射）再結合、およびＡｕｇｅｒ再結合のレートであり、Ｎは、活性領域における電荷－キャリア密度（すなわち、電荷－キャリア濃度）である。
【0083】
図８は、発光ダイオードの光放出強度と電流密度との間の関係を示している。図８における曲線８１０によって示されているように、マイクロＬＥＤデバイスの光放出強度は、電流密度（ひいては、電荷キャリア密度Ｎ）が低いとき、低いことがあり、低い外部量子効率は、等式（２）により、電荷キャリア密度Ｎが低いとき、比較的高い非放射ＳＲＨ再結合によって引き起こされることがある。電流密度（ひいては電荷キャリア密度Ｎ）が増加するにつれて、光放出強度は、等式（２）により、電荷キャリア密度Ｎが高いとき、放射再結合が、非放射ＳＲＨ再結合（∝Ｎ）より高いレート（∝Ｎ２）で増加することが可能であるので、図８における曲線８２０で示されるように増加することが可能である。電流密度がさらに増加するにつれて、光放出強度は、図８における曲線８３０で示されるように、より遅いレートで増加することが可能であり、ひいては、外部量子効率は、たとえば、等式（２）により、電荷キャリア密度Ｎが十分に高いとき、非放射性Ａｕｇｅｒ再結合が、放射再結合（∝Ｎ２）より高いレート（∝Ｎ３）で増加することが可能であるので、同様に低下することが可能である。
【0084】
Ａｕｇｅｒ再結合は、３つのキャリアを伴う非放射プロセスである。Ａｕｇｅｒ再結合は、効率降下の主要な原因であることがあり、直接的または間接的であることがある。たとえば、直接のＡｕｇｅｒ再結合は、電子と正孔が再結合するときに発生するが、光を発するのではなく、電子が伝導帯に、より高く上げられるか、正孔が価電子帯に、より深くプッシュされる。Ａｕｇｅｒ再結合は、所与の注入電流密度Ｊに対して活性領域における電荷－キャリア密度Ｎを低くすることによって効率降下を軽減するために低減されることが可能であり、注入電流密度Ｊは、以下のように書かれることが可能であり、
Ｊ＝ｑｄｅｆｆ（ＡＮ＋ＢＮ２＋ＣＮ３） （３）
ここで、ｄｅｆｆは、活性領域の有効厚さである。したがって、等式（３）によれば、Ａｕｇｅｒ再結合の効果は低減されることが可能であり、ひいては、ＬＥＤのＩＱＥは、所与の注入電流密度に対して電荷－キャリア密度Ｎを低減させることによって改善されることが可能であり、これは、活性領域の有効厚さｄｅｆｆを増加させることによって達成されることが可能である。活性領域の有効厚さは、たとえば、複数の量子井戸（ＭＱＷ）を成長させることによって、増加されることが可能である。あるいは、活性領域の有効厚さを増加させるために、一重のダブルヘテロ構造（ＤＨ）を含む活性領域が使用されることが可能である。
Ｊ＝ｑｄｅｆｆ（ＡＮ＋ＢＮ２＋ＣＮ３） （３）
ここで、ｄｅｆｆは、活性領域の有効厚さである。したがって、等式（３）によれば、Ａｕｇｅｒ再結合の効果は低減されることが可能であり、ひいては、ＬＥＤのＩＱＥは、所与の注入電流密度に対して電荷－キャリア密度Ｎを低減させることによって改善されることが可能であり、これは、活性領域の有効厚さｄｅｆｆを増加させることによって達成されることが可能である。活性領域の有効厚さは、たとえば、複数の量子井戸（ＭＱＷ）を成長させることによって、増加されることが可能である。あるいは、活性領域の有効厚さを増加させるために、一重のダブルヘテロ構造（ＤＨ）を含む活性領域が使用されることが可能である。
【0085】
活性領域の有効厚さに影響を及ぼす１つの要因は、量子井戸における内部フィールドＥｑｗ（たとえば、ひずみ誘起内部フィールド）の存在である。内部フィールドＥｑｗは、電荷キャリアを局在化させ、搬送波関数どうしの間の重なり積分を低減させることがあり、これは、ＬＥＤの放射効率を低減させることがある。ヘテロ構造（たとえば、量子井戸）を含むいくつかのＬＥＤは、キャリア輸送方向の強い内部のひずみ誘起圧電場を有することが可能である。ひずみ誘起内部フィールドは、電子および正孔エネルギーレベルを偏移させ（したがって、バンドギャップを変化させ）、電子および正孔を量子井戸の両側に偏移させることが可能であり、これにより、空間的な電子－正孔重複を減少させ、放射再結合効率、ひいては、ＬＥＤの内部量子効率を低減させる。
【0086】
高い電流密度（および高い電荷キャリア密度）によるＡｕｇｅｒ再結合は材料プロパティに依存する固有プロセスであることが可能であるが、非放射ＳＲＨ再結合は、活性領域における欠陥密度など、材料の特性および品質に依存する。図７Ａおよび図７Ｂに関連して上述されているように、ＬＥＤは、デバイスの注入エリア内にキャリアを閉じ込めるため、および、電気接触のために活性放出層の下にｎ型材料を露出させるために、メサ構造を活性放出層にエッチングすることによって製作され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メサ側壁の形成につながることが可能である。上述されているように、エッチングにより、露出された側壁に近接した活性領域は、転位、細穴、結晶粒境界、空格子点、沈殿物の含有等などの、欠陥のより高い密度を有することがある。欠陥は、バンドギャップにおける深いまたは浅いエネルギーレベルを有するエネルギー状態を導入することがある。キャリアは、これらが非放射的に結合するまで、これらのエネルギー状態によってトラップされることが可能である。したがって、露出された側壁に近接した活性領域は、側壁から遠く離れたバルク領域より高いＳＲＨ再結合のレートを有することがある。
【0087】
非放射表面再結合によるＬＥＤ効率に対するインパクトに影響を及ぼすことがあるパラメータは、たとえば、表面再結合速度（ＳＲＶ）Ｓ、キャリア拡散係数（拡散性）Ｄ、およびキャリア寿命τを含むことが可能である。高い欠陥密度による側壁表面近傍の高い再結合率は、領域内の過剰キャリア（具体的には、少数キャリア）の数に依存することが可能である。高い再結合率は、領域内のキャリアを枯渇させることがある。領域内のキャリアの枯渇は、より高いキャリア濃度を伴う取り囲んでいる領域からこの領域にキャリアを拡散させることがある。したがって、表面再結合の量は、キャリアが側壁表面に近い領域に移動する表面再結合速度Ｓによって制限されることが可能である。キャリア寿命τは、キャリアが別のキャリアと再結合する前に、電子－正孔生成後の励振状態で過ごすことができる平均時間である。キャリア寿命τは一般に、活性領域におけるキャリア濃度および再結合率に依存する。材料のキャリア拡散係数（拡散性）Ｄおよびキャリア寿命τは、キャリアが再結合するまでに生成点から進むことができる平均距離であるキャリア拡散長Ｌ＝
を決定し得る。キャリア拡散長Ｌは、活性領域の側壁表面に隣り合い、キャリア損失に対する表面再結合の貢献が著しい、領域の幅を特徴づける。側壁表面から少数キャリアの拡散長内にある領域に注入または拡散される電荷キャリアは、より高いＳＲＨ再結合率の影響を受けやすい。
【0088】
（たとえば、ａｍｐｓ／ｃｍ２の単位での）より高い電流密度は、表面欠陥がより高いキャリア密度でますます飽和されることが可能であるにつれて、より低い表面再結合速度に関連付けられ得る。したがって、表面再結合速度は、電流密度を増加させることによって低減されることが可能である。加えて、所与の材料の拡散長は、デバイスが動作される電流密度とともに変化させることが可能である。しかしながら、ＬＥＤは一般に、高い電流密度で動作されることが可能ではない。電流注入を増加させることは、より高い電流密度で自己暖房によって引き起こされるより高い温度での、より高いＡｕｇｅｒ再結合率およびより低い変換効率により、マイクロＬＥＤの効率を低下させることも可能である。
【0089】
（たとえば、約０．１ｍｍ２から約１ｍｍ２の横方向のデバイス面積を伴う）照明およびバックライト用途で使用される従来の広範な分野のＬＥＤについて、側壁表面はデバイスの遠端にある。デバイスは、電流がメサ側壁の少数キャリアの拡散長内の領域にほとんど注入されないように、または全く注入されないように、デザインされることが可能であり、ひいては、側壁表面積対体積比、およびＳＲＨ再結合の全般的なレートは、低いことが可能である。しかしながら、マイクロＬＥＤでは、ＬＥＤのサイズが少数キャリアの拡散長に匹敵する値か、同じ桁を有する値に低減されるにつれて、増加された表面積対体積比は、全活性領域のより大きい割合が、ＬＥＤ側壁表面からの少数キャリアの拡散長に含まれることが可能なので、高いキャリア表面再結合率につなげることが可能である。したがって、より多くの注入されるキャリアが、より高いＳＲＨ再結合率の影響を受けやすい。これは、ＬＥＤのサイズが減少するにつれて、ＬＥＤの漏出電流を増加させ、ＬＥＤの効率を減少させる、および／または、ＬＥＤのサイズが減少するにつれてピーク効率動作電流を増加させる恐れがある。たとえば、１００μｍ×１００μｍ×２μｍのメサを伴う第１のＬＥＤについて、側壁表面積対体積比は約０．０４であることが可能である。しかしながら、５μｍ×５μｍ×２μｍのメサを伴う第２のＬＥＤについて、側壁表面積対体積比は約０．８であることが可能であり、これは、第１のＬＥＤより約２０倍高い。したがって、同様の表面欠陥密度に関して、第２のＬＥＤのＳＲＨ再結合係数は、同様に約２０倍高いことが可能である。したがって、第２のＬＥＤの効率は、著しく低減されることが可能である。
【0090】
ＡｌＧａＩｎＰ材料は、第ＩＩＩ族窒化物材料など、その他のいくつかの発光材料より高い表面再結合速度および少数キャリアの拡散長を有することが可能である。たとえば、赤色ＡｌＧａＩｎＰ ＬＥＤは一般に、低減されたキャリア濃度（たとえば、約１０１７ｃｍ－３から１０１８ｃｍ－３）で動作することが可能であり、ひいては、比較的長いキャリア寿命τを有することが可能である。赤色ＡｌＧａＩｎＰ ＬＥＤのドープされていない量子井戸における活性領域におけるキャリア拡散性Ｄも、いくぶん大きいことが可能である。結果として、キャリア拡散長Ｌ＝
は、たとえば、いくつかのデバイスでは、約１０μｍ～２５μｍ以上であることが可能である。加えて、ＡｌＧａＩｎＰ材料の表面再結合速度は、第ＩＩＩ族窒化物材料の表面再結合速度より１桁大きいことが可能である。したがって、第ＩＩＩ族窒化物材料から作られるＬＥＤ（たとえば、ＧａＮから作られる青色および緑色ＬＥＤ）に比べて、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色ＬＥＤの内部および外部量子効率は、デバイスサイズが減少するにつれて、さらにいっそう著しく低下させることが可能である。
【0091】
