特許 6010417 発光素子及び立体画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010417

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】発光素子及び立体画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/02 20100101AFI20161006BHJP

   G02B 27/22 20060101ALI20161006BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20161006BHJP

   H01L 33/04 20100101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/02

   G02B27/22

   H01L33/32

   H01L33/04

【請求項の数】6

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2012-222287(P2012-222287)

(22)【出願日】2012年10月4日

(65)【公開番号】特開2014-75486(P2014-75486A)

(43)【公開日】2014年4月24日

【審査請求日】2015年9月1日

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】田中 克

(72)【発明者】

【氏名】平野 芳邦

(72)【発明者】

【氏名】石井 啓二

(72)【発明者】

【氏名】本山 靖

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 信雄

(72)【発明者】

【氏名】清水 直樹

【審査官】 佐藤 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０３４９８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ２７／００−Ｇ０２Ｂ２７／６４

Ｇ０２Ｆ１／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ１／２１−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させ、
前記半導体の積層体が、一般式がＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体材料から構成されることを特徴とする発光素子。

【請求項2】

第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させ、
前記構造物が、柱頭の出射面から光を出射するＮ本（Ｎは３以上の整数）の柱状部からなり、
前記Ｎ本の柱状部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に配置され、前記Ｎ本の柱状部の内、少なくとも１本の柱の高さが他の柱の高さと異なることを特徴とする発光素子。

【請求項3】

第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させ、
前記構造物が、上面から柱状に凹んだＮ本（Ｎは３以上の整数）の柱状凹部からなり、
前記Ｎ本の柱状凹部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に設けられ、前記Ｎ本の柱状凹部の内、少なくとも１本の柱状凹部の深さが他の柱状凹部の深さと異なることを特徴とする発光素子。

【請求項4】

第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して、前記発光構造部の上面の傾斜角が変化するように前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させることを特徴とする発光素子。

【請求項5】

第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させ、
前記第１半導体層と電気的に接続される第１電極と前記第２半導体層と電気的に接続される第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧に基づいて前記発光構造部の発光が制御されることを特徴とする発光素子。

【請求項6】

基板上に、発光素子を画素として２次元アレイ状に配列して設けた表示パネルを備えたインテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置であって、
前記画素に対して、それぞれ前記立体画像表示装置が表示する２以上の出射方向に対応する画像信号を時分割で切り替えて出力し、当該画素の発光と非発光とを制御する発光制御部と、
前記発光制御部が前記２以上の出射方向に対応して前記画素に出力する画像信号を切り替えるタイミングに同期して、前記画素の出射方向を変調する出射方向制御部と、を備え、
前記発光素子は、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有し、
前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、
前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、
前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させることを特徴とする立体画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光線指向型の発光素子及びこの発光素子を用いた立体画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、像再生型立体表示の代表的な方式として、ホログラフィ、パララクスステレオグラム、レンチキュラシート、インテグラル・フォトグラフィ（以下ＩＰと称す）などが知られている。ホログラフィを除く、これらの方式の実用化に関しては、コヒーレント光を必要としない簡易な方式で早期に実現可能と考えられている。また、ＩＰは水平方向に加え、垂直方向の視差情報も表現することができるため、自然な立体表示が可能な装置の早期実現に有望であると考えられている（例えば非特許文献１参照）。

【0003】

ＩＰの表示システムは、光線を再生する多数の微小なレンズ（要素レンズ）を配列したレンズアレイと、各レンズに対応した画像（要素画像）を多数並べて表示するディスプレイとによって構成される。観察者は、１つの要素レンズに対応する１つの要素画像の内の１画素だけを観測することができ、各要素画像の内の１画素が作る光線が要素レンズの数だけ集まることにより、ある視点における再生像を観測する。そして、観察者は、観察者の視点位置に応じた再生像から立体像を観察する。ＩＰの表示システムにおいて、立体像の解像度は、要素レンズの解像度と、要素画像の解像度と、観視距離とで決まる。また、ＩＰの表示システムの視域角については、要素レンズの性能が支配的な要因になる。このような事情から、実用的な立体像をＩＰ方式で生成するには、発光素子と光学素子の高精細化・高機能化が不可欠である（例えば非特許文献２参照）。

【0004】

しかし、発光素子と光学素子の高精細化が進んでも、レンズを使用する光学系には、レンズの回折限界、焦点距離、収差のようにレンズ固有の原理的に取り除くことができない性能限界が存在する。例えばディスプレイの画素サイズが、要素レンズの最小スポットサイズより小さくなると、映像ボケが発生するため、同時にスポットサイズも小さくする必要があるが、スポットサイズをＡｂｂｅの回折限界より小さくすることは原理的に不可能である。

【0005】

また、レンズを用いたシステムでの視域角は、要素レンズの焦点距離に反比例するが、視域角を大きくするために要素レンズの焦点距離を無限に小さくすることはできない。更に、視域角は、要素レンズのピッチに比例もするため、要素レンズのピッチを大きくすれば視域角の拡大が可能であるが解像度が劣化するので、レンズを用いた光学系における解像度と視域角には、トレードオフの関係がある。

【0006】

一方、発光素子の分野においては、自発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）は、近年、その発光特性が飛躍的に進歩したことから、各種用途で注目を集めている。ＬＥＤは、照明器具などへの応用においては光を拡散させる仕組みが必要となるほど放射光の直進性が強く、色純度の高さなど発光特性にも優れることから、ディスプレイの用途に有望なデバイスと考えられる。

【0007】

また、本願の発明者らは別途に、ＬＥＤの表面に複数個の微細な柱状構造やホール（孔）を有する構造物を形成することにより、ある特定の方向のみに光線を射出する性質（光線指向性）を利用して、かかる構造物を表面に備えたＬＥＤを配列したＩＰ方式の立体ディスプレイを提案している（例えば、特願２０１１−１８２１３８号）。
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。

【0008】

ここで、ＩＰ方式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］＝７．４７×１０^９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。このような膨大な画素数をもつＦＰＤを作製することは、現在の製造プロセス技術では困難である。

【0009】

一方、ＬＥＤ光やレーザ光を走査して、スクリーン上に映像を表示させる装置が実用化されている。現在までに実用化されているものとしては、小型プロジェクタとして携帯電話機に搭載されたＬＥＤディスプレイや色再現範囲が広いレーザディスプレイなどがある。
また、ＬＥＤ光やレーザ光を走査する素子として、ＥＯ（Electro-Optic：電気光学）効果を使った方式が提案されている。ＥＯ効果は、印加電界で物質の屈折率が変化する現象で、マイクロ波領域までの高速応答性が実現できる。このＥＯ効果を利用する方式では、可動ミラー（ポリゴンミラーやガルバノミラー）方式で課題となっている素子サイズの小型化や動作の高速化について、１桁以上向上させることができるため注目されている。

【0010】

例えば、特許文献１には、ＥＯ効果を有するＥＯ結晶としてＫＴＮ結晶（ＫＴａＯ_３とＫＮｂＯ_３との固溶体）を用いた光学素子を備え、ＥＯ結晶に印加する電圧に応じて屈折率勾配が変化するＥＯ効果を利用してレーザ光を走査する走査装置が記載されている。
そこで、前記した膨大な画素数を有するディスプレイの作製を容易化する手法として、光線指向性ＬＥＤとＥＯ結晶とを組み合わせることで発光素子に光の走査性（光線の出射方向の可変性）を持たせて、ＦＰＤに搭載する発光素子の数を低減することが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第４３５６７３６号公報

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】「超高精細映像技術・立体映像技術」、電子情報通信学会誌、２０１０年５月、Ｖｏｌ．９３，Ｎｏ．５，ｐ．３７２−３８１

【非特許文献2】財団法人機械システム振興協会・財団法人光産業技術振興協会、「自然な立体視を可能とする空間像の形成に関する調査研究報告書−要旨−」、システム技術開発調査研究１９−Ｒ−５，２００８年３月，ｐ．１４−１６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、ＥＯ結晶は、光変調用に最も幅広く使用されているＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３：ニオブ酸リチウム）結晶の場合、その動作に例えば２ｍｍの標準結晶厚で、数ｋＶもの高電圧を印加する必要がある。
特許文献１に記載されたＫＴＮ結晶は、ＬＮ結晶に比べて２０倍の性能指数があるが、それでも２ｍｍの結晶厚で１２０Ｖの電圧を印加する必要がある。しかも、これらの結晶は、あくまでも光を走査する機能しかもたず、光源（ＬＥＤやレーザ発光素子）と分離して構成されるため、デバイスの構造やコストの点で大きな問題となる。この組み合わせは、原理的には可能であり、単一画素のみの走査は可能であるものの、それらを多数配列した構造は、ＬＥＤとＥＯ結晶との位置合わせやそれらの配置構成の点、ＥＯ結晶を高電圧で動作させる必要がある点などから困難である。

【0014】

そこで、本発明は、光の出射方向が可変で、低電圧で駆動でき、小型化が可能な発光素子を提供することを課題とする。また、解像度を低下させることなく、発光素子の数を削減した立体画像表示装置を提供することを他の課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

前記した課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有する発光素子であって、前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備えるように構成した。
なお、第１半導体層と第２半導体層とは互いに導電型が異なる半導体層であって、第１半導体層をｎ型半導体層とする場合は、第２半導体層はｐ型半導体層であり、第１半導体層をｐ型半導体層とする場合は、第２半導体層はｎ型半導体層である。

【0016】

かかる構成によれば、発光素子は、発光構造部によって光を放射し、出射方向特定部によって発光構造部が放射した光を、特定の方向に出射する。このとき、発光素子は、下部電極と上部電極との間に電圧を印加することで、半導体の積層体である発光構造部の内部に電界を発生させ、この電界による逆圧電効果により発光構造部を変形させる。この変形とは、下部電極と上部電極との間の発光構造部を、例えば、伸縮又は圧縮させる歪である。このとき、発光構造部の底面を基板に固定した場合には、この基板面を基準として、発光構造部の上面が傾斜することになる。このため、発光構造部の上面側に設けられた出射方向特定部の構造物も傾斜する。そして、構造物が傾斜した分だけ、光の出射方向が変化する。

【0017】

請求項１に記載の発光素子は、前記半導体の積層体が、一般式がＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体材料から構成される。
かかる構成によれば、発光素子の発光構造部は、可視光領域の光を発する良好な半導体発光素子として機能するとともに、半導体層が六方晶系の結晶構造を有するため、大きな逆圧電効果を得られる圧電素子として機能する。

【0019】

請求項２に記載の発光素子は、前記構造物が、柱頭の出射面から光を出射するＮ本（Ｎは３以上の整数）の柱状部からなり、前記Ｎ本の柱状部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に配置され、前記Ｎ本の柱状部の内、少なくとも１本の柱の高さが他の柱の高さと異なるように構成した。

