(57)【要約】【課題】特定の方向に光を出射する発光素子を２次元配列した表示装置において、発光素子への配線数を低減する。【解決手段】表示装置は、特定の方向に光線を出射し、出射方向を変化できる発光素子１を２次元配列して構成される。発光素子１は、半導体積層体を有する発光構造部２と、出射方向特定部３と、半導体積層体に電力を供給して発光させるためのｐ側電極２４及びｎ側電極２５と、半導体積層体の厚さ方向に電界を印加して出射方向特定部３からの出射方向を変化させるための下部電極４１及び上部電極４４とを備える。行方向に配列される発光素子１について、ｐ側電極２４及び下部電極４１は、共通配線である行選択用配線１２に接続される。列方向に配列される発光素子１について、ｎ側電極２５は発光制御用配線１３に接続され、上部電極４４は出射方向制御用配線１４と接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに伝導型が異なる第１半導体層と第２半導体層とを少なくとも積層した半導体積層体を有する発光構造部と、前記発光構造部の一方の面側に設けられ、前記発光構造部が発光する光線を特定方向に出射するための構造物を有する出射方向特定部と、前記半導体積層体に電力を供給して前記発光構造部を発光させるための第１電極対と、前記半導体積層体の厚さ方向に電界を印加して前記出射方向特定部からの光線の出射方向を変化させるための第２電極対と、を有する発光素子を２次元配列してなる、インテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置であって、
前記２次元配列の一方の方向に配列される前記発光素子について、１行ごとに、前記第１電極対の一方の電極及び前記第２電極対の一方の電極と電気的に接続する第１配線パターンと、
前記２次元配列の他方の方向に配列される前記発光素子について、１列ごとに、前記第１電極対の他方の電極と電気的に接続する第２配線パターンと、
前記２次元配列の他方の方向に配列される前記発光素子について、１列ごとに、前記第２電極対の他方の電極と電気的に接続する第３配線パターンと、を備え、
前記発光素子は、前記第１配線パターンを介して行選択信号が入力中に、前記第３配線パターンを介して入力される出射方向制御信号に応じて前記出射方向特定部から出射する光線を２以上の出射方向に変化させ、前記２以上の出射方向の変化に同期して、前記第２配線パターンを介して入力される発光制御信号に応じた強度で前記発光構造部を発光させることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記発光素子は、前記出射方向が変化する方向に沿って延伸する長尺形状を有し、当該長尺形状の長手方向に沿って、出射方向が同じ方向に特定された２以上の前記出射方向特定部を並列配置して備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記発光素子は、前記半導体積層体の厚さ方向に電界を印加して、前記半導体積層体を伝播して前記出射方向特定部の複数の部位に入射する光線間の位相差を変化させ、前記出射方向特定部から出射する光線の干渉条件を変化させることで、前記出射方向特定部から出射する光線の出射方向を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記半導体積層体は、一般式が、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線指向型の発光素子を配列して備えた立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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つの要素画像の内の１画素だけを観測することができ、各要素画像の内の１画素が作る光線が要素レンズの数だけ集まることにより、ある視点における再生像を観測する。そして、観察者は、観察者の視点位置に応じた再生像から立体像を観察する。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）。
【０００４】
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、焦点距離、収差のようにレンズ固有の原理的に取り除くことができない性能限界が存在する。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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
また、本願の発明者らは別途に、ＬＥＤの表面に複数個の微細な柱状構造やホール（孔）を有する構造物を形成することにより、ある特定の方向のみに光線を射出する性質（光線指向性）を利用して、かかる構造物を表面に備えたＬＥＤを配列したＩＰ方式の立体ディスプレイを提案している（例えば、特許文献１）。
このＩＰ方式の立体ディスプレイの特徴は、コヒーレント光を用いずに水平、垂直の両方の視差表示が可能となることである。このため、眼精疲労の少なく、しかもメガネをかける必要のない自然な立体映像を表示可能な立体ディスプレイとしての実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−４４９００号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「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
【非特許文献２】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．１４−１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、ＩＰ方式の立体ディスプレイに必要な画素数について考えてみる。例えば、ハイビジョン相当の画像を水平と垂直方向に６０画像を重畳したＩＰ方式の立体ディスプレイについて、柱状構造やホールを形成した光線指向性を有する微細なＬＥＤによって作製した場合、そのディスプレイに必要な画素数は［１９２０レンズ相当数（水平）×６０画像数］×［１０８０レンズ相当数（垂直）×６０画像数］＝７．４７×１０９画素である。この画素数は、現在、２次元の平面型ディスプレイ（ＦＰＤ：フラット・パネル・ディスプレイ）で実現されている（最大画素数を有する）スーパーハイビジョンの画素数の２２６倍にもなる。
【００１１】
図１３を参照して、特許文献１に記載された光線指向性を有する発光素子を画素として用い、ＩＰ方式の立体ディスプレイ（立体画像表示装置）を構成した場合の例について説明する。
なお、図１３は従来の発光素子を用いた立体画像表示装置（以下、適宜に「表示装置」と呼ぶ）を説明するための模式図であり、（ａ）は、１つの要素画像を表示する領域において、発光素子と配線電極との関係を説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）において１行に配列された発光素子から出射される光線の様子を説明するための図である。
【００１２】
図１３（ａ）に示すように、従来の発光素子１００１を用いた表示装置１１００は、１つの要素画像領域について、Ｎ行×Ｎ列の画素で構成される要素画像の各画素に対応して、発光素子１００１がＮ行×Ｎ列の二次元に配列されている。また、Ｎ×Ｎ個の発光素子１００１を駆動制御するために、横方向に延伸するＮ本の行選択用配線１０１２と、縦方向に延伸するＮ本の列選択用配線１０１３が配設されている。各発光素子１００１は、正極であるｐ側電極が何れか１つの行選択用配線１０１２と電気的に接続され、負極であるｎ側電極が何れか１つの列選択用配線１０１３と電気的に接続されている。ｐ側電極には、対応する行選択用配線１０１２を介して、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮの何れかが入力される。また、ｎ側電極には、対応する列選択用配線１０１３を介して、発光制御信号Ｓ１〜ＳＮの何れかが入力される。
【００１３】
また、本例における表示装置１１００は、線順次で表示制御が行われるものとする。すなわち、アクティブであることを示す信号（例えば、高（Ｈ）レベル信号）が入力されている期間である行選択期間に、当該選択された行に属する発光素子１００１が、対応する発光制御信号Ｓ１〜ＳＮに従って発光する。なお、各発光素子１００１は出射方向を特定するための構造物（不図示）が設けられており、図１３（ｂ）に示すように、基板１０１１上に配列された発光素子１００１は、それぞれが予め定められた方向に光を出射する。
【００１４】
図１３（ａ）に示すように、従来は、Ｎ×Ｎ個に二次元配列された発光素子１００１を駆動制御するために、Ｎ本の行選択用配線１０１２とＮ本の列選択用配線１０１３とが必要となる。そのため、発光素子１００１を高密度に設けるようとするほど、配線領域を確保することが、より困難になるという問題があった。また、配線領域を確保するために、発光素子１００１の発光領域が狭くなり、十分な光量（発光強度）を得難くなるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、特定の方向に光を出射する発光素子を２次元配列してなる、インテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置において、発光素子への配線数を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記した課題を解決するために、本発明の立体画像表示装置は、互いに伝導型が異なる第１半導体層と第２半導体層とを少なくとも積層した半導体積層体を有する発光構造部と、前記発光構造部の一方の面側に設けられ、前記発光構造部が発光する光線を特定方向に出射するための構造物を有する出射方向特定部と、前記半導体積層体に電力を供給して前記発光構造部を発光させるための第１電極対と、前記半導体積層体の厚さ方向に電界を印加して前記出射方向特定部からの光線の出射方向を変化させるための第２電極対と、を有する発光素子を２次元配列してなる、インテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置であって、前記２次元配列の一方の方向に配列される前記発光素子について、１行ごとに、前記第１電極対の一方の電極及び前記第２電極対の一方の電極と電気的に接続する第１配線パターンと、前記２次元配列の他方の方向に配列される前記発光素子について、１列ごとに、前記第１電極対の他方の電極と電気的に接続する第２配線パターンと、前記２次元配列の他方の方向に配列される前記発光素子について、１列ごとに、前記第２電極対の他方の電極と電気的に接続する第３配線パターンと、を備えて構成した。
