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JP6010420B2 - Light emitting element and stereoscopic image display device - Google Patents
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Description

本発明は、光の出射方向を特定する構造物を備えた発光素子及びこの発光素子を用いた立体画像表示装置に関する。   The present invention relates to a light emitting element including a structure for specifying a light emitting direction and a stereoscopic image display apparatus using the light emitting element.

従来、像再生型立体表示の代表的な方式として、ホログラフィ、パララクスステレオグラム、レンチキュラシート、インテグラル・フォトグラフィ(以下IPと称す)などが知られている。ホログラフィを除く、これらの方式の実用化に関しては、コヒーレント光を必要としない簡易な方式で早期に実現可能と考えられている。また、IPは水平方向に加え、垂直方向の視差情報も表現することができるため、自然な立体表示が可能な装置の早期実現に有望であると考えられている(例えば非特許文献1参照)。   Conventionally, holography, parallax stereogram, lenticular sheet, integral photography (hereinafter referred to as IP) and the like are known as representative methods of image reproduction type stereoscopic display. Regarding the practical application of these methods, excluding holography, it is thought that it can be realized at an early stage with a simple method that does not require coherent light. Moreover, since IP can express parallax information in the vertical direction in addition to the horizontal direction, it is considered promising for early realization of a device capable of natural stereoscopic display (see, for example, Non-Patent Document 1). .

IPの表示システムは、光線を再生する多数の微小なレンズ(要素レンズ)を配列したレンズアレイと、各レンズに対応した画像(要素画像)を多数並べて表示するディスプレイとによって構成される。観察者は、1つの要素レンズに対応する1つの要素画像から、観察者の位置に応じた部分的な情報を得、要素画像を要素レンズの数だけ並べた立体像を観察する。IPの表示システムにおいて、立体像の解像度は、要素レンズの解像度と、要素画像の解像度と、観視距離とで決まる。また、IPの表示システムの視域角については、要素レンズの性能が支配的な要因になる。このような事情から、実用的な立体像をIP方式で生成するには、発光素子と光学素子の高精細化・高機能化が不可欠である(例えば非特許文献2参照)。   The IP display system includes a lens array in which a large number of minute lenses (element lenses) that reproduce light rays are arranged, and a display that displays a large number of images (element images) corresponding to each lens. The observer obtains partial information corresponding to the position of the observer from one element image corresponding to one element lens, and observes a stereoscopic image in which element images are arranged by the number of element lenses. In the IP display system, the resolution of the stereoscopic image is determined by the resolution of the element lens, the resolution of the element image, and the viewing distance. Further, regarding the viewing zone angle of the IP display system, the performance of the element lens is a dominant factor. Under such circumstances, in order to generate a practical stereoscopic image by the IP method, it is indispensable to increase the definition and function of the light emitting element and the optical element (for example, see Non-Patent Document 2).

しかし、発光素子と光学素子の高精細化が進んでも、レンズを使用する光学系には、レンズの回折限界や焦点距離のように原理的に取り除くことができない性能限界も存在する。例えばディスプレイの画素サイズが、要素レンズの最小スポットサイズより小さくなると、映像ボケが発生するため、同時にスポットサイズも小さくする必要があるが、スポットサイズをAbbeの回折限界より小さくすることは原理的に不可能である。   However, even if the definition of the light emitting element and the optical element is increased, an optical system using a lens has performance limits that cannot be removed in principle, such as the diffraction limit and focal length of the lens. For example, if the pixel size of the display is smaller than the minimum spot size of the element lens, image blurring occurs, so it is necessary to reduce the spot size at the same time, but in principle it is necessary to make the spot size smaller than the Abbe diffraction limit. Impossible.

また、レンズを用いたシステムでの視域角は、要素レンズの焦点距離に反比例するが、視域角を大きくするために要素レンズの焦点距離を無限に小さくすることはできない。更に、視域角は、要素レンズのピッチに比例もするため、要素レンズのピッチを大きくすれば視域角の拡大が可能であるが解像度が劣化するので、レンズを用いた光学系における解像度と視域角には、トレードオフの関係がある。   The viewing zone angle in a system using a lens is inversely proportional to the focal length of the element lens, but the focal length of the element lens cannot be made infinitely small in order to increase the viewing zone angle. Furthermore, since the viewing zone angle is proportional to the pitch of the element lens, if the pitch of the element lens is increased, the viewing zone angle can be enlarged, but the resolution deteriorates. There is a trade-off relationship between viewing zone angles.

一方、発光素子の分野においては、自発光素子であるLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)は、近年、その発光特性が飛躍的に進歩したことから、各種用途で注目を集めている。LEDは、照明器具などへの応用においては光を拡散させる仕組みが必要となるほど放射光の直進性が強く、色純度の高さなど発光特性にも優れることから、ディスプレイの用途に有望なデバイスと考えられる。
ディスプレイの用途としては、例えば、特許文献1に、ウェハに形成したLEDを画素ごとに分離したのちに実装基板に転写して製作される、微細なLEDを2次元的に配列した高精細な画像表示装置が記載されている。
On the other hand, in the field of light-emitting elements, LEDs (Light Emitting Diodes), which are self-light-emitting elements, have attracted attention in various applications since their light-emitting characteristics have advanced dramatically in recent years. LED is a promising device for display applications because it has a high degree of light emission characteristics such as high color purity, as the light diffusivity is so strong that it needs a mechanism for diffusing light in applications such as lighting fixtures. Conceivable.
As an application of the display, for example, in Patent Document 1, a high-definition image in which fine LEDs are two-dimensionally arranged, which are manufactured by separating LEDs formed on a wafer for each pixel and then transferring them to a mounting substrate. A display device is described.

また、LEDの表面側に設けられる電極は、画素の開口率に関係するとともに、各画素の制御を確実に行う必要性から、様々な提案がなされており(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4など)、LEDの放射光の取り出し効率改善を目的とした微細構造をディスプレイに応用する試みも提案されている(特許文献5)。   Various proposals have been made on the electrodes provided on the surface side of the LED because they are related to the aperture ratio of the pixels and need to reliably control each pixel (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). In addition, an attempt to apply a fine structure to a display for the purpose of improving the extraction efficiency of LED radiation is proposed (Patent Document 5).

特開2002−62825号公報JP 2002-62825 A 特開2011−146597号公報JP 2011-146597 A 特開2011−114075号公報JP 2011-1114075 A 特開2010−171289号公報JP 2010-171289 A 特開2007−227355号公報JP 2007-227355 A

「超高精細映像技術・立体映像技術」、電子情報通信学会誌、2010年5月、Vol.93,No.5,p.372−381“Ultra-high-definition video technology / stereoscopic video technology”, Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, May 2010, Vol. 93, no. 5, p. 372-381 財団法人機械システム振興協会・財団法人光産業技術振興協会、「自然な立体視を可能とする空間像の形成に関する調査研究報告書−要旨−」、システム技術開発調査研究19−R−5,2008年3月,p.14−16Association for Promotion of Mechanical Systems and Optoelectronics Technology Promotion Association, “Survey Report on Formation of Spatial Image that Enables Natural Stereoscopic Vision—Summary”, Research Survey on System Technology Development 19-R-5, 2008 March, p. 14-16

立体画像の形成には、前記したようにレンズ又は表面形状を用いた光波制御が欠かせない。しかし、実装基板上に配置されたLEDには実装基板側から接する電極の他に、光出力を得る側であるLEDの表面側にも電極が形成されるため、表面にレンズを配置したり微細な構造物を形成したりするには、加工に充分な面積の開口部を確保する構造的な工夫が必要である。ディスプレイの高精細化のために画素の微細化・高密度化を図る上で、開口部への影響が少ない表面側の電極の構成が望まれている。   As described above, light wave control using a lens or a surface shape is indispensable for forming a stereoscopic image. However, in addition to the electrodes in contact with the LED mounted on the mounting substrate, electrodes are also formed on the surface side of the LED, which is the side from which light output is obtained. In order to form a simple structure, it is necessary to devise a structure that secures an opening having a sufficient area for processing. In order to achieve finer and higher-density pixels in order to increase the definition of the display, a configuration of a surface-side electrode that has little influence on the opening is desired.

しかしながら、特許文献1に記載された画像表示装置においては、チップに分離されたLEDからなる画素が実装基板上に配列され、更には近傍に電極を配置する必要があるが、電極の構成については開示されていない。また、特許文献2から特許文献5に記載されたLEDは、何れも光出射面側に電極を設ける構成であり、表面に充分な開口を得られる構造の提案は見られない。
そこで、本発明は、光の出射方向を特定する構造体を備え、画素の微細化・高密度化に適した発光素子及びこの発光素子を備えた立体画像表示装置を提供することを課題とする。
However, in the image display device described in Patent Document 1, it is necessary to arrange pixels composed of LEDs separated into chips on a mounting substrate and to arrange electrodes in the vicinity. Not disclosed. In addition, the LEDs described in Patent Document 2 to Patent Document 5 are all configured to have an electrode on the light emitting surface side, and no proposal of a structure that can provide a sufficient opening on the surface is found.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting element that includes a structure that specifies the light emission direction and is suitable for miniaturization and high density of pixels, and a stereoscopic image display device including the light-emitting element. .

前記した課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、第1半導体層と、発光層と、第2半導体層とがこの順で積層され、前記第1半導体層と接続する第1電極と、前記第2半導体層と接続する第2電極と、を備えた発光構造部を有する発光素子であって、前記第2半導体層の一部又は前記第2半導体層の上面に、前記発光層から出射した光の方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、前記第1電極は、前記構造物の直下であって、前記第1半導体層の下面の一部と接触するように設けられ、前記第2半導体層のキャリア移動度が前記第1半導体層のキャリア移動度よりも大きく、かつ前記発光層において前記第1半導体層を移動するキャリアと、前記第2半導体層を移動するキャリアとが再結合して発光する際に、当該再結合に要する時間である再結合時間が、当該再結合によって消滅したキャリアの補充に要する時間である緩和時間より短いように構成した。 To solve the problems described above, the light-emitting device according to the present invention includes a first semiconductor layer, a light emitting layer, a second semiconductor layer are laminated in this order, the first electrode connected to said first semiconductor layer And a second electrode connected to the second semiconductor layer, the light emitting element having a light emitting structure, wherein the light emitting layer is formed on a part of the second semiconductor layer or on the upper surface of the second semiconductor layer. An emission direction specifying unit having a structure for specifying the direction of light emitted from the first electrode, the first electrode being directly under the structure and in contact with a part of the lower surface of the first semiconductor layer The carrier mobility of the second semiconductor layer is greater than the carrier mobility of the first semiconductor layer and the carrier that moves in the light emitting layer through the first semiconductor layer; and the second semiconductor layer When the moving carrier recombines and emits light, Recombination time is the time required for the recombination is constructed as shorter than a is the relaxation time time required for replenishment of carriers extinguished by the recombination.

かかる構成によれば、発光素子は、第1電極及び第2電極間に電圧が印加されると、第1電極から第1半導体層を輸送層としてキャリア(例えば、第1半導体層をp型半導体層とすると、キャリアは正孔)が移動し、第2電極から第2半導体層を輸送層としてキャリア(例えば、第2半導体層をn型半導体層とすると、キャリアは電子)が移動し、両半導体層を移動してきたキャリアは発光層で再結合して発光して消滅する。このとき、発光層で消滅したキャリアを補充するために、第1半導体層を移動するキャリアが、第2半導体層を移動するキャリアよりも遅く、かつキャリアが補充される緩和時間よりも、再結合時間の方が短い。このため、発光層において、第1電極から第1半導体層を介して発光層に最も迅速にキャリア(正孔)が補充される領域である第1電極の直上領域でキャリアの再結合が発生する頻度が高く、選択的に発光する。
また、発光層の第1電極の直上領域で発光した光は、第1電極の直上に設けられた構造物に入射され、この構造物によって特定される予め定められた方向に光が出射される。
According to such a configuration, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the light emitting element uses the first semiconductor layer as the transport layer from the first electrode as a carrier (for example, the first semiconductor layer is a p-type semiconductor). In the case of a layer, carriers are holes), and carriers (for example, if the second semiconductor layer is an n-type semiconductor layer are carriers) move from the second electrode using the second semiconductor layer as a transport layer. Carriers that have moved through the semiconductor layer are recombined in the light emitting layer to emit light and disappear. At this time, in order to replenish the carriers annihilated in the light emitting layer, the carriers moving through the first semiconductor layer are recombined later than the carriers moving through the second semiconductor layer and the relaxation time during which the carriers are replenished. The time is shorter. For this reason, in the light-emitting layer, carrier recombination occurs in a region immediately above the first electrode, which is a region where carriers (holes) are replenished most rapidly from the first electrode through the first semiconductor layer. Frequency is high and selectively emits light.
The light emitted from the region immediately above the first electrode of the light emitting layer is incident on a structure provided directly above the first electrode, and the light is emitted in a predetermined direction specified by the structure. .

請求項に記載の発光素子は、前記構造物が、柱頭の出射面から光を出射するN本(Nは3以上の整数)の柱状部を有し、前記N本の柱状部は、前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に配置され、前記N本の柱状部の内、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記柱状部の柱の高さの差が、前記柱状部の内部における前記発光層が出射する光の波長の半分以下であるように構成した。 The light emitting device of claim 1, prior Symbol structures, N present for emitting light from the stigmas of the exit surface (N is an integer of 3 or more) has a columnar portion of the columnar portion of the N book, The light emitted from the light emitting layer is arranged in a ring shape within a range where interference is possible, and the height of at least one of the N columns is different from the height of the other columns, The difference in the height of the columns was set to be half or less of the wavelength of the light emitted from the light emitting layer inside the columnar portion.

かかる構成によれば、発光層からの光が構造物に入射され、複数の柱状部の出射面である柱頭から出射される。これらの出射面から出射された光は、発光素子の性質に基づいた低い干渉性を持っているため、複数の柱状部から出射される光が離れ過ぎない本構成によれば、互いに干渉して合成され光線が形成される。また、発光素子は、複数の柱状部のうちの少なくとも1本の高さをその他の柱状部の高さと異なるように構成することで、それぞれの出射面から出射された光に位相差を設け、当該位相差に応じた方向に光線を出射する。すなわち、発光素子は、予め設定された柱状部の高さの差に応じた特定の方向に光線を出射する。   According to this configuration, light from the light emitting layer is incident on the structure and is emitted from the stigma which is the emission surface of the plurality of columnar portions. Since the light emitted from these emission surfaces has low coherence based on the properties of the light emitting element, the light emitted from the plurality of columnar portions is not separated too much, the interference occurs with each other. Combined to form a light beam. Further, the light emitting element is configured such that the height of at least one of the plurality of columnar portions is different from the height of the other columnar portions, thereby providing a phase difference in the light emitted from each emission surface, A light beam is emitted in a direction corresponding to the phase difference. That is, the light emitting element emits a light beam in a specific direction corresponding to a preset height difference of the columnar part.

請求項に記載の発光素子は、請求項に記載の発光素子において、平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状部を囲む外接円の面積以下であるように構成した。
かかる構成によれば、発光素子は、第1電極の直上領域の発光層で発光した光が、各柱状部の出射面以外の発光素子の表面から漏れ出るのを抑制する。これによって、発光素子の表面から漏れ出た光と、各柱状部の出射面から出射された光との余分な干渉を抑制する。
The light emitting device according to claim 2 is configured such that, in a plan view, the area of the first electrode is equal to or less than the area of a circumscribed circle surrounding the N columnar portions in the light emitting device according to claim 1. did.
According to this configuration, the light emitting element suppresses light emitted from the light emitting layer in the region immediately above the first electrode from leaking from the surface of the light emitting element other than the emission surface of each columnar part. This suppresses excessive interference between the light leaking from the surface of the light emitting element and the light emitted from the emission surface of each columnar part.

請求項に記載の発光素子は、請求項又は請求項に記載の発光素子において、平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状部の面積の総和以上であるように構成した。
かかる構成によれば、第1電極の直上領域の発光層で発光した光の大部分を、各柱状部に入射させる。これによって、各柱状部の出射面から出射される光の強度が高くなる。
The light emitting device according to claim 3 is the light emitting device according to claim 1 or 2 , wherein the area of the first electrode is not less than the sum of the areas of the N columnar portions in plan view. Configured.
According to this configuration, most of the light emitted from the light emitting layer immediately above the first electrode is incident on each columnar part. Thereby, the intensity of light emitted from the emission surface of each columnar portion is increased.

請求項に記載の発光素子は、前記構造物が、上面から柱状に凹んだN本(Nは3以上の整数)の柱状凹部を有し、前記N本の柱状凹部は、前記発光層から発光する光が可干渉な範囲内に環状に設けられ、前記N本の柱状凹部の内、少なくとも1本の柱状凹部の深さが他の柱状凹部の深さと異なり、前記柱状凹部の深さの差が、前記柱状凹部の内部における前記発光層が出射する光の波長の半分以下であるように構成した。 The light emitting device according to claim 4, before Symbol structure has a columnar recess of the N recessed from the upper surface of the columnar (N is an integer of 3 or more), the columnar recess of the N present, the light-emitting layer Is provided in a ring shape within a coherent range, and the depth of at least one of the N columnar recesses is different from the depth of the other columnar recesses, and the depth of the columnar recesses The difference is configured to be not more than half of the wavelength of the light emitted from the light emitting layer inside the columnar recess.

かかる構成によれば、発光層からの光が構造物に入射され、複数の柱状凹部の出射面である底面から出射される。これらの出射面から出射された光は、発光素子の性質に基づいた低い干渉性を持っているため、複数の柱状部から出射される光が離れ過ぎない本構成によれば、互いに干渉して合成され光線が形成される。また、発光素子は、複数の柱状凹部のうちの少なくとも1つの深さをその他の柱状凹部の深さと異なるように構成することで、それぞれの出射面から出射された光に位相差を設け、当該位相差に応じた方向に光線を出射する。すなわち、発光素子は、予め設定された柱状凹部の深さの差に応じた特定の方向に光線を出射する。   According to such a configuration, light from the light emitting layer enters the structure and is emitted from the bottom surface, which is the emission surface of the plurality of columnar recesses. Since the light emitted from these emission surfaces has low coherence based on the properties of the light emitting element, the light emitted from the plurality of columnar portions is not separated too much, the interference occurs with each other. Combined to form a light beam. Further, the light emitting element is configured such that the depth of at least one of the plurality of columnar recesses is different from the depth of the other columnar recesses, thereby providing a phase difference in the light emitted from each emission surface, A light beam is emitted in a direction corresponding to the phase difference. That is, the light emitting element emits a light beam in a specific direction corresponding to a preset difference in the depth of the columnar recess.

請求項に記載の発光素子は、請求項に記載の発光素子において、平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状凹部を囲む外接円の面積以下であるように構成した。
かかる構成によれば、発光素子は、第1電極の直上領域の発光層で発光した光が、各柱状凹部の出射面以外の発光素子の表面から漏れ出るのを抑制する。これによって、発光素子の表面から漏れ出た光と、各柱状凹部の出射面から出射された光との余分な干渉を抑制する。
The light emitting device according to claim 5 is configured such that, in plan view, the area of the first electrode is equal to or less than the area of a circumscribed circle surrounding the N columnar recesses in the light emitting device according to claim 4. did.
According to this configuration, the light emitting element suppresses light emitted from the light emitting layer in the region immediately above the first electrode from leaking from the surface of the light emitting element other than the emission surface of each columnar recess. This suppresses excessive interference between the light leaking from the surface of the light emitting element and the light emitted from the exit surface of each columnar recess.

請求項に記載の発光素子は、請求項又は請求項に記載の発光素子において、平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状凹部の面積の総和以上であるように構成した。
かかる構成によれば、第1電極の直上領域の発光層で発光した光の大部分を、各柱状凹部に入射させる。これによって、各柱状凹部の出射面から出射される光の強度が高くなる。
The light emitting device according to claim 6 is the light emitting device according to claim 4 or 5 , wherein the area of the first electrode is not less than the sum of the areas of the N columnar recesses in plan view. Configured.
According to this configuration, most of the light emitted from the light emitting layer in the region immediately above the first electrode is incident on each columnar recess. This increases the intensity of light emitted from the exit surface of each columnar recess.

請求項に記載の発光素子は、請求項乃至請求項の何れか一項に記載の発光素子において、前記出射方向特定部の屈折率が、前記第2半導体層の屈折率よりも小さいように構成した。
かかる構成によれば、発光素子は、屈折率の小さな各柱状部又は各柱状凹部を導波する際に生じる位相差に応じて、光線の出射方向を特定する。
The light emitting device according to claim 7, in the light emitting device according to any one of claims 1 to 6, the refractive index of the emission direction identification unit is smaller than the refractive index of the second semiconductor layer It was configured as follows.
According to such a configuration, the light emitting element specifies the emission direction of the light beam according to the phase difference generated when guiding each columnar portion or each columnar recess having a small refractive index.

