JP6393078B2 - Light emitting element - Google Patents

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Description

本発明は、立体映像等の表示装置に用いることができる発光素子に関するものである。   The present invention relates to a light-emitting element that can be used in a display device for stereoscopic images and the like.

現在の立体表示技術は、2眼式、多眼式、体積表示型、空間像再生型に大別することができる。ここで、空間像再生型は、両眼視差、輻輳、ピント調節および運動視差の4つの視覚機能を全て満たすことを目指して開発が進められているのが現状である。この空間像再生型は、被写体からの光そのものを再現する方式であって、立体観測用の特殊なメガネをかける必要がない。この方式の立体ディスプレイは、前記した4つの視覚機能を全て使える可能性があるため、眼に疲労を与えず人にやさしい立体映像表示装置となりうる。   Current stereoscopic display technology can be broadly classified into two-lens type, multi-view type, volume display type, and aerial image reproduction type. Here, the aerial image reproduction type is currently being developed with the aim of satisfying all four visual functions of binocular parallax, convergence, focus adjustment, and motion parallax. This aerial image reproduction type is a method that reproduces the light from the subject itself, and does not require special glasses for stereoscopic observation. Since this type of stereoscopic display may be able to use all of the above four visual functions, it can be a human-friendly stereoscopic video display device that does not cause eye fatigue.

この空間像再生型の立体表示技術における代表的な方式としては、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、あるいは、インテグラル・フォトグラフィー(以下IPと称す)等がある(例えば非特許文献1参照)。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。その中でも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2参照)。  Typical methods in this spatial image reproduction type stereoscopic display technology include holography, parallax stereogram, lenticular sheet, integral photography (hereinafter referred to as IP), and the like (for example, see Non-Patent Document 1). . 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. Among them, 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 2). ).

IPの表示システムは、光線を再生する多数の微小なレンズ(要素レンズ)を配列したレンズアレイと、各レンズに対応した画像(要素画像)を多数並べて表示するディスプレイとによって構成される。観察者は、1つの要素レンズに対応する1つの要素画像から、観察者の位置に応じた部分的な情報を得て、これらの要素画像を要素レンズの数だけ並べた立体像を観察する。すなわち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となる。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3参照)。   The IP display system includes a lens array in which a large number of minute lenses (element lenses) that reproduce light rays are arranged, and a display that displays a large number of images (element images) corresponding to each lens. The observer obtains partial information corresponding to the position of the observer from one element image corresponding to one element lens, and observes a stereoscopic image in which these element images are arranged by the number of element lenses. That is, 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 (see, for example, Non-Patent Document 3).

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

このような問題を解決するために、特許文献1では、素子表面の柱状構造物により素子単体で光線の成形と偏向制御を可能とする発光素子が提案されている。特許文献1で提案された発光素子は、発光部が柱状構造部の直下を含む領域に形成され、当該発光部の横断面の面積が全ての柱状構造物を含む外接円の面積以下であり、かつ全ての柱状構造物の横断面の面積の総和以上となるように構成されている。このような構成を備えることで、発光部で発光した光の大部分を各柱状構造物に入射させることができるとともに、当該光が各柱状構造物の出射面以外の、素子表面(特にバッファ層の上面)から漏れ出るのを抑制することができる。   In order to solve such a problem, Patent Document 1 proposes a light-emitting element that enables light beam shaping and deflection control by a single element using a columnar structure on the element surface. In the light emitting element proposed in Patent Document 1, the light emitting part is formed in a region including directly under the columnar structure part, and the area of the cross section of the light emitting part is equal to or less than the area of the circumscribed circle including all the columnar structures, And it is comprised so that it may become more than the sum total of the area of the cross section of all the columnar structures. By providing such a configuration, most of the light emitted from the light emitting unit can be incident on each columnar structure, and the element surface (especially the buffer layer) other than the emission surface of each columnar structure. Leakage from the upper surface) can be suppressed.

また、非特許文献4では、特許文献1と同様に素子表面の柱状構造物により素子単体で光線の成形と偏向制御を可能とする発光素子であって、円環状に配置された柱状構造物に合わせて、発光部を円環状に形成した発光素子が提案されている。このような構成を備えることで、発光部で発光した光の大部分を各柱状構造物に入射させることができる。   Further, in Non-Patent Document 4, as in Patent Document 1, a light-emitting element that enables light beam shaping and deflection control by a single element by a columnar structure on the surface of the element, and a columnar structure arranged in an annular shape. In addition, a light emitting element in which the light emitting portion is formed in an annular shape has been proposed. By providing such a configuration, most of the light emitted from the light emitting unit can be incident on each columnar structure.

特開2013−175536号公報JP 2013-175536 A

滝保夫ほか、「画像工学」、コロナ社、1972年、pp.277-326Yasuo Taki et al., "Image Engineering", Corona, 1972, pp.277-326 「電気情報通信学会誌」、2010年5月、Vol.93、No.5、pp.372-381“The Journal of the Institute of Electrical, Information and Communication Engineers”, May 2010, Vol.93, No.5, pp.372-381 財団法人機械システム振興協会・財団法人光産業技術振興協会、「自然な立体視を可能とする空間像の形成に関する調査研究報告書−要旨−」、システム技術開発調査研究 19-R-5、pp.14-16、2008年3月Japan Association for Mechanical Systems Promotion and Japan Optical Industry Technology Promotion Association, “Survey Report on Formation of Spatial Image that Enables Natural Stereoscopic Viewing—Abstract”, System Technology Development Survey 19-R-5, pp .14-16, March 2008 2nd International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology (PHOTOPICS 2014), 25, pp.163-169, 2014年1月8日2nd International Conference on Photonics, Optics and Laser Technology (PHOTOPICS 2014), 25, pp.163-169, January 8, 2014

しかしながら、特許文献1および非特許文献4で提案された発光素子は、横断面が全ての柱状構造物を含む外接円を含むように発光部を円形状あるいは円環状に形成しなければならず、半導体からなる発光部をこのような形状に制御することは容易ではない。   However, the light-emitting elements proposed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 4 have to form a light emitting part in a circular shape or an annular shape so that the cross section includes a circumscribed circle including all columnar structures, It is not easy to control the light emitting part made of a semiconductor in such a shape.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、発光部の形状の制御を行うことなく、それと同等の光線偏向特性を容易に得ることができる発光素子を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of this point, and makes it a subject to provide the light emitting element which can obtain the light beam deflection characteristic equivalent to it easily, without controlling the shape of a light emission part.

前記課題を解決するために本発明に係る発光素子は、発光層と、前記発光層の上側に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上側における中央の一部領域に形成された誘電体からなる台座部と、前記台座部の上側に少なくとも2本以上形成されるとともに、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記発光層で発生した光を柱頭から放射する柱状部と、平面視で全ての前記柱状部を囲む外接円の外側に形成された遮光膜と、を備え、前記台座部は、平面視で前記外接円の範囲に形成され、前記遮光膜は、前記台座部の側面および前記外接円の外側の領域表面を覆うように形成され、前記バッファ層は、誘電体からなる構成とした。 Light-emitting device according to the present invention in order to solve the above problems, the light-emitting layer and the buffer layer formed on the upper side of the light-emitting layer, upper side definitive central formed on a portion dielectric of the buffer layer And at least two pedestals formed above the pedestal, and the height of at least one column is different from the height of the other columns, and the light generated in the light emitting layer is emitted from the stigma. A columnar part and a light shielding film formed on the outside of a circumscribed circle surrounding all the columnar parts in plan view, and the pedestal part is formed in a range of the circumscribed circle in plan view, and the light shielding film is is formed so as to cover the outside of the area surface of the side surface and the circumscribed circle of the pedestal portion, the buffer layer has a structure ing a dielectric.

