JP6310291B2 - Stereoscopic image display device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a stereoscopic image display apparatus provided with a light-directional light emitting element arranged.
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)。 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 can observe only one pixel in one element image corresponding to one element lens, and the number of light rays produced by one pixel in each element image is collected by the number of element lenses. Observe the reconstructed image at the viewpoint. Then, the observer observes the stereoscopic image from the reproduced image corresponding to the viewpoint position of the observer. 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、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。 However, even as the resolution of light emitting elements and optical elements increases, optical systems that use lenses have performance limitations that cannot be removed in principle, such as lens diffraction limits, focal lengths, and aberrations. To do. 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。 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.
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。
In addition, the inventors of the present application separately formed a structure having a plurality of fine columnar structures or holes (holes) on the surface of the LED, thereby emitting light only in a specific direction (light rays). An IP-type three-dimensional display in which LEDs having such a structure are arranged on the surface has been proposed (for example, Patent Document 1).
The feature of this IP system stereoscopic display is that both horizontal and vertical parallax display is possible without using coherent light. For this reason, realization as a three-dimensional display capable of displaying a natural three-dimensional image with little eye strain and without the need for wearing glasses is desired.
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。 Here, let us consider the number of pixels required for an IP stereoscopic display. For example, when an IP-type stereoscopic display in which 60 images are superimposed in the horizontal and vertical directions on an image equivalent to a high-definition image is produced by a minute LED having a light beam directivity in which a columnar structure or a hole is formed, the pixels necessary for the display The number is [1920 lens equivalent number (horizontal) × 60 image number] × [1080 lens equivalent number (vertical) × 60 image number] = 7.47 × 10 9 pixels. This number of pixels is 226 times the number of pixels of Super Hi-Vision (having the maximum number of pixels) that is currently realized in a two-dimensional flat panel display (FPD: flat panel display).
図15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15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。
With reference to FIG. 15, an example in which a light-emitting element having light directivity described in Patent Document 1 is used as a pixel to configure an IP stereoscopic display (stereoscopic image display apparatus) will be described.
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a stereoscopic image display device using a conventional light emitting element (hereinafter referred to as “display device” as appropriate), and FIG. 15A displays one element image. It is a top view for demonstrating the relationship between a light emitting element and a wiring electrode in an area | region, (b) is a figure for demonstrating the mode of the light ray radiate | emitted from the light emitting element arranged in 1 row in (a). It is.
図15(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。 As shown in FIG. 15A, a display device 1100 using a conventional light emitting element 1001 corresponds to each pixel of an element image composed of N rows × N columns for one element image region. The light emitting elements 1001 are arranged two-dimensionally in N rows × N columns. In order to drive and control the N × N light emitting elements 1001, N row selection wirings 1012 extending in the horizontal direction and N column selection wirings 1013 extending in the vertical direction are provided. Yes. In each light emitting element 1001, the p-side electrode that is a positive electrode is electrically connected to any one row selection wiring 1012, and the n-side electrode that is a negative electrode is electrically connected to any one column selection wiring 1013. Has been. Any of the row selection signals SA 1 to SA N is input to the p-side electrode via the corresponding row selection wiring 1012. In addition, any one of the light emission control signals S 1 to S N is input to the n-side electrode via the corresponding column selection wiring 1013.
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15(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。 In addition, it is assumed that the display device 1100 in this example performs display control in line sequential order. That is, in a row selection period that is a period in which a signal indicating active (for example, a high (H) level signal) is input, the light emitting element 1001 belonging to the selected row has a corresponding light emission control signal S. Emits light according to 1 to SN . Each light emitting element 1001 is provided with a structure (not shown) for specifying the emission direction. As shown in FIG. 15B, each of the light emitting elements 1001 arranged on the substrate 1011 has a structure. Light is emitted in a predetermined direction.
図15(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。
そこで、本願の発明者らは、圧電効果(逆圧電効果とポッケルス効果)を利用して動的に出射方向を変化させることができる発光素子を用いて、発光素子数を低減し、その結果として配線数を低減する手法について提案している(特願2012−222287)。
As shown in FIG. 15A, conventionally, N row selection wirings 1012 and N column selection wirings 1013 are used to drive and control N × N light emitting elements 1001 arranged two-dimensionally. Is required. Therefore, there is a problem that it is more difficult to secure a wiring region as the light emitting elements 1001 are provided with higher density.
Therefore, the inventors of the present application have reduced the number of light emitting elements by using light emitting elements that can dynamically change the emission direction using the piezoelectric effect (inverse piezoelectric effect and Pockels effect), and as a result A method for reducing the number of wirings has been proposed (Japanese Patent Application No. 2012-222287).
ここで、表示装置をより高解像にするために画素数を増加させると、画素に対応した発光素子の出射方向の変化を高速に行うとともに、これと同期して、発光素子の輝度の変化も高速に行う必要がある。また、圧電効果、特にポッケルス効果は最大でテラHz程度の応答速度があることが知られており、圧電効果を利用した出射方向の変化は、非常に高速な応答が得られるが、発光素子の輝度(発光強度)の変化は、出射方向の変化に比べて応答が遅い。そのため、要素画像内で互いに隣接する画素間の輝度差が大きい場合には、発光素子の出射方向の変化に、輝度変化が追従しない場合も発生する。そして、輝度変化の大きな画像領域において輝度変化が追従できないと、表示画像の輪郭や縞模様などの微細構造が不鮮明となり、立体解像度が低下することになる。 Here, if the number of pixels is increased in order to increase the resolution of the display device, the emission direction of the light emitting element corresponding to the pixel is changed at high speed, and the luminance change of the light emitting element is synchronized with this change. Need to be done at high speed. In addition, it is known that the piezoelectric effect, particularly the Pockels effect, has a maximum response speed of about tera Hz, and a change in the emission direction using the piezoelectric effect can provide a very fast response. The change in luminance (light emission intensity) is slower in response than the change in the emission direction. Therefore, when the luminance difference between adjacent pixels in the element image is large, the luminance change may not follow the change in the emission direction of the light emitting element. If the luminance change cannot be followed in an image region where the luminance change is large, the fine structure such as the outline or stripe pattern of the display image becomes unclear and the stereoscopic resolution is lowered.
本発明は、特定の方向に光を出射するとともに、出射方向を変化させることができる発光素子を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、出射方向の変化に対して輝度変化が追従でき、表示される立体画像の解像度低下を抑制することができる立体画像表示装置を提供することを課題とする。 The present invention relates to an integral photography type stereoscopic image display device that emits light in a specific direction and has a two-dimensional array of light emitting elements that can change the emission direction. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image display device that can follow a change in luminance and suppress a reduction in resolution of a displayed stereoscopic image.
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、を有し、前記半導体積層体に電界を印加することにより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ことができる発光素子を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、表示制御部を備える構成とした。 In order to solve the above-described problems, a stereoscopic image display device according to the present invention includes a light emitting structure having a semiconductor stacked body in which at least a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different conductivity types are stacked, and the light emitting structure. And an emission direction specifying part having a structure for emitting light emitted from the light emitting structure part in a specific direction, and applying an electric field to the semiconductor stacked body. And a two-dimensional array of light-emitting elements that can change the emission direction of the light beam from the emission direction specifying unit , and includes a display control unit. did.
かかる構成によれば、立体画像表示装置は、表示制御部によって、それぞれの前記発光素子について、変化する出射方向に対応して前記発光素子が出射する光線の光量を定める輝度信号の変化が大きいほど、前記出射方向を変化させる際の角速度が小さくなるように調整する。
これによって、立体画像表示装置は、画像の輪郭部や微細構造などが含まれる輝度変化が大きな画像領域において、発光素子の輝度の変化が追従できるように出射方向を変化させることができる。
According to this configuration, in the stereoscopic image display apparatus, as the change in the luminance signal that determines the amount of light emitted from the light emitting element corresponding to the changing emission direction is larger for each of the light emitting elements by the display control unit, The angular velocity when changing the emission direction is adjusted to be small.
As a result, the stereoscopic image display apparatus can change the emission direction so that the change in the luminance of the light emitting element can follow in the image region where the luminance change is large, including the contour portion or the fine structure of the image.
本発明の立体画像表示装置によれば、出射方向の変化に対して輝度変化を追従させることができるため、表示される立体画像の解像度低下を抑制することができる。 According to the three-dimensional image display device of the present invention, it is possible to follow the luminance change with respect to the change in the emission direction, and thus it is possible to suppress a reduction in the resolution of the displayed three-dimensional image.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the size, number, positional relationship, and the like of members and the like shown in each drawing may be exaggerated, changed, or omitted for easy understanding of the description.
<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。
<Embodiment>
[Configuration of stereoscopic image display apparatus]
First, the configuration of the stereoscopic image display apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The stereoscopic image display apparatus 100 according to the present embodiment is an IP 3D display. As shown in FIG. 1A, in order to display a plurality of element images on the substrate 11, two element image display units 110 are provided. A display panel 10 that is dimensionally arranged is provided. One element image display unit 110 displays an element image displayed corresponding to one element lens in a method using a conventional element lens array. In the example shown in FIG. 1, six element image display units 110 are arranged in the horizontal direction (X-axis direction) and five in the vertical direction (Y-axis direction). For example, when the stereoscopic image display apparatus 100 is configured to display at a resolution equivalent to high-definition, 1920 elemental image display units 110 are arranged in the horizontal direction and 1080 in the vertical direction.
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。
As shown in FIG. 1B, the element image display unit 110 includes the light emitting elements 1 arranged in a two-dimensional array. Further, the light-emitting element 1 is elongated in the horizontal direction (X-axis direction) when viewed from the normal direction (Z-axis direction) of the image display surface, and a plurality of emission direction specifying portions 3 are arranged in the horizontal direction on the surface. ing. The light emitting element 1 is configured such that the light emission direction can be modulated in the X-axis direction which is the longitudinal direction.
It is assumed that light beams emitted from a plurality of emission direction specifying units 3 provided in one light emitting element 1 are emitted in the same direction.
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。 Here, a case where each element image is composed of 60 pixels in both the horizontal direction and the vertical direction will be described. Conventionally, it has been necessary to use one light emitting element 1 corresponding to one pixel, but in the present invention, one light emitting element 1 corresponds to a plurality of pixels in the direction in which the emission direction can be modulated. Display can be performed. In the present embodiment, it is assumed that light rays are emitted in a range corresponding to 12 pixels arranged in the horizontal direction. Then, the number of light emitting elements 1 arranged in the horizontal direction is 60 ÷ 12 = 5. Further, 60 light emitting elements 1 are arranged in the vertical direction.
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。
As shown in FIG. 1B, the light-emitting element 1 has a horizontally long shape having a width corresponding to an area where 12 conventional light-emitting elements 1001 are arranged in the horizontal direction when viewed from the Z-axis direction. ing. Although details will be described later, a plurality of emission direction specifying portions 3 that are parts for specifying the emission direction are provided, and the amount of light emitted from one light emitting element 1 (light emission intensity) is the same as that of a conventional light emitting element. This corresponds to 12 times the light amount (light emission intensity) of light emitted from 1001. Therefore, since light is emitted in a time-division direction in the direction corresponding to 12 pixels within the selection period of one row, the light amount emitted in the direction corresponding to the conventional one pixel is 12 of the total light amount emitted in the row selection period. However, since the light emission intensity of the light-emitting element 1 is 12 times or more that of the conventional light-emitting element 1001 as described above, each direction can be displayed with the same luminance.
Furthermore, by reducing the number of wirings, the area for wiring is reduced. Instead, by increasing the light emitting area of the light emitting element 1, it is possible to substantially increase the amount of light (emission intensity).
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。
The emission direction that is dynamically changed is not limited to the horizontal direction (azimuth angle), and may be the vertical direction (elevation angle) or other directions, or both the horizontal direction and the vertical direction. Further, the number of pixels shared by one light emitting element 1 is not limited to twelve, but may be two or more, and can be determined as appropriate according to the angular width of the emission direction in which the light emitting element 1 can be changed.
Moreover, the shape of the light-emitting element 1 viewed from the Z-axis direction can be a long shape extending in the direction in which the emission direction can be dynamically changed.
[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。
[Configuration of Light Emitting Element]
Next, the configuration of the light emitting element 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the normal direction of the image display surface of the stereoscopic image display device 100 is the Z-axis direction, the horizontal direction of the image display surface is the X-axis direction, and the vertical direction (vertical direction) is the Y-axis. The direction. The light emitting element 1 is arranged so that the light emission surface is parallel to the image display surface of the stereoscopic image display device 100.
Here, in the description of the light emitting element 1, unless otherwise specified, the light emission surface from the light emitting element 1 is referred to as the upper surface of the light emitting element 1 for convenience. That is, the plus direction of the Z axis is the upward direction. For example, the view shown in FIG. 2A is a view of the light emitting element 1 viewed from the Z-axis direction, and is a top view (plan view). In the cross-sectional view shown in FIG. 2B, the horizontal direction is the X-axis direction and the vertical direction is the Z-axis direction.