請求項に記載の立体画像表示装置は、インテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置であって、基板上に、発光素子を画素として2次元アレイ状に配列して設けた表示パネルと、少なくとも1つの前記画素を選択する画素選択手段と、を備え、前記発光素子は、第1半導体層と、発光層と、第2半導体層とがこの順で積層され、前記第1半導体層と接続する第1電極と、前記第2半導体層と接続する第2電極と、を備えた発光構造部を有し、前記第2半導体層の一部又は前記第2半導体層の上面に、前記発光層から出射した光の方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、前記第1電極は、前記構造物の直下であって、前記第1半導体層の下面の一部と接触するように設けられ、前記第2半導体層のキャリア移動度が前記第1半導体層のキャリア移動度よりも大きく、かつ前記発光層において前記第1半導体層を移動するキャリアと、前記第2半導体層を移動するキャリアとが再結合して発光する際に、当該再結合に要する時間である再結合時間が、当該再結合によって消滅したキャリアの補充に要する時間である緩和時間より短く、前記画素選択手段によって前記画素を選択して、選択した当該画素の発光と非発光とを制御するように構成した。 The stereoscopic image display device according to claim 8 is the stereoscopic image display device of the integral photography method, on a substrate, a display panel provided by arranging a two-dimensional array of light emission elements as pixels Pixel selection means for selecting at least one of the pixels, and the light emitting element includes a first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer stacked in this order, A light emitting structure having a first electrode to be connected and a second electrode to be connected to the second semiconductor layer, wherein the light emission is formed on a part of the second semiconductor layer or on an upper surface of the second semiconductor layer. An emission direction specifying portion having a structure for specifying the direction of light emitted from the layer, wherein the first electrode is directly under the structure and is in contact with a part of the lower surface of the first semiconductor layer Carrier movement of the second semiconductor layer Is larger than the carrier mobility of the first semiconductor layer, and the carrier moving through the first semiconductor layer and the carrier moving through the second semiconductor layer in the light emitting layer recombine and emit light. The recombination time, which is the time required for the recombination, is shorter than the relaxation time, which is the time required for the replenishment of the carriers annihilated by the recombination, and the pixel is selected by the pixel selection means, and the selected pixel emits light. And non-luminous control.

かかる構成によれば、立体画像表示装置は、画素選択手段によって、画素として2次元アレイ状に配列して設けられた発光素子を選択して、発光と非発光とを制御し、表示パネルにインテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像を表示する。このとき、例えば、複数の柱状部や複数の柱状凹部で構成された出射方向特定部によって、光の干渉を利用して各画素からの光線の出射方向が特定される。   According to such a configuration, the stereoscopic image display device selects light emitting elements arranged in a two-dimensional array as pixels by the pixel selecting unit, controls light emission and non-light emission, and integrates the display panel with the integration. 3D image of Le Photography system is displayed. At this time, for example, the emission direction of the light beam from each pixel is specified using the interference of light by the emission direction specifying unit configured by a plurality of columnar portions and a plurality of columnar recesses.

発明によれば、発光層の第1電極の直上領域を選択的に発光させることができるため、第1電極の形状を定めるだけで、出射方向特定部の構成に応じた発光層の必要な領域を発光させることができる。また、第2電極の配置によって出射方向特定部の構成が影響されないため、発光素子の微細化・高密度化が可能となる According to the present invention, since the region directly above the first electrode of the light emitting layer can be selectively made to emit light, the light emitting layer necessary for the configuration of the emission direction specifying portion is required only by determining the shape of the first electrode. The area can be illuminated. Further, since the configuration of the emission direction specifying portion is not affected by the arrangement of the second electrode, the light emitting element can be miniaturized and densified .

請求項又は請求項に記載の発明によれば、複数の柱状部又は複数の柱状凹部を設けるという簡単な構成の構造物で光の干渉を利用して光線の出射方向を特定することができるため、発光素子の微細化・高密度化を容易にすることができる。
請求項又は請求項に記載の発明によれば、発光素子の表面から漏れ出た光と、各柱状部又は各柱状凹部の出射面から出射された光との余分な干渉が抑制されるため、発光素子から出射される光線の方向の任意性が向上することができる。
請求項又は請求項に記載の発明によれば、各柱状部又は各柱状凹部の出射面から出射される光の強度を高くすることができるため、発光素子から出射される光線の明瞭性を向上することができる。
請求項に記載の発明によれば、屈折率の小さな材料で構成された各柱状部又は各柱状凹部を導波する際に生じる位相差に応じて、光線の出射方向を特定するため、所望の位相差を生じさせるために必要な柱状部の高さの差又は柱状凹部の深さの差の精度を緩和することができる。
請求項に記載の発明によれば、光の干渉を利用した出射方向特定部によって各画素からの光線の方向が特定されるため、レンズを用いた立体画像表示装置に比べて、高精細化することができる。
According to the invention described in claim 1 or claim 4 , it is possible to specify the light emitting direction by utilizing interference of light with a structure having a simple configuration in which a plurality of columnar portions or a plurality of columnar concave portions are provided. Therefore, miniaturization and high density of the light emitting element can be facilitated.
According to invention of Claim 2 or Claim 5 , the excess interference with the light which leaked from the surface of the light emitting element, and the light radiate | emitted from the output surface of each columnar part or each columnar recessed part is suppressed. Therefore, the arbitraryness of the direction of the light emitted from the light emitting element can be improved.
According to the invention described in claim 3 or claim 6 , since the intensity of light emitted from the emission surface of each columnar part or each columnar recess can be increased, the clarity of the light emitted from the light emitting element. Can be improved.
According to the seventh aspect of the invention, it is desirable to specify the emission direction of the light beam according to the phase difference generated when guiding each columnar part or each columnar concave part made of a material having a small refractive index. Therefore, the accuracy of the difference in the height of the columnar portions or the difference in the depth of the columnar recesses required to cause the phase difference can be reduced.
According to the invention described in claim 8 , since the direction of the light beam from each pixel is specified by the emission direction specifying unit using the interference of light, the definition is higher than that of a stereoscopic image display device using a lens. can do.

本発明の第1実施形態に係る発光素子の構成を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の構成を示す模式図であり、(a)は模式的平面図、(b)は(a)のA−A線における模式的断面図を示す。It is a schematic diagram which shows the structure of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is a schematic plan view, (b) shows typical sectional drawing in the AA of (a). 本発明における発光構造部の一条件における動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation | movement on one condition of the light emission structure part in this invention. 本発明における発光構造部の動作を説明するための説明図であり、(a)、(b)はキャリア濃度分布と再結合の様子を示し、(c)は発光構造部の模式的断面図を示す。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the light emission structure part in this invention, (a), (b) shows the mode of carrier concentration distribution and a recombination, (c) is typical sectional drawing of a light emission structure part. Show. 本発明における発光構造部の他の条件における動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the operation | movement on the other conditions of the light emission structure part in this invention. 本発明における発光構造部から外部に光が放射される領域を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the area | region where light is radiated | emitted outside from the light emission structure part in this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の柱状部の配置を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for demonstrating arrangement | positioning of the columnar part of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の柱状部の配置と発光領域との関係を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for demonstrating the relationship between arrangement | positioning of the columnar part of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a light emission area | region. 本発明の第1実施形態に係る発光素子による出射方向を特定する原理を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the principle which pinpoints the output direction by the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、(a)は模式的平面図、(b)は(a)のA−A線における模式的断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating a part of process in the manufacturing method of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is a schematic plan view, (b) is the AA line of (a). It is a typical sectional view in. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、(a)〜(c)は各工程における模式的断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating a part of process in the manufacturing method of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a)-(c) is typical sectional drawing in each process. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、(a)〜(c)は各工程における模式的断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating a part of process in the manufacturing method of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a)-(c) is typical sectional drawing in each process. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、(b)は模式的平面図、(a)は(b)のA−A線における模式的断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating a part of process in the manufacturing method of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is a schematic plan view, (a) is the AA line of (b). It is a typical sectional view in. 本発明の第1実施形態の変形例に係る発光素子の構成を示す模式図であり、(a)は模式的平面図、(b)は(a)のA−A線における模式的断面図を示す。It is a schematic diagram which shows the structure of the light emitting element which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention, (a) is typical top view, (b) is typical sectional drawing in the AA of (a). Show. 本発明の第2実施形態に係る発光素子の構成を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る発光素子の構成を示す模式図であり、(a)は模式的平面図、(b)は(a)のA−A線における模式的断面図を示す。It is a schematic diagram which shows the structure of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (a) is a schematic plan view, (b) shows typical sectional drawing in the AA of (a). 本発明の第2実施形態の変形例に係る発光素子の構成を示す模式図であり、(a)は模式的平面図、(b)は(a)のA−A線における模式的断面図を示す。It is a schematic diagram which shows the structure of the light emitting element which concerns on the modification of 2nd Embodiment of this invention, (a) is typical top view, (b) is typical sectional drawing in the AA of (a). Show. 本発明の第3実施形態に係るIP立体ディスプレイの概念図であり、(a)は正面図、(b)は斜視図である。It is a conceptual diagram of the IP stereoscopic display which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (a) is a front view, (b) is a perspective view. 本発明の第3実施形態に係るIP立体ディスプレイの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the IP stereoscopic display which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の発光素子を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面に示される部材等のサイズや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the light-emitting element of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the size and positional relationship of members and the like shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

<第1実施形態>
[発光素子の構造の概要]
まず、第1実施形態に係る発光素子1の構造について、図1及び図2を参照して説明する。本実施形態に係る発光素子1は、指向性の高い光を発光する素子であって、特定の方向に光線を射出する光線指向型の発光素子である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る発光素子1は、光を発する発光構造部2と、発光構造部2から放射された光を特定の方向に出射させる出射方向特定部3と、を積層して構成されている。
<First Embodiment>
[Outline of light emitting device structure]
First, the structure of the light emitting device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The light-emitting element 1 according to the present embodiment is an element that emits light having high directivity, and is a light-directional light-emitting element that emits light in a specific direction.
As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 1 according to this embodiment includes a light emitting structure 2 that emits light and an emission direction specifying unit 3 that emits light emitted from the light emitting structure 2 in a specific direction. And are laminated.

発光構造部2は、p型半導体層(第1半導体層)21と、発光層22と、n型半導体層(第2半導体層)23と、がこの順で積層され、p型半導体層21と電気的に接続するp側電極(第1電極)24と、n型半導体層23と電気的に接続するn側電極(第2電極)25とを備えて構成されている。発光構造部2は、陽極であるp側電極24と陰極であるn側電極25の間に所定のレベルの電圧パルスを印加することで、p型半導体層21に正孔が注入され、n型半導体層23に電子が注入され、発光層22で正孔と電子とが再結合して発光するLED素子である。p側電極24は、p型半導体層21の下面側の一部である中央部と接触するように設けられ、p型半導体層21との接触面が円形状となるように設けられている。また、n側電極25は、n型半導体層23の側面の一部と接触するように設けられている。   In the light emitting structure 2, a p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 21, a light emitting layer 22, and an n-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 23 are stacked in this order. A p-side electrode (first electrode) 24 that is electrically connected and an n-side electrode (second electrode) 25 that is electrically connected to the n-type semiconductor layer 23 are provided. The light emitting structure 2 applies a voltage pulse of a predetermined level between the p-side electrode 24 that is an anode and the n-side electrode 25 that is a cathode, so that holes are injected into the p-type semiconductor layer 21 and the n-type electrode. The LED element emits light when electrons are injected into the semiconductor layer 23 and holes and electrons are recombined in the light emitting layer 22. The p-side electrode 24 is provided so as to be in contact with a central portion that is a part on the lower surface side of the p-type semiconductor layer 21, and is provided so that the contact surface with the p-type semiconductor layer 21 has a circular shape. The n-side electrode 25 is provided so as to be in contact with part of the side surface of the n-type semiconductor layer 23.

本実施形態においては、n型半導体層23におけるキャリアである電子の移動度(キャリア移動度)は、p型半導体層21におけるキャリアである正孔の移動度(キャリア移動度)よりも大きく、また発光層22におけるキャリアの再結合時間が、キャリアの拡散時間に比べて短い半導体材料を用いて構成されている。このため、発光層22において、p側電極24とp型半導体層21との接触面の直上であって、当該接触面と略同じ平面形状の発光領域22aでキャリアの再結合が頻繁に生じて光を発光する。
なお、キャリア移動度と再結合時間と発光領域との関係の詳細については後記する。
In the present embodiment, the mobility of electrons that are carriers (carrier mobility) in the n-type semiconductor layer 23 is larger than the mobility of carriers that are carriers in the p-type semiconductor layer 21 (carrier mobility). The light-emitting layer 22 is configured using a semiconductor material in which the carrier recombination time is shorter than the carrier diffusion time. For this reason, in the light emitting layer 22, carrier recombination frequently occurs in the light emitting region 22 a that is directly above the contact surface between the p-side electrode 24 and the p-type semiconductor layer 21 and has substantially the same planar shape as the contact surface. Emits light.
Note that details of the relationship between the carrier mobility, the recombination time, and the light emitting region will be described later.

p型半導体層(第1半導体層)21は、p側電極24から注入されるキャリアである正孔を輸送する輸送層であり、下面の中央部に平面視で円形状に接触するp側電極24が設けられている。
n型半導体層(第2半導体層)23は、n側電極25から注入されるキャリアである電子を輸送する輸送層であり、側面の一部に接触するn側電極25が設けられている。また、n型半導体層23の上面には、出射方向特定部3が設けられており、発光層22の発光領域22aで発光した光を出射方向特定部3に導光する。n型半導体層23におけるキャリア移動度は、p型半導体層21におけるキャリア移動度よりも大きくなるように半導体材料が選択されている。
p型半導体層21及びn型半導体層23は、それぞれ単層構成とすることができるが、多層構造とすることもできる。
The p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 21 is a transport layer that transports holes that are carriers injected from the p-side electrode 24, and is a p-side electrode that contacts the center of the lower surface in a circular shape in plan view 24 is provided.
The n-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 23 is a transport layer that transports electrons that are carriers injected from the n-side electrode 25, and is provided with the n-side electrode 25 in contact with part of the side surface. In addition, an emission direction specifying unit 3 is provided on the upper surface of the n-type semiconductor layer 23, and guides light emitted from the light emitting region 22 a of the light emitting layer 22 to the emission direction specifying unit 3. The semiconductor material is selected such that the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23 is larger than the carrier mobility in the p-type semiconductor layer 21.
Each of the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 can have a single layer structure, but can also have a multilayer structure.

発光層22は、p型半導体層21とn型半導体層23との界面に設けられ、p型半導体層21を介して輸送されるキャリアである正孔と、n型半導体層23を介して輸送されるキャリアである電子とが再結合して発光する層である。発光層22は、p型半導体層21及びn型半導体層23におけるキャリア移動度と再結合時間との関係により、p側電極24とp型半導体層21との接触面の直上領域及びその近傍である発光領域22aが発光し、他の領域は発光しないように構成されている。   The light emitting layer 22 is provided at the interface between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23, and is transported through the n-type semiconductor layer 23 and holes that are carriers transported through the p-type semiconductor layer 21. This layer emits light by recombination with electrons as carriers. The light emitting layer 22 is formed in the region immediately above the contact surface between the p-side electrode 24 and the p-type semiconductor layer 21 and in the vicinity thereof, depending on the relationship between the carrier mobility and the recombination time in the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23. A certain light emitting area 22a emits light, and other areas do not emit light.

p型半導体層21、発光層22及びn型半導体層23からなる半導体層としては、GaN系やGaAs系などの化合物半導体、シリコン系の半導体などを用いることができる。また、発光領域22aをp側電極24とp型半導体層21との接触面の直上領域に一致させるためには、p型半導体層21及びn型半導体層23におけるキャリア移動の差が大きいほど好ましく、かつキャリアの再結合時間がキャリア移動度で定められるキャリアの拡散時間に比べて十分に小さいことが好ましい。このような半導体材料として、GaN系の化合物半導体を好適に用いることができる。
また、発光層22は、多層構成の量子井戸層を形成するようにしてもよい。
As the semiconductor layer composed of the p-type semiconductor layer 21, the light emitting layer 22, and the n-type semiconductor layer 23, a compound semiconductor such as GaN or GaAs, a silicon semiconductor, or the like can be used. Further, in order to make the light emitting region 22a coincide with the region directly above the contact surface between the p-side electrode 24 and the p-type semiconductor layer 21, it is preferable that the difference in carrier movement between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 is larger. The carrier recombination time is preferably sufficiently shorter than the carrier diffusion time determined by the carrier mobility. As such a semiconductor material, a GaN-based compound semiconductor can be preferably used.
Further, the light emitting layer 22 may form a quantum well layer having a multilayer structure.

なお、本実施形態において、発光構造部2は、p型半導体層21が下層となるように構成したが、n型半導体層23におけるキャリア移動度よりも大きなキャリア移動度を有するp型半導体層21を用いる場合は、n型半導体層23が下層となるように構成することができる。   In the present embodiment, the light emitting structure 2 is configured such that the p-type semiconductor layer 21 is a lower layer. However, the p-type semiconductor layer 21 having a carrier mobility larger than the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23. When n is used, the n-type semiconductor layer 23 can be configured as a lower layer.

発光領域22aは、発光層22の、p側電極24とp型半導体層21との接触面の直上領域及びその近傍に位置する領域である。前記したように、発光領域22aは、p型半導体層21及びn型半導体層23におけるキャリア移動度と再結合時間との関係により、発光層22において選択的に発光する領域である。   The light emitting region 22 a is a region located immediately above and in the vicinity of the contact surface of the light emitting layer 22 between the p-side electrode 24 and the p-type semiconductor layer 21. As described above, the light emitting region 22 a is a region that selectively emits light in the light emitting layer 22 due to the relationship between carrier mobility and recombination time in the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23.

p側電極(第1電極)24は、構造物3aの直下であって、p型半導体層21の下面に設けられ、p型半導体層21にキャリアを注入するための正電極である。p側電極24は、円柱形状をしており、その円形の上面がp型半導体層21の下面の一部と接触するように設けられている。p側電極24は、金属又はITO(インジウム・スズ酸化物)などの導電性化合物で構成される。また、p側電極24は、複数種類の導電材料を積層した多層構造としてもよい。
なお、p側電極24の形状は円柱状に限定されず、角柱状、針状、球状、半球状など、任意の形状とすることができる。また、p型半導体層21との接触面の形状は、円形状に限定されず、楕円形や多角形とすることもでき、接触面の形状及び大きさは、構造物3aの構造に応じて定めることができる。
また、p側電極24は、p型半導体層21を支持するための絶縁材料によって、p型半導体層21との接触面及び電源又は信号を入力するための配線との接続部以外を囲まれるようにしてもよい。
The p-side electrode (first electrode) 24 is a positive electrode provided directly below the structure 3 a and on the lower surface of the p-type semiconductor layer 21 to inject carriers into the p-type semiconductor layer 21. The p-side electrode 24 has a cylindrical shape, and is provided so that the circular upper surface is in contact with a part of the lower surface of the p-type semiconductor layer 21. The p-side electrode 24 is made of a conductive compound such as metal or ITO (indium tin oxide). The p-side electrode 24 may have a multilayer structure in which a plurality of types of conductive materials are stacked.
Note that the shape of the p-side electrode 24 is not limited to a cylindrical shape, and may be an arbitrary shape such as a prismatic shape, a needle shape, a spherical shape, or a hemispherical shape. In addition, the shape of the contact surface with the p-type semiconductor layer 21 is not limited to a circular shape, and may be an ellipse or a polygon. The shape and size of the contact surface depends on the structure of the structure 3a. Can be determined.
Further, the p-side electrode 24 is surrounded by an insulating material for supporting the p-type semiconductor layer 21 except for a contact surface with the p-type semiconductor layer 21 and a connection portion with a wiring for inputting a power source or a signal. It may be.

n側電極(第2電極)25は、n型半導体層23の側面の一部に設けられ、n型半導体層23にキャリアを注入するための負電極である。n側電極25は、n型半導体層23の一部と接触するように設けられればよく、側面の一部に限定されず、側面の上部を囲むように設けたり、平面視で構造物3aが設けられた領域を除く上面の外縁部に設けたりしてもよい。何れにしても、n型半導体層23の上面に構造物3aを設ける上で、障害とならない箇所に設けることが好ましい。n側電極25は、前記したp側電極と同様に、金属や導電性化合物を用いて構成することができる。   The n-side electrode (second electrode) 25 is a negative electrode that is provided on a part of the side surface of the n-type semiconductor layer 23 and injects carriers into the n-type semiconductor layer 23. The n-side electrode 25 may be provided so as to be in contact with a part of the n-type semiconductor layer 23, and is not limited to a part of the side surface. The n-side electrode 25 may be provided so as to surround the upper part of the side surface, or the structure 3a may be provided in plan view. You may provide in the outer edge part of the upper surface except the provided area | region. In any case, it is preferable to provide the structure 3a on the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 so as not to become an obstacle. The n-side electrode 25 can be configured using a metal or a conductive compound, similarly to the above-described p-side electrode.