【００１７】
かかる構成によれば、前記発光素子は、前記第１配線パターンを介して行選択信号が入力中に、前記第３配線パターンを介して入力される出射方向制御信号に応じて前記出射方向特定部から出射する光線を２以上の出射方向に変化させる。また、前記発光素子は、前記２以上の出射方向の変化に同期して、前記第２配線パターンを介して入力される発光制御信号に応じた強度で前記発光構造部を発光させる。
これによって、立体画像表示装置は、独立に制御する発光素子数を低減した上で、２以上の方向に対応して表示可能な１個の発光素子に対して３本の配線パターンを介して制御信号を入力することで、発光素子の発光強度と出射方向とを制御することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の立体画像表示装置によれば、出射方向が変化可能な発光素子を用いることで、発光素子数を低減した上で、２以上の方向に対応して表示可能な１個の発光素子を、３本の配線パターンと接続して出射方向と発光とを制御するため、立体画像表示装置全体として配線数を低減することができる。
また、配線数を低減した結果として、相対的に発光素子の発光領域を広く設けて輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は段階的に一部を拡大して示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係る発光素子の構成を示す模式的平面図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ出射方向特定部の配置が異なる例を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る発光素子における出射方向特定部の構成を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る発光素子における出射方向特定部の柱状部の配置を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る発光素子において、出射方向を変調する原理を説明するための、発光素子の模式的断面図である。
【図７】本発明の発光素子を用いた立体画像表示装置の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は１つの要素画像を表示する領域において、発光素子と配線電極との関係を説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）において１行に配列された発光素子から出射される光線の様子を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置の駆動の様子を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】本発明の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）〜（ｈ）は各工程における模式的断面図である。
【図１１】本発明の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）〜（ｆ）は各工程における模式的断面図である。
【図１２】本発明の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）〜（ｆ）は各工程における模式的断面図である。
【図１３】従来の発光素子を用いた立体画像表示装置の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は１つの要素画像を表示する領域において、発光素子と配線電極との関係を説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）において１行に配列された発光素子から出射される光線の様子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、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、個数、位置関係等は、説明を理解しやすくするために誇張、変更、省略していることがある。
【００２１】
＜実施形態＞
［立体画像表示装置の構成］
まず、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置１００の構成について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る立体画像表示装置１００はＩＰ方式の立体ディスプレイであり、図１（ａ）に示すように、基板１１上に複数の要素画像を表示するために、要素画像表示部１１０が２次元配列された表示パネル１０を備えている。１つの要素画像表示部１１０は、従来の要素レンズアレイを用いる方式において、１つの要素レンズに対応して表示される要素画像を表示するものである。図１に示した例では、水平方向（Ｘ軸方向）に６個、垂直方向（Ｙ軸方向）に５個の要素画像表示部１１０が配列されている。例えば、ハイビジョン相当の解像度で表示するように立体画像表示装置１００を構成する場合は、水平方向に１９２０個、垂直方向に１０８０個の要素画像表示部１１０を配列することになる。
【００２２】
また、図１（ｂ）に示すように、要素画像表示部１１０は、２次元配列された発光素子１を備えている。更に、発光素子１は、画像表示面の法線方向（Ｚ軸方向）からみて、水平方向（Ｘ軸方向）に細長く、表面には複数の出射方向特定部３を水平方向に配列して設けている。この発光素子１は、長手方向であるＸ軸方向について光の出射方向を変調可能なように構成されている。
なお、１個の発光素子１に設けられた複数の出射方向特定部３から出射される光線は、同じ方向に出射されるように構成されているものとする。
【００２３】
ここで、各要素画像が、水平方向及び垂直方向ともに、６０個の画素で構成する場合について説明する。従来は、１個の画素に対応して１個の発光素子１を用いる必要があったが、本発明では、出射方向が変調可能な方向については、１つの発光素子１が複数の画素に対応した表示を行うことができる。本実施形態では、水平方向に配列された１２画素に対応する範囲に、光線を出射するものとする。そうすると、水平方向に配列される発光素子１は、６０÷１２＝５個となる。また、垂直方向に配列される発光素子１は６０個である。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、発光素子１は、Ｚ軸方向から見て、水平方向について、従来の発光素子１００１が１２個配置される領域分の幅を有する横長の長尺形状をしている。また、詳細は後記するが、出射方向を特定するための部位である出射方向特定部３が複数設けられ、１個の発光素子１から出射する光の光量（発光強度）は、従来の発光素子１００１が出射する光の光量（発光強度）の１２倍に相当する。従って、１行の選択期間内に、１２画素に対応する方向に時分割で出射するため、従来の１画素に対応する方向に出射される光量は、行選択期間に出射される総光量の１２分の１となるが、前記したように発光素子１の発光強度が、従来の発光素子１００１の１２倍以上あるため、各方向について従来と同等の輝度で表示することができる。
更にまた、配線数を減らすことにより、配線のための領域が削減され、代わりに発光素子１の発光領域を増加させることにより、実質的に光量（発光強度）を増加させることも可能となる。
【００２５】
なお、動的に変化させる出射方向は、水平方向（方位角）に限定されず、垂直方向（仰角）やその他の方向であってもよく、水平方向及び垂直方向の双方であってもよい。また、１つの発光素子１が分担する画素数は１２個に限定されず、２個以上であればよく、発光素子１が変化可能な出射方向の角度幅に応じて適宜に定めることができる。
また、Ｚ軸方向から見た発光素子１の形状は、出射方向を動的に変化可能な方向に延伸した長尺形状とすることができる。
【００２６】
［発光素子の構成］
次に、発光素子１の構成について、図２を参照して説明する。
なお、図１に示したように、立体画像表示装置１００の画像表示面の法線方向をＺ軸方向とし、当該画像表示面の水平方向をＸ軸方向、垂直方向（鉛直方向）をＹ軸方向としている。また、発光素子１は、光の出射面が、立体画像表示装置１００の画像表示面に平行となるように配置される。
ここで、発光素子１の説明においては、特に断らない限り、便宜的に、発光素子１からの光の出射面を、発光素子１の上面と呼ぶこととする。すなわち、Ｚ軸のプラス方向を上方向とする。例えば、図２（ａ）に示した図は、発光素子１をＺ軸方向から見た図であり、上面図（平面図）である。また、図２（ｂ）に示した断面図において、横方向がＸ軸方向であり、縦方向がＺ軸方向である。
【００２７】
本実施形態に係る発光素子１は、指向性の高い光線を発する素子であって、特定の方向に光線を出射する光線指向型の発光素子である。また、発光素子１は、発光構造部２を構成する半導体層の逆圧電効果（逆ピエゾ効果）及びポッケルス効果を利用して、光線を出射する方向を変化させる（変調させる）ことができるように構成されている。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態に係る発光素子１は、光を放射する発光構造部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。
また、図２に示した発光素子１は、基板１１上に実装され、後記する各電極が配線用電極である行選択用配線１２、列選択用配線である発光制御用配線１３及び出射方向制御用配線１４の何れかと電気的に接続されている。