また、前記課題を解決するために本発明に係る発光素子は、発光層と、前記発光層の上側に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上側に形成された誘電体層と、前記誘電体層に形成された誘電体からなる台座部と、前記台座部の上側に少なくとも2本以上形成されるとともに、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記発光層で発生した光を柱頭から放射する柱状部と、平面視で全ての前記柱状部を囲む外接円の外側に形成された遮光膜と、を備え、前記誘電体層が、上面から厚み方向に形成された平面視で円形状の凹部を有するとともに、前記凹部の底面に前記台座部として凸部を有し、前記遮光膜が、前記台座部の側面、前記凹部の底面および内側面を覆う第1遮光膜と、前記誘電体層の前記凹部の外側の上面を覆う第2遮光膜と、からなる構成とした。   In order to solve the above problems, a light emitting device according to the present invention includes a light emitting layer, a buffer layer formed above the light emitting layer, a dielectric layer formed above the buffer layer, and the dielectric layer. A pedestal portion made of a dielectric formed on the body layer, and at least two pedestals formed above the pedestal portion, and the height of at least one column is different from the height of the other columns; A columnar portion that radiates the generated light from the stigma and a light shielding film formed outside a circumscribed circle that surrounds all the columnar portions in plan view, and the dielectric layer is formed in a thickness direction from the upper surface. A first light shielding member that has a circular concave portion in plan view, and has a convex portion as the pedestal portion on the bottom surface of the concave portion, and the light shielding film covers a side surface of the pedestal portion, a bottom surface and an inner side surface of the concave portion. Covering the film and the top surface of the dielectric layer outside the recess. A second light-shielding film, was composed of configuration.

本発明に係る発明によれば、柱状部が形成される領域以外の部分が遮光膜によって覆われているため、簡易な構成で出射面以外の素子表面(特にバッファ層)から漏れ出る迷光を抑制することができ、素子表面から漏れ出た光と、それぞれの柱状部から射出された光とによる余分な干渉を防止して光線偏向特性を向上させることができる。   According to the invention of the present invention, since the portion other than the region where the columnar portion is formed is covered with the light shielding film, the stray light leaking from the element surface (especially the buffer layer) other than the emission surface can be suppressed with a simple configuration. It is possible to improve the light deflection characteristics by preventing excessive interference between the light leaking from the element surface and the light emitted from the respective columnar portions.

本発明の第1実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)〜(e)は、本発明の第1実施形態に係る発光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る発光素子の構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(e)は、本発明の第2実施形態に係る発光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the light emitting element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係る発光素子の性能を説明するための説明図であって、(a)は、本発明の比較例に係る発光素子の構成を示す断面図、(b)は、本発明の比較例に係る発光素子のx−y平面のビームパターンを示す図、である。It is explanatory drawing for demonstrating the performance of the light emitting element which concerns on this invention, Comprising: (a) is sectional drawing which shows the structure of the light emitting element which concerns on the comparative example of this invention, (b) is a comparative example of this invention It is a figure which shows the beam pattern of xy plane of the light emitting element which concerns on. 本発明に係る発光素子の性能を説明するための説明図であって、(a)は、本発明の実施例に係る発光素子の構成を示す断面図、(b)は、本発明の実施例に係る発光素子のx−y平面のビームパターンを示す図、である。It is explanatory drawing for demonstrating the performance of the light emitting element which concerns on this invention, Comprising: (a) is sectional drawing which shows the structure of the light emitting element which concerns on the Example of this invention, (b) is an Example of this invention. It is a figure which shows the beam pattern of xy plane of the light emitting element which concerns on. 本発明に係る発光素子の性能を説明するための説明図であって、(a)は、本発明の比較例に係る発光素子の構成を示す斜視図、(b)は、本発明の比較例に係る発光素子のx−y平面のビームパターンを示す図、である。It is explanatory drawing for demonstrating the performance of the light emitting element which concerns on this invention, Comprising: (a) is a perspective view which shows the structure of the light emitting element which concerns on the comparative example of this invention, (b) is a comparative example of this invention It is a figure which shows the beam pattern of xy plane of the light emitting element which concerns on. 本発明に係る発光素子の性能を説明するための説明図であって、(a)は、本発明の実施例に係る発光素子の構成を示す断面図、(b)は、本発明の実施例に係る発光素子のx−y平面のビームパターンを示す図、である。It is explanatory drawing for demonstrating the performance of the light emitting element which concerns on this invention, Comprising: (a) is sectional drawing which shows the structure of the light emitting element which concerns on the Example of this invention, (b) is an Example of this invention. It is a figure which shows the beam pattern of xy plane of the light emitting element which concerns on.

以下、本発明の実施形態に係る発光素子について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材のサイズや位置関係等は、説明の便宜上誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。   Hereinafter, light-emitting elements according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the size, positional relationship, and the like of members shown in each drawing may be exaggerated for convenience of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members in principle, and the detailed description will be omitted as appropriate.

<第1実施形態>
[発光素子の構成]
本発明の第1実施形態に係る発光素子1の構成について、図1〜図3を参照しながら説明する。発光素子1は、指向性の高い光を発光する素子であって、特定の方向に光線を射出する光線指向型の素子である。この発光素子1としては、例えばLED素子のように平坦な表面を有する固体発光素子等が挙げられる。
<First Embodiment>
[Configuration of light emitting element]
The configuration of the light-emitting element 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The light-emitting element 1 is an element that emits light with high directivity, and is a light-directional element that emits light in a specific direction. Examples of the light emitting element 1 include a solid light emitting element having a flat surface such as an LED element.

発光素子1は、図1に示すように、半導体層10と、発光層20と、バッファ層30と、遮光膜60と、が積層された構造を有している。また、発光素子1は、図1に示すように、遮光膜60の中央に開口部oが形成され、その開口部o内に台座部41が配置されている。そして、その台座部41の上側に複数の柱状部51,52,53が形成されている。   As shown in FIG. 1, the light emitting element 1 has a structure in which a semiconductor layer 10, a light emitting layer 20, a buffer layer 30, and a light shielding film 60 are stacked. Further, as shown in FIG. 1, the light emitting element 1 has an opening o at the center of the light shielding film 60, and a pedestal 41 is disposed in the opening o. A plurality of columnar parts 51, 52, 53 are formed above the pedestal part 41.

なお、図1では図示を省略しているが、発光層20を発光させるための電極は、例えば一般的なLED素子と同様に、半導体層10とバッファ層30との間に段差を設け、当該段差から引き出された部分にオーミックコンタクトを形成することで設けることができる。また、電極の材料としては一般的な金属電極を使用することができる。   Although not shown in FIG. 1, the electrode for causing the light emitting layer 20 to emit light is provided with a step between the semiconductor layer 10 and the buffer layer 30, for example, similarly to a general LED element, It can be provided by forming an ohmic contact in a portion drawn from the step. Moreover, a general metal electrode can be used as an electrode material.