図９は、さまざまなＩＩＩ－Ｖ半導体材料の表面再結合速度を示している。図９のバー９１０は、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料のレポートされたＳＲＶ値の範囲を示し、その一方で、バー９１０上の記号９２０は、共通のまたは平均されたＳＲＶを示す。ボックス９３０は、材料バンドギャップに伴う表面再結合速度の全体的な傾向を示す。図９に示されているように、ＳＲＶは、ＩｎＰ（Ｓ～１０５ｃｍ／ｓ）またはＧａＮ（約０．５×１０５ｃｍ／ｓ未満のＳ）に比べて、ＧａＡｓにおいて高い（Ｓ～１０６ｃｍ／ｓ）。ＡｌＧａＩｎＰ材料（たとえば、～１０６ｃｍ／ｓ）の表面再結合速度は、第ＩＩＩ族窒化物材料の表面再結合速度（たとえば、＜１０５ｃｍ／ｓ）より少なくとも１桁高いことが可能である。加えて、ＡｌＧａＩｎＰなどのＡｌ含有合金では、ＳＲＶは、Ａｌの一部でかなりスケーリングすることが可能である。たとえば、ＳＲＶは、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐに対する約１０５ｃｍ／ｓから、Ａｌ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐに対する約１０６ｃｍ／ｓに増加させることが可能である。
【0092】
加えて、窒化物ＬＥＤは、リン化物ＬＥＤよりはるかに高い非平衡キャリア濃度で動作可能であり、これは、窒化物ＬＥＤにおけるかなり短いキャリア寿命を生じる。したがって、第ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの活性領域におけるキャリア拡散長は、リン化物ＬＥＤにおけるキャリア拡散長よりかなり短い。したがって、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤなどのリン化物ＬＥＤは、より高いＳＲＶとより長いキャリア拡散長の両方を有することが可能であり、ひいては、第ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤよりはるかに高い表面再結合および効率低減を有することが可能である。
【0093】
図１０Ａは、電流密度に応じた、別々の物理サイズを有する別々のＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤの外部量子効率の例を示す。曲線１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０は、電流密度に応じた、それぞれ、横方向のサイズ１５×１５μｍ２、２２×２２μｍ２、５０×５０μｍ２、１００×１００μｍ２、１５０×１５０μｍ２、および３５０×３５０μｍ２をもつＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤのＥＱＥを示す。図１０Ａは、ＥＱＥがＬＥＤサイズに依存することを示す。より大きいＬＥＤは、同じ電流密度において、より小さいＬＥＤよりも高いＥＱＥを呈する。図１０Ａにおける曲線１０１０、１０２０、および１０３０はまた、ＬＥＤの横方向のサイズが、たとえば、約１００×１００μｍ２よりも大きいとき、ＬＥＤのＥＱＥは類似する場合があることを示す。
【0094】
図１０Ｂは、別々の物理サイズを有する別々のＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤの電流電圧（Ｉ－Ｖ）曲線の例を示す。曲線１０１２、１０２２、１０３２、１０４２、１０５２、および１０６２は、それぞれ、横方向のサイズ１５×１５μｍ２、２２×２２μｍ２、５０×５０μｍ２、１００×１００μｍ２、１５０×１５０μｍ２、および３５０×３５０μｍ２をもつＡｌＧａＩｎＰ赤色ＬＥＤのＩ－Ｖ曲線を示す。同じ電流において、ＬＥＤの直列抵抗および順方向電圧は、チップサイズの減少とともに増加することが可能である。図１０Ｂは、チップサイズが約１５×１５μｍ２まで減少されたときでも、順方向および逆方向漏れ電流特性は著しく劣化されないことが可能であることを示す。これは、小さいＬＥＤのより低いＥＱＥが、増加された漏れ電流によって引き起こされた電流注入効率の劣化によって引き起こされないことが可能であることを示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは、小さいＬＥＤのより低いＥＱＥが、主に非放射表面再結合によって引き起こされることがあることを示す。
【0095】
非放射表面再結合は、表面を、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、またはＡｌ２Ｏ３などの適切な誘電材料でパッシベートすることによって、低減されることが可能である。ＳＲＶは、化学的処置を使用して、非常に欠陥のある表面材料を離してエッチングすることによって低減されることが可能である。あるいはまたは加えて、表面再結合は、横方向のキャリア移動を減少させることによって低減されることが可能である。たとえば、横方向のキャリア移動は、イオン注入を使用して、マイクロＬＥＤの中央部分の外側の半導体格子を乱すことによって減少されることが可能である。イオン注入は、マイクロＬＥＤの側壁表面に到達することが可能である電子の数を低減することが可能であり、したがって、表面再結合の量を低減することが可能である。高エネルギーイオンを用いて半導体材料に衝撃を与えることは、２つの影響を有することが可能である。第１に、半導体材料の格子は、より導電性でなくなることが可能であり、よって、電流は、全ての方向に構造全体を通じて広がらず、代わりに、中央領域を通じて垂直方向に集中される。第２に、拡散性は、衝撃を与えられた領域において低減され、それによってキャリアは、横方向に遠くに移動しない。したがって、拡散性Ｄおよび電子拡散長Ｌの両方は、イオン注入によって低減されることが可能である。
【0096】
あるいはまたは加えて、横方向のキャリア移動は、量子井戸の混合を使用して、マイクロＬＥＤの中央部分の外側の半導体層のエリアの構成物を変化させることによって減少されることが可能である。量子井戸の混合は、半導体層の外側領域にイオンを注入することと、その後、半導体層の外側領域をアニールしてイオンを半導体層の外側領域内の原子と混合することとによって、半導体層の外側領域におけるバンドギャップを増加させるために使用されることが可能である。したがって、量子井戸の混合はまた、マイクロＬＥＤの側壁表面に到達することが可能である電子の数を低減することが可能であり、したがって、表面再結合の量を低減することが可能である。
【0097】
表面再結合を低減するためのこれらの取り組みにもかかわらず、マイクロＬＥＤのメササイズが低減するとき、非放射表面再結合により、マイクロＬＥＤの効率は一般に減少し、ピーク効率動作電流密度は一般に増加する。デバイスの（ウォールプラグ効率と呼ばれる）全体的な電気－光電力変換効率は、低いことがある。
【0098】
特定の実施形態によれば、ＡｌＧａＩｎＰ赤色マイクロＬＥＤは、電流が、発光再結合が発生することが可能である小さい局在化領域に閉じ込められることが可能であるような構造および材料組成を含むことが可能である。局在化領域は、マイクロＬＥＤの横方向の直線寸法（たとえば、マイクロＬＥＤのメサ構造の横方向の直線寸法）の約１／２、１／３、１／４、１／５、１／８、１／１０未満またはそれ未満である横方向の直線寸法を有することが可能である。結果として、側壁領域への活性領域におけるキャリアの拡散、ひいては側壁領域における非放射表面再結合は低減されて量子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、電流局在化および電流閉じ込めは、たとえば、電流注入領域を制限するための障壁層または他の電流開口の局在化ブレークスルー、表面領域へのキャリアの横方向拡散を抑制するための低濃度にｐドープされた活性層、あるいはそれらの任意の組合せによって達成されることが可能である。
【0099】
いくつかの実施形態においては、障壁層は、たとえば、サイリスタ、トンネル接合、ヘテロ接合などを含むことが可能である。障壁層は、活性領域からおよそ数キャリア拡散長またはキャリア拡散長内になど、活性領域の近くにあることが可能である。障壁層上の、スパイクドｐ接点、サブミクロンｐ接点、またはフィラメントなど、局在化接触は、適切にバイアスされたとき、電流が局在化ブレークスルー領域を通じて活性領域に注入されることが可能であるように障壁層の局在化ブレークスルーを引き起こすために、障壁層の局在化領域において高電界を生成することが可能である。局在化ブレークスルー領域は、小さい領域に電流注入を制限する電流開口として機能することが可能である。いくつかの実施形態においては、電流注入は、イオン注入、エッチング、酸化などを通じて局在化されることが可能である。
【0100】
低濃度にｐドープされた活性層は、表面領域へのキャリアの横方向拡散を抑制することが可能であり、それによって、小さい電流開口から活性領域に注入されたキャリアは、活性層内の小さい領域にとどまることが可能である。たとえば、活性領域における低濃度のｐドーピングは、側壁領域への正孔の拡散を低減することが可能である正孔空乏領域を形成することが可能である。活性領域における低濃度のｐドーピングはまた、トラップ状態がフェルミ準位からより遠くに離れていることを引き起こすことが可能である。したがって、側壁における正孔濃度は、低減されることが可能であり、ひいては表面再結合は、低減されることが可能である。活性領域における電流局在化は、半導体の自己発熱を引き起こすことが可能であり、これも、温度が増加するにつれて、活性領域における側壁へのキャリアの拡散を低減することが可能である。加えて、電流の閉じ込めおよび局在化により、発光は、局在化領域において発生することになり、これは、マイクロＬＥＤからの効率的な光抽出およびアウトカップリングを促進することが可能である。したがって、マイクロＬＥＤの全体的な外部量子効率は、著しく改善されることが可能である。
【0101】