なお、発光制御用配線１３及び出射方向制御用配線１４は、例えば、透光性の基板（不図示）上にそれぞれに対応する配線パターンを形成し、それぞれ発光素子１のｎ側電極２５及び上部電極４４と接合するようにして設けることができる。
【００２９】
また、本実施形態における発光素子１は、分担する角度領域を１２の等角度の区間に分割され、後記する出射方向制御信号により、ピエゾ素子としての電極である下部電極４１及び上部電極４４の間に印加される電圧を変化させることにより、光線の出射方向を変化させて、分割された各区間を順次に走査する。また、発光素子１は、発光制御信号により、ＬＥＤ素子としての電極であるｐ側電極２４及びｎ側電極２５の間に印加する電圧を変化させることで発光の制御を行うものである。
なお、出射方向を変化させる原理についての詳細な説明は後記する。
【００３０】
発光構造部２は、ＬＥＤ構造を有する半導体結晶の積層体であり、ｐ側電極２４及びｎ側電極２５を介して電力が供給されて発光する。
また、発光構造部２の下面側には、Ｘ軸方向の一端（左端）に、下部絶縁層４２を介して下部電極４１が設けられている。発光構造部２の上面側には、Ｘ軸方向の左端に、上部絶縁層４３を介して上部電極４４が、下部電極４１と対向するように設けられている。下部電極４１及び上部電極４４の間に適宜電圧を印加することで、逆圧電効果により発光構造部２の半導体結晶に歪が生じ、発光構造部２の厚さが変化する。また、下部電極４１及び上部電極４４の間に電圧を印加することで、ポッケルス効果により発光構造部２の屈折率も変化する。
【００３１】
ここで、下部電極４１及び上部電極４４が、半導体結晶の積層体である発光構造部２の左端に設けられているため、発光構造部２に印加される電界が一様ではなく、下部電極４１及び上部電極４４が設けられた左端ほど強くなる。発光構造部２の厚さ及び屈折率の変化量は、電界の強さに比例するため、左端ほど大きくなる。そのため、図２に示した例では、水平方向（Ｘ軸方向）に対して勾配を有するように、発光構造部２の厚さ及び屈折率が変化する。そして、この勾配を有する厚さ及び屈折率の変化により、光の出射方向を変調する（変化させる）ものである。
なお、発光構造部２の勾配を有する厚さ及び屈折率の変化と光の出射方向の変調との関係については後記する。
【００３２】
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電極対の一方）２４と、ｎ型半導体層２３と電気的に接続するｎ側電極（第１電極対の他方）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、平面視において、複数の出射方向特定部３が配置された領域のそれぞれに対応する領域において、ｐ型半導体層２１の下面側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、それぞれの配置領域において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の上面の左端部の一部と接触するように設けられている。
【００３３】
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）よりも十分に大きく、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十分に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においては、電子と正孔とが再結合し、発光して消滅すると、移動度の大きな電子は速やかに補充される。一方、移動度の小さな正孔が補充されると、正孔と先に補充された電子とは即座に再結合し、発光して消滅する。このため、発光層２２は、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。
【００３４】
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、上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から放射され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。
【００３５】
発光層２２は、ｐ型半導体層２１とｎ型半導体層２３との間に設けられ、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。
【００３６】
このように、ＬＥＤ素子及び圧電素子としての機能を発揮する半導体材料として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の化合物半導体を用いることができる。また、半導体材料として、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の固溶体を用いることもできる。
特に、ＡｌＮは、この母体材料自身が有する歪が大きいため、ＧａＮとの固溶体であるＡｌＧａＮ系の半導体材料を用いることで、大きな逆圧電効果を得ることができる。
また、前記化学式において、組成（ｘ、ｙ）を調整することで、可視光のほぼ全域の波長の光を発光することができ、画像表示用の発光素子の半導体材料として好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
ｐ側電極（第１電極対の一方）２４は、各出射方向特定部３を構成する構造物である柱状部３１，３２の配置領域の直下であって、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、柱状部３１，３２などの構造物の配置形状に応じて定めることができる。
また、図２において、基板１１は、支持基板１１ａの表面に行選択用配線１２が配設されて構成されており、複数のｐ側電極２４は、支持基板１１ａ上に配設された行選択用配線１２の１つと電気的に接続されている。なお、行選択用配線１２は、ｐ側電極２４とともに、下部電極４１とも電気的に接続されている。
【００３９】
ｎ側電極（第１電極対の一方）２５は、ｎ型半導体層２３の上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、上面の一部に限定されず、側面に設けたり、平面視で柱状部３１，３２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の上面に柱状部３１，３２などの構造物を設ける上で、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。
また、図２において、ｎ側電極２５は、発光制御用配線１３と電気的に接続されている。
【００４０】
なお、本実施形態では、ｐ型半導体層２１側が下面でｎ型半導体層２３側が上面となるように発光構造部２が構成されているが、これに限定されるものではない。発光構造部２として、ｎ型半導体層２３側が下面でｐ型半導体層２１側が上面となるように発光構造部２を設け、ｐ型半導体層２１側に出射方向特定部３を設けるようにしてもよい。
【００４１】
出射方向特定部３は、発光構造部２の上面に設けられ、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として柱状部３１，３２を有している。本実施形態では、出射方向特定部３は、平坦面であるｎ型半導体層２３の上面に柱状部３１，３２を有している。また、柱状部３１，３２は、所定領域を取り囲むように、合計で６本が１組として配置され、１組の柱状部３１，３２で１個の出射方向特定部３を構成している。１組の柱状部３１，３２の中で少なくとも一つの柱状部３２のｎ型半導体層２３の上面からの高さ（以下、単に「柱状部の高さ」という）が、他の柱状部３１の高さと異なり、これらすべての柱状部３１，３２の上面から光を射出する。そして、これらの柱状部３１，３２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。
【００４２】
なお、１個の発光素子１に設けられる出射方向特定部３の個数や配置は特に限定されるものではない。図２（ａ）に示した発光素子１のように、領域内に、多数の出射方向特定部３を１列に配列するように配置してもよいし、図３（ａ）に示す発光素子１Ａのように、領域内に出射方向特定部３を２個配置するようにしてもよい。また、図３（ｂ）に示す発光素子１Ｂのように、領域内に出射方向特定部３を２列に配置したり、図３（ｃ）に示す発光素子１Ｃのように、領域内に出射方向特定部３を、平面視で市松模様（チェッカーフラグ）状に配置してもよい。発光素子１等の領域内により多くの出射方向特定部３を稠密に並列配置することで、発光構造部２が発光する光を効率よく出射させて、発光強度を高くすることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、１個の発光素子１内に複数の出射方向特定部３を設けられ、これらの複数の出射方向特定部３の出射方向が同じとなるように柱状部３１，３２が設けられている。また、各出射方向特定に３に対応した各発光領域２２ａが発光する光は、１個のＬＥＤである発光構造部２が発光するため互いに位相が揃っている。従って、複数の出射方向特定部３から出射する光線の位相を揃えることができ、その結果として、１個の発光素子１から出射される光のビームの広がりを抑制することができる。また、特に、複数の出射方向特定部３から出射する光線の位相が、より揃うようにするため、これら複数の出射方向特定部３に対応した各発光領域２２ａを分離することなく、つなげて連続した発光領域を形成するようにしてもよい。
【００４４】
ここで、図４及び図５を参照（適宜図２参照）して、出射方向特定部３の詳細な構成について説明する。
なお、本実施形態では、発光素子１は、複数の出射方向特定部３を有するものであるが、１個の発光素子１に設けられる各出射方向特定部３は、同じ方向に光を出射するように同じ構成を有するものである。図４及び図５は、１つの出射方向特定部３を含む領域について図示したものである。
【００４５】