半導体層10は、発光層20に対して電子を注入するn型半導体層である。この半導体層10は、図示しない基板側から順に、例えばn型GaN層と、n型GaN/InGaN障壁層とが積層された構造とすることができる。   The semiconductor layer 10 is an n-type semiconductor layer that injects electrons into the light emitting layer 20. The semiconductor layer 10 may have a structure in which, for example, an n-type GaN layer and an n-type GaN / InGaN barrier layer are stacked in this order from the substrate side (not shown).

発光層20は、半導体層10とバッファ層30とから注入される電子および正孔の再結合によって生成されるエネルギーを光として放出するものである。この発光層20は、半導体層10とバッファ層30との接合部にIn等の不純物が添加されることで形成され、発光素子1が青色発光素子の場合、例えばInGaNの量子井戸層として形成される。   The light emitting layer 20 emits energy generated by recombination of electrons and holes injected from the semiconductor layer 10 and the buffer layer 30 as light. The light emitting layer 20 is formed by adding an impurity such as In to the junction between the semiconductor layer 10 and the buffer layer 30. When the light emitting element 1 is a blue light emitting element, it is formed as, for example, an InGaN quantum well layer. The

発光層20は、図1および図2に示すように、半導体層10とバッファ層30との間に形成されている。また、発光層20は、半導体層10の上側の領域(バッファ層30の下側の領域)の全面に形成されている。すなわち、発光層20は、半導体層10およびバッファ層30と同じ面積で構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting layer 20 is formed between the semiconductor layer 10 and the buffer layer 30. The light emitting layer 20 is formed on the entire surface of the upper region of the semiconductor layer 10 (the lower region of the buffer layer 30). That is, the light emitting layer 20 has the same area as the semiconductor layer 10 and the buffer layer 30.

バッファ層30は、発光層20に対して正孔を注入するp型半導体層である。このバッファ層30は、発光層20側から順に、例えばp型GaN/InGaN障壁層と、p型GaN層とが積層された構造とすることができる。また、バッファ層30は、図1および図2に示すように、その表面が平坦に形成されている。   The buffer layer 30 is a p-type semiconductor layer that injects holes into the light emitting layer 20. The buffer layer 30 may have a structure in which, for example, a p-type GaN / InGaN barrier layer and a p-type GaN layer are stacked in order from the light emitting layer 20 side. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the buffer layer 30 has a flat surface.

台座部41は、柱状部51,52,53を配置するためのものである。台座部41は、光を透過する誘電体からなり、例えばSiOやAl等の薄膜が積層された構造とすることができる。なお、台座部41は、ナノインプリントによって形成する場合は、ポリマー材料を用いることができる。 The pedestal portion 41 is for arranging the columnar portions 51, 52, 53. The pedestal portion 41 is made of a dielectric material that transmits light, and can have a structure in which thin films such as SiO 2 and Al 2 O 3 are laminated. The pedestal 41 can be made of a polymer material when formed by nanoimprint.

台座部41は、図2に示すように、バッファ層30の上側における中央の一部領域に形成されている。台座部41は、具体的には図3に示すように、平面視で全ての柱状部51,52,53を囲む外接円c1の範囲に形成されている。すなわち、台座部41は、図3に示すように、外接円c1の形状に合わせて平面形状が円形状に形成され、全体として円盤状に形成されている。そして、台座部41の周囲には、当該台座部41の側面を全て覆うように遮光膜60が形成されている。言い換えれば、台座部41は、遮光膜60の中央に形成された開口部o内に形成されている。   As shown in FIG. 2, the pedestal portion 41 is formed in a central partial region on the upper side of the buffer layer 30. Specifically, as shown in FIG. 3, the pedestal portion 41 is formed in a range of a circumscribed circle c1 that surrounds all the columnar portions 51, 52, and 53 in a plan view. That is, as shown in FIG. 3, the pedestal portion 41 has a circular planar shape that matches the shape of the circumscribed circle c <b> 1, and is formed in a disc shape as a whole. A light shielding film 60 is formed around the pedestal portion 41 so as to cover all the side surfaces of the pedestal portion 41. In other words, the pedestal 41 is formed in the opening o formed at the center of the light shielding film 60.

ここで、台座部41は、前記した外接円c1と同じか、あるいは当該外接円c1よりも大きい所定範囲内の大きさとすることが好ましい。台座部41の直径は、図3に示すように、外接円c1の直径をDとした場合に、例えば、D〜1.05Dの範囲内であることが好ましい。すなわち、台座部41は、外接円c1と同じか、当該外接円c1よりも所定範囲大きい直径に形成されることが好ましい。このように、台座部41の直径を柱状部51,52,53が形成された領域の直径とほぼ同等の大きさに制限することで、出射面51a,52a,53a以外の素子表面から光が漏れ出ることを防止することができる。   Here, it is preferable that the pedestal portion 41 has the same size as the circumscribed circle c1 or a size within a predetermined range larger than the circumscribed circle c1. As shown in FIG. 3, the diameter of the pedestal 41 is preferably in the range of D to 1.05 D, for example, where D is the diameter of the circumscribed circle c1. That is, the pedestal portion 41 is preferably formed to have the same diameter as the circumscribed circle c1 or a diameter larger than the circumscribed circle c1 by a predetermined range. As described above, by limiting the diameter of the pedestal portion 41 to substantially the same size as the diameter of the region where the columnar portions 51, 52, 53 are formed, light is emitted from the element surface other than the emission surfaces 51a, 52a, 53a. Leakage can be prevented.

柱状部51,52,53は、光線を成形するとともに、当該光線の方向を制御するためのものである。この柱状部51,52,53は、図1に示すように、発光層20で発生した光を柱頭の出射面51a,52a,53aから放射することで光線を成形する。   The columnar portions 51, 52, and 53 are for shaping a light beam and controlling the direction of the light beam. As shown in FIG. 1, the columnar portions 51, 52, and 53 form light rays by emitting light generated in the light emitting layer 20 from the emission surfaces 51 a, 52 a, and 53 a of the column heads.

柱状部51,52,53は、具体的には発光層20で発生した光の導波路として機能する。ここで、例えばLED素子は、一般的に10μm〜50μm程度の可干渉長を持っているため、前記したような微小な空間において異なる経路長を経た光は、干渉効果による空間分布を形成する。従って、発光層20で発生し、柱状部51,52,53内部を伝搬した光は、図2に示すように、当該柱状部51,52,53の最上面である出射面(柱頭)51a,52a,53aから上方向に放射された後、光の干渉効果によって干渉し、素子表面の重心c(図3参照)から前記した素子表面と垂直な方向から傾いた方向に1本の光線が生成される。なお、ここでの素子表面とは、例えば図1に示す台座部41の上面のことを意味している。   Specifically, the columnar portions 51, 52, 53 function as a waveguide for light generated in the light emitting layer 20. Here, for example, since the LED element generally has a coherence length of about 10 μm to 50 μm, light having a different path length in the minute space as described above forms a spatial distribution due to the interference effect. Therefore, the light generated in the light emitting layer 20 and propagated through the columnar portions 51, 52, 53 is, as shown in FIG. 2, the emission surface (capillary) 51a, which is the uppermost surface of the columnar portions 51, 52, 53. After being emitted upward from 52a and 53a, interference occurs due to the light interference effect, and one light beam is generated from the center of gravity c (see FIG. 3) of the element surface in a direction inclined from the direction perpendicular to the element surface. Is done. In addition, the element surface here means the upper surface of the base part 41 shown, for example in FIG.