【0020】

かかる構成によれば、発光層からの光が構造物に入射され、複数の柱状部の出射面である柱頭から出射される。これらの出射面から出射された光は、発光素子の性質に基づいた低い干渉性を持っているため、複数の柱状部から出射される光が互いに干渉して合成され光線が形成される。また、発光素子は、複数の柱状部のうちの少なくとも１本の高さをその他の柱状部の高さと異なるように構成することで、それぞれの出射面から出射された光に位相差を設け、当該位相差に応じた方向に光線を出射する。すなわち、発光素子は、予め設定された柱状部の高さの差に応じた特定の方向に光線を出射する。

【0021】

請求項２に記載の発光素子は、請求項１に記載の発光素子において、前記構造物が、上面から柱状に凹んだＮ本（Ｎは３以上の整数）の柱状凹部からなり、前記Ｎ本の柱状凹部は、平面視で前記発光層から放射される光が干渉可能な範囲内に環状に設けられ、前記Ｎ本の柱状凹部の内、少なくとも１本の柱状凹部の深さが他の柱状凹部の深さと異なるように構成した。

【0022】

かかる構成によれば、発光層からの光が構造物に入射され、複数の柱状凹部の出射面である底面から出射される。これらの出射面から出射された光は、発光素子の性質に基づいた低い干渉性を持っているため、複数の柱状部から出射される光が互いに干渉して合成され光線が形成される。また、発光素子は、複数の柱状凹部のうちの少なくとも１つの深さをその他の柱状凹部の深さと異なるように構成することで、それぞれの出射面から出射された光に位相差を設け、当該位相差に応じた方向に光線を出射する。すなわち、発光素子は、予め設定された柱状凹部の深さの差に応じた特定の方向に光線を出射する。

【0023】

請求項４に記載の発光素子は、前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して、前記発光構造部の上面の傾斜角が変化するように前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させるように構成した。
請求項５に記載の発光素子は、前記第１半導体層と電気的に接続される第１電極と前記第２半導体層と電気的に接続される第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧に基づいて前記発光構造部の発光が制御されるように構成した。
請求項６に記載の立体画像表示装置は、基板上に、発光素子を画素として２次元アレイ状に配列して設けた表示パネルを備えたインテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像表示装置であって、発光制御部と、出射方向制御部と、を備え、前記発光素子は、第１半導体層と、発光層と、第２半導体層とがこの順で積層された半導体の積層体を備えた発光構造部を有し、前記第２半導体層の一部又は前記第２半導体層の上面に、前記発光層が発した光の前記発光素子からの出射方向を特定するための構造物を有する出射方向特定部を備え、前記発光構造部の上面及び下面の平面視における端部に、それぞれ絶縁層を介して下部電極及び上部電極を、少なくとも一部が互いに対向するように備え、前記下部電極と前記上部電極との間に電圧を印加して前記発光構造部を変形させることで、前記出射方向を変化させるように構成とした。

【0024】

かかる構成によれば、立体画像表示装置は、発光制御部によって、各画素に対して、それぞれ２以上の出射方向に対応する画像信号を時分割で切り替えて出力し、当該画素の発光と非発光とを制御する。また、立体画像表示装置は、例えば、複数の柱状部や複数の柱状凹部で構成された出射方向特定部によって、光の干渉を利用して各画素からの光線の出射方向を特定する。このとき、立体画像表示装置は、出射方向制御部によって、発光制御部が２以上の出射方向に対応して各画素に出力する画像信号を切り替えるタイミングに同期して、各画素として設けられた発光素子の出射方向を変調する。これによって、立体画像表示装置は、インテグラル・フォトグラフィ方式の立体画像を表示する。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、発光構造部の上下に設けた電極間に電圧を印加するという簡単な構成で出射方向を変調するため、出射方向が変調可能な光線指向型の発光素子を小型化することができる。
請求項１に記載の発明によれば、ＩｎＧａＡｌＮ系の半導体材料を用いて発光素子及び圧電素子として機能させるため、低電圧で発光と出射方向の変調とを行うことができる。

【0026】

請求項２又は請求項３に記載の発明によれば、複数の柱状部又は複数の柱状凹部を設けるという簡単な構成の構造物で光の干渉を利用して光線の出射方向を特定することができるため、発光素子の微細化・高密度化を容易にすることができる。
請求項６に記載の発明によれば、光の干渉を利用した出射方向特定部によって各画素からの光線の方向が特定されるため、レンズを用いた立体画像表示装置に比べて、高精細化することができる。また、１つの発光素子が複数の出射方向に対応する画素として機能するため、立体画像表示装置に搭載する発光素子の数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施形態に係る発光素子の構成を示す模式的斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。

【図3】本発明で用いる窒化ガリウム結晶の逆圧電効果を説明するための図であり、（ａ）は圧縮歪が生じる場合、（ｂ）は引っ張り歪が生じる場合を示す。

【図4】本発明における発光構造部から外部に光が放射される領域を説明するための模式的断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る発光素子の柱状部の配置を説明するための模式的平面図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る発光素子の柱状部の配置と発光領域との関係を説明するための模式的平面図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る発光素子による出射方向を特定する原理を説明するための模式的断面図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る発光素子において、出射方向を変える原理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は発光構造部上面が基板面と平行な場合、（ｂ）、（ｃ）は発光構造部上面が基板面に対してそれぞれ異なる方向に傾いている場合を示す。

【図9】本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｈ）は各工程における模式的断面図である。

【図10】本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各工程における模式的断面図である。

【図11】本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法における工程の一部を説明するための模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各工程における模式的断面図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る発光素子の構成を示す模式的斜視図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係る発光素子の構成を示す模式的斜視図である。

【図14】本発明の第３実施形態に係る発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示す。

【図15】本発明の第４実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイの概念図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。

【図16】本発明の第４実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイの構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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や位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

【0029】

＜第１実施形態＞
［発光素子の構造の概要］
まず、第１実施形態に係る発光素子１の構造について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図２（ｂ）は、破断線より下の部分は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示し、破断線より上の部分は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面を示す。

【0030】

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）を利用して、光線を出射する方向を変調するものである。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る発光素子１は、光を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。

【0031】

この発光構造部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軸方向の両端（図２（ａ）において左端及び右端）にそれぞれ下部絶縁層４２ａ及び下部絶縁層４２ｂを介して下部電極４１ａ及び下部電極４１ｂが設けられ、上面側には、Ｙ軸方向の両端（図２（ａ）において上端及び下端）にそれぞれ上部絶縁層４３ａ及び上部絶縁層４３ｂを介して上部電極４４ａ及び上部電極４４ｂが設けられている。これらの下部電極４１ａ，４１ｂ及び上部電極４４ａ，４４ｂ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、出射方向特定部３が載置された発光構造部２の上面が傾斜する。そして、この傾斜により、光の出射方向を変調する（変化させる）ものである。逆圧電効果による発光構造部２の上面の傾斜と光の出射方向の変調との関係については後記する。

【0032】

発光構造部２は、ｐ型半導体層（第１半導体層）２１と、発光層２２と、ｎ型半導体層（第２半導体層）２３と、がこの順で積層され、ｐ型半導体層２１と電気的に接続するｐ側電極（第１電極）２４と、ｎ型半導体層２３と電気的に接続するｎ側電極（第２電極）２５とを備えて構成されている。発光構造部２は、陽極であるｐ側電極２４と陰極であるｎ側電極２５の間に所定のレベルの電圧パルスを印加することで、ｐ型半導体層２１に正孔が注入され、ｎ型半導体層２３に電子が注入され、発光層２２で正孔と電子とが再結合して発光するＬＥＤ素子である。ｐ側電極２４は、ｐ型半導体層２１の下面側の一部である中央部と接触するように設けられ、ｐ型半導体層２１との接触面が円形状となるように設けられている。また、ｎ側電極２５は、ｎ型半導体層２３の上面の一部と接触するように設けられている。

【0033】

本実施形態においては、ｎ型半導体層２３におけるキャリアである電子の移動度（キャリア移動度）は、ｐ型半導体層２１におけるキャリアである正孔の移動度（キャリア移動度）よりも十分に大きく、また発光層２２におけるキャリアの再結合時間が、キャリアの拡散時間に比べて十分に短い半導体材料を用いて構成されている。このため、発光層２２においては、電子と正孔とが再結合し、発光して消滅すると、移動度の大きな電子は速やかに補充される。一方、移動度の小さな正孔が補充されると、正孔と先に補充された電子とは即座に再結合し、発光して消滅する。このため、発光層２２は、ｐ側電極２４とｐ型半導体層２１との接触面の直上であって、当該接触面と略同じ平面形状の発光領域２２ａでキャリアの再結合が頻繁に生じて光を発光する。

【0034】

ｐ型半導体層（第１半導体層）２１は、ｐ側電極２４から注入されるキャリアである正孔を輸送する輸送層であり、下面の中央部に平面視で円形状に接触するｐ側電極２４が設けられている。
ｎ型半導体層（第２半導体層）２３は、ｎ側電極２５から注入されるキャリアである電子を輸送する輸送層であり、上面の一部に接触するｎ側電極２５が設けられている。また、ｎ型半導体層２３の上面には、出射方向特定部３が設けられており、発光層２２の発光領域２２ａから放射された光を出射方向特定部３に導光する。ｎ型半導体層２３におけるキャリア移動度は、ｐ型半導体層２１におけるキャリア移動度よりも大きくなるように半導体材料が選択されている。
ｐ型半導体層２１及びｎ型半導体層２３は、それぞれ単層構成とすることができるが、多層構造とすることもできる。

【0035】

発光層２２は、ｐ型半導体層２１とｎ型半導体層２３との間に設けられ、ｐ型半導体層２１を介して輸送されるキャリアである正孔と、ｎ型半導体層２３を介して輸送されるキャリアである電子とが再結合して発光する層である。発光層２２は、ｐ型半導体層２１及びｎ型半導体層２３におけるキャリア移動度と再結合時間との関係により、ｐ側電極２４とｐ型半導体層２１との接触面の直上領域及びその近傍である発光領域２２ａが発光し、他の領域は発光しないように構成されている。

【0036】

また、半導体結晶の積層体である発光構造部２は、下面の左端及び右端に設けられた下部電極４１ａ，４１ｂと、上面の前端及び後端に設けられた上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加される電圧により生じる電界により、半導体結晶が逆圧電効果により上下方向に伸縮する。本実施形態では、例えば図８に示すように、上下方向に伸縮する半導体結晶の左右端の厚さの差を変化させることで、基板４０の上面（ＸＹ平面に平行な面）に対する発光構造部２の上面の傾斜角を変化させる。そして、発光構造部２の上面に設けられた出射方向特定部３を傾斜させることにより、光線の出射方向を変調する。なお、光線の出射方向を変調する原理については後記する。

【0037】

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Ｉｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｘＡｌ_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。