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。 The light-emitting element 1 according to the present embodiment is an element that emits light with high directivity, and is a light-directional light-emitting element that emits light in a specific direction. Further, the light emitting element 1 can change (modulate) the direction in which the light is emitted by utilizing the inverse piezoelectric effect (inverse piezo effect) and the Pockels effect of the semiconductor layer constituting the light emitting structure 2. It is configured.
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。
As shown in FIG. 2, the light emitting element 1 according to the present embodiment includes a light emitting structure 2 that emits light, an emission direction specifying unit 3 that emits light emitted from the light emitting structure 2 in a specific direction, Are laminated.
The light-emitting element 1 shown in FIG. 2 is mounted on a substrate 11, and each electrode described later is a row selection wiring 12 that is a wiring electrode, a light emission control wiring 13 that is a column selection wiring, and an emission direction control. It is electrically connected to any one of the wirings 14 for use.
Note that the light emission control wiring 13 and the emission direction control wiring 14 are formed with corresponding wiring patterns on a translucent substrate (not shown), respectively, and the n-side electrode 25 and the upper part of the light emitting element 1 are respectively formed. It can be provided so as to be joined to the electrode 44.
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。
In the light emitting device 1 according to the present embodiment, the angle region to be shared is divided into 12 equiangular sections, and between the lower electrode 41 and the upper electrode 44, which are electrodes as piezoelectric devices, according to an emission direction control signal described later. By changing the voltage applied to, the emission direction of the light beam is changed, and the divided sections are sequentially scanned. The light-emitting element 1 controls light emission by changing a voltage applied between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25 which are electrodes as LED elements, based on a light emission control signal.
A detailed description of the principle of changing the emission direction will be given later.
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。
The light emitting structure 2 is a stacked body of semiconductor crystals having an LED structure, and emits light when power is supplied via the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25.
In addition, a lower electrode 41 is provided on the lower surface side of the light emitting structure 2 at one end (left end) in the X-axis direction via a lower insulating layer 42. On the upper surface side of the light emitting structure 2, the upper electrode 44 is provided at the left end in the X-axis direction so as to face the lower electrode 41 with the upper insulating layer 43 interposed therebetween. By appropriately applying a voltage between the lower electrode 41 and the upper electrode 44, distortion occurs in the semiconductor crystal of the light emitting structure 2 due to the inverse piezoelectric effect, and the thickness of the light emitting structure 2 changes. Further, by applying a voltage between the lower electrode 41 and the upper electrode 44, the refractive index of the light emitting structure 2 also changes due to the Pockels effect.
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。
Here, since the lower electrode 41 and the upper electrode 44 are provided at the left end of the light emitting structure 2 that is a stacked body of semiconductor crystals, the electric field applied to the light emitting structure 2 is not uniform, and the lower electrode 41 is not uniform. And the left end where the upper electrode 44 is provided becomes stronger. Since the amount of change in the thickness and refractive index of the light emitting structure 2 is proportional to the strength of the electric field, it becomes larger toward the left end. Therefore, in the example illustrated in FIG. 2, the thickness and the refractive index of the light emitting structure 2 change so as to have a gradient with respect to the horizontal direction (X-axis direction). Then, the emission direction of light is modulated (changed) by changing the thickness and refractive index having the gradient.
The relationship between the gradient thickness of the light emitting structure 2 and the change in refractive index and the modulation of the light emission direction will be described later.
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。 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. The p-side electrode (one of the first electrode pair) 24 that is electrically connected and the n-side electrode (the other of the first electrode pair) 25 that is electrically connected to the n-type semiconductor layer 23 are configured. . 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 the lower surface side of the p-type semiconductor layer 21 in a region corresponding to each of the regions where the plurality of emission direction specifying portions 3 are arranged in plan view. The contact surface with 21 is provided in a circular shape in each arrangement region. The n-side electrode 25 is provided so as to be in contact with a part of the left end portion of the upper 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。 In the present embodiment, the mobility of electrons that are carriers (carrier mobility) in the n-type semiconductor layer 23 is sufficiently larger than the mobility of carriers that are carriers in the p-type semiconductor layer 21 (carrier mobility). In addition, the recombination time of carriers in the light emitting layer 22 is configured using a semiconductor material that is sufficiently shorter than the diffusion time of carriers. For this reason, in the light emitting layer 22, when electrons and holes recombine and emit light and disappear, electrons with high mobility are quickly replenished. On the other hand, when holes with low mobility are replenished, the holes and the previously replenished electrons are immediately recombined, and light is emitted and disappears. For this reason, the light emitting layer 22 is directly above the contact surface between the p-side electrode 24 and the p-type semiconductor layer 21, and carrier recombination frequently occurs in the light emitting region 22 a having substantially the same planar shape as the contact surface. Emits light.
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。
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 upper 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。 The light-emitting layer 22 is provided between the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23, and transports holes that are carriers transported via the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 23. 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.
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。
Thus, a GaN (gallium nitride) based compound semiconductor can be used as a semiconductor material that functions as an LED element and a piezoelectric element. Further, as a semiconductor material, GaN (gallium nitride) represented by a general formula of In x Al y Ga 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) A solid solution of InN (indium nitride) or AlN (aluminum nitride) can also be used.
In particular, since AlN has a large strain of the base material itself, a large inverse piezoelectric effect can be obtained by using an AlGaN-based semiconductor material that is a solid solution with GaN.
In addition, by adjusting the composition (x, y) in the chemical formula, light having almost all wavelengths of visible light can be emitted, which is preferable as a semiconductor material of a light-emitting element for image display.
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。
The p-side electrode (one of the first electrode pair) 24 is provided on the lower surface of the p-type semiconductor layer 21 immediately below the arrangement region of the columnar portions 31 and 32 that are structures constituting each emission direction specifying portion 3. This is a positive electrode for injecting 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. 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 may be a structure such as the columnar portions 31 and 32. It can be determined according to the arrangement shape of the object.
Further, in FIG. 2, the substrate 11 is configured by arranging the row selection wiring 12 on the surface of the support substrate 11a, and a plurality of p-side electrodes 24 are arranged on the support substrate 11a. It is electrically connected to one of the wirings 12 for use. The row selection wiring 12 is electrically connected to the lower electrode 41 together with the p-side electrode 24.
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。
The n-side electrode (one of the first electrode pair) 25 is a negative electrode that is provided on a part of the upper 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 upper surface, and is provided on a side surface or provided with the columnar portions 31 and 32 in plan view. You may provide in the outer edge part of the upper surface except an area | region. In any case, it is preferable that the n-type semiconductor layer 23 be provided at a location that does not hinder the provision of structures such as the columnar portions 31 and 32 on the upper surface. The n-side electrode 25 can be configured using a metal or a conductive compound, similarly to the above-described p-side electrode.
In FIG. 2, the n-side electrode 25 is electrically connected to the light emission control wiring 13.
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。 In the present embodiment, the light emitting structure 2 is configured such that the p-type semiconductor layer 21 side is the lower surface and the n-type semiconductor layer 23 side is the upper surface, but the present invention is not limited to this. As the light emitting structure 2, the light emitting structure 2 is provided such that the n-type semiconductor layer 23 side is the lower surface and the p-type semiconductor layer 21 side is the upper surface, and the emission direction specifying portion 3 is provided on the p-type semiconductor layer 21 side. Good.
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。 The emission direction specifying part 3 is provided on the upper surface of the light emitting structure part 2 and 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 part 2. It has columnar parts 31 and 32 as a structure to perform. In the present embodiment, the emission direction specifying portion 3 has columnar portions 31 and 32 on the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 that is a flat surface. In addition, six columnar portions 31 and 32 are arranged as a set so as to surround a predetermined region, and one set of columnar portions 31 and 32 constitutes one emission direction specifying unit 3. The height from the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 of at least one columnar portion 32 of the pair of columnar portions 31 and 32 (hereinafter simply referred to as “the height of the columnar portion”) Unlike the height, light is emitted from the upper surfaces of all the columnar portions 31 and 32. 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 31 and 32. FIG.
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。 Note that the number and arrangement of the emission direction specifying portions 3 provided in one light emitting element 1 are not particularly limited. Like the light emitting element 1 shown in FIG. 2A, a large number of emission direction specifying portions 3 may be arranged in a row in the region, or the light emitting element shown in FIG. As in 1A, two emission direction specifying portions 3 may be arranged in the region. Further, as in the light emitting element 1B shown in FIG. 3B, the emission direction specifying portions 3 are arranged in two rows in the area, or in the area like the light emitting element 1C shown in FIG. 3C. The direction specifying unit 3 may be arranged in a checkered pattern (checker flag) in plan view. By arranging more emission direction specifying parts 3 densely in parallel in the region of the light emitting element 1 or the like, the light emitted from the light emitting structure part 2 can be efficiently emitted and the emission intensity can be increased.
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。 Further, in the present embodiment, a plurality of emission direction specifying portions 3 are provided in one light emitting element 1, and the columnar portions 31 and 32 are arranged so that the emission directions of the plurality of emission direction specifying portions 3 are the same. Is provided. Further, the light emitted from each light emitting region 22a corresponding to 3 for each emission direction is in phase with each other because the light emitting structure 2 that is one LED emits light. Therefore, the phases of the light beams emitted from the plurality of emission direction specifying units 3 can be made uniform, and as a result, the spread of the light beam emitted from one light emitting element 1 can be suppressed. Further, in particular, in order to make the phases of the light beams emitted from the plurality of emission direction specifying parts 3 more uniform, the light emitting regions 22a corresponding to the plurality of emission direction specifying parts 3 are continuously connected without being separated. A light emitting region may be formed.
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。
Here, with reference to FIG.4 and FIG.5 (refer FIG.2 suitably), the detailed structure of the output direction specific | specification part 3 is demonstrated.
In the present embodiment, the light emitting element 1 has a plurality of emission direction specifying parts 3, but each emission direction specifying part 3 provided in one light emitting element 1 emits light in the same direction. Have the same configuration. 4 and 5 illustrate a region including one emission direction specifying unit 3.
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。 The columnar portions 31 and 32 are structures that specify 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 portion 2. As shown in FIG. 4, the present embodiment is configured by six columnar portions 31 and 32 in total. Each of the six columnar portions 31 and 32 is a circular shape having the same area in cross section, and is composed of three columnar portions 31 and three columnar portions 32. In the present embodiment, the columnar portion 32 is configured to be lower than the columnar portion 31.
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。 The columnar portions 31 and 32 are light guide members that propagate light incident from the light emitting structure portion 2 and emit the light from the upper surfaces 31a and 32a (see FIG. 5B). As shown in FIG. 5B, the height of the columnar portion 32 is formed to be lower than the height of the columnar portion 31. The light emitted from the upper surfaces 31a and 32a of the columnar portions 31 and 32 interfere with each other, and the direction according to the arrangement of the columnar portions 31 and 32 (the orientation in the plane parallel to the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 and its plane) A light beam having an intensity at an angle of elevation) is emitted from the emission direction specifying unit 3.
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。
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.
Further, the emission direction specifying portion 3 may be configured to directly provide the columnar portions 31 and 32 on the upper surface of the n-type semiconductor layer 23, but is not limited thereto. For example, a layer having a uniform thickness may be provided as a base on the upper surface of the n-type semiconductor layer 23, and the columnar portions 31 and 32, which are structures, may be provided on the upper surface of the base. 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, an n-type buffer layer) that is an upper portion of the light emitting structure portion 2 is processed to form a columnar shape. The portions 31 and 32 may be formed.
Further, the columnar portions 31 and 32 are not limited to a cylindrical shape, and may be polygonal columns. Moreover, the number of columnar parts should just be two or more, and it is preferable to set it as six or three.
(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。
(Space between columnar parts)
The columnar portions 31 and 32 have a diameter of about a wavelength λ 0 or more 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. In FIG. 5, the shape of the columnar parts 31 and 32 in a plan view is shown as a circle. The thickness of each columnar part 31 and 32 shall be equal (a radius is set to (phi)). As shown in FIG. 5A, the columnar portions 31 and 32 are mutually oriented in a direction of a uniform angle (60 degrees in this example) around a predetermined origin M on the light emission surface of the light emitting element 1. It is arranged in contact.
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。 In the example shown in FIG. 5, the adjacent columnar portions 31 and 32 are arranged so as to contact each other, but may be arranged apart from each other. In the case where the columnar portions 31 and 32 are arranged apart from each other, the interval between the columnar portions 31 and 32 is set such that light emitted from the adjacent columnar portions 31 and 32 can interfere. That is, it is preferable to arrange the columnar portions 31 and 32 within the range of the coherence length of the emitted light or less. The coherence length of light depends on the center wavelength of the emission spectrum of light emitted from the light emitting structure 2 that is a light source and the half width thereof. 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。
(The origin M of the arrangement of the plurality of columnar portions)
In the example shown in FIG. 5, the predetermined origin M is a point located in the center of a predetermined region that is annularly surrounded by the six columnar portions 31 and 32 on the upper surface of the light emitting structure portion 2. The origin is a point equidistant from the center O of each of the columnar portions 31 and 32, and is a regular hexagonal center of gravity having the center O as a vertex. Here, the six columnar portions 31 and 32 are preferably arranged in an annular shape and uniformly. Note that the shape and size of the predetermined region surrounded by the columnar portions 31 and 32 can be appropriately designed as desired while balancing the diameter of the columnar portions 31 and 32. For example, if the diameters of the columnar portions 31 and 32 are about several wavelengths of the wavelength λ 0 , the size of the predetermined region can be about a fraction of a wavelength to several wavelengths.