出射方向特定部3は、発光構造部2の上面側に設けられ、発光構造部2の発光層22が発光する光を、光の干渉作用を利用して発光素子1から出射する光の方向を特定する構造物3aを有している。本実施形態では、出射方向特定部3は、底部30の上面30aに構造物3aを有している。
底部30の上面30aは、構造物3aが設けられた領域以外は平坦面であり、所定領域を取り囲むように、3つ以上の柱(柱状部)を有し、少なくとも一つの柱状部の底部30の上面30aからの高さ(以下、単に「柱状部の高さ」という)が、他の柱状部の高さと異なり、これらすべての柱状部の上面から光を射出する。そして、これらの柱状部の上面から出射する光同士の干渉を利用して、特定の方向に強度を有するようにするものである。
The emission direction specifying unit 3 is provided on the upper surface side of the light emitting structure unit 2, and changes the direction of the light emitted from the light emitting element 1 by using the light interference action of the light emitted from the light emitting layer 22 of the light emitting structure unit 2. It has the structure 3a to identify. In the present embodiment, the emission direction specifying part 3 has a structure 3 a on the upper surface 30 a of the bottom part 30.
The upper surface 30a of the bottom portion 30 is a flat surface other than the region where the structure 3a is provided, has three or more columns (columnar portions) so as to surround the predetermined region, and the bottom portion 30 of at least one columnar portion. Unlike the heights of the other columnar portions, the height from the upper surface 30a (hereinafter simply referred to as the “columnar portion height”) emits light from the upper surfaces of all these columnar portions. And it makes it have intensity | strength in a specific direction using the interference of the lights radiate | emitted from the upper surface of these columnar parts.

構造物3aは、発光構造部2の発光層22が発光する光を、光の干渉作用を利用して発光素子1から出射する光の方向を特定するものである。本実施形態においては、構造物3aは、横断面が円形状の3つの柱状部31,32,33から構成されている。なお、本実施形態においては、柱状部33が柱状部31,32よりも低いものとして説明する。   The structure 3a specifies the direction of the light emitted from the light emitting element 1 by using the light interference action of the light emitted from the light emitting layer 22 of the light emitting structure section 2. In the present embodiment, the structure 3a is composed of three columnar portions 31, 32, 33 having a circular cross section. In the present embodiment, the columnar portion 33 is described as being lower than the columnar portions 31 and 32.

底部30は、出射方向特定部3の土台となる部分であり、発光構造部2の上面に接している。底部30の上面30aは、構造物3aが設けられた領域を除いて平坦面であり、構造物3aとして、3つの柱状部31,32,33が設けられている。
柱状部31,32,33は、底部30を介して、発光構造部2から入射される光を伝搬させ、それぞれの上面31a,32a,33aから出射する導光部材である。柱状部31,32,33は、底部30の上面において、柱状部33の底部30の上面からの高さは、柱状部31,32の底部30の上面からの高さより低くなるように形成されている。柱状部31,32,33の上面31a,32a,33aから出射された光は干渉し合い、柱状部31,32,33の配置に応じた方向(底部30の上面30aに平行な平面内の方位、及びその平面に対する仰角)に強度を有する光線が出射方向特定部3から出射される。
なお、出射方向特定部3により光の出射方向を特定する原理の詳細については、後記する。
The bottom portion 30 is a portion that becomes a base of the emission direction specifying portion 3, and is in contact with the upper surface of the light emitting structure portion 2. The upper surface 30a of the bottom 30 is a flat surface except for the region where the structure 3a is provided, and three columnar parts 31, 32, 33 are provided as the structure 3a.
The columnar portions 31, 32, and 33 are light guide members that propagate light incident from the light emitting structure portion 2 through the bottom portion 30 and emit the light from the upper surfaces 31 a, 32 a, and 33 a. The columnar portions 31, 32, 33 are formed on the upper surface of the bottom portion 30 such that the height of the columnar portion 33 from the upper surface of the bottom portion 30 is lower than the height of the columnar portions 31, 32 from the upper surface of the bottom portion 30. Yes. The light emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a of the columnar portions 31, 32, 33 interferes with each other, and the direction according to the arrangement of the columnar portions 31, 32, 33 (the direction in the plane parallel to the upper surface 30a of the bottom portion 30). , And an elevation angle with respect to the plane) is emitted from the emission direction specifying unit 3.
The details of the principle of specifying the light emission direction by the emission direction specifying unit 3 will be described later.

出射方向特定部3は、入射される光に対して透光性を有する材料で構成することができる。例えば、SiOやAlなどの誘電体材料を用いることができる。また、n型半導体層23と同様の半導体材料を用いて構成することもできる。
また、本実施形態における出射方向特定部3は、底部30を介して柱状部31,32,33を設けるように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、底部30を設けずに、構造物3aである柱状部31,32,33を、直接に発光構造部2の上面に設けるようにしてもよい。また、発光構造部2の上面に出射方向特定部3を設けるのではなく、発光構造部2の上部であるn型半導体層23の一部(例えば、n型バッファ層)を加工して、柱状部31,32,33を形成するようにしてもよい。
また、柱状部31,32,33は、円柱形状に限定されるものではなく、多角柱であってもよい。また、柱状部の数は、3本以上であればよく、例えば、6本とすることもできる。
The emission direction specifying unit 3 can be made of a material having translucency with respect to incident light. For example, a dielectric material such as SiO 2 or Al 2 O 3 can be used. Further, the semiconductor material similar to that of the n-type semiconductor layer 23 can be used.
Moreover, although the output direction specifying part 3 in the present embodiment is configured to provide the columnar parts 31, 32, 33 via the bottom part 30, the present invention is not limited to this. For example, the columnar portions 31, 32, and 33 that are the structures 3 a may be provided directly on the upper surface of the light emitting structure portion 2 without providing the bottom portion 30. Further, instead of providing the emission direction specifying portion 3 on the upper surface of the light emitting structure portion 2, a part of the n-type semiconductor layer 23 (for example, the n-type buffer layer) that is the upper portion of the light emitting structure portion 2 is processed to form a column The portions 31, 32, and 33 may be formed.
Moreover, the columnar parts 31, 32, and 33 are not limited to a cylindrical shape, and may be polygonal columns. Moreover, the number of columnar parts should just be three or more, for example, can also be set to six.

[キャリア移動度と再結合時間と発光領域との関係]
次に、図3から図5を参照して、p型半導体層21及びn型半導体層23におけるキャリア移動度とキャリアの再結合時間と発光領域22aとの関係について説明する。なお、ここでは、p型半導体層21におけるキャリアを正孔とし、n型半導体層23におけるキャリアを電子とし、電子の移動度は、正孔の移動度よりも大きいものとして説明する。
図3の左側に示すように、p側電極24とn側電極25との間に電圧を印加すると、発光構造部2において、模式的に電気力線(破線)で示したように電界が形成される。
p型半導体層21におけるキャリアである正孔及びn型半導体層23におけるキャリアである電子は、この電界を打ち消すように移動する。その結果、図3の右側に模式的に示したように、キャリア濃度分布が形成される。
なお、図3の右側に示したキャリア濃度分布の図は、左側に示した発光構造部2における二点鎖線に沿った横断面を斜め上方から観察した様子を示したものであり、濃く示した領域ほどキャリア濃度が高いことを示している。
また、図3においては、p型半導体層21とn型半導体層23との接合部である発光層22の近傍を拡大して示しており、アスペクトなどは、図1及び図2に示した発光構造部2と正確に対応しているものではない。後記する図4、図5についても同様である。
[Relationship between carrier mobility, recombination time and emission region]
Next, the relationship among the carrier mobility, the carrier recombination time, and the light emitting region 22a in the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 will be described with reference to FIGS. Here, it is assumed that the carriers in the p-type semiconductor layer 21 are holes, the carriers in the n-type semiconductor layer 23 are electrons, and the electron mobility is higher than the hole mobility.
As shown on the left side of FIG. 3, when a voltage is applied between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25, an electric field is formed in the light emitting structure 2 as schematically indicated by the lines of electric force (broken lines). Is done.
Holes that are carriers in the p-type semiconductor layer 21 and electrons that are carriers in the n-type semiconductor layer 23 move so as to cancel this electric field. As a result, a carrier concentration distribution is formed as schematically shown on the right side of FIG.
Note that the carrier concentration distribution shown on the right side of FIG. 3 shows a state in which the cross section along the two-dot chain line in the light emitting structure 2 shown on the left side is observed obliquely from above, and is shown darkly. The region shows that the carrier concentration is higher.
3 shows an enlarged view of the vicinity of the light-emitting layer 22 that is a junction between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23. The aspect and the like of the light emission shown in FIG. 1 and FIG. It does not correspond exactly to the structure part 2. The same applies to FIGS. 4 and 5 to be described later.

図3に示したキャリア濃度分布のように分布した電子と正孔とは、ある確率に基づいて再結合し、光を発して消滅する。このため、再結合に伴って電界(すなわち、電荷分布)は変動する。そして、電子と正孔とは、電荷が失われた領域における濃度勾配を解消するように移動する。このとき、再結合に要する時間(以下、再結合時間という)が、電子と正孔とが濃度勾配を解消するべく移動に要する時間(以下、緩和時間という)に比べて十分に速い(短い)場合は、電界は、図3に示した定常的な状態には戻らない。これは、再結合時間が、キャリアの輸送層であるp型半導体層21及びn型半導体層23における緩和時間よりも短い場合は、電子と正孔とは、対になる条件が揃った時点で直ぐに再結合して消滅するためである。
なお、再結合時間が緩和時間に比べて十分に短いかどうかについては、キャリアが電極のサイズと同程度の領域に広がるのに要する時間である拡散時間を用いた評価の説明において後述する。
The electrons and holes distributed like the carrier concentration distribution shown in FIG. 3 recombine based on a certain probability, and emit light and disappear. For this reason, the electric field (that is, charge distribution) fluctuates with recombination. The electrons and holes move so as to eliminate the concentration gradient in the region where the charge is lost. At this time, the time required for recombination (hereinafter referred to as recombination time) is sufficiently faster (short) than the time required for movement of electrons and holes to eliminate the concentration gradient (hereinafter referred to as relaxation time). In this case, the electric field does not return to the steady state shown in FIG. This is because, when the recombination time is shorter than the relaxation time in the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 which are carrier transport layers, when the conditions for pairing electrons and holes are met. This is because they immediately recombine and disappear.
Whether or not the recombination time is sufficiently shorter than the relaxation time will be described later in the description of the evaluation using the diffusion time, which is the time required for carriers to spread in a region of the same size as the electrode size.

図4を参照して、n型半導体層23におけるキャリア移動度がp型半導体層21におけるキャリア移動度よりも大きく、再結合時間が緩和時間に比べて十分に小さい場合の発光領域22aについて説明する。
再結合が起こらないことを仮定した初期状態では、図4(a)に示すように、キャリア濃度分布は、電界分布に依存した分布となる。このとき、発光層22において再結合が発生する頻度は、電界の勾配が大きな領域L、すなわち、p型半導体層21内の正孔濃度の高い領域の点P1とn型半導体層23内の対応する点Q1間、ないしn型半導体層23内の電子濃度の高い領域の点Q2とp型半導体層21内の対応する点P2間で高くなる。
With reference to FIG. 4, the light emitting region 22a in the case where the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23 is larger than the carrier mobility in the p-type semiconductor layer 21 and the recombination time is sufficiently smaller than the relaxation time will be described. .
In an initial state assuming that no recombination occurs, the carrier concentration distribution is a distribution that depends on the electric field distribution, as shown in FIG. At this time, the frequency at which recombination occurs in the light emitting layer 22 corresponds to the correspondence between the point P1 in the region L where the gradient of the electric field is large, that is, the region where the hole concentration is high in the p-type semiconductor layer 21, It becomes higher between the point Q1 or the point Q2 in the high electron concentration region in the n-type semiconductor layer 23 and the corresponding point P2 in the p-type semiconductor layer 21.

再結合が発生してキャリアが消滅すると、一時的にp型半導体層21及びn型半導体層23において、発光層22の近傍のキャリア濃度が低下する。ここで、移動度の大きい(移動の速い)キャリアである電子は、移動度の小さい(移動の遅い)キャリアである正孔が発光層22に到達するまでの間に、濃度勾配を緩和するべく対応する半導体層内に偏在する。すなわち、図4(b)に示すように、電子の高濃度領域の点Q2のみならず、電子の低濃度領域の点Q1においても、電子が速やかに補充される。   When recombination occurs and carriers disappear, the carrier concentration in the vicinity of the light emitting layer 22 in the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 temporarily decreases. Here, electrons that are carriers with high mobility (fast movement) should relax the concentration gradient until holes that are carriers with low mobility (slow movement) reach the light emitting layer 22. It is unevenly distributed in the corresponding semiconductor layer. That is, as shown in FIG. 4B, electrons are quickly replenished not only at the point Q2 in the high concentration region of electrons but also at the point Q1 in the low concentration region of electrons.

一方、キャリア移動度の小さな正孔は、図4(b)に示すように、正孔濃度の高濃度領域の点P1に対しては比較的速く補充されるが、正孔の低濃度領域の点P2に対しては補充に時間がかかる。従って、再結合の発生が連続すると、正孔の低濃度領域においては、キャリア(正孔)不足の状態となる。このため、再結合の発生する頻度は、正孔の高濃度領域L1で高く、正孔の低濃度領域L2では低くなる。
従って、図4(c)に示すように、電界強度が高いために高い正孔濃度が維持される発光層22のp側電極24の直上近傍の発光領域22aで、選択的に再結合が発生する。
この傾向はp型半導体層21とn型半導体層23とにおけるキャリア移動度の差が大きいほど顕著となるので、その差を充分に大きくとれば、n側電極25の配置に関わらず、p側電極24の形状とサイズとに応じた局在発光が得られるようになる。すなわち、発光層22のp側電極24の直上領域を、局所的に光を発する発光領域22aとすることができる。
On the other hand, holes having a low carrier mobility are replenished relatively quickly with respect to the point P1 in the high-concentration region, as shown in FIG. It takes time to replenish the point P2. Therefore, when the occurrence of recombination continues, the carrier (hole) is insufficient in the low concentration region of holes. For this reason, the frequency with which recombination occurs is high in the high concentration region L1 of holes and low in the low concentration region L2 of holes.
Therefore, as shown in FIG. 4C, recombination selectively occurs in the light emitting region 22a immediately above the p-side electrode 24 of the light emitting layer 22 where the high hole concentration is maintained due to the high electric field strength. To do.
This tendency becomes more prominent as the difference in carrier mobility between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 becomes larger. If the difference is made sufficiently large, the p-side becomes independent of the arrangement of the n-side electrode 25. Localized light emission corresponding to the shape and size of the electrode 24 can be obtained. That is, the region immediately above the p-side electrode 24 of the light emitting layer 22 can be a light emitting region 22a that emits light locally.

次に、図5を参照して、再結合時間が緩和時間に比べて十分には短くない場合、又はp型半導体層21及びn型半導体層23におけるキャリア移動度の差が十分には大きくない場合の発光領域22aついて説明する。
再結合時間が長い場合に起こる現象と、キャリアの移動度の差が小さい場合に起こる現象とは見かけ上は同様であり、右側の図に示すように、p型半導体層21のキャリア(正孔)の高濃度領域と、n型半導体層23のキャリア(電子)の高濃度領域とを結んだ領域に広がった領域Lで発光が得られる。すなわち、発光構造部2においては、左側の図に示すように、p側電極24の直上領域に対して、n側電極25寄りの領域が発光領域22aとなる。
Next, referring to FIG. 5, when the recombination time is not sufficiently shorter than the relaxation time, or the difference in carrier mobility between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 is not sufficiently large. The light emitting region 22a in this case will be described.
The phenomenon that occurs when the recombination time is long and the phenomenon that occurs when the difference in carrier mobility is small are apparently the same, and as shown in the diagram on the right side, carriers (holes) in the p-type semiconductor layer 21 are present. ) And a region L extending in a region connecting the high concentration region of the n-type semiconductor layer 23 and the carrier (electron) high concentration region. That is, in the light emitting structure 2, as shown in the left diagram, a region near the n-side electrode 25 is a light-emitting region 22 a with respect to a region immediately above the p-side electrode 24.

再結合時間が長い場合には、キャリア濃度は常に図3に示したような分布を取ることが可能である。このため、双方の高濃度領域が等しく発光領域の拡大に影響する。
一方、キャリア移動度の差が小さい場合には、電界分布が図3に示した分布に近いものとなる。このため、キャリアの移動は電気力線に沿ったものとなり、発光は電気力線の密なる部分に広がって得られる。
When the recombination time is long, the carrier concentration can always take a distribution as shown in FIG. For this reason, both high density regions equally affect the expansion of the light emitting region.
On the other hand, when the difference in carrier mobility is small, the electric field distribution is close to the distribution shown in FIG. For this reason, the movement of the carrier is along the electric lines of force, and the light emission is obtained by spreading in the dense part of the electric lines of force.

これらの条件では発光領域22aは、電極に印加される電圧により形成される電界の強度に依存するため、発光が局在化される効果が低下する。すなわち、これらの条件では、発光領域22aの場所は、p側電極24及びn側電極25の両方の電極の配置に依存することとなる。
従って、このような場合においては、n側電極25がn型半導体層23の表面を均一に覆うように配置したり、n側電極25がn型半導体層23の表面の少なくともp側電極24の上方領域を取り囲むように、p側電極24の上方領域以外を覆うように配置したりすることで、n型半導体層23におけるキャリア濃度分布が一様ないし略一様にすることができる。そして、これによって、p側電極24の形状及び配置に応じた局所的な発光を得ることが可能である。特に、n側電極25を、p側電極24が配置された領域の中心軸に対して、対称になるように配置することが好ましい。これによって、n型半導体層23における電子の濃度分布が、p側電極24が配置された領域の中心軸に対して対象となるため、発光領域22aとp側電極24が配置された領域の中心軸とが一致する。すなわち、p側電極が配置された領域の直上領域を発光領域22aとすることができる。
Under these conditions, the light emitting region 22a depends on the strength of the electric field formed by the voltage applied to the electrode, so that the effect of localizing the light emission is reduced. That is, under these conditions, the location of the light emitting region 22a depends on the arrangement of both the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25.
Therefore, in such a case, the n-side electrode 25 is disposed so as to uniformly cover the surface of the n-type semiconductor layer 23, or the n-side electrode 25 is at least of the p-side electrode 24 on the surface of the n-type semiconductor layer 23. The carrier concentration distribution in the n-type semiconductor layer 23 can be made uniform or substantially uniform by arranging so as to cover the region other than the region above the p-side electrode 24 so as to surround the upper region. As a result, local light emission according to the shape and arrangement of the p-side electrode 24 can be obtained. In particular, the n-side electrode 25 is preferably arranged so as to be symmetric with respect to the central axis of the region where the p-side electrode 24 is arranged. As a result, the concentration distribution of electrons in the n-type semiconductor layer 23 is targeted with respect to the central axis of the region where the p-side electrode 24 is disposed, so that the center of the region where the light-emitting region 22a and the p-side electrode 24 are disposed The axis matches. That is, the region directly above the region where the p-side electrode is disposed can be the light emitting region 22a.

[発光領域の設定の具体例]
次に、本実施形態に構成とその効果について適宜図1及び図2を参照して、具体的な数値を用いて説明する。
ここでは、発光素子1において、p型及びn型のGaN系の化合物半導体をp型半導体層21及びn型半導体層23として用いた場合について説明する。
[Specific example of flash area setting]
Next, the configuration of this embodiment and its effects will be described using specific numerical values with reference to FIGS. 1 and 2 as appropriate.
Here, a case where p-type and n-type GaN-based compound semiconductors are used as the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23 in the light-emitting element 1 will be described.

まず、緩和時間であるキャリアの拡散時間を、拡散方程式の一般解を用いて見積もる。
ここで、拡散方程式について簡単に説明する。
粒子の密度をn、その拡散係数をDとしたときに、拡散方程式は式(1)のように表される。
∂n/∂t = D∇n …式(1)
ここで、tは時刻を示す。
この拡散方程式の解は、時刻t=0、位置rにおける粒子の密度をn=Nδ(r)とすると、式(2)のようになる。
n(r,t) = N/(4πDt)3/2exp[−r/2Dt] …式(2)
First, the carrier diffusion time, which is the relaxation time, is estimated using the general solution of the diffusion equation.
Here, the diffusion equation will be briefly described.
When the particle density is n and the diffusion coefficient is D, the diffusion equation is expressed as shown in Equation (1).
∂n / ∂t = D∇ 2 n ... formula (1)
Here, t indicates time.
The solution of this diffusion equation is as shown in Equation (2), where time t = 0 and particle density at position r is n = Nδ (r).
n (r, t) = N / (4πDt) 3/2 exp [−r 2 / 2Dt] (2)

このとき、位置rの分散<r>の時間微分は、式(3)のように表される。
d<r>/dt=1/N・∫∫∫rn(r)dV=6D …式(3)
ここで、∫∫∫dVは、粒子nが存在しうる3次元空間の全領域についての積分を示す。
式(3)より、拡散過程では、
<r>=6Dt …式(4)
となる。
At this time, the time derivative of the variance <r 2 > at the position r is expressed as in Expression (3).
d <r 2 > / dt = 1 / N · ∫∫∫r 2 n (r) dV = 6D Equation (3)
Here, ∫∫∫dV represents the integral over the entire region of the three-dimensional space in which the particle n can exist.
From equation (3), in the diffusion process:
<r 2 > = 6 Dt (4)
It becomes.

