将准直器组件与LED阵列对准的制作方法

将准直器组件与led阵列对准
技术领域
1.本公开总体上涉及发光二极管(led)，例如，用于与诸如人工现实系统的技术结合使用。更具体地说，本公开涉及将准直器组件与led阵列对准。
2.背景
3.发光二极管(led)将电能转换为光能，并提供许多优于其他光源的优势，例如减小尺寸、改善耐用性和提高效率。led可用作许多显示系统(例如电视、计算机监视器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、投影系统和可穿戴电子设备)中的光源。基于iii族氮化物半导体(例如aln、gan、inn等的合金)的微led(“μled”)由于其尺寸小(例如，线性尺寸小于100μm、小于50μm、小于10μm或小于5μm)、组装密度(packing density)高(以及因此分辨率更高)和亮度高而已开始被开发用于各种显示应用。例如，可以使用发出不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)光的微led来形成显示系统(例如电视或近眼显示系统)的子像素。
4.概述
5.本公开涉及将准直器组件与led阵列对准。根据一些实施例，一种方法包括使用光刻在背板上形成第一多个接触焊盘和第二多个接触焊盘；将多个晶片(die)键合到第一多个接触焊盘，其中多个晶片中的每个晶片包括多个发光二极管；在第二多个接触焊盘上形成第一多个特征；以及通过将组件上的第二多个特征与第二多个接触焊盘上的第一多个特征耦合，将组件上的多个透镜与多个晶片对准。
6.第一多个特征可以是包括易熔材料的球，而第二多个特征可以是准直器组件中的凹穴。每个球可以具有球形形状。可替代地，每个球可以具有长方形形状。多个透镜中的每个透镜都可以是准直透镜。可以同时形成第一多个接触焊盘和第二多个接触焊盘。
7.根据一些实施例，一种方法包括使用光刻在背板上形成多个接触焊盘和在背板中形成多个开口；将多个晶片键合到多个接触焊盘，其中多个晶片中的每个晶片包括多个发光二极管；以及通过将组件上的多个特征与背板中的多个开口耦合在一起，将组件上的多个透镜与多个晶片对准。
8.多个特征可以是来自准直器组件的突起。多个开口可以延伸穿过背板的再分布层。背板还可以包括用于多个开口中的每个开口的金属侧壁。多个透镜中的每个透镜可以是准直透镜。可以同时形成多个接触焊盘和多个开口。
9.根据一些实施例，显示投影仪包括显示设备和准直器组件。显示设备包括背板和多个晶片。多个晶片中的每个晶片包括多个发光二极管，并且多个晶片中的每个晶片连接到背板。显示设备还包括背板上的第一多个特征。准直器组件包括多个透镜和准直器组件上的第二多个特征。背板上的第一多个特征与准直器组件上的第二多个特征耦合，使得多个晶片与多个透镜对准。
10.第一多个特征可以是包括易熔材料的球，而第二多个特征可以是准直器组件中的凹穴。每个球可以具有球形形状。可替代地，每个球可以具有长方形形状。
11.可替代地，第一多个特征可以是背板中的开口，而第二多个特征可以是来自准直器组件的突起。开口可以延伸穿过背板的再分布层。背板还可以包括用于每个开口的金属
侧壁。
12.本概述并不旨在标识所要求保护的主题的主要特征或基本特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开内容的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解本主题。下面将在所附的说明书、权利要求书和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和示例。
13.附图简述
14.下面参考以下附图来详细地描述说明性的实施例。
15.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
16.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的头戴式显示器(hmd)设备形式的近眼显示器的示例的透视图。
17.图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器的示例的透视图。
18.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统(optical see-through augmented reality system)的示例。
19.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。
20.图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示设备的示例。
21.图6示出了根据某些实施例的增强现实系统中的图像源组件(image source assembly)的示例。
22.图7a示出了根据某些实施例的具有垂直台面结构的发光二极管(led)的示例。
23.图7b是根据某些实施例的具有抛物线型台面结构(parabolic mesa structure)的led的示例的横截面视图。
24.图8a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合(bonding)的方法的示例。
25.图8b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合的方法的示例。
26.图9a-图9d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合的方法的示例。
27.图10示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列的示例。
28.图11示出了包括耦合到波导的三个led阵列的显示设备的示例。
29.图12示出了将准直透镜与定位在背板上的晶片对准的方法的第一示例。
30.图13a和图13b示出了将准直透镜与定位在背板上的晶片对准的方法的第二示例。
31.图14是根据某些实施例的近眼显示器的示例的电子系统的简化框图。
32.附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域技术人员从以下描述中将容易地认识到，在不脱离本公开的原理或所推崇的益处的情况下，可以采用图示的结构和方法的替代实施例。
33.在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线(dash)和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的多个部件。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
34.详细描述
35.本公开总体上涉及发光二极管(led)。本文描述的led可以与各种技术(例如人工现实系统)结合使用。人工现实系统(例如头戴式显示器(hmd)或平视显示器(hud)系统)通常包括被配置为呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。如在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)应用中，显示器可以呈现虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象相结合。例如，在ar系统中，用户可以通过例如，透过透明的显示眼镜或透镜查看(通常称为光学透视)或观看由相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的显示图像(例如，计算机生成的图像(cgi))和周围环境两者。在一些ar系统中，可以使用基于led的显示子系统将人工图像呈现给用户。
36.如本文所用，术语“发光二极管(led)”是指至少包括n型半导体层、p型半导体层以及在n型半导体层和p型半导体层之间的发光区(即，有源区)的光源。发光区可以包括形成一个或更多个异质结构(例如量子阱)的一个或更多个半导体层。在一些实施例中，发光区可包括形成一个或更多个多量子阱(mqw)的多个半导体层，每个多量子阱包括多个(例如，约2个至6个)量子阱。
37.如本文所用，术语“微led”或“μled”是指具有芯片的led，其中芯片的线性尺寸小于约200μm，例如小于100μm、小于50μm、小于20μm、小于10μm或更小。例如，微led的线性尺寸可以小到6μm、5μm、4μm、2μm或更小。一些微led可具有与少数载流子(carrier)扩散长度相当的线性尺寸(例如，长度或直径)。然而，本文的公开不限于微led，而且还可以应用于迷你led(mini-led)和大型led。
38.如本文所用，术语“键合”可指用于物理连接和/或电连接两个或更多个器件和/或晶圆的各种方法，诸如粘合剂键合、金属到金属键合(metal-to-metal bonding)、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合、焊接、凸点下金属化等。例如，粘合剂键合可以使用可固化粘合剂(例如环氧树脂)通过粘合来物理地键合两个或更多个器件和/或晶圆。金属到金属键合可以包括例如在金属之间使用焊接界面(例如，焊盘(pad)或焊球(ball))、导电粘合剂或焊接接头的引线键合(wire bonding)或倒装芯片键合(flip chip bonding)。金属氧化物键合可以在每个表面上形成金属和氧化物图案，将氧化物部分键合在一起，且然后将金属部分键合在一起以形成导电路径。晶圆到晶圆键合可以在没有任何中间层的情况下键合两个晶圆(例如，硅晶圆或其他半导体晶圆)并且基于两个晶圆的表面之间的化学键。晶圆到晶圆键合可以包括晶圆清洗和其他预处理、在室温下对准和预键合、以及在升高的温度(诸如约250℃或更高)下退火。晶片到晶圆键合可以使用在一个晶圆上的凸点来将预制芯片的特征与晶圆的驱动器对准。混合键合可以包括例如晶圆清洗、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、晶圆内介电材料在室温下的介电键合、以及通过例如在250℃-300℃或更高温度下退火的触点的金属键合。如本文所用，术语“凸点”可泛指在键合期间使用或形成的金属互连件。
39.在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开的示例的透彻理解。然而，将明显的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实施各种示例。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊示例。在其他情况下，熟知的设备、过程、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以便避免模糊示例。附图和描述不意图是限制性的。在本公开中采用的术语
和表述被用作描述性术语而非限制性术语，并且在使用这样的术语和表述时不意图排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“示例”在本文中用于意指“用作示例(example)、实例(instance)或说明”。本文中被描述为“示例”的任何实施例或设计不一定被解释为相对于其他实施例或设计更优选或有利。
40.图1是根据某些实施例的包括近眼显示器120的人工现实系统环境100的示例的简化框图。图1所示的人工现实系统环境100可以包括近眼显示器120、可选的外部成像设备150和可选的输入/输出接口140，它们中的每一个都可以耦合到可选的控制台110。尽管图1示出了包括一个近眼显示器120、一个外部成像设备150和一个输入/输出接口140的人工现实系统环境100的示例，但是在人工现实系统环境100中可以包括任意数量的这些部件，或者可以省略这些部件中的任何部件。例如，可以有多个近眼显示器120，这些近眼显示器120由与控制台110通信的一个或更多个外部成像设备150监控。在一些配置中，人工现实系统环境100可以不包括外部成像设备150、可选的输入/输出接口140和可选的控制台110。在替代配置中，人工现实系统环境100中可以包括不同或附加的部件。