柱状部３１，３２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構造物である。図４に示すように、本実施形態においては、合計で６本の柱状部３１，３２から構成されている。また、６本の柱状部３１，３２は、横断面が何れも同面積の円形状であり、３本の柱状部３１及び３本の柱状部３２から構成されている。また、本実施形態において、柱状部３２は、柱状部３１よりも低く構成されている。
【００４６】
また、柱状部３１，３２は、発光構造部２から入射される光を伝播させ、それぞれの上面３１ａ，３２ａ（図５（ｂ）参照）から出射する導光部材である。図５（ｂ）に示すように、柱状部３２の高さは、柱状部３１の高さより低くなるように形成されている。柱状部３１，３２の上面３１ａ，３２ａから出射された光は干渉し合い、柱状部３１，３２の配置に応じた方向（ｎ型半導体層２３の上面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。
【００４７】
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、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３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、出射方向特定部３として、ｎ型半導体層２３の上面に直接に柱状部３１，３２を設けるように構成することもできるが、これに限定されるものではない。例えば、ｎ型半導体層２３の上面に均一な厚さの層を土台として設け、構造物である柱状部３１，３２を、この土台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を形成するようにしてもよい。
また、柱状部３１，３２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２本以上あればよく、６本又は３本とすることが好ましい。
【００４８】
（柱状部の間隔）
柱状部３１，３２は、発光素子１の発光領域２２ａから放出される光の波長λ０程度以上の径を有する。ここで、波長λ０は、自由空間における放射光の波長を示す。図５では柱状部３１，３２の平面視での形状を円形で示した。各柱状部３１，３２の太さは等しいものとした（半径をφとする）。柱状部３１，３２は、図５（ａ）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（この例では、６０度）の方位に、互いに接して配置されている。
【００４９】
なお、図５に示した例では、隣接する柱状部３１，３２が接するように配置したが、離間して配置するようにしてもよい。また、柱状部３１，３２を離間して配置する場合は、柱状部３１，３２の間隔は、隣り合った柱状部３１，３２から出射される光が干渉可能な程度に設定する。すなわち、柱状部３１，３２は、出射光の可干渉長以下の範囲内に配置することが好ましい。なお、光の可干渉長は、光源である発光構造部２が放射する光の発光スペクトルの中心波長及びその半値幅に依存する。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。
【００５０】
（複数の柱状部の配置の原点Ｍ）
図５に示した例では、所定の原点Ｍとは、発光構造部２の上面において６つの柱状部３１，３２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、各柱状部３１，３２の中心Ｏから等距離にある点であり、中心Ｏを頂点とする正六角形の重心のことである。ここで、６つの柱状部３１，３２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の直径が、波長λ０の数波長分程度であれば、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。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示すように、柱状部３１の上面３１ａの、基準面である発光構造部２の上面からの高さを、基準となる高さＨとする。そして、柱状部３１の高さと柱状部３２の高さとの差をδとすると、柱状部３２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中を伝播する光の波長λ１以下とすることが好ましく、波長λ１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。
【００５２】
ここで、波長λ１は、自由空間において波長λ０の光が、柱状部３１，３２を光導波路として伝播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播する際の光の速度は、空気中を伝播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中を伝播する光の速度は、ｃ／ｎで与えられる。
【００５３】
従って、波長λ１は、波長λ０の値を柱状部３１，３２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をＧａＮ系の半導体で構成して波長λ０が４０５ｎｍの青色光を放射し、柱状部３１，３２を、屈折率ｎ＝２．６のＧａＮで構成する場合、柱状部３１，３２を伝播する光の波長λ１は、約１５６ｎｍである。
また、以下の説明において、柱状部３１，３２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を導波柱、柱状部３２を制御柱と呼ぶことがある。
【００５４】
（発光領域と柱状部との相互関係）
次に、図５（ａ）を参照（適宜図２参照）して、発光領域２２ａの寸法と、柱状部３１，３２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の寸法を、ｎ型半導体層２３の厚さ及び屈折率と、出射方向特定部３を構成する材料の屈折率とから、ｎ型半導体層２３及び出射方向特定部３の界面における光の屈折角を勘案して算出するようにすればよい。
【００５５】
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に入射し、柱状部３１，３２の内部を伝播して、出射面である上面３１ａ，３２ａ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の上面３１ａ，３２ａ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の上面３１ａ，３２ａ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。
【００５６】
一方、柱状部３１，３２の上面３１ａ，３２ａ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に入射せずに素子表面（ｎ型半導体層２３の上面）から漏れ出た光と、柱状部３１，３２に入射して上面３１ａ，３２ａ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。
【００５７】
これらを両立するためには、発光領域２２ａと、柱状部３１，３２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の寸法とを規定することが望ましい。
【００５８】
図５（ａ）に示すように、まず、６つの柱状部３１，３２のすべてを囲むように、柱状部３１，３２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５（ａ）において二点鎖線で示したように、柱状部３１，３２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、各柱状部３１，３２の中心Ｏを頂点とする正六角形の重心である原点Ｍと一致する。ここで、柱状部３１，３２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までの距離に、柱状部３１，３２の直径２φを加えたものとなる。また、原点Ｍから柱状部３１，３２までの距離をρとする。なお、本例では、距離ρが、柱状部３１，３２の半径φと等しくなる。
【００５９】
従って、図５（ａ）に示すように、柱状部３１，３２をすべて囲む最小の円（二点鎖線で描画）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の各面積ＳＰとは、それぞれ式（１）〜式（３）により求めることができる。
ＳＬ  ＝  πΨ２              …式（１）
ＳＯ  ＝  π（２φ＋ρ）２    …式（２）
ＳＰ  ＝  πφ２              …式（３）
【００６０】
ここで、式（１）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をすべて囲む最小の円の面積ＳＯとの間に、式（４）の関係が成立することが望ましい。
ＳＬ  ≦  ＳＯ      …式（４）
【００６１】
また、発光領域２２ａの面積ＳＬと、柱状部３１，３２の各面積ＳＰの総和である面積６×ＳＰとの間に、式（５）の関係が成立することが望ましい。
６×ＳＰ  ≦  ＳＬ      …式（５）
【００６２】
なお、式（５）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（６）に示す関係が成立することが望ましい。
Ｎ×ＳＰ  ≦  ＳＬ  ≦  ＳＯ      …式（６）
但し、Ｎは柱状部の設置数を示し、２以上の整数である。
【００６３】
前記した式（６）に示したように、発光領域２２ａの面積ＳＬを、柱状部３１，３２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以外の素子表面（ｎ型半導体層２３の上面）から漏れ出して、柱状部３１，３２の上面３１ａ，３２ａ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。
【００６４】
また、式（６）に示したように、発光領域２２ａの面積ＳＬを、柱状部３１，３２の各面積ＳＰの総和である面積Ｎ×ＳＰ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の内部に入射させることができる。このため、柱状部３１，３２の内部を伝播して上面３１ａ，３２ａ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。