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。 Further, as shown in FIG. 5B, the height of the upper surface 31a of the columnar portion 31 from the upper surface of the light emitting structure 2 that is the reference surface is defined as a reference height H. If the difference between the height of the columnar portion 31 and the height of the columnar portion 32 is δ, the height of the columnar portion 32 is (H−δ). In the present embodiment, in order to form a light beam having good directivity by light interference, the height difference δ is preferably set to a wavelength λ 1 or less of the light propagating through the columnar portions 31 and 32. As a result of the experiment, it is more preferable that the wavelength λ 1 is less than half of the wavelength λ 1 .
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。 Here, the wavelength λ 1 is a wavelength when light having the wavelength λ 0 propagates through the columnar portions 31 and 32 as an optical waveguide in free space. 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 propagating in air. Become slow. Specifically, if the velocity of light in air (or in a vacuum) is c and the refractive index of a material such as a semiconductor or dielectric constituting the columnar portions 31 and 32 is n, the light propagates through the columnar portions 31 and 32. The speed of light to be given is given by c / n.
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。
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 and 32. For example, when the light emitting structure 2 is composed of a GaN-based semiconductor and emits blue light having a wavelength λ 0 of 405 nm, and the columnar portions 31 and 32 are composed of GaN having a refractive index n = 2.6, the columnar portion The wavelength λ 1 of the light propagating through 31 and 32 is about 156 nm.
In the following description, when the emission direction is specified by the columnar portions 31 and 32, the columnar portion 31 may be referred to as a waveguide column and the columnar portion 32 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。
(Reciprocal relationship between light emitting region and columnar part)
Next, with reference to FIG. 5A (refer to FIG. 2 as appropriate), the relationship between the dimensions of the light emitting region 22a and the dimensions of the columnar portions 31 and 32 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, the dimension of the light emitting region 22a is determined based on the thickness and refractive index of the n-type semiconductor layer 23 and the refractive index of the material constituting the emission direction specifying portion 3. What is necessary is just to calculate it in consideration of the refraction angle of light at the interface between the semiconductor layer 23 and the emission direction specifying part 3.
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。 As described above, in the light emitting element 1, the light emitted from the light emitting region 22 a enters the columnar portions 31 and 32 through the n-type semiconductor layer 23, propagates through the columnar portions 31 and 32, and then exits. A light beam is formed by interference of light emitted from the upper surfaces 31a and 32a. Therefore, the intensity of the light beam formed by the interference of the light emitted from the upper surfaces 31 a and 32 a of the columnar portions 31 and 32 varies depending on the amount of light emitted from the light emitting region 22 a taken into the columnar portions 31 and 32. . If the amount of light emitted from the light emitting region 22a is less than a certain amount taken into the columnar portions 31 and 32, light with sufficient intensity is not emitted from the upper surfaces 31a and 32a of the columnar portions 31 and 32, The interference of these lights makes it difficult to form a clear light beam.
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の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。 On the other hand, in order to improve the arbitrary control of the direction of light beams emitted from the upper surfaces 31a and 32a of the columnar portions 31 and 32, light is emitted from the light emitting region 22a, and the element surface (n It is necessary to suppress extraneous interference between the light leaking from the upper surface of the mold semiconductor layer 23 and the light incident on the columnar portions 31 and 32 and emitted from the upper surfaces 31a and 32a.
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。 In order to achieve both, the dimensions of the light emitting region 22a and the dimensions of the columnar portions 31 and 32 are defined so that the relationship described below is established between the light emitting region 22a and the columnar portions 31 and 32. It is desirable to do.
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。 As shown in FIG. 5A, first, a planar figure drawn so as to be in contact with a part of the outer edges of the columnar portions 31 and 32 so as to surround all of the six columnar portions 31 and 32 is assumed. Here, as shown by a two-dot chain line in FIG. 5A, a circular figure surrounding all of the columnar parts 31 and 32 is assumed as a planar figure. The center of this circle coincides with the origin M, which is the center of gravity of a regular hexagon having the center O of each of the columnar portions 31 and 32 as a vertex. Here, the radius r SO of the smallest circle enclosing all the columnar portion 31 and 32, the distance from the origin M to the columnar portion 31, a plus diameter 2φ of the columnar portions 31 and 32. Further, the distance from the origin M to the columnar parts 31 and 32 is denoted by ρ. In this example, the distance ρ is equal to the radius φ of the columnar portions 31 and 32.
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)
Therefore, as shown in FIG. 5A, the area SO of the smallest circle (drawn with a two-dot chain line) surrounding all the columnar parts 31, 32, the area SL of the light emitting region 22a (drawn with a broken line), and the columnar part Each area SP of 31 and 32 can be calculated | required by Formula (1)-Formula (3), respectively.
SL = πΨ 2 (1)
SO = π (2φ + ρ) 2 Formula (2)
SP = πφ 2 Formula (3)
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)
Here, Ψ in equation (1) is the radius of the light emitting region 22a.
At this time, it is desirable that the relationship of Expression (4) is established between the area SL of the light emitting region 22a and the area SO of the smallest circle that surrounds all the columnar portions 31 and 32.
SL ≦ SO (4)
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)
Further, it is desirable that the relationship of Expression (5) is established between the area SL of the light emitting region 22a and the area 6 × SP that is the sum of the areas SP of the columnar portions 31 and 32.
6 x SP ≤ SL (5)
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。
In equation (5), the number 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 (6) 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 (6)
However, N shows the number of installed columnar parts and is an integer of 2 or more.
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。
As shown in the above equation (6), by setting the area SL of the light emitting region 22a to be equal to or less than the area SO of the minimum circle surrounding all the columnar portions 31 and 32, the light emitted from the light emitting region 22a is columnar. It is possible to suppress leakage from the element surface (the upper surface of the n-type semiconductor layer 23) other than the portions 31 and 32 and causing extra interference with the light emitted from the upper surfaces 31a and 32a of the columnar portions 31 and 32. , Optionality of light beam direction control can be improved.
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(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。 Further, as shown in Expression (6), by setting the area SL of the light emitting region 22a to an area N × SP that is the sum of the areas SP of the columnar portions 31 and 32, light emitted from the light emitting region 22a is obtained. Most of the light can enter the columnar portions 31 and 32. For this reason, the intensity | strength of the light which propagates the inside of the columnar parts 31 and 32 and is radiate | emitted from the upper surfaces 31a and 32a 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。
[Principle of interference of light emitted from columnar portion of light emitting element]
Next, the principle of interference of light emitted from the columnar portions 31 and 32 of the light emitting element 1, which is the principle for specifying the direction of the light emitted from the light emitting element 1, will be described. In the present embodiment, there are six columnar portions 31 and 32 in total, but for the sake of simplicity, description will be given by taking, as an example, interference between light emitted from two columnar portions 31 and columnar portions 32 having different heights.
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。
As described above, in the light emitting element 1 shown in FIG. 5B, the height difference between the columnar portion 31 and the columnar portion 32 is δ.
Therefore, when the light propagating through the columnar part 31 and emitted from the upper surface 31a to the atmosphere and the light propagating through the columnar part 32 and emitted from the upper surface 32a into the atmosphere further meet in the sky, they pass through the respective optical paths. The phase difference τ of light is given by the equation (7).
τ = 2πδ (n−1) / λ 0 Formula (7)
However, in Formula (7), (lambda) 0 is the wavelength of the light in free space, n shows the refractive index of the columnar parts 31 and 32. FIG.
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)
Further, from the equation (7), the height difference δ between the columnar portions 31 and 32 is expressed by the equation (8).
δ = τ · / (2π) · 1 / (n−1) · λ 0 Formula (8)
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。 Since the light passing through the columnar portion 31 is delayed as compared with the light passing through the columnar portion 32, when the two are mixed, a wave having a wavefront completely different from the wavefront of the two lights is generated. That is, the wavefronts of the light emitted from the columnar portions 31 and 32 interfere with each other, and light is emitted in an azimuth (direction) determined by the relative positions of these two columnar portions 31 and 32 (positions in the three-dimensional space). Will be injected.
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。
Next, interference of light emitted from the columnar part 31 as the wave source at the position r 1 in the three-dimensional space and the columnar part 32 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 (9 ).
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。 In Equation (9), since there is a third term representing light interference, 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 (9), the real part of γ in equation (10) is used. E * in the formula (10) indicates a complex conjugate of E. As shown in Expression (10), 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 (11) to (13).
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。
The case of equation (11) is called fully coherent, the case of equation (12) is called incoherent, and the case of equation (13) is called partial coherent. Here, since the light source of LED is used as the light emitting element 1, it is partially coherent. Accordingly, in the light-emitting element 1 shown in FIG. 5B, the light traveling direction is greatly bent because the contribution of the third term of Expression (9) is large in the light intensity.
When the horizontal distance p between the columnar portions 31 and 32 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 31 and the columnar portion 32. It becomes.
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。 In FIG. 5B, for the sake of simplicity, the direction of the light beam due to the interference of light emitted from two columnar portions having different heights has been described. Even when there are three or more columnar portions as a wave source, the above-described equation (9) can be expanded. For the case where two of the columnar parts are combined, the wavefront emitted by applying the formula (9) is calculated, and the wavefront in each combination is converted to convert the wavefront for each of the three or more columnar parts. Relational expressions can be obtained.
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。 Note that the emission direction illustrated in FIG. 2B is schematically illustrated in order to explain the state of the light beam emitted from the emission direction specifying unit 3. That is, in the case of the columnar structure shown in FIG. 2B, it does not indicate that the light is always emitted while being inclined toward the longer columnar portion. The direction of the emission direction depends on the number and arrangement of the columns, the interval between the columns, and the like, and there are cases where the emission direction is inclined toward the short columnar part.
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。 Moreover, in this embodiment, although the output direction specific | specification part 3 was comprised with the six columnar parts 31 and 32, it is not limited to this, Even if it comprises with two or more columnar parts. It may be a structure in which a plurality of columnar recesses are formed from the upper surface of the plate member. Moreover, it is not limited to the combination of a columnar part and a columnar recessed part, You may have another structure.
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。
Returning to FIG. 2, the description of the configuration of the light-emitting element 1 will be continued.
The lower electrode (one of the second electrode pair) 41 is a strip-shaped electrode provided along the left end of the lower surface of the light emitting structure 2 via the lower insulating layer 42. Further, the upper electrode (the other of the second electrode pair) 44 is a band-like electrode provided along the left end of the upper surface of the light emitting structure portion 2 with the upper insulating layer 43 interposed therebetween. The lower electrode 41 and the upper electrode 44 are provided so as to face each other with the light emitting structure 2 interposed therebetween.
The lower electrode 41 and the upper electrode 44 change the emission direction of light specified by the emission direction specification unit 3 provided on the upper surface of the light emitting structure unit 2 by controlling the voltage applied between these electrodes. This is an electrode for controlling the emission direction.
In FIG. 2, the lower electrode 41 is electrically connected to the row selection wiring 12 to which the p-side electrode 24 is connected, and the upper electrode 44 is electrically connected to the emission direction control wiring 14. ing.
(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。
(Principle to modulate the light emission direction)
Here, with reference to FIG. 6 (refer to FIG. 2 as appropriate), the principle of modulating the light emission direction will be described.
例えば、InN、GaN、AlNの3種類の化合物の結晶は、何れもC6V 4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。 For example, crystals of three kinds of compounds of InN, GaN, and AlN all have a symmetric structure represented by C 6V 4 . A crystal having this structure is known to be a piezoelectric crystal because it does not have a center of symmetry, and by applying an electric field to the piezoelectric crystal, a distortion proportional to the electric field is generated. That is, an inverse piezoelectric effect in which the crystal length changes in proportion to the electric field occurs, and a Pockels effect in which the refractive index changes in proportion to the electric field.
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。 As shown in FIG. 6, the light-emitting element 1 includes an upper electrode 44 on the upper surface of a light-emitting structure portion 2 formed by stacking semiconductor crystals via an emission direction specifying portion 3, an n-side electrode 25, and an upper insulating layer 43. And are provided. Further, a lower electrode 41 is provided on the lower surface of the light emitting structure 2 via a p-side electrode 24 and a lower insulating layer 42. As described above, the semiconductor crystal composing the light emitting structure 2 is made of, for example, an InAlGaN compound, and produces a reverse piezoelectric effect and a Pockels effect.
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。
In order to simplify the explanation, in FIG. 6, the light emitting element 1 is assumed to have only one emission direction specifying portion 3 having one columnar portion 31 and one columnar portion 32, and the light emitting structure portion. The light rays L 1 and L 2 that are emitted at the center of the second light emitting region 22a and are incident on the centers of the bottom surfaces of the columnar portions 31 and 32 will be described.
