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Description
先ず、単結晶薄膜半導体層102を母材基板101上に犠牲層103を挟んで、単結晶薄膜半導体発光素子111の仕様に基づき、例えば有機金属化学気相成長結晶成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等により形成した後、少なくとも犠牲層103が露出するように、単結晶薄膜半導体層102を単結晶薄膜半導体発光素子111の仕様に基づき、島状に分離エッチングする(図1(a))。この分離エッチング方法は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。又、このとき、犠牲層103のエッチングレートは、単結晶薄膜半導体層102及び母材基板101のエッチングレートよりも大きいことが必要である。
ここで、単結晶薄膜半導体発光素子111の厚さ範囲は、0.3μm乃至10μmの範囲が好適である。この厚さの下限値である0.3μmは、単結晶薄膜半導体層102によって発光素子を構成する場合、高発光効率の発光素子を作製するために必要とされる厚さである。又、厚さの上限値である10μmは、透明基板110と接合した単結晶薄膜半導体発光素子111上の電極と透明基板110上の配線電極とを接続するための接続配線をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する場合に断線・欠陥・欠損することなく良好に形成するために安全係数も考慮した厚さである。
ここで、透明基板110は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板、石英基板、サファイヤ基板やZnO基板等の酸化物基板、あるいは、GaN基板、AlNやSiNなどの窒化物基板を使用することができる。そして、透明基板110上に配設された単結晶薄膜半導体発光素子111からの発光波長に対して、高い透過率を有することが必要である。具体的には、透過率の基準は用途によって定めることができるが、発光波長に対して50%以上の透過率を有する透明基板とすることが好適である。
透明基板110と単結晶薄膜半導体発光素子111との接合構造については、前記製造工程の概略で説明したように、接着剤を使用せずに分子間力によって直接接合した形態を好適とするが、直接接合のための透明な誘電体層を透明基板110上に設け、その表面に直接接合した構成であってもよい。更に、接着のための透明材料層を設けて接着した構成であってもよい。
次に、本発明の表示装置の実施形態について、透明基板の片面に配設された単結晶薄膜半導体発光素子の構造及び発光形態について、図2及び図3を参照して説明する。
本発明の第1の実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子の構造及び発光形態は、図2(a)に示すように、透明基板110の片面に単結晶薄膜半導体発光素子111を直接接合して、この単結晶薄膜半導体発光素子111の表裏両面から光を出射させるものである。この形態における単結晶薄膜半導体発光素子111の構造の要件は、発光層(活性層)113の両側の2層の非発光層112、114において発光層(活性層)113から出射される光の吸収ができるだけ小さくなるように、非発光層112、114のエネルギバンドギャップ値を発光層(活性層)113のエネルギバンドギャップ値より大きくすることが要件となる。この要件を満たすことによって、発光層(活性層)113からの出射光115、116を単結晶薄膜半導体発光素子111の両面側から出射させることができる。その結果、透明基板110の片面に配設された単結晶薄膜半導体発光素子111の表裏両面から出射される光を透明基板の表裏両面で表示させる表示装置10を具現することができる。尚、この実施形態における単結晶薄膜半導体発光素子の厚さ範囲は、2μm乃至3μmであることが更に好適である。