【0038】

ここで、図３を参照して、逆圧電効果について説明する。
ここでは、ＧａＮ結晶を例として説明する。ＧａＮ系の半導体結晶は、六方晶系の結晶構造を有し、結晶のｃ軸方向に成長した結晶である。また、発光素子１において、この半導体結晶は、ｃ軸がＺ軸に平行になるように設けられている。

【0039】

ここで、ＧａＮ結晶は、強いイオン性により分極電界が発生している。更に、このＧａＮ結晶に電界が印加されると、水平方法（ＸＹ平面に平行な方向）の結晶の変形（引っ張り歪又は圧縮歪）により、上下方向（Ｚ軸方向）に伸縮する。Ｃ面を主面とするサファイアなどの基板上にＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法によりＧａＮをエピタキシャル成長させて作製したＬＥＤでは、基板との界面がＧａ極性面となる結晶膜が成長する。
この場合、図３（ａ）に示すように、−Ｚ軸方向（ＧａＮ結晶の［０００−１］方向）に電界Ｅｚが印加されると、面内圧縮歪が生じて、ｃ軸方向に引っ張り応力が作用してＧａＮ結晶が伸張する。この電界Ｅｚの向きとｃ軸方向の伸縮との関係は反転させることができる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、電界Ｅｚの向きを＋Ｚ軸方向（ＧａＮ結晶の［０００１］方向）とすることで、面内引っ張り歪が生じて、ｃ軸方向に圧縮応力が作用してＧａＮ結晶が圧縮される。

【0040】

逆圧電効果によりＧａＮ結晶が伸縮する要因は、ＧａＮの結晶構造が六方晶系の対称性が低い結晶構造からなり、その結晶構造に中心対称性を含まないためと考えられる。このような対称性が低く、中心対称性を持たない結晶構造を有する結晶に圧力を加えた場合には、圧力によって分極が起こり、結晶表面には電荷が生じて、結晶内には前記したように電界が発生する（圧電効果）。伸縮歪の大きさはこの分極の大きさに比例する。同様の効果は、ＧａＮの成長基板として用いられるサファイアにもある。逆圧電効果は、この圧電効果と表裏の関係の効果である。すなわち、逆圧電効果は、このような、中心対称性を持たない結晶に電界を印加した場合に、電界に比例した歪が生じる効果である。

【0041】

また、このような大きな分極歪が、ＧａＮ結晶からなる半導体層に、特にＩｎＮの量子井戸を有するＬＥＤでは増強され、２〜１０Ｖ程度の低い電圧で、大きな逆圧電効果を発現する。ＧａＮ結晶の水平方向（ａ軸）の格子定数は０．３１８９ｎｍであり、ＩｎＮ結晶の同方向の格子定数は０．３５４８ｎｍである。従って、両者の間の格子不整合が１１％ある。この格子不整合によって、面内圧縮歪は更に増長されて、Ｚ軸方向に電界Ｅｚが印加されると、電界Ｅｚによるｃ軸方向（Ｚ軸方向）のＧａＮの伸縮が更に増強される。
ＧａＮを用いたＬＥＤの場合、ＩｎＮの固溶比率によって異なるが、ＧａＮとＩｎＮとのヘテロ結合部における電界強度は、１０^８Ｖ／ｍに達する。この電界により電子と正孔とが引き離されるため、ＬＥＤの発光効率は低下するものの、大きな逆圧電効果を利用することができる。

【0042】

そこで、発光層２２は、ＩｎＮからなる量子井戸をヘテロ成長させることが好ましい。前記した効果を利用することで、２〜１０Ｖ程度以下の低い電圧で結晶を伸縮させることができる。
また、ＡｌＧａＮのａ軸方向の格子定数はＧａＮの格子定数よりも小さいため、半導体層中にＡｌＧａＮとＧａＮとの接合構造を有するように構成することでも、大きな逆圧電効果を得ることができて好ましい。

【0043】

図１及び図２に戻って、発光素子１の構成について説明を続ける。
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。

【0044】

ｐ側電極（第１電極）２４は、構造物３ａの直下であって、ｐ型半導体層２１の下面に設けられ、ｐ型半導体層２１にキャリアを注入するための正電極である。ｐ側電極２４は、円柱形状をしており、その円形の上面がｐ型半導体層２１の下面の一部と接触するように設けられている。ｐ側電極２４は、金属又はＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）などの導電性化合物で構成される。また、ｐ側電極２４は、複数種類の導電材料を積層した多層構造としてもよい。
なお、ｐ側電極２４の形状は円柱状に限定されず、角柱状、針状、球状、半球状など、任意の形状とすることができる。また、ｐ型半導体層２１との接触面の形状は、円形状に限定されず、楕円形や多角形とすることもでき、接触面の形状及び大きさは、構造物３ａの構造に応じて定めることができる。

【0045】

ｎ側電極（第２電極）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、平面視で構造物３ａが設けられた領域を除く上面の外縁部に設けたりしてもよい。何れにしても、ｎ型半導体層２３の上面に構造物３ａを設ける上で、障害とならない箇所に設けることが好ましい。ｎ側電極２５は、前記したｐ側電極と同様に、金属や導電性化合物を用いて構成することができる。

【0046】

ここで、図４を参照して、所望の発光領域２２ａの直径（用途によっては画素サイズ）を１００μｍとした場合の、ｐ側電極２４の許容し得る最大の直径の求め方について説明する。なお、平面視における発光領域２２ａの形状及びｐ側電極２４の形状は円として説明するが、四角や楕円など、他の形状であっても同様にして求めることができる。

【0047】

図４に示すように、平面視におけるｐ側電極２４の直径をＬｅ、発光領域２２ａの直径をＬｐ、発光構造部２の上面から出射する出射光の直径をＬｓとする。
前記したように、半導体としてＧａＮを用いた場合は、キャリア移動度と再結合時間との関係から、ｐ側電極２４の直径Ｌｅと、発光領域２２ａの直径Ｌｐとは、略同じとなる（Ｌｐ≒Ｌｅ）。発光領域２２ａから放射された光は、ｎ型半導体層２３を伝搬する際に広がりを生じるが、ｎ型半導体層２３から外部に放射される際に、ｎ型半導体層２３の屈折率（誘電率）と外部の屈折率とで決まる臨界角θｃによる制限を受けるため、外部に取り出される光の直径も制限される。すなわち、臨界角θｃよりも大きな入射角でｎ型半導体層２３と外部との界面に入射する光は、界面で全反射するため外部には取り出されない。この臨界角θｃとなるときの発光領域２２ａの直上領域からの広がりをｗとする。また、ｎ型半導体層２３の厚さをｄとする。
このとき、これらのパラメータの間には、式（１）の関係がある。
Ｌｓ＝Ｌｐ＋２ｗ
＝Ｌｐ＋２ｄ・ｔａｎθｃ …式（１）

【0048】

ここで、例えば、ｄ＝５μｍ、θｃ＝１９°とすると、外部に取り出される光の直径Ｌｓは、Ｌｅ＋３．４μｍとなる。従って、外部に取り出される光の直径Ｌｓを１００μｍとするために、ｐ側電極２４の直径が９３μｍとすることが求められる。

【0049】

図１及び図２に戻って、発光素子１の構成について説明を続ける。
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３ａ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の上面に構造物３ａを有している。また、構造物３ａは、所定領域を取り囲むように、３つの柱状部３１，３２，３３を有し、少なくとも一つの柱状部の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、他の柱状部の高さと異なり、これらすべての柱状部３１，３２，３３の上面から光を射出する。そして、これらの柱状部３１，３２，３３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。

【0050】

構造物３ａは、発光構造部２の発光層２２が発光する光を、光の干渉作用を利用して発光素子１から出射する光の方向を特定するものである。本実施形態においては、構造物３ａは、横断面が円形状の３つの柱状部３１，３２，３３から構成されている。なお、本実施形態においては、柱状部３３が柱状部３１，３２よりも低いものとして説明する。

【0051】

柱状部３１，３２，３３は、発光構造部２から入射される光を伝搬させ、それぞれの上面３１ａ，３２ａ（不図示），３３ａから出射する導光部材である。柱状部３３の高さは、柱状部３１，３２の高さより低くなるように形成されている。柱状部３１，３２，３３の上面３１ａ，３２ａ（不図示），３３ａから出射された光は干渉し合い、柱状部３１，３２，３３の配置に応じた方向（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。
なお、出射方向特定部３により光の出射方向を特定する原理の詳細については、後記する。

【0052】

出射方向特定部３は、入射される光に対して透光性を有する材料で構成することができる。例えば、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などの誘電体材料を用いることができる。また、ｎ型半導体層２３と同様の半導体材料を用いて構成することもできる。
また、本実施形態における出射方向特定部３は、ｎ型半導体層２３の上面に直接に柱状部３１，３２，３３を設けるように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、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３ａである柱状部３１，３２，３３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３１，３２，３３を形成するようにしてもよい。
また、柱状部３１，３２，３３は、円柱形状に限定されるものではなく、多角柱であってもよい。また、柱状部の数は、３本以上であればよく、例えば、６本とすることもできる。

【0053】

次に、図５及び図６を参照して、出射方向特定部３の構造物３ａを構成する３つの柱状部３１，３２，３３及び発光領域２２ａの形状と配置とについて説明する。

【0054】

（柱状部の間隔）
柱状部３１，３２，３３は、発光素子１の発光領域２２ａから放出される光の波長λ_０程度以上の径を有する。ここで、波長λ_０は、自由空間における放射光の波長を示す。図５及び図６では柱状部３１，３２，３３の平面視での形状を円形で示した。各柱状部３１，３２，３３の太さは等しいものとした（半径をφとする）。柱状部３１，３２，３３は、図５に示すように、発光素子１の光の出射面において、所定の原点Ｍの周囲に均等な角度α（この例では、α＝１２０度）の方位に、互いに間隔ｐだけ離間して配置されている。また、柱状部３１，３２，３３の間隔ｐは、隣り合った柱状部３１，３２，３３から出射される光が干渉可能な程度に設定されている。すなわち、柱状部３１，３２，３３は、出射光の可干渉長以下であることが好ましい。なお、光の可干渉長は、光源である発光構造部２（図１参照）が放射する光の発光スペクトルの中心波長と半値幅とに依存する。光源がＬＥＤの場合は、例えば真空中において１０〜数十μｍ程度の長さとなる。

【0055】

（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（図１及び図２参照）の上面において３つの柱状部３１，３２，３３により環状に取り囲まれた所定領域の中央に位置する点である。また、この原点は、柱状部３３の中心Ｏ₃と、柱状部３２の中心Ｏ₂と、柱状部３１の中心Ｏ₁とから等距離にある点であり、中心Ｏ₁，Ｏ₂，Ｏ₃を頂点とする正三角形の重心のことである。ここで、３つの柱状部３１，３２，３３は、円環状かつ均等に配置されることが好ましい。なお、柱状部３１，３２，３３により取り囲まれた所定領域の形状やサイズは、柱状部３１，３２，３３の直径とバランスを取りながら所望のものとして適宜設計できる。例えば柱状部３１，３２，３３の直径が、発光波長λ_０の数波長程度分であれば、所定領域のサイズは、数分の１波長〜数波長程度とすることができる。