41.近眼显示器120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。由近眼显示器120呈现的内容的示例包括以下中的一个或更多个：图像、视频、音频或它们的任何组合。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)进行呈现，该外部设备从近眼显示器120、控制台110或近眼显示器120和控制台110两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据。近眼显示器120可以包括一个或更多个刚性主体，该一个或更多个刚性主体可以刚性地或非刚性地彼此耦合。刚性主体之间的刚性耦合可以使经耦合的刚性主体充当单个刚性实体。刚性主体之间的非刚性耦合可以允许刚性主体相对于彼此移动。在各种实施例中，近眼显示器120可以以任何合适的形状因子(包括一副眼镜)来实现。下面参照图2和图3进一步描述近眼显示器120的一些实施例。此外，在各种实施例中，本文描述的功能可以用在组合近眼显示器120外部环境的图像和人工现实内容(例如，计算机生成的图像)的头戴式装置(headset)中。因此，近眼显示器120可以用生成的内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器120外部的物理、真实世界环境的图像以向用户呈现增强现实。
42.在各种实施例中，近眼显示器120可以包括以下中的一个或更多个：显示电子器件122、显示光学器件124和眼睛跟踪单元130。在一些实施例中，近眼显示器120还可以包括一个或更多个定位器126、一个或更多个位置传感器128和惯性测量单元(imu)132。在各种实施例中，近眼显示器120可以省略以下中的任何一个：眼睛跟踪单元130、定位器126、位置传感器128和imu 132，或者包括附加元件。此外，在一些实施例中，近眼显示器120可以包括组合结合图1描述的各种元件的功能的元件。
43.显示电子器件122可以根据从例如控制台110接收的数据向用户显示图像或促进图像的显示。在各种实施例中，显示电子器件122可以包括一个或更多个显示面板，例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、微发光二极管(μled)显示器、有源矩阵oled显示器(amoled)、透明oled显示器(toled)或某种其他显示器。例如，在近眼显示器120的一个实现中，显示电子器件122可以包括前toled面板、后显示面板和在前显示面板和后显示面板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器或者衍射或光谱膜)。显示电子器件122可以包括发射诸如红色、绿色、蓝色、白色或黄色的主导颜色的光的像素。在一些实现中，显示电子器件122可以通过由二维面板产生的立体效果来显示三维
(3d)图像以创建对图像深度的主观感知。例如，显示电子器件122可以包括分别位于用户的左眼和右眼前方的左显示器和右显示器。左显示器和右显示器可以呈现相对于彼此水平偏移的图像的副本，以创建立体效果(即，观看图像的用户对图像深度的感知)。
44.在特定实施例中，显示光学器件124可以(例如，使用光波导和耦合器)光学地显示图像内容或放大从显示电子器件122接收到的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给近眼显示器120的用户。在各种实施例中，显示光学器件124可以包括一个或更多个光学元件，诸如例如基板(substrate)、光波导、光圈(aperture)、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、输入/输出耦合器或者可以影响从显示电子器件122发射的图像光的任何其他合适的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件以及机械耦合的组合，以保持组合中的光学元件的相对间隔和取向。显示光学器件124中的一个或更多个光学元件可以具有光学涂层，例如抗反射涂层、反射涂层、滤光涂层或不同光学涂层的组合。
45.显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子器件122比更大的显示器在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外地，放大可以增加显示内容的视场。显示光学器件124对图像光的放大的量可以通过调整、添加光学元件或从显示光学器件124移除光学元件来改变。在一些实施例中，显示光学器件124可以将显示的图像投射到一个或更多个图像平面，该一个或更多个图像平面可能比近眼显示器120更远离用户的眼睛。
46.显示光学器件124还可以被设计为校正一种或更多种类型的光学误差，例如二维光学误差、三维光学误差或它们的任意组合。二维误差可以包括在二维中出现的光学像差(optical aberration)。二维误差的示例类型可以包括桶形失真、枕形失真、纵向色差和横向色差。三维误差可以包括在三维中出现的光学误差。三维误差的示例类型可以包括球面像差(spherical aberration)、彗形像差(comatic aberration)、像场弯曲(field curvature)和像散(astigmatism)。
47.定位器126可以是相对于彼此并相对于近眼显示器120上的参考点位于近眼显示器120上的特定位置的对象。在一些实现中，控制台110可以在由外部成像设备150捕获的图像中识别定位器126，以确定人工现实头戴式装置的位置、取向或位置和取向两者。定位器126可以是led、锥体棱镜(corner cube reflector)、反射标记、与近眼显示器120在其中操作的环境形成对比的一种光源、或者它们的任何组合。在定位器126是有源部件(例如，led或其他类型的发光器件)的实施例中，定位器126可以发射可见波段(例如，约380nm至750nm)中的光、红外(ir)波段(例如约750nm至1mm)中的光、紫外波段(例如约10nm至约380nm)中的光、电磁波谱的另一部分中的光或电磁波谱中各部分的任何组合中的光。
48.外部成像设备150可以包括一个或更多个相机、一个或更多个视频相机、能够捕获包括一个或更多个定位器126的图像的任何其他设备或者它们的任何组合。此外，外部成像设备150可以包括一个或更多个滤光器(例如，以增加信噪比)。外部成像设备150可以被配置为检测从外部成像设备150的视场中的定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回射器(retroreflector))的实施例中，外部成像设备150可以包括照射一些或全部定位器126的光源，这些定位器可以将光回射到外部成像设备150中的光源。可以将慢速校准数据从外部成像设备150传送到控制台110，并且外部成像设备150可以从控制台110接收一个或更多个校准参数，以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、
传感器温度、快门速度、光圈等)。
49.位置传感器128可以响应于近眼显示器120的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器128的示例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测或误差校正传感器、或者它们的任何组合。例如，在一些实施例中，位置传感器128可以包括用于测量平移运动(例如，向前/向后、向上/向下或向左/向右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航或横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，各种位置传感器可以彼此正交地取向。
50.imu 132可以是基于从一个或更多个位置传感器128接收的测量信号生成快速校准数据的电子设备。位置传感器128可位于imu 132的外部、imu 132的内部或它们的任何组合。基于来自一个或更多个位置传感器128的一个或更多个测量信号，imu 132可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器120的初始位置的近眼显示器120的估计位置。例如，imu 132可以对从加速度计接收到的测量信号在时间上进行积分以估计速度矢量，并且对速度矢量在时间上进行积分，以确定近眼显示器120上的参考点的估计位置。替代地，imu 132可以向控制台110提供采样的测量信号，控制台110可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但在各种实施例中，参考点也可以被定义为近眼显示器120内的点(例如，imu 132的中心)。
51.眼睛跟踪单元130可以包括一个或更多个眼睛跟踪系统。眼睛跟踪可以指确定眼睛相对于近眼显示器120的位置，包括眼睛的取向和定位。眼睛跟踪系统可以包括对一只或更多只眼睛成像的成像系统，并且可以可选地包括光发射器，该光发射器可以生成指向眼睛的光，使得由眼睛反射的光可以被成像系统捕获。例如，眼睛跟踪单元130可以包括发射可见光谱或红外光谱中的光的非相干或相干光源(例如，激光二极管)以及捕获由用户眼睛反射的光的相机。作为另一个示例，眼睛跟踪单元130可以捕获由微型雷达单元发射的反射无线电波。眼睛跟踪单元130可以使用低功率光发射器，这些低功率光发射器以不会伤害眼睛或引起身体不适的频率和强度发射光。眼睛跟踪单元130可以被布置为提高眼睛跟踪单元130捕获的眼睛图像的对比度，同时降低眼睛跟踪单元130消耗的总功率(例如，减少被包括在眼睛跟踪单元130中的光发射器和成像系统所消耗的功率)。例如，在一些实现中，眼睛跟踪单元130可能消耗小于100毫瓦的功率。
52.例如，近眼显示器120可以使用眼睛的取向以进行以下操作：确定用户的瞳孔间距(ipd)、确定凝视方向、引入深度线索(例如，模糊用户主视线之外的图像)、收集关于vr媒体中的用户交互的启发信息(heuristics)(例如，根据经受的刺激在任何特定主体、对象或帧上花费的时间)、至少部分地基于至少一只用户眼睛的取向的一些其他功能、或它们的任意组合。因为可以为用户的双眼确定取向，所以眼睛跟踪单元130可以确定用户正在看哪里。例如，确定用户凝视的方向可以包括基于所确定的用户左眼和右眼的取向来确定会聚点(point of convergence)。会聚点可以是用户眼睛的两个视网膜中央凹轴相交的点。用户凝视的方向可以是穿过会聚点和用户眼睛的瞳孔之间中点的线的方向。
53.输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的设备。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到
控制台110，控制台110可以执行对应于所请求的动作的动作。在一些实施例中，输入/输出接口140可以根据从控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，或者当控制台110已经执行了所请求的动作并将指令传送给输入/输出接口140时，输入/输出接口140可以提供触觉反馈。在一些实施例中，外部成像设备150可以用于跟踪输入/输出接口140，例如跟踪控制器(其可以包括例如ir光源)或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。在一些实施例中，近眼显示器120可以包括一个或更多个成像设备以跟踪输入/输出接口140，例如跟踪控制器或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。
54.控制台110可以根据从外部成像设备150、近眼显示器120和输入/输出接口140中的一者或更多者接收到的信息向近眼显示器120提供内容以呈现给用户。在图1所示的示例中，控制台110可以包括应用储存器112、头戴式装置跟踪模块114、人工现实引擎116和眼睛跟踪模块118。控制台110的一些实施例可以包括与结合图1描述的模块不同的模块或附加的模块。下文进一步描述的功能可以以不同于此处描述的方式在控制台110的部件之间分布。