柱状部51,52,53は、図1に示すように断面が円形の円柱状に形成され、台座部41の上側に、一例として合計6本形成されている。また、柱状部51,52,53は、ここでは柱の高さが2本ずつ異なるように形成されており、柱状部53、柱状部52、柱状部51の順に高くなるように形成されている。また、図1に示すように、2本の柱状部51の高さ、2本の柱状部52の高さおよび2本の柱状部53の高さはそれぞれ等しくなるように構成されている。なお、これらの柱状部は、台座部41の上側に少なくとも2本以上形成されるとともに、少なくとも1本の柱の高さが異なる構成であれば、光線の成形とその方向制御が可能であるが、ここでは図1に示すように6本の構成を例に説明することとする。   As shown in FIG. 1, the columnar parts 51, 52, 53 are formed in a columnar shape having a circular cross section, and a total of six columnar parts 51 are formed on the upper side of the pedestal part 41 as an example. In addition, the columnar portions 51, 52, and 53 are formed so that the height of the columns is different by two here, and the columnar portions 53, the columnar portions 52, and the columnar portions 51 are formed in this order. . Further, as shown in FIG. 1, the height of the two columnar portions 51, the height of the two columnar portions 52, and the height of the two columnar portions 53 are configured to be equal to each other. In addition, at least two or more of these columnar portions are formed on the upper side of the pedestal portion 41, and if at least one column has a different height, it is possible to form a light beam and control its direction. Here, as shown in FIG. 1, six configurations will be described as an example.

柱状部51,52,53は、図3に示すように、台座部41上の重心cを中心とする円c2上において、均等な角度の方向に、互いに等しい間隔だけ離間して配置されている。すなわち、柱状部51,52,53は、円方向に沿ってかつ均等の距離を置いて配置されている。また、それぞれの柱状部51,52,53の間隔は、隣り合った柱状部からの光が干渉できる程度の長さに予め設定されている。すなわち、柱状部51,52,53の間隔は、発光素子1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、光源の発光スペクトルの半値幅と、中心波長とに依存するが、光源がLED素子の場合、例えば10μm〜数十μm程度の長さとなる。   As shown in FIG. 3, the columnar portions 51, 52, and 53 are arranged on the circle c <b> 2 centered on the center of gravity c on the pedestal portion 41 and spaced apart at equal intervals in the direction of an equal angle. . That is, the columnar parts 51, 52, 53 are arranged along the circular direction and at an equal distance. The intervals between the columnar portions 51, 52, 53 are set in advance to such a length that light from adjacent columnar portions can interfere with each other. That is, the interval between the columnar portions 51, 52, 53 is preferably equal to or less than the coherence length of the light emitting element 1. The coherence length of light depends on the half-value width of the emission spectrum of the light source and the center wavelength. However, when the light source is an LED element, the length is about 10 μm to several tens of μm, for example.

柱状部51,52,53は、自由空間における放射光の波長λ程度以上の径(例えば直径2φ)を有しており、図3に示すように、それぞれ同じ径で構成されている。また、柱状部51,52,53の高さの差は、柱状部51,52,53の内部における放射光の波長λの半分の長さ以下とすることが好ましい。これにより、柱状部51,52,53の高さの差を、少なくとも1つの柱の射出面の位置と他の柱の射出面の位置との違いが支配的な影響を与えるような長さの範囲となるように設定したため、素子表面と垂直な方向に対する放射光の成す角度を比較的大きくすることができる。 Columnar portions 51, 52, and 53 has a wavelength lambda 0 of about more than the diameter of the radiation in free space (e.g., diameter 2 [phi), as shown in FIG. 3 are each composed of the same diameter. Further, it is preferable that the difference in height between the columnar portions 51, 52, 53 is not more than half the length of the wavelength λ 1 of the emitted light inside the columnar portions 51, 52, 53. As a result, the height difference between the columnar portions 51, 52, and 53 is set so that the difference between the position of the exit surface of at least one column and the position of the exit surface of the other column has a dominant influence. Since the range is set, the angle formed by the emitted light with respect to the direction perpendicular to the element surface can be made relatively large.

柱状部51,52,53は、図2に示すように、台座部41の上面に形成されているが、当該台座部41と同じ材料で一体的に構成されていてもよい。この場合、柱状部51,52,53は、発光素子1の製造段階において、例えば柱状部51,52,53の高さまで形成された誘電体層を形成し、これを柱状部51,52,53の高さに応じて加工することで形成することができる。   As shown in FIG. 2, the columnar portions 51, 52, and 53 are formed on the upper surface of the pedestal portion 41, but may be integrally formed of the same material as the pedestal portion 41. In this case, the columnar portions 51, 52, 53 form a dielectric layer formed up to the height of the columnar portions 51, 52, 53, for example, in the manufacturing stage of the light emitting element 1, and the columnar portions 51, 52, 53 are formed. It can be formed by processing according to the height.

ここで、柱状部51,52,53から放射された光の干渉の原理と、光線の生成およびその方向制御の原理については、前記した特許文献1(特開2013−175536号公報)やその他の公知文献(例えば特開2014−27011号公報等)において既に詳しく説明されているため、ここでは説明を省略する。   Here, regarding the principle of interference of light emitted from the columnar parts 51, 52, and 53, and the principle of generation of light and its direction control, the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-175536) and other Since it has already been described in detail in a known document (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-27011), the description is omitted here.

遮光膜60は、発光層20で発生した光を遮光するものである。ここで、発光素子1の駆動時において、発光層20で発生した光は、バッファ層30内および柱状部51,52,53内を伝搬し、当該柱状部51,52,53の出射面51a,52a,53aから外部に放射される。その際、出射面51a,52a,53a以外の素子表面(特にバッファ層30)から光が漏れ出ると、当該漏れ出た光と出射面51a,52a,53aから放射された光とが余分に干渉して光線の生成および制御に悪影響を及ぼすことになる。そのため、発光素子1は、そのような光の漏出を防ぐために遮光膜60を備えている。   The light shielding film 60 shields light generated in the light emitting layer 20. Here, when the light emitting element 1 is driven, the light generated in the light emitting layer 20 propagates in the buffer layer 30 and the columnar portions 51, 52, 53, and the emission surfaces 51 a of the columnar portions 51, 52, 53 are generated. Radiated to the outside from 52a and 53a. At this time, if light leaks from the element surface (especially the buffer layer 30) other than the emission surfaces 51a, 52a and 53a, the leaked light and the light emitted from the emission surfaces 51a, 52a and 53a interfere with each other. This adversely affects the generation and control of light rays. Therefore, the light emitting element 1 includes a light shielding film 60 in order to prevent such light leakage.