次に、本発明の第2の実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子の構造及び発光形態は、図2(b)に示すように、前記第1の実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子111の表面に、非光透過層120と、他の発光層(活性層)123を有する他の単結晶薄膜半導体層からなる他の単結晶薄膜半導体発光素子121とを積層した構成である。この単結晶薄膜半導体発光素子121を構成する発光層(活性層)123と2層の非発光層122、124とのエネルギバンドギャップ値の要件は、単結晶薄膜半導体発光素子111の場合と同様に、非発光層122、124のエネルギバンドギャップ値を発光層(活性層)123のエネルギバンドギャップ値より大きくすることが要件となる。尚、この実施形態における2つの単結晶薄膜半導体発光素子111、121と非光透過層120との合計厚さの範囲は、4μm乃至7μmであることが更に好適である。そして、この実施形態においては、非透過層120は、各々の発光層(活性層)113、123から出射される光を吸収又は反射することが要件である。この要件を満たすことによって、発光層(活性層)113、123からの出射光116、117、126及び127は、非透過層120の両側に、すなわち、それぞれの単結晶薄膜半導体発光素子111、121側に出射することができる。その結果、透明基板110の表裏両面側で独立した光を表示させる表示装置20を具現することができる。
そして、本発明の第3の実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子の構造及び発光形態は、図3に示すように、透明基板110の片面に、2つの単結晶薄膜半導体発光素子111、131を互いに隣接配設し、一方の単結晶薄膜半導体発光素子111は表面に第1の非光透過層130を備え、他方の単結晶薄膜半導体発光素子131と透明基板110との間に第2の非光透過層140を備えた構成である。この形態における要件は、2つの単結晶薄膜半導体発光素子111、131の各活性層(活性層)113、133と各非発光層112、114、132、134とのエネルギバンドギャップ値の関係は、前記第1の実施形態及び第2の実施形態と同様である。尚、この実施形態における単結晶薄膜半導体発光素子の厚さ範囲は、2μm乃至3μmであることが更に好適である。又、第1の非光透過層130及び第2の非光透過層140は、各々の発光層(活性層)113、133から出射される光を吸収又は反射することが要件である。この要件を満たすことによって、発光層(活性層)113、133からの出射光116、117、及び出射光136、137は、それぞれ、第1の非光透過層130及び第2の非光透過層132の反対側に出射される。その結果、透明基板110の表裏両面側で独立した光を表示させる表示装置30を具現することができる。
前記各実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子の構造及び発光形態の特徴を基に、表示装置の実施形態についての構成・動作・効果を説明する。
本発明の第1の実施形態は、単結晶薄膜半導体層から構成される単結晶薄膜半導体発光素子111を透明基板110の片面に接合して2次元状に配列した構成とし、これら2次元状の単結晶薄膜半導体発光素子アレイに一定の時間周期で、画素となる単結晶薄膜半導体発光素子の点灯制御データの転送方向を逆転させることにより、一定周期で透明基板表裏両面側に同等の表示を行う表示装置10を具現することである。
キャンする方向を反転し、スキャン方向BでスキャンすることでONにすると、透明基板110の裏面から見て所望の画像が表示される。これを一定時間周期で繰り返すことにより、基板の表側と裏側とで同一の画像を一定周期で表示させることができる。
次に、この発明の第1の実施形態の表示装置10を具現化するための具体的な実施例及び変形例を図6乃至図8を参照して説明する。
第1の実施形態においては、表示装置10を構成する複数の単結晶薄膜半導体発光素子は同一材料である必要はない。すなわち、図7に示したように異なる材料の単結晶薄膜半導体発光素子111を配列した構成であってもよい。変形例1として、表示装置10−2には、異なる発光波長の単結晶薄膜半導体発光素子111a、111b、111cを、例えば、3色の発光要素であるR、G、Bの発光特性の単結晶薄膜半導体発光素子として構成することによりカラー表示の可能な表示装置10を具現することができる。構成としては、単結晶薄膜半導体発光素子111a、111b、111c、前記透明基板110、y方向配線153、x方向配線154、駆動制御回路170である。