55.在一些实施例中，控制台110可以包括处理器和存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。非暂时性计算机可读存储介质可以是任何存储器，例如硬盘驱动器、可移动存储器或固态驱动器(例如，闪存或动态随机存取存储器(dram))。在各种实施例中，结合图1描述的控制台110的模块可以被编码为非暂时性计算机可读存储介质中的指令，这些指令当由处理器执行时使处理器执行下文进一步描述的功能。
56.应用储存器112可以存储用于由控制台110执行的一个或更多个应用。应用可以包括一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以对经由用户眼睛的移动从用户接收的输入或者从输入/输出接口140接收的输入进行响应。应用的示例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
57.头戴式装置跟踪模块114可以使用来自外部成像设备150的慢速校准信息来跟踪近眼显示器120的移动。例如，头戴式装置跟踪模块114可以使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和近眼显示器120的模型来确定近眼显示器120的参考点的位置。头戴式装置跟踪模块114还可使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器120的参考点的位置。另外，在一些实施例中，头戴式装置跟踪模块114可以使用快速校准信息、慢速校准信息中的部分或它们的任何组合来预测近眼显示器120的未来位置。头戴式装置跟踪模块114可以向人工现实引擎116提供近眼显示器120的估计或预测的未来位置。
58.人工现实引擎116可以在人工现实系统环境100内执行应用，并从头戴式装置跟踪模块114接收近眼显示器120的位置信息、近眼显示器120的加速度信息、近眼显示器120的速度信息、近眼显示器120的预测未来位置或它们的任何组合。人工现实引擎116还可以从眼睛跟踪模块118接收所估计的眼睛位置和取向信息。基于接收到的信息，人工现实引擎116可以确定提供给近眼显示器120以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则人工现实引擎116可以为近眼显示器120生成反映(mirror)用户的眼睛在虚拟环境中移动的内容。另外地，人工现实引擎116可以响应于从输入/输出接口140接收的动作请求来执行在控制台110上执行的应用内的动作，并且向用户提供指示动作已经被执行的反馈。反馈可以是经由近眼显示器120的视觉或听觉反馈，或经由输入/输出接口140的
触觉反馈。
59.眼睛跟踪模块118可以从眼睛跟踪单元130接收眼睛跟踪数据，并基于眼睛跟踪数据确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括相对于近眼显示器120或其任何元件的眼睛的取向、定位或取向和定位两者。因为眼睛的旋转轴根据眼睛在其眼窝中的定位而改变，所以确定眼睛在其眼窝中的定位可以允许眼睛跟踪模块118更准确地确定眼睛的取向。
60.图2是用于实现本文公开的示例中的一些示例的hmd设备200形式的近眼显示器的示例的透视图。hmd设备200可以是例如vr系统、ar系统、mr系统或它们的任何组合的一部分。hmd设备200可以包括主体220和头带230。图2以透视图示出了主体220的底侧223、前侧225和左侧227。头带230可以具有可调节的长度或可延伸的长度。在hmd设备200的主体220和头带230之间可以存在足够的空间，用于允许用户将hmd设备200安装到用户的头上。在各种实施例中，hmd设备200可以包括附加的部件、更少的部件或不同的部件。例如，在一些实施例中，hmd设备200可以包括例如如以下图3所示的眼镜腿(eyeglass temples)和镜腿末端(temples tips)，而不是头带230。
61.hmd设备200可以向用户呈现包括具有计算机生成的元素的物理、真实世界环境的虚拟视图和/或增强视图的媒体。hmd设备200呈现的媒体的示例可以包括图像(例如，二维(2d)或三维(3d)图像)、视频(例如，2d或3d视频)、音频或它们的任何组合。图像和视频可以通过封装在hmd设备200的主体220中的一个或更多个显示组件(在图2中未示出)呈现给用户的每只眼睛。在各种实施例中，一个或更多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，对于用户的每只眼睛一个显示面板)。例如，电子显示面板的示例可以包括lcd、oled显示器、iled显示器、μled显示器、amoled、toled、某种其他显示器或它们的任何组合。hmd设备200可以包括两个视窗(eye box)区域。
62.在一些实现中，hmd设备200可以包括各种传感器(未示出)，例如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛跟踪传感器。这些传感器中的一些可以使用结构光图案用于感测。在一些实现中，hmd设备200可以包括用于与控制台通信的输入/输出接口。在一些实现中，hmd设备200可以包括虚拟现实引擎(未示出)，该虚拟现实引擎可以在hmd设备200内执行应用，并从各种传感器接收hmd设备200的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实现中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或更多个显示组件产生信号(例如，显示指令)。在一些实现中，hmd设备200可以包括定位器(未示出，例如定位器126)，所述定位器相对于彼此和相对于参考点被定位在主体220上的固定位置中。每个定位器可以发射可由外部成像设备检测的光。
63.图3是用于实现本文公开的示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器300的示例的透视图。近眼显示器300可以是图1的近眼显示器120的具体实现，并且可以被配置为作为虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器进行操作。近眼显示器300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置成向用户呈现内容。在一些实施例中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如以上关于图1的近眼显示器120所描述的，显示器310可以包括lcd显示面板、led显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。
64.近眼显示器300还可以包括在框架305上或在框架305内的各种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个深度传感器、
运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个图像传感器，所述图像传感器被配置成生成表示不同方向上的不同视场的图像数据。在一些实施例中，传感器350a-350e可以用作输入设备以控制或影响近眼显示器300的显示内容，和/或向近眼显示器300的用户提供交互式vr/ar/mr体验。在一些实施例中，传感器350a-350e也可以用于立体成像。
65.在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括一个或更多个照明器330以将光投射到物理环境中。投射的光可以与不同的频带(例如，可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以服务于多种目的。例如，照明器330可以在黑暗环境中(或者在具有低强度的红外光、紫外光等的环境中)投射光，以帮助传感器350a-350e在黑暗环境内捕获不同对象的图像。在一些实施例中，照明器330可以用于将特定的光图案投射到环境内的对象上。在一些实施例中，照明器330可以用作定位器，例如上文参考图1描述的定位器126。
66.在一些实施例中，近眼显示器300还可包括高分辨率相机340。相机340可以捕获视场中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的虚拟现实引擎116)处理，以将虚拟对象添加到所捕获的图像上或者修改所捕获的图像中的物理对象，并且处理后的图像可以由用于ar应用或mr应用的显示器310显示给用户。
67.图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统400的示例。增强现实系统400可以包括投影仪410和组合器415。投影仪410可以包括光源或图像源412和投影仪光学器件414。在一些实施例中，光源或图像源412可包括一个或更多个上述微led器件。在一些实施例中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多个像素，例如lcd显示面板或led显示面板。在一些实施例中，图像源412可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器、led和/或上述微led。在一些实施例中，图像源412可以包括多个光源(例如，上述微led的阵列)，每个光源发射对应于原色(primary color)(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源412可以包括三个二维微led阵列，其中每个二维微led阵列可以包括被配置为发射原色(例如，红色、绿色或蓝色)光的微led。在一些实施例中，图像源412可以包括光学图案生成器，例如空间光调制器。投影仪光学器件414可以包括一个或更多个光学部件，所述一个或更多个光学部件可以调节来自图像源412的光，例如扩展、准直、扫描来自图像源412的光或将来自图像源412的光投影到组合器415。例如，一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。例如，在一些实施例中，图像源412可以包括一个或更多个一维微led阵列或细长的二维微led阵列，并且投影仪光学器件414可以包括一个或更多个一维扫描器(例如，微反射镜或棱镜)，该一维扫描器被配置为扫描一维微led阵列或细长的二维微led阵列以生成图像帧。在一些实施例中，投影仪光学器件414可以包括具有多个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，所述液体透镜允许对来自图像源412的光进行扫描。
68.组合器415可以包括输入耦合器430，用于将来自投影仪410的光耦合到组合器415的基板420中。组合器415可以透射至少50％的第一波长范围内的光并且反射至少25％的第二波长范围内的光。例如，第一波长范围可以是从约400nm至约650nm的可见光，并且第二波长范围可以在红外波段，例如从约800nm至约1000nm。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(doe)(例如，表面浮雕光栅)、基板420的倾斜表面或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。例如，输入耦合器430可以包括反射体布拉格光栅或透射体布拉格光栅。
输入耦合器430对于可见光可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。耦合到基板420中的光可以通过例如全内反射(tir)在基板420内传播。基板420可以呈一副眼镜的镜片的形式。基板420可以具有平坦或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、晶体或陶瓷。基板的厚度可以在例如从小于约1mm至约10mm或更大的范围内。基板420对可见光可以是透明的。