Further, the columnar part 32 is arranged closer to the upper electrode 44 than the columnar part 31.
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。
By supplying an electrode between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25, the light rays L 1 and L 2 emitted from the light emitting region 22 a propagate through the semiconductor crystal constituting the light emitting structure portion 2 and are emitted. The light enters the columnar portions 31 and 32 of the direction specifying portion 3, respectively.
Here, by applying a voltage between the upper electrode 44 and the lower electrode 41, an electric field acts on the semiconductor crystal of the light emitting structure portion 2, and a stretching strain occurs in the semiconductor crystal due to the inverse piezoelectric effect. In the example shown in FIG. 6, a case where the semiconductor crystal is elongated by the inverse piezoelectric effect is shown as an example. In addition, since the upper electrode 44 and the lower electrode 41 are provided in the leftmost region, the semiconductor crystal of the light emitting structure 2 is on the left side close to the upper electrode 44 and the lower electrode 41 as shown by a broken line in FIG. The thickness changes with a gradient in the left-right direction (X-axis direction) so as to extend as much as possible. Similarly, due to the Pockels effect, the refractive index of the semiconductor crystal of the light emitting structure 2 changes greatly toward the left side.
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。
For this reason, since it is close to the upper electrode 44 and the lower electrode 41, the semiconductor crystal at the location where the columnar portion 32 on which a larger electric field acts is disposed is larger than the semiconductor crystal at the location where the columnar portion 31 is disposed. . As a result, the amount of change in the optical path length of the light beam L 2 incident on the columnar portion 32 is larger than the amount of change in the optical path length of the light beam L 1 incident on the columnar portion 31. That is, the difference in the optical path lengths of the light beams L 1 and L 2 until they enter the different columnar portions 31 and 32 of the emission direction specifying portion 3 changes according to the magnitude of the change in the thickness of the semiconductor crystal due to the inverse piezoelectric effect. I understand that
Then, the phase difference between the light beam L 1 incident on the columnar portion 31 and the light beam L 2 incident on the columnar portion 32 changes due to the change in the optical path length. Further, since the refractive index also changes due to the Pockels effect, the change in refractive index is also taken into account, and the phase difference between the light beam L 1 incident on the columnar portion 31 and the light beam L 2 incident on the columnar portion 32 changes. .
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。
The relationship between the change in optical path length and refractive index and the change in phase difference will be described in detail.
When the refractive index change Δn due to the Pockels effect and the crystal length change ΔL due to the inverse piezoelectric effect are taken into account, the phase of light in the c-axis direction of the crystal having symmetry described above changes between the emission direction variable electrodes. . At this time, the phase change amount ψ of the light under the control electrode in the light emitting direction is given by Expression (14).
ψ = 2π / λ [(n + Δn) (L + ΔL) −nL] ≈2π / λ (nΔL + ΔnL)
... Formula (14)
Here, λ is the emission wavelength, n is the refractive index, and L is the crystal length.
In Equation (14), “≈” indicates that the product of Δn and ΔL is smaller than the other terms (nΔL, ΔnL) and is ignored (omitted).
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)
The phase change amount of the light at the positions of the columnar portions 31 and 32 is a structural factor derived from the columnar structure of the columnar portions 31 and 32 in ψ given by the equation (14) as shown in the equation (15). It can be expressed by a value ψ ′ multiplied by α.
ψ ′ = αψ′≈2πα / λ (nΔL + ΔnL) (15)
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。 This phase change amount ψ ′ contributes to the change in the phase difference τ in the equation (9) showing the interference effect described above, and finally gives the change in the angle of the light beam (change in the emission direction). That is, when the phase difference of the incident light of the columnar portions 31 and 32 changes, the interference condition between the light beams emitted from the columnar portions 31 and 32 changes, and the intensity of the light beam emitted from the emission direction specifying unit 3 is directed. That is, it is possible to change the emission direction.
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。
Subsequently, the inverse piezoelectric effect and the Pockels effect will be described in more detail.
As described above, the strain S due to the inverse piezoelectric effect is proportional to the electric field E, and the relationship can be expressed as in Expression (16).
S = dE (16)
Here, d represents a piezoelectric tensor.
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)
Further, when the crystal length is L and the change in crystal length due to strain is ΔL, the strain S can be expressed as in Expression (17).
S = ΔL / L (17)
At this time, the crystal length change ΔL, which is the amount of change in the optical path length, can be expressed by equation (18).
ΔL = SL = dEL (18)
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。
On the other hand, the phenomenon in which the refractive index n changes by Δn due to the Pockels effect can be expressed as in equation (19) in a crystal structure having no symmetry center such as GaN, InN, and AlN.
Δ (1 / n 2 ) = Σr ijk E Equation (19)
Here, r ijk is a Pockels coefficient, and is a tensor amount in the same manner as the voltage tensor d. This indicates that the change amount Δ (1 / n 2 ) of the reciprocal of the square of the refractive index n is proportional to the value of the electric field, and represents the primary electro-optic effect.
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。
Thus, it can be seen that by changing the crystal length L and the refractive index n by applying the electric field E, the phase ψ ′ of the light beam propagated in the crystal can be changed.
That is, when a voltage is applied to the light emitting structure 2 which is a stacked body of semiconductor crystals, a phase difference ψ ′ in the light propagation direction is generated due to a physical shape change (inverse piezoelectric effect) and a refractive index change (Pockels effect). As a result, it is possible to control the azimuth angle (outgoing direction) of the directivity of the light beam generated by the interference of the light beam.
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。
Here, the influence of the voltage applied between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25, which are electrodes for light emission control, on the emission direction control will be described.
When a voltage is applied to the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25 that are the electrodes for light emission control, and carriers are injected from these electrodes, the carriers are generated by crystal distortion (the quantum well of the light-emitting layer 22). Move in the direction to cancel the internal electric field. That is, the movement of carriers contributes to the direction of canceling the crystal distortion based on the voltage applied to the light emission control electrode. Therefore, even if a voltage is applied to the light emission control electrode, it does not affect the control of the light emission direction.
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。
Further, when no voltage is applied to the light emission control electrode, there is no influence on the control of the light emission direction. In other words, when a voltage is applied to the electrode for light emission control, carriers are injected from the electrode for light emission control in the direction to cancel the influence, and the carrier travels in the direction to cancel the electric field and acts in a direction to relax the electric field. To do. For this reason, the voltage application to the electrode for light emission control does not affect the light emission direction.
Therefore, it can be seen that the light emission control and the emission direction control can be performed independently.
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。 As described above, the amount of change in the phase difference between the light beams L 1 and L 2 that are emitted from the light emitting region 22 a of the light emitting structure 2, propagate in the light emitting structure 2 in the thickness direction, and enter the emission direction specifying unit 3. Can be controlled by the magnitude of the voltage applied between the upper electrode 44 and the lower electrode 41. Then, by controlling the magnitude of the voltage applied between the lower electrode 41 and the upper electrode 44, the emission direction of the light beam emitted from the emission direction specifying unit 3 can be changed.
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。 In addition, compared with the voltage (forward bias) applied when the semiconductor crystal of the light emitting structure 2 is stretched, the voltage (reverse bias) applied when compressing the semiconductor crystal is higher. There is a need. For this reason, the applied voltage can be lowered by applying the voltage only to the extending side. Further, the decompression can be performed at higher speed than the compression.
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。 Further, the emission direction shown in FIG. 6 is schematically shown in order to explain the state of the light beam emitted from the emission direction specifying unit 3 in the same manner as the emission direction shown in FIG. That is, the columnar structure shown in FIG. 6 does not always indicate that the light is emitted while being inclined toward the longer columnar part. The direction of the emission direction depends on the number and arrangement of the columns, the interval between the columns, and the like, and there are cases where the emission direction is inclined toward the short columnar part.
[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。
[Connection between light emitting element and wiring electrode and configuration of drive control means]
Next, referring to FIGS. 7 and 8 (refer to FIG. 2 as appropriate), in the display device 100, the connection between the light emitting element 1 and the wiring electrode, and the control signal is output to the wiring electrode to display the display panel 10 (FIG. 1). The structure of the drive control means for displaying a stereoscopic image is described below. FIG. 7 illustrates one element image display unit 110 as the display device 100. FIG. 8 shows a control circuit that controls driving of one element image display unit 110.
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。 As shown in FIG. 7A, the display device 100 includes M light emitting elements 1 in the horizontal direction (X-axis direction) and N light-emitting elements 1 in the vertical direction (Y-axis direction) per element image display unit 110. Are two-dimensionally arranged. As described above, the display device 100 according to the present embodiment uses the light emitting element 1 that can dynamically control the light emission direction, so that one light emitting element 1 corresponds to a plurality of pixels in the element image. In addition, light is emitted in a time-sharing manner, and one light-emitting element 1 shares 12 pixels in the horizontal direction (X-axis direction). Accordingly, with respect to one element image, five light emitting elements 1 are arranged per one row in the horizontal direction, and 60 light emitting elements 1 are arranged per one column in the vertical direction.
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。 In addition, 60 row selection wirings 12 are provided for each element image as in the conventional case, but as the column selection wirings, five light emission control wirings 13 and emission direction control wirings are provided. A total of 10 are arranged, with 14 being five. That is, each light emitting element 1 is connected to one row selection wiring 12, two light emission control wirings 13 and emission direction control wirings 14 which are column selection wirings. In this example, the row selection wiring 12 is a wiring electrode common to both light emission control and emission direction control.
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。 Each light emitting element 1 includes, for each row, a p-side electrode 24 that is a positive electrode as an LED element and a lower electrode 41 that is one electrode as a piezo element for controlling the emission direction of the row selection wiring 12. Any one of them is electrically connected. Each light-emitting element 1 has an n-side electrode 25 that is a negative electrode as an LED element for each column, and is electrically connected to any one of the light emission control wirings 13, and the other electrode as a piezoelectric element. A certain upper electrode 44 is electrically connected to any one of the emission direction control wirings 14.
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SJ1〜SJM(SJ5)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SI1〜SIM(SI5)の何れかが入力される。各信号の生成方法及び入力タイミングについては、後記する。 Any of the row selection signals SA 1 to SA N (SA 60 ) is input to the p-side electrode 24 and the lower electrode 41 via the corresponding row selection wiring 12. In addition, any one of the light emission control signals SJ 1 to SJ M (SJ 5 ) is input to the n-side electrode 25 via the corresponding light emission control wiring 13. In addition, any one of the emission direction control signals SI 1 to SI M (SI 5 ) is input to the upper electrode 44 via the corresponding emission direction control wiring 14. The generation method and input timing of each signal will be described later.
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SI1〜SIM(SI5)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。
Further, as shown in FIG. 7B, in the display device 100 according to the present embodiment, five light emitting elements 1 (1 1 to 1 5 ) are arranged per row of the element image display unit 110. . The light-emitting element 1 1 to 1 5, the angular region of each shared scans according emitting direction control signal SI 1 ~SI M (SI 5) .
For example, the center angle theta 1 through? 5 of angular regions each of the light-emitting elements 1 1 to 1 5 takes charge, -30 degrees, respectively, -15 °, 0 °, + 15 °, and + 30 °, ± angular change [Delta] [theta] 7 .5 degrees. That is, each of the light emitting elements 1 1 to 15 has −30 ± 7.5 degrees, −15 ± 7.5 degrees, 0 ± 7.5 degrees, + 15 ± 7.5 degrees, and + 30 ± 7.5 degrees, respectively. Scan the angular range.
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SJ1〜SJM(SJ5)が入力される。各発光素子11〜15は、発光制御信号SJ1〜SJM(SJ5)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。 In addition, each of the light emitting elements 1 1 to 15 is divided into 12 sections, and the light emission control signals SJ 1 to SJ M (SJ 5 ) are input in synchronization with the scanning timing of each section. The Each of the light emitting elements 1 1 to 15 emits light at a luminance level corresponding to the pixel data of the element image corresponding to each section based on the light emission control signals SJ 1 to SJ M (SJ 5 ).
(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92、発光制御部93及び出射方向制御部94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。
(Configuration of drive control means)
As shown in FIG. 8, the display device 100 performs display control as a drive control unit in order to drive and control a plurality of element image display units 110 constituting the display panel 10 (see FIG. 1) to display a stereoscopic image. A unit 90, a row selection control unit 92, a light emission control unit 93, and an emission direction control unit 94. In FIG. 8, only one element image display unit 110 is shown.
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92、発光制御部93及び出射方向制御部94が同期して動作するように制御する。また、表示制御部90は、輝度信号処理部91を備えており、外部から入力した画像信号(輝度信号)に基づいて、各発光素子1について、出射方向を変化させる際の角速度及び輝度レベルを算出(調整)し、算出した角速度及び輝度レベルを、それぞれ出射方向制御部94及び発光制御部93に出力する。 The display control unit 90 is a control circuit for inputting an image signal from the outside, dividing the image signal for each element image, and displaying the image signal on the corresponding element image display unit 110. In addition, the display control unit 90 generates control signals including a clock, and controls the row selection control unit 92, the light emission control unit 93, and the emission direction control unit 94 to operate in synchronization with each other using the control signals. To do. In addition, the display control unit 90 includes a luminance signal processing unit 91. Based on an image signal (luminance signal) input from the outside, the display control unit 90 determines the angular velocity and the luminance level when changing the emission direction for each light emitting element 1. Calculation (adjustment) is performed, and the calculated angular velocity and luminance level are output to the emission direction control unit 94 and the light emission control unit 93, respectively.