また、拡散係数とキャリア移動度とは、式(5)に示すアインシュタインの関係式の関係がある。
D = (kT/q)・μ …式(5)
ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、μはキャリアである粒子の移動度を示す。
Further, the diffusion coefficient and the carrier mobility have a relation of Einstein's relational expression shown in Expression (5).
D = (kT / q) · μ Equation (5)
Here, k is a Boltzmann constant, T is an absolute temperature, and μ is the mobility of particles as carriers.

ここで、GaNのn型半導体におけるキャリア(電子)の移動度は1200[cm/Vs]、p型半導体におけるキャリア(正孔)の移動度は10[cm/Vs]以下とされている(参考文献1参照)。
式(5)より、室温(T=300[K])において、GaN系半導体における電子の移動度として1200[cm/Vs]を代入すると、電子の拡散係数Deは、3.1×10−3[m/s]となる。また、GaN系半導体における正孔の移動度として10[cm/Vs]を代入すると、正孔の拡散係数Dhは、2.6×10−5[m/s]となる。
(参考文献1):「GaNパワーデバイス」、引田正洋ほか、Panasonic Technical Journal, Vol.55, No.2 (2009)
Here, the mobility of carriers (electrons) in the n-type semiconductor of GaN is 1200 [cm 2 / Vs], and the mobility of carriers (holes) in the p-type semiconductor is 10 [cm 2 / Vs] or less. (See Reference 1).
From equation (5), when 1200 [cm 2 / Vs] is substituted as the electron mobility in the GaN-based semiconductor at room temperature (T = 300 [K]), the electron diffusion coefficient De is 3.1 × 10 − 3 [m 2 / s]. Further, when 10 [cm 2 / Vs] is substituted as the hole mobility in the GaN-based semiconductor, the hole diffusion coefficient Dh is 2.6 × 10 −5 [m 2 / s].
(Reference 1): “GaN Power Device”, Masahiro Hikida et al., Panasonic Technical Journal, Vol.55, No.2 (2009)

従って、電極の直径を100[μm]としたとき、電極の直径の10%である10[μm]の範囲にキャリアが拡散する時間は、前記した拡散係数を用いて、式(4)により見積もることができる。n型半導体層23におけるキャリアの拡散時間である電子の拡散時間は、約5[ns]となり、p型半導体層21におけるキャリアの拡散時間である正孔の拡散時間は、約600[ns]となる。すなわち、キャリアの拡散時間に顕著な差がある場合に相当する。   Accordingly, assuming that the electrode diameter is 100 [μm], the time required for carriers to diffuse in the range of 10 [μm], which is 10% of the electrode diameter, is estimated by the equation (4) using the diffusion coefficient described above. be able to. The electron diffusion time which is the carrier diffusion time in the n-type semiconductor layer 23 is about 5 [ns], and the hole diffusion time which is the carrier diffusion time in the p-type semiconductor layer 21 is about 600 [ns]. Become. That is, this corresponds to a case where there is a significant difference in the carrier diffusion time.

一方、GaN系半導体における再結合寿命は、300[K]において、100〜300[ps]程度であるから(例えば、参考文献2参照)、何れのキャリアの拡散時間よりも再結合時間が十分に短い場合に相当する。前記したように、p型半導体層(第1輸送層)21とn型半導体層(第2輸送層)23とにおけるキャリア移動度が2桁以上の差があることから、p側電極24のサイズが、所望の発光領域22aのサイズに相当すれば、n側電極25は、如何なる形状であってもよく、n型半導体層23の如何なる場所と接触するように配置してもよい。
(参考文献2):S. F. Chichibu et al., Appl. Phys. Lett. 86, 021914 (2005)
On the other hand, since the recombination lifetime in a GaN-based semiconductor is about 100 to 300 [ps] at 300 [K] (see, for example, Reference 2), the recombination time is sufficiently longer than any carrier diffusion time. This corresponds to a short case. As described above, since the carrier mobility in the p-type semiconductor layer (first transport layer) 21 and the n-type semiconductor layer (second transport layer) 23 has a difference of two digits or more, the size of the p-side electrode 24 is reduced. However, the n-side electrode 25 may have any shape as long as it corresponds to the desired size of the light emitting region 22a, and may be disposed so as to be in contact with any location of the n-type semiconductor layer 23.
(Reference 2): SF Chichibu et al., Appl. Phys. Lett. 86, 021914 (2005)

なお、p型半導体とn型半導体におけるキャリア移動度の差が大きい他の半導体としては、例えば、Si系半導体(電子移動度=1500[cm/Vs]、正孔移動度=600[cm/Vs])、GaAs系半導体(電子移動度=8500[cm/Vs]、正孔移動度=400[cm/Vs])を挙げることができる(参考文献1参照)。 As another semiconductor having a large difference in carrier mobility between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, for example, a Si-based semiconductor (electron mobility = 1500 [cm 2 / Vs], hole mobility = 600 [cm 2]. / Vs]), GaAs-based semiconductors (electron mobility = 8500 [cm 2 / Vs], hole mobility = 400 [cm 2 / Vs]) (see Reference 1).

次に、図6を参照して、所望の発光領域22aの直径(用途によっては画素サイズ)を100μmとした場合の、p側電極24の許容し得る最大の直径の求め方について説明する。なお、平面視における発光領域22aの形状及びp側電極24の形状は円として説明するが、四角や楕円など、他の形状であっても同様にして求めることができる。   Next, how to obtain the maximum allowable diameter of the p-side electrode 24 when the diameter of the desired light emitting region 22a (pixel size depending on the application) is 100 μm will be described with reference to FIG. Although the shape of the light emitting region 22a and the shape of the p-side electrode 24 in plan view are described as circles, other shapes such as squares and ellipses can be obtained in the same manner.

図6に示すように、平面視におけるp側電極24の直径をLe、発光領域22aの直径をLp、発光構造部2の上面から出射する出射光の直径をLsとする。
前記したように、半導体としてGaNを用いた場合は、キャリア移動度と再結合時間との関係から、p側電極24の直径Leと、発光領域22aの直径Lpとは、略同じとなる(Lp≒Le)。発光領域22aから放射された光は、n型半導体層23を伝搬する際に広がりを生じるが、n型半導体層23から外部に放射される際に、n型半導体層23の屈折率(誘電率)と外部の屈折率とで決まる臨界角θcによる制限を受けるため、外部に取り出される光の直径も制限される。すなわち、臨界角θcよりも大きな入射角でn型半導体層23と外部との界面に入射する光は、界面で全反射するため外部には取り出されない。この臨界角θcとなるときの発光領域22aの直上領域からの広がりをwとする。また、n型半導体層23の厚さをdとする。
このとき、これらのパラメータの間には、式(6)の関係がある。
Ls=Lp+2w
=Lp+2d・tanθc …式(6)
As shown in FIG. 6, let the diameter of the p-side electrode 24 in a plan view be Le, the diameter of the light emitting region 22 a be Lp, and the diameter of outgoing light emitted from the upper surface of the light emitting structure 2 be Ls.
As described above, when GaN is used as a semiconductor, the diameter Le of the p-side electrode 24 and the diameter Lp of the light emitting region 22a are substantially the same (Lp) due to the relationship between carrier mobility and recombination time. ≒ Le). The light emitted from the light emitting region 22a spreads when propagating through the n-type semiconductor layer 23, but when emitted from the n-type semiconductor layer 23 to the outside, the refractive index (dielectric constant) of the n-type semiconductor layer 23 is generated. ) And the critical angle θc determined by the external refractive index, the diameter of the light extracted outside is also limited. That is, light incident on the interface between the n-type semiconductor layer 23 and the outside at an incident angle larger than the critical angle θc is totally reflected at the interface and is not extracted outside. Let w be the spread from the region immediately above the light emitting region 22a when the critical angle θc is reached. The thickness of the n-type semiconductor layer 23 is d.
At this time, there is a relationship of Equation (6) between these parameters.
Ls = Lp + 2w
= Lp + 2d · tan θc (6)

ここで、例えば、d=5μm、θc=19°とすると、外部に取り出される光の直径Lsは、Le+3.4μmとなる。従って、外部に取り出される光の直径Lsを100μmとするために、p側電極24の直径が93μmとすることが求められる。   Here, for example, when d = 5 μm and θc = 19 °, the diameter Ls of the light extracted to the outside is Le + 3.4 μm. Therefore, the diameter of the p-side electrode 24 is required to be 93 μm in order to set the diameter Ls of the light extracted outside to 100 μm.

次に、図7及び図8を参照して、出射方向特定部3の構造物3aを構成する3つの柱状部31,32,33及び発光領域22aの形状と配置とについて説明する。   Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, the shape and arrangement | positioning of the three columnar parts 31,32,33 and the light emission area | region 22a which comprise the structure 3a of the output direction specific | specification part 3 are demonstrated.

(柱状部の間隔)
柱状部31,32,33は、発光素子1の発光領域22aから放出される光の波長λ程度以上の径を有する。ここで、波長λは、自由空間における放射光の波長を示す。図7及び図8では柱状部31,32,33の平面視での形状を円形で示した。各柱状部31,32,33の太さは等しいものとした(半径をφとする)。柱状部31,32,33は、図7に示すように、発光素子1の光の出射面において、所定の原点Mの周囲に均等な角度α(この例では、α=120度)の方位に、互いに間隔pだけ離間して配置されている。また、柱状部31,32,33の間隔pは、隣り合った柱状部31,32,33から出射される光が干渉可能な程度に設定されている。すなわち、柱状部31,32,33は、出射光の可干渉長以下であることが好ましい。なお、光の可干渉長は、光源である発光構造部2(図1参照)が放射する光の発光スペクトルの中心波長と半値幅とに依存する。光源がLEDの場合は、例えば真空中において10〜数十μm程度の長さとなる。
(Space between columnar parts)
The columnar portions 31, 32, and 33 have a diameter that is approximately equal to or greater than the wavelength λ 0 of light emitted from the light emitting region 22 a of the light emitting element 1. Here, the wavelength λ 0 indicates the wavelength of the emitted light in free space. 7 and 8, the shapes of the columnar portions 31, 32, and 33 in plan view are shown as circles. The thickness of each columnar part 31, 32, 33 was made equal (radius is set to φ). As shown in FIG. 7, the columnar portions 31, 32, and 33 are oriented at a uniform angle α (α = 120 degrees in this example) around a predetermined origin M on the light emission surface of the light emitting element 1. Are spaced apart from each other by a distance p. Further, the interval p between the columnar portions 31, 32, 33 is set to such an extent that light emitted from the adjacent columnar portions 31, 32, 33 can interfere. That is, it is preferable that the columnar portions 31, 32, and 33 have a coherence length of the emitted light or less. The coherence length of light depends on the center wavelength and the half width of the emission spectrum of light emitted from the light emitting structure 2 (see FIG. 1) that is a light source. When the light source is an LED, for example, the length is about 10 to several tens of μm in a vacuum.

(複数の柱状部の配置の原点M)
図7に示した例では、所定の原点Mとは、素子上面において3つの柱状部31,32,33により環状に取り囲まれた所定領域の中央に位置する点である。また、この原点は、柱状部33の中心O3と、柱状部32の中心O2と、柱状部31の中心O1とから等距離にある点であり、中心O1,O2,O3を頂点とする正三角形の重心のことである。ここで、3つの柱状部31,32,33は、円環状かつ均等に配置されることが好ましい。なお、柱状部31,32,33により取り囲まれた所定領域の形状やサイズは、柱状部31,32,33の直径とバランスを取りながら所望のものとして適宜設計できる。例えば柱状部31,32,33の直径が、発光波長λの数波長程度分であれば、所定領域のサイズは、数分の1波長〜数波長程度とすることができる。
(The origin M of the arrangement of the plurality of columnar portions)
In the example shown in FIG. 7, the predetermined origin M is a point located at the center of a predetermined region that is annularly surrounded by the three columnar portions 31, 32, 33 on the upper surface of the element. Further, the origin is the center O 3 of the columnar portion 33 and the center O 2 of the columnar portion 32, is a point from the center O 1 Metropolitan columnar portion 31 at equal distances, the center O 1, O 2, O 3 Is the center of gravity of an equilateral triangle with the apex at. Here, it is preferable that the three columnar parts 31, 32, and 33 are arranged in an annular shape and equally. The shape and size of the predetermined region surrounded by the columnar parts 31, 32, 33 can be appropriately designed as desired while balancing the diameter of the columnar parts 31, 32, 33. For example the diameter of the columnar portion 31, 32 and 33, if the number wavelengths about partial emission wavelength lambda 0, the size of the predetermined area may be a fraction of the wavelength to several order of the wavelength.

また、原点Mと柱状部31,32,33の中心O1,O2,O3とをそれぞれ結んだ線上にある、原点Mから柱状部31,32,33までの距離ρは、自由空間における放射光の波長λ以下、例えば、1/4〜1波長程度であることが好ましい。特に距離ρを、柱状部31,32,33の直径2φの1/4程度となるように設定すると、柱状部31,32,33の出射面である上面31a,32a,33a(図9参照)から出射する光を互いに干渉させて良好に成形し、十分な強度の光線を出射することができるため好ましい。 The distance ρ from the origin M to the columnar portions 31, 32, 33 on the lines connecting the origin M and the centers O 1 , O 2 , O 3 of the columnar portions 31, 32, 33, respectively, is in free space. It is preferable that the wavelength of the emitted light is λ 0 or less, for example, about ¼ to 1 wavelength. In particular, when the distance ρ is set to be about ¼ of the diameter 2φ of the columnar portions 31, 32, 33, the upper surfaces 31a, 32a, 33a (see FIG. 9) that are the emission surfaces of the columnar portions 31, 32, 33. It is preferable because the light emitted from each other can interfere with each other and can be molded well and a sufficiently strong light beam can be emitted.

図9に示すように、柱状部31,32,33の内で、2つの柱状部31,32の、基準面である底部30の上面30aからの高さを、それぞれ基準となる高さHとする。そして、柱状部33の高さと他の柱状部31,32の高さとの差をδとするすると、柱状部33の高さは(H−δ)となる。本実施形態においては、光の干渉によって指向性の良好な光線に成形するためには、高さの差δは、柱状部31,32,33中における放射光の波長λ以下とすることが好ましく、波長λの半分以下とすることがより好ましいことが、実験の結果として得られている。 As shown in FIG. 9, among the columnar portions 31, 32, 33, the heights of the two columnar portions 31, 32 from the upper surface 30a of the bottom 30 that is a reference surface are respectively set as a reference height H and To do. If the difference between the height of the columnar portion 33 and the height of the other columnar portions 31 and 32 is δ, the height of the columnar portion 33 is (H−δ). In the present embodiment, the height difference δ is set to be equal to or less than the wavelength λ 1 of the radiated light in the columnar portions 31, 32, 33 in order to form a light beam with good directivity by light interference. preferably, it is more preferably half or less of the wavelength lambda 1 is obtained as the result of the experiment.

ここで、波長λは、自由空間において波長λの光が、柱状部31,32,33を光導波路として伝搬するときの波長である。一般に、半導体や誘電体などの誘電率は空気中(又は真空中)の誘電率よりも高いため、半導体や誘電体中を伝搬する際の光の速度は、空気中を伝搬する速度に比べて遅くなる。具体的には、空気中(又は真空中)の光の速度をc、柱状部31,32,33を構成する半導体や誘電体などの材料の屈折率をnとすると、柱状部31,32,33中を伝搬する光の速度は、c/nで与えられる。 Here, the wavelength λ 1 is a wavelength when light having the wavelength λ 0 propagates in the free space through the columnar portions 31, 32, and 33 as an optical waveguide. In general, the dielectric constant of semiconductors and dielectrics is higher than that of air (or vacuum), so the speed of light when propagating in semiconductors and dielectrics is faster than the speed of propagation in air. Become slow. Specifically, when the velocity of light in the air (or in vacuum) is c, and the refractive index of a material such as a semiconductor or a dielectric constituting the columnar portions 31, 32, 33 is n, the columnar portions 31, 32, The speed of light propagating through 33 is given by c / n.

従って、波長λは、波長λの値を柱状部31,32,33の内部の屈折率nで除することにより求めることができる。例えば、発光構造部2(図1参照)をGaN系の半導体で構成して波長λが405nmの青色光を放射し、柱状部31,32,33を、屈折率n=2.6のGaNで構成する場合、柱状部31,32,33を伝搬する光の波長λは、約156nmである。
また、以下の説明において、柱状部31,32,33によって出射方向を特定するに際して、機能の違いから、柱状部31,32を導波柱、柱状部33を制御柱と呼ぶことがある。
Therefore, the wavelength λ 1 can be obtained by dividing the value of the wavelength λ 0 by the refractive index n inside the columnar portions 31, 32, 33. For example, the light emitting structure 2 (see FIG. 1) is made of a GaN-based semiconductor, emits blue light having a wavelength λ 0 of 405 nm, and the columnar portions 31, 32, and 33 are made of GaN having a refractive index n = 2.6. In this case, the wavelength λ 1 of the light propagating through the columnar parts 31, 32, 33 is about 156 nm.
In the following description, when the emission direction is specified by the columnar portions 31, 32, 33, the columnar portions 31, 32 may be referred to as a waveguide column and the columnar portion 33 may be referred to as a control column due to a difference in function.

(発光領域と柱状部との相互関係)
次に、図8を参照(適宜図1及び図2参照)して、発光領域22aの寸法と、柱状部31,32,33の寸法との相互関係について説明する。
なお、以下の説明では、簡便のため、n型半導体層23及び出射方向特定部3は、同じ屈折率の材料で構成されているものとして説明する。異なる屈折率の材料で構成されている場合は、発光領域22aの寸法として、直径Lpに代えて、前記した式(6)で算出されるLsを用いるものとする。
(Reciprocal relationship between light emitting region and columnar part)
Next, referring to FIG. 8 (refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate), the mutual relationship between the dimensions of the light emitting region 22a and the dimensions of the columnar parts 31, 32, 33 will be described.
In the following description, for the sake of simplicity, the n-type semiconductor layer 23 and the emission direction specifying portion 3 will be described as being made of a material having the same refractive index. In the case where the light emitting region 22a is made of a material having a different refractive index, Ls calculated by the above equation (6) is used as the dimension of the light emitting region 22a instead of the diameter Lp.

発光素子1は、前記したように、発光領域22aで発光した光が、n型半導体層23を介して柱状部31,32,33に入射し、柱状部31,32,33の内部を伝搬して、出射面である上面31a,32a,33aから出射した光の干渉によって光線を成形するものである。よって、柱状部31,32,33の上面31a,32a,33aから出射した光の干渉によって成形される光線の強度は、発光領域22aで発光した光が、柱状部31,32,33の内部に取り入れられる量によって変化する。そして、発光領域22aで発光した光が、柱状部31,32,33の内部に取り入れられる量が一定量より少ないと、柱状部31,32,33の上面31a,32a,33aから十分な強度の光が出射されず、これらの光の干渉によって明瞭な光線を成形することが困難となる。   As described above, in the light emitting element 1, the light emitted from the light emitting region 22 a enters the columnar portions 31, 32, 33 through the n-type semiconductor layer 23 and propagates through the columnar portions 31, 32, 33. Thus, a light beam is formed by interference of light emitted from the upper surfaces 31a, 32a, and 33a that are emission surfaces. Therefore, the intensity of the light beam formed by the interference of the light emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a of the columnar portions 31, 32, 33 is such that the light emitted from the light emitting region 22a is inside the columnar portions 31, 32, 33. It depends on the amount taken. If the amount of light emitted from the light emitting region 22a is taken into the columnar portions 31, 32, and 33 is less than a certain amount, sufficient intensity from the upper surfaces 31a, 32a, 33a of the columnar portions 31, 32, 33 is obtained. Light is not emitted, and it becomes difficult to form a clear light beam due to interference of these lights.

一方、柱状部31,32,33の上面31a,32a,33aから出射した光線の方向制御の任意性を向上させるためには、発光領域22aで発光し、柱状部31,32,33の入射せずに素子表面(底部30の露出した上面30a)から漏れ出た光と、柱状部31,32,33に入射して上面31a,32a,33aから出射した光とが、余分な干渉を引き起こすことを抑制することが必要である。   On the other hand, in order to improve the arbitrary control of the direction of the light beam emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a of the columnar portions 31, 32, 33, light is emitted from the light emitting region 22a and the columnar portions 31, 32, 33 are made incident. The light leaking from the element surface (the exposed upper surface 30a of the bottom 30) and the light incident on the columnar portions 31, 32, 33 and emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a cause extra interference. It is necessary to suppress this.

これらを両立するためには、発光領域22aと、柱状部31,32,33との間に、以下に説明する関係が成立するように、発光領域22aの寸法と柱状部31,32,33の寸法とを規定することが望ましい。   In order to achieve both of these, the dimensions of the light emitting region 22a and the columnar portions 31, 32, 33 are set so that the relationship described below is established between the light emitting region 22a and the columnar portions 31, 32, 33. It is desirable to define the dimensions.