69.基板420可以包括多个输出耦合器440或者可以被耦合至多个输出耦合器440，每个输出耦合器被配置成从基板420提取由基板420引导并在基板420内传播的光的至少一部分，并且将所提取的光460引导到视窗495，当增强现实系统400被使用时，增强现实系统400的用户的眼睛490可以位于视窗495处。多个输出耦合器440可以复制出射光瞳(exit pupil)，以增加视窗495的尺寸，使得显示的图像在更大的区域中可见。如同输入耦合器430一样，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他衍射光学元件(doe)、棱镜等。例如，输出耦合器440可以包括反射体布拉格光栅或透射体布拉格光栅。输出耦合器440在不同位置处可以具有不同的耦合(例如，衍射)效率。基板420还可以允许来自组合器415前面的环境的光450几乎没有损失地或完全没有损失地穿过。输出耦合器440也可以允许光450以很少的损失穿过。例如，在一些实现中，输出耦合器440对于光450可以具有非常低的衍射效率，使得光450可以被折射或以其他方式穿过输出耦合器440而几乎没有损失，并且因此可以具有比提取的光460更高的强度。在一些实现中，输出耦合器440对于光450可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失在某些期望的方向(即，衍射角)上衍射光450。从而，用户可以观看组合器415前面的环境和由投影仪410投射的虚拟对象的图像的组合图像。
70.图5a示出了根据某些实施例的包括波导显示器530的近眼显示(ned)设备500的示例。ned设备500可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。ned设备500可以包括光源510、投影光学器件520和波导显示器530。光源510可以包括针对不同颜色的多个光发射器面板，例如红色光发射器512面板、绿色光发射器514面板和蓝色光发射器516面板。红色光发射器512被组织成阵列；绿色光发射器514被组织成阵列；并且蓝色光发射器516被组织成阵列。光源510中的光发射器的尺寸和间距可以很小。例如，每个光发射器可以具有小于2μm(例如，约1.2μm)的直径并且间距可以小于2μm(例如，约1.5μm)。因此，每个红色光发射器512、绿色光发射器514和蓝色光发射器516中的光发射器的数量可以等于或大于显示图像中的像素的数量，例如960
×
720个、1280
×
720个、1440
×
1080个、1920
×
1080个、2160
×
1080个或2560
×
1080个像素。因此，可以由光源510同时生成显示图像。在ned设备500中可能不使用扫描元件。
71.在到达波导显示器530之前，光源510发射的光可以由投影光学器件520调节，投影光学器件520可以包括透镜阵列。投影光学器件520可以将光源510发射的光准直或聚焦到波导显示器530，波导显示器530可以包括耦合器532，耦合器532用于将光源510发射的光耦合到波导显示器530中。耦合到波导显示器530中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器530内传播。耦合器532还可以将在波导显示器530内传播的光的一部分从波导显示器530耦合出去并朝向用户的眼睛590。
72.图5b示出了根据某些实施例的包括波导显示器580的近眼显示(ned)设备550的示例。在一些实施例中，ned设备550可以使用扫描反射镜570将来自光源540的光投射到用户
眼睛590可能位于其中的像场。ned设备550可以是近眼显示器120、增强现实系统400或另一种类型的显示设备的示例。光源540可以包括一行或更多行或一列或更多列不同颜色的光发射器，例如多行红色光发射器542、多行绿色光发射器544和多行蓝色光发射器546。例如，红色光发射器542、绿色光发射器544和蓝色光发射器546可以各自包括n行，每行包括例如2560个光发射器(像素)。红色光发射器542被组织成阵列；绿色光发射器544被组织成阵列；并且蓝色光发射器546被组织成阵列。在一些实施例中，光源540可以包括针对每种颜色的单排光发射器。在一些实施例中，光源540可以包括针对红色、绿色和蓝色中的每一种颜色的多列光发射器，其中每列可以包括例如1080个光发射器。在一些实施例中，光源540中的光发射器的尺寸和/或间距可能相对较大(例如，约3μm-约5μm)，并且因此光源540可能不包括用于同时生成完整显示图像的足够的光发射器。例如，针对单个颜色的光发射器的数量可能少于显示图像中的像素的数量(例如，2560
×
1080个像素)。光源540发射的光可以是一组准直的或发散的光束。
73.在到达扫描反射镜570之前，光源540发射的光可以通过各种光学器件(例如准直透镜或自由形状光学元件(freeform optical element)560)调节。自由形状光学元件560可以包括例如多刻面棱镜或另一光折叠元件，该多刻面棱镜或该另一光折叠元件可以将光源540发射的光导向扫描反射镜570，例如改变光源540发射的光的传播方向，例如，改变约90
°
或更大。在一些实施例中，自由形状光学元件560可以是可旋转的以扫描光。扫描反射镜570和/或自由形状光学元件560可以将光源540发射的光反射并投射到波导显示器580，波导显示器580可以包括耦合器582，耦合器582用于将光源540发射的光耦合到波导显示器580中。耦合到波导显示器580中的光可以通过例如以上参照图4所述的全内反射在波导显示器580内传播。耦合器582还可以将在波导显示器580内传播的光的一部分从波导显示器580耦合出去并朝向用户的眼睛590。
74.扫描反射镜570可以包括微机电系统(mems)反射镜或任何其他合适的反射镜。扫描反射镜570可以旋转以在一个维度或二个维度上进行扫描。随着扫描反射镜570的旋转，光源540发射的光可以被引导到波导显示器580的不同区域，使得在每个扫描循环中，完整的显示图像可以被投射到波导显示器580上并且由波导显示器580引导到用户的眼睛590。例如，在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在列或行方向(例如，x或y方向)上旋转以扫描图像。在光源540包括用于一行或更多行或一列或更多列中的一些像素但不是所有像素的光发射器的实施例中，扫描反射镜570可以在行和列两个方向(例如，x和y两个方向)上旋转以(例如，使用光栅型扫描图案(raster-type scanning pattern))投射显示图像。
75.ned设备550可以在预定义的显示周期中操作。显示周期(例如，显示循环)可以指在其中扫描或投射完整图像的持续时间。例如，显示周期可以是期望的帧速率的倒数。在包括扫描反射镜570的ned设备550中，显示周期也可以被称为扫描周期或扫描循环。光源540生成的光可以与扫描反射镜570的旋转同步。例如，每个扫描循环可以包括多个扫描步骤，其中光源540可以在每个相应的扫描步骤中生成不同的光图案。
76.在每个扫描循环中，随着扫描反射镜570的旋转，显示图像可以被投射到波导显示器580和用户的眼睛590上。显示图像的给定像素位置的实际颜色值和光强度(例如亮度)可以是在扫描周期期间照射该像素位置的三种颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光束的平均
值。在完成一个扫描周期后，扫描反射镜570可以返回到初始位置来为下一个显示图像的前几行投射光，或者可以反向旋转或扫描图案来为下一个显示图像投射光，其中可以将新的一组驱动信号馈送到光源540。随着扫描反射镜570在每个扫描循环中旋转，可以重复相同的过程。因此，可以在不同的扫描循环中将不同的图像投射到用户的眼睛590。
77.图6示出了根据某些实施例的近眼显示系统600中的图像源组件610的示例。例如，图像源组件610可以包括：显示面板640，其可以生成要投射到用户眼睛的显示图像；以及投影仪650，其可以将显示面板640生成的显示图像投射到如上参照图4-图5b所述的波导显示器。显示面板640可以包括光源642和用于光源642的驱动器电路644。例如，光源642可以包括光源510或540。例如，投影仪650可以包括上述的自由形状光学元件560、扫描反射镜570和/或投影光学器件520。近眼显示系统600还可以包括同步控制光源642和投影仪650(例如，扫描反射镜570)的控制器620。图像源组件610可以生成图像光并将图像光输出到波导显示器(图6中未示出)，例如波导显示器530或580。如上所述，波导显示器可以在一个或更多个输入耦合元件处接收图像光，并将接收到的图像光引导至一个或更多个输出耦合元件。输入和输出耦合元件可以包括例如衍射光栅、全息光栅、棱镜或它们的任何组合。输入耦合元件可以被选择成使得波导显示器发生全内反射。输出耦合元件可以将全内反射的图像光的一部分从波导显示器耦合出去。
78.如上所述，光源642可以包括以阵列或矩阵布置的多个光发射器。每个光发射器可以发射单色光，例如红光、蓝光、绿光、红外光等。虽然在本公开中经常讨论rgb颜色，但是本文描述的实施例不限于使用红色、绿色和蓝色作为原色。其他颜色也可以被用作近眼显示系统600的原色。在一些实施例中，根据实施例的显示面板可以使用多于三种原色。光源642中的每个像素可以包括三个子像素，包括红色微led、绿色微led和蓝色微led。半导体led通常包括在多层半导体材料内的有源发光层。多层半导体材料可以包括不同的复合材料或具有不同掺杂剂和/或不同掺杂密度的相同基本材料。例如，多层半导体材料可以包括n型材料层、可以包括异质结构(例如，一个或更多个量子阱)的有源区和p型材料层。多层半导体材料可以生长在具有某个取向的基板的表面上。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
79.控制器620可以控制图像源组件610的图像渲染操作，例如光源642和/或投影仪650的操作。例如，控制器620可以确定用于图像源组件610渲染一个或更多个显示图像的指令。指令可以包括显示指令和扫描指令。在一些实施例中，显示指令可以包括图像文件(例如位图(bitmap)文件)。例如，可以从控制台(例如上面参照图1描述的控制台110)接收显示指令。图像源组件610可以使用扫描指令来生成图像光。例如，扫描指令可以指定图像光源的类型(例如，单色或多色)、扫描速率、扫描装置的取向、一个或更多个照明参数或它们的任意组合。控制器620可以包括这里未示出以免模糊本公开的其他方面的硬件、软件和/或固件的组合。
80.在一些实施例中，控制器620可以是显示设备的图形处理单元(gpu)。在其他实施例中，控制器620可以是其他种类的处理器。由控制器620执行的操作可以包括获取用于显示的内容并将内容划分为离散的部分。控制器620可以向光源642提供扫描指令，该扫描指令包括对应于光源642的单独源元件的地址和/或施加到单独源元件的电偏压。控制器620可以指示光源642使用与最终显示给用户的图像中的一行或更多行像素相对应的光发射器
来顺序地呈现离散部分。控制器620还可以指示投影仪650执行对光的不同调整。例如，控制器620可以控制投影仪650以将离散部分扫描到如上文参照图5b所述的波导显示器(例如，波导显示器580)的耦合元件的不同区域。因此，在波导显示器的出射光瞳处，每个离散部分被呈现在不同的相应位置上。虽然每个离散部分在不同的相应时间被呈现，但离散部分的呈现和扫描发生得足够快，使得用户的眼睛可以将不同部分整合成单个图像或一系列图像。
81.图像处理器630可以是通用处理器和/或专用于执行本文所述特征的一个或更多个专用电路。在一个实施例中，通用处理器可以耦合到存储器以执行使处理器执行本文描述的特定过程的软件指令。在另一实施例中，图像处理器630可以是专用于执行特定特征的一个或更多个电路。虽然图6中的图像处理器630被示为与控制器620和驱动器电路644分离的独立单元，但在其他实施例中，图像处理器630可以是控制器620或驱动器电路644的子单元。换句话说，在这些实施例中，控制器620或驱动器电路644可以执行图像处理器630的各种图像处理功能。图像处理器630也可以被称为图像处理电路。
82.在图6所示的示例中，光源642可以由驱动器电路644基于从控制器620或图像处理器630发送的数据或指令(例如，显示和扫描指令)进行驱动。在一个实施例中，驱动器电路644可以包括连接到光源642的各个光发射器并机械地保持光源642的各个光发射器的电路板。光源642可以根据由控制器620设置并潜在地由图像处理器630和驱动器电路644调整的一个或更多个照明参数来发射光。光源642可以使用照明参数来生成光。例如，照明参数可以包括源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲式)、可能影响发射的光的一个或更多个其他参数或它们的任何组合。在一些实施例中，由光源642生成的源光可包括多束红光、绿光和蓝光、或它们的任意组合。