【0056】

また、原点Ｍと柱状部３１，３２，３３の中心Ｏ₁，Ｏ₂，Ｏ₃とをそれぞれ結んだ線上にある、原点Ｍから柱状部３１，３２，３３までの距離ρは、自由空間における放射光の波長λ_０以下、例えば、１／４〜１波長程度であることが好ましい。特に距離ρを、柱状部３１，３２，３３の直径２φの１／４程度となるように設定すると、柱状部３１，３２，３３の出射面である上面３１ａ，３２ａ，３３ａ（図７参照）から出射する光を互いに干渉させて良好に成形し、十分な強度の光線を出射することができるため好ましい。

【0057】

図７に示すように、柱状部３１，３２，３３の内で、２つの柱状部３１，３２の、基準面である底部３０の上面３０ａからの高さを、それぞれ基準となる高さＨとする。そして、柱状部３３の高さと他の柱状部３１，３２の高さとの差をδとするすると、柱状部３３の高さは（Ｈ−δ）となる。本実施形態においては、光の干渉によって指向性の良好な光線に成形するためには、高さの差δは、柱状部３１，３２，３３中における放射光の波長λ_１以下とすることが好ましく、波長λ_１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。

【0058】

ここで、波長λ_１は、自由空間において波長λ_０の光が、柱状部３１，３２，３３を光導波路として伝搬するときの波長である。一般に、半導体や誘電体などの誘電率は空気中（又は真空中）の誘電率よりも高いため、半導体や誘電体中を伝搬する際の光の速度は、空気中を伝搬する速度に比べて遅くなる。具体的には、空気中（又は真空中）の光の速度をｃ、柱状部３１，３２，３３を構成する半導体や誘電体などの材料の屈折率をｎとすると、柱状部３１，３２，３３中を伝搬する光の速度は、ｃ／ｎで与えられる。

【0059】

従って、波長λ_１は、波長λ_０の値を柱状部３１，３２，３３の内部の屈折率ｎで除することにより求めることができる。例えば、発光構造部２（図１参照）をＧａＮ系の半導体で構成して波長λ_０が４０５ｎｍの青色光を放射し、柱状部３１，３２，３３を、屈折率ｎ＝２．６のＧａＮで構成する場合、柱状部３１，３２，３３を伝搬する光の波長λ_１は、約１５６ｎｍである。
また、以下の説明において、柱状部３１，３２，３３によって出射方向を特定するに際して、機能の違いから、柱状部３１，３２を導波柱、柱状部３３を制御柱と呼ぶことがある。

【0060】

（発光領域と柱状部との相互関係）
次に、図６を参照（適宜図１及び図２参照）して、発光領域２２ａの寸法と、柱状部３１，３２，３３の寸法との相互関係について説明する。
なお、以下の説明では、簡便のため、ｎ型半導体層２３及び出射方向特定部３は、同じ屈折率の材料で構成されているものとして説明する。異なる屈折率の材料で構成されている場合は、発光領域２２ａの寸法として、直径Ｌｐに代えて、前記した式（１）で算出されるＬｓを用いるものとする。

【0061】

発光素子１は、前記したように、発光領域２２ａで発光した光が、ｎ型半導体層２３を介して柱状部３１，３２，３３に入射し、柱状部３１，３２，３３の内部を伝搬して、出射面である上面３１ａ，３２ａ，３３ａから出射した光の干渉によって光線を成形するものである。よって、柱状部３１，３２，３３の上面３１ａ，３２ａ，３３ａから出射した光の干渉によって成形される光線の強度は、発光領域２２ａで発光した光が、柱状部３１，３２，３３の内部に取り入れられる量によって変化する。そして、発光領域２２ａで発光した光が、柱状部３１，３２，３３の内部に取り入れられる量が一定量より少ないと、柱状部３１，３２，３３の上面３１ａ，３２ａ，３３ａから十分な強度の光が出射されず、これらの光の干渉によって明瞭な光線を成形することが困難となる。

【0062】

一方、柱状部３１，３２，３３の上面３１ａ，３２ａ，３３ａから出射した光線の方向制御の任意性を向上させるためには、発光領域２２ａで発光し、柱状部３１，３２，３３の入射せずに素子表面（ｎ型半導体層２３の上面）から漏れ出た光と、柱状部３１，３２，３３に入射して上面３１ａ，３２ａ，３３ａから出射した光とが、余分な干渉を引き起こすことを抑制することが必要である。

【0063】

これらを両立するためには、発光領域２２ａと、柱状部３１，３２，３３との間に、以下に説明する関係が成立するように、発光領域２２ａの寸法と柱状部３１，３２，３３の寸法とを規定することが望ましい。

【0064】

図６に示すように、まず、３つの柱状部３１，３２，３３のすべてを囲むように、柱状部３１，３２，３３の外縁の一部に接するように描いた平面図形を想定する。ここでは、平面図形として、図６において二点差線で示したように、柱状部３１，３２，３３のすべてを囲む円形状の図形を想定する。この円の中心は、柱状部３１，３２，３３の中心Ｏ₁，Ｏ₂，Ｏ₃を頂点とする正三角形の重心である原点Ｍと一致する（図５参照）。ここで、柱状部３１，３２，３３をすべて囲む最小の円の半径ｒ_ＳＯは、原点Ｍから柱状部３１，３２，３３までの距離ρに、柱状部３１，３２，３３の直径２φを加えたものとなる。

【0065】

従って、図６に示すように、柱状部３１，３２，３３をすべて囲む最小の円（二点差線で描画）の面積ＳＯと、発光領域２２ａ（破線で描画）の面積ＳＬと、柱状部３１，３２，３３の各面積ＳＰとは、それぞれ式（２）〜式（４）により求めることができる。
ＳＬ ＝ πΨ^２ …式（２）
ＳＯ ＝ π（２φ＋ρ）^２ …式（３）
ＳＰ ＝ πφ^２ …式（４）

【0066】

ここで、式（２）におけるΨは、発光領域２２ａの半径である。
このとき、発光領域２２ａの面積ＳＬと、柱状部３１，３２，３３をすべて囲む最小の円の面積ＳＯとの間に、式（５）の関係が成立することが望ましい。
ＳＬ ≦ ＳＯ …式（５）

【0067】

また、発光領域２２ａの面積ＳＬと、柱状部３１，３２，３３の各面積ＳＰの総和である面積３ＳＰとの間に、式（６）の関係が成立することが望ましい。
３ＳＰ ≦ ＳＬ …式（６）

【0068】

なお、式（６）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（７）に示す関係が成立することが望ましい。
Ｎ×ＳＰ ≦ ＳＬ ≦ ＳＯ …式（７）
但し、Ｎは柱状部の設置数を示し、３以上の整数である。

【0069】

前記した式（７）に示したように、発光領域２２ａの面積ＳＬを、柱状部３１，３２，３３をすべて囲む最小の円の面積ＳＯ以下とすることで、発光領域２２ａで発光した光が、柱状部３１，３２，３３以外の素子表面（ｎ型半導体層２３の上面）から漏れ出して、柱状部３１，３２，３３の上面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。

【0070】

また、式（７）に示したように、発光領域２２ａの面積ＳＬを、柱状部３１，３２，３３の各面積ＳＰの総和である面積３ＳＰ以上とすることで、発光領域２２ａで発光した光のほとんどを柱状部３１，３２，３３の内部に入射させることができる。このため、柱状部３１，３２，３３の内部を伝搬して上面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。

【0071】

［発光素子の柱状部から出射される光の干渉の原理］
次に、発光素子１から出射される光線の方向を特定する原理である、発光素子１の柱状部３１，３２，３３から出射される光の干渉の原理について図７を参照しつつ、適宜数式を用いて説明する。なお、柱状部３１及び柱状部３２は高さが同じであるので、図７及び数式を用いた説明では、簡便のため、高さの異なる２つの柱状部３２と柱状部３３とから出射される光の干渉を例に説明する。

【0072】

図７に示した発光素子１において、ｎ型半導体層２３の上面を基準の位置（高度ｈ_０）とする。また、柱状部３３の光の出射面である上面３３ａの位置を高度ｈ_１、柱状部３２の光の出射面である上面３２ａの位置を高度ｈ_２とし、柱状部３２と柱状部３３との水平方向の間隔をｐとする。また、柱状部３２，３３の中心軸から等距離の水平位置において、ｎ型半導体層２３の上面に垂直な軸方向（一点差線で描画）の所定地点Ｃの高度をｈ_３とする。このとき、柱状部３２の高さＨ＝ｈ_２−ｈ_０であり、柱状部３３の高さ（Ｈ−δ）＝ｈ_１−ｈ_０である。これより、柱状部３２と柱状部３３との高さの差δ＝ｈ_２−ｈ_１である。

【0073】

図７に示すように、発光素子１において発光領域２２ａから放射された光は、高い柱状部３２と低い柱状部３３とに分岐してそれぞれの柱状部３２，３３の上面３２ａ，３３ａから射出される。ここで、高い柱状部３２を通る場合に、１つの光路（以下、光路Ａという）として、柱状部３２中の点Ａ１と、柱状部３２の上面３２ａの中心点Ａ２とを経由して地点Ｃに達する光路を想定する。また、低い柱状部３３を通る場合に、１つの光路（以下、光路Ｂという）として、柱状部３３の上面３３ａの中心点Ｂ１と、点Ｂ１からδだけ高い位置Ｂ２とを経由して地点Ｃに達する光路を想定する。

【0074】

光路Ａを通る光と光路Ｂを通る光とは、高度ｈ₁までは屈折率が同じ媒質（出射方向特定部３）を同じ距離だけ進むので同位相のままである。このときの位相を初期位相θ_０とすると、光路Ａでは点Ａ１において位相はθ_０であり、光路Ｂでは点Ｂ１において位相はθ_０である。

【0075】

これら光路Ａを通る光と光路Ｂを通る光とは、高度ｈ_１から高度ｈ_２まで異なる媒質を進む。このとき、光路Ａでは媒質は柱状部３２（例えば、半導体や誘電体）であり、光路Ｂでは媒質は空気である。一般に、半導体や誘電体の誘電率は空気中（又は真空中）より高いため、半導体や誘電体中を伝搬する際の光の速度は、空気中を伝搬する速度に比べて遅くなる。具体的には、大気中（又は真空中）の光の速度をｃ、半導体や誘電体の屈折率をｎとすると、半導体や誘電体中の速度は、ｃ／ｎで与えられる（例えばＧａＮであれば例えばｎ＝２.６）。このため、半導体や誘電体からなる発光素子１中で発生した光を２つに分岐して、一方をそのまま大気中（又は真空中）に射出し、かつ、他方を半導体や誘電体中を伝搬させてから射出した場合、それら２つの光が射出された後に出会うと、光路が異なるため、光の位相は異なるようになる。従って、図７に示した発光素子１からの光の自由空間中の波長をλ_０とし、光路Ａでは高度ｈ_１から高度ｈ_２までの区間の半導体や誘電体中で位相がαだけ進むとすると、光路Ａでは点Ａ２において位相は式（８）で表される。