図8に示すように、まず、3つの柱状部31,32,33のすべてを囲むように、柱状部31,32,33の外縁の一部に接するように描いた平面図形を想定する。ここでは、平面図形として、図8において二点差線で示したように、柱状部31,32,33のすべてを囲む円形状の図形を想定する。この円の中心は、柱状部31,32,33の中心O1,O2,O3を頂点とする正三角形の重心である原点Mと一致する(図7参照)。ここで、柱状部31,32,33をすべて囲む最小の円の半径rSOは、原点Mから柱状部31,32,33までの距離ρに、柱状部31,32,33の直径2φを加えたものとなる。 As shown in FIG. 8, first, a planar figure drawn so as to be in contact with a part of the outer edges of the columnar parts 31, 32, 33 so as to surround all three columnar parts 31, 32, 33 is assumed. Here, a circular figure surrounding all of the columnar parts 31, 32, 33 is assumed as a planar figure as shown by a two-dot chain line in FIG. 8. The center of this circle coincides with the origin M, which is the center of gravity of an equilateral triangle having vertices at the centers O 1 , O 2 , and O 3 of the columnar portions 31, 32, and 33 (see FIG. 7). Here, the radius r SO of the smallest circle enclosing all the columnar portion 31, 32, the distance ρ from the origin M to the columnar portion 31, 32, 33, the diameter 2φ of the columnar portion 31, 32, 33 added It will be.

従って、図8に示すように、柱状部31,32,33をすべて囲む最小の円(二点差線で描画)の面積SOと、発光領域22a(破線で描画)の面積SLと、柱状部31,32,33の各面積SPとは、それぞれ式(7)〜式(9)により求めることができる。
SL = πΨ …式(7)
SO = π(2φ+ρ) …式(8)
SP = πφ …式(9)
Therefore, as shown in FIG. 8, the area SO of the smallest circle (drawn with a two-dot chain line) that surrounds all the columnar parts 31, 32, 33, the area SL of the light emitting region 22a (drawn with a broken line), and the columnar part 31 , 32, and 33 can be obtained from Expressions (7) to (9), respectively.
SL = πΨ 2 (7)
SO = π (2φ + ρ) 2 (8)
SP = πφ 2 Formula (9)

ここで、式(7)におけるΨは、発光領域22aの半径である。
このとき、発光領域22aの面積SLと、柱状部31,32,33をすべて囲む最小の円の面積SOとの間に、式(10)の関係が成立することが望ましい。
SL ≦ SO …式(10)
Here, Ψ in equation (7) is the radius of the light emitting region 22a.
At this time, it is desirable that the relationship of Expression (10) is established between the area SL of the light emitting region 22a and the area SO of the smallest circle surrounding all the columnar portions 31, 32, and 33.
SL ≦ SO (10)

また、発光領域22aの面積SLと、柱状部31,32,33の各面積SPの総和である面積3SPとの間に、式(11)の関係が成立することが望ましい。
3SP ≦ SL …式(11)
In addition, it is desirable that the relationship of Expression (11) is established between the area SL of the light emitting region 22a and the area 3SP that is the sum of the areas SP of the columnar portions 31, 32, and 33.
3SP <= SL ... Formula (11)

なお、式(11)において、面積SPに乗ずる数は、柱状部の設置数に応じて変わるものである。
よって、これらをまとめると、光線の明瞭性の向上と、光線の方向制御の任意性の向上とを両立させるためには、式(12)に示す関係が成立することが望ましい。
N×SP ≦ SL ≦ SO …式(12)
但し、Nは柱状部の設置数を示し、3以上の整数である。
In Expression (11), the number to be multiplied by the area SP varies depending on the number of columnar portions installed.
Therefore, when these are put together, it is desirable that the relationship shown in Expression (12) is satisfied in order to achieve both the improvement of the clarity of the light beam and the improvement of the arbitrary control of the light beam direction.
N × SP ≦ SL ≦ SO (12)
However, N shows the installation number of the columnar part and is an integer of 3 or more.

前記した式(12)に示したように、発光領域22aの面積SLを、柱状部31,32,33をすべて囲む最小の円の面積SO以下とすることで、発光領域22aで発光した光が、柱状部31,32,33以外の素子表面(底部30の露出した上面30a)から漏れ出して、柱状部31,32,33の上面31a,32a,33a(図1参照)から出射した光と余分な干渉を引き起こすのを抑制することができるので、光線の方向制御の任意性を向上させることができる。
なお、平面視において、発光領域22aの面積SLは、前記したようにp側電極24の面積、より正確にはp側電極24の上面とp型半導体層21の下面とが接触する面積と同じであるとみなすことができる。
As shown in the equation (12), by setting the area SL of the light emitting region 22a to be equal to or smaller than the area SO of the smallest circle that surrounds all the columnar portions 31, 32, 33, light emitted from the light emitting region 22a can be obtained. The light leaking from the element surface (the exposed upper surface 30a of the bottom 30) other than the columnar parts 31, 32, 33 and emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a (see FIG. 1) of the columnar parts 31, 32, 33 Since it is possible to suppress the occurrence of excessive interference, it is possible to improve the arbitraryness of the direction control of the light beam.
In plan view, the area SL of the light emitting region 22a is the same as the area of the p-side electrode 24 as described above, more precisely the area where the upper surface of the p-side electrode 24 and the lower surface of the p-type semiconductor layer 21 are in contact with each other. Can be considered.

また、式(12)に示したように、発光領域22aの面積SLを、柱状部31,32,33の各面積SPの総和である面積3SP以上とすることで、発光領域22aで発光した光のほとんどを柱状部31,32,33の内部に入射させることができる。このため、柱状部31,32,33の内部を伝搬して上面31a,32a,33aから出射される光の強度を高くすることができる。これによって、これらの光の干渉によって成形される光線の明瞭性を向上することができる。   Further, as shown in the equation (12), by setting the area SL of the light emitting region 22a to an area 3SP or more, which is the sum of the areas SP of the columnar portions 31, 32, 33, light emitted from the light emitting region 22a Most of the light can enter the columnar portions 31, 32, and 33. For this reason, the intensity | strength of the light which propagates the inside of the columnar parts 31, 32, 33, and is radiate | emitted from the upper surfaces 31a, 32a, 33a can be made high. Thereby, the clarity of the light beam formed by the interference of these lights can be improved.

[発光素子の柱状部から出射される光の干渉の原理]
次に、発光素子1から出射される光線の方向を特定する原理である、発光素子1の柱状部31,32,33から出射される光の干渉の原理について図9を参照しつつ、適宜数式を用いて説明する。なお、柱状部31及び柱状部32は高さが同じであるので、図9及び数式を用いた説明では、簡便のため、高さの異なる2つの柱状部32と柱状部33とから出射される光の干渉を例に説明する。
[Principle of interference of light emitted from columnar portion of light emitting element]
Next, with reference to FIG. 9, an appropriate formula is used to explain the principle of interference of light emitted from the columnar portions 31, 32, 33 of the light emitting element 1, which is a principle for specifying the direction of the light emitted from the light emitting element 1. Will be described. In addition, since the columnar part 31 and the columnar part 32 have the same height, in description using FIG. 9 and numerical formula, it radiate | emits from the two columnar parts 32 and the columnar part 33 from which height differs for the sake of simplicity. An example of light interference will be described.

図9に示した発光素子1において、底部30の露出した上面30aを基準の位置(高度h)とする。また、柱状部33の光の出射面である上面33aの位置を高度h、柱状部32の光の出射面である上面32aの位置を高度hとし、柱状部32と柱状部33との水平方向の間隔をpとする。また、柱状部32,33の中心軸から等距離の水平位置において、底部30の露出した平坦な上面30aに垂直な軸方向(一点差線で描画)の所定地点Cの高度をhとする。このとき、柱状部32の高さH=h−hであり、柱状部33の高さ(H−δ)=h−hである。これより、柱状部32と柱状部33との高さの差δ=h−hである。 In the light-emitting element 1 shown in FIG. 9, the exposed upper surface 30a of the bottom 30 is set as a reference position (altitude h 0 ). Further, altitude h 1 the position of the upper surface 33a which is the light exit surface of the columnar portion 33, the position of the upper surface 32a which is the light exit surface of the columnar portion 32 and altitude h 2, the columnar portion 32 and the columnar portion 33 Let p be the horizontal interval. Further, in the horizontal position equidistant from the central axis of the columnar portions 32 and 33, and altitude h 3 of the predetermined point C of the exposed flat upper surface 30a in the vertical axis direction of the bottom portion 30 (drawn in dashed-dotted line) . At this time, the height H of the columnar part 32 is h 2 −h 0 , and the height (H−δ) of the columnar part 33 is h 1 −h 0 . Accordingly, the difference in height between the columnar portion 32 and the columnar portion 33 is δ = h 2 −h 1 .

図9に示すように、発光素子1において発光領域22aから放射された光は、高い柱状部32と低い柱状部33とに分岐してそれぞれの柱状部32,33の上面32a,33aから射出される。ここで、高い柱状部32を通る場合に、1つの光路(以下、光路Aという)として、柱状部32中の点A1と、柱状部32の上面32aの中心点A2とを経由して地点Cに達する光路を想定する。また、低い柱状部33を通る場合に、1つの光路(以下、光路Bという)として、柱状部33の上面33aの中心点B1と、点B1からδだけ高い位置B2とを経由して地点Cに達する光路を想定する。   As shown in FIG. 9, the light emitted from the light emitting region 22 a in the light emitting element 1 branches into a high columnar portion 32 and a low columnar portion 33 and is emitted from the upper surfaces 32 a and 33 a of the respective columnar portions 32 and 33. The Here, when passing through the high columnar portion 32, the point C passes through the point A1 in the columnar portion 32 and the center point A2 of the upper surface 32a of the columnar portion 32 as one optical path (hereinafter referred to as optical path A). Assume an optical path to reach. Further, when passing through the low columnar portion 33, as one optical path (hereinafter referred to as “optical path B”), the point C passes through the center point B 1 of the upper surface 33 a of the columnar portion 33 and the position B 2 higher than the point B 1 by δ. Assume an optical path to reach.

光路Aを通る光と光路Bを通る光とは、高度h1までは屈折率が同じ媒質(出射方向特定部3)を同じ距離だけ進むので同位相のままである。このときの位相を初期位相θとすると、光路Aでは点A1において位相はθであり、光路Bでは点B1において位相はθである。 The light passing through the optical path A and the light passing through the optical path B stay in the same phase because they travel through the medium having the same refractive index (exit direction specifying unit 3) by the same distance up to the height h 1 . When the phase of the time the initial phase theta 0, the phase in the optical path A point A1 is theta 0, the phase in the optical path point B1 B, is theta 0.

これら光路Aを通る光と光路Bを通る光とは、高度hから高度hまで異なる媒質を進む。このとき、光路Aでは媒質は柱状部32(例えば、半導体や誘電体)であり、光路Bでは媒質は空気である。一般に、半導体や誘電体の誘電率は空気中(又は真空中)より高いため、半導体や誘電体中を伝搬する際の光の速度は、空気中を伝搬する速度に比べて遅くなる。具体的には、大気中(又は真空中)の光の速度をc、半導体や誘電体の屈折率をnとすると、半導体や誘電体中の速度は、c/nで与えられる(例えばGaNであれば例えばn=2.6)。このため、半導体や誘電体からなる発光素子1中で発生した光を2つに分岐して、一方をそのまま大気中(又は真空中)に射出し、かつ、他方を半導体や誘電体中を伝搬させてから射出した場合、それら2つの光が射出された後に出会うと、光路が異なるため、光の位相は異なるようになる。従って、図9に示した発光素子1からの光の自由空間中の波長をλとし、光路Aでは高度hから高度hまでの区間の半導体や誘電体中で位相がαだけ進むとすると、光路Aでは点A2において位相は式(13)で表される。 The light passing through the optical path A and the light passing through the optical path B travel through different media from the altitude h 1 to the altitude h 2 . At this time, in the optical path A, the medium is a columnar portion 32 (for example, a semiconductor or a dielectric), and in the optical path B, the medium is air. Generally, since the dielectric constant of a semiconductor or a dielectric is higher than that in air (or in a vacuum), the speed of light when propagating in the semiconductor or dielectric is slower than the speed of propagating in air. Specifically, if the velocity of light in the atmosphere (or vacuum) is c and the refractive index of the semiconductor or dielectric is n, the velocity in the semiconductor or dielectric is given by c / n (for example, with GaN). For example, n = 2.6). For this reason, the light generated in the light emitting element 1 made of a semiconductor or a dielectric material is split into two, one is directly emitted into the atmosphere (or in a vacuum), and the other is propagated in the semiconductor or the dielectric. When the light is emitted after the two light beams are emitted, the optical paths are different when they are encountered after the two light beams have been emitted, so that the phases of the light beams are different. Therefore, when the wavelength in the free space of the light from the light emitting element 1 shown in FIG. 9 is λ 0 and the phase advances by α in the semiconductor or dielectric in the section from the height h 1 to the height h 2 in the optical path A. Then, in the optical path A, the phase is represented by Expression (13) at the point A2.

Figure 0006010420
Figure 0006010420

また、光路Bでは高度hから高度hまでの自由空間中で位相がβだけ進むとすると、光路Bでは点B2において位相は式(14)で表される。 Further, assuming that the phase advances by β in the free space from the height h 1 to the height h 2 in the optical path B, the phase in the optical path B is expressed by Expression (14) at the point B2.

Figure 0006010420
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さらに高度hから高度hまで自由空間なので、光路Aを通る光と光路Bを通る光とは同じ媒質(自由空間)を進む。また、このとき、光路Aの点A2から点Cまでの距離と、光路Bの点B2から点Cまでの距離とは同じである。従って、光路Aを通る光の点A2における位相と、光路Bを通る光の点B2における位相との差は、点Cにおいても保存されることとなる。この位相差τは式(15)で表される。すなわち、柱状部32と柱状部33の高さの差δによって光路Aと光路Bとの位相差τを制御することができる。式(15)を変形すると、高さの差δは、式(16)で表される。 Since more free space from the altitude h 2 to advanced h 3, the light passing through the light and the optical path B passing through the optical path A travels the same medium (free space). At this time, the distance from the point A2 to the point C on the optical path A and the distance from the point B2 to the point C on the optical path B are the same. Therefore, the difference between the phase at the point A2 of the light passing through the optical path A and the phase at the point B2 of the light passing through the optical path B is also preserved at the point C. This phase difference τ is expressed by Expression (15). That is, the phase difference τ between the optical path A and the optical path B can be controlled by the height difference δ between the columnar section 32 and the columnar section 33. When the equation (15) is transformed, the height difference δ is expressed by the equation (16).

Figure 0006010420
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そして、柱状部32を通る光は、柱状部33を通る光に比べて遅延するため、両者が混合されると、それら2つの光の波面とは全く異なる波面をもつ波が生成される。すなわち、柱状部32,33から放出される光の波面は互いに干渉し、これら2つの柱状部32,33の相対的な位置(3次元空間の位置)によって決定される方位(方向)に、光が射出されることになる。   Since the light passing through the columnar part 32 is delayed as compared with the light passing through the columnar part 33, when both are mixed, a wave having a completely different wavefront from the wavefront of the two lights is generated. That is, the wave fronts of the light emitted from the columnar portions 32 and 33 interfere with each other, and light is transmitted in an azimuth (direction) determined by the relative position (position in the three-dimensional space) of the two columnar portions 32 and 33. Will be injected.

続いて、3次元空間の位置rにある波源としての柱状部32と、3次元空間の位置rにある波源としての柱状部33から射出された光の干渉について説明する。
位置rにある波源と、位置rにある波源とからそれぞれ射出された光によって、3次元空間の位置rに時刻tにおいて合成される光の強度I(r)は、次の式(17)で与えられる。
Next, interference of light emitted from the columnar part 32 as the wave source at the position r 1 in the three-dimensional space and the columnar part 33 as the wave source at the position r 2 in the three-dimensional space will be described.
The intensity I (r) of light synthesized at the time t at the position r in the three-dimensional space by the light emitted from the wave source at the position r 1 and the wave source at the position r 2 is expressed by the following equation (17 ).

Figure 0006010420
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式(17)において、光の干渉を表す第3項が存在するために、発光領域22aから射出された光が、2つの波源からそれぞれ射出された後に重畳されて、波面を変えて波の進行方向を変えることが可能となる。式(17)では、式(18)のγの実部を利用する。式(18)のEは、Eの複素共役であることを示す。γは、式(18)で示すように、0から1までの値をとり、2つの波源から射出された光が時間的・空間的にどのくらい相関を持っているのかを示している。よって、γは、次の式(19)〜式(21)のように場合分けすることができる。 In Expression (17), since there is a third term representing the interference of light, the light emitted from the light emitting region 22a is superimposed after being emitted from the two wave sources, and the wave travels by changing the wavefront. The direction can be changed. In equation (17), the real part of γ in equation (18) is used. E * in the formula (18) indicates a complex conjugate of E. As shown in Expression (18), γ takes a value from 0 to 1, and indicates how much the light emitted from the two wave sources is correlated in time and space. Therefore, γ can be divided into cases as shown in the following equations (19) to (21).

Figure 0006010420
Figure 0006010420

式(19)の場合を完全コヒーレント、式(20)の場合をインコヒーレント、式(21)の場合を部分的なコヒーレントと呼ぶ。ここでは、発光素子1として、LEDの光源を使用しているため、部分的なコヒーレントになっている。したがって、図9に示した発光素子1においては、光の強度において、前記した式(17)の第3項の寄与が大きいため、光の進行方向を大きく曲げられる。
なお、柱状部32,33間の水平方向の間隔pが微小であるときには、光の進行方向が曲げられる大きさは、柱状部32と柱状部33との高さの差δが支配的な要因となる。
The case of Equation (19) is called fully coherent, the case of Equation (20) is called incoherent, and the case of Equation (21) is called partial coherent. Here, since the light source of LED is used as the light emitting element 1, it is partially coherent. Therefore, in the light-emitting element 1 shown in FIG. 9, since the contribution of the third term of the formula (17) is large in the light intensity, the light traveling direction is greatly bent.
When the horizontal interval p between the columnar portions 32 and 33 is very small, the magnitude of the bending of the light traveling direction is a factor that is dominant due to the height difference δ between the columnar portion 32 and the columnar portion 33. It becomes.

図9では、簡単のため、高さの異なる2つの柱状部から出射される光の干渉による光線の方向について説明した。波源としての柱状部が3つある場合についても、前記した式(17)を拡張することが可能である。例えば、第1の柱状部31と第2の柱状部32との組み合わせを2つの波源として前記した式(17)を適用し、第2の柱状部32と第3の柱状部33との組み合わせを2つの波源として前記した式(17)を適用し、第3の柱状部33と第1の柱状部31との組み合わせを2つの波源として前記した式(17)を適用し、これら3つの組み合わせを加算することで、波源としての柱状部が3つある場合についての関係式を求めることができる。   In FIG. 9, for the sake of simplicity, the direction of the light beam due to the interference of the light emitted from the two columnar portions having different heights has been described. Even when there are three columnar portions as wave sources, it is possible to extend Equation (17). For example, the combination of the first columnar part 31 and the second columnar part 32 is applied as the two wave sources, and the above-described formula (17) is applied, and the combination of the second columnar part 32 and the third columnar part 33 is determined. The above-described equation (17) is applied as two wave sources, the above-described equation (17) is applied using the combination of the third columnar portion 33 and the first columnar portion 31 as two wave sources, and these three combinations are By adding, a relational expression for the case where there are three columnar portions as wave sources can be obtained.

[発光素子の製造方法]
次に、本実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
ここでは、複数の発光素子を2次元配列した表示パネルの形態で製造する方法について、図10から図13を参照(適宜図1及び図2参照)して説明する。また、この例では、発光構造部2として、GaN系の化合物半導体を用いてLED構造を形成する場合について説明する。
[Method for Manufacturing Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing the light emitting device according to this embodiment will be described.
Here, a method for manufacturing a display panel in which a plurality of light emitting elements are two-dimensionally arranged will be described with reference to FIGS. 10 to 13 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate). In this example, a case where an LED structure is formed using a GaN-based compound semiconductor as the light emitting structure 2 will be described.

(基板準備工程)
まず、基板準備工程において、図10に示すように、p側電極24を、発光素子1の配列間隔で配置した基板11を作製する。p側電極24は柱状の電極である。また、基板11は、発光素子1を2次元に配列(図10に示した例では、3×3に配列)して支持する支持基板であり、ガラス、セラミックス、樹脂などの絶縁材料を用いることができる。基板11には、スルーホール(不図示)が設けられ、各スルーホールに柱状のp側電極24を挿入して配置される。また、基板11の裏面側には、図10(a)において、縦方向に延伸する配線用電極12が、ストライプ状に配置され、各配線用電極12は、その延伸方向に配列する一列のp側電極24を電気的に接続されている。配線用電極12は、基板11にp側電極24を配置した後に、基板11の裏面側に配線用電極間にマスクを設け、メッキ法、蒸着法、スパッタリング法、CVD(化学気相成長)法などの公知の手法により金属などの導電材料を用いて形成することができる。
また、図10(b)に示すように、基板11の上面側に、発光構造部2のp型半導体層21と接触する部位であるp側電極24の先端部が露出するように、樹脂などの絶縁材料を塗布などにより絶縁層13を形成する。
(Board preparation process)
First, in the substrate preparation process, as shown in FIG. 10, the substrate 11 in which the p-side electrodes 24 are arranged at the arrangement interval of the light emitting elements 1 is manufactured. The p-side electrode 24 is a columnar electrode. The substrate 11 is a support substrate that supports the light-emitting elements 1 in a two-dimensional arrangement (3 × 3 in the example shown in FIG. 10) and uses an insulating material such as glass, ceramics, or resin. Can do. The substrate 11 is provided with through holes (not shown), and a columnar p-side electrode 24 is inserted into each through hole. 10A, wiring electrodes 12 extending in the vertical direction are arranged in stripes, and each wiring electrode 12 is arranged in a row of p arranged in the extending direction. The side electrode 24 is electrically connected. For the wiring electrode 12, after the p-side electrode 24 is arranged on the substrate 11, a mask is provided between the wiring electrodes on the back side of the substrate 11, and a plating method, vapor deposition method, sputtering method, CVD (chemical vapor deposition) method is used. It can be formed using a conductive material such as metal by a known method such as.
Also, as shown in FIG. 10B, resin or the like is exposed on the upper surface side of the substrate 11 so that the tip of the p-side electrode 24 that is a portion in contact with the p-type semiconductor layer 21 of the light emitting structure 2 is exposed. The insulating layer 13 is formed by applying the insulating material.