遮光膜60は、図1に示すように、バッファ層30の上側に形成され、図3に示すように、平面視で全ての柱状部51,52,53を囲む外接円c1の外側に形成されている。遮光膜60は、具体的には図2および図3に示すように、外接円c1の範囲に形成された台座部41の側面を全て覆うとともに、外接円c1の外側の領域表面を覆うように形成されている。そのため、図3に示すように平面視すると、台座部41以外の領域が全て遮光膜60で覆われた状態となっている。言い換えれば、遮光膜60は、図1〜図3に示すように、中央に円形の開口部oが形成され、その開口部oを埋めるように台座部41が形成されている。なお、前記した「外接円c1の外側の領域表面」は、具体的には台座部41の外側の領域を意味している。   As shown in FIG. 1, the light shielding film 60 is formed on the upper side of the buffer layer 30, and as shown in FIG. 3, the light shielding film 60 is formed outside the circumscribed circle c1 surrounding all the columnar portions 51, 52, 53 in a plan view. ing. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the light shielding film 60 covers all the side surfaces of the pedestal portion 41 formed in the range of the circumscribed circle c <b> 1 and covers the surface of the region outside the circumscribed circle c <b> 1. Is formed. Therefore, when viewed in plan as shown in FIG. 3, the entire region other than the pedestal portion 41 is covered with the light shielding film 60. In other words, as shown in FIGS. 1 to 3, the light shielding film 60 has a circular opening o at the center, and a pedestal 41 is formed so as to fill the opening o. The above-mentioned “region surface outside the circumscribed circle c1” specifically means a region outside the pedestal portion 41.

ここで、遮光膜60は、柱状部51,52,53から放射される光の最大放射角度よりも低い位置に形成されていることが好ましい。これにより、出射面51a,52a,53aから放射された光が遮光膜60によって不要な干渉を受けることを防止することができる。なお、光線の広がりは、一般的に+10度〜−10度の範囲内にほぼ収まるため、遮光膜60は、柱状部51,52,53から放射される光の最大放射角度よりも低い位置に形成されていることがより好ましい。   Here, the light shielding film 60 is preferably formed at a position lower than the maximum radiation angle of the light emitted from the columnar parts 51, 52, 53. Thereby, it is possible to prevent the light emitted from the emission surfaces 51a, 52a and 53a from receiving unnecessary interference by the light shielding film 60. In addition, since the spread of light rays generally falls within the range of +10 degrees to −10 degrees, the light shielding film 60 is positioned at a position lower than the maximum radiation angle of light emitted from the columnar portions 51, 52, 53. More preferably, it is formed.

ここで、前記した光の最大放射角度とは、制御した光線の中心角度の最大値のことを意味している。また、光の最大放射角度の範囲を例えば柱状部51,52,53との関係で特定する場合、図2に示すように、正面視した場合の柱状部51,52,53の側面と、柱状部51,52,53の底部から伸びる直線とのなす角度θが15度の範囲であって、柱状部51,52,53の上面(すなわち出射面51a,52a,53a)の中央から伸びる垂線と、当該柱状部51,52,53の上面の中央から伸びる直線とのなす角度θが60度の範囲を、光の最大放射角度の範囲とすることができる。 Here, the above-mentioned maximum light emission angle means the maximum value of the central angle of the controlled light beam. Further, when specifying the range of the maximum emission angle of light, for example, in relation to the columnar portions 51, 52, 53, as shown in FIG. 2, the side surfaces of the columnar portions 51, 52, 53 when viewed from the front, and the columnar shape The angle θ 1 formed with the straight line extending from the bottom of the portions 51, 52, 53 is in the range of 15 degrees, and the perpendicular extends from the center of the upper surface of the columnar portions 51, 52, 53 (ie, the emission surfaces 51a, 52a, 53a). The range of the angle θ 2 formed by the straight line extending from the center of the upper surface of each of the columnar portions 51, 52, and 53 can be set as the range of the maximum light emission angle.

また、遮光膜60は、光線の中心周波数に対する消失係数を考慮して、透過した光が1%以下となる厚さで形成されていることが好ましい。このように、遮光膜60を所定の厚さで形成することで、出射面51a,52a,53a以外の素子表面から光が漏れ出ることを防止することができる。   The light shielding film 60 is preferably formed with a thickness that allows the transmitted light to be 1% or less in consideration of the extinction coefficient with respect to the center frequency of the light beam. Thus, by forming the light shielding film 60 with a predetermined thickness, it is possible to prevent light from leaking from the element surfaces other than the emission surfaces 51a, 52a, and 53a.

また、遮光膜60は、台座部41に対面する側の高さが、台座部41の表面以下の高さ、すなわち台座部41の表面の高さと同じであるか、またはそれよりも低いことが好ましい。これにより、遮光膜60の上面が柱状部51,52,53の底面と同じかそれよりも低い位置に形成されているため、出射面51a,52a,53aから放射された光が遮光膜60によって不要な干渉を受けることを防止することができる。   Further, the light shielding film 60 has a height on the side facing the pedestal portion 41 that is equal to or lower than the height of the surface of the pedestal portion 41, that is, the height of the surface of the pedestal portion 41. preferable. Thereby, since the upper surface of the light shielding film 60 is formed at a position equal to or lower than the bottom surfaces of the columnar portions 51, 52, 53, the light emitted from the emission surfaces 51 a, 52 a, 53 a is transmitted by the light shielding film 60. It is possible to prevent unnecessary interference.

なお、遮光膜60の材料は光を遮光できる材料であれば特に限定されず、一例としてAl,Au,Ni,W等の金属材料を挙げることができる。   The material of the light shielding film 60 is not particularly limited as long as it can shield light, and examples thereof include metal materials such as Al, Au, Ni, and W.

以上のような構成を備える発光素子1は、表面が平坦なバッファ層30の下側に設けられた発光層20で発光し、台座部41上に設けられたそれぞれの柱状部51,52,53から放射された光の干渉効果により光線を成形する。そして、発光素子1は、少なくとも1本の柱状部51,52,53の高さが他とは異なるため、少なくとも1本の柱状部51,52,53の内部を伝搬して出射面51a,52a,53aから放射された光と、他の柱状部51,52,53の内部を伝搬して出射面51a,52a,53aから放射された光の固体中(柱内部)での伝搬距離を異ならせることができる。これにより、異なる位相を有するそれぞれの放射光の干渉によって成形される光線の放射方向を、素子表面と垂直な方向から傾斜させることができる。   The light emitting element 1 having the above configuration emits light from the light emitting layer 20 provided on the lower side of the buffer layer 30 having a flat surface, and the columnar parts 51, 52, 53 provided on the pedestal part 41. The light beam is shaped by the interference effect of the light emitted from. In the light emitting element 1, since the height of at least one columnar portion 51, 52, 53 is different from the other, it propagates through the inside of at least one columnar portion 51, 52, 53, and exit surfaces 51a, 52a. , 53a, and the propagation distance in the solid (inside the column) of the light radiated from the exit surfaces 51a, 52a, 53a by propagating through the inside of the other columnar parts 51, 52, 53. be able to. Thereby, the radiation direction of the light beam formed by the interference of the respective radiation lights having different phases can be inclined from the direction perpendicular to the element surface.

また、発光素子1は、柱状部51,52,53が形成される領域以外の部分が遮光膜60によって覆われているため、簡易な構成で出射面51a,52a,53a以外の素子表面(特にバッファ層30)から漏れ出る迷光を抑制することができ、素子表面から漏れ出た光と、それぞれの柱状部51,52,53から射出された光とによる余分な干渉を防止することができるため、光線偏向特性を向上させることができる。   Further, since the light emitting element 1 is covered with the light shielding film 60 except for the region where the columnar parts 51, 52, 53 are formed, the element surface other than the emission surfaces 51a, 52a, 53a (especially, in particular) The stray light leaking from the buffer layer 30) can be suppressed, and extra interference caused by the light leaking from the element surface and the light emitted from the respective columnar portions 51, 52, 53 can be prevented. The light deflection characteristics can be improved.