【0076】

【数1】

【0077】

また、光路Ｂでは高度ｈ_１から高度ｈ_２までの自由空間中で位相がβだけ進むとすると、光路Ｂでは点Ｂ２において位相は式（９）で表される。

【0078】

【数2】

【0079】

さらに高度ｈ_２から高度ｈ_３まで自由空間なので、光路Ａを通る光と光路Ｂを通る光とは同じ媒質（自由空間）を進む。また、このとき、光路Ａの点Ａ２から点Ｃまでの距離と、光路Ｂの点Ｂ２から点Ｃまでの距離とは同じである。従って、光路Ａを通る光の点Ａ２における位相と、光路Ｂを通る光の点Ｂ２における位相との差は、点Ｃにおいても保存されることとなる。この位相差τは式（１０）で表される。すなわち、柱状部３２と柱状部３３の高さの差δによって光路Ａと光路Ｂとの位相差τを制御することができる。式（１０）を変形すると、高さの差δは、式（１１）で表される。

【0080】

【数3】

【0081】

そして、柱状部３２を通る光は、柱状部３３を通る光に比べて遅延するため、両者が混合されると、それら２つの光の波面とは全く異なる波面をもつ波が生成される。すなわち、柱状部３２，３３から放出される光の波面は互いに干渉し、これら２つの柱状部３２，３３の相対的な位置（３次元空間の位置）によって決定される方位（方向）に、光が射出されることになる。

【0082】

続いて、３次元空間の位置ｒ_１にある波源としての柱状部３２と、３次元空間の位置ｒ_２にある波源としての柱状部３３から射出された光の干渉について説明する。
位置ｒ_１にある波源と、位置ｒ_２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（１２）で与えられる。

【0083】

【数4】

【0084】

式（１２）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（１２）では、式（１３）のγの実部を利用する。式（１３）のＥ^＊は、Ｅの複素共役であることを示す。γは、式（１３）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（１４）〜式（１６）のように場合分けすることができる。

【0085】

【数5】

【0086】

式（１４）の場合を完全コヒーレント、式（１５）の場合をインコヒーレント、式（１６）の場合を部分的なコヒーレントと呼ぶ。ここでは、発光素子１として、ＬＥＤの光源を使用しているため、部分的なコヒーレントになっている。したがって、図７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（１２）の第３項の寄与が大きいため、光の進行方向を大きく曲げられる。
なお、柱状部３２，３３間の水平方向の間隔ｐが微小であるときには、光の進行方向が曲げられる大きさは、柱状部３２と柱状部３３との高さの差δが支配的な要因となる。

【0087】

図７では、簡単のため、高さの異なる２つの柱状部から出射される光の干渉による光線の方向について説明した。波源としての柱状部が３つある場合についても、前記した式（１２）を拡張することが可能である。例えば、第１の柱状部３１と第２の柱状部３２との組み合わせを２つの波源として前記した式（１２）を適用し、第２の柱状部３２と第３の柱状部３３との組み合わせを２つの波源として前記した式（１２）を適用し、第３の柱状部３３と第１の柱状部３１との組み合わせを２つの波源として前記した式（１２）を適用し、これら３つの組み合わせを加算することで、波源としての柱状部が３つある場合についての関係式を求めることができる。

【0088】

なお、図７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７に示した柱状構造の場合に、常に短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、長い柱状部側に傾いて出射される場合もある。

【0089】

図１及び図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４１ａ及び下部電極４１ｂは、それぞれ下部絶縁層４２ａ及び下部絶縁層４２ｂを介して、発光構造部２の下面の左端及び右端に沿って設けられた帯状の電極である。
また、上部電極４４ａ及び上部電極４４ｂは、それぞれ上部絶縁層４３ａ及び上部絶縁層４３ｂを介して、発光構造部２の上面の前端及び後端に沿って設けられた帯状の電極である。下部電極４１ａと上部電極４４ａと、及び下部電極４１ｂと上部電極４４ｂとは、それぞれ発光構造部２を挟んで、一部が対向するように設けられている。
下部電極４１ａ，４１ｂ及び上部電極４４ａ，４４ｂは、逆圧電効果を利用して発光構造部２の半導体結晶に歪を生じさせることで、発光構造部２の上面を傾斜させ、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、発光構造部２の上面の傾斜角の分だけ変化させるための出射方向可変用の電極である。

【0090】

ここで、図８を参照（適宜図１及び図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。なお、図８においては、上部電極４４ａ，４４ｂの記載は省略している。
ここでは、発光構造部２の上面を、左右方向（Ｘ軸方向）に傾斜させる場合を例として、光線の出射方向の変調について説明する。
図８（ａ）に示すように、発光構造部２の下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂ（図２参照）との間に電圧が印加されない場合は、発光構造部２の上面は、基板４０の上面（ＸＹ平面に平行な面）と平行である。このとき、出射方向特定部３によって特定される光線の出射方向が、発光構造部２の上面の法線に対してθｘであるとする。

【0091】

次に、図８（ｂ）に示すように、下部電極４１ａと上部電極４４ａ（図２参照）との間に電圧を印加して、発光構造部２の右端部に上下方向に引っ張り応力が作用するように電界をかける。これによって、発光構造部２の上面は、右上がりに傾斜する。ここで、基板４０の上面に対するこの傾斜角をφｘとする。出射方向特定部３は、発光構造部２の上面の法線に対してθｘの方向に光線を出射するため、基板４０の上面の法線に対して、（θｘ＋φｘ）の方向に光線が出射されることになる。

【0092】

また、図８（ｃ）に示すように、下部電極４１ｂと上部電極４４ｂ（図２参照）との間に電圧を印加して、発光構造部２の左端部に上下方向に引っ張り応力が作用するように電界をかける。これによって、発光構造部２の上面は、左上がりに傾斜する。ここで、基板４０の上面に対するこの傾斜角を−φｘとする。出射方向特定部３は、発光構造部２の上面の法線に対してθｘの方向に光線を出射するため、基板４０の上面の法線に対して、（θｘ−φｘ）の方向に光線が出射されることになる。

【0093】

以上のように、逆圧電効果を利用して、発光構造部２の上面を傾斜させることにより、これと連動して傾斜する出射方向特定部３から出射される光線の方向を変調することができる。
なお、本例では、電圧の印加のさせ方により、３方向に変調が可能であるが、印加電圧を細かく制御することで、更に多段階に変調することも可能である。逆に、左又は右に傾斜した２状態、すなわち、（θｘ＋φｘ）と（θｘ−φｘ）との２段階に変調するようにしてもよい。この場合は、変調度は、左右の傾斜角の差である２φｘとすることができる。

【0094】

また、本例では、左端又は右端の何れか一方に択一的に電圧を印加して伸張させるように構成した。発光構造部２の半導体結晶を伸張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、伸張する側のみ電圧を印加することで、印加電圧を低圧化でき、また、伸張する方が圧縮する方よりも高速変調が可能である。

【0095】

また、伸張モードのみを利用する構成に限定されず、左端及び右端に同時に逆向きに電圧を印加するように構成してもよい。これにより、傾斜角をより多くすることができる。
また、左端又は右端の一方にのみ電極を設けて電圧を印加して、伸張又は／及び圧縮するように構成してもよい。
また、上部電極及び下部電極を、それぞれ平面視で四辺に分離して設け、Ｘ軸方向だけでなく、Ｙ軸方向についても、光線の出射方向を変調するようにしてもよい。

【0096】

なお、本発明の発光素子１を、ＩＰ立体ディスプレイの画素として用いる場合は、前記した傾斜角φｘは、０．１°程度以下であってもよく、０．３°程度以上であることが好ましい。
例えば、ＩＰ立体ディスプレイの要素画像が６０×６０画素相当の要素画素群であって、立体視が可能となる視野角を４０°と想定した場合について考える。このとき、１つの発光素子１が出射方向を変調して、要素画像の隣接画素相当の刻みで、隣接する方向の光線を一定の角度刻みで出射する場合の角度ピッチ（角度分解能）は、
４０°／６０＝０．６６６６７°
となる。

【0097】

以上は、要素画像が６０×６０画素相当の要素画素群で構成されている場合であるが、更に要素画像が多画素相当の構成となる場合には、この角度分解能は更に細かくなる。すなわち、要素画素の画素数が１桁増えた６００×６００の要素画素群で構成されている場合、その角度ピッチ（角度分解能）は、
４０°／６００＝０．０６６６７°
となる。
このような多数の要素画素数相当のＩＰ立体ディスプレイを構成する場合は、逆圧電効果を利用して、出射方向を角度分解能の刻みで連続的に変えながら、ＬＥＤの発光輝度についても連続的に輝度変調することになる。

【0098】

前記した例（要素画素が６０×６０画素相当）において、１つの発光素子１を左右に傾斜させることで出射方向を変調し、２つの出射方向の光線を出射するように構成する場合は、傾斜角の差（２φｘ）が０．６６°となるようにすればよい。従って、傾斜角φｘ≒０．３°とすることができる。
なお、前記した傾斜角φｘは一例を示すものであり、表示パネルからの観察距離や出射方向の密度に応じて、適宜定めることができる。

【0099】

なお、図８に示した出射方向は、図７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８に示した柱状構造の場合に、常に短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、長い柱状部側に傾いて出射される場合もある。

【0100】

［発光素子の動作］
次に、図１及び図２を参照して第１実施形態にかかる発光素子１の動作について説明する。
第１実施形態に係る発光素子１は、ｎ側電極２５及びｐ側電極２４間に電力を供給することにより発光構造部２の発光層２２が発光し、その光が出射方向特定部３に入射される。発光構造部２から出射方向特定部３に入射された光は、出射方向特定部３の構造物である柱状部３１，３２，３３の構成によって特定される方向に出射される。また、下部電極４１ａ，４１ｂ及び上部電極４４ａ，４４ｂ間に電圧が印加されると、発光構造部２を構成する半導体層が逆圧電効果により印加された電圧に応じて変形する。そして、印加された電圧に応じて、発光構造部２の上面が傾斜し、これに連動して、出射方向特定部３が傾斜する。このとき、出射方向特定部３から出射される光線の方向は、出射方向特定部３が傾斜した分だけ変調される。

【0101】

［発光素子の製造方法］
次に、図９から図１１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。

【0102】

（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９（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。

【0103】

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１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。

【0104】

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からなる活性層を形成し、ダブルへテロ構造とすることもできるし、ｎ型半導体層２２とｐ型半導体層２１との間に異なる材料の活性層を設けずに、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３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活性層を形成してもよい。