なお、スルーホールに柱状のp側電極24を挿入する代わりに、スルーホールに低融点金属や導電性樹脂などの導電性材料をスルーホールからはみ出すように充填し、スルーホールからはみ出した導電性材料を、金型を用いて半球状や円錐状などに成形して作製することもできる(例えば、参考文献3参照)。
また、ストライプ状の配線用電極12を設けずに、柱状のp側電極24を、基板11の裏面側から突出させ、PGA(Pin Grid Array)型の表示パネルとするようにしてもよい。
(参考文献3):特開2002−252456号公報
Instead of inserting the columnar p-side electrode 24 into the through hole, the through hole is filled with a conductive material such as a low melting point metal or a conductive resin so as to protrude from the through hole, and the conductive material protruding from the through hole. Can also be formed into a hemispherical shape or a conical shape using a mold (see, for example, Reference 3).
Alternatively, the columnar p-side electrode 24 may be protruded from the back surface side of the substrate 11 without providing the stripe-shaped wiring electrodes 12 to form a PGA (Pin Grid Array) type display panel.
(Reference 3): Japanese Patent Laid-Open No. 2002-252456

(発光構造部準備工程)
また、前記したp側電極24を配列した基板11の作製と並行して、発光構造部準備工程において、図11(a)に示すように、発光構造部2を準備する。
発光構造部2は、サファイア、AlN、GaAs、SiC、Si等からなる基板50上に、例えば、MBE(分子線エピタキシー)法、MOCVD(有機金属化学気相成長)法などの成膜方法により、剥離層51、n型半導体層23、発光層22及びp型半導体層21を順次に積層して形成することができる。
(Light emitting structure preparation process)
In parallel with the production of the substrate 11 on which the p-side electrodes 24 are arranged, in the light emitting structure preparing step, the light emitting structure 2 is prepared as shown in FIG.
The light emitting structure 2 is formed on a substrate 50 made of sapphire, AlN, GaAs, SiC, Si, or the like by, for example, a film forming method such as MBE (molecular beam epitaxy) method or MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method. The peeling layer 51, the n-type semiconductor layer 23, the light emitting layer 22, and the p-type semiconductor layer 21 can be sequentially stacked.

なお、剥離層51は、後記する貼り合せ工程で、基板11と発光構造部2とを貼り合せた後に、後記する剥離工程で半導体層である発光構造部2を成長させるために用いた基板50を剥離するための層である。例えば、レーザリフトオフ法により基板50を剥離する場合には、例えば、n型半導体層23を形成する際の下地層を剥離層51とすることができる(例えば、参考文献4参照)。この剥離層51は、後記する剥離工程において、レーザ照射により分解され、基板50を発光構造部2から剥離することができる。
(参考文献4):特許第4653804号公報
Note that the peeling layer 51 is a substrate 50 used for growing the light emitting structure 2 which is a semiconductor layer in the peeling step described later after bonding the substrate 11 and the light emitting structure 2 in the bonding step described later. It is a layer for peeling off. For example, when the substrate 50 is peeled off by the laser lift-off method, for example, the base layer when forming the n-type semiconductor layer 23 can be used as the peeling layer 51 (see, for example, Reference 4). This peeling layer 51 is decomposed by laser irradiation in a peeling process described later, and the substrate 50 can be peeled from the light emitting structure 2.
(Reference 4): Japanese Patent No. 4653804

また、ケミカルリフトオフ法により基板50を剥離する場合には、剥離層51として、基板50上に、例えば、Crなどの金属層の窒化物の層を形成することができる(例えば、参考文献5参照)。この金属窒化物からなる剥離層51は、後記する剥離工程において、液剤を用いた化学エッチングにより除去され、基板50を発光構造部2から剥離することができる。ケミカルリフトオフ法は、レーザリフトオフ法に比べ、多数のウェハを同時に処理することができるために生産性が高く、また、剥離の際に半導体層に対するストレスが少なくクラックの発生が抑制されるために歩留まりが高い。
なお、金属窒化物からなる剥離層51は、基板50上にMOCVD法により形成することができる。また、他の方法として、基板50上にスパッタリング法や蒸着法などにより金属膜を成膜した後、この金属膜をアンモニア含有ガス雰囲気で1040℃以上の温度として窒化させて金属窒化物膜を形成することもできる。
(参考文献5):特開2009−54888号公報
When the substrate 50 is peeled off by the chemical lift-off method, a nitride layer of a metal layer such as Cr can be formed on the substrate 50 as the peeling layer 51 (see, for example, Reference 5). ). The peeling layer 51 made of the metal nitride is removed by chemical etching using a liquid agent in a peeling process described later, and the substrate 50 can be peeled from the light emitting structure 2. Compared with the laser lift-off method, the chemical lift-off method is high in productivity because it can process a large number of wafers at the same time. Also, the yield is high because there is less stress on the semiconductor layer during peeling and the generation of cracks is suppressed. Is expensive.
The release layer 51 made of metal nitride can be formed on the substrate 50 by MOCVD. As another method, after forming a metal film on the substrate 50 by sputtering or vapor deposition, the metal film is nitrided in an ammonia-containing gas atmosphere at a temperature of 1040 ° C. or more to form a metal nitride film. You can also
(Reference 5): JP 2009-54888 A

(貼り合せ工程)
次に、貼り合せ工程において、図11(b)に示すように、発光構造部準備工程で作製した発光構造部2を、p型半導体層21とp側電極24の先端部とが接触するように貼り合せる。貼り合せ工程では、例えば、基板11と基板50との間に圧力をかけながら300℃程度に加熱することでp側電極24及び絶縁層13を備えた基板11と発光構造部2とを融着させる。
(Lamination process)
Next, in the bonding step, as shown in FIG. 11B, the light emitting structure 2 produced in the light emitting structure preparing step is brought into contact with the p-type semiconductor layer 21 and the tip of the p-side electrode 24. Paste to. In the bonding step, for example, the substrate 11 provided with the p-side electrode 24 and the insulating layer 13 and the light emitting structure 2 are fused by heating to about 300 ° C. while applying pressure between the substrate 11 and the substrate 50. Let

(剥離工程)
次に、剥離工程において、図11(c)に示すように、基板50を、発光構造部2から剥離する。
前記したレーザリフトオフ法により剥離する場合は、剥離層51であるGaNの下地層に、例えば、近紫外光のエキシマレーザのナノ秒パルス照射をしてGaNを分解し、基板50を発光構造部2から剥離することができる。
また、前記したケミカルリフトオフ法により剥離する場合は、剥離層51である金属窒化物層を、液剤を用いて化学エッチングすることで除去し、基板50を発光構造部2から剥離することができる。例えば、金属窒化物がCrNの場合は、エッチング用の液剤として、過塩素酸と硝酸二セリウムアンモニウムの混合液を用いることができる。
(Peeling process)
Next, in the peeling step, the substrate 50 is peeled from the light emitting structure 2 as shown in FIG.
In the case of peeling by the laser lift-off method described above, the GaN underlayer of the peeling layer 51 is irradiated with, for example, a nanosecond pulse of an excimer laser of near-ultraviolet light to decompose GaN, and the substrate 50 is separated from the light emitting structure 2. Can be peeled off.
Moreover, when peeling by the above-described chemical lift-off method, the metal nitride layer which is the peeling layer 51 can be removed by chemical etching using a liquid agent, and the substrate 50 can be peeled from the light emitting structure 2. For example, when the metal nitride is CrN, a mixed liquid of perchloric acid and dicerium ammonium nitrate can be used as an etching liquid.

なお、貼り合せ工程及び剥離工程を行うことにより、発光構造部2は、基板50から基板11に転写され、基板11に近い下層側から順に、p型半導体層21、発光層22及びn型半導体層23が積層された構成となっている。   By performing the bonding process and the peeling process, the light emitting structure 2 is transferred from the substrate 50 to the substrate 11 and sequentially from the lower layer side close to the substrate 11, the p-type semiconductor layer 21, the light emitting layer 22, and the n-type semiconductor. The layer 23 is laminated.

(出射方向特定部形成層形成工程)
次に、出射方向特定部形成層形成工程において、図12(a)に示すように、発光構造部2の最上層であるn型半導体層23上に、出射方向特定部3(図1参照)を形成するための層である、出射方向特定部形成層34を形成する。出射方向特定部形成層34は、n型半導体層23と同様のGaN系化合物を用いて形成してもよいし、SiOやAlなどの誘電体を用いて形成してもよい。
例えば、SiOのように、GaN系の半導体材料からなるn型半導体層23よりも屈折率の小さい材料を用いて出射方向特定部形成層34を形成する場合は、柱状部31,32,33の高さの精度を緩和することができる。
出射方向特定部形成層34は、CVD法、スパッタリング法などにより前記した材料を用いて形成することができる。
なお、発光構造部準備工程で形成したn型半導体層23の一部(図12(a)において上部)を出射方向特定部形成層34として用いる場合は、出射方向特定部形成層形成工程は省略することができる。
(Outgoing direction specific part forming layer forming step)
Next, in the emission direction specifying portion forming layer forming step, the emission direction specifying portion 3 (see FIG. 1) is formed on the n-type semiconductor layer 23 which is the uppermost layer of the light emitting structure portion 2 as shown in FIG. The emission direction specifying part forming layer 34, which is a layer for forming the film, is formed. The emission direction specifying part forming layer 34 may be formed using a GaN-based compound similar to the n-type semiconductor layer 23, or may be formed using a dielectric such as SiO 2 or Al 2 O 3 .
For example, when the emission direction specifying portion forming layer 34 is formed using a material having a lower refractive index than the n-type semiconductor layer 23 made of a GaN-based semiconductor material, such as SiO 2 , the columnar portions 31, 32, 33 are formed. The height accuracy can be relaxed.
The emission direction specifying portion forming layer 34 can be formed using the above-described material by a CVD method, a sputtering method, or the like.
When a part of the n-type semiconductor layer 23 formed in the light emitting structure preparation step (upper part in FIG. 12A) is used as the emission direction specification part formation layer 34, the emission direction specification part formation layer formation step is omitted. can do.

(構造物形成工程)
次に、出射方向特定部形成工程において、図12(b)に示すように、出射方向特定部形成層34を加工して、柱状部31,32,33からなる構造物3aを形成する。出射方向特定部形成層34の加工は、柱状部31,32,33を形成する領域をマスクし、他の領域をRIE(反応性イオンエッチング)などのドライエッチングや、薬液を用いたウェットエッチングを用いることができる。このとき、柱状部31,32を形成する領域に形成するマスクと、柱状部33に形成するマスクとの厚さを異なるようにし、一方のマスクがエッチングにより速く除去されるようにし、出射方向特定部形成層34の一部がエッチングされるようにすることで、柱状部31,32と、柱状部33との高さを異なるように形成することができる。
また、柱状部31,32,33を形成する領域のエッチングと異なる工程で、高く形成する柱状部にマスクを形成し、マスクを形成しない柱状部の上部をエッチングすることで、柱状部31,32と、柱状部33との高さを異なるように形成することもできる。
(Structure formation process)
Next, in the emission direction specifying portion forming step, as shown in FIG. 12B, the emission direction specifying portion forming layer 34 is processed to form the structure 3 a including the columnar portions 31, 32, 33. In the processing of the emitting direction specifying portion forming layer 34, regions where the columnar portions 31, 32, 33 are formed are masked, and other regions are dry etched such as RIE (reactive ion etching) or wet etching using a chemical solution. Can be used. At this time, the mask formed in the region where the columnar portions 31 and 32 are formed and the mask formed on the columnar portion 33 are made different in thickness so that one of the masks is quickly removed by etching, and the emission direction is specified. By making a part of the part forming layer 34 etched, the columnar parts 31 and 32 and the columnar part 33 can be formed to have different heights.
Further, in a step different from the etching of the region where the columnar portions 31, 32, 33 are formed, a mask is formed on the columnar portion to be formed higher, and the upper portion of the columnar portion where the mask is not formed is etched, whereby the columnar portions 31, 32 are formed. And the columnar portion 33 can be formed to have different heights.

(分離溝形成工程)
次に、分離溝形成工程において、図12(c)に示すように、出射方向特定部3及び発光構造部2に、配線用電極12が延伸する方向(列方向)と直行する方向(行方向)に延伸する分離溝52を形成し、発光素子1を分離する。分離溝52は、分離溝52を形成する領域以外をマスクし、エッチングすることで形成することができる。
(Separation groove forming process)
Next, in the separation groove forming step, as shown in FIG. 12C, the direction (row direction) perpendicular to the direction in which the wiring electrodes 12 extend (column direction) extends to the emission direction specifying portion 3 and the light emitting structure portion 2. ) Is formed to separate the light emitting element 1. The separation groove 52 can be formed by masking and etching other than the region where the separation groove 52 is formed.

なお、分離溝52の形成後に、分離溝52の内部や発光素子1の表面にSiO2等の絶縁性の保護膜を形成してもよい。 Note that an insulating protective film such as SiO 2 may be formed inside the separation groove 52 or on the surface of the light emitting element 1 after the formation of the separation groove 52.

(n側電極形成工程)
次に、n側電極形成工程において、図13(a)及び図13(b)に示すように、分離溝52で分離された発光素子1の1行の配列ごとに、n型半導体層23の側面の一部に接触するn側電極25を形成する。
n側電極25は、n側電極25を形成する領域以外をマスクし、金属や導電性化合物などの導電性材料を用いて、スパッタリング法や蒸着法などにより形成することができる。
(N-side electrode forming step)
Next, in the n-side electrode forming step, as shown in FIGS. 13A and 13B, the n-type semiconductor layer 23 is formed for each row of the light-emitting elements 1 separated by the separation grooves 52. An n-side electrode 25 that contacts a part of the side surface is formed.
The n-side electrode 25 can be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like using a conductive material such as a metal or a conductive compound while masking a region other than the region where the n-side electrode 25 is formed.

前記したように、p型半導体層21におけるキャリア移動度に比べ、n型半導体層23におけるキャリア移動度が十分に大きく、かつ再結合時間がキャリアの拡散時間に比べて十分に短い場合には、n側電極25をn型半導体層23の一部に設けることで、実質的にn型半導体層23に均一にキャリアを拡散させることができる。
本例では、図13(b)に示すように、行方向(横方向)の1行に配列された複数の発光素子1ごとに、n型半導体層23の右側面の一部にn側電極25を設けている。これにより、電圧を印加する(すなわち、信号を入力する)1つのn側電極25選択することで、表示パネル10における行を選択することができる。また、電圧を印加する1つの配線用電極12を選択することで、表示パネル10における列を選択することができる。すなわち、n側電極25及び配線用電極12をそれぞれ1つずつ選択することにより、発光を制御する1つの発光素子1を選択することができる。
As described above, when the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23 is sufficiently larger than the carrier mobility in the p-type semiconductor layer 21 and the recombination time is sufficiently shorter than the carrier diffusion time, By providing the n-side electrode 25 in a part of the n-type semiconductor layer 23, carriers can be diffused substantially uniformly in the n-type semiconductor layer 23.
In this example, as shown in FIG. 13B, an n-side electrode is formed on a part of the right side surface of the n-type semiconductor layer 23 for each of the plurality of light emitting elements 1 arranged in one row in the row direction (lateral direction). 25 is provided. Accordingly, a row in the display panel 10 can be selected by selecting one n-side electrode 25 to which a voltage is applied (that is, a signal is input). Further, by selecting one wiring electrode 12 to which a voltage is applied, a column in the display panel 10 can be selected. That is, by selecting one n-side electrode 25 and one wiring electrode 12, one light-emitting element 1 that controls light emission can be selected.

なお、n型半導体層23の一部を出射方向特定部形成層34として用いる場合は、n側電極25は、出射方向特定部3の一部と接触するように設けてもよい。   When a part of the n-type semiconductor layer 23 is used as the emission direction specifying part forming layer 34, the n-side electrode 25 may be provided so as to be in contact with a part of the emission direction specifying part 3.

以上説明したように、本発明の実施形態に係る発光素子1は、表面に3個以上の柱状部を形成することで光の干渉効果により光線を成形できる。また、発光素子1は、出射方向特定部3における柱状部31,32,33の配置と、制御柱である柱状部33と導波柱である柱状部31,32との高さの差を適切に選んで形成することで、表示パネル面に対して垂直な方向を含む任意方向へ放射する光線を成形することが可能となる。また、発光素子1は、表面に柱状部31,32,33を形成するだけで光線の方向を制御できるため、その構造が簡単である。   As described above, the light emitting element 1 according to the embodiment of the present invention can form a light beam by the light interference effect by forming three or more columnar portions on the surface. In addition, the light emitting element 1 appropriately adjusts the arrangement of the columnar portions 31, 32, and 33 in the emission direction specifying portion 3 and the height difference between the columnar portion 33 that is the control column and the columnar portions 31 and 32 that are the waveguide columns. Thus, it is possible to form a light beam radiating in an arbitrary direction including a direction perpendicular to the display panel surface. Moreover, since the light emitting element 1 can control the direction of the light beam only by forming the columnar portions 31, 32, 33 on the surface, the structure thereof is simple.

<第1実施形態の変形例>
次に、第1実施形態の変形例について、図14を参照して説明する。
図14に示す第1実施形態の変形例に係る発光素子1Aは、図2に示した第1実施形態に係る発光素子1において、n側電極25に代えてn側電極25Aを備えて構成するものである。第1実施形態に係る発光素子1と同様の構成については、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
<Modification of First Embodiment>
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
A light-emitting element 1A according to a modification of the first embodiment shown in FIG. 14 is configured by including an n-side electrode 25A instead of the n-side electrode 25 in the light-emitting element 1 according to the first embodiment shown in FIG. Is. About the structure similar to the light emitting element 1 which concerns on 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本変形例に係る発光素子1Aは、図14に示すように、出射方向特定部3の底部30の上面30aであって、平面視で構造物3aが設けられた領域(図14では、柱状部31,32,33を含む外接円の内部領域)を除く領域に、構造物3aを囲むようにn側電極25Aを設けるものである。   As shown in FIG. 14, the light emitting element 1 </ b> A according to this modification is an upper surface 30 a of the bottom 30 of the emission direction specifying unit 3, and a region where the structure 3 a is provided in plan view (in FIG. 14, a columnar part An n-side electrode 25A is provided so as to surround the structure 3a in a region excluding a circumscribed circle including 31, 32, and 33).

本変形例は、p型半導体層21におけるキャリア移動度に比べ、n型半導体層23におけるキャリア移動度が十分に大きくないか、再結合時間がキャリアの拡散時間に比べて十分には短くない場合に適するように、n側電極25Aを配置したものである。
前記したように発光領域22aを囲むようにn側電極25Aを設けることにより、p側電極24の形状により、発光領域22aの形状を定めることができる。すなわち、p側電極24の直上領域の近傍を、発光領域22aとすることができる。
In this modification, the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23 is not sufficiently large compared to the carrier mobility in the p-type semiconductor layer 21 or the recombination time is not sufficiently short compared to the carrier diffusion time. The n-side electrode 25A is arranged so as to be suitable for the above.
By providing the n-side electrode 25A so as to surround the light emitting region 22a as described above, the shape of the light emitting region 22a can be determined by the shape of the p side electrode 24. That is, the vicinity of the region directly above the p-side electrode 24 can be the light emitting region 22a.

なお、本例のように、n側電極25Aを、出射方向特定部3に接触するように設ける場合には、出射方向特定部3は、n型半導体層23の上部を加工して形成するか、ITOなどの透光性を有する導電材料を用いて形成する。これによって、n側電極25Aとn型半導体層23とを電気的に導通させることができる。特に、出射方向特定部3を、導電材料を用いて構成した場合は、出射方向特定部3の全体がn側電極25Aの拡張電極として機能するため、n型半導体層23に、より均一に電流を拡散させることができる。   When the n-side electrode 25A is provided so as to be in contact with the emission direction specifying portion 3 as in this example, is the emission direction specifying portion 3 formed by processing the upper part of the n-type semiconductor layer 23? And a light-transmitting conductive material such as ITO. Thus, the n-side electrode 25A and the n-type semiconductor layer 23 can be electrically connected. In particular, when the emission direction specifying portion 3 is configured using a conductive material, the entire emission direction specifying portion 3 functions as an extended electrode of the n-side electrode 25A, and thus the n-type semiconductor layer 23 has a more uniform current. Can be diffused.