[発光素子の設計の具体例]
発光素子1は、例えばGaNにInを添加したLED素子であるものとし、発光スペクトルの中心波長(λ)は830nmであるものとした。誘電体からなる台座部41にはSiOを用い、遮光膜60にはAuを用い、バッファ層30の厚さは約500nmとした。
[Specific examples of light emitting element design]
The light-emitting element 1 is, for example, an LED element obtained by adding In to GaN, and the center wavelength (λ 0 ) of the emission spectrum is 830 nm. SiO 2 was used for the pedestal portion 41 made of a dielectric, Au was used for the light shielding film 60, and the thickness of the buffer layer 30 was about 500 nm.

柱状部51,52,53の間隔は、放射光の自由空間における波長λの1.2倍に相当する1000nmとした。柱状部51,52,53の半径φは、放射光の自由空間における波長λの1/2に相当する400nmとした。柱状部51の高さは、柱状部51内での波長、すなわち放射光の誘電体(SiO)での波長λの約2波長分に相当する1050nmとした。また、柱状部52の高さは、自由空間における波長λの1/4に相当する200nmだけ柱状部51よりも低い850nmとした。そして、柱状部53の高さは、自由空間における波長λの1/2に相当する400nmだけ柱状部51よりも低い650nmとした。このように柱状部51,52,53の高さを変化させることで、光線方向が制御される。 The interval between the columnar portions 51, 52, 53 was set to 1000 nm corresponding to 1.2 times the wavelength λ 0 in the free space of the emitted light. The radius φ of the columnar parts 51, 52, 53 was set to 400 nm corresponding to 1/2 of the wavelength λ 0 in the free space of the emitted light. The height of the columnar portion 51, and a wavelength of in the columnar portion 51, i.e., a 1050nm which corresponds to about two wavelengths of the wavelength lambda 1 of a dielectric of the radiation (SiO 2). The height of the columnar part 52 was set to 850 nm which is lower than the columnar part 51 by 200 nm corresponding to ¼ of the wavelength λ 0 in free space. The height of the columnar portion 53 was set to 650 nm lower than that of the columnar portion 51 by 400 nm corresponding to 1/2 of the wavelength λ 0 in free space. By changing the height of the columnar parts 51, 52, 53 in this way, the light beam direction is controlled.

[発光素子の製造方法]
以下、本発明の第1実施形態に係る発光素子1の製造方法の一例について、図4を参照しながら説明する。
[Method for Manufacturing Light-Emitting Element]
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the light-emitting element 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

発光素子1を製造する方法としては、公知の種々の微細加工技術を用いることができる。発光素子1は、例えばLED素子のように平坦な放射面を有する発光素子を用意し、その表面を微細加工して製造することが可能である。発光素子1の製造方法の一例を挙げると、まず、図4(a)に示すように、GaAsやSi等の半導体からなる基板Sに、例えば分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、有機金属化学気相成長(MOCVD)法等の成膜方法によって半導体層10およびバッファ層30を積層し、その接合部にIn等の不純物を添加して発光層20を形成する。   As a method for manufacturing the light-emitting element 1, various known fine processing techniques can be used. The light emitting element 1 can be manufactured by preparing a light emitting element having a flat radiation surface such as an LED element and finely processing the surface thereof. As an example of the manufacturing method of the light emitting element 1, first, as shown in FIG. 4A, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method, an organic material is applied to a substrate S made of a semiconductor such as GaAs or Si. The semiconductor layer 10 and the buffer layer 30 are stacked by a film forming method such as a metal chemical vapor deposition (MOCVD) method, and an impurity such as In is added to the junction to form the light emitting layer 20.

次に、図4(b)に示すように、バッファ層30上に金属材料を蒸着法、スパッタリング法等により積層して遮光膜60を形成する。次に、図4(b)に示すように、遮光膜60上において台座部41を形成する領域以外の範囲をマスクし、当該マスクの上から反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等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行うことで、図4(c)に示すように開口部oを形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, a light shielding film 60 is formed by laminating a metal material on the buffer layer 30 by vapor deposition, sputtering, or the like. Next, as shown in FIG. 4B, a region other than the region where the pedestal 41 is formed on the light shielding film 60 is masked, and reactive ion etching (RIE) or the like is performed on the mask. By performing dry etching or wet etching using a chemical solution, an opening o is formed as shown in FIG.

次に、遮光膜60の領域をマスクし、図4(d)に示すように、気相成膜法(CVD法)等を用いて、前記した当該開口部o内にSiO等の誘電体からなる円柱状の誘電体層40Aを形成する。その際、誘電体層40Aは、柱状部51,52,53の最上部以上の厚みで成膜する。そして、マスクをその上の誘電体層40Aとともに除去する。次に、図4(e)に示すように、集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)法や、前記した各種エッチング法に基づいて誘電体層40Aを段階的にエッチングすることで、3段階の高さとなるように柱状部51,52,53を形成する。なお、このような工程を経ることで、図4(e)に示すように、台座部41も同時に形成されることになる。以上の工程を行うことで、図1に示すような発光素子1を製造することができる。 Next, the region of the light shielding film 60 is masked, and as shown in FIG. 4D, a dielectric such as SiO 2 is formed in the opening o using the vapor deposition method (CVD method) or the like. A cylindrical dielectric layer 40A is formed. At that time, the dielectric layer 40A is formed with a thickness equal to or greater than the uppermost portion of the columnar portions 51, 52, and 53. Then, the mask is removed together with the dielectric layer 40A thereon. Next, as shown in FIG. 4 (e), the dielectric layer 40A is etched stepwise based on a focused ion beam (FIB) method or the various etching methods described above, so that three steps are performed. Columnar portions 51, 52, and 53 are formed to have a height. In addition, by passing through such a process, as shown in FIG.4 (e), the base part 41 will also be formed simultaneously. By performing the above process, the light emitting element 1 as shown in FIG. 1 can be manufactured.

<第2実施形態>
[発光素子の構成]
本発明の第2実施形態に係る発光素子1Aの構成について、図5〜図7を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、前記した第1実施形態に係る発光素子1と重複する構成等については簡略化して説明するか、説明を省略する。
Second Embodiment
[Configuration of Light Emitting Element]
The configuration of the light emitting element 1A according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, a configuration that overlaps with the light emitting element 1 according to the first embodiment will be described in a simplified manner or will not be described.

発光素子1Aは、図5に示すように、半導体層10と、発光層20と、バッファ層30と、誘電体層40と、遮光膜60Aと、が積層された構造を有している。また、発光素子1Aは、図5に示すように、遮光膜60Aから誘電体層40にわたって凹部40aが形成され、その凹部40a内に台座部41Aが形成されている。そして、その台座部41Aの上側に複数の柱状部51,52,53が形成されている。   As shown in FIG. 5, the light emitting element 1A has a structure in which a semiconductor layer 10, a light emitting layer 20, a buffer layer 30, a dielectric layer 40, and a light shielding film 60A are stacked. In the light emitting element 1A, as shown in FIG. 5, a recess 40a is formed from the light shielding film 60A to the dielectric layer 40, and a pedestal 41A is formed in the recess 40a. A plurality of columnar portions 51, 52, 53 are formed on the upper side of the pedestal portion 41A.

誘電体層40は、光を透過する誘電体からなる層である。誘電体層40は、例えばSiOやAl等の薄膜が積層された構造とすることができる。なお、誘電体層40は、ナノインプリントによって形成する場合は、ポリマー材料を用いることができる。 The dielectric layer 40 is a layer made of a dielectric material that transmits light. The dielectric layer 40 may have a structure in which thin films such as SiO 2 and Al 2 O 3 are stacked. When the dielectric layer 40 is formed by nanoimprinting, a polymer material can be used.