輝度信号処理部91は、外部から入力した画像信号(輝度信号)の輝度変化に応じて、各発光素子1の出射方向を変化させる際の角速度と、各発光素子1が発光する輝度レベルとを調整する。
なお、輝度信号の変化に応じた角速度及び輝度レベルの調整方法については後記する。
The luminance signal processing unit 91 determines the angular velocity when changing the emission direction of each light emitting element 1 according to the luminance change of the image signal (luminance signal) input from the outside, and the luminance level at which each light emitting element 1 emits light. adjust.
A method for adjusting the angular velocity and the luminance level according to the change of the luminance signal will be described later.
行選択制御部92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、表示制御部90の輝度信号処理部91から当該発光制御部93が対応する要素画像表示部110の各発光素子1についての調整後の輝度信号を入力する。発光制御部93は、入力した輝度信号を、各発光素子1にパワー変調やパルス幅変調などで輝度表現させるための発光制御信号SJ1〜SJMを生成し、生成した発光制御信号SJ1〜SJMを各発光素子1に対応する発光制御用配線13に並行して出力する。
出射方向制御部94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の輝度信号処理部91から当該発光制御部93が対応する要素画像表示部110の各発光素子1についての出射方向を変化させる際の調整された角速度を入力する。出射方向制御部94は、入力した角速度で各発光素子1の出射方向を変化させるための出射方向制御信号SI1〜SIMを生成し、生成した出射方向制御信号SI1〜SIMを、各発光素子1に対応する出射方向制御用配線14に並行して出力する。
なお、出射方向制御信号SI1〜SIMと発光制御信号SJ1〜SJMとは、各区間において出射方向と輝度レベルとが対応するように、同期して出力される。
The row selection control unit 92 receives a row synchronization signal synchronized with the row of the image signal from the display control unit 90, and alternately selects a row sequentially for each of the row selection wirings 12 of the element image display unit 110. and it outputs a row selection signal SA 1 -SA N to.
The light emission control unit 93 receives a synchronization signal synchronized with the pixel and the row from the display control unit 90, and each of the element image display units 110 to which the light emission control unit 93 corresponds from the luminance signal processing unit 91 of the display control unit 90. An adjusted luminance signal for the light emitting element 1 is input. Light emission control unit 93, a luminance signal input, generates emission control signals SJ 1 ~SJ M for causing luminance expressed by such a power modulation or pulse width modulation to the light emitting element 1, generated emission control signals SJ 1 ~ SJ M is output in parallel to the light emission control wiring 13 corresponding to each light emitting element 1.
The emission direction control unit 94 receives a synchronization signal synchronized with the pixel and the row from the display control unit 90, and from the luminance signal processing unit 91 of the display control unit 90, the light emission control unit 93 of the element image display unit 110 corresponding thereto. The adjusted angular velocity when changing the emission direction for each light emitting element 1 is input. Emission direction controlling unit 94 generates the emission direction control signal SI 1 ~SI M for changing the radiation direction of the light-emitting elements 1 in the input angular velocity, the generated emission direction control signal SI 1 ~SI M, each The light is output in parallel to the emission direction control wiring 14 corresponding to the light emitting element 1.
Note that the emission direction control signal SI 1 ~SI M and the emission control signal SJ 1 ~SJ M is the emission direction and the luminance level in each interval so as to correspond, it is output in synchronization.
(輝度変化に応じた角速度及び輝度レベルの調整方法)
ここで、図9を参照して、輝度変化に応じた発光素子1の出射方向を変化させる際の角速度と、発光素子1の輝度レベルとを調整する方法について説明する。
本発明では、各発光素子1について、出射方向を変化させる角度範囲(走査範囲)を等角度に分割された各区間が、図15に示した従来の表示装置1100において、個々の発光素子1が分担する画素に相当する。
本調整方法は、1個の発光素子1が分担する角度範囲を等角度に分割した各区間で表示すべき輝度の変化の大きさに応じて、各区間を走査する角速度を調整するとともに、各区間について、走査中に出射される光量(積分強度)が所望の光量となるように、発光素子1の輝度レベルを調整するものである。
(Adjustment method of angular velocity and luminance level according to luminance change)
Here, with reference to FIG. 9, a method of adjusting the angular velocity when changing the emission direction of the light emitting element 1 according to the luminance change and the luminance level of the light emitting element 1 will be described.
In the present invention, for each light emitting element 1, each section obtained by dividing the angular range (scanning range) for changing the emission direction into equal angles is divided into the individual light emitting elements 1 in the conventional display device 1100 shown in FIG. It corresponds to the shared pixel.
This adjustment method adjusts the angular velocity of scanning each section according to the magnitude of the luminance change to be displayed in each section obtained by dividing the angular range shared by one light emitting element 1 into equal angles, For the section, the luminance level of the light emitting element 1 is adjusted so that the amount of light (integrated intensity) emitted during scanning becomes a desired amount of light.
次に、輝度変化に応じて角速度及び輝度レベルを調整するための手順について説明する。
まず、外部から画像信号として、輝度信号L(θ)を入力する。輝度信号L(θ)は、発光素子1から光線が出射する方位角度である出射方向θの関数として与えられる。
次に、輝度変化k(θ)として、式(20)に示すように、輝度信号L(θ)の出射方向θについての微分値を算出する。
k(θ)=dL(θ)/dθ ・・・式(20)
Next, a procedure for adjusting the angular velocity and the luminance level according to the luminance change will be described.
First, a luminance signal L (θ) is input as an image signal from the outside. The luminance signal L (θ) is given as a function of the emission direction θ, which is the azimuth angle at which light rays are emitted from the light emitting element 1.
Next, as the luminance change k (θ), as shown in the equation (20), a differential value with respect to the emission direction θ of the luminance signal L (θ) is calculated.
k (θ) = dL (θ) / dθ Equation (20)
本発明では、輝度変化の大きさに応じて角速度を調整し、輝度変化が大きな区間ほど、より低角速度で走査する。これによって、発光素子1の輝度レベルが前区間の状態から変化するまでの時間を稼ぐことができる。また、輝度変化が小さな区間では、より高角速度で走査する。また、発光素子1が全区間を走査する時間が、輝度変化を考慮せずに全区間を等角速度で走査する場合と変わらないように、等角速度で走査する場合の角速度である平均角速度に跨がって、角速度を変化させる。 In the present invention, the angular velocity is adjusted according to the magnitude of the luminance change, and the section with the larger luminance change is scanned at a lower angular velocity. Thereby, it is possible to earn time until the luminance level of the light emitting element 1 changes from the state of the previous section. In a section where the luminance change is small, scanning is performed at a higher angular velocity. Further, the time during which the light-emitting element 1 scans the entire section spans the average angular speed, which is the angular speed when scanning at the uniform angular speed, so as not to be different from the case where the entire section is scanned at the uniform angular speed without considering the luminance change. As a result, the angular velocity is changed.
そのために、式(21)によって、角速度ω(t)を調整する。
ω(t)=α・ωC/{|k(θ)|+C} ・・・式(21)
式(21)において、αは比例定数、tは時間、ωCは平均角速度、Cは角速度の上限を制限するためのリミッタ定数である。リミッタ定数Cは、表示装置100のシステムとして求められる制約に応じて定められるものである。また、α>0、C>0である。
なお、角速度ω(t)は、出射方向θの関数ω(θ)としてもよい。
For that purpose, the angular velocity ω (t) is adjusted by the equation (21).
ω (t) = α · ω C / {| k (θ) | + C} Expression (21)
In Expression (21), α is a proportional constant, t is time, ω C is an average angular velocity, and C is a limiter constant for limiting the upper limit of the angular velocity. The limiter constant C is determined according to restrictions required for the display device 100 system. Further, α> 0 and C> 0.
The angular velocity ω (t) may be a function ω (θ) of the emission direction θ.
また、出射方向の区間ごとに角速度を変化させた場合において、輝度の連続性を担保するために、ある区間を調整後の角速度で走査したときに、当該区間を走査する期間に発光素子1から出射される光量が、角速度を調整せずに平均角速度で走査した場合に、当該区間を走査する期間に発光素子1から出射される光量と一致するように、輝度レベルを調整する。
そのために、調整後の輝度信号L’(t)は、式(22)を満足するように求められる。
L’(t)/ω(t)=L(θ)/ωC ・・・式(22)
なお、輝度信号L’(t)は、出射方向θの関数L’(θ)としてもよい。
Further, when the angular velocity is changed for each section in the emission direction, in order to ensure luminance continuity, when a certain section is scanned at the angular speed after adjustment, the light emitting element 1 starts scanning the section during the period. When the emitted light amount is scanned at the average angular velocity without adjusting the angular velocity, the luminance level is adjusted so as to coincide with the light amount emitted from the light emitting element 1 during the scanning period.
For this purpose, the adjusted luminance signal L ′ (t) is obtained so as to satisfy the equation (22).
L ′ (t) / ω (t) = L (θ) / ω C (22)
The luminance signal L ′ (t) may be a function L ′ (θ) of the emission direction θ.
式(21)及び式(22)より、調整後の輝度信号L’(t)は、式(23)によって与えられる。
L’(t)=α・L(θ)/{|k(θ)|+C} ・・・式(23)
From equations (21) and (22), the adjusted luminance signal L ′ (t) is given by equation (23).
L ′ (t) = α · L (θ) / {| k (θ) | + C} Expression (23)
なお、角速度を調整するときに用いる輝度変化の大きさ|k(θ)|は、元の輝度信号L(θ)の階調数に応じて多段階としてもよいが、段階数を、数段階〜2段階のように、適宜に低減してもよい。
最も簡便には、輝度変化の大きさを所定の閾値を用いて2段階に識別するようにしてもよい。この場合に、角速度ω(t)は、輝度変化の大きな区間に適用する低角速度ω1、又は、輝度変化の小さな区間に適用する高角速度ω2の何れかに調整される。
Note that the magnitude of the luminance change | k (θ) | used when adjusting the angular velocity may be multistage depending on the number of gradations of the original luminance signal L (θ). It may be reduced as appropriate as in ~ 2 stages.
Most simply, the magnitude of the luminance change may be identified in two stages using a predetermined threshold. In this case, the angular velocity ω (t) is adjusted to either a low angular velocity ω 1 that is applied to a section with a large luminance change or a high angular velocity ω 2 that is applied to a section with a small luminance change.
次に、図9を参照して、輝度変化を2段階に識別して、角速度及び輝度変化を調整する場合について説明する。
まず、図9(a)に示すように、外部から画像信号として、輝度信号L(θ)を入力する。輝度信号L(θ)は、出射方向θについての連続した関数ではなく、前記した区間ごとに定められる離散関数として与えられる。従って、図9(a)に示したように、輝度信号L(θ)は、出射方向θに対して、階段状に変化する信号である。
なお、以降の説明では、各区間を添字「i」を用いて識別し、例えば、各区間に対応する輝度信号を、適宜にLiのように表すこととする。
Next, with reference to FIG. 9, a case will be described in which the luminance change is identified in two stages and the angular velocity and the luminance change are adjusted.
First, as shown in FIG. 9A, a luminance signal L (θ) is input as an image signal from the outside. The luminance signal L (θ) is given not as a continuous function with respect to the emission direction θ but as a discrete function determined for each of the sections described above. Therefore, as shown in FIG. 9A, the luminance signal L (θ) is a signal that changes stepwise with respect to the emission direction θ.
In the following description, each section is identified by using the subscript “i”, and for example, a luminance signal corresponding to each section is appropriately expressed as L i .
輝度信号L(θ)は、離散関数であるから、式(20)に示した微分に代えて、式(24)に示すように、区間iの輝度変化kiとして、区間iにおける輝度信号Liと前区間(i−1)における輝度信号Li−1との差分値を用いることができる。
ki=Li−Li−1 ・・・式(24)
図9(b)は、輝度変化として、差分を用いて示したものである。
更に、図9(c)に示すように、輝度変化の大きさとして、その差分kiの絶対値|ki|を用いることができる。
そして、輝度変化の大きさ|ki|が、所定の閾値THよりも大きい区間iを、輝度変化が大きい区間とし、他の区間を輝度変化が小さい区間(平坦区間)と識別する。
これによって、図9(d)に示すように、輝度変化の大きさが2値化される。
Since the luminance signal L (θ) is a discrete function, the luminance signal L in the section i is used as the luminance change k i in the section i as shown in the expression (24) instead of the differentiation shown in the expression (20). it can be used a difference value between the luminance signal L i-1 in the i before interval (i-1).
k i = L i −L i−1 Expression (24)
FIG. 9B shows the change in luminance using a difference.