また、n型半導体層23と出射方向特定部3との間に、n型半導体層23の上面全体を覆うように、ITOなどの透光性を有する導電材料を用いて均一な厚さの電極層を形成し、この電極層と接触するようにn側電極25Aを設けるようにしてもよい。このように構成することで、透光性の電極層を介して、n側電極25Aから供給される電流をn型半導体層23に均一に拡散させることができる。更に、透光性の電極層の膜厚を均一にすることで、出射方向特定部3の柱状部31,32,33に入射される光に位相差を生じさせることがないため、出射方向特定部3の材料選択や構造の自由度を制約することがない。   Further, an electrode having a uniform thickness is formed between the n-type semiconductor layer 23 and the emission direction specifying portion 3 by using a light-transmitting conductive material such as ITO so as to cover the entire upper surface of the n-type semiconductor layer 23. A layer may be formed, and the n-side electrode 25A may be provided so as to be in contact with the electrode layer. With this configuration, the current supplied from the n-side electrode 25A can be uniformly diffused into the n-type semiconductor layer 23 via the translucent electrode layer. Further, by making the film thickness of the translucent electrode layer uniform, there is no phase difference in the light incident on the columnar parts 31, 32, 33 of the emission direction specifying part 3, so that the emission direction is specified. There is no restriction on the material selection and the degree of freedom of the structure of the portion 3.

また、n型半導体層23と出射方向特定部3との間に設ける電極層として、p側電極24の直上領域に透光性の導電材料を用い、その他の領域に直上領域と同じ厚さで透光性の導電材料よりも導電性の良好な金属などの導電材料を用いて形成するようにしてもよい。これによって、透光性の導電材料のみで電極層を形成する場合よりも、電流を良好に供給できるため、より強い光を発光させることができる。   In addition, as an electrode layer provided between the n-type semiconductor layer 23 and the emission direction specifying portion 3, a light-transmitting conductive material is used in the region immediately above the p-side electrode 24, and the other regions have the same thickness as the region immediately above. You may make it form using conductive materials, such as a metal with better electroconductivity than a translucent conductive material. Accordingly, current can be supplied better than in the case where the electrode layer is formed using only a light-transmitting conductive material, so that stronger light can be emitted.

本変形例に係る発光素子1Aは、n側電極25Aの配置が異なる以外は、第1実施形態に係る発光素子1と同様に動作するため、動作についての説明は省略する。
また、本変形例に係る発光素子1Aは、第1実施形態に係る発光素子1の製造方法において、n側電極25を形成する際のマスクを設ける位置を、n側電極25Aを設ける位置に対応して変更することで、同様にして形成することができるため、詳細な説明は省略する。
Since the light emitting element 1A according to the present modification operates in the same manner as the light emitting element 1 according to the first embodiment except that the arrangement of the n-side electrode 25A is different, the description of the operation is omitted.
Further, in the light emitting element 1A according to this modification, in the method for manufacturing the light emitting element 1 according to the first embodiment, the position where the mask for forming the n-side electrode 25 is provided corresponds to the position where the n-side electrode 25A is provided. Therefore, detailed description is omitted because it can be formed in the same manner.

<第2実施形態>
次に、図15及び図16を参照して、第2実施形態に係る発光素子について説明する。
図15及び図16に示すように、第2実施形態に係る発光素子1Bは、図1及び図2に示した第1実施形態に係る発光素子1において、出射方向特定部3に代えて、出射方向特定部3Bを備えるものである。第1実施形態に係る発光素子1と同様の構成については、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
Second Embodiment
Next, with reference to FIG.15 and FIG.16, the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated.
As shown in FIGS. 15 and 16, the light emitting device 1 </ b> B according to the second embodiment is different from the light emitting device 1 according to the first embodiment shown in FIGS. The direction specifying unit 3B is provided. About the structure similar to the light emitting element 1 which concerns on 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

図15及び図16に示すように、発光素子1Bは、構造物3Baとして、平坦な上面40aにおいて所定領域を取り囲むように、3つ以上の孔(柱状凹部)を有し、少なくとも1つの孔の深さが他と異なり、これらすべての孔から光を射出する点に特徴がある。以下では、一例として発光素子1Bが3つの孔41,42,43を有し、孔43が孔41,42よりも浅いものとして説明する。   As shown in FIGS. 15 and 16, the light emitting element 1 </ b> B has three or more holes (columnar recesses) as the structure 3 </ b> Ba so as to surround a predetermined region on the flat upper surface 40 a, and includes at least one hole. The depth is different from others, and it is characterized in that light is emitted from all these holes. In the following description, it is assumed that the light emitting element 1 </ b> B has three holes 41, 42, 43 as an example, and the hole 43 is shallower than the holes 41, 42.

本実施形態に係る発光素子1Bは、出射方向特定部3Bとして、3つの柱状の凹部である孔(柱状凹部)41,42,43を構造物3Baとして有するものである。孔41,42,43は、第1実施形態における出射方向特定部3の柱状部31,32,33に代わる構造物である。前記したように、出射方向特定部3Bの上面40aに対して、孔43の底面43aの深さが、孔41,42の底面41a,42aの深さよりも浅く形成されている。
なお、本実施形態では、孔41,42,43の形状は、横断面が円形の円柱状としたが、これに限定されず、横断面が多角形、楕円などの他の形状の柱状とすることもできる。
The light-emitting element 1B according to the present embodiment has three columnar recesses (columnar recesses) 41, 42, and 43 as the structure 3Ba as the emission direction specifying portion 3B. The holes 41, 42, and 43 are structures that replace the columnar portions 31, 32, and 33 of the emission direction specifying portion 3 in the first embodiment. As described above, the depth of the bottom surface 43a of the hole 43 is shallower than the depth of the bottom surfaces 41a and 42a of the holes 41 and 42 with respect to the upper surface 40a of the emission direction specifying portion 3B.
In the present embodiment, the shape of the holes 41, 42, 43 is a columnar shape having a circular cross section, but is not limited to this, and the cross section is a columnar shape having another shape such as a polygon or an ellipse. You can also.

発光構造部2の発光領域22aから放射された光は、孔41,42,43に入射し、孔41,42,43の底面41a,42a,43aから出射し、これらの出射光は干渉し合い、孔41,42,43の配置に応じた方向に強度を有する光線が出射方向特定部3Bから出射される。出射方向特定部3Bは、各孔41,42,43の深さを異なるようにし、その深さの差により、各孔41,42,43の底面41a,42a,43aから出射する光に位相差を生じさせるものである。
なお、出射方向特定部3Bにより光の出射方向を特定する原理は、第1実施形態における出射方向特定部3と同様であるから、説明は省略する。また、発光構造部2の動作も、第1実施形態における発光構造部2と同様であるから、説明は省略する。
Light emitted from the light emitting region 22a of the light emitting structure 2 enters the holes 41, 42, and 43, and exits from the bottom surfaces 41a, 42a, and 43a of the holes 41, 42, and 43, and these emitted lights interfere with each other. A light beam having an intensity in a direction corresponding to the arrangement of the holes 41, 42, 43 is emitted from the emission direction specifying unit 3B. The emission direction specifying part 3B makes the depths of the holes 41, 42, and 43 different from each other, and the phase difference between the light emitted from the bottom surfaces 41a, 42a, and 43a of the holes 41, 42, and 43 due to the difference in the depths. It will cause.
The principle of specifying the light emission direction by the emission direction specifying unit 3B is the same as that of the emission direction specifying unit 3 in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The operation of the light emitting structure 2 is also the same as that of the light emitting structure 2 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

また、平面視における発光領域22aと、孔41,42,43の配置との好ましい関係は、第1実施形態に係る発光素子1における発光領域22aと、柱状部31,32,33と同様である。すなわち、発光領域22aの面積をSL、孔41,42,43の面積をSP、孔41,42,43を含む外接円の面積をSOとすると、光線の明瞭性の向上と、光線の方向制御の任意性の向上を両立させるために、前記した式(12)の関係が成立することが望ましい。
但し、式(12)において、Nは孔の設置数を示すものとし、3以上の整数である。
Further, the preferable relationship between the light emitting region 22a in the plan view and the arrangement of the holes 41, 42, 43 is the same as that of the light emitting region 22a and the columnar portions 31, 32, 33 in the light emitting element 1 according to the first embodiment. . That is, assuming that the area of the light emitting region 22a is SL, the area of the holes 41, 42, 43 is SP, and the area of the circumscribed circle including the holes 41, 42, 43 is SO, the clarity of the light beam is improved and the direction control of the light beam is performed. In order to achieve both improvement in the arbitraryness of the above, it is desirable that the relationship of the above-described formula (12) is satisfied.
However, in Formula (12), N shall show the number of installation of a hole, and is an integer greater than or equal to 3.

また、本実施形態に係る発光素子1Bは、第1実施形態に係る発光素子1の製造方法において、構造物形成工程において、柱状部31,32,33を形成するマスクを設ける代わりに、孔41,42,43を形成する領域以外をマスクを設け、エッチングにより孔41,42,43を形成することで作製することができる。この工程については、第1実施形態と同様であるから、説明は省略する。   Further, the light emitting device 1B according to the present embodiment has a hole 41 instead of providing a mask for forming the columnar portions 31, 32, 33 in the structure forming step in the method for manufacturing the light emitting device 1 according to the first embodiment. , 42, 43 can be manufactured by providing a mask in areas other than the region where holes are formed, and forming the holes 41, 42, 43 by etching. Since this step is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

<第2実施形態の変形例>
次に、第2実施形態の変形例について、図17を参照して説明する。
図17に示す第2実施形態の変形例に係る発光素子1Cは、図16に示した第2実施形態に係る発光素子1Bにおいて、n側電極25に代えてn側電極25Cを備えて構成するものである。第2実施形態に係る発光素子1Bと同様の構成については、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
<Modification of Second Embodiment>
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
A light emitting device 1C according to a modification of the second embodiment shown in FIG. 17 includes an n side electrode 25C instead of the n side electrode 25 in the light emitting device 1B according to the second embodiment shown in FIG. Is. About the structure similar to the light emitting element 1B which concerns on 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本変形例における発光素子1Cは、図14に示した第1実施形態の変形例に係る発光素子1Aのn側電極25Aと同様に、出射方向特定部3Aの上面40aであって、平面視で構造物3Baが設けられた領域(図17では、平面視で孔41,42,43を含む外接円の内部領域)を除く領域に、構造物3Baを囲むようにn側電極25Cを設けるものである。   The light emitting element 1C in the present modification is the upper surface 40a of the emission direction specifying part 3A, like the n-side electrode 25A of the light emitting element 1A according to the modification of the first embodiment shown in FIG. The n-side electrode 25C is provided so as to surround the structure 3Ba in a region excluding the region where the structure 3Ba is provided (in FIG. 17, the inner region of the circumscribed circle including the holes 41, 42, and 43 in plan view). is there.

本変形例は、p型半導体層21におけるキャリア移動度に比べ、n型半導体層23におけるキャリア移動度が十分に大きくないか、再結合時間がキャリアの拡散時間に比べて十分には短くない場合に適するように、n側電極25Cを配置したものである。
前記したように発光領域22aを囲むようにn側電極25Cを設けることにより、p側電極24の形状により、発光領域22aの形状を定めることができる。すなわち、p側電極24の直上領域の近傍を、発光領域22aとすることができる。
In this modification, the carrier mobility in the n-type semiconductor layer 23 is not sufficiently large compared to the carrier mobility in the p-type semiconductor layer 21 or the recombination time is not sufficiently short compared to the carrier diffusion time. The n-side electrode 25C is disposed so as to be suitable for the above.
By providing the n-side electrode 25C so as to surround the light emitting region 22a as described above, the shape of the light emitting region 22a can be determined by the shape of the p side electrode 24. That is, the vicinity of the region directly above the p-side electrode 24 can be the light emitting region 22a.

なお、本例のように、n側電極25Cを、出射方向特定部3Bに接触するように設ける場合には、出射方向特定部3は、n型半導体層23の上部を加工して形成するか、ITOなどの透光性を有する導電材料を用いて形成する。これによって、n側電極25Cとn型半導体層23とを電気的に導通させることができる。   When the n-side electrode 25C is provided so as to be in contact with the emission direction specifying portion 3B as in this example, is the emission direction specifying portion 3 formed by processing the upper part of the n-type semiconductor layer 23? And a light-transmitting conductive material such as ITO. Thereby, the n-side electrode 25C and the n-type semiconductor layer 23 can be electrically connected.

また、n型半導体層23と出射方向特定部3Bとの間に、n型半導体層23の上面全体を覆うように、ITOなどの透光性を有する導電材料を用いて均一な厚さの電極層を形成し、この電極層と接触するようにn側電極25Cを設けるようにしてもよい。このように構成することで、透光性の電極層を介して、n側電極25Cから供給される電流をn型半導体層23に均一に拡散させることができる。更に、透光性の電極層の膜厚を均一にすることで、出射方向特定部3Bの柱状凹部41,42,43に入射される光の位相差を変化させることがないため、出射方向特定部3Bの材料選択や構造の自由度を制限することがない。   Further, an electrode having a uniform thickness is formed between the n-type semiconductor layer 23 and the emission direction specifying portion 3B by using a light-transmitting conductive material such as ITO so as to cover the entire upper surface of the n-type semiconductor layer 23. A layer may be formed, and the n-side electrode 25C may be provided so as to be in contact with this electrode layer. With this configuration, the current supplied from the n-side electrode 25C can be uniformly diffused into the n-type semiconductor layer 23 via the translucent electrode layer. Further, by making the film thickness of the translucent electrode layer uniform, the phase difference of the light incident on the columnar recesses 41, 42, 43 of the emission direction specifying portion 3B is not changed, so that the emission direction is specified. There is no restriction on the material selection or the structural freedom of the portion 3B.

また、n型半導体層23と出射方向特定部3Bとの間に設ける電極層として、p側電極24の直上領域に透光性の導電材料を用い、その他の領域に直上領域と同じ厚さで透光性の導電材料よりも導電性の良好な金属などの導電材料を用いて形成するようにしてもよい。これによって、透光性の導電材料のみで電極層を形成する場合よりも、電流を良好に供給できるため、より強い光を発光させることができる。   In addition, as an electrode layer provided between the n-type semiconductor layer 23 and the emission direction specifying portion 3B, a light-transmitting conductive material is used in the region immediately above the p-side electrode 24, and the other regions have the same thickness as the region immediately above. You may make it form using conductive materials, such as a metal with better electroconductivity than a translucent conductive material. Accordingly, current can be supplied better than in the case where the electrode layer is formed using only a light-transmitting conductive material, so that stronger light can be emitted.

本変形例に係る発光素子1Cは、n側電極25Cの配置が異なる以外は、第2実施形態に係る発光素子1Bと同様に動作するため、動作についての説明は省略する。
また、本変形例に係る発光素子1Cは、第2実施形態に係る発光素子1Bの製造方法において、n側電極25を形成する際のマスクを設ける位置を、n側電極25Cを設ける位置に対応して変更することで、同様にして形成することができるため、詳細な説明は省略する。
Since the light emitting element 1C according to this modification operates in the same manner as the light emitting element 1B according to the second embodiment except that the arrangement of the n-side electrode 25C is different, the description of the operation is omitted.
Further, in the light emitting element 1C according to this modification, in the method for manufacturing the light emitting element 1B according to the second embodiment, the position where the mask for forming the n-side electrode 25 is provided corresponds to the position where the n-side electrode 25C is provided. Therefore, detailed description is omitted because it can be formed in the same manner.

<第3実施形態>
[IP立体ディスプレイの概念]
次に、図18及び図19を参照して、第3実施形態として、本発明の発光素子を用いたIP立体ディスプレイ(立体画像表示装置)について説明する。
図18(a)及び図18(b)に示すように、本実施形態に係るIP立体ディスプレイは、第1実施形態に係る発光素子1を基板11上に多数並べることにより、IP方式のディスプレイであるIP立体ディスプレイ100を構成するものである。図示は省略するが、IP立体ディスプレイ100に対応したIP立体撮影装置がレンズ板を介して図18(b)に示す円柱や立方体等の被写体を予め撮影した要素画像群を取得しておくことが、立体を表示(再生)するためには簡便であるが、多視点映像もしくは3次元モデルのレンダリング処理などによって作成し、IP立体ディスプレイ100における発光素子1の配列に合わせてデータを構成したものを用いても構わない。
<Third Embodiment>
[Concept of IP stereoscopic display]
Next, with reference to FIG. 18 and FIG. 19, an IP stereoscopic display (stereoscopic image display apparatus) using the light emitting element of the present invention will be described as a third embodiment.
As shown in FIGS. 18A and 18B, the IP stereoscopic display according to the present embodiment is an IP display by arranging a large number of light-emitting elements 1 according to the first embodiment on a substrate 11. A certain IP stereoscopic display 100 is configured. Although illustration is omitted, an IP stereoscopic imaging device corresponding to the IP stereoscopic display 100 may acquire an element image group in which a subject such as a cylinder or a cube illustrated in FIG. Although it is convenient for displaying (reproducing) a three-dimensional object, it is created by multi-view video or a three-dimensional model rendering process, and the data is configured according to the arrangement of the light emitting elements 1 in the IP three-dimensional display 100. You may use.

従来のIP方式のディスプレイでは、例えば液晶パネルに要素画像群を表示して、簡便には、撮影時と同様の要素レンズアレイの各要素レンズを介して各要素画像を投影し、それらを集積した像を、被写体に対応した立体再生像として観察することができる。
本発明によるIP立体ディスプレイ100の場合は、密集して配置された複数の発光素子1が1単位の要素画素群として要素画像を形成し、従来のIP立体ディスプレイの個々の要素レンズに相当する領域に、それぞれ対応する要素画素群(1つの単位構造)が並置される構造となる。
In a conventional IP display, for example, an element image group is displayed on a liquid crystal panel, and each element image is simply projected through each element lens of an element lens array similar to that at the time of photographing and accumulated. The image can be observed as a stereoscopic reproduction image corresponding to the subject.
In the case of the IP stereoscopic display 100 according to the present invention, a plurality of light emitting elements 1 arranged densely form an element image as a unit pixel group, and correspond to individual element lenses of a conventional IP stereoscopic display. The corresponding element pixel groups (one unit structure) are arranged side by side.

ここで、要素画像とは、微小な光学レンズの集合体である要素レンズアレイを用いた従来のIP方式のディスプレイにおいて、1つの要素レンズに対応して投影される画像のことである。従来のIP方式のディスプレイにおいて1つの要素画像を構成する要素画素群の各画素から発せられる光線は、各画素位置と要素レンズの中心とを結ぶ方向に出射される。このため、1組の要素画素群を構成する各画素から発せられる光線は、それぞれ異なる方向に出射される。   Here, the element image is an image projected in correspondence with one element lens in a conventional IP system display using an element lens array which is an assembly of minute optical lenses. In a conventional IP display, light rays emitted from each pixel of the element pixel group constituting one element image are emitted in a direction connecting each pixel position and the center of the element lens. For this reason, the light rays emitted from each pixel constituting one set of element pixel groups are emitted in different directions.

本発明では、従来のIP方式のディスプレイにおける要素レンズに代えて、画素として用いる発光素子1ごとに出射方向を設定するものである。そのために、図18(a)に示したIP立体ディスプレイ100は、発光素子1ごとに、それぞれが定められた方向に光線を出射するように構造物3aが設置される。
なお、前記したように、発光素子1を基板11上に多数並べることでIP立体ディスプレイ100を提供することが可能であるが、その際に発光素子1自体を基板11に対して傾斜させて配置することで、出射方向をより広範囲に設定することができる。
In the present invention, in place of the element lens in the conventional IP display, the emission direction is set for each light emitting element 1 used as a pixel. Therefore, in the IP stereoscopic display 100 shown in FIG. 18A, the structure 3 a is installed so that each light emitting element 1 emits a light beam in a predetermined direction.
As described above, it is possible to provide the IP three-dimensional display 100 by arranging a large number of the light emitting elements 1 on the substrate 11. In this case, the light emitting elements 1 themselves are inclined with respect to the substrate 11. By doing so, the emission direction can be set in a wider range.

図18(b)は、ある観察点において、IP立体ディスプレイ100からこの観察点の方向に出射される光線の様子の一例を示したものである。観察点では、各要素画素群の内でこの観察点の方向に出射される光線(太い矢印線)が集積され、例えば、円柱や立方体のような画像を観察することができる。   FIG. 18B shows an example of the state of light rays emitted from the IP stereoscopic display 100 in the direction of the observation point at a certain observation point. At the observation point, rays (thick arrow lines) emitted in the direction of the observation point in each element pixel group are accumulated, and for example, an image such as a cylinder or a cube can be observed.

なお、IP立体ディスプレイ100の発光素子1間、すなわち、画素間においては、互いに可干渉長以上の距離を持って配置されるため、異なる画素から出射された光の間で干渉波が生成されることはない。そのため、例えば、3つの画素から射出される光が合成される光の強度は、3つの画素から射出されたそれぞれの光の強度の単なる加算となる。つまり、画素間において合成される光の強度は、3つの画素を3つの波源とみなしたときに、前記した式(17)の第1項と第2項に相当する演算で求められることとなる。   In addition, between the light emitting elements 1 of the IP stereoscopic display 100, that is, between the pixels, since they are arranged with a distance equal to or longer than the coherence length, an interference wave is generated between light emitted from different pixels. There is nothing. Therefore, for example, the intensity of the light synthesized from the light emitted from the three pixels is simply an addition of the intensity of each light emitted from the three pixels. That is, the intensity of the light synthesized between the pixels is obtained by an operation corresponding to the first term and the second term of Equation (17) when the three pixels are regarded as three wave sources. .