又、以上の実施例及び変形例は2端子発光素子について説明したが、第1の各実施形態の単結晶薄膜半導体発光素子は、例えば、図8に示すような3端子構造の発光素子であってもよい。変形例2として、3端子構造の単結晶薄膜半導体発光素子111−4はAlGaAs系単結晶薄膜半導体発光素子である。具体的な構造としては、図示しない透明基板110側から、n−GaAs層191、n−AltGa1-tAs層192、n−GaAs層(カソードコンタクト層)193、n−AlxGa1-xAs層194、n−AlyGa1-yAs層(活性層)195、p−AlzGa1-zAs層196、n−AlrGa1-rAs層(ゲートコンタクト層)197、p−AlsGa1-sAs層198、p−GaAs層(アノードコンタクト層)199、アノード電極201、ゲート電極202、カソード電極203である。
次に、本発明の第2の実施形態の実施例について、その構成とその動作説明を図9乃至図13を参照して説明する。この第2の実施形態の表示装置20は、単結晶薄膜半導体発光素子111(図2(b))の表面に、非光透過層と、他の発光層(活性層)を有する他の単結晶薄膜半導体層からなる他の単結晶薄膜半導体発光素子121とを積層した構造である。そして、この非光透過層は、2つの発光層(活性層)から各々出射される光を吸収又は反射する層である。又、更に、この発明の表示装置20は、非光透過層の両側に設けられた2つの単結晶薄膜半導体発光素子111、121を独立に点灯制御する駆動制御回路180を設けたことを特徴としている。その結果、透明基板の表裏両面側で独立した画像の表示を具現するものである。
次に、本発明の第3の実施形態の実施例及び変形例について、その構成とその動作説明を図14乃至図17を参照して説明する。この第3の実施形態の表示装置30−1は、透明基板110の片面に、2つの単結晶薄膜半導体発光素子520、530を互いに隣接配設し、一方の単結晶薄膜半導体発光素子は表面に第1の非光透過層553を備え、他方の単結晶薄膜半導体発光素子と透明基板との間に第2の非光透過層560を備えた構造である。そして、第1の非光透過層553及び第2の非光透過層560は、隣接配設した2つの単結晶薄膜半導体発光素子520、530から各々出射される光を吸収又は反射する層である。そして、互いに隣接配設した2つの単結晶薄膜半導体発光素子520、530は、1次元状又は2次元状に配設されている。更に、この実施形態の表示装置30−1は、透明基板110上に隣接配設した2つの単結晶薄膜半導体発光素子520、530を独立に点灯制御する駆動制御回路190を設けたことを特徴とする。その結果、透明基板110の表裏両面側に独立した画像を表示させると共に、透明基板110の表裏両面側において表示画素のサイズ及び配列ピッチを変えた画像の表示を具現するものである。
又、前記実施例8の変形例として、図16に示すように、透明基板110と隣接する2つの単結晶薄膜半導体発光素子との間に誘電体層561を設けても、第3の実施形態は表示装置30−2として具現される。この変形例3では、隣接する2つの単結晶薄膜半導体発光素子の構造及びその他の電極等は、実施例8と同様であり、異なる点は、誘電体層561が設けられていることである。この誘電体層561は2つの単結晶薄膜半導体発光素子520,530の発光層からの光に対して透明、すなわち、光透過する有機材料層や、酸化物層及び窒化物層等の無機材料層を用いることができる。
10−1 表示装置(第1の実施形態の実施例)
10−2 表示装置(第1の実施形態の変形例)
20 表示装置(第2の実施形態)
20−1 表示装置(第2の実施形態の実施例)
20−2 表示装置(第2の実施形態の実施例)
30 表示装置(第3の実施形態)
30−1 表示装置(第3の実施形態の実施例)
30−2 表示装置(第3の実施形態の変形例)
30−3 表示装置(第3の実施形態の実施例)
101 母材基板
102 単結晶薄膜半導体層
103 犠牲層
110 透明基板
111、121、131 単結晶薄膜半導体発光素子
111a、111b、111c 異なる発光波長の単結晶薄膜半導体発光素子
111−1 AlGaAs系単結晶薄膜半導体発光素子
111−2 AlGaInP系単結晶薄膜半導体発光素子
111−3 GaN系単結晶薄膜半導体発光素子
111−4 3端子構造の単結晶薄膜半導体発光素子
112、114、122、124、132、134 非発光層
113、123、133 発光層(活性層)
115、116、117、126、127、136、137 出射光
120 非光透過層
130 第1の非透過層
140 第2の非透過層
141 発光領域
142 電極領域
143、144 接続配線
150 配線
151、153 y方向配線
152、154 x方向配線
160、170、180、190 駆動制御回路
A、B スキャン方向
165 AlyGa1-yAs層(活性層)
175 (AlyGa1-y)s2In1-s2P層(活性層)
183 InxGa1-xN層/GaN層の積層層(活性層)