誘電体層40は、図6に示すように、上面から厚み方向に形成された平面視で円形状の凹部40aを有している。そして、誘電体層40は、当該凹部40aの底面に台座部41Aとして凸部を有している。すなわち、誘電体層40は、その一部として台座部41Aを備えている。   As shown in FIG. 6, the dielectric layer 40 has a circular recess 40 a formed in a thickness direction from the upper surface in a plan view. And the dielectric material layer 40 has a convex part as the base part 41A in the bottom face of the said recessed part 40a. That is, the dielectric layer 40 includes a pedestal portion 41A as a part thereof.

遮光膜60Aは、前記した遮光膜60と同様に、発光層20で発生した光を遮光するものであるが、当該遮光膜60とは異なる構成を有している。すなわち、遮光膜60Aは、図6に示すように、台座部41Aの側面、凹部40aの底面および内側面、ならびに誘電体層40の凹部40aの外側の上面を覆うように形成されている。遮光膜60Aは、具体的には図6および図7に示すように、外接円c1の範囲を含んで形成された台座部41Aの側面を全て覆うとともに、外接円c1の外側の領域、すなわち台座部41Aを除く凹部40aの底面と、当該底面から直立して形成された凹部40aの内側面と、誘電体層40における凹部40a以外の領域と、を全て覆うように形成されている。そのため、図7に示すように平面視すると、台座部41A以外の領域が全て遮光膜60Aで覆われた状態となっている。   The light shielding film 60 </ b> A shields light generated in the light emitting layer 20 in the same manner as the light shielding film 60 described above, but has a configuration different from that of the light shielding film 60. That is, as shown in FIG. 6, the light shielding film 60 </ b> A is formed so as to cover the side surface of the pedestal 41 </ b> A, the bottom surface and the inner surface of the recess 40 a, and the upper surface of the dielectric layer 40 outside the recess 40 a. Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the light shielding film 60A covers the entire side surface of the pedestal portion 41A formed to include the range of the circumscribed circle c1, and also the region outside the circumscribed circle c1, that is, the pedestal. It is formed so as to cover the bottom surface of the recess 40a excluding the portion 41A, the inner surface of the recess 40a formed upright from the bottom surface, and the region other than the recess 40a in the dielectric layer 40. Therefore, when viewed in a plan view as shown in FIG. 7, the entire region other than the base portion 41A is covered with the light shielding film 60A.

ここで、遮光膜60Aは、凹部40a内の遮光膜と、その他の誘電体層40表面の遮光膜とが異なる金属膜で形成されている。すなわち、遮光膜60Aは、図6に示すように、凹部40a内に例えばタングステン(W)からなる第1遮光膜61が形成され、その他の誘電体層40表面に例えば金(Au)からなる第2遮光膜62が形成されている。第1遮光膜61は、台座部41Aの側面から当該台座部41Aを除く凹部40aの底面、および凹部40aの内側面を覆うように形成されている。また、凹部40aの内側面における第1遮光膜61は、すり鉢状に傾斜するように設けられている。第2遮光膜62は、誘電体層40における凹部40a以外の領域、すなわち凹部40aの外側の上面を覆うように形成されている。   Here, the light shielding film 60A is formed of a metal film in which the light shielding film in the recess 40a is different from the light shielding film on the surface of the other dielectric layer 40. That is, in the light shielding film 60A, as shown in FIG. 6, the first light shielding film 61 made of tungsten (W), for example, is formed in the recess 40a, and the surface of the other dielectric layer 40 is made of gold (Au), for example. Two light shielding films 62 are formed. The first light shielding film 61 is formed so as to cover the bottom surface of the concave portion 40a excluding the pedestal portion 41A from the side surface of the pedestal portion 41A and the inner side surface of the concave portion 40a. The first light shielding film 61 on the inner surface of the recess 40a is provided so as to be inclined in a mortar shape. The second light shielding film 62 is formed so as to cover a region other than the recess 40a in the dielectric layer 40, that is, the upper surface outside the recess 40a.

以上のような構成を備える発光素子1Aは、台座部41Aを除く領域、すなわち柱状部51,52,53が形成される領域以外の部分が遮光膜60Aによって覆われているため、簡易な構成で出射面51a,52a,53a以外の素子表面(特にバッファ層30)から漏れ出る迷光を抑制することができ、素子表面から漏れ出た光と、それぞれの柱状部51,52,53から射出された光とによる余分な干渉を防止することができるため、光線偏向特性を向上させることができる。   The light emitting element 1A having the above-described configuration has a simple configuration because the region other than the base portion 41A, that is, the portion other than the region where the columnar portions 51, 52, 53 are formed is covered with the light shielding film 60A. The stray light leaking from the element surface (especially the buffer layer 30) other than the emission surfaces 51a, 52a, 53a can be suppressed, and the light leaking from the element surface and the respective columnar portions 51, 52, 53 are emitted. Since extra interference with light can be prevented, light deflection characteristics can be improved.

ここで、第2遮光膜62は、柱状部51,52,53から放射される光の最大放射角度よりも低い位置に形成されていることが好ましい。これにより、出射面51a,52a,53aから放射された光が第2遮光膜62によって不要な干渉を受けることを防止することができる。つまり、台座部41Aの高さ、凹部40aの深さ、凹部40aの直径、第2遮光膜62の厚さの少なくとも1つを、適宜調整することで、柱状部51,52,53から放射される光を不要な干渉なしで送り出すことができる。なお、光線の広がりは、一般的に+10度〜−10度の範囲内にほぼ収まるため、第2遮光膜62は、柱状部51,52,53から放射される光の最大放射角度よりも低い位置に形成されていることがより好ましい。   Here, the second light shielding film 62 is preferably formed at a position lower than the maximum radiation angle of the light emitted from the columnar parts 51, 52, 53. Thereby, it is possible to prevent the light emitted from the emission surfaces 51a, 52a, and 53a from receiving unnecessary interference by the second light shielding film 62. In other words, by appropriately adjusting at least one of the height of the pedestal portion 41A, the depth of the recess 40a, the diameter of the recess 40a, and the thickness of the second light shielding film 62, the columnar portions 51, 52, and 53 are radiated. Light can be sent out without unnecessary interference. In addition, since the spread of light rays generally falls within a range of +10 degrees to −10 degrees, the second light shielding film 62 is lower than the maximum radiation angle of light emitted from the columnar portions 51, 52, 53. More preferably, it is formed at a position.

ここで、光の最大放射角度の範囲を例えば柱状部51,52,53との関係で特定する場合、図6に示すように、正面視した場合の柱状部51,52,53の側面と、柱状部51,52,53の底部から伸びる直線とのなす角度θが15度の範囲であって、柱状部51,52,53の上面(すなわち出射面51a,52a,53a)の中央から伸びる垂線と、当該柱状部51,52,53の上面の中央から伸びる直線とのなす角度θが60度の範囲を、光の最大放射角度の範囲とすることができる。 Here, when specifying the range of the maximum emission angle of light, for example, in relation to the columnar portions 51, 52, 53, as shown in FIG. 6, the side surfaces of the columnar portions 51, 52, 53 when viewed from the front, angle theta 1 between the straight line extending from the bottom of the columnar portion 51, 52, 53 in a range of 15 degrees, extending from the center of the upper surface of the columnar portion 51, 52 and 53 (i.e. the exit plane 51a, 52a, 53a) and the perpendicular, the angle θ range 2 to 60 degrees between the straight line extending from the center of the upper surface of the columnar portion 51, 52, 53, may be in the range of maximum emission angle of the light.