図１１Ａは、マイクロＬＥＤ１１００の例を示す。マイクロＬＥＤ１１００は、ＬＥＤ７００の例であることが可能である。マイクロＬＥＤ１１００は、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層など、ｎ形半導体層１１５０を含むことが可能である。ｎ形半導体層１１５０は、たとえば、ＧａＡｓ基板またはＡｌＧａＡｓ層上に成長させることが可能である。１つまたは複数の活性層１１４０を、活性領域を形成するために、ｎ形半導体層１１５０上に成長させることが可能である。たとえば、活性層１１４０は、１つまたは複数の量子井戸あるいは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つまたは複数のＧａＩｎＰ層および１つまたは複数のＡｌＧａＩｎＰ層含むことが可能であり、この場合、ＧａＩｎＰ層は、量子井戸であることが可能であり、ＡｌＧａＩｎＰ層は、量子障壁層であることが可能である。真性層１１３０が、活性層１１４０上に形成されることが可能である。真性層１１３０は、電子遮断層、クラッディング層、または別個の閉じ込め層であることが可能であり、たとえば、真性ＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。真性層１１３０は、キャリアを閉じ込め、電子漏れ電流を低減してＬＥＤの効率を改善することが可能である。ｐ型層１１２０が、真性層１１３０上に形成されることが可能である。ｐ型層１１２０は、たとえば、亜鉛またはマグネシウムでドープされたＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。ｐ型層１１１０が、ｐ型層１１２０上に形成されることが可能である。ｐ型層１１１０は、たとえば、亜鉛またはマグネシウムでドープされたＧａＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＩｎＰ層、またはＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。ｐ型層１１１０は、高濃度にドープされることが可能であり、金属電極との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。ｐ接触層１１６０が、アノードとしてｐ型層１１１０上に形成されることが可能である。ｐ接触層１１６０は、たとえば、金属層（たとえば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはそれらの任意の組合せ）、あるいは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を含むことが可能である。パッシベーション層１１９０が、マイクロＬＥＤ１１００の側壁上に形成されることが可能である。パッシベーション層１１９０は、酸化物層（たとえば、ＳｉＯ２層）または別の誘電体層を含むことが可能であり、上述されているようなマイクロＬＥＤ１１００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。図１１Ａは垂直メサ構造を示すが、マイクロＬＥＤ１１００は、円錐の、放物線状の、内側に傾けられた、または外側に傾けられたメサ形状など、異なるメサ形状を含むことが可能である。
【0102】
電圧信号が、（たとえば、ｐ接触層１１６０を通じて）ｐ型層１１１０に、および（たとえば、図１１Ａにおいて示されていないカソードを通じて）ｎ形半導体層１１５０に印加されたとき、電子および正孔は、活性層１１４０に注入されることが可能であり、活性層１１４０において再結合することが可能であり、この場合、電子と正孔の再結合は、光子放出を引き起こすことが可能である。放出された光子は、パッシベーション層１１９０によって反射されることが可能であり、上（たとえば、ｐ接触層１１６０側）からマイクロＬＥＤ１１００を出ることが可能である。上述されているように、マイクロＬＥＤ１１００の内部量子効率および外部量子効率は、少なくとも非放射表面再結合によって引き起こされた損失により低いことがある。
【0103】
図１１Ｂは、特定の実施形態による、改善された外部量子効率をもつマイクロＬＥＤ１１０５の例を示す。マイクロＬＥＤ１１００のように、マイクロＬＥＤ１１０５は、メサ構造を含むことが可能である。マイクロＬＥＤ１１０５のメサ構造は、約１００μｍ未満、約５０μｍ未満、約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約３μｍ未満、約２μｍ未満、またはそれ未満の横方向の直線寸法を有することが可能である。マイクロＬＥＤ１１０５のメサ構造は、たとえば、ＧａＡｓ基板またはＡｌＧａＡｓ層上に成長させられたｎ型層１１６５を含むことが可能である。ｎ型層１１６５は、たとえば、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。１つまたは複数の活性層１１５５を、活性領域を形成するために、ｎ形層１１６５上に成長させることが可能である。活性層１１５５は、たとえば、１つまたは複数の量子井戸あるいは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つまたは複数のＧａＩｎＰ層（たとえば、量子井戸層）および１つまたは複数のＡｌＧａＩｎＰ層（たとえば、障壁層）を含むことが可能である。任意選択で、層１１４５が、活性層１１５５上に形成されることが可能である。層１１４５は、電子ブロック層、クラッディング層、または別個の閉じ込め層であることが可能であり、たとえば、真性またはｐ形ＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。層１１４５は、活性領域にキャリアを閉じ込め、電子漏れ電流を低減してマイクロＬＥＤ１１０５の効率を改善することが可能である。ｐ型層１１３５が、層１１４５上に形成されることが可能である。ｐ型層１１３５は、たとえば、亜鉛またはマグネシウムでドープされたＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含むことが可能である。薄いｎ型層１１２５が、ｐ型層１１３５上に形成されることが可能である。ｎ型層１１２５は、たとえば、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。ｐ型層１１１５が、ｎ型層１１２５上に形成されることが可能である。ｐ型層１１１５は、たとえば、亜鉛またはマグネシウムでドープされたＧａＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＩｎＰ層、またはＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。ｐ型層１１１５は、高濃度にドープ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。ｐ接触層１１７５が、アノードとしてｐ型層１１１５上に形成されることが可能である。ｐ接触層１１７５は、たとえば、金属層（たとえば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはそれらの任意の組合せ）、あるいは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を含むことが可能である。パッシベーション層１１９５が、マイクロＬＥＤ１１０５の側壁上に形成されることが可能である。パッシベーション層１１９５は、酸化物層（たとえば、ＳｉＯ２層）または別の誘電体層を含むことが可能であり、上述されているようなマイクロＬＥＤ１１０５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。図１１Ｂは垂直メサ構造を示すが、マイクロＬＥＤ１１０５は、円錐の、放物線状の、内側に傾けられた、または外側に傾けられたメサ形状など、異なるメサ形状を含むことが可能である。
【0104】
図１１Ｂにおいて示されているマイクロＬＥＤ１１０５において、ｐ型層１１１５、ｎ型層１１２５、およびｐ型層１１３５は、ＰＮＰ構造を有する障壁層を形成することが可能である。ｐ型層１１１５、ｎ型層１１２５、ｐ型層１１３５、およびｎ型層１１６５は、ｐ型層１１１５とｎ型層１１２５との間のｐｎ接合、ｎ型層１１２５とｐ型層１１３５との間のｎｐ接合、およびｐ型層１１３５とｎ型層１１６５との間のｐｎ接合（またはｐｉｎ構造）を含むサイリスタを形成することが可能である。正の電圧信号が、ｎ型層１１６５に関してｐ接触層１１７５に印加されたとき、ｐｎ接合は、順方向にバイアスされることが可能であり、その一方で、ｎ型層１１２５とｐ型層１１３５との間のｎｐ接合は、逆方向にバイアスされることが可能である。したがって、ｎｐ接合は、ｐ型層１１１５からｎ型層１１６５への電流の流れを遮断することが可能である。負の電圧信号が、ｎ型層１１６５に関してｐ接触層１１７５に印加されたとき、ｎｐ接合は、順方向にバイアスされることが可能であり、その一方で、ｐｎ接合は、逆方向にバイアスされてｎ型層１１６５からｐ型層１１１５への電流の流れを遮断することが可能である。十分に高い順方向バイアス電圧信号が、ｐ接触層１１７５とｎ型層１１６５との間に印加されたとき、ｎｐ接合は、ブレークダウン状態にあって電流を通すことが可能であり、それによってサイリスタは、順方向導通状態にあることが可能である。サイリスタは、順方向電流が（「保持電流」と呼ばれる）しきい値を下回るまで、順方向導通状態にとどまることが可能である。たとえば、サイリスタは、サイリスタが逆方向にバイアスされたとき、スイッチを切られることが可能である。
【0105】
図１１Ｂに示されているように、ｐ接触層１１７５は、スパイク、フィラメント、テーパード先端、Ｖ字形構造、または別のサブミクロン構造など、構造１１７６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、構造１１７６は、ｐ型層１１１５の中に延びてｐ型層１１１５との局在化されたテーパード接触を形成することが可能である。したがって、高い電圧信号が、ｐ接触層１１７５に印加されたとき、構造１１７６とｐ型層１１１５との間の小さい局在化接触により、高電界が、構造１１７６の近くの領域において構築されることが可能であり、これは、ｎ型層１１２５とｐ型層１１３５との間のｎｐ接合の小さい領域においてブレークスルーを引き起こしてサイリスタをオンにすることが可能である。小さいブレークスルー領域は、構造１１７６の近くに局在化されることが可能である。局在化された小さいブレークスルー領域は、マイクロＬＥＤ１１０５の横方向の直線寸法（たとえば、図１１Ｂにおいて示されているメサ構造の横方向の直線寸法）の約１／２、１／３、１／４、１／５、１／８、１／１０未満またはそれ未満の横方向の直線寸法を有することが可能である。したがって、キャリア（たとえば、正孔）は、局在化された小さいブレークスルー領域を通じて活性層１１５５に注入されることが可能であるのみであり、活性層１１５５における小さい局在化領域において電子と結合して光子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１１９５によって反射されることが可能であり、上（たとえば、ｐ接触層１１７５）からマイクロＬＥＤ１１０５を出ることが可能である。電子と比較して、正孔のより低い移動性により、活性層１１５５における再結合の中心は、ｐ型層１１３５（または層１１４５）および局在化された小さいブレークスルー領域の近くにあることが可能である。