83.投影仪650可执行一组光学功能，例如聚焦、组合、调节或扫描由光源642生成的图像光。在一些实施例中，投影仪650可以包括组合组件、光调节组件或扫描反射镜组件。投影仪650可以包括一个或更多个光学部件，该一个或更多个光学部件光学地调整和潜在地重新引导来自光源642的光。对光的调整的一个示例可以包括调节光，例如扩展、准直、校正一个或更多个光学误差(例如，像场弯曲、色差等)、光的一些其他调整或它们的任何组合。例如，投影仪650的光学部件可以包括透镜、反射镜、光圈、光栅或它们的任何组合。
84.投影仪650可以经由其一个或更多个反射和/或折射部分重新引导图像光，使得图像光以特定取向朝向波导显示器进行投射。图像光被重新引导朝向波导显示器的位置可以取决于一个或更多个反射和/或折射部分的具体取向。在一些实施例中，投影仪650包括在至少两个维度上进行扫描的单个扫描反射镜。在其他实施例中，投影仪650可以包括多个扫描反射镜，每个扫描反射镜在彼此正交的方向上进行扫描。投影仪650可执行(水平或垂直)光栅扫描、双共振扫描或它们的任何组合。在一些实施例中，投影仪650可以以特定的振荡频率沿水平和/或垂直方向执行受控振动，以沿两个维度进行扫描并生成呈现给用户眼睛的媒体的二维投影图像。在其他实施例中，投影仪650可以包括可用于与一个或更多个扫描反射镜类似或相同功能的透镜或棱镜。在一些实施例中，图像源组件610可以不包括投影仪，其中由光源642发射的光可以直接入射在波导显示器上。
85.在半导体led中，通常通过有源区(例如，一个或更多个半导体层)内的电子和空穴的复合以一定的内部量子效率产生光子，其中，内部量子效率是有源区中发射光子的辐射
电子-空穴复合的比例。然后可以从led中在特定方向上或在特定立体角内提取所产生的光。从led中提取的发射的光子的数量与穿过led的电子的数量之比被称为外部量子效率，它描述了led将注入的电子转化为从器件中提取的光子的效率如何。
86.外部量子效率可以与注入效率、内部量子效率和提取效率成比例。注入效率指的是穿过器件注入有源区的电子的比例。提取效率是在有源区中产生的、从器件逃逸的光子的比例。对于led以及特别地具有减小的物理尺寸的微led，提高内部量子效率和外部量子效率和/或控制发射光谱可能具有挑战性。在一些实施例中，为了提高光提取效率，可以形成包括至少一些半导体材料层的台面。
87.图7a示出了具有垂直台面结构的led 700的示例。led 700可以是光源510、540或642中的光发射器。led 700可以是由无机材料(例如多层半导体材料)制成的微led。分层半导体发光器件可以包括多层iii-v族半导体材料。iii-v族半导体材料可以包括一种或更多种iii族元素(例如铝(al)、镓(ga)或铟(in))与v族元素(例如氮(n)、磷(p)、砷(as)或锑(sb))组合。当iii-v族半导体材料的v族元素包括氮时，iii-v族半导体材料被称为iii族氮化物材料。可以通过使用诸如气相外延(vpe)、液相外延(lpe)、分子束外延(mbe)或金属有机化学气相沉积(mocvd)等技术在基板上生长多个外延层来制造分层半导体发光器件。例如，半导体材料的层可以在具有某个晶格取向(例如，极性取向、非极性取向或半极性取向)的基板上逐层生长，例如gan基板、gaas基板或gap基板，或者包括但不限于以下的基板：蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化硼、铝酸锂、铌酸锂、锗、氮化铝、镓酸锂、部分被取代的尖晶石或共享β-lialo2结构的四元四方氧化物(quaternary tetragonal oxide)，其中可以在特定方向上切割基板，以暴露特定平面作为生长表面。
88.在图7a所示的示例中，led 700可以包括基板710，其可以包括例如蓝宝石基板或gan基板。半导体层720可以生长在基板710上。半导体层720可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层730可以生长在半导体层720上以形成有源区。有源层730可以包括iii-v族材料(例如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，例如一个或更多个量子阱或mqw。半导体层740可以生长在有源层730上。半导体层740可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层720和半导体层740中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。半导体层720和半导体层740夹着有源层730以形成发光区。例如，led 700可以包括位于掺杂有镁的p型gan层和掺杂有硅或氧的n型gan层之间的ingan层。在一些实施例中，led 700可以包括位于掺杂有锌或镁的p型alingap层与掺杂有硒、硅或碲的n型alingap层之间的alingap层。
89.在一些实施例中，可以生长电子阻挡层(ebl)(图7a中未示出)以在半导体层720或半导体层740中的至少一个和有源层730之间形成一层。ebl可以降低电子泄漏电流并提高led的效率。在一些实施例中，重掺杂半导体层750(例如p

或p

半导体层)可以形成在半导体层740上并且充当用于形成欧姆接触并降低器件的接触阻抗的接触层。在一些实施例中，导电层760可以形成在重掺杂半导体层750上。导电层760可以包括例如氧化铟锡(ito)或al/ni/au膜。在一个示例中，导电层760可以包括透明ito层。
90.为了与半导体层720(例如n-gan层)接触并更有效地从led 700中提取有源层730
发射的光，可以蚀刻半导体材料层(包括重掺杂半导体层750、半导体层740、有源层730和半导体层720)以暴露半导体层720并形成包括层720-760的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件内。蚀刻台面结构可导致形成可与生长平面正交的台面侧壁732。钝化层770可以形成在台面结构的侧壁732上。钝化层770可以包括氧化物层，例如sio2层，并且可以充当反射器以将发射的光从led 700反射出去。接触层780可以包括金属层(例如al、au、ni、ti或它们的任意组合)，接触层780可以形成在半导体层720上并且可以充当led 700的电极。此外，另一接触层790(诸如al/ni/au金属层)可以形成在导电层760上并可以充当led 700的另一电极。
91.当电压信号被施加到接触层780和790时，电子和空穴可以在有源层730中复合，其中电子和空穴的复合可以引起光子发射。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层730中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，algan有源层可以发射蓝光至紫外光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以被钝化层770反射并且可以从顶部(例如，导电层760和接触层790)或底部(例如，基板710)离开led 700。
92.在一些实施例中，led 700可以在光发射表面(例如基板710)上包括一个或更多个其他部件(例如透镜)以聚焦或准直发射的光或将发射的光耦合到波导中。在一些实施例中，led可以包括另一种形状(例如平面、圆锥形、半抛物线形或抛物线形)的台面，并且台面的基底区域(base area)可以是圆形、矩形、六边形或三角形。例如，led可以包括曲面形状(例如，抛物面形状)和/或非曲面形状(例如，圆锥形状)的台面。台面可以被截断或不被截断。
93.图7b是具有抛物线型台面结构的led 705的示例的横截面视图。类似于led 700，led 705可以包括多层半导体材料，例如多层iii-v族半导体材料。半导体材料层可以外延生长在基板715(例如gan基板或蓝宝石基板)上。例如，半导体层725可以生长在基板715上。半导体层725可以包括iii-v族材料(例如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。一个或更多个有源层735可以生长在半导体层725上。有源层735可以包括iii-v族材料(诸如一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层和/或一个或更多个gan层)，其可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱。半导体层745可以生长在有源层735上。半导体层745可以包括iii-v族材料(诸如gan)并且可以是p型掺杂的(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)或n型掺杂的(例如，掺杂有si或ge)。半导体层725和半导体层745中的一者可以是p型层并且另一者可以是n型层。
94.为了与半导体层725(例如，n型gan层)接触并更有效地从led 705中提取有源层735发射的光，可以蚀刻半导体层以暴露半导体层725并形成包括层725-745的台面结构。台面结构可以将载流子限制在器件的注入区域内。蚀刻台面结构可导致形成台面侧壁(在本文中也称为刻面)，该台面侧壁可与和层725-745的晶体生长相关联的生长平面不平行或在一些情况下与其正交。
95.如图7b所示，led 705可以具有包括平顶的台面结构。介电层775(例如，sio2或sinx)可以形成在台面结构的刻面上。在一些实施例中，介电层775可以包括多层介电材料。在一些实施例中，金属层795可以形成在介电层775上。金属层795可以包括一种或更多种金属或金属合金材料，诸如铝(al)、银(ag)、金(au)、铂(pt)、钛(ti)、铜(cu)或它们的任何组
合。介电层775和金属层795可以形成台面反射器，该台面反射器可以将有源层735发射的光朝向基板715反射。在一些实施例中，台面反射器可以是抛物线形状的以充当可以至少部分地准直发射的光的抛物线型反射器。
96.电触点765和电触点785可以分别形成在半导体层745和半导体层725上以充当电极。电触点765和电触点785可以各自包括导电材料(诸如al、au、pt、ag、ni、ti、cu或它们任意组合(例如，ag/pt/au或al/ni/au))，并可以充当led 705的电极。在图7b所示的示例中，电触点785可以是n型触点，并且电触点765可以是p型触点。电触点765和半导体层745(例如，p型半导体层)可以形成背向反射器(back reflector)以用于将有源层735发射的光往回朝向基板715反射。在一些实施例中，电触点765和金属层795包括(一种或更多种)相同的材料并且可以使用相同的工艺形成。在一些实施例中，可以包括附加导电层(未示出)作为在电触点765和785与半导体层之间的中间导电层。
97.当跨触点765和785施加电压信号时，电子和空穴可以在有源层735中复合。电子和空穴的复合可引起光子发射，从而产生光。发射的光子的波长和能量可以取决于有源层735中价带和导带之间的能带隙。例如，ingan有源层可以发射绿光或蓝光，而alingap有源层可以发射红光、橙光、黄光或绿光。发射的光子可以在许多不同的方向上传播，并且可以被台面反射器和/或背向反射器反射并且可以例如从图7b中所示的底侧(例如，基板715)离开led 705。一个或更多个其他次级光学部件(诸如透镜或光栅)可以形成在光发射表面(诸如基板715)上，以聚焦或准直发射的光和/或将发射的光耦合到波导中。
98.可以在晶圆上制造上述led的一维阵列或二维阵列以形成光源(例如，光源642)。可以例如使用cmos工艺在硅晶圆上制造驱动器电路(例如，驱动器电路644)。晶圆上的led和驱动器电路可以被切片(dice)，以及然后被键合在一起，或者可以在晶圆级键合且然后被切片。各种键合技术可以用于键合led和驱动器电路，例如粘合剂键合、金属到金属键合、金属氧化物键合、晶圆到晶圆键合、晶片到晶圆键合、混合键合等。