【0105】

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。

【0106】

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

【0107】

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

【0108】

（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４２ａ，４２ｂを形成する。
この工程においては、まず、図９（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層２１の表面全体に絶縁層４２を形成する。絶縁層４２は、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３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９（ｃ）に示すように、絶縁層４２をパターニングするためのマスク５２を形成する。マスク５２は、フォトレジストを絶縁層４２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９（ｄ）に示すように、マスク５２を用いて絶縁層４２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４２が、下部絶縁層４２ａ，４２ｂとなる。絶縁層４２の絶縁材料としてＳｉＯ_２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、ＳＦ_６，ＣＨＦ_３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５２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。

【0109】

（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４２ａ，４２ｂ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９（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５３を形成する。このとき、マスク５２上にも導電層５３が形成される。
次に、図９（ｆ）に示すように、マスク５２上に形成された不要な導電層５３とともにマスク５２を除去することで、導電層５３がパターニングされ、ｐ側電極２４が形成される。

【0110】

（下部電極形成工程）
次に、下部電極形成製工程において、リフトオフ法によって、下部絶縁層４２ａ，４２ｂ上に下部電極４１ａ，４１ｂを形成する。
この工程では、まず、図９（ｇ）に示すように、ｐ側電極２４及びその周辺である下部絶縁層４２ａ，４２ｂの一部を被覆するマスク５４を形成する。下部絶縁層４２ａ，４２ｂの一部まで被覆するのは、ｐ側電極２４と、この工程で形成される下部電極４１ａ，４１ｂとの短絡を防止するためである。マスク５４は、フォトレジストをｐ側電極２４及び下部絶縁層４２ａ，４２ｂ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９（ｈ）に示すように、下部絶縁層４２ａ，４２ｂ及びマスク５４上にＡｌやＣｕなどの導電層５５を、例えば、蒸着法により形成する。そして、図１０（ａ）に示すように、マスク５４上に形成された不要な導電層５５とともにマスク５４を除去することで、導電層５５がパターニングされ、下部電極４１ａ，４１ｂが形成される。

【0111】

（貼り合せ工程）
次に、貼り合せ工程において、図１０（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４１ａ，４１ｂが設けられた発光構造部２を、ｐ型半導体層１２側で基板４０と貼り合せる。基板４０は、基体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。基体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４１ａ，４１ｂ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、例えば、ＩＰ立体ディスプレイの表示パネルの基板として、複数の発光素子１を配列して支持する場合は、複数の発光素子１のｐ側電極２４、下部電極４１ａ，４１ｂとそれぞれ電気的に接続するための配線パターンを設けるようにしてもよい。

【0112】

（剥離工程）
次に、剥離工程において、図１０（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。

【0113】

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。

【0114】

（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１０（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４３ａ，４３ｂ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４３を形成する。絶縁層４３は、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３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。
なお、図１０（ｄ）から図１０（ｆ）及び図１１（ａ）から図１１（ｆ）においては、図に記載された破断線より上部は、図２（ｂ）と同様に、ＹＺ平面（図２参照）による断面を示す。

【0115】

（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１０（ｅ）に示すように、絶縁層４３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５６を形成する。マスク５６は、フォトレジストを絶縁層４３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。

【0116】

次に、図１０（ｆ）に示すように、マスク５６を用いて絶縁層４３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４３の絶縁材料としてＳｉＯ_２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、ＳＦ_６，ＣＨＦ_３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。

【0117】

次に、図１１（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５７を形成する。このとき、マスク５６上にも導電層５７が形成される。
次に、図１１（ｂ）に示すように、マスク５６上に形成された不要な導電層５７とともにマスク５６を除去することで、導電層５７がパターニングされ、ｎ側電極２５が形成される。

【0118】

（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４３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１１（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４３を加工して、出射方向特定部３の構造物である柱状部３１，３２，３３（図２参照）を形成する。また、出射方向特定部３の形成は、柱状部３１，３２，３３を形成する領域をマスクし、他の領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングや、薬液を用いたウェットエッチングを用いて形成することもできる。このとき、柱状部３１，３２を形成する領域に形成するマスクと、柱状部３３に形成するマスクとの厚さを異なるようにし、一方のマスクがエッチングにより速く除去されるようにし、絶縁層４３の一部がエッチングされるようにすることで、柱状部３１，３２と、柱状部３３との高さを異なるように形成することができる。
また、出射方向特定部形成工程を行うことにより、図１１（ｃ）に示すように、ｎ型半導体層２３の上面の端部に残った絶縁層４３が、上部絶縁層４３ａ，４３ｂとなる。

【0119】

本実施形態では、出射方向特定部３は、絶縁層４３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４３ａ，４３ｂ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、ＳｉＯ_２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３１，３２，３３の高さの精度を緩和することができる。

【0120】

（上部電極形成工程）
次に、上部絶縁層４３ａ，４４ｂ上に、リフトオフ法により、上部電極４４ａ，４４ｂを形成する。
この工程では、まず、図１１（ｄ）に示すように、ｎ側電極２５、出射方向特定部３及びこれらの周辺である上部絶縁層４３ａ，４３ｂの一部を被覆するマスク５８を形成する。上部絶縁層４３ａ，４３ｂの一部まで被覆するのは、ｎ側電極２５と、この工程で形成される上部電極４４ａ，４４ｂとの短絡を防止するためである。マスク５８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４３ａ，４３ｂ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１１（ｅ）に示すように、上部絶縁層４３ａ，４３ｂ及びマスク５８上に、ＡｌやＣｕなどの導電性材料を用いて導電層５９を、例えば、蒸着法により形成する。そして、図１１（ｆ）に示すように、マスク５４上に形成された不要な導電層５９とともにマスク５８を除去することで、導電層５９がパターニングされ、上部電極４４ａ，４４ｂが形成される。
以上の工程により、発光素子１が完成する。

【0121】

以上説明したように、本発明の実施形態に係る発光素子１は、表面に３個以上の柱状部を形成することで光の干渉効果により光線を成形できる。また、発光素子１は、出射方向特定部３における柱状部３１，３２，３３の配置と、制御柱である柱状部３３と導波柱である柱状部３１，３２との高さの差を適切に選んで形成することで、表示パネル面に対して垂直な方向を含む任意方向へ放射する光線を成形することが可能となる。また、発光素子１は、表面に柱状部３１，３２，３３を形成するだけで光線の方向を制御できるため、その構造が簡単である。更に、下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとを形成し、これらの電極間に電圧を印加することで、柱状部３１，３２，３３が形成された発光素子１の表面を傾斜させて、光線の出射方向を変えることができる。

【0122】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る発光素子について、図１２を参照して説明する。
図１２に示す第２実施形態に係る発光素子１Ａは、図１及び図２に示した第１実施形態に係る発光素子１において、発光構造部２に代えて基板５０上に形成された発光構造部２Ａを備え、ｎ側電極２５に代えてｎ側電極２５Ａを備え、ｐ側電極２４に代えてｐ側電極２４Ａ及び透明電極２４Ａａを備え、上部電極４４ａ，４４ｂ及び上部絶縁層４３ａ，４４ｂに代えて、それぞれ上部電極４４Ａａ，４４Ａｂ及び上部絶縁層４３Ａａ，４４Ａｂを備えて構成されている。
第２実施形態に係る発光素子１Ａは、発光構造部２Ａが、半導体層の成長基板である基板５０上にｎ型半導体層２３、発光層２２及びｐ型半導体層２１が積層された構成となっている。すなわち、第１実施形態と異なり、半導体の積層体を反転せず、基板５０を剥離せずに用いるものである。

【0123】

このために、下部電極４１ａ，４２ｂは、下部絶縁層４２ａ，４２ｂを介して、基板５０の下面に設けられている。また、ｎ側電極２５Ａは、ｎ型半導体層２３の側面の一部に設けられている。なお、基板５としてサファイアなどの絶縁性基板を用いる場合は、下部絶縁層４２ａ，４２ｂは省略することができる。
また、ｐ側電極２４Ａは、ｐ型半導体層２１の上面に、透明電極２４Ａａを介して設けられている。透明電極２４Ａａは、平面視で出射方向特定部３が設けられる領域に設けられ、金属等の電気良導体からなるｐ側電極２４Ａから供給される電流をｐ型半導体層２１に拡散して、出射方向特定部３の直下の発光層２２を良好に発光させるための電流拡散層である。透明電極２４Ａａは、ＩＴＯなどの透光性の導電材料を用いて形成することができる。
なお、透明電極２４Ａａを、ｐ型半導体層２１の上面のほぼ全面に設け、ｐ側電極２４Ａは、平面視で、出射方向特定部３の構造物が設けられる領域を除く領域の透明電極２４Ａａの上面全域に設けるようにしてもよい。

【0124】

また、上部電極４４Ａａ，４４Ａｂは、上部絶縁層４３Ａａ，４３Ａｂを介して、発光構造部２Ａの上面の左端及び右端に、Ｙ軸方向に延伸する帯状に形成されている。すなわち、上部電極４４Ａａ，４４Ａｂは、下部電極４１ａ，４１ｂと、ほぼ全面が対向するように配置されている。このため、発光構造部２の半導体層に効果的に電界を印加することができる。
なお、上部電極４４Ａａ，４４Ａｂは、図１及び図２に示した第１実施形態における上部電極４４ａ，４４ｂと同様に、発光構造部２Ａの上面の前端及び後端に、Ｘ軸方向に延伸するように設けてもよい。また、第１実施形態における上部電極４４ａ，４４ｂは、本実施形態における上部電極４４Ａａ，４４Ａｂと同様に、発光構造部２の上面の左端及び右端に、Ｙ軸方向に延伸するように設けてもよい。
なお、他の構成については、第１実施形態に係る発光素子１と同様であるから、同じ符号を付して説明は省略する。

【0125】

また、基板５０として、発光構造部２Ａを構成するＧａＮ形半導体結晶と同じ六方晶系の、サファイアやＧａＮ系半導体を用いると、基板５０も逆圧電効果によって発光構造部２と同様に伸縮するため、出射方向の変調に寄与することができる。
なお、大きな逆圧電効果が得られる半導体層に効果的に電界を印加するためには、基板５０は薄いほど好ましい。従って、製造工程において、半導体層を成長した後に、基板５０の裏面を研磨して薄肉化することが好ましい。
なお、第２実施形態に係る発光素子１Ａは、第１実施形態に係る発光素子１の製造方法において、貼り合せ工程で発光構造部２Ａを基板５０側で基板４０と貼り合せ、基板５０を剥離しないようにする。他の工程は、第１実施形態と同様であるから製造方法の説明は省略する。