【0106】
マイクロＬＥＤ１１０５は、障壁層（またはｎ型層１１２５とｐ型層１１３５との間のｎｐ接合）と活性層１１５５との間の距離が、キャリア拡散長の約２倍未満、およそキャリア拡散長未満、約１ミクロン未満、または数百ナノメートル未満など、数キャリア拡散長未満であることが可能であるように構成されることが可能である。したがって、局在化された小さいブレークスルー領域を通じて活性層１１５５に注入されたキャリア（たとえば、正孔）は、拡散しないことが可能であるか、またはキャリアが他のキャリア（たとえば、電子）と再結合して光子を放出する前に水平方向に短い距離だけ拡散することが可能であるのみである。したがって、注入されたキャリアは、活性層１１５５の側壁領域に到達しないことが可能であり、ひいては非放射表面再結合は、低減されることが可能である。
【0107】
上述されているように、電流局在化はまた、他の障壁層または他の技術を使用して達成されることが可能である。たとえば、電流局在化は、トンネル接合、ヘテロ接合、バンドベンディングを誘起してトンネル接触を形成するヘテロ障壁、ショットキー障壁、または別の障壁層を使用して達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、電流局在化は、たとえば、局在化酸化、局在化イオン注入、局在化エッチングなどによって形成された電流開口を使用して達成されることが可能である。
【0108】
図１２は、特定の実施形態による、改善された外部量子効率をもつマイクロＬＥＤ１２００の例を示す。マイクロＬＥＤ１２００は、約１００μｍ未満、約５０μｍ未満、約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約３μｍ未満、約２μｍ未満、またはそれ未満の横方向の直線寸法を有することが可能であるメサ構造を含むことが可能である。マイクロＬＥＤ１２００のメサ構造は、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層など、ｎ形層１２６０を含むことが可能である。ｎ形層１２６０は、たとえば、ＧａＡｓ基板またはＡｌＧａＡｓ層上に成長させることが可能である。１つまたは複数の活性層１２５０を、活性領域を形成するために、ｎ形層１２６０上に成長させることが可能である。活性層１２５０は、たとえば、１つまたは複数の量子井戸あるいは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、（たとえば、量子井戸層としての）１つまたは複数のＧａＩｎＰ層および（たとえば、量子障壁層としての）１つまたは複数のＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。任意選択で、層１２４０が、活性層１２５０上に形成されることが可能である。層１２４０は、電子ブロック層、クラッディング層、または別個の閉じ込め層であることが可能であり、たとえば、真性またはｐ形ＡｌＧａＩｎＰ層を含むことが可能である。層１２４０は、活性領域にキャリアを閉じ込め、電子漏れ電流を低減してＬＥＤの効率を改善することが可能である。ｐ型層１２３０が、層１２４０上に形成されることが可能である。ｐ型層１２３０は、たとえば、亜鉛またはマグネシウムでドープされたＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを含むことが可能である。ｎ型層１２１０が、Ｐ型層１２３０上に形成されることが可能である。ｎ型層１２１０は、たとえば、セレン、シリコン、またはテルルでドープされたＡｌＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＩｎＰ、またはＡｌＧａＩｎＰ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、ｎ型層１２１０およびｐ型層１２３０は、高濃度にドープされることが可能であり、それによって薄い空乏層が、トンネル接合１２２０を形成するために、ｎ型層１２１０とｐ型層１２３０との間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、より高いバンドギャップの材料を含むトンネル障壁層が、トンネル接合１２２０を形成するために、ｎ型層１２１０とｐ型層１２３０との間に形成されることが可能である。トンネル接合１２２０は、キャリア障壁層としての機能を果たすことが可能である。電極層１２０５が、ｎ型層１２１０上に形成されることが可能である。電極層１２０５は、たとえば、金属層（たとえば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはそれらの任意の組合せ）、あるいは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）またはＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を含むことが可能である。パッシベーション層１２９０が、マイクロＬＥＤ１２００の側壁上に形成されることが可能である。パッシベーション層１２９０は、酸化物層（たとえば、ＳｉＯ２層）または別の誘電体層を含むことが可能であり、上述されているようなマイクロＬＥＤ１２００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。図１２は垂直メサ構造を示すが、マイクロＬＥＤ１２００は、円錐の、放物線状の、内側に傾けられた、または外側に傾けられたメサ形状など、異なるメサ形状を含むことが可能である。
【0109】
図１２において示されているマイクロＬＥＤ１２００において、ｎ型層１２１０、ｐ型層１２３０、およびｎ型層１２６０は、ＮＰＮ構造を形成することが可能である。マイクロＬＥＤ１２００が、順方向にバイアスされたとき、トンネル接合１２２０は、逆方向にバイアスされることが可能である。逆方向バイアスは、トンネル接合にわたって電子をトンネリングするための好都合なバンド位置合わせをもたらすことが可能であり、これは、活性層１２５０に正孔を効果的に注入する。電極層１２０５は、スパイク、フィラメント、テーパード先端、Ｖ字形構造、または別のサブミクロン構造など、構造１２０６を含むことが可能である。したがって、高い電圧信号が、電極層１２０５に印加されたとき、構造１２０６とｎ型層１２１０との間の小さい局在化接触により、高電界が、構造１２０６の近くの局在化領域において構築されることが可能であり、これは、トンネル接合１２２０を通じて小さい局在化トンネルを生成することが可能である。局在化トンネルは、マイクロＬＥＤ１２００の横方向の直線寸法（たとえば、図１２において示されているメサ構造の横方向の直線寸法）の約１／２、１／３、１／４、１／５、１／８、１／１０未満またはそれ未満である横方向の直線寸法を有することが可能である。したがって、キャリアは、小さい局在化トンネルを通じて活性層１２５０に注入されることが可能であるのみであり、活性層１２５０における局在化領域において再結合して光子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１２９０によって反射されることが可能であり、上からマイクロＬＥＤ１２００を出ることが可能である。電子と比較して、正孔のより低い移動性により、活性層１２５５における再結合の中心は、ｐ型層１２３０（または層１２４０）および局在化されたブレークスルー領域の近くにあることが可能である。
【0110】
マイクロＬＥＤ１２００は、トンネル接合１２２０と活性層１２５０との間の距離が、キャリア拡散長の約２倍未満、およそキャリア拡散長未満、１ミクロン未満、または数百ナノメートル未満など、数キャリア拡散長未満であることが可能であるように構成されることが可能である。たとえば、ｐ型層１２３０および層１２４０は、薄いことがある。したがって、小さい局在化トンネルを通じて活性層１２５０に注入されたキャリアは、拡散しないことが可能であるか、またはキャリアが再結合して光子を放出する前に水平方向に短い距離だけ拡散することが可能であるのみである。したがって、注入されたキャリアは、活性層１２５０の側壁領域に到達しないことが可能であり、ひいては非放射表面再結合は、低減されることが可能であり、量子効率は、改善されることが可能である。
【0111】
上述されているように、他の技術も、キャリア注入を局在化するために使用されることが可能である。たとえば、ヘテロ接合が、障壁層として使用されることが可能であり、小さい局在化領域に電流を閉じ込めるための小さい電極構造（たとえば、構造１１７６または１２０６）と組み合わせて使用されることが可能である。別の例において、電流開口は、小さい酸化されていない領域を有する選択的に酸化された層を使用して形成されることが可能である。別の例において、電流開口は、半導体層における選択的イオン注入によって形成されることが可能である。また別の例において、電流開口は、半導体層における選択的エッチングによって形成されることが可能である。電流開口は、マイクロＬＥＤの横方向の直線寸法（たとえば、マイクロＬＥＤのメサ構造の横方向の直線寸法）の約１／２、１／３、１／４、１／５、１／８、１／１０未満またはそれ未満である横方向の直線寸法を有することが可能である。
【0112】