Furthermore, as shown in FIG. 9C, the absolute value | k i | of the difference k i can be used as the magnitude of the luminance change.
Then, a section i in which the magnitude of brightness change | k i | is larger than a predetermined threshold value TH is identified as a section having a large brightness change, and the other sections are identified as sections having a small brightness change (flat section).
As a result, as shown in FIG. 9D, the magnitude of the luminance change is binarized.
本発明では、図9(e)に示すように、輝度変化が大きな区間は、発光素子1の輝度レベルが前区間の状態から変化するまでの時間を稼ぐために低角速度ω1で走査し、輝度変化が小さな区間では、高角速度ω2で走査する。
ここで、発光素子1が全区間を走査する時間は変えないため、輝度変化の大きさを考慮せずに等角速度で走査する場合の角速度を平均角速度ωCとすると、ω2≧ωC≧ω1となるように低角速度ω1及び高角速度ω2が定められる。
In the present invention, as shown in FIG. 9 (e), a section where the luminance change is large is scanned at a low angular velocity ω 1 to gain time until the luminance level of the light emitting element 1 changes from the state of the previous section, brightness change in a small interval, scanning at high angular velocity omega 2.
Here, since the time during which the light-emitting element 1 scans the entire section does not change, assuming that the angular velocity when scanning at a constant angular velocity without considering the magnitude of the luminance change is the average angular velocity ω C , ω 2 ≧ ω C ≧ The low angular velocity ω 1 and the high angular velocity ω 2 are determined so as to be ω 1 .
なお、低角速度ω1及び高角速度ω2は、予め定めておいてもよいし、式(21)を用いて随時に算出するようにしてもよい。式(21)を用いて算出する場合は、輝度変化の大きさである|k(θ)|として、例えば、当該区間の輝度変化の大きさの最大値を用いることができる。
また、輝度変化が大きいと識別された区間数が多い場合は、低角速度ω1を小さくし過ぎると、走査時間が1行の行選択期間を超過してしまう場合が考えられる。走査時間の超過を防ぐために、走査範囲となる全区間(図7に示した例では、区間数は12個)において、輝度変化が大きいと識別された区間の割合に応じて、走査時間が行選択期間に収まるように、低角速度ω1と高角速度ω2とを定めるようにしてもよい。
Note that the low angular velocity ω 1 and the high angular velocity ω 2 may be determined in advance, or may be calculated at any time using Equation (21). When calculating using Expression (21), for example, the maximum value of the magnitude of the luminance change in the section can be used as | k (θ) | that is the magnitude of the luminance change.
In addition, when there are a large number of sections identified as having a large luminance change, the scanning time may exceed the row selection period of one row if the low angular velocity ω 1 is too small. In order to prevent the scanning time from being exceeded, the scanning time is set according to the proportion of the sections that are identified as having a large luminance change in the entire scanning range (in the example shown in FIG. 7, the number of sections is 12). The low angular velocity ω 1 and the high angular velocity ω 2 may be determined so as to fall within the selection period.
また、時間tに対する角速度の変化は、図9(f)に示すようになり、輝度変化の大きな区間では走査時間が伸長され、輝度変化が小さな区間では走査時間が短縮されることが分かる。
従って、図9(g)に示すように、調整後の輝度信号L’(t)は、角速度ω(t)と同期するように、時間tの方向について、輝度変化の大きな区間では伸長され、輝度変化の小さな区間では短縮される。
また、調整後の角速度の大きさに関わらずに、各区間の光量を担保できるように、前記した式(23)に従って、輝度信号L’(t)のレベルが調整される。
Further, the change in angular velocity with respect to time t is as shown in FIG. 9F, and it can be seen that the scanning time is extended in the section where the luminance change is large, and the scanning time is shortened in the section where the luminance change is small.
Therefore, as shown in FIG. 9 (g), the adjusted luminance signal L ′ (t) is expanded in the direction of time t in a section where the luminance change is large so as to be synchronized with the angular velocity ω (t), It is shortened in a section where the luminance change is small.
Further, the level of the luminance signal L ′ (t) is adjusted according to the above-described equation (23) so that the light quantity in each section can be secured regardless of the magnitude of the angular velocity after adjustment.
次に、図8(b)を参照(適宜図2及び図7参照)して、輝度信号処理部91の詳細な構成について説明する。
輝度信号処理部91は、前記した方法により、輝度変化に応じた発光素子1の出射方向を変化させる際の角速度と、発光素子1の輝度レベルとを調整するために、輝度変化算出部91aと、角速度算出部91bと、輝度算出部91cとを備えている。
Next, a detailed configuration of the luminance signal processing unit 91 will be described with reference to FIG. 8B (refer to FIGS. 2 and 7 as appropriate).
The luminance signal processing unit 91 uses the above-described method to adjust the angular velocity when changing the emission direction of the light emitting element 1 according to the luminance change and the luminance level of the light emitting element 1, , An angular velocity calculation unit 91b, and a luminance calculation unit 91c.
輝度変化算出部91aは、外部から画像信号として輝度信号Liを入力して、例えば、式(20)又は式(24)を用いて、発光素子1ごとに、輝度変化の大きさ|ki|を算出し、算出した輝度変化の大きさ|ki|を角速度算出部91b及び輝度算出部91cに出力する。 Brightness variation calculating unit 91a inputs the luminance signal L i as an image signal from the outside, for example, formula (20) or by using the equation (24), each light-emitting element 1, the magnitude of luminance change | k i | is calculated, the calculated magnitude of the luminance change | k i |, and outputs the angular velocity calculating unit 91b and a luminance calculation section 91c.
角速度算出部91bは、輝度変化算出部91aから輝度変化の大きさ|ki|を入力し、例えば、式(21)を用いて、区間ごとの角速度ωiを算出する。角速度算出部91bは、算出した角速度ωiを出射方向制御部94に出力する。 The angular velocity calculation unit 91b receives the luminance change magnitude | k i | from the luminance change calculation unit 91a, and calculates the angular velocity ω i for each section using, for example, Equation (21). The angular velocity calculation unit 91b outputs the calculated angular velocity ω i to the emission direction control unit 94.
輝度算出部91cは、外部から輝度信号Liを入力するとともに、輝度変化算出部91aから輝度変化の大きさ|ki|を入力し、例えば、式(21)を用いて、区間ごとに調整した輝度信号L’iを算出する。輝度算出部91cは、算出した輝度信号L’iを発光制御部93に出力する。
なお、輝度算出部91cは、輝度変化算出部91aから輝度変化の大きさ|ki|を入力する代わりに、角速度算出部91bから調整後の角速度ωiを入力し、例えば、式(22)に基づいて、輝度信号L’iを算出するようにしてもよい。
The luminance calculation unit 91c receives the luminance signal L i from the outside and the luminance change magnitude | k i | from the luminance change calculation unit 91a, and adjusts for each section using, for example, Expression (21). The obtained luminance signal L ′ i is calculated. The luminance calculation unit 91 c outputs the calculated luminance signal L ′ i to the light emission control unit 93.
Note that the luminance calculation unit 91c receives the adjusted angular velocity ω i from the angular velocity calculation unit 91b instead of inputting the luminance change magnitude | k i | from the luminance change calculation unit 91a. For example, Equation (22) The luminance signal L ′ i may be calculated based on the above.
[立体画像表示装置の動作]
次に、図10及び図11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。ここで、図10は、輝度変化の大きさにかかわらずに、等角速度で出射方向を変化させる場合の、各信号のタイミングチャートである。また、図11は、輝度変化に応じて、角速度と輝度レベルとを調整する場合の、各信号のタイミングチャートである。
[Operation of stereoscopic image display device]
Next, the operation of the display device 100 will be described with reference to FIGS. 10 and 11 (refer to FIGS. 2, 7 and 8 as appropriate). Here, FIG. 10 is a timing chart of each signal when the emission direction is changed at a constant angular velocity regardless of the magnitude of the luminance change. FIG. 11 is a timing chart of each signal when the angular velocity and the luminance level are adjusted according to the luminance change.
(等角速度の場合)
まず、図10を参照(適宜図2、図7及び図8参照)して、等角速度で、すなわち一定の角速度で発光素子1の出射方向を変化させる場合について説明する。この場合は、輝度変化の大きさにかかわらずに、等角速度で出射方向を変化させるため、表示制御部90は、角速度及び輝度レベルの調整を行わない。
(For equiangular speed)
First, referring to FIG. 10 (refer to FIGS. 2, 7 and 8 as appropriate), a case where the emission direction of the light emitting element 1 is changed at a constant angular velocity, that is, at a constant angular velocity will be described. In this case, the display control unit 90 does not adjust the angular velocity and the luminance level because the emission direction is changed at a constant angular velocity regardless of the magnitude of the luminance change.
外部から画像信号(輝度信号)が表示制御部90に入力されると、表示制御部90は、輝度信号を要素画像に分割し、分割した要素画像についての輝度信号を、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93に出力する。また、表示制御部90は、同時に、各発光素子1が出射方向を変化させる際の角速度を、出射方向制御部94に出力する。 When an image signal (luminance signal) is input from the outside to the display control unit 90, the display control unit 90 divides the luminance signal into element images, and displays the luminance signals for the divided element images respectively in the corresponding element image display. To the light emission control unit 93 for controlling the unit 110. At the same time, the display control unit 90 outputs the angular velocity when each light emitting element 1 changes the emission direction to the emission direction control unit 94.
発光制御部93は、表示制御部90から入力した要素画像についての輝度信号を、各発光素子1を輝度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を生成する。また、出射方向制御部94は、表示制御部90から入力した角速度で各発光素子1の出射方向を変化させるための出射方向制御信号SC1〜SCMを生成する。
また、行選択制御部92、発光制御部93及び出射方向制御部94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。
なお、等角速度で出射方向を変化させる場合は、図7(a)において、発光制御信号SJ1〜SJMに代えて発光制御信号SB1〜SBMを発光制御用配線13に、出射方向制御信号SI1〜SIMに代えて出射方向制御信号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。
Light emission control unit 93 generates a light emission control signal SB 1 to SB M for the luminance signal of the elements image input from the display control unit 90, thereby emitting the light emitting element 1 in the light emission intensity corresponding to the luminance signal. Moreover, the emission direction control unit 94 generates an emission direction control signal SC 1 to SC M for changing the outgoing direction of each light emitting element 1 at an angular velocity input from the display control unit 90.
The row selecting control section 92, the light emission control unit 93 and the emission direction control unit 94, in synchronization with the synchronization signal input from the display control unit 90, respectively, the row selection signal SA 1 -SA N row selecting wiring 12 , the light emission control signal SB 1 to SB M the emission control lines 13, and outputs the emission direction control signal SC 1 to SC M in emission direction controller wires 14.
In the case of changing the outgoing direction at a constant angular velocity, in FIG. 7 (a), the emission control signal SJ 1 ~SJ emission control in place of the M signal SB 1 to SB M the emission control lines 13, emission direction controlling instead of the signal SI 1 ~SI M outputs the emission direction control signal SC 1 to SC M in emission direction controller wires 14.
Hereinafter, the timing of each signal will be described.
図10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。 10A to 10C are row selection signals SA 1 to SA N (SA 60 ) that are input to the row selection wiring 12 and drive the light emitting element 1 for one element image display unit 110. Is illustrated. Similarly, a row selection signal corresponding to a row position in the display screen arranged in the display device 100 is input to the other element image display units 110 constituting the display device 100.
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。
In this example, it is assumed that a period during which line-sequential display control is performed and an H (high) level row selection signal is input is a row selection period (active period). Each of the row selection signals SA 1 to SA N is sequentially input so that the H level periods do not overlap, and alternatively, a row is selected.
The period row selection signal SA 1 -SA N is active, the corresponding row selecting wiring 12 is set to a predetermined potential, period row selection signal SA 1 -SA N is inactive, the corresponding It is assumed that the row selection wiring 12 is set to a high impedance state. Thus, in the row selection period, the light emitting element 1 emits light with the light emission intensity corresponding to the difference between the potential set in the row selection wiring 12 and the potential set in the light emission control wiring 13 and also the row selection. Light is emitted in the emission direction according to the difference between the potential set for the wiring 12 and the potential set for the emission direction control wiring 14. Further, in the period when the row is not selected, the light emitting element 1 does not emit light, does not operate as a piezo element, and does not consume power. The period row selection signal SA 1 -SA N is inactive, the corresponding row selection wiring 12 may be set to L (low) level.
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。 Note that the emission intensity is controlled by adjusting the ON / OFF ratio in the corresponding period in addition to power modulation that modulates the magnitude of the voltage value applied between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25 in multiple stages. Pulse width modulation for modulation, pulse frequency modulation for modulating the number of pulses having a constant width to be output within the corresponding period, or a combination of these can be used.
図10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。
10D to 10J show drive signals input to the M (five) light emitting elements 1 belonging to the first row.
During the period in which the row selection signal SA 1 is at the H level, the light emission control signals SB 1 , SB 2 ,... As SB M (SB 5 ), conventional light emission control signals S 1 to S 12 , S 13 to S 24 ,..., S 12 (M−1) +1 to S 12M (S 49 ) corresponding to 12 pixels. ˜S 60 ) are sequentially input.