【0126】

次に、第２実施形態にかかる発光素子１Ａの動作について説明する。
第２実施形態に係る発光素子１Ａは、ｎ側電極２５Ａ及びｐ側電極２４Ａ間に電力を供給することにより発光構造部２Ａの発光層２２が発光し、その光が出射方向特定部３に入射される。発光構造部２Ａから出射方向特定部３に入射された光は、出射方向特定部３の構造物である柱状部３１，３２，３３（図１及び図２参照）の構成によって特定される方向に出射される。
また、下部電極４１ａ，４１ｂ及び上部電極４４Ａａ，４４Ａｂ間に電圧が印加されると、発光構造部２Ａを構成する半導体層が逆圧電効果により変形する。そして、印加された電圧に応じて、発光構造部２Ａの上面が傾斜し、これに連動して、出射方向特定部３が傾斜する。このとき、出射方向特定部３から出射される光線の方向は、出射方向特定部３が傾斜した分だけ変調される。

【0127】

＜第３実施形態＞
次に、図１３及び図１４を参照して、第３実施形態に係る発光素子について説明する。
図１３及び図１４に示すように、第３実施形態に係る発光素子１Ｂは、図１及び図２に示した第１実施形態に係る発光素子１において、出射方向特定部３に代えて、出射方向特定部３Ｂを備えるものである。第１実施形態に係る発光素子１と同様の構成については、同じ符号を付して説明は適宜省略する。
なお、図１４（ｂ）において、破断線より下部は図１４（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示し、破断線より上部は図１４（ａ）のＢ−Ｂ線における断面を示す。

【0128】

図１３及び図１４に示すように、発光素子１Ｂは、構造物３Ｂａとして、平坦な上面３０Ｂａにおいて所定領域を取り囲むように、３つ以上の孔（柱状凹部）を有し、少なくとも１つの孔の深さが他と異なり、これらすべての孔から光を射出する点に特徴がある。以下では、一例として発光素子１Ｂが３つの孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂを有し、孔３３Ｂが孔３１Ｂ，３２Ｂよりも浅いものとして説明する。

【0129】

本実施形態に係る発光素子１Ｂは、出射方向特定部３Ｂとして、３つの柱状の凹部である孔（柱状凹部）３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂを構造物３Ｂａとして有するものである。孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂは、第１実施形態における出射方向特定部３の柱状部３１，３２，３３に代わる構造物である。前記したように、出射方向特定部３Ｂの上面３０Ｂａに対して、孔３３Ｂの底面３３Ｂａの深さが、孔３１Ｂ，３２Ｂの底面３１Ｂａ，３２Ｂａの深さよりも浅く形成されている。
なお、本実施形態では、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの形状は、横断面が円形の円柱状としたが、これに限定されず、横断面が多角形、楕円などの他の形状の柱状とすることもできる。

【0130】

発光構造部２の発光領域２２ａから放射された光は、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂに入射し、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの底面３１Ｂａ，３２Ｂａ，３３Ｂａから出射し、これらの出射光は干渉し合い、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの配置に応じた方向に強度を有する光線が出射方向特定部３Ｂから出射される。出射方向特定部３Ｂは、各孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの深さを異なるようにし、その深さの差により、各孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの底面３１Ｂａ，３２Ｂａ，３３Ｂａから出射する光に位相差を生じさせるものである。
なお、出射方向特定部３Ｂにより光の出射方向を特定する原理は、第１実施形態における出射方向特定部３と同様であるから、説明は省略する。また、発光構造部２の動作も、第１実施形態における発光構造部２と同様であるから、説明は省略する。

【0131】

また、平面視における発光領域２２ａと、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの配置との好ましい関係は、第１実施形態に係る発光素子１における発光領域２２ａと、柱状部３１，３２，３３と同様である。すなわち、発光領域２２ａの面積をＳＬ、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの面積をＳＰ、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂを含む外接円の面積をＳＯとすると、光線の明瞭性の向上と、光線の方向制御の任意性の向上を両立させるために、前記した式（７）の関係が成立することが望ましい。
但し、式（７）において、Ｎは孔の設置数を示すものとし、３以上の整数である。

【0132】

また、本実施形態に係る発光素子１Ｂは、第１実施形態に係る発光素子１の製造方法において、出射方向特定部形成工程において、柱状部３１，３２，３３を形成する代わりに、孔３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂを形成するように絶縁層４３（図１１（ｃ）参照）を加工することで製造することができる。他の工程については、第１実施形態と同様であるから、説明は省略する。

【0133】

＜第４実施形態＞
［ＩＰ立体ディスプレイの概念］
次に、図１５を参照して、第４実施形態として、本発明の発光素子を用いたＩＰ立体ディスプレイ（立体画像表示装置）について説明する。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイは、第１実施形態に係る発光素子１を基板１１上に多数並べることにより、ＩＰ方式のディスプレイであるＩＰ立体ディスプレイ１００を構成するものである。図示は省略するが、ＩＰ立体ディスプレイ１００に対応したＩＰ立体撮影装置がレンズ板を介して図１５（ｂ）に示す円柱や立方体等の被写体を予め撮影した要素画像群を取得しておくことが、立体を表示（再生）するためには簡便であるが、多視点映像もしくは３次元モデルのレンダリング処理などによって作成し、ＩＰ立体ディスプレイ１００における発光素子１の配列に合わせてデータを構成したものを用いても構わない。

【0134】

従来のＩＰ方式のディスプレイでは、例えば液晶パネルに要素画像群を表示して、簡便には、撮影時と同様の要素レンズアレイの各要素レンズを介して各要素画像を投影し、それらを集積した像を、被写体に対応した立体再生像として観察することができる。
本発明によるＩＰ立体ディスプレイ１００の場合は、密集して配置された複数の発光素子１が１単位の要素画素群として要素画像を形成し、従来のＩＰ立体ディスプレイの個々の要素レンズに相当する領域に、それぞれ対応する要素画素群（１つの単位構造）が並置される構造となる。

【0135】

ここで、要素画像とは、微小な光学レンズの集合体である要素レンズアレイを用いた従来のＩＰ方式のディスプレイにおいて、１つの要素レンズに対応して投影される画像のことである。従来のＩＰ方式のディスプレイにおいて１つの要素画像を構成する要素画素群の各画素から発せられる光線は、各画素位置と要素レンズの中心とを結ぶ方向に出射される。このため、１組の要素画素群を構成する各画素から発せられる光線は、それぞれ異なる方向に出射される。

【0136】

本発明では、従来のＩＰ方式のディスプレイにおける要素レンズに代えて、画素として用いる発光素子１ごとに出射方向を設定するものである。そのために、図１５（ａ）に示したＩＰ立体ディスプレイ１００は、発光素子１ごとに、それぞれが定められた方向に光線を出射するように出射方向特定部３として柱状部３１，３２，３３（図１及び図２参照）などの構造物が設置される。
また、本発明の発光素子１は、前記したように、下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂ（図１及び図２参照）との間に電圧を印加することで、出射方向が変調できるように構成されている。
なお、前記したように、発光素子１を基板１１上に多数並べることでＩＰ立体ディスプレイ１００を提供することが可能であるが、その際に発光素子１自体を基板１１に対して傾斜させて配置することで、出射方向をより広範囲に設定することができる。

【0137】

ここで、１組の要素画素群は、ある画素位置におけるすべての方向に対応する光線を出射する画素の集合を示すものである。例えば、ＩＰ立体ディスプレイ１００が、各要素画素群から出射する光線の方向数を、横（水平）方向に６０、縦（垂直）方向に６０とすると、全部で６０×６０＝３６００個の方向に対応した光線を出射することになる。
本発明の１つの発光素子１が、出射方向を変調して、２つの方向に光線を出射することができる場合は、１組の要素画素群当たりに、３６００個の方向に光線を出射するために、３６００／２＝１８００個の発光素子１を備えることでＩＰ立体ディスプレイ１００を実現することができる。１つの発光素子１が、更に多くの方向に変調可能な場合は、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、光線の全出射方向数を変調数で除した数の発光素子１を備えることで実現することができる。

【0138】

図１５（ｂ）は、ある観察点において、ＩＰ立体ディスプレイ１００からこの観察点の方向に出射される光線の様子の一例を示したものである。観察点１では、各要素画素群の内でこの観察点１の方向に出射される光線（実線の矢印線）が集積され、例えば、円柱や立方体のような画像を観察することができる。また、観察点１の近傍の観察点２では、観察点１の方向に光線を出射する発光素子１から、他の方向に変調されて出射された光線（点線の矢印線）が集積され、その方向に対応する画像が観察される。
このように、発光素子１の出射方向を変調することで、出射方向数よりも少ない発光素子１により立体画像を投影することができる。

【0139】

なお、ＩＰ立体ディスプレイ１００の発光素子１，１間、すなわち、画素間においては、互いに可干渉長以上の距離を持って配置されるため、異なる画素から出射された光の間で干渉波が生成されることはない。そのため、例えば、３つの画素から射出される光が合成される光の強度は、３つの画素から射出されたそれぞれの光の強度の単なる加算となる。つまり、画素間において合成される光の強度は、３つの画素を３つの波源とみなしたときに、前記した式（１７）の第１項と第２項に相当する演算で求められることとなる。

【0140】

このような微細構造を有する発光素子１を多数個並べた表示パネルは、従来技術においてレンズ板と発光面とを接合させた装置と同じ働きを有するようになる。このようにして作成したＩＰ立体ディスプレイ１００においては、立体表示の解像度は、発光素子１の精細度にのみ依存し、光学系の解像度不足による映像ボケが生じない。また、発光素子１を用いたＩＰ表示における視域角の最大値は、素子表面と垂直な方向に対する放射光の成す角（制御角）の最大値にのみ依存し、解像度と視域角とを独立に改善することが可能である。

【0141】

［ＩＰ立体ディスプレイの構成］
次に、図１６を参照して、本実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイ１００の構成について詳細に説明する。
図１６に示すように、本実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイ１００は、表示パネル（表示素子）１０と、発光制御部６０と、出射方向制御部６３とを備えて構成されている。ＩＰ立体ディスプレイ１００は、外部の表示制御部７０を介して入力される画像信号を、表示パネル１０にＩＰ方式の立体画像として表示する立体画像表示装置である。

【0142】

表示パネル（表示素子）１０は、発光素子１を画素として、基板１１上に２次元（図１６では、３×３）に配列して設けられており、ＩＰ方式の立体画像を表示する表示素子である。なお、基板１１は、図１及び図２における基板４０に代わるものであり、各発光素子１は、この共通基板１１上に配列して設けられる。
基板１１の表面には、列方向（縦方向）に配列された発光素子１ごとに、ｐ側電極２４と電気的に接続する配線用電極１２と、下部電極４１ａと電気的に接続する配線用電極１３ａと、下部電極４１ｂと電気的に接続する配線用電極１３ｂとが設けられている。同じ列に属する発光素子１のｐ側電極２４、下部電極４１ａ及び下部電極４１ｂは、それぞれ配線用電極１２、配線用電極１３ａ及び配線用電極１３ｂを介して、導通している。
また、同じ行（横方向）に配列された発光素子１は、ｎ側電極２５同士が互いにワイヤ１５で電気的に接続され、上部電極４４ａ同士が互いにワイヤ１４ａで電気的に接続され、上部電極４４ｂ同士が互いにワイヤ１４ｂで電気的に接続されている。
なお、ワイヤ１４ａ，１４ｂ，１５としては、例えば、金ワイヤやカーボンテープを用いることができる。
また、これらの電極間の接続は、ワイヤやテープに限定されず、多層配線基板に形成したＡｌやＣｕなどからなる金属配線パターンを用いて行うこともできる。