追加として、または代替として、いくつかの実施形態においては、マイクロＬＥＤ１１０５またはマイクロＬＥＤ１２００など、マイクロＬＥＤにおける量子井戸層および／または量子障壁層は、ｐドープされることが可能である。たとえば、活性層（たとえば、量子井戸層）は、亜鉛またはマグネシウムで低濃度にｐドープ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、活性層は、量子井戸内のアクセプタ濃度の積分が、量子井戸の側壁表面エリアにわたる表面状態密度の積分に等しいかまたはそれよりも高いことが可能であるようにｐドープされることが可能である。たとえば、ドーピング濃度は、約５×１０１７／ｃｍ３と約１×１０１９／ｃｍ３との間など、約１０１７／ｃｍ３またはそれより高いことが可能である。活性領域は、均一におよび低濃度にドープされるので、マイクロＬＥＤは、性能劣化を受けないことが可能である。ｐドープされた活性層は、注入されたキャリア（たとえば、正孔）のメサ側壁領域への横方向拡散を抑制することが可能であり、それによって、小さい電流開口から活性層１１５５または１２５０に注入されたキャリアは、活性層１１５５または１２５０内の小さい領域にとどまることが可能である。たとえば、活性層１１５５または１２５０における低濃度ｐドーピングは、活性層１１５５または１２５０において正孔空乏領域を形成することが可能である。正孔空乏領域は、メサ側壁領域への正孔の拡散を低減することが可能である。Ｐドーピングはまた、メサ側壁領域におけるキャリアの濃度を低減するようにメサ側壁領域の近くの活性層のエネルギーバンドを好都合に変更することが可能であり、これにより、表面再結合を低減する。いくつかの実施形態においては、量子障壁層はまた、正孔輸送を改善し、量子井戸における正孔注入の効率を増加させるために、ｐドープされることが可能である。
【0113】
図１３Ａは、ｎドープされた活性層のバンド図の例を示す。ｎドーピングは、ｎドープされた活性層の側壁表面において伝導帯１３１０および価電子帯１３２０におけるバンドベンディングを引き起こすことが可能である。ｎドープされた活性層の側壁表面におけるバンドベンディングにより、側壁表面におけるフェルミ準位１３３０は、欠陥によって形成されたトラップ状態１３４０の近くにあることがある。したがって、ｎドープされた活性層の側壁表面における正孔の濃度は、高い非放射表面再結合を引き起こすほどに高くなることがある。
【0114】
図１３Ｂは、ｐドープされた活性層のバンド図の例を示す。ｐドーピングは、ｐドープされた活性層の側壁表面において伝導帯１３６０および価電子帯１３７０におけるバンドベンディングを引き起こすことが可能である。ｐドープされた活性層の側壁表面におけるバンドベンディングにより、側壁表面におけるフェルミ準位１３８０は、欠陥によって形成されたトラップ状態１３９０からさらに遠く離れていることが可能である。したがって、側壁表面における正孔濃度は、低減されることが可能であり、ひいては非放射表面再結合は、低減されることが可能である。
【0115】
小さい電流開口を通じた局在化キャリア注入および／または活性層におけるｐドーピングによる活性層におけるキャリア拡散の抑圧により、キャリアは、活性層における側壁表面から離れた領域に閉じ込められることが可能である。活性領域における電流局在化はまた、半導体の自己発熱を引き起こすことが可能であり、これも、より高い温度における低減されたキャリア移動性および拡散性により、温度が増加するにつれて、活性領域における側壁へのキャリアの拡散を低減することが可能である。加えて、電流閉じ込めおよび局在化により、発光は、小さい局在化領域において発生することが可能であり、これは、マイクロＬＥＤからのより効率的な光アウトカップリングを促進することが可能である。
【0116】
図１４Ａは、特定の実施形態による、ＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例の電流電圧（Ｉ－Ｖ）曲線の例を示す図１４００を含む。マイクロＬＥＤは、たとえば、マイクロＬＥＤ１１０５に関して上述されているような構成を有することが可能であり、サイリスタを含むことが可能である。曲線１４１０は、バイアス電圧が徐々に増加されたときのマイクロＬＥＤのＩ－Ｖ曲線を示す。曲線１４２０は、バイアス電圧が徐々に減少されたときのマイクロＬＥＤのＩ－Ｖ曲線を示す。曲線１４１０および１４２０は、マイクロＬＥＤが、サイリスタと同様のやり方で挙動することが可能であることを示す。示されているように、順方向バイアス電圧が、約３．５Ｖから増加するとき、マイクロＬＥＤは、順方向遮断モードにあることが可能であり、この場合、順方向漏れ電流は、順方向バイアス電圧が約５Ｖの近くにあるブレークダウン電圧１４０５に到達し、電流がラッチング電流１４３０（たとえば、約２μＡ）に到達するまで増加することが可能である。ブレークダウン電圧１４０５において、マイクロＬＥＤは、オンにされることが可能であり、順方向バイアス電圧は、著しく低減することが可能であり、その一方で、電流は、およそラッチング電流１４３０に維持されることが可能である。マイクロＬＥＤがオンである間に順方向バイアス電圧が増加するとき、電流は、より高いレベル（たとえば、１０μＡ）に増加することが可能であり、その一方で、順方向バイアス電圧は、相対的に低い（たとえば、約２．５Ｖを下回る）ままである。マイクロＬＥＤは、電流が保持電流１４４０を下回る（たとえば、約２μＡを下回る）レベルにバイアス電圧が低下するまで、オンのままであることが可能である。
【0117】
図１４Ｂは、特定の実施形態による、注入された電流に応じた、図１４Ａにおいて示されているＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例の外部量子効率を示す図１４５０を含む。曲線１４６０は、バイアス電圧が増加されたときのマイクロＬＥＤの外部量子効率と注入された電流との間の関係を示す。曲線１４６０は、バイアス電圧が減少されたときのマイクロＬＥＤの外部量子効率と注入された電流との間の関係を示す。図１４Ｂは、順方向バイアス電圧がブレークダウン電圧（たとえば、約５Ｖ）を超え、電流が（たとえば、２μＡを上回る）ラッチング電流に到達した後、マイクロＬＥＤがオンにされたとき、外部量子効率は、高い最大値に到達することが可能であることを示す。マイクロＬＥＤがオンのままであり、バイアス電圧が増加するとき、外部量子効率は減少し始めることがあり、これは、ａｕｇｅｒ再結合による損失が、アクション層における小さい局在化領域における高い電流密度により増加することがあることを示す。
【0118】
図１５Ａは、特定の実施形態による、注入された電流に応じた、図１４Ａにおいて示されているＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例の放出された光の出力強度を示す図１５００を含む。曲線１５１０は、バイアス電圧が増加されたときのマイクロＬＥＤの放出された光の出力強度と注入された電流との間の関係を示す。曲線１５２０は、バイアス電圧が減少されたときのマイクロＬＥＤの放出された光の出力強度と注入された電流との間の関係を示す。図１５Ａは、順方向バイアス電圧がブレークダウン電圧を超え、電流が（たとえば、２μＡを上回る）ラッチング電流に到達した後、マイクロＬＥＤがオンにされたとき、出力強度は、著しく増加（たとえば、１０倍よりも大きく急増）することが可能であることを示す。マイクロＬＥＤがオンのままであり、バイアス電圧がさらに増加するとき、放出された光の出力強度は増加し続けることが可能であるが、外部量子効率は減少することがある。
【0119】
図１５Ｂは、特定の実施形態による、別々の電流レベルにおける、図１４Ａにおいて示されているＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例の放出された光の正規化された出力スペクトルを示す図１５５０を含む。曲線１５６０は、注入された電流が、０．５μＡ、０．８μＡ、および１μＡにあるときの放出された光の出力スペクトルを示す。曲線１５７０は、注入された電流が、３μＡ、５μＡ、８μＡ、２０μＡ、３０μＡ、および５０μＡにあるなど、ラッチング電流を上回るときの放出された光の出力スペクトルを示す。図１５Ｂは、注入された電流が１μＡから３μＡに増加したとき、動作モード遷移があることを示し、この場合、放出された光の中心波長は、より長い波長（たとえば、約１０ナノメートル）にシフトすることが可能であり、出力スペクトルは、著しく広くなることが可能である。
【0120】
図１６は、特定の実施形態による、図１４Ａにおいて示されているＡｌＧａＩｎＰベースの赤色マイクロＬＥＤの例の発光パターンの画像１６００を含む。マイクロＬＥＤのメサ構造のエリアが、円１６１０によって示されている。中心電極接触領域が、円１６２０によって示されている。画像１６００は、発光が、中心電極接触領域からオフセットしている小さい領域１６３０に非常に局在化されることを示す。
【0121】
上述されているＬＥＤの１次元または２次元アレイは、光源（たとえば、光源６４２）を形成するためにウェハ上に製造されることが可能である。ドライバ回路（たとえば、ドライバ回路６４４）は、たとえば、ＣＭＯＳプロセスを使用してシリコンウェハ上に製作されることが可能である。ウェハ上のＬＥＤおよびドライバ回路は、ダイシングされてからともに接合されることが可能であり、またはウェハレベルで接合されてからダイシングされることが可能である。ＬＥＤおよびドライバ回路を接合するためには、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、ハイブリッド接合等など、さまざまな接合技術が使用されることが可能である。
【0122】
図１７Ａは、特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのダイ対ウェハ接合の方法の例を示している。図１７Ａにおいて示されている例においては、ＬＥＤアレイ１７０１が、キャリア基板１７０５上に複数のＬＥＤ１７０７を含むことが可能である。キャリア基板１７０５は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等など、さまざまな材料を含むことが可能である。たとえば、接合を実行する前に、さまざまなエピタキシャル層を成長させ、メサ構造を形成し、電気接点または電極を形成することによって、ＬＥＤ１７０７が製作されることが可能である。エピタキシャル層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＰ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＮ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐａｓ、（Ｅｕ：ＩｎＧａ）Ｎ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ等など、さまざまな材料を含むことが可能であり、ｎ型層と、ｐ型層と、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活性層とを含むことが可能である。電気接点は、金属または金属合金など、さまざまな導電性材料を含むことが可能である。