【００６５】
［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から出射される光の干渉の原理について説明する。本実施形態において柱状部３１，３２は全部で６本であるが、簡便のため、高さの異なる２つの柱状部３１及び柱状部３２とから出射される光の干渉を例に説明する。
【００６６】
前記したように、図５（ｂ）に示した発光素子１において、柱状部３１と柱状部３２との高さの差はδである。
従って、柱状部３１を伝播して上面３１ａから大気中に出射した光と、柱状部３２を伝播して上面３２ａから大気中に出射した光とが、更に上空で出会う場合、それぞれの光路を通って光の位相差τは、式（７）で与えられる。
τ＝２πδ（ｎ−１）／λ０  …式（７）
但し、式（７）において、λ０は自由空間における光の波長であり、ｎは柱状部３１，３２の屈折率を示す。
【００６７】
また、式（７）より、柱状部３１，３２の高さの差δは、式（８）のように表わされる。
δ＝τ・／（２π）・１／（ｎ−１）・λ０  …式（８）
【００６８】
柱状部３１を通る光は、柱状部３２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３１，３２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３１，３２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。
【００６９】
続いて、３次元空間の位置ｒ１にある波源としての柱状部３１と、３次元空間の位置ｒ２にある波源としての柱状部３２とから射出された光の干渉について説明する。
位置ｒ１にある波源と、位置ｒ２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（９）で与えられる。
【００７０】
【数１】
2015184558.tif 000003
【００７１】
式（９）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（９）では、式（１０）のγの実部を利用する。式（１０）のＥ＊は、Ｅの複素共役であることを示す。γは、式（１０）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（１１）〜式（１３）のように場合分けすることができる。
【００７２】
【数２】
2015184558.tif 000004
【００７３】
式（１１）の場合を完全コヒーレント、式（１２）の場合をインコヒーレント、式（１３）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。従って、図５（ｂ）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（９）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３１，３２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３１と柱状部３２との高さの差δが支配的な要因となる。
【００７４】
図５（ｂ）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つ以上ある場合についても、前記した式（９）を拡張することが可能である。それぞれ柱状部の内の２つを組み合わせた場合について、式（９）を適用して出射される波面を計算し、各組合せにおける波面を換算することで、３以上の柱状部がある場合についての関係式を求めることができる。
【００７５】
なお、図２（ｂ）に示した出射方向は、出射方向特定部３から出射される光線の様子を説明するために模式的に示したものである。すなわち、図２（ｂ）に示した柱状構造の場合に、常に長い方の柱状部側に傾斜して出射されることを示したものではない。出射方向がどの方向となるかは、柱の本数や配置、柱の間隔などにより異なり、短い柱状部側に傾いて出射される場合もある。
【００７６】
また、本実施形態では、出射方向特定部３は、６本の柱状部３１，３２で構成するようにしたが、これに限定されるものではなく、２本以上の柱状部で構成してもよく、板状部材の上面から複数の柱状の凹部を形成した構造物であってよい。また、柱状部や柱状凹部の組み合わせに限定されず、他の構造を有するものであってもよい。
【００７７】
図２に戻って、発光素子１の構成について説明を続ける。
下部電極（第２電極対の一方）４１は、下部絶縁層４２を介して、発光構造部２の下面の左端に沿って設けられた帯状の電極である。また、上部電極（第２電極対の他方）４４は、上部絶縁層４３を介して、発光構造部２の上面の左端に沿って設けられた帯状の電極である。下部電極４１及び上部電極４４は、発光構造部２を挟んで、対向するように設けられている。
下部電極４１及び上部電極４４は、これらの電極間に印加する電圧を制御することにより、発光構造部２の上面に設けられた出射方向特定部３によって特定される光の出射方向を変化させるための出射方向制御用の電極である。
また、図２において、下部電極４１は、ｐ側電極２４が接続された行選択用配線１２と電気的に接続されており、上部電極４４は、出射方向制御用配線１４と電気的に接続されている。
【００７８】
（光線の出射方向を変調する原理）
ここで、図６を参照（適宜図２参照）して、光線の出射方向を変調する原理について説明する。
【００７９】
例えば、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの３種類の化合物の結晶は、何れもＣ6Ｖ4で示される対称性の構造を有するものである。この構造を有する結晶は、対称中心を持たないため、圧電性結晶になることが知られており、この圧電性結晶に電界を印加することにより、電界に比例した歪が生じる。すなわち、電界に比例して結晶長が変化する逆圧電効果が生じるとともに、電界に比例して屈折率が変化するポッケルス効果が生じる。
【００８０】
図６に示すように、発光素子１は、半導体結晶を積層体してなる発光構造部２の上面に出射方向特定部３と、ｎ側電極２５と、上部絶縁層４３を介して上部電極４４とが設けられている。また、発光構造部２の下面には、ｐ側電極２４と、下部絶縁層４２を介して下部電極４１が設けられている。発光構造部２を構成する半導体結晶は、前記したように、例えば、ＩｎＡｌＧａＮ系化合物からなり、逆圧電効果及びポッケルス効果を生じるものである。
【００８１】
なお、説明を簡便にするため、図６において、発光素子１は、柱状部３１及び柱状部３２を１本ずつ備えた出射方向特定部３を１つだけ有しているものとし、発光構造部２の発光領域２２ａの中心部で発光され、柱状部３１，３２の底面の中心に入射する光線Ｌ１，Ｌ２について説明する。
また、柱状部３２は、柱状部３１よりも上部電極４４の近くに配置されている。
【００８２】
ｐ側電極２４とｎ側電極２５との間に電極を供給することにより、発光領域２２ａが発光した光線Ｌ１，Ｌ２は、発光構造部２を構成する半導体結晶内を伝播して、出射方向特定部３の、それぞれ柱状部３１，３２に入射する。
ここで、上部電極４４と下部電極４１との間に電圧を印加することにより、発光構造部２の半導体結晶に電界が作用し、逆圧電効果によって当該半導体結晶に伸縮歪が生じる。図６に示した例では、逆圧電効果によって、半導体結晶が伸長する場合を例として示している。また、上部電極４４及び下部電極４１が、左端の領域に設けられているため、図６において破線で示したように、発光構造部２の半導体結晶が、上部電極４４及び下部電極４１に近い左側ほど大きく伸長するように、左右方向（Ｘ軸方向）に勾配をもって厚さが変化している。同様に、ポッケルス効果によって、発光構造部２の半導体結晶は、左側ほど屈折率が大きく変化する。
【００８３】
このため、上部電極４４及び下部電極４１に近いために、より大きな電界が作用する柱状部３２が配置された箇所の半導体結晶が、柱状部３１が配置された箇所の半導体結晶よりも大きく伸長する。その結果、柱状部３２に入射する光線Ｌ２の光路長の変化量が、柱状部３１に入射する光線Ｌ１の光路長の変化量よりも大きくなる。すなわち、逆圧電効果による半導体結晶の厚さの変化の大きさに応じて、出射方向特定部３の異なる柱状部３１，３２に入射するまでの光線Ｌ１，Ｌ２の光路長の差が変化することが分かる。
そして、光路長の差が変化することで、柱状部３１に入射する光線Ｌ１と、柱状部３２に入射する光線Ｌ２の位相差が変化することとなる。更に、ポッケルス効果により屈折率も変化するため、屈折率の変化も加味されて、柱状部３１に入射する光線Ｌ１と、柱状部３２に入射する光線Ｌ２の位相差が変化することとなる。
【００８４】
光路長及び屈折率の変化と位相差の変化との関係について詳細に説明する。
ポッケルス効果による屈折率変化Δｎと、逆圧電効果による結晶長変化ΔＬを考慮した場合、出射方向可変用の電極間において、前記した対称性を有する結晶のｃ軸方向への光の位相が変化する。その際、発光方向の制御電極下における光の位相変化量ψは、式（１４）で与えられる。
ψ＝２π／λ［（ｎ+Δｎ）（Ｌ+ΔＬ）−ｎＬ］≒２π／λ（ｎΔＬ+ΔｎＬ）
…式（１４）
ここで、λは発光波長、ｎは屈折率、Ｌは結晶長を示す。
なお、式（１４）において、「≒」は、ΔｎとΔＬとの積が、他の項（ｎΔＬ、ΔｎＬ）に比べて微小であるため、無視（省略）したことを示している。
【００８５】
また、各柱状部３１，３２の位置における光の位相変化量は、式（１５）に示すように、式（１４）で与えられるψに、柱状部３１，３２の円柱構造に由来する構造因子αを乗じた値ψ’で表わすことができる。
ψ’＝αψ’≒２πα／λ（ｎΔＬ+ΔｎＬ）    …式（１５）
【００８６】
この位相変化量ψ’が、前記した干渉効果を示す式（９）における位相差τの変化に寄与し、最終的には光線の角度変化（出射方向の変化）を与えることとなる。すなわち、柱状部３１，３２の入射光の位相差が変化することで、柱状部３１，３２から射出される光線同士の干渉条件が変化して、出射方向特定部３から出射する光線強度の指向性、すなわち、出射方向を変化させることが可能となる。