99.图8a示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶片到晶圆键合的方法的示例。在图8a所示的示例中，led阵列801可以包括在载体基板805上的多个led 807。载体基板805可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。可以通过例如在执行键合之前生长各种外延层、形成台面结构以及形成电触点或电极来制造led 807。外延层可以包括各种材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等，并且可以包括n型层、p型层和有源层，该有源层包括一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。电触点可以包括各种导电材料，诸如金属或金属合金。
100.晶圆803可以包括具有制造在其上的无源或有源集成电路(例如，驱动器电路811)的基础层(base layer)809。基础层809可以包括例如硅晶圆。驱动器电路811可以用于控制led 807的操作。例如，用于每个led 807的驱动器电路可以包括具有两个晶体管和一个电容器的2t1c像素结构。晶圆803还可包括键合层813。键合层813可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一些实施例中，可以在键合层813的表面上形成图案化层815，其中图案化层815可以包括由诸如cu、ag、au、al等导电材料制成的金属格栅(metallic grid)。
101.led阵列801可以经由键合层813或图案化层815键合至晶圆803。例如，图案化层
815可以包括由各种材料(诸如cusn、ausn或纳米多孔au)制成的金属焊盘或凸点，该金属焊盘或凸点可以用于将led阵列801中的led 807与晶圆803上的相对应的驱动器电路811对准。在一个示例中，可以将led阵列801朝向晶圆803，直到led 807与对应于驱动器电路811的相应金属焊盘或凸点接触。一些或所有led 807可以与驱动器电路811对准，并且然后可以通过各种键合技术(诸如金属到金属键合)经由图案化层815键合至晶圆803。在led 807已经键合至晶圆803之后，可以从led 807移除载体基板805。
102.图8b示出了根据某些实施例的用于led阵列的晶圆到晶圆键合的方法的示例。如图8b所示，第一晶圆802可以包括基板804、第一半导体层806、有源层808和第二半导体层810。基板804可以包括各种材料，诸如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。第一半导体层806、有源层808和第二半导体层810可以包括各种半导体材料，诸如gan、ingan、(algain)p、(algain)asp、(algain)asn、(algain)pas、(eu:inga)n、(algain)n等。在一些实施例中，第一半导体层806可以是n型层，而第二半导体层810可以是p型层。例如，第一半导体层806可以是n型掺杂gan层(例如，掺杂有si或ge)，并且第二半导体层810可以是p型掺杂gan层(例如，掺杂有mg、ca、zn或be)。例如，有源层808可以包括一个或更多个gan层、一个或更多个ingan层、一个或更多个alingap层等，有源层808可以形成一个或更多个异质结构，诸如一个或更多个量子阱或mqw。
103.在一些实施例中，第一晶圆802还可以包括键合层。键合层812可以包括各种材料，诸如金属、氧化物、电介质、cusn、auti等。在一个示例中，键合层812可以包括p触点和/或n触点(未示出)。在一些实施例中，其他层也可以被包括在第一晶圆802上，诸如在基板804和第一半导体层806之间的缓冲层。缓冲层可以包括各种材料，诸如多晶gan或aln。在一些实施例中，接触层可以在第二半导体层810和键合层812之间。接触层可以包括用于向第二半导体层810和/或第一半导体层806提供电触点的任何合适的材料。
104.第一晶圆802可以经由键合层813和/或键合层812键合至如上所述包括驱动器电路811和键合层813的晶圆803。键合层812和键合层813可以由相同材料或不同材料制成。键合层813和键合层812可以基本上是平坦的。第一晶圆802可以通过各种方法(诸如金属到金属键合、共晶键合、金属氧化物键合、阳极键合、热压键合、紫外线(uv)键合和/或熔融键合)键合至晶圆803。
105.如图8b所示，第一晶圆802可以以在第一晶圆802的p侧(例如，第二半导体层810)面朝下(即，朝向晶圆803)的情况下键合至晶圆803。在键合之后，可以从第一晶圆802移除基板804，并且然后可以从n侧处理第一晶圆802。例如，该处理可以包括为单独的led形成特定台面形状，以及形成与单独的led相对应的光学部件。
106.图9a-图9d示出了根据某些实施例的用于led阵列的混合键合的方法的示例。混合键合一般可以包括晶圆清洗和活化(activation)、一个晶圆的触点与另一晶圆的触点的高精度对准、在晶圆表面处的介电材料在室温下的介电键合以及通过在升高的温度下退火处理进行的触点的金属键合。图9a示出了其上制造有无源或有源电路920的基板910。如上文参照图8a-图8b所述，基板910可以包括例如硅晶圆。电路920可以包括用于led阵列的驱动器电路。键合层可以包括介电区940和通过电互连件922连接到电路920的触点焊盘930。触点焊盘930可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。介电区940中的介电材料可以包括sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛
光键合层，其中平坦化或抛光可能引起触点焊盘中的凹陷(碗状轮廓)。可以通过例如离子(例如等离子体)或快原子(例如ar)束905来清洗和活化键合层的表面。活化的表面可以是原子级清洗的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
107.图9b示出了包括如上文参照例如图7a-图8b所述的制造在其上的微led 970阵列的晶圆950。晶圆950可以是载体晶圆并且可以包括例如gaas、inp、gan、aln、蓝宝石、sic、si等。微led 970可以包括在晶圆950上外延生长的n型层、有源区和p型层。外延层可以包括上述各种iii-v族半导体材料，并且可以从p型层侧进行处理以在外延层中蚀刻台面结构，诸如基本上垂直的结构、抛物线型结构、圆锥形结构等。钝化层和/或反射层可以形成在台面结构的侧壁上。p触点980和n触点982可以形成在被沉积在台面结构上的介电材料层960中，并且可以分别与p型层和n型层进行电接触。介电材料层960中的介电材料可以包括例如sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。p触点980和n触点982可以包括例如cu、ag、au、al、w、mo、ni、ti、pt、pd等。p触点980、n触点982和介电材料层960的顶面可以形成键合层。可以使用例如化学机械抛光来平坦化和抛光键合层，其中抛光可能引起p触点980和n触点982中的凹陷。然后可以通过例如离子(例如，等离子体)或快原子(例如，ar)束915来清洗和活化键合层。活化的表面可以是原子级清洗的并且可以在晶圆例如在室温下接触时为反应性的，以用于在晶圆之间形成直接键合。
108.图9c示出了用于键合在键合层中的介电材料的室温键合工艺。例如，在包括介电区940和触点焊盘930的键合层以及包括p触点980、n触点982和介电材料层960的键合层被表面活化之后，晶圆950和微led 970可以被倒置并与基板910和在其上形成的电路接触。在一些实施例中，可以将压缩压力925施加到基板910和晶圆950，使得键合层彼此压靠。由于表面活化和触点中的凹陷，介电区940和介电材料层960可以由于表面吸引力而直接接触，并且可以反应并在它们之间形成化学键，因为表面原子可以具有悬空键并在活化后可能处于不稳定的能态。因此，介电区940和介电材料层960中的介电材料可以在热处理或压力的情况下或在不进行热处理或压力的情况下键合在一起。
109.图9d示出了在键合在键合层中的介电材料之后，键合在键合层中的触点的退火工艺。例如，触点焊盘930和p触点980或n触点982可以通过在例如约200℃-400℃或更高的温度下退火而被键合在一起。在退火工艺期间，热量935可以使得触点比介电材料膨胀更多(由于不同的热膨胀系数)，且因此可以闭合触点之间的凹陷间隙，使得触点焊盘930和p触点980或n触点982可以接触并且可以在活化的表面处形成直接的金属键合。
110.在两个键合的晶圆包括具有不同热膨胀系数(cte)的材料的一些实施例中，在室温下键合的介电材料可以有助于减少或防止由不同热膨胀引起的触点焊盘的不对准。在一些实施例中，为了进一步减少或避免在退火期间的高温下触点焊盘的不对准，可以在键合之前穿过部分或全部基板等在微led之间、在微led组之间形成沟槽。
111.在微led被键合至驱动器电路之后，可以减薄(thin)或移除在其上制造微led的基板，并且可以在微led的发光面上制造各种次级光学部件，以例如提取、准直和重新引导从微led的有源区发射的光。在一个示例中，可以在微led上形成微透镜，其中每个微透镜可以对应于相应的微led并且可以有助于提高光提取效率并且准直由微led发射的光。在一些实施例中，次级光学部件可以制造在微led的基板或n型层中。在一些实施例中，次级光学部件
可以制造在被沉积在微led的n型侧上的介电层中。次级光学部件的示例可以包括透镜、光栅、抗反射(ar)涂层、棱镜、光子晶体等。
112.图10示出了根据某些实施例的具有制造在其上的次级光学部件的led阵列1000的示例。led阵列1000可以通过使用上面参照例如图8a-图9d描述的任何合适的键合技术将led芯片或晶圆与包括在其上制造的电路的硅晶圆键合而制成。在图10所示的示例中，led阵列1000可以使用如上文参照图9a-图9d所述的晶圆到晶圆混合键合技术来进行键合。led阵列1000可以包括基板1010，基板1010可以是例如硅晶圆。集成电路1020(诸如led驱动器电路)可以被制造在基板1010上。集成电路1020可以通过互连件1022和触点焊盘1030连接到微led 1070的p触点1074和n触点1072，其中触点焊盘1030可以与p触点1074和n触点1072形成金属键合。基板1010上的介电层1040可以通过熔融键合而键合至介电层1060。
113.led芯片或晶圆的基板(未示出)可以被减薄或者可以被移除以暴露微led 1070的n型层1050。各种次级光学部件(诸如球面微透镜1082、光栅1084、微透镜1086、抗反射层1088等)可以形成在n型层1050的顶部之中或之上。例如，可以使用灰度掩模和对曝光光线(exposure light)具有线性响应的光致抗蚀剂，或使用通过图案化光致抗蚀剂层的热回流(thermal reflowing)形成的蚀刻掩模，来在微led 1070的半导体材料中蚀刻球面微透镜阵列。还可以使用类似的光刻技术或其他技术在被沉积在n型层1050上的介电层中蚀刻次级光学部件。例如，可以通过使用二元掩模图案化的聚合物层的热回流在聚合物层中形成微透镜阵列。聚合物层中的微透镜阵列可以被用作次级光学部件或可以被用作蚀刻掩模以将微透镜阵列的轮廓转移到介电层或半导体层中。介电层可以包括例如sicn、sio2、sin、al2o3、hfo2、zro2、ta2o5等。在一些实施例中，微led 1070可以具有多个相对应的次级光学部件，诸如微透镜和抗反射涂层、蚀刻在半导体材料中的微透镜和蚀刻在介电材料层中的微透镜、微透镜和光栅、球面透镜和非球面透镜等。图10中示出了三个不同的次级光学部件以示出可以形成在微led 1070上的次级光学部件的一些示例，这并不一定意味着对于每个led阵列同时使用不同的次级光学部件。
114.图11示出了包括耦合到波导的三个led阵列的显示设备1100的示例。led可以是μled。如图11的顶部所示，显示设备1100可以包括晶片1105、晶片1110和晶片1115，它们经由i/o凸点1150安装在背板1122上。晶片1105、1110和1115可以是led晶片。晶片1105可包括被配置为发射红色光的led阵列，例如图5a中所示的红色光发射器512。晶片1110可包括被配置为发射绿色光的led阵列，例如图5a中所示的绿色光发射器514。晶片1115可包括被配置为发射蓝色光的led阵列，例如图5a中所示的蓝色光发射器516。图5a所示的投影光学器件520中的每一个可以是分别准直来自红色光发射器512、绿色光发射器514和蓝色光发射器516的光的透镜。晶片1105、1110和1115被配置为沿着z方向共面，但是可以沿着x方向和/或y方向以任何合适的配置交错。可以在晶片1105和背板1122之间设置第一附加层1125，例如第一扇出电路。可以在晶片1110和背板1122之间设置第二附加层1130，例如第二扇出电路。可以在晶片1115和背板1122之间设置第三附加层1135，例如第三扇出电路。背板1122可以具有驱动器和图形功能。背板1122可以包括背板晶片1120，背板晶片1120被定位在晶片1105、1110或1115中的至少一个的下方，并且驱动晶片1105、1110和1115。