【0123】
ウェハ１７０３がベース層１７０９を含むことが可能であり、ベース層２６０９は、その上に製作された受動または能動集積回路（たとえば、ドライバ回路１７１１）を有する。ベース層１７０９は、たとえば、シリコンウェハを含むことが可能である。ドライバ回路１７１１は、ＬＥＤ１７０７のオペレーションを制御するために使用されることが可能である。たとえば、それぞれのＬＥＤ１７０７のためのドライバ回路は、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。ウェハ１７０３は、接合層１７１３を含むことも可能である。接合層１７１３は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎ、ＡｕＴｉ等など、さまざまな材料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、パターン化された層１７１５が接合層１７１３の表面上に形成されることが可能であり、この場合、パターン化された層１７１５は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等などの導電性材料で作られた金属グリッドを含むことが可能である。
【0124】
ＬＥＤアレイ１７０１は、接合層１７１３またはパターン化された層１７１５を介してウェハ１７０３に接合されることが可能である。たとえば、パターン化された層１７１５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パッドまたはバンプを含むことが可能であり、これらは、ＬＥＤアレイ１７０１のＬＥＤ１７０７をウェハ１７０３上の対応するドライバ回路１７１１と位置合わせするために使用されることが可能である。一例においては、ドライバ回路１７１１に対応するそれぞれの金属パッドまたはバンプとＬＥＤ１７０７が接触するまで、ＬＥＤアレイ１７０１をウェハ１７０３へ近づけることが可能である。ＬＥＤ１７０７のうちのいくつかまたは全ては、ドライバ回路１７１１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１７１５を介してウェハ１７０３に接合されることが可能である。ＬＥＤ１７０７がウェハ１７０３に接合された後に、キャリア基板１７０５は、ＬＥＤ１７０７から除去されることが可能である。
【0125】
図１７Ｂは、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している。図１７Ｂにおいて示されているように、第１のウェハ１７０２が、基板１７０４、第１の半導体層１７０６、活性層１７０８、および第２の半導体層１７１０を含むことが可能である。基板１７０４は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ等など、さまざまな材料を含むことが可能である。第１の半導体層１７０６、活性層１７０８、および第２の半導体層１７１０は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＰ、（ＡｌＧａＩｎ）ＡｓＮ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐａｓ、（Ｅｕ：ＩｎＧａ）Ｎ、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ等など、さまざまな半導体材料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、第１の半導体層１７０６は、ｎ型層であることが可能であり、第２の半導体層１７１０は、ｐ型層であることが可能である。たとえば、第１の半導体層１７０６は、（たとえば、ＳｉまたはＧｅでドープされている）ｎドープＧａＮ層であることが可能であり、第２の半導体層１７１０は、（たとえば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、またはＢｅでドープされている）ｐドープＧａＮ層であることが可能である。活性層１７０８は、たとえば、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つまたは複数のＧａＮ層、１つまたは複数のＩｎＧａＮ層、１つまたは複数のＡｌＧａＩｎＰ層などを含むことが可能である。
【0126】
いくつかの実施形態においては、第１のウェハ１７０２は、接合層を含むことも可能である。接合層１７１２は、金属、酸化物、誘電体、ＣｕＳｎ、ＡｕＴｉ等など、さまざまな材料を含むことが可能である。一例においては、接合層１７１２は、ｐ接点および／またはｎ接点（図示せず）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、基板１７０４と第１の半導体層１７０６との間におけるバッファ層など、その他の層が第１のウェハ１７０２上に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。いくつかの実施形態においては、第２の半導体層１７１０と接合層１７１２との間に接触層があることが可能である。接触層は、第２の半導体層１７１０および／または第１の半導体層１７０６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。
【0127】
第１のウェハ１７０２は、接合層１７１３および／または接合層１７１２を介して、上述されているようにドライバ回路１７１１と接合層１７１３とを含むウェハ１７０３に接合されることが可能である。接合層１７１２および接合層１７１３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１７１３および接合層１７１２は、実質的に平らであることが可能である。第１のウェハ１７０２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、および／または融着接合など、さまざまな方法によってウェハ１７０３に接合されることが可能である。
【0128】
図１７Ｂにおいて示されているように、第１のウェハ１７０２は、第１のウェハ１７０２のｐ側（たとえば、第２の半導体層１７１０）が下へ（すなわち、ウェハ１７０３の方へ）向いている状態でウェハ１７０３に接合されることが可能である。接合後に、基板１７０４は、第１のウェハ１７０２から除去されることが可能であり、第１のウェハ１７０２は、次いでｎ側から処理されることが可能である。その処理は、たとえば、個々のＬＥＤのための特定のメサ形状の形成、ならびに個々のＬＥＤに対応する光学部品の形成を含むことが可能である。
【0129】
図１８Ａ～図１８Ｄは、特定の実施形態による、ＬＥＤのアレイのためのハイブリッド接合の方法の例を示している。ハイブリッド接合は一般に、ウェハの洗浄および活性化、あるウェハの接点と別のウェハの接点との高精度な位置合わせ、室温でのウェハの表面における誘電材料の誘電接合、ならびに高温でのアニーリングによる接点の金属接合を含むことが可能である。図１８Ａは、その上に製造された受動または能動回路１８２０を備えた基板１８１０を示している。図８Ａ～図８Ｂに関連して上述されているように、基板１８１０は、たとえば、シリコンウェハを含むことが可能である。回路１８２０は、ＬＥＤのアレイのためのドライバ回路を含むことが可能である。接合層は、電気相互接続１８２２を通じて回路１８２０に接続されている誘電領域１８４０および接触パッド１８３０を含むことが可能である。接触パッド１８３０は、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄなどを含むことが可能である。誘電領域１８４０における誘電材料は、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５などを含むことが可能である。接合層は、たとえば化学機械研磨を使用して、平坦化および研磨されることが可能であり、その平坦化または研磨は、接触パッドにおけるディッシング（ボウルのような外形）をもたらす可能性がある。接合層の表面は、たとえばイオン（たとえばプラズマ）または高速原子（たとえばＡｒ）ビーム１８０５によって、洗浄および活性化されることが可能である。活性化された表面は、原子的に清浄であることが可能であり、ウェハどうしが、たとえば室温で、接触させられた際のそれらのウェハどうしの間における直接接合の形成に対して反応性が高いことが可能である。
【0130】
図１８Ｂは、たとえば、図７Ａ、７Ｂ、１７Ａおよび１７Ｂに関連して上述されているようにその上に製作されたマイクロＬＥＤ１８７０のアレイを含むウェハ１８５０を示している。ウェハ１８５０は、キャリアウェハであることが可能であり、たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉなどを含むことが可能である。マイクロＬＥＤ１８７０は、ウェハ１８５０上にエピタキシャルに成長させられたｎ型層、活性領域、およびｐ型層を含むことが可能である。エピタキシャル層は、上述されているさまざまなＩＩＩ－Ｖ半導体材料を含むことが可能であり、ｐ型層側から処理されて、実質的に垂直な構造、放物線状の構造、円錐状の構造等など、エピタキシャル層におけるメサ構造をエッチングすることが可能である。パッシベーション層および／または反射層が、メサ構造の側壁上に形成されることが可能である。ｐ接点１８８０およびｎ接点１８８２が、メサ構造上に堆積された誘電材料層１８６０において形成されることが可能であり、それぞれ、ｐ型層およびｎ型層との電気接触を形成することが可能である。誘電材料層１８６０における誘電材料は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５などを含むことが可能である。ｐ接点１８８０およびｎ接点１８８２は、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄなどを含むことが可能である。ｐ接点１８８０、ｎ接点１８８２、および誘電材料層１８６０の上面は、接合層を形成することが可能である。接合層は、たとえば化学機械研磨を使用して、平坦化および研磨されることが可能であり、その場合、研磨は、ｐ接点１８８０およびｎ接点１８８２におけるディッシングをもたらす可能性がある。接合層は次いで、たとえばイオン（たとえばプラズマ）または高速原子（たとえばＡｒ）ビーム１８１５によって、洗浄および活性化されることが可能である。活性化された表面は、原子的に清浄であることが可能であり、ウェハどうしが、たとえば室温で、接触させられた際のそれらのウェハどうしの間における直接接合の形成に対して反応性が高いことが可能である。