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。 Also, the row selection signal SA 1 is at the H level, the upper electrode 44 of each light-emitting element 1, via the corresponding outgoing direction control lines 14, the emission direction control signal SC 1 ~SC M (SC 5 ), Signals for controlling in the corresponding emission direction are input in synchronization with signals corresponding to 12 pixels of the light emission control signals SB 1 , SB 2 ,..., SB M (SB 5 ). In this example, a linearly changing signal is input so that the emission direction changes at a constant angular velocity.
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。 If the relationship between the voltage applied between the lower electrode 41 and the upper electrode 44 and the angle at which the emission direction changes is not linear, a nonlinear signal is output so that the emission direction changes at a constant angular velocity. SC 1 may be input as ~SC M (SC 5). Further, the light emission control signal SB 1, SB 2, · · ·, in synchronization with the input period of the signal corresponding to the 12 pixels of SB M (SB 5), it emits a signal that changes stepwise direction control signals SC 1 ~ it may be input as SC M (SC 5).
(輝度変化に応じて角速度及び輝度レベルを調整する場合)
次に、図11を参照(適宜図2、図7及び図8参照)して、輝度変化に応じて角速度及び輝度レベルを調整する場合について説明する。
図11では、行選択された1つの発光素子1に入力される駆動信号について例示する。図11(a)に示すように、図11では、1行目を選択するための行選択信号SA1がアクティブな期間についての各信号のタイミングを示すものである。
図11(b)に示した輝度信号SD1は、図10(e)に示した12個の画素に対応して、外部からシーケンシャルに等間隔で入力される画像信号である。この信号は、パワー変調やパルス幅変調などの変調がされる前の、画素レベル(輝度レベル)を示す多階調のデジタル信号である。また、輝度信号SD1は、前記した輝度信号Liに相当する信号である。
(When adjusting the angular velocity and luminance level according to the luminance change)
Next, with reference to FIG. 11 (refer to FIGS. 2, 7 and 8 as appropriate), a case where the angular velocity and the luminance level are adjusted according to the luminance change will be described.
FIG. 11 illustrates a drive signal input to one light emitting element 1 selected in a row. As shown in FIG. 11 (a), FIG. 11, the row selection signal SA 1 for selecting the first row shows the timing of signals for the active period.
Luminance signal SD 1 shown in FIG. 11 (b), corresponding to 12 pixels shown in FIG. 10 (e), an image signal inputted at equal intervals from the outside sequentially. This signal is a multi-tone digital signal indicating a pixel level (luminance level) before modulation such as power modulation or pulse width modulation. The luminance signal SD 1 is a signal corresponding to the luminance signal L i described above.
図11(c)に示した輝度変化信号SE1は、輝度変化算出部91aによって算出され、輝度信号SD1を水平方向について微分した信号である。具体的には、水平方向に隣接する区間の輝度値の差分信号を用いることができ、前記した輝度変化ki又は輝度変化の大きさ|ki|に対応する信号である。
図11(d)に示した輝度変化信号SF1は、角速度算出部91bによって算出され、輝度変化信号SE1を、所定の閾値で2値化した信号であり、Hレベルが輝度変化の大きな区間であることを示し、Lレベルが輝度変化の小さな区間であることを示す。
Luminance change signal SE 1 shown in FIG. 11 (c), is calculated by the luminance variation calculating unit 91a, a differential signal in the horizontal direction of the luminance signal SD 1. Specifically, it is possible to use a differential signal of the luminance values of a section adjacent to the horizontal direction, the magnitude of the luminance change k i or brightness change | a corresponding signal | k i.
The luminance change signal SF 1 shown in FIG. 11D is a signal obtained by binarizing the luminance change signal SE 1 with a predetermined threshold value calculated by the angular velocity calculation unit 91b, and the H level has a large luminance change interval. This indicates that the L level is a section where the luminance change is small.
図11(d)に示すように、本例では、各区間を輝度変化の大きさで2段階に分類する。そして、図11(f)に示すように、相対的に輝度変化の大きな区間は、角速度を平均角速度より小さく調整し、相対的に輝度変化の小さな区間では角速度を大きく調整する。
図11に示した例では、区間1,2,11,12において輝度変化が大きく、区間3,4,9,10で輝度変化が小さい。他の区間については記載を省略している。
区間1,2,11,12では、角速度を小さくするために、発光構造部2の厚さ及び屈折率を変化させるための下部電極41及び上部電極44の間に印加する電圧の勾配を、1行選択期間における平均勾配よりも小さくしている。このため、これらの区間を走査するのに要する時間が等角速度(平均角速度ωC)のときよりも長くなることに合わせて、当該区間に対応する出射方向制御信号SI1(図11(g)参照)の出力期間と、対応する発光制御信号SJ1(図11(h)参照)の出力期間とを伸長している。なお、発光制御信号SJ1は、輝度信号SG1(図11(e)参照)に基づいてほぼ同じタイミングで生成される。
また、出射方向制御信号SI1は、角速度信号SH1(前記した角速度ωiに相当)を用いて、出射方向制御部94によって算出される。発光制御信号SJ1は、輝度信号SG1(前記した輝度信号L’iに相当)を用いて、発光制御部93によって算出される。
As shown in FIG. 11D, in this example, each section is classified into two stages according to the magnitude of the luminance change. Then, as shown in FIG. 11F, the angular velocity is adjusted to be smaller than the average angular velocity in the section where the luminance change is relatively large, and the angular velocity is adjusted to be large in the section where the luminance change is relatively small.
In the example shown in FIG. 11, the luminance change is large in the sections 1, 2, 11, and 12, and the luminance change is small in the sections 3, 4, 9, and 10. The description of other sections is omitted.
In the sections 1, 2, 11, and 12, the gradient of the voltage applied between the lower electrode 41 and the upper electrode 44 for changing the thickness and refractive index of the light emitting structure 2 is set to 1 to reduce the angular velocity. It is smaller than the average gradient in the row selection period. For this reason, the emission direction control signal SI 1 (FIG. 11 (g)) corresponding to the section is matched with the fact that the time required to scan these sections becomes longer than that at the time of the equiangular velocity (average angular velocity ω C ). The output period of the reference) and the output period of the corresponding light emission control signal SJ 1 (see FIG. 11H) are extended. Note that the light emission control signal SJ 1 is generated at substantially the same timing based on the luminance signal SG 1 (see FIG. 11E).
Further, the emission direction control signal SI 1 is calculated by the emission direction control unit 94 using the angular velocity signal SH 1 (corresponding to the angular velocity ω i described above). The light emission control signal SJ 1 is calculated by the light emission control unit 93 using the luminance signal SG 1 (corresponding to the luminance signal L ′ i described above).
他方、区間3,4,9,10では、角速度を大きくするために、下部電極41及び上部電極44の間に印加する電圧の勾配を、平均勾配よりも大きくしている。また、これらの区間を走査するのに要する時間が等角速度のときよりも短くなることに合わせて、当該区間に対応する出射方向制御信号SI1の出力期間と、対応する発光制御信号SJ1の出力期間とを短縮している。 On the other hand, in the sections 3, 4, 9, and 10, the gradient of the voltage applied between the lower electrode 41 and the upper electrode 44 is made larger than the average gradient in order to increase the angular velocity. Further, in accordance with the fact that the time required to scan these sections becomes shorter than that at the case of the equiangular velocity, the output period of the emission direction control signal SI 1 corresponding to the section and the corresponding emission control signal SJ 1 The output period is shortened.
また、伸長又は短縮される輝度信号SG1(輝度信号L’i)と角速度信号SH1(角速度ωi)との比が、元の輝度信号SD1(輝度信号Li)と平均角速度ωCとの比と等しくなるように、輝度信号SG1として出力する信号レベルを調整する。これによって、設定される角速度ωの違いに関らず、観察者から見て、平均角速度で表示した場合と同じ所望の輝度レベルで表示されることになる。 Further, the ratio of the luminance signal SG 1 (luminance signal L ′ i ) and the angular velocity signal SH 1 (angular velocity ω i ) to be expanded or shortened is the original luminance signal SD 1 (luminance signal L i ) and the average angular velocity ω C. to be equal to the ratio between, to adjust the signal level to be output as a luminance signal SG 1. As a result, regardless of the set angular velocity ω, the image is displayed at the same desired luminance level as that displayed by the average angular velocity as viewed from the observer.
なお、本例では、輝度変化の大きさに応じて、2段階に角速度を変化させたが、これに限定されるものではなく、3段階以上の多段階に角速度を変化させるようにしてもよい。 In this example, the angular velocity is changed in two steps according to the magnitude of the luminance change. However, the angular velocity is not limited to this, and the angular velocity may be changed in three or more steps. .
[発光素子の製造方法]
次に、図12から図14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。
[Method for Manufacturing Light-Emitting Element]
Next, a method for manufacturing the light-emitting element 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate).
In this example, the case where an LED structure is formed using a GaN-based compound semiconductor as the light emitting structure 2 will be described.
(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12(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。
(Light emitting structure preparation process)
First, 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, GaN, AlN, GaAs, SiC, Si, ZnO or the like, for example, by MBE (molecular beam epitaxy) method, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method or the like. 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 by a film method.
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。 More specifically, the n-type semiconductor layer 23 is formed by growing a crystal made of GaN doped with Si, which is an n-type impurity, through an underlayer (buffer layer) made of non-doped GaN or the like. The n-type semiconductor layer 23 may be formed in a two-layer structure of, for example, an n-type contact layer made of GaN and an n-type clad layer made of AlGaN. The underlayer can be omitted depending on the combination of materials of the substrate 50 and the n-type semiconductor layer 23.
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。 The light emitting layer 22 is provided between the n-type semiconductor layer 23 and the p-type semiconductor layer 21 and is formed by stacking, for example, InGaN or the like on the n-type semiconductor layer 23. Note that a light emitting layer made of InGaN can be formed as the light emitting layer 22 to form a double hetero structure, or a light emitting layer of a different material is not provided between the n-type semiconductor layer 23 and the p-type semiconductor layer 21. The n-type semiconductor layer 23 and the p-type semiconductor layer 21 may be directly joined, and the pn junction surface (interface) may be the light emitting layer 22. Further, as the light emitting layer 22, for example, a light emitting layer having a quantum well structure, preferably a multiple quantum well structure, in which barrier layers made of non-doped GaN and well layers made of non-doped InN or InGaN are alternately stacked may be formed. Good.
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。
The p-type semiconductor layer 21 is formed on the light emitting layer 22 by growing a crystal made of GaN doped with Mg, which is a p-type impurity. Similarly to the n-type semiconductor layer 23, the p-type semiconductor layer 21 may be formed, for example, in a two-layer structure of a p-type cladding layer made of GaN and a p-type contact layer made of AlGaN.
Note that it is preferable to provide a bonding surface that is lattice-mismatched in each semiconductor layer because a large inverse piezoelectric effect can be used.
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
The peeling layer 51 peels off the substrate 50 used for growing the light emitting structure 2 which is a semiconductor layer in the peeling process described later after bonding the substrate 40 and the light emitting structure 2 in the bonding process described later. It is a layer to do. 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 1). 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 1): 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
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 2). ). 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 Document 2): JP 2009-54888 A
(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12(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12(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12(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。
(Lower insulation layer formation process)
Next, in the lower insulating layer forming step, the lower insulating layer 42 is formed by photolithography.
In this step, first, an insulating layer 71 is formed on the entire surface of the p-type semiconductor layer 21 as shown in FIG. The insulating layer 71 can be formed using an insulating material such as SiO 2 or Al 2 O 3 by, for example, a sputtering method or a CVD method.
Next, as shown in FIG. 12C, a mask 81 for patterning the insulating layer 71 is formed. The mask 81 is formed by applying a photoresist to the surface of the insulating layer 71, irradiating it with UV light in a desired shape, and developing it. Next, as shown in FIG. 12D, the insulating layer 71 is etched using the mask 81 until the p-type semiconductor layer 21 is exposed, and the remaining insulating layer 71 becomes the lower insulating layer 42. When SiO 2 is used as the insulating material of the insulating layer 71, as an etching method, for example, wet etching using an aqueous solution of HF (hydrogen fluoride) or KOH (potassium hydroxide), SF 6 , CHF 3 gas plasma is used. The dry etching used can be used.
In the present embodiment, the mask 81 is not removed here because it is used in the p-side electrode forming process which is the next process.
(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12(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12(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。
(P-side electrode formation process)
Next, in the lower insulating layer forming step, the p-side electrode 24 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 21 exposed from the lower insulating layer 42 by a lift-off method.
In this step, first, as shown in FIG. 12E, a conductive layer 61 is formed using a conductive material such as Al or Cu. At this time, the conductive layer 61 is also formed on the mask 81.
Next, as shown in FIG. 12F, the conductive layer 61 is patterned by removing the mask 81 together with the unnecessary conductive layer 61 formed on the mask 81, and the p-side electrode 24 is formed.