195 n−AlyGa1-yAs層(活性層)
201 アノード電極
202 ゲート電極
203 カソード電極
220 単結晶薄膜半導体発光素子(上部)
223 n−Aly1Ga1-y1As層(活性層)
230 単結晶薄膜半導体発光素子(下部)
232 n−Aly2Ga1-y2As層(活性層)
234 n型導通層
240 p−GaAs層(吸収層)
251 絶縁膜
252 共通電極
253 上部n側電極
254 下部n側電極
255 下部n側制御配線
256 上部n側制御配線
257 共通配線
320 単結晶薄膜半導体発光素子(上部)
322 n−(Alx2Ga1-x2)y1In1-y1P層(活性層)
330 単結晶薄膜半導体発光素子(下部)
335 n−(Alz2Ga1-z2)y1In1-y1P層(活性層)
340 単結晶薄膜半導体発光素子(上部)
342 ノンドープInx1Ga1-x1N/ノンドープGaNの積層層(活性層)
343 n−Aly1Ga1-y1N層
350 単結晶薄膜半導体発光素子(下部)
353 ノンドープInx2Ga1-x2N/ノンドープGaNの積層層(活性層)
360 Inx3Ga1-x3N層(吸収層)
420 単結晶薄膜半導体発光素子(上部)
423 n−Aly1Ga1-y1As層(活性層)
430 単結晶薄膜半導体発光素子(下部)
433 n−Aly2Ga1-y2As層(活性層)
435 n−GaAs/n−AltGa1-tAs/n−GaAs層(n型導通層)
451 絶縁膜
452 上部n側電極
453 p側電極
454 金属層(反射層、共通電極)
455 下部n側電極
461 誘電体層
520 単結晶薄膜半導体発光素子(左部)
523 Aly2Ga1-y2As層(活性層)
525 GaAs層
530 単結晶薄膜半導体発光素子(右部)
533 Aly1Ga1-y1As層(活性層)
552 電極
553 金属層(反射層)
554 共通電極
560 金属層(反射層)
561 誘電体層
571 制御配線
572 制御配線
573 共通配線
620 単結晶薄膜半導体発光素子(左部)
623 Aly2Ga1-y2As層(活性層)
625 GaAs層(吸収層)
630 単結晶薄膜半導体発光素子(右部)
631 GaAs層(吸収層)
633 Aly1Ga1-y1As層(活性層)
Claims (5)
- 透明基板の片面に分子間力により直接接合された複数の単結晶薄膜半導体発光素子と前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子の各々に順次点灯制御信号をスキャンさせて駆動する駆動制御回路とを設けた表示装置であって、
前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、母材基板から剥離された単結晶薄膜半導体層から構成され、
前記単結晶薄膜半導体発光素子は、発光層とこの発光層を挟んだ2層の非発光層とを備え、
前記駆動制御回路と前記単結晶薄膜半導体発光素子とは、前記透明基板との接合面と反対側に位置する前記非発光層側で接続され、
前記透明基板の片面に、2つの前記単結晶薄膜半導体発光素子を互いに隣接配設し、一方の分子間力により直接接合された前記単結晶薄膜半導体発光素子は、前記透明基板の反対側表面に第1の非光透過層を備え、他方の前記単結晶薄膜半導体発光素子は、前記透明基板との間に第2の非光透過層を備えている
ことを特徴とする表示装置。 - 前記2層の非発光層のエネルギバンドギャップは、前記発光層のエネルギバンドギャップより大きい値を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1の非光透過層及び第2の非光透過層は、2つの前記単結晶薄膜半導体発光素子から各々出射される光を吸収又は反射する層であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表示装置。
- 前記互いに隣接配設された2つの前記単結晶薄膜半導体発光素子は、1次元状又は2次元状に複数組配設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の表示装置。
- 前記透明基板上に隣接配設された前記2つの前記単結晶薄膜半導体発光素子を独立に点灯制御する駆動制御回路を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載の表示装置。
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