【0131】
図１８Ｃは、接合層における誘電材料どうしを接合するための室温接合プロセスを示している。たとえば、誘電領域１８４０と接触パッド１８３０とを含む接合層と、ｐ接点１８８０と、ｎ接点１８８２と、誘電材料層１８６０とを含む接合層とが表面活性化された後に、ウェハ１８５０およびマイクロＬＥＤ１８７０は、逆さまにされて、基板１８１０およびその上に形成されている回路と接触させられることが可能である。いくつかの実施形態においては、圧縮圧力１８２５が、基板１８１０およびウェハ１８５０に印加されることが可能であり、それによって接合層どうしは、互いに押し付けられる。接点における表面活性化およびディッシングに起因して、誘電領域１８４０および誘電材料層１８６０は、表面引力のために直接接触状態にあることが可能であり、それらの間において反応して化学接合を形成することが可能である。なぜなら、表面原子がダングリングボンドを有することが可能であり、活性化後に不安定なエネルギー状態にあることが可能であるからである。したがって、誘電領域１８４０および誘電材料層１８６０における誘電材料どうしは、熱処理または圧力の有無にかかわらず、ともに接合されることが可能である。
【0132】
図１８Ｄは、接合層における誘電材料どうしを接合した後に接合層における接点どうしを接合するためのアニーリングプロセスを示している。たとえば、接触パッド１８３０と、ｐ接点１８８０またはｎ接点１８８２とは、たとえば約２００～４００℃以上での、アニーリングによってともに接合されることが可能である。アニーリングプロセス中に、熱１８３５が、接点を誘電材料よりも大きく膨張させることが可能であり（別々の熱膨張係数に起因して）、ひいては、接点どうしの間におけるディッシングギャップを閉じることが可能であり、それによって接触パッド１８３０と、ｐ接点１８８０またはｎ接点１８８２とが接触状態になることが可能であり、活性化された表面において直接金属接合を形成することが可能である。
【0133】
２つの接合されるウェハが、別々の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料を含むいくつかの実施形態においては、室温で接合される誘電材料どうしは、別々の熱膨張によって引き起こされる接触パッドどうしの位置ずれを低減または防止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、アニーリング中の高温での接触パッドの位置ずれをさらに低減または回避するために、接合前に、マイクロＬＥＤどうしの間において、マイクロＬＥＤのグループどうしの間において、基板の一部または全部を通じて、といった具合にトレンチが形成されることが可能である。
【0134】
マイクロＬＥＤがドライバ回路に接合された後に、マイクロＬＥＤが製作されている基板は、薄くされることまたは除去されることが可能であり、さまざまな二次光学部品が、マイクロＬＥＤの発光表面上に製作されて、たとえば、マイクロＬＥＤの活性領域から放出された光を抽出すること、コリメートすること、および向け直すことが可能である。一例においては、マイクロレンズがマイクロＬＥＤ上に形成されることが可能であり、この場合、それぞれのマイクロレンズは、それぞれのマイクロＬＥＤに対応することが可能であり、光抽出効率を改善する上で、およびマイクロＬＥＤによって放出された光をコリメート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、二次光学部品は、マイクロＬＥＤの基板またはｎ型層において製作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、二次光学部品は、マイクロＬＥＤのｎ型側に堆積された誘電層において製作されることが可能である。二次光学部品の例は、レンズ、格子、反射防止（ＡＲ）コーティング、プリズム、フォトニック結晶などを含むことが可能である。
【0135】
図１９は、特定の実施形態による、その上に製作された二次光学部品を備えたＬＥＤアレイ１９００の例を示している。ＬＥＤアレイ１９００は、たとえば、図１７Ａ～図１８Ｄに関連して上述されている任意の適切な接合技術を使用して、ＬＥＤチップまたはウェハを、その上に製作された電気回路を含むシリコンウェハと接合することによって作られることが可能である。図１９において示されている例においては、ＬＥＤアレイ１９００は、図１８Ａ～図１８Ｄに関連して上述されているウェハ対ウェハハイブリッド接合技術を使用して接合されることが可能である。ＬＥＤアレイ１９００は、基板１９１０を含むことが可能であり、基板１９１０は、たとえば、シリコンウェハであることが可能である。ＬＥＤドライバ回路などの集積回路１９２０が、基板１９１０上に製作されることが可能である。集積回路１９２０は、相互接続１９２２および接触パッド１９３０を通じてマイクロＬＥＤ１９７０のｐ接点１９７４およびｎ接点１９７２に接続されることが可能であり、この場合、接触パッド１９３０は、ｐ接点１９７４およびｎ接点１９７２と金属接合を形成することが可能である。基板１９１０上の誘電層１９４０が、融着接合を通じて誘電層１９６０に接合されることが可能である。
【0136】
ＬＥＤチップまたはウェハの基板（図示せず）は、マイクロＬＥＤ１９７０のｎ型層１９５０を露出させるために薄くされることが可能であり、または除去されることが可能である。球面マイクロレンズ１９８２、格子１９８４、マイクロレンズ１９８６、反射防止層１９８８等など、さまざまな二次光学部品が、ｎ型層１９５０の中または上に形成されることが可能である。たとえば、グレースケールマスクと、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、またはパターン化されたフォトレジスト層の熱リフローによって形成されたエッチマスクを使用して、球面マイクロレンズアレイがマイクロＬＥＤ１９７０の半導体材料にエッチングされることが可能である。二次光学部品は、同様のフォトリソグラフィー技術またはその他の技術を使用して、ｎ型層１９５０上に堆積された誘電層にエッチングされることも可能である。たとえば、マイクロレンズアレイは、バイナリーマスクを使用してパターン化されるポリマー層の熱リフローを通じてポリマー層において形成されることが可能である。ポリマー層におけるマイクロレンズアレイは、二次光学部品として使用されることが可能であり、またはマイクロレンズアレイの外形を誘電層もしくは半導体層へと転写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。誘電層は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５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、マイクロＬＥＤ１９７０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。マイクロＬＥＤ１９７０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１９において示されており、これは、別々の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ということを必ずしも意味しない。
【0137】
本明細書で開示される実施形態は、人工現実システムの構成要素を実装するために使用されることが可能であるか、または、人工現実システムとともに実装されることが可能である。人工現実は、ユーザへの提示の前にいくつかの様式で調節された現実の形式であり、たとえば、仮想現実、拡張現実、複合現実、ハイブリッドリアリティ、または、そのいくつかの組合せおよび／もしくは派生語を含むことが可能である。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、または、キャプチャされた（たとえば、現実世界の）コンテンツと結合して生成されたコンテンツを含むことが可能である。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、触感フィードバック、またはそのいくつかの組合せを含むことが可能であり、これらのいずれかが、単一のチャネルで、または、複数のチャネル（鑑賞者への３次元効果を生み出すステレオビデオなど）で提示されることが可能である。加えて、いくつかの実施形態においては、人工現実はまた、たとえば、人工現実におけるコンテンツを作り出すために使用される、および／または、さもなければ、人工現実において使用される（たとえば、人工現実における活動を実施する）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそのいくつかの組合せに関連付けられることが可能である。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されたＨＭＤ、スタンドアロンのＨＭＤ、モバイルデバイスもしくはコンピューティングシステム、または、人工現実コンテンツを１人もしくは複数の鑑賞者に提供可能な任意の他のハードウェアプラットフォームを含むさまざまなプラットフォーム上で実装されることが可能である。
【0138】
図２０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２０００の簡略化されたブロック図である。電子システム２０００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２０００は、１つまたは複数のプロセッサ２０１０と、メモリ２０２０とを含むことが可能である。プロセッサ２０１０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２０１０は、電子システム２０００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２０１０は、バス２０４０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２０４０は、電子システム２０００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２０４０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。