【００８７】
続いて、逆圧電効果及びポッケルス効果について、更に詳細に説明する。
前記したように、逆圧電効果による歪Ｓは電界Ｅに比例し、その関係を式（１６）のように表わすことができる。
Ｓ＝ｄＥ    …式（１６）
ここで、ｄは圧電テンソルを示す。
【００８８】
また、結晶長をＬ、歪による結晶長変化をΔＬとすると、歪Ｓは式（１７）のように表わすことができる。
Ｓ＝ΔＬ／Ｌ    …式（１７）
このとき、光路長の変化量である結晶長変化ΔＬは、式（１８）で表わすことができる。
ΔＬ＝ＳＬ＝ｄＥＬ    …式（１８）
【００８９】
一方、ポッケルス効果により、屈折率ｎがΔｎだけ変化する現象は、前記したＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮなどのように対称中心を持たない結晶構造においては、式（１９）のように表わすことができる。
Δ（１／ｎ２）＝ΣｒｉｊｋＥ    …式（１９）
ここで、ｒｉｊｋは、ポッケルス係数であり、電圧テンソルｄと同様に、テンソル量である。これは、屈折率ｎの自乗の逆数の変化量Δ（１／ｎ２）が電界の値に比例することを示しており、１次の電気光学効果を表すものである。
【００９０】
このように、電界Ｅを印加して結晶長Ｌと屈折率ｎとを変化させることによって、結晶内を伝播した光線の位相ψ’を変化させられることが分かる。
すなわち、半導体結晶の積層体である発光構造部２に電圧を印加すると、物理的な形状変化（逆圧電効果）及び屈折率変化（ポッケルス効果）により光の伝播方向の位相差ψ’が生じて、結果的に光線の干渉によって生じる光線の指向性の方位角度（出射方向）の制御が可能となる。
【００９１】
ここで、発光制御用の電極であるｐ側電極２４及びｎ側電極２５間に印加される電圧の、出射方向制御に与える影響について説明する。
発光制御用の電極であるｐ側電極２４及びｎ側電極２５に電圧が印加され、これらの電極からキャリアが注入される場合には、キャリアは結晶の歪によって生じた（発光層２２の量子井戸中の）内部電界を打ち消す方向に移動する。つまり、キャリアの移動が、発光制御用電極に印加される電圧に基づく結晶の歪を打ち消す方向に寄与する。従って、発光制御用の電極に電圧を印加しても、光線の出射方向の制御に対して影響を与えない。
【００９２】
また、発光制御用の電極に電圧が印加されないときは、何ら光線の出射方向の制御に影響を与えない。つまり、発光制御用の電極に電圧が印加されるときは、その影響を打ち消す方向に発光制御用の電極からキャリア注入されて、電界を打ち消す方向にキャリアが走行し、電界を緩和する方向に作用する。このため、発光制御用の電極への電圧印加は、光線の出射方向には影響を与えることがない。
従って、発光制御と出射方向制御とを独立して行うことができることが分かる。
【００９３】
以上説明したように、発光構造部２の発光領域２２ａで発光し、発光構造部２を厚さ方向に伝播して出射方向特定部３に入射する光線Ｌ１，Ｌ２の位相差の変化量は、上部電極４４及び下部電極４１間に印加する電圧の大きさで制御することができる。そして、下部電極４１及び上部電極４４間に印加する電圧の大きさを制御することにより、出射方向特定部３から出射する光線の出射方向を変化させることができる。
【００９４】
なお、発光構造部２の半導体結晶を伸長させる場合に印加する電圧（順方向のバイアス）に比べて、半導体結晶を圧縮させる場合に印加する電圧（逆方向のバイアス）は、高電圧を印加する必要がある。このため、伸長させる側のみ電圧を印加することで、印加電圧を低圧化できる。また、伸長させる方が圧縮させる方よりも高速変調が可能である。
【００９５】
また、図６に示した出射方向は、図２に示した出射方向と同様に、出射方向特定部３から出射される光線の様子を説明するために模式的に示したものである。すなわち、図６に示した柱状構造の場合に、常に長い方の柱状部側に傾斜して出射されることを示したものではない。出射方向がどの方向となるかは、柱の本数や配置、柱の間隔などにより異なり、短い柱状部側に傾いて出射される場合もある。
【００９６】
［発光素子と配線電極との接続及び駆動制御手段の構成］
次に、図７及び図８を参照（適宜図２参照）して、表示装置１００において、発光素子１と配線電極との接続、及び配線電極に制御信号を出力して表示パネル１０（図１参照）に立体画像を表示させるための駆動制御手段の構成について説明する。なお、図７は、表示装置１００として、１つの要素画像表示部１１０について図示したものである。また、図８は、１つの要素画像表示部１１０について駆動制御する制御回路を示したものである。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、表示装置１００は、１個の要素画像表示部１１０当たり、水平方向（Ｘ軸方向）にＭ個、垂直方向（Ｙ軸方向）にＮ個の発光素子１を２次元配列して構成されている。前記したように、本実施形態における表示装置１００は、光の出射方向を動的に制御できる発光素子１を用いることで、１つの発光素子１が、要素画像内の複数の画素に対応する方向に、時分割で光を出射するように構成し、水平方向（Ｘ軸方向）について、１つの発光素子１が１２個の画素を分担するものである。従って、１つの要素画像について、水平方向である１行当たりに発光素子１が５個配置され、垂直方向である１列あたりに発光素子１が６０個配置されている。
【００９８】
また、１つの要素画像当たり、行選択用配線１２は従来と同様に６０本が配設されているが、列選択用配線としては、発光制御用配線１３が５本と、出射方向制御用配線１４が５本の、合計１０本が配設されている。すなわち、各発光素子１は、１本の行選択用配線１２と、２本の列選択用配線である発光制御用配線１３及び出射方向制御用配線１４と接続される。本例では、行選択用配線１２は、発光制御用及び出射方向制御用の両方に共通の配線電極である。
【００９９】
各発光素子１は、１行ごとに、ＬＥＤ素子としての正極であるｐ側電極２４及び出射方向を制御するためのピエゾ素子としての一方の電極である下部電極４１が、行選択用配線１２の何れか１つと電気的に接続されている。また、各発光素子１は、１列ごとに、ＬＥＤ素子としての負極であるｎ側電極２５が、発光制御用配線１３の何れか１つと電気的に接続され、ピエゾ素子としての他方の電極である上部電極４４が、出射方向制御用配線１４の何れか１つと電気的に接続されている。
【０１００】
ｐ側電極２４及び下部電極４１には、対応する行選択用配線１２を介して、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮ（ＳＡ６０）の何れかが入力される。また、ｎ側電極２５には、対応する発光制御用配線１３を介して、発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭ（ＳＢ５）の何れかが入力される。また、上部電極４４には、対応する出射方向制御用配線１４を介して、出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭ（ＳＣ５）の何れかが入力される。各信号の入力タイミングについては、後記する。
【０１０１】
また、図７（ｂ）に示すように、本実施形態に係る表示装置１００において、要素画像表示部１１０の１行当たり、発光素子１（１１〜１５）は、５個配列されている。発光素子１１〜１５は、それぞれ分担する角度領域を、出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭ（ＳＣ５）に従って走査する。
例えば、各発光素子１１〜１５が分担する角度領域の中心角度θ１〜θ５を、それぞれ−３０度、−１５度、０度、＋１５度、＋３０度とし、角度変化Δθを±７．５度とすることができる。すなわち、各発光素子１１〜１５は、それぞれ、−３０±７．５度、−１５±７．５度、０±７．５度、＋１５±７．５度、＋３０±７．５度の角度範囲を走査する。
【０１０２】
また、各発光素子１１〜１５は、それぞれ分担する角度領域が１２の区間に分割され、それぞれの区間の走査タイミングに同期して発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭ（ＳＢ５）が入力される。各発光素子１１〜１５は、発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭ（ＳＢ５）に基づいて、各区間に対応する要素画像の画素データに応じた輝度レベルで発光する。
【０１０３】
（駆動制御手段の構成）
表示装置１００は、図８に示すように、表示パネル１０（図１参照）を構成する複数の要素画像表示部１１０を駆動制御して立体画像を表示させるために、駆動制御手段として、表示制御部９０、行選択制御部９１、発光制御部９２及び出射方向制御部９３を備えている。なお、図８には、要素画像表示部１１０を１個のみ示している。
【０１０４】
表示制御部９０は、外部から画像信号を入力し、当該画像信号を要素画像ごとに分割して、それぞれ対応する要素画像表示部１１０に表示させるための制御回路である。また、表示制御部９０は、クロックを含む制御信号を生成し、それらの制御信号を用いて、行選択制御部９１、発光制御部９２及び出射方向制御部９３が同期して動作するように制御する。
【０１０５】
行選択制御部９１は、表示制御部９０から画像信号の行に同期した行同期信号を入力し、要素画像表示部１１０の各行選択用配線１２のそれぞれに、順次に択一的に行を選択する行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮを出力する。
発光制御部９２は、表示制御部９０から画素及び行に同期した同期信号を入力するとともに、表示制御部９０から当該発光制御部９２が対応する要素画像についての画像信号を入力し、各発光素子１に対応する発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭを生成して、発光制御用配線１３に並行して出力する。
出射方向制御部９３は、表示制御部９０から画素及び行に同期した同期信号を入力するとともに、各発光素子１に対応する出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭを生成して、出射方向制御用配線１４に並行して出力する。