(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12(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12(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13(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。
(Lower electrode formation process)
Next, in the lower electrode formation step, the lower electrode 41 is formed on the lower insulating layer 42 by a lift-off method.
In this step, first, as shown in FIG. 12G, a mask 82 covering the p-side electrode 24 and the lower insulating layer 42 is formed so as to have an opening in a region where the lower electrode 41 is formed. The mask 82 is formed by applying a photoresist to the entire surface of the p-side electrode 24 and the lower insulating layer 42, irradiating it with UV light in a desired shape, and developing it. Next, as shown in FIG. 12H, a conductive layer 62 such as Al or Cu is formed on the lower insulating layer 42 and the mask 82 by, for example, a vapor deposition method. Then, by removing the mask 82 together with the unnecessary conductive layer 62 formed on the mask 82, the conductive layer 62 is patterned and the lower electrode 41 is formed as shown in FIG.
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。 In the present embodiment, the p-side electrode 24 and the lower electrode 41 are connected to the row selection wiring 12 which is a common wiring for light emission control and emission direction control. The electrode 41 may be formed so as to be conductive. In this case, the conductive layer 62 is formed on the entire surface of the p-side electrode 24 and the lower insulating layer 42 without forming the mask 82, thereby forming an electrode in which the p-side electrode 24 and the lower electrode 41 are integrated. be able to.
(貼り合せ工程)
次に、貼り合せ工程において、図13(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。
(Lamination process)
Next, in the bonding step, as shown in FIG. 13B, the light emitting structure 2 provided with the p-side electrode 24 and the lower electrode 41 manufactured in the steps up to the lower electrode formation step is formed into a p-type semiconductor layer. It is bonded to the substrate 40 on the 21 side. The substrate 40 is provided with a bonding layer 40b for fusing to the light emitting structure 2 on a support substrate 40a. As the support substrate 40a, a glass plate or a metal plate such as Cu or Al can be used. The bonding layer 40b can be made of a resin that melts at about 300 ° C. In the bonding step, the substrate 40 is fused to the light emitting structure 2 including the p-side electrode 24 and the lower electrode 41 by heating to about 300 ° C. while applying pressure between the substrate 40 and the substrate 50.
In the case where the substrate 40 is used as the substrate 11 of the display panel 10 of the IP-type stereoscopic display shown in FIG. 1 and the plurality of light emitting elements 1 are arranged and supported, a plurality of light emitting elements are formed on the surface of the support substrate 40a. You may make it provide the row selection wiring 12 for electrically connecting with the p side electrode 24 and the lower electrode 41 of the element 1. FIG.
(剥離工程)
次に、剥離工程において、図13(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。
(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.
In addition, the substrate 50 and the light emitting structure 2 can be peeled using a void peeling method. In the void peeling method, a layer having fine voids (holes) at a high density and a low mechanical strength is formed as a peeling layer 51 as a base layer between the substrate 50 and the light emitting structure 2 that is a semiconductor layer. In this method, the light emitting structure 2 and the substrate 50 are naturally peeled off using the thermal stress generated when the temperature drops after the semiconductor layer is formed.
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。 Further, by performing the bonding process and the peeling process, the light emitting structure 2 is transferred from the substrate 50 to the substrate 40, and sequentially from the lower layer side close to the substrate 40, the p-type semiconductor layer 21, the light emitting layer 22, and the n-type semiconductor. The layer 23 is laminated.
(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13(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。
(Upper insulating layer formation process)
Next, in the upper insulating layer forming step, as shown in FIG. 13 (d), the upper insulating layer 43 and the emission direction specifying portion 3 (FIG. 1) are formed on the n-type semiconductor layer 23 which is the uppermost layer of the light emitting structure portion 2. And an insulating layer 72, which is a layer for forming (see FIG. 2). The insulating layer 72 can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like using a dielectric such as SiO 2 or Al 2 O 3 .
(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13(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。
(N-side electrode forming step)
Next, the n-side electrode 25 that is electrically connected to the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 is formed using a photolithography method and a lift-off method.
In this step, first, as shown in FIG. 13E, a mask 83 having an opening in a region for forming the n-side electrode 25 for patterning the insulating layer 72 is formed. The mask 83 is formed by applying a photoresist to the surface of the insulating layer 72, irradiating it with UV light in a desired shape, and developing it.
次に、図13(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。 Next, as shown in FIG. 13F, the insulating layer 72 is etched using the mask 83 until the n-type semiconductor layer 23 is exposed. When SiO 2 is used as the insulating material of the insulating layer 72, as an etching method, for example, wet etching using an aqueous solution of HF (hydrogen fluoride) or KOH (potassium hydroxide), or SF 6 , CHF 3 gas plasma is used. The dry etching used can be used.
次に、図14(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14(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。
Next, as shown in FIG. 14A, a conductive layer 63 is formed using a conductive material such as Al or Cu. At this time, the conductive layer 63 is also formed on the mask 83.
Next, as shown in FIG. 14B, the mask 83 is removed together with the unnecessary conductive layer 63 formed on the mask 83, whereby the conductive layer 63 is patterned and the n-side electrode 25 is formed.
(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14(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14(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。
(Exit direction specific part forming process)
Next, in the emission direction specifying part forming step, the insulating layer 72 is processed to form the emission direction specifying part 3.
In the emission direction specifying portion forming step, as shown in FIG. 14C, the insulating layer 72 is processed by an FIB (Focused Ion Beam) method or the like to form a columnar structure that is a structure of the emission direction specifying portion 3. Portions 31 and 32 are formed. Further, the emission direction specifying portion 3 is formed by masking the regions where the columnar portions 31 and 32 are formed, and using other etching using dry etching such as RIE (reactive ion etching) or wet etching using a chemical solution. It can also be formed. At this time, the mask formed in the region where the columnar part 31 is formed and the mask formed on the columnar part 32 are made different in thickness so that one of the masks is removed quickly by etching. By etching the part, the columnar part 31 and the columnar part 32 can be formed to have different heights.
Further, by performing the emission direction specifying portion forming step, the insulating layer 72 remaining at the left end portion of the upper surface of the n-type semiconductor layer 23 becomes the upper insulating layer 43 as shown in FIG.
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。
In the present embodiment, the emission direction specifying portion 3 is formed by processing the insulating layer 72, but is not limited to this, and is a step separate from the step of forming the upper insulating layer 43, and the GaN-based semiconductor layer You may make it process by laminating | stacking. Alternatively, a part of the n-type semiconductor layer 23 corresponding to the uppermost layer of the light emitting structure part 2 after being transferred to the substrate 40 may be processed to form the emission direction specifying part 3.
In the case where the emission direction specifying portion 3 is formed using a material having a refractive index smaller than that of the n-type semiconductor layer 23 made of a GaN-based semiconductor material such as SiO 2 , the height of the columnar portions 31 and 32 is increased. Accuracy can be relaxed.
(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14(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14(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14(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。
(Upper electrode formation process)
Next, the upper electrode 44 is formed on the upper insulating layer 43 by a lift-off method.
In this step, first, as shown in FIG. 14D, a mask 84 that covers the n-side electrode 25, the emission direction specifying portion 3, and a part of the upper insulating layer 43 is formed. The reason why the upper insulating layer 43 is partially covered is to prevent the n-type semiconductor layer 23 and the upper electrode 44 formed in this process from being connected. The mask 84 is formed by applying a photoresist to the entire surface of the n-side electrode 25, the emission direction specifying portion 3, and the upper insulating layer 43, irradiating the desired shape with UV light, and developing the photoresist. Next, as shown in FIG. 14E, a conductive layer 64 is formed on the upper insulating layer 43 and the mask 84 using a conductive material such as Al or Cu, for example, by vapor deposition. Then, the unnecessary conductive layer 64 formed on the mask 84 is removed together with the mask 84, whereby the conductive layer 64 is patterned and the upper electrode 44 is formed as shown in FIG.
Through the above steps, the light emitting element 1 is formed.
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。 In addition, as described above, for example, a light-transmitting substrate having a wiring pattern of the light emission control wiring 13 and the emission direction control wiring 14 provided on the surface is prepared in advance, and the light emission control wiring 13 is the n-side electrode. 25 and the output direction control wiring 14 are joined to the upper electrode 44 so as to be electrically connected to each other, whereby the display device 100 can be manufactured.
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 輝度信号処理部
91a 輝度変化算出部
91b 角速度算出部
91c 輝度算出部
92 行選択制御部
93 発光制御部
94 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C Light emitting element 2 Light emission structure part 3 Outgoing direction specific | specification part 10 Display panel 11 Substrate 11a Supporting substrate 12 Row selection wiring (1st wiring pattern)
13 Light emission control wiring (second wiring pattern)
14 Output direction control wiring (third wiring pattern)
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 (one of the first electrode pair)
25 n-side electrode (the other of the first electrode pair)
31, 32 Column-shaped portions 31a, 32a Upper surface 40 Substrate 40a Support substrate 40b Adhesive layer 41 Lower electrode (one of the second electrode pair)
42 Lower insulation layer (insulation layer)
43 Upper insulating layer (insulating layer)
44 Upper electrode (the other of the second electrode pair)
50 growth substrate 51 peeling layer 61, 62, 63, 64 conductive layer 71, 72 insulating layer 81, 82, 83, 84 mask 90 display control unit 91 luminance signal processing unit 91a luminance change calculation unit 91b angular velocity calculation unit 91c luminance calculation unit 92 row selection control unit 93 light emission control unit 94 emission direction control unit 100 display device (stereoscopic image display device)
110 Element image display
Claims (6)
それぞれの前記発光素子について、変化する出射方向に対応して前記発光素子が出射する光線の光量を定める輝度信号の変化が大きいほど、前記出射方向を変化させる際の角速度が小さくなるように調整する表示制御部を備えることを特徴とする立体画像表示装置。 A light emitting structure having a semiconductor laminate in which at least a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different conductivity types are stacked, and a light beam provided on one surface side of the light emitting structure and emitted by the light emitting structure An emission direction specifying portion having a structure for emitting the light in a specific direction, and by applying an electric field to the semiconductor stacked body, the emission direction of the light from the emission direction specifying portion can be changed A three-dimensional image display device of an integral photography system, in which light-emitting elements are arranged two-dimensionally,
For each of the light emitting elements, the angular velocity when changing the emission direction is adjusted to be smaller as the change in the luminance signal that determines the amount of light emitted from the light emitting element corresponding to the changing emission direction is larger. A stereoscopic image display device comprising a display control unit.
前記表示制御部は、
前記変化する出射方向において、各出射方向に対応する輝度信号の変化の大きさを検出する輝度変化算出部と、
前記輝度信号の変化が大きいほど、前記発光素子の出射方向を変化させる際の角速度が小さくなるように、前記角速度を算出する角速度算出部と、
前記角速度算出部が算出した角速度で所定の角度範囲を走査する間に出射する光量が、前記輝度信号で定められた輝度となるように、前記発光素子が発光する輝度を算出する輝度算出部と、を有し、
前記角速度算出部が算出した角速度で前記発光素子の出射方向が変化するように前記第2電極対間に電界を印加するとともに、
前記輝度算出部が算出した輝度で前記発光素子が発光するように前記第1電極対間に電圧を印加す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。 The light emitting element includes a first electrode pair for supplying electric power to the semiconductor stacked body to cause the light emitting structure to emit light, and applying an electric field in the thickness direction of the semiconductor stacked body, A second electrode pair for changing the emission direction of the light beam,
The display control unit
In the changing emission direction, a luminance change calculation unit for detecting the magnitude of the change in the luminance signal corresponding to each emission direction;
An angular velocity calculation unit that calculates the angular velocity such that the greater the change in the luminance signal, the smaller the angular velocity when changing the emission direction of the light emitting element;
A luminance calculation unit that calculates the luminance emitted by the light emitting element so that the amount of light emitted while scanning a predetermined angular range at the angular velocity calculated by the angular velocity calculation unit is the luminance determined by the luminance signal; Have
While applying an electric field between the second electrode pair so that the emission direction of the light emitting element changes at the angular velocity calculated by the angular velocity calculator,
The stereoscopic image display device according to claim 1, voltage, wherein the indicia pressurized to Rukoto a between the first electrode pair such that the light emitting element at a luminance the luminance calculation unit has calculated emits light.
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請求項2に記載の立体画像表示装置。 A first wiring electrically connected to one electrode of the first electrode pair and one electrode of the second electrode pair for each row of the light emitting elements arranged in one direction of the two-dimensional array. With patterns,
A second wiring pattern electrically connected to the other electrode of the first electrode pair for each row of the light emitting elements arranged in the other direction of the two-dimensional arrangement;
A third wiring pattern electrically connected to the other electrode of the second electrode pair for each row of the light emitting elements arranged in the other direction of the two-dimensional arrangement;
The light emitting element emits two light beams emitted from the emission direction specifying unit in response to an emission direction control signal input through the third wiring pattern while a row selection signal is being input through the first wiring pattern. The light emitting structure unit is caused to emit light with an intensity corresponding to a light emission control signal input through the second wiring pattern in synchronization with the change in the two or more emission directions. The stereoscopic image display device according to claim 2.
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