【0139】
メモリ２０２０は、プロセッサ２０１０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２０２０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２０２０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２０２０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２０２０は、電子システム２０００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２０２０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２０２０上に格納されることが可能である。命令は、電子システム２０００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２０００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。
【0140】
いくつかの実施形態においては、メモリ２０２０は、複数のアプリケーションモジュール２０２２～２０２４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２０２２～２０２４は、プロセッサ２０１０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２０２２～２０２４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２０８０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２０２０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。
【0141】
いくつかの実施形態においては、メモリ２０２０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２０２５を含むことが可能である。オペレーティングシステム２０２５は、アプリケーションモジュール２０２２～２０２４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２０８０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２０３０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２０２５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２０００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。
【0142】
ワイヤレス通信サブシステム２０３０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２０００は、ワイヤレス通信のための１つまたは複数のアンテナ２０３４を、ワイヤレス通信サブシステム２０３０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２０３０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２０３０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２０３０は、アンテナ２０３４およびワイヤレスリンク２０３２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２０３０、プロセッサ２０１０、およびメモリ２０２０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。
【0143】
電子システム２０００の実施形態は、１つまたは複数のセンサ２０９０を含むことも可能である。センサ２０９０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２０９０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。
【0144】
電子システム２０００は、ディスプレイモジュール２０６０を含むことが可能である。ディスプレイモジュール２０６０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２０００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２０２２～２０２４、仮想現実エンジン２０２６、１つもしくは複数のその他のハードウェアモジュール２０８０、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２０２５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２０６０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。
【0145】
電子システム２０００は、ユーザ入力／出力モジュール２０７０を含むことが可能である。ユーザ入力／出力モジュール２０７０は、ユーザがアクション要求を電子システム２０００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２０７０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２０００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２０７０は、電子システム２０００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。
【0146】
電子システム２０００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２０５０を含むことが可能である。カメラ２０５０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２０５０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２０５０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。
【0147】
いくつかの実施形態においては、電子システム２０００は、複数のその他のハードウェアモジュール２０８０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２０８０のそれぞれは、電子システム２０００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２０８０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２０８０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２０８０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２０８０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。
【0148】
いくつかの実施形態においては、電子システム２０００のメモリ２０２０は、仮想現実エンジン２０２６を格納することも可能である。仮想現実エンジン２０２６は、電子システム２０００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２０２６によって受信された情報は、ディスプレイモジュール２０６０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２０２６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２０２６は、ユーザ入力／出力モジュール２０７０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２０１０は、仮想現実エンジン２０２６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。
【0149】
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２０２６、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。
【0150】
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２０００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２０００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。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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。
【0158】
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全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。
【0159】
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。
【0160】
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】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】