なお、発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭと、出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭとは、各区間において出射方向と輝度信号とが対応するように、同期して出力される。
【０１０６】
［立体画像表示装置の動作］
次に、図９を参照（適宜図２、図７及び図８参照）して、表示装置１００の動作について説明する。
まず、外部から画像信号が表示制御部９０に入力されると、表示制御部９０は、画像信号を要素画像に分割し、分割した要素画像についての画像信号を、それぞれ対応する要素画像表示部１１０を制御するための発光制御部９２に出力する。発光制御部９２は、表示制御部９０から入力した要素画像についての画像信号を、各発光素子１を画像信号に対応する発光強度で発光させるための発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭに変換する。
また、行選択制御部９１、発光制御部９２及び出射方向制御部９３は、表示制御部９０から入力する同期信号に同期して、それぞれ、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮを行選択用配線１２に、発光制御信号ＳＢ１〜ＳＢＭを発光制御用配線１３に、出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭを出射方向制御用配線１４に出力する。
以下、各信号のタイミングについて説明する。
【０１０７】
図９の（ａ）〜（ｃ）は、１つの要素画像表示部１１０について、行選択用配線１２に入力され、発光素子１を駆動するための行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮ（ＳＡ６０）を例示するものである。表示装置１００を構成する他の要素画像表示部１１０についても、同様に、表示装置１００において配置された表示画面内の行位置に対応する行選択信号が入力される。
【０１０８】
また、本例では、線順次で表示制御が行われ、Ｈ（高）レベルの行選択信号が入力されている期間が行選択期間（アクティブ期間）であるとする。また、各行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮは、Ｈレベル期間が重複しないように順次に入力され、択一的に行が選択される。
なお、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮがアクティブである期間は、対応する行選択用配線１２が所定の電位に設定され、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮが非アクティブである期間は、対応する行選択用配線１２が高インピーダンス状態に設定されるものとする。これによって、行選択期間においては、発光素子１は、行選択用配線１２に設定された電位と発光制御用配線１３に設定される電位との差に応じた発光強度で発光するとともに、行選択用配線１２に設定された電位と出射方向制御用配線１４に設定される電位との差に応じた出射方向に光を出射する。また、行が非選択期間においては、発光素子１は非発光であり、ピエゾ素子としても動作せず、電力を消費しない。なお、行選択信号ＳＡ１〜ＳＡＮが非アクティブである期間は、対応する行選択用配線１２をＬ（低）レベル状態に設定するようにしてもよい。
【０１０９】
なお、発光強度の制御は、ｐ側電極２４及びｎ側電極２５の間に印加される電圧値の大きさを多段階に変調するパワー変調の他に、対応期間内のＯＮ／ＯＦＦの比率を変調するパルス幅変調、対応期間内に出力する一定幅のパルス数を変調するパルス頻度変調、又はこれらを組み合わせた手法などを用いることができる。
【０１１０】
図９の（ｄ）〜（ｊ）は、１行目に属するＭ個（５個）の発光素子１に入力される駆動信号を示すものである。
行選択信号ＳＡ１がＨレベルの期間に、それぞれの発光素子１のｎ側電極２５には、対応する発光制御用配線１３を介して、それぞれ発光制御信号ＳＢ１，ＳＢ２，・・・，ＳＢＭ（ＳＢ５）として、従来の１２個の画素に対応する発光制御信号Ｓ１〜Ｓ１２，Ｓ１３〜Ｓ２４，・・・，Ｓ１２（Ｍ−１）＋１〜Ｓ１２Ｍ（Ｓ４９〜Ｓ６０）がシーケンシャルに入力される。
【０１１１】
また、行選択信号ＳＡ１がＨレベルの期間に、それぞれの発光素子１の上部電極４４には、対応する出射方向制御用配線１４を介して、出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭ（ＳＣ５）として、それぞれ発光制御信号ＳＢ１，ＳＢ２，・・・，ＳＢＭ（ＳＢ５）の１２画素に対応する信号に同期して、対応する出射方向に制御するための信号が入力される。本例では、等角速度で出射方向が変化するように、直線的に変化する信号が入力されている。
【０１１２】
なお、下部電極４１及び上部電極４４間に印加される電圧と、出射方向が変化する角度との関係がリニアでない場合は、等角速度で出射方向が変化するように非線形な信号を出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭ（ＳＣ５）として入力すればよい。また、発光制御信号ＳＢ１，ＳＢ２，・・・，ＳＢＭ（ＳＢ５）の１２画素に対応する信号の入力期間に同期して、階段状に変化する信号を出射方向制御信号ＳＣ１〜ＳＣＭ（ＳＣ５）として入力するようにしてもよい。
【０１１３】
［発光素子の製造方法］
次に、図１０から図１２を参照（適宜図１及び図２参照）して、本実施形態に係る発光素子１の製造方法について説明する。
なお、本例では、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。
【０１１４】
（発光構造部準備工程）
まず、発光構造部準備工程において、図１０（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、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ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。
【０１１５】
更に詳細に説明すると、ｎ型半導体層２３は、ノンドープのＧａＮなどからなる下地層（バッファ層）などを介してｎ型不純物であるＳｉをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。また、ｎ型半導体層２３は、例えば、ＧａＮからなるｎ型コンタクト層とＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層との２層構造にして形成してもよい。なお、下地層は、基板５０とｎ型半導体層２３との材料の組み合わせによっては省略することもできる。
【０１１６】
発光層２２は、ｎ型半導体層２３及びｐ型半導体層２１の間に設けられ、ｎ型半導体層２３に、例えば、ＩｎＧａＮなどを積層して形成する。なお、発光層２２としてＩｎＧａＮからなる発光層を形成し、ダブルへテロ構造とすることもできるし、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２１との間に異なる材料の発光層を設けずに、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２１とを直接に接合し、このｐｎ接合面（界面）を発光層２２とした構造としてもよい。また、発光層２２として、例えば、ノンドープのＧａＮからなる障壁層とノンドープのＩｎＮ又はＩｎＧａＮからなる井戸層とを交互に積層した量子井戸構造、好ましくは多重量子井戸構造の発光層を形成してもよい。
【０１１７】
ｐ型半導体層２１は、発光層２２上に、ｐ型不純物であるＭｇをドープしたＧａＮからなる結晶を成長させて形成する。ｐ型半導体層２１も、ｎ型半導体層２３と同様に、例えば、ＧａＮからなるｐ型クラッド層とＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層との２層構造にして形成してもよい。
なお、各半導体層において、格子不整合となる接合面を設けると、大きな逆圧電効果を利用することができるため好ましい。
【０１１８】
剥離層５１は、後記する貼り合せ工程で、基板４０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１参照）。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１）：特許第４６５３８０４号公報
【０１１９】
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２参照）。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２）：特開２００９−５４８８８号公報
【０１２０】
（下部絶縁層形成工程）
次に、下部絶縁層形成工程において、フォトリソグラフィ法によって、下部絶縁層４２を形成する。
この工程においては、まず、図１０（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層２１の表面全体に絶縁層７１を形成する。絶縁層７１は、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの絶縁材料を用いて、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、絶縁層７１をパターニングするためのマスク８１を形成する。マスク８１は、フォトレジストを絶縁層７１の表面に塗布し、所望の形状にＵＶ光を照射した後、現像することで形成する。次に、図１０（ｄ）に示すように、マスク８１を用いて絶縁層７１をｐ型半導体層２１が露出するまでエッチングし、残った絶縁層７１が、下部絶縁層４２となる。絶縁層７１の絶縁材料としてＳｉＯ２を用いる場合は、エッチング法として、例えば、ＨＦ（フッ化水素）やＫＯＨ（水酸化カリウム）の水溶液を用いたウェットエッチングや、ＳＦ６，ＣＨＦ３ガスプラズマを用いたドライエッチングを用いることができる。