このような微細構造を有する発光素子1を多数個並べた表示パネルは、従来技術においてレンズ板と発光面とを接合させた装置と同じ働きを有するようになる。このようにして作成したIP立体ディスプレイ100においては、立体表示の解像度は、発光素子1の精細度にのみ依存し、光学系の解像度不足による映像ボケが生じない。また、発光素子1を用いたIP表示における視域角の最大値は、素子表面と垂直な方向に対する放射光の成す角(制御角)の最大値にのみ依存し、解像度と視域角とを独立に改善することが可能である。   A display panel in which a large number of light emitting elements 1 having such a fine structure are arranged has the same function as a device in which a lens plate and a light emitting surface are joined in the prior art. In the IP stereoscopic display 100 created in this way, the resolution of the stereoscopic display depends only on the definition of the light emitting element 1, and image blur due to insufficient resolution of the optical system does not occur. Further, the maximum value of the viewing zone angle in the IP display using the light emitting element 1 depends only on the maximum value of the angle (control angle) of the radiated light with respect to the direction perpendicular to the element surface, and the resolution and the viewing zone angle are determined. It is possible to improve independently.

[IP立体ディスプレイの構成]
次に、図19を参照して、本実施形態に係るIP立体ディスプレイ100の構成について詳細に説明する。
図19に示すように、本実施形態に係るIP立体ディスプレイ100は、表示パネル(表示素子)10と、駆動部60とを備えて構成されている。IP立体ディスプレイ100は、外部の表示制御部70を介して入力される画像信号を、表示パネル10にIP方式の立体画像として表示する立体画像表示装置である。
[Configuration of IP stereoscopic display]
Next, the configuration of the IP stereoscopic display 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 19, the IP stereoscopic display 100 according to the present embodiment includes a display panel (display element) 10 and a drive unit 60. The IP stereoscopic display 100 is a stereoscopic image display device that displays an image signal input via the external display control unit 70 on the display panel 10 as an IP stereoscopic image.

表示パネル(表示素子)10は、複数の発光素子1を画素として2次元に配列して設けられており、IP方式の立体画像を表示する表示素子である。表示パネル10は、行方向(横方向)に配列する発光素子1ごとにn側電極25を備え、列方向(縦方向)に配列する発光素子1ごとに、p側電極24と接続する配線用電極12とを備えている。すなわち、n側電極25は、当該n側電極25が接続された1行に属する発光素子1のn側の共通電極であり、配線用電極12は、当該配線用電極12がp側電極24と接続された1列に属するp側電極24の共通電極である。   The display panel (display element) 10 is a display element that is provided with a plurality of light-emitting elements 1 arranged in a two-dimensional manner as pixels, and displays an IP system stereoscopic image. The display panel 10 includes an n-side electrode 25 for each light-emitting element 1 arranged in the row direction (horizontal direction), and for wiring connected to the p-side electrode 24 for each light-emitting element 1 arranged in the column direction (vertical direction). And an electrode 12. That is, the n-side electrode 25 is a common electrode on the n-side of the light emitting elements 1 belonging to one row to which the n-side electrode 25 is connected, and the wiring electrode 12 includes the wiring electrode 12 and the p-side electrode 24. This is a common electrode of the p-side electrode 24 belonging to one connected column.

各n側電極25には、行選択部61から走査信号である行選択信号が入力される。また、各配線用電極12には、列選択部62から、列位置に対応する画像信号が列選択信号として入力される。表示パネル10において、行選択信号が入力されたn側電極25と、列選択信号が入力された配線用電極12に接続された発光素子1が選択され、その発光時間(発光/非発光)が制御される。   A row selection signal, which is a scanning signal, is input to each n-side electrode 25 from the row selection unit 61. In addition, an image signal corresponding to a column position is input to each wiring electrode 12 from the column selection unit 62 as a column selection signal. In the display panel 10, the n-side electrode 25 to which the row selection signal is input and the light emitting element 1 connected to the wiring electrode 12 to which the column selection signal is input are selected, and the light emission time (light emission / non-light emission) is selected. Be controlled.

駆動部(画素選択手段)60は、行選択部61と列選択部62とを備え、外部の表示制御部70を介して入力される画像信号に基づいて、表示パネル10に画素として配置された発光素子1を順次選択し、その発光時間を制御するものである。
行選択部61は、表示制御部70から画像信号の行に同期した走査信号を入力し、その行に対応するn側電極(行電極)25に出力する。選択されたことを示す所定の電位(例えば0V)の行選択信号が入力された行が、発光時間を制御される対象となる。
列選択部62は、表示制御部70から画像信号を入力し、各列に対応する画像信号に分割して、各列に対応する配線用電極12に分割した画像信号を列選択信号として並行して出力する。選択されたことを示す所定レベルの電位(例えば5V)の列選択信号が入力されている期間、発光素子1が発光する。従って、行選択信号が入力されている期間であって、所定のレベルの列選択信号が入力されている期間に発光素子1が発光し、それ以外の期間に発光素子1は非発光となる。列選択信号において所定レベルとなる期間を、画像信号中の対応する画素データに応じて増減することで、発光素子1の画素として表示する輝度を変調することができる。
The drive unit (pixel selection means) 60 includes a row selection unit 61 and a column selection unit 62, and is arranged as a pixel on the display panel 10 based on an image signal input via the external display control unit 70. The light emitting elements 1 are sequentially selected, and the light emission time is controlled.
The row selection unit 61 receives a scanning signal synchronized with the row of the image signal from the display control unit 70, and outputs it to the n-side electrode (row electrode) 25 corresponding to the row. A row to which a row selection signal having a predetermined potential (for example, 0 V) indicating selection is input is a target whose light emission time is controlled.
The column selection unit 62 receives the image signal from the display control unit 70, divides it into image signals corresponding to each column, and uses the image signals divided into the wiring electrodes 12 corresponding to each column in parallel as column selection signals. Output. The light emitting element 1 emits light during a period in which a column selection signal having a predetermined level potential (for example, 5 V) indicating that it has been selected is input. Therefore, the light-emitting element 1 emits light during a period in which the row selection signal is input and a column selection signal of a predetermined level is input, and the light-emitting element 1 does not emit light in other periods. By increasing / decreasing the period of the predetermined level in the column selection signal according to the corresponding pixel data in the image signal, the luminance displayed as the pixel of the light emitting element 1 can be modulated.

表示制御部70は、画像信号を入力し、入力した画像信号を、列選択部62に出力すると共に、この画像信号に同期した走査信号を行選択信号として行選択部61に出力するものである。   The display control unit 70 inputs an image signal, outputs the input image signal to the column selection unit 62, and outputs a scanning signal synchronized with the image signal to the row selection unit 61 as a row selection signal. .

なお、本実施形態における表示パネル10は、第1実施形態に係る発光素子1の製造方法として説明した表示パネル10の製造法により作製することができる。   In addition, the display panel 10 in this embodiment can be manufactured by the manufacturing method of the display panel 10 demonstrated as a manufacturing method of the light emitting element 1 which concerns on 1st Embodiment.

[IP立体ディスプレイの動作]
次に、引き続き図19を参照して、本実施形態係るIP立体ディスプレイ100の動作について説明する。
IP立体ディスプレイ100は、表示制御部70から、画像信号と共に画像信号の行に同期した走査信号を入力する。IP立体ディスプレイ100は、行選択部61によって、n側電極25を順次に選択して、表示制御部70から入力した走査信号を行選択信号として出力する。これと並行して、IP立体ディスプレイ100は、列選択部62によって、表示制御部70から入力される1行の画像信号を、列に対応するデータ信号に分割し、分割したデータ信号を、それぞれ対応する列の配線用電極12に出力する。
IP立体ディスプレイ100の表示パネル10において、行選択部61によって選択された行に属する各発光素子1は、列選択部62から入力されるデータ信号に応じて発光時間が制御される。
[Operation of IP stereoscopic display]
Next, the operation of the IP stereoscopic display 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The IP stereoscopic display 100 receives a scanning signal synchronized with the row of the image signal together with the image signal from the display control unit 70. In the IP stereoscopic display 100, the row selection unit 61 sequentially selects the n-side electrode 25 and outputs the scanning signal input from the display control unit 70 as a row selection signal. In parallel with this, the IP stereoscopic display 100 divides the image signal of one row input from the display control unit 70 into the data signals corresponding to the columns by the column selection unit 62, and the divided data signals are respectively Output to the wiring electrode 12 in the corresponding column.
In the display panel 10 of the IP stereoscopic display 100, the light emitting time of each light emitting element 1 belonging to the row selected by the row selecting unit 61 is controlled according to the data signal input from the column selecting unit 62.

IP立体ディスプレイ100は、表示制御部70から次の行についての走査信号を入力すると、行選択部61によって次の行を選択する行選択信号を、対応するn側電極25に出力する。これと並行して、IP立体ディスプレイ100は、列選択部62によって、表示制御部70から入力される次の行の画像信号を、列に対応するデータ信号に分割し、分割したデータ信号を、それぞれ対応する列の配線用電極12に出力する。これによって、次の行に属する発光素子1の発光時間が制御される。
以下、IP立体ディスプレイ100は、順次に選択する行を変えて、選択した行に属する発光素子1の発光時間を制御する。これを繰り返すことによって、IP立体ディスプレイ100は、表示制御部70介して入力される画像信号を、立体画像として表示パネル10に表示することができる。
When the IP stereoscopic display 100 receives a scanning signal for the next row from the display control unit 70, the IP stereoscopic display 100 outputs a row selection signal for selecting the next row by the row selection unit 61 to the corresponding n-side electrode 25. In parallel with this, the IP stereoscopic display 100 uses the column selection unit 62 to divide the image signal of the next row input from the display control unit 70 into data signals corresponding to the columns, Each is output to the wiring electrode 12 in the corresponding column. Thereby, the light emission time of the light emitting elements 1 belonging to the next row is controlled.
Hereinafter, the IP stereoscopic display 100 controls the light emission times of the light emitting elements 1 belonging to the selected row by sequentially changing the selected row. By repeating this, the IP stereoscopic display 100 can display the image signal input via the display control unit 70 on the display panel 10 as a stereoscopic image.

なお、本実施形態では、第1実施形態に係る発光素子1を画素として用いたが、第1実施形態の変形例に係る発光素子1A、第2実施形態に係る発光素子1B又は第2実施形態の変形例に係る発光素子1Cを画素として用いることもできる。   In the present embodiment, the light-emitting element 1 according to the first embodiment is used as a pixel. However, the light-emitting element 1A according to the modification of the first embodiment, the light-emitting element 1B according to the second embodiment, or the second embodiment. The light emitting element 1C according to the modified example can also be used as a pixel.

[発光素子の利用可能性]
本発明の発光素子1,1A,1B,1Cは、光線の成形と方向制御を必要とするデバイス一般に応用することが可能である。例えば、プロジェクター用光源、空間光インターコネクションに用いる接続器、拡散板を必要としない照明用光源などに好適である。
[Possibility of using light emitting elements]
The light-emitting elements 1, 1A, 1B, and 1C of the present invention can be applied to general devices that require light beam shaping and direction control. For example, it is suitable for a light source for a projector, a connector used for spatial light interconnection, an illumination light source that does not require a diffuser.

1、1A、1B、1C 発光素子
2 発光構造部
3、3B 出射方向特定部
3a、3Ba 構造物
10 表示パネル(表示素子)
11 基板
12 配線用電極(列電極)
13 絶縁層
21 p型半導体層(第1半導体層)
22 発光層
22a 発光領域
23 n型半導体層(第2半導体層)
24 p側電極(第1電極)
25、25A、25C n側電極(第2電極)
30 底部
30a 上面
31、32 柱状部(導波柱)
33 柱状部(制御柱)
31a、32a、33a 上面
34 構造部形成層
40a 上面
41、42 孔(柱状凹部)
43 孔(制御孔)(柱状凹部)
41a、42a、43a 底面
50 基板
51 剥離層
52 分離溝
60 駆動部(画素選択手段)
61 行選択部
62 列選択部
70 表示制御部
100 IP立体ディスプレイ(立体画像表示装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C Light emitting element 2 Light emitting structure part 3, 3B Output direction specific part 3a, 3Ba Structure 10 Display panel (display element)
11 Substrate 12 Wiring electrode (column electrode)
13 Insulating layer 21 p-type semiconductor layer (first semiconductor layer)
22 light emitting layer 22a light emitting region 23 n-type semiconductor layer (second semiconductor layer)
24 p-side electrode (first electrode)
25, 25A, 25C n-side electrode (second electrode)
30 Bottom portion 30a Upper surface 31, 32 Columnar portion (waveguide column)
33 Columnar part (control column)
31a, 32a, 33a Upper surface 34 Structure portion formation layer 40a Upper surface 41, 42 Hole (columnar recess)
43 holes (control holes) (columnar recesses)
41a, 42a, 43a Bottom 50 Substrate 51 Peeling layer 52 Separation groove 60 Drive unit (pixel selection means)
61 row selection unit 62 column selection unit 70 display control unit 100 IP stereoscopic display (stereoscopic image display device)

Claims (8)

第1半導体層と、発光層と、第2半導体層とがこの順で積層され、前記第1半導体層と接続する第1電極と、前記第2半導体層と接続する第2電極と、を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第2半導体層の一部又は前記第2半導体層の上面に、前記発光層から出射した光の方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記第1電極は、前記構造物の直下であって、前記第1半導体層の下面の一部と接触するように設けられ、
前記第2半導体層のキャリア移動度が前記第1半導体層のキャリア移動度よりも大きく、かつ前記発光層において前記第1半導体層を移動するキャリアと、前記第2半導体層を移動するキャリアとが再結合して発光する際に、当該再結合に要する時間である再結合時間が、当該再結合によって消滅したキャリアの補充に要する時間である緩和時間より短く、
前記構造物が、柱頭の出射面から光を出射するN本(Nは3以上の整数)の柱状部からなり、
前記N本の柱状部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に配置され、前記N本の柱状部の内、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記柱状部の高さの差が、前記柱状部の内部における前記発光層が出射する光の波長の半分以下であることを特徴とする発光素子。
A first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer are stacked in this order, and includes a first electrode connected to the first semiconductor layer, and a second electrode connected to the second semiconductor layer. A light emitting device having a light emitting structure,
An emission direction specifying part having a structure for specifying the direction of light emitted from the light emitting layer on a part of the second semiconductor layer or the upper surface of the second semiconductor layer,
The first electrode is provided directly below the structure and in contact with a part of the lower surface of the first semiconductor layer,
Carrier mobility of the second semiconductor layer is larger than carrier mobility of the first semiconductor layer, and carriers that move in the light emitting layer through the first semiconductor layer and carriers that move through the second semiconductor layer are when radiative recombination to, the recombination time is the time required for recombination, rather short than the relaxation time is a time required for replenishment of carriers extinguished by the recombination,
The structure includes N (N is an integer of 3 or more) columnar portions that emit light from the emission surface of the stigma.
The N columnar portions are arranged in a ring shape within a range in which light emitted from the light emitting layer can interfere in a plan view, and at least one of the N columnar portions has a height other than that. Unlike the height of the column, the difference in height of the columnar part is not more than half of the wavelength of light emitted from the light emitting layer inside the columnar part .
平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状部を囲む外接円の面積以下であることを特徴とする請求項に記載の発光素子。 In plan view, the light emitting device of claim 1, wherein the area of the first electrode, wherein the or less area of the circumscribed circle surrounding the columnar portion of the N. 平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状部の面積の総和以上であることを特徴とする請求項又は請求項に記載の発光素子。 In plan view, the area of the first electrode, the light emitting device according to claim 1 or claim 2, wherein the at least the sum of the areas of the columnar portion of the N. 第1半導体層と、発光層と、第2半導体層とがこの順で積層され、前記第1半導体層と接続する第1電極と、前記第2半導体層と接続する第2電極と、を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第2半導体層の一部又は前記第2半導体層の上面に、前記発光層から出射した光の方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記第1電極は、前記構造物の直下であって、前記第1半導体層の下面の一部と接触するように設けられ、
前記第2半導体層のキャリア移動度が前記第1半導体層のキャリア移動度よりも大きく、かつ前記発光層において前記第1半導体層を移動するキャリアと、前記第2半導体層を移動するキャリアとが再結合して発光する際に、当該再結合に要する時間である再結合時間が、当該再結合によって消滅したキャリアの補充に要する時間である緩和時間より短く、
前記構造物が、上面から柱状に凹んだN本(Nは3以上の整数)の柱状凹部からなり、
前記N本の柱状凹部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に設けられ、前記N本の柱状凹部の内、少なくとも1本の柱状凹部の深さが他の柱状凹部の深さと異なり、前記柱状凹部の深さの差が、前記柱状凹部の内部における前記発光層が出射する光の波長の半分以下であることを特徴とする発光素子。
A first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer are stacked in this order, and includes a first electrode connected to the first semiconductor layer, and a second electrode connected to the second semiconductor layer. A light emitting device having a light emitting structure,
An emission direction specifying part having a structure for specifying the direction of light emitted from the light emitting layer on a part of the second semiconductor layer or the upper surface of the second semiconductor layer,
The first electrode is provided directly below the structure and in contact with a part of the lower surface of the first semiconductor layer,
Carrier mobility of the second semiconductor layer is larger than carrier mobility of the first semiconductor layer, and carriers that move in the light emitting layer through the first semiconductor layer and carriers that move through the second semiconductor layer are when radiative recombination to, the recombination time is the time required for recombination, rather short than the relaxation time is a time required for replenishment of carriers extinguished by the recombination,
The structure is composed of N (N is an integer of 3 or more) columnar recesses recessed in a columnar shape from the upper surface,
The N columnar recesses are provided in a ring shape within a range in which light emitted from the light emitting layer can interfere in a plan view, and the depth of at least one columnar recess among the N columnar recesses is Unlike the other columnar recesses, the difference in depth between the columnar recesses is not more than half of the wavelength of light emitted from the light emitting layer inside the columnar recesses .
平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状凹部を囲む外接円の面積以下であることを特徴とする請求項に記載の発光素子。 5. The light emitting device according to claim 4 , wherein an area of the first electrode is equal to or less than an area of a circumscribed circle surrounding the N columnar recesses when viewed in a plan view. 平面視において、前記第1電極の面積が、前記N本の柱状凹部の面積の総和以上であることを特徴とする請求項又は請求項に記載の発光素子。 In plan view, the area of the first electrode, the light emitting device according to claim 4 or claim 5, wherein the at least the sum of the areas of the columnar groove portion of the N. 前記構造物の屈折率が、前記第2半導体層の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項乃至請求項の何れか一項に記載の発光素子。 The refractive index of the structures, the light emitting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in smaller than the refractive index of the second semiconductor layer. 基板上に、発光素子を画素として2次元アレイ状に配列して設けた表示パネルと、
少なくとも1つの前記画素を選択する画素選択手段と、を備え、
前記発光素子は、
第1半導体層と、発光層と、第2半導体層とがこの順で積層され、前記第1半導体層と接続する第1電極と、前記第2半導体層と接続する第2電極と、を備えた発光構造部を有し、
前記第2半導体層の一部又は前記第2半導体層の上面に、前記発光層から出射した光の方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記第1電極は、前記構造物の直下であって、前記第1半導体層の下面の一部と接触するように設けられ、
前記第2半導体層のキャリア移動度が前記第1半導体層のキャリア移動度よりも大きく、かつ前記発光層において前記第1半導体層を移動するキャリアと、前記第2半導体層を移動するキャリアとが再結合して発光する際に、当該再結合に要する時間である再結合時間が、当該再結合によって消滅したキャリアの補充に要する時間である緩和時間より短く、
前記画素選択手段によって前記画素を選択して、選択した当該画素の発光と非発光とを制御することを特徴とするインテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置。
On a substrate, a display panel provided by arranging a two-dimensional array of light emission elements as pixels,
Pixel selection means for selecting at least one of the pixels,
The light emitting element is
A first semiconductor layer, a light emitting layer, and a second semiconductor layer are stacked in this order, and includes a first electrode connected to the first semiconductor layer, and a second electrode connected to the second semiconductor layer. Having a light emitting structure
An emission direction specifying part having a structure for specifying the direction of light emitted from the light emitting layer on a part of the second semiconductor layer or the upper surface of the second semiconductor layer,
The first electrode is provided directly below the structure and in contact with a part of the lower surface of the first semiconductor layer,
Carrier mobility of the second semiconductor layer is larger than carrier mobility of the first semiconductor layer, and carriers that move in the light emitting layer through the first semiconductor layer and carriers that move through the second semiconductor layer are When light is emitted by recombination, the recombination time, which is the time required for the recombination, is shorter than the relaxation time, which is the time required for replenishment of carriers annihilated by the recombination,
An integral photography type stereoscopic image display device, wherein the pixel selection unit selects the pixel and controls light emission and non-light emission of the selected pixel.
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