115.图11的底部显示了沿图11的顶部标记的线a-a截取的横截面。如图11的底部所示，可以提供再分布层(redistribution layer)1140以允许晶片1105、1110和1115与背板1122
对接，使得晶片1105、1110和1115不需要完全或精确地定位在背板1122的顶部。附加的i/o凸点1145可以设置在背板1122的下侧，以便在背板1122和传感器聚合芯片(sensor aggregation chip)(未示出)之间提供连接，并且向包括晶片1105、1110和1115的集成电路供电。
116.图12、图13a和图13b示出了将准直透镜与定位在背板上的晶片对准的方法的示例。该方法可以用于将准直透镜与晶片在x-y平面中的几微米内对准。对准可以防止由准直透镜透射的光束的离散(walk-off)。
117.在图12所示的第一种方法中，使用光刻在显示设备1200的背板1220的顶表面上形成两组接触焊盘。两组接触焊盘可以由金属制成。两组接触焊盘可同时或顺序形成。通过光刻形成两组接触焊盘可以确保准直透镜与晶片的高精度对准。在一些示例中，同时形成两组接触焊盘可以确保两组接触焊盘自动彼此对准。还可以通过控制光刻系统的操作来实现对准。形成第一组接触焊盘1255以在背板1220与晶片1205、晶片1210和晶片1215之间提供电接触。在组装期间，晶片1205、晶片1210和晶片1215中的每一个定位在第一组接触焊盘1255的相应第一子集上，并且可以经由第一组接触焊盘1255的相应第一子集连接到背板1220。此外，多个对准球1265定位在第二组接触焊盘1260上。对准球1265中的每一个可以由诸如焊料的易熔材料制成。相同的易熔材料可以用于将晶片1205、1210和1215与第一组接触焊盘1255连接在一起。
118.对准球1265可以具有各种形状。在一些示例中，对准球1265中的每一个可以具有球形形状，并且可以被称为球形对准球。每个球形对准球可以具有在大约0.1mm至大约1.0mm之间的直径，以及大约为1:1的纵横比。例如，每个球形对准球可以具有大约0.3mm /-0.001mm的直径。可以通过控制用于形成每个球形对准球的材料量来调整球形对准球的尺寸。可以在第二组接触焊盘1260上形成至少三个球形对准球。在其他示例中，对准球1265中的每一个可以具有长方形形状，并且可以被称为长方形对准球。可以在第二组接触焊盘1260上形成至少两个具有正交长轴的长方形对准球。
119.第一准直器组件1251可以与图12中所示的显示设备1200对准。第一准直器组件1251包括用于晶片1205、晶片1210和晶片1215中的每一个的准直透镜1252(例如图5a中所示的投影光学器件520之一)。此外，第一准直器组件1251包括用于形成在第二组接触焊盘1260上的对准球1265中的每一个的对应穴孔1253。在一些示例中，可以通过注塑第一准直器组件1251的塑料或聚合物材料来形成穴孔1253。穴孔1253可以具有带有圆形横截面的柱形形状，以匹配球形对准球。可替代地，穴孔1253可以具有带有长方形横截面的柱形形状，以匹配长方形对准球。
120.在易熔材料回流之后，通过将对准球1265插入第一准直器组件1251的对应穴孔1253中，将第一准直器组件1251的透镜1252与晶片1205、晶片1210和晶片1215对准。对准可以在任一方向上发生(例如，对准球1265可以垂直提升到对应穴孔1253中，或者对应穴孔1253可以围绕对准球1265垂直降低)。对准球1265中的每一个可以相对于对应穴孔1253具有大约0.005mm至0.010mm的间隙。第一准直器组件1251可用第一准直器组件1251和背板1220之间的粘合剂固定在适当位置。显示设备1200和准直器组件1251可以集成以形成显示投影仪。
121.在图13a和图13b所示的第二种方法中，使用光刻以在背板1320的顶表面上形成接
触焊盘1370和蚀刻的开口1375。接触焊盘1370和蚀刻的开口1375可以同时或顺序形成。通过光刻形成接触焊盘1370和蚀刻的开口1375可确保准直透镜与晶片的高精度对准。接触焊盘1370被形成以在背板1320与晶片1305、晶片1310和晶片1315之间提供电接触。接触焊盘1370可以由金属制成。在组装期间，晶片1305、晶片1310和晶片1315中的每一个都定位在接触焊盘1370的相应子集上，并且可以经由接触焊盘1370的相应子集键合到背板1320。诸如焊料的易熔材料可以用于将晶片1305、1310和1315与接触焊盘1370连接在一起。
122.图13b示出了开口1375和围绕开口1375的区域1380的示例的附加细节。开口1375可以被蚀刻穿过再分布层(rdl)的若干层。在图13b所示的示例中，开口1375被蚀刻穿过三个金属层1385和两个介电层1390。在此示例中，开口1375被蚀刻穿过金属通孔1395(例如铜通孔)。在此示例中，开口1375具有金属侧壁。在其他示例中，可以在蚀刻过程期间移除金属通孔，或者开口1375可以直接被蚀刻穿过rdl层。开口1375可以具有小深度和大宽度。例如，深度可以为大约30μm，并且宽度可以在大约200μm和大约500μm之间。
123.第二准直器组件1351可以与图13a所示的显示设备1300对准。第二准直器组件1351包括用于晶片1305、晶片1310和晶片1315中的每一个的准直透镜1352(例如图5a中所示的投影光学器件520之一)。此外，第二准直器组件1351包括用于蚀刻在背板1320的顶表面上的开口1375中的每一个的对应突起1354。在一些示例中，可以通过注塑第二准直器组件1351的塑料或聚合物材料来形成突起1354。突起1354可以具有带有圆形横截面的柱形形状，以匹配开口1375的圆形横截面。突起1354可以具有垂直侧壁或倾斜侧壁。
124.在易熔材料回流之后，通过将第二准直器组件1351的突起1354插入对应的开口1375中，将第二准直器组件1351的透镜1352与晶片1305、晶片1310和晶片1315对准。对准可以在任一方向上发生(例如，突起1354可以垂直降低到对应的开口1375中，或者对应的开口1375可以围绕突起1354垂直升高)。突起1354中的每一个可以相对于对应的开口1375具有大约0.005mm至0.010mm的间隙。第二准直器组件1351可用第二准直器组件1351和背板1320之间的粘合剂固定在适当位置。显示设备1300和准直器组件1351可以集成以形成显示投影仪。
125.与相关技术的对准方法相比，本文描述的对准方法可以提供更好的准确度。例如，相关技术方法可以使用安装背板的散热器中的穴孔来将散热器与pc板对准。散热器中的穴孔与pc板中的匹配穴孔对准，并且紧固件通过两组穴孔插入。然后将散热器夹定到pc板。该相关技术方法提供了非常粗略的对准，并且没有将晶片与特定的特征对准。相反，本文描述的对准方法使用高精度光刻来形成用于将晶片与准直透镜对准的特征。
126.图14是用于实现本文公开的一些示例的示例近眼显示器(例如，hmd设备)的示例电子系统1400的简化框图。电子系统1400可以用作上文描述的hmd设备或其他近眼显示器的电子系统。在该示例中，电子系统1400可以包括一个或更多个处理器1410和存储器1420。处理器1410可以被配置成执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适于在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器1410可以与在电子系统1400内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器1410可以跨过总线1440与其他图示的部件通信。总线1440可以是适于在电子系统1400内传输数据的任何子系统。总线1440可以包括多条计算机总线和另外的电路以传输数据。
127.存储器1420可以被耦合至处理器1410。在一些实施例中，存储器1420可以提供短
期存储和长期存储两者，并且可以被分成若干个单元。存储器1420可以是易失性的(诸如，静态随机存取存储器(sram)和/或动态随机存取存储器(dram))和/或非易失性的(诸如，只读存储器(rom)、闪存等)。此外，存储器1420可以包括可移动存储设备，诸如安全数字(sd)卡。存储器1420可以为电子系统1400提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器1420可以被分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器1420上。指令可以采取可以由电子系统1400可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码当在电子系统1400上(例如，使用多种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)编译和/或安装时，可以采取可执行代码的形式。
128.在一些实施例中，存储器1420可以存储多个应用模块1422至1424，应用模块1422至1424可以包括任何数量的应用。应用的示例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块1422-1424可以包括待由处理器1410执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块1422-1424中的某些应用或部分可以由其他硬件模块1480执行。在某些实施例中，存储器1420可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括另外的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。
129.在一些实施例中，存储器1420可以包括被加载在其中的操作系统1425。操作系统1425可以是可操作的，以启动由应用模块1422-1424提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1480以及与无线通信子系统1430的接口，无线通信子系统1430可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1425可以适于跨过电子系统1400的部件执行其他操作，包括线程管理(threading)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
130.无线通信子系统1430可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(诸如，设备、ieee 802.11设备、wi-fi设备、wimax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统1400可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1430的一部分或者作为耦合至系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1434。根据期望的功能，无线通信子系统1430可以包括单独的收发器，以与基站收发台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(诸如，无线广域网(wwan)、无线局域网(wlan)或无线个域网(wpan))进行通信。wwan可以是例如wimax(ieee 802.16)网络。wlan可以是例如ieee 802.11x网络。wpan可以是例如蓝牙网络、ieee 802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于wwan、wlan和/或wpan的任何组合。无线通信子系统1430可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统1430可以包括用于使用天线1434和无线链路1432来发送或接收数据(例如，hmd设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统1430、处理器1410和存储器1420可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。