【0143】

また、列ごとに、ｐ側電極２４には配線用電極１２を介して列選択部６２から画像信号が列選択信号として入力され、各行ごとに、ｎ側電極２５には、各行の右端の発光素子１のｎ側電極２５を介して行選択部６１から走査信号が行選択信号として入力される。表示パネル１０において、行選択信号が入力されたｎ側電極２５と、列選択信号が入力された配線用電極１２に接続された発光素子１が選択され、その発光時間（発光／非発光）が制御される。

【0144】

また、各発光素子１の下部電極４１ａには、配線用電極１３ａを介して、下部電極制御部６４から出射方向を制御するための信号が入力され、下部電極４１ｂには、配線用電極１３ｂを介して、下部電極制御部６４から出射方向を制御するための信号が入力される。
また、各発光素子１の上部電極４４ａには、左端の発光素子１の上部電極４４ａを介して、上部電極制御部６５から出射方向を制御するための信号が入力され、上部電極４４ｂには、左端の発光素子１の上部電極４４ｂを介して、上部電極制御部６５から出射方向を制御するための信号が入力される。表示パネル１０において、下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加される電圧に応じて、発光素子１が出射する光線の方向が左右に変調される。

【0145】

発光制御部６０は、行選択部６１と列選択部６２とを備え、外部の表示制御部７０を介して入力される画像信号に基づいて、表示パネル１０に画素として配置された発光素子１を順次選択し、その発光時間を制御するものである。
行選択部６１は、表示制御部７０から画像信号の行に同期した走査信号を入力し、その行に対応するｎ側電極（行電極）２５に出力する。選択されたことを示す所定の電位（例えば０Ｖ）の行選択信号が入力された行が、発光時間を制御される対象となる。
列選択部６２は、表示制御部７０から画像信号を入力し、各列に対応する画像信号に分割して、各列に対応する配線用電極１２に分割した画像信号を列選択信号として並行して出力する。
また、このときに列選択部６２は、出射方向制御部６３が発光素子１の出射方向を変更するタイミングに同期して、列選択信号として、２つの方向に対応する画像信号を時分割で切り替えて出力する。

【0146】

選択されたことを示す所定レベルの電位（例えば５Ｖ）の列選択信号が入力されている期間、発光素子１が発光する。従って、行選択信号が入力されている期間であって、所定のレベルの列選択信号が入力されている期間に発光素子１が発光し、それ以外の期間に発光素子１は非発光となる。列選択信号において所定レベルとなる期間を、画像信号中の対応する画素データに応じて増減することで、発光素子１の画素として表示する輝度を変調することができる。

【0147】

出射方向制御部６３は、下部電極制御部６４と上部電極制御部６５とを備え、下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加する電圧を制御して、各発光素子１の出射方向を左右何れか寄りに傾斜した方向に変調するものである。このとき、出射方向制御部６３は、表示制御部７０から入力される同期信号に基づいて、発光制御部６０が、各画素に対して出力する２つの方向についての画像信号の切り替えタイミングに同期して、出射方向が切り替わるように、下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加する電圧を制御する。

【0148】

下部電極制御部６４は、各発光素子１の下部電極４１ａと電気的に接続された配線用電極１３ａ、及び下部電極４１ｂと電気的に接続された配線用電極１３ｂに対して、下部電極４１ａと上部電極４４ａとの間、及び下部電極４１ｂと上部電極４４ｂとの間が、それぞれ所定の電圧となるように、所定レベルの信号（例えば、０Ｖ）を出力するものである。
上部電極制御部６５は、各発光素子１の上部電極４４ａ及び上部電極４４ｂに対して、下部電極４１ａと上部電極４４ａとの間、及び下部電極４１ｂと上部電極４４ｂとの間がそれぞれ所定の電圧となるように、所定レベルの信号（例えば、４Ｖ）を出力するものである。

【0149】

例えば、下部電極４１ａの電位を０Ｖとし、上部電極４４ａを４Ｖとし、下部電極４１ｂと上部電極４４ｂとの間には電圧を印加しないようにすることで、発光素子１の発光構造部２（図２参照）の左端には紙面に下向き（−Ｚ軸方向）の電界が生じて半導体層が伸張される。その結果、出射方向特定部３は左上がりに傾くため、発光素子１の出射方向は右方向に変調される。
また、下部電極極４１ｂの電位を０Ｖとし、上部電極４４ｂを４Ｖとし、下部電極４１ａと上部電極４４ａとの間に電圧を印加しないようにすることで、発光素子１の発光構造部２（図２参照）の右端には紙面に下向き（−Ｚ軸方向）の電界が生じて半導体層が伸張される。その結果、出射方向特定部３は右上がりに傾くため、発光素子１の出射方向は左方向に変調される。

【0150】

表示制御部７０は、画像信号を入力し、入力した画像信号を、列選択部６２に出力すると共に、この画像信号に同期した走査信号を行選択信号として行選択部６１に出力するものである。また、表示制御部７０は、画素クロックなどの同期信号を出射方向制御部６３にも出力し、発光制御部６０における２つの方向についての画像信号の表示の切り替えタイミングと、出射方向制御部６３における出射方向の切り替えタイミングとを同期させる。

【0151】

［ＩＰ立体ディスプレイの動作］
次に、引き続き図１６を参照して、本実施形態に係るＩＰ立体ディスプレイ１００の動作について説明する。
ＩＰ立体ディスプレイ１００は、表示制御部７０から、画像信号と共に画像信号の行に同期した走査信号を入力する。ＩＰ立体ディスプレイ１００は、行選択部６１によって、ｎ側電極２５を順次に選択して、表示制御部７０から入力した走査信号を行選択信号として出力する。これと並行して、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、列選択部６２によって、表示制御部７０から入力される１行の画像信号を、列に対応するデータ信号に分割し、分割したデータ信号を、それぞれ対応する列の配線用電極１２に出力する。また、このときＩＰ立体ディスプレイ１００は、列選択部６２によって、１つの列について、２つの方向に対応する画像信号を入力して、これら２つの方向に対応するデータ信号に変換し、時分割で配線用電極１２に出力する。
ＩＰ立体ディスプレイ１００の表示パネル１０において、行選択部６１によって選択された行に属する各発光素子１は、列選択部６２から入力されるデータ信号に応じて発光時間が制御される。
また、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、列選択部６２により２つの方向に対応するデータ信号の出力を切り替えるタイミングに同期させて、出射方向制御部６３によって、発光素子１の出射方向を左右の所定の方向から他方に切り替わるように下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加される電圧を切り替える。
これによって、各発光素子１は、２つの方向に対応する画像の画素を表示することができる。

【0152】

ＩＰ立体ディスプレイ１００は、表示制御部７０から次の行についての走査信号を入力すると、行選択部６１によって次の行を選択する行選択信号を、対応するｎ側電極２５に出力する。これと並行して、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、列選択部６２によって、表示制御部７０から入力される次の行の画像信号を、列に対応するデータ信号に分割し、分割したデータ信号を、それぞれ対応する列の配線用電極１２に出力する。また、このときＩＰ立体ディスプレイ１００は、列選択部６２によって、１つの列について、２つの方向に対応する画像信号を入力して２つに方向に対応するデータ信号に変換し、時分割で配線用電極１２に出力する。これによって、次の行に属する発光素子１の発光時間が制御される。
以下、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、順次に選択する行を変えて、選択した行に属する発光素子１の発光時間を制御する。これを繰り返すことによって、ＩＰ立体ディスプレイ１００は、表示制御部７０を介して入力される画像信号を、表示パネル１０から立体画像として投影することができる。

【0153】

なお、本実施形態では、第１実施形態に係る発光素子１を画素として用いたが、第２実施形態に係る発光素子１Ａ、第３実施形態に係る発光素子１Ｂ又はこれらを変形した発光素子を画素として用いることもできる。
また、変調する出射方向は横方向に限定されず、縦方向又は横方向及び縦方向とすることもできる。また、変調数も３以上とすることも可能である。
更にまた、発光素子１ごとに下部電極４１ａ，４１ｂと上部電極４４ａ，４４ｂとの間に印加する電圧を変えることで、発光素子１ごとに出射方向の変調度（傾斜角）が異なるようにしてもよい。また、印加電圧を一定として、下部絶縁層４２ａ，４２ｂ又は／及び上部絶縁層４３ａ，４３ｂの厚さを発光素子１ごとに変えて発光構造部２にかかる電界強度を変えることで、発光素子１ごとに変調度（傾斜角）が異なるようにしてもよい。

【0154】

［発光素子の利用可能性］
本発明の発光素子１，１Ａ，１Ｂは、光線の成形と方向制御を必要とするデバイス一般に応用することが可能である。例えば、プロジェクタ用光源、空間光インターコネクションに用いる接続器、拡散板を必要としない照明用光源などに好適である。

【符号の説明】

【0155】

１、１Ａ、１Ｂ 発光素子
２、２Ａ 発光構造部
３、３Ｂ 出射方向特定部
３ａ、３Ｂａ 構造物
１０ 表示パネル
１１ 基板
１２ 配線用電極
１３ａ、１３ｂ 配線用電極
１４ａ、１４ｂ ワイヤ
１５ ワイヤ
２１ ｐ型半導体層（第１半導体層、第２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、第１半導体層）
２４ ｐ側電極（第１電極、第２電極）
２５、２５Ａ、２５Ｃ ｎ側電極（第２電極、第１電極）
３１、３２ 柱状部
３３ 柱状部
３１ａ、３２ａ、３３ａ 上面
３４ 構造部形成層
３０Ｂａ 上面
３１Ｂ、３２Ｂ 孔（柱状凹部）
３３Ｂ 孔（柱状凹部）
３１Ｂａ、３２Ｂａ、３３Ｂａ 底面
４０ 基板
４０ａ 基体
４０ｂ 接合層
４１ａ、４１ｂ 下部電極（電極）
４２ 絶縁層
４２ａ、４２ｂ 下部絶縁層（絶縁層）
４３ 絶縁層
４３ａ、４３ｂ、４３Ａａ、４３Ａｂ 上部絶縁層（絶縁層）
４４ａ、４４ｂ、４４Ａａ、４４Ａｂ 上部電極（電極）
５０ 基板
５１ 剥離層
５２、５４、５６、５８ マスク
５３、５５、５７、５９ 導電層
６０ 発光制御部
６１ 行選択部
６２ 列選択部
６３ 出射方向制御部
６４ 下部電極制御部
６５ 上部電極制御部
７０ 表示制御部
１００ ＩＰ立体ディスプレイ（立体画像表示装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】