なお、本実施形態では、マスク８１は、次工程であるｐ側電極形成工程において用いるため、ここでは除去しない。
【０１２１】
（ｐ側電極形成工程）
次に、下部絶縁層形成工程において、リフトオフ法により、下部絶縁層４２から露出したｐ型半導体層２１の表面にｐ側電極２４を形成する。
この工程においては、まず、図１０（ｅ）に示すように、ＡｌやＣｕなどの導電性材料を用いて導電層６１を形成する。このとき、マスク８１上にも導電層６１が形成される。
次に、図１０（ｆ）に示すように、マスク８１上に形成された不要な導電層６１とともにマスク８１を除去することで、導電層６１がパターニングされ、ｐ側電極２４が形成される。
【０１２２】
（下部電極形成工程）
次に、下部電極形成工程において、リフトオフ法によって、下部絶縁層４２上に下部電極４１を形成する。
この工程では、まず、図１０（ｇ）に示すように、下部電極４１を形成する領域に開口を有するように、ｐ側電極２４及び下部絶縁層４２を被覆するマスク８２を形成する。マスク８２は、フォトレジストをｐ側電極２４及び下部絶縁層４２の表面全体に塗布し、所望の形状にＵＶ光を照射した後、現像することで形成する。次に、図１０（ｈ）に示すように、下部絶縁層４２及びマスク８２上にＡｌやＣｕなどの導電層６２を、例えば、蒸着法により形成する。そして、マスク８２上に形成された不要な導電層６２とともにマスク８２を除去することで、図１１（ａ）に示すように、導電層６２がパターニングされ、下部電極４１が形成される。
【０１２３】
なお、本実施形態では、ｐ側電極２４と下部電極４１とは、発光制御用と出射方向制御用とに共通の配線である行選択用配線１２と接続されるため、ｐ側電極２４と下部電極４１とは、導通するように形成してもよい。この場合は、マスク８２を形成せずに、ｐ側電極２４及び下部絶縁層４２の表面全体に導電層６２を形成することにより、ｐ側電極２４及び下部電極４１を一体とした電極を形成することができる。
【０１２４】
（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、下部電極形成工程までの工程で作製したｐ側電極２４及び下部電極４１が設けられた発光構造部２を、ｐ型半導体層２１側で基板４０と貼り合せる。基板４０は、支持基板４０ａに、発光構造部２と融着するための接合層４０ｂが設けられている。支持基板４０ａは、ガラス板や、Ｃｕ，Ａｌなどの金属板を用いることができる。また、接合層４０ｂは、３００℃程度で溶融する樹脂を用いることができる。貼り合せ工程では、基板４０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及び下部電極４１を備えた発光構造部２と基板４０とを融着させる。
なお、基板４０を、図１に示したＩＰ方式の立体ディスプレイの表示パネル１０の基板１１として用いて複数の発光素子１を配列して支持する場合は、支持基板４０ａの表面に、複数の発光素子１のｐ側電極２４及び下部電極４１と電気的に接続するための行選択用配線１２を設けるようにしてもよい。
【０１２５】
（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。
その他に、ボイド剥離法を利用して基板５０と発光構造部２とを剥離することもできる。ボイド剥離法とは、基板５０と半導体層である発光構造部２との間の下地層として、微細なボイド（孔）を高密度に有し、機械強度の小さい層を剥離層５１として形成し、半導体層形成し後の温度降下時に生じる熱応力を利用して、発光構造部２と基板５０とを自然剥離させる方法である。
【０１２６】
また、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４０に転写され、基板４０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。
【０１２７】
（上部絶縁層形成工程）
次に、上部絶縁層形成工程において、図１１（ｄ）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、上部絶縁層４３及び出射方向特定部３（図１及び図２参照）を形成するための層である、絶縁層７２を形成する。絶縁層７２は、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの誘電体を用い、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。
【０１２８】
（ｎ側電極形成工程）
次に、フォトリソグラフィ法及びリフトオフ法を用いて、ｎ型半導体層２３の上面に電気的に接続されるｎ側電極２５を形成する。
この工程では、まず、図１１（ｅ）に示すように、絶縁層７２をパターニングするための、ｎ側電極２５を形成する領域に開口を有するマスク８３を形成する。マスク８３は、フォトレジストを絶縁層７２の表面に塗布し、所望の形状にＵＶ光を照射した後、現像することで形成する。
【０１２９】
次に、図１１（ｆ）に示すように、マスク８３を用いて絶縁層７２をｎ型半導体層２３が露出するまでエッチングする。絶縁層７２の絶縁材料としてＳｉＯ２を用いる場合は、エッチング法として、例えば、ＨＦ（フッ化水素）やＫＯＨ（水酸化カリウム）の水溶液を用いたウェットエッチングや、ＳＦ６，ＣＨＦ３ガスプラズマを用いたドライエッチングを用いることができる。
【０１３０】
次に、図１２（ａ）に示すように、ＡｌやＣｕなどの導電性材料を用いて、導電層６３を形成する。このとき、マスク８３上にも導電層６３が形成される。
次に、図１２（ｂ）に示すように、マスク８３上に形成された不要な導電層６３とともにマスク８３を除去することで、導電層６３がパターニングされ、ｎ側電極２５が形成される。
【０１３１】
（出射方向特定部形成工程）
次に、出射方向特定部形成工程において、絶縁層７２を加工して、出射方向特定部３を形成する。
出射方向特定部形成工程では、図１２（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集中イオンビーム）法などにより絶縁層７２を加工して、出射方向特定部３の構造物である柱状部３１，３２を形成する。また、出射方向特定部３の形成は、柱状部３１，３２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て形成することもできる。このとき、柱状部３１を形成する領域に形成するマスクと、柱状部３２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、絶縁層７２の一部がエッチングされるようにすることで、柱状部３１と、柱状部３２との高さを異なるように形成することができる。
また、出射方向特定部形成工程を行うことにより、図１２（ｃ）に示すように、ｎ型半導体層２３の上面の左端部に残った絶縁層７２が、上部絶縁層４３となる。
【０１３２】
本実施形態では、出射方向特定部３は、絶縁層７２を加工して形成するが、これに限定されるものではなく、上部絶縁層４３を形成する工程とは別工程とし、ＧａＮ系半導体層を積層して加工するようにしてもよい。また、基板４０に転写された後の発光構造部２の最上層に該当するｎ型半導体層２３の一部を加工して出射方向特定部３を形成するようにしてもよい。
なお、ＳｉＯ２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３を形成する場合は、柱状部３１，３２の高さの精度を緩和することができる。
【０１３３】
（上部電極形成工程）
次に、上部絶縁層４３上に、リフトオフ法により、上部電極４４を形成する。
この工程では、まず、図１２（ｄ）に示すように、ｎ側電極２５、出射方向特定部３及び上部絶縁層４３の一部を被覆するマスク８４を形成する。上部絶縁層４３の一部まで被覆するのは、ｎ型半導体層２３と、この工程で形成される上部電極４４とが接続されることを防止するためである。マスク８４は、フォトレジストをｎ側電極２５、出射方向特定部３及び上部絶縁層４３の表面全体に塗布し、所望の形状にＵＶ光を照射した後、現像することで形成する。次に、図１２（ｅ）に示すように、上部絶縁層４３及びマスク８４上に、ＡｌやＣｕなどの導電性材料を用いて導電層６４を、例えば、蒸着法により形成する。そして、マスク８４上に形成された不要な導電層６４をマスク８４とともに除去することで、図１２（ｆ）に示すように、導電層６４がパターニングされ、上部電極４４が形成される。
以上の工程により、発光素子１が形成される。
【０１３４】
また、前記したように、例えば、発光制御用配線１３及び出射方向制御用配線１４の配線パターンを表面に設けた透光性の基板を予め準備しておき、発光制御用配線１３がｎ側電極２５と、出射方向制御用配線１４が上部電極４４と、それぞれ電気的に接続されるように接合することで、表示装置１００を製造することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  発光素子
２      発光構造部
３      出射方向特定部
１０    表示パネル
１１    基板
１１ａ  支持基板
１２    行選択用配線（第１配線パターン）
１３    発光制御用配線（第２配線パターン）
１４    出射方向制御用配線（第３配線パターン）
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電極対の一方）
２５    ｎ側電極（第１電極対の他方）
３１、３２  柱状部
３１ａ、３２ａ  上面
４０    基板
４０ａ  支持基板
４０ｂ  接着層
４１    下部電極（第２電極対の一方）
４２    下部絶縁層（絶縁層）
４３    上部絶縁層（絶縁層）
４４    上部電極（第２電極対の他方）
５０    成長基板
５１    剥離層
６１，６２，６３，６４  導電層
７１，７２  絶縁層
８１，８２，８３，８４  マスク
９０    表示制御部
９１    行選択部
９２    発光制御部
９３    出射方向制御部
１００  表示装置（立体画像表示装置）
１１０  要素画像表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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