131.电子系统1400的实施例还可以包括一个或更多个传感器1490。传感器1490可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximity sensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器或可操作以提供感测输出和/或接收感测输入的任何其他类似模块，例如深度传感器或
位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器1490可以包括一个或更多个惯性测量单元(imu)和/或一个或更多个位置传感器。imu可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于hmd设备的初始位置的hmd设备的估计位置。位置传感器可以响应于hmd设备的运动来生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于imu的误差校正的一种类型的传感器、或它们的任何组合。位置传感器可以位于imu的外部、imu的内部或者它们的任何组合。至少一些传感器可以使用结构光图案用于感测。
132.电子系统1400可以包括显示模块1460。显示模块1460可以是近眼显示器，并且可以以图形方式向用户呈现来自电子系统1400的信息，诸如图像、视频和各种指令。这样的信息可以从一个或更多个应用模块1422-1424、虚拟现实引擎1426、一个或更多个其他硬件模块1480、它们的组合或用于(例如，通过操作系统1425)为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中导出。显示模块1460可以使用lcd技术、led技术(包括例如oled、iled、μled、amoled、toled等)、发光聚合物显示(lpd)技术或某种其他显示技术。
133.电子系统1400可以包括用户输入/输出模块1470。用户输入/输出模块1470可以允许用户向电子系统1400发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块1470可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统1400的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块1470可以根据从电子系统1400接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。
134.电子系统1400可以包括相机1450，相机1450可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。相机1450还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于vr应用、ar应用或mr应用。相机1450可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。在一些实施方式中，相机1450可以包括两个或更多个相机，它们可以用于捕获3d图像。
135.在一些实施例中，电子系统1400可以包括多个其他硬件模块1480。其他硬件模块1480中的每一个可以是电子系统1400内的物理模块。虽然其他硬件模块1480中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块1480中的一些可以被临时配置成执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块1480的示例可包括例如音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(nfc)模块、可再充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其他硬件模块1480的一个或更多个功能可以以软件实现。
136.在一些实施例中，电子系统1400的存储器1420还可以存储虚拟现实引擎1426。虚拟现实引擎1426可以执行在电子系统1400内的应用并且从各种传感器接收hmd设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的任何组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1426接收的信息可以用于为显示模块1460产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1426可以为hmd设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外地，虚拟现实引擎1426可以响应于从用户输入/输出模块
1470接收的动作请求在应用内执行动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器1410可以包括可以执行虚拟现实引擎1426的一个或更多个gpu。
137.在各种实现中，上文描述的硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在可以使用有线连接或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实现中，一些部件或模块(例如，gpu、虚拟现实引擎1426和应用(例如，跟踪应用))，可以在与头戴式显示设备分离的控制台上被实现。在一些实现中，一个控制台可以被连接至多于一个hmd或者可以支持多于一个hmd。
138.在替代的配置中，不同的部件和/或另外的部件可以被包括在电子系统1400中。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上文描述的方式的方式被分布在部件中。例如，在一些实施例中，电子系统1400可以被修改为包括其他系统环境，诸如ar系统环境和/或mr环境。
139.上文讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在替代的配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来执行，和/或可以添加、省略和/或组合各种阶段。此外，关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中被组合。实施例的不同方面和要素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，并且因此许多要素是示例，其不将本公开内容的范围限制于那些具体示例。
140.在描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，为了避免模糊实施例，熟知的电路、过程、系统、结构和技术已经被示出而没有不必要的细节。此描述仅提供示例实施例，并且不意图限制本发明的范围、适用性或配置。而是，实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现各种实施例的使能描述(enabling description)。在不脱离如权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以在要素的功能和布置方面进行各种改变。
141.此外，一些实施例被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具有图中未包括的另外的步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。
142.对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的硬件或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，诸如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的要素。此外，可以采用到其他计算设备诸如网络输入/输出设备的连接。
143.参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以用于执行。另外地或替代地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实现中，计算机可读介质是物理存储介质和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的
常见形式包括例如磁介质和/或光学介质(诸如光盘(cd)或数字多功能盘(dvd))、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒、如下文描述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用(app)、子例程、模块、软件包、类、或指令、数据结构或程序语句的任何组合。
144.本领域技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用多种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在整个上文的描述中可以引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合来表示。
145.如本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这样的术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则意图表示a、b和c(此处以包含的意义使用)以及a、b或c(此处以排他的意义使用)。此外，如本文使用的术语“一个或更多个”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的示例，并且所要求保护的主题不限于该示例。此外，术语“......中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，诸如a、b或c，则可以被解释为表示a、b和/或c的任何组合，诸如a、ab、ac、bc、aa、abc、aab、aabbccc等。
146.此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现软件，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行在本公开中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在相同的处理器上或者以任何组合在不同的处理器上实现。
147.在设备、系统、部件或模块被描述为被配置成执行某些操作或功能的情况下，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(诸如微处理器)进行编程以(诸如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任何组合来完成这样的配置。过程可以使用多种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。
148.因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离如在权利要求中阐述的更广泛的范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施例，但是这些实施例并不意图是限制性的。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。