また、第1遮光膜61および第2遮光膜62は、光線の中心周波数に対する消失係数を考慮して、透過した光が1%以下となる厚さで形成されていることが好ましい。このように、第1遮光膜61、第2遮光膜62を所定の厚さで形成することで、出射面51a,52a,53a以外の素子表面から光が漏れ出ることを防止することができる。   The first light-shielding film 61 and the second light-shielding film 62 are preferably formed with a thickness that allows the transmitted light to be 1% or less in consideration of the extinction coefficient with respect to the center frequency of the light beam. In this manner, by forming the first light shielding film 61 and the second light shielding film 62 with a predetermined thickness, it is possible to prevent light from leaking from the element surfaces other than the emission surfaces 51a, 52a, and 53a.

さらに、第1遮光膜61は、台座部41Aに対面する側の高さが、台座部41Aの表面以下の高さであることが好ましい。そして、第1遮光膜61は、凹部40aの内側面を遮光し、かつ、出射面51a,52a,53aから放射された光が到達しない位置および高さに形成されている。これにより、第1遮光膜61は、出射面51a,52a,53aから放射された光が、凹部40aの内側面からの光によって不要な干渉を受けることを防止することができる。   Furthermore, it is preferable that the height of the first light-shielding film 61 on the side facing the pedestal portion 41A is equal to or lower than the surface of the pedestal portion 41A. The first light shielding film 61 is formed at a position and height that shields the inner surface of the recess 40a and does not reach the light emitted from the emission surfaces 51a, 52a, and 53a. Thereby, the 1st light shielding film 61 can prevent that the light radiated | emitted from the output surfaces 51a, 52a, 53a receives unnecessary interference by the light from the inner surface of the recessed part 40a.

[発光素子の製造方法]
以下、本発明の第2実施形態に係る発光素子1Aの製造方法について、図8を参照しながら説明する。
[Method for Manufacturing Light-Emitting Element]
Hereinafter, a manufacturing method of the light emitting device 1A according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

発光素子1Aの製造方法は、バッファ層30を形成する工程(図4(b)参照)までは前記した第1実施形態に係る発光素子1の製造方法と同様であり、その後、図8(a)に示すように、気相成膜法(CVD法)等を用いて、バッファ層30上にSiO等からなる誘電体層40を形成する。その際、誘電体層40は、柱状部51,52,53の最上部以上の厚みで成膜する。次に、図8(b)に示すように、誘電体層40上に金属材料を蒸着法、スパッタリング法等により積層して第2遮光膜62を形成する。 The manufacturing method of the light emitting element 1A is the same as the manufacturing method of the light emitting element 1 according to the first embodiment described above until the step of forming the buffer layer 30 (see FIG. 4B). ), A dielectric layer 40 made of SiO 2 or the like is formed on the buffer layer 30 by using a vapor deposition method (CVD method) or the like. At that time, the dielectric layer 40 is formed with a thickness greater than or equal to the uppermost portion of the columnar portions 51, 52, 53. Next, as shown in FIG. 8B, a second light shielding film 62 is formed by laminating a metal material on the dielectric layer 40 by vapor deposition, sputtering, or the like.

次に、集束イオンビーム法を利用して、具体的にはガリウム(Ga)の集束イオンビームを当てて表面の原子をはじき飛ばすことで(スパッタリング現象により)、第2遮光膜62および誘電体層40をエッチングし、図8(c)に示すように、平面視で円形状の凹部40aを形成する。また、集束イオンビーム法によって誘電体層40を微細加工し、図8(c)に示すように、3段階の高さとなるように柱状部51,52,53を形成する。そして、さらに集束イオンビーム法によるエッチングを進め、図8(d)に示すように、台座部41Aを形成する。   Next, using the focused ion beam method, specifically, by applying a focused ion beam of gallium (Ga) to repel atoms on the surface (by sputtering), the second light shielding film 62 and the dielectric layer 40 is etched to form a circular recess 40a in plan view as shown in FIG. Further, the dielectric layer 40 is finely processed by the focused ion beam method, and columnar portions 51, 52, and 53 are formed so as to have three levels as shown in FIG. 8C. Further, etching by the focused ion beam method is advanced to form a pedestal portion 41A as shown in FIG.

次に、集束イオンビームアシスト蒸着法を利用して、具体的には凹部40aの底面および内側面にW(CO)6ガスを吸着させた後、ガリウム(Ga)の集束イオンビームによって当該W(CO)6ガスを分解し、タングステン(W)を凹部40aの底面および内側面に堆積させることで、図8(e)に示すように、第1遮光膜61を形成する。これにより、凹部40aの内側面に、第1遮光膜61がすり鉢状に傾斜するように形成される。以上の工程を行うことで、図5に示すような発光素子1Aを製造することができる。   Next, using a focused ion beam assisted deposition method, specifically, after W (CO) 6 gas is adsorbed on the bottom surface and the inner surface of the recess 40a, the W (CO) gas is focused by the focused ion beam of gallium (Ga). The first light shielding film 61 is formed as shown in FIG. 8E by decomposing the (CO) 6 gas and depositing tungsten (W) on the bottom surface and the inner surface of the recess 40a. Accordingly, the first light shielding film 61 is formed on the inner surface of the recess 40a so as to be inclined in a mortar shape. By performing the above steps, a light emitting device 1A as shown in FIG. 5 can be manufactured.

[発光素子の性能]
本発明に係る発光素子の性能を確かめるために、FDTD(Finite-Difference Time Domain)法によるシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、本発明の比較例および実施例の発光素子をそれぞれ用意し、両者の光線偏向特性について評価を行った。なお、以下で参照する図面では、説明の便宜上、半導体層10や発光層20の図示が省略されている場合がある。
[Performance of light emitting element]
In order to confirm the performance of the light emitting device according to the present invention, a simulation by a FDTD (Finite-Difference Time Domain) method was performed. In this simulation, the light emitting elements of the comparative example and the example of the present invention were prepared, and the light deflection characteristics of both were evaluated. In the drawings referred to below, the semiconductor layer 10 and the light emitting layer 20 may be omitted for convenience of explanation.

まず、図9および図10を参照しながら、本発明の比較例1と実施例1の光線偏向特性を比較した結果について説明する。   First, the results of comparing the light deflection characteristics of Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

(比較例1)
比較例1に係る発光素子101は、図9(a)に示すように、バッファ層30上に6本の柱状部51,52,53を形成した。すなわち、比較例1に係る発光素子101は、前記した本発明の第1実施形態とは異なり、遮光膜60を備えていない。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 9A, the light emitting element 101 according to the comparative example 1 has six columnar parts 51, 52, 53 formed on the buffer layer 30. That is, the light emitting element 101 according to the comparative example 1 does not include the light shielding film 60 unlike the first embodiment of the present invention described above.

(実施例1)
実施例1に係る発光素子1は、図10(a)に示すように、バッファ層30上に台座部41を形成し、当該台座部41上に6本の柱状部51,52,53を形成した。そして、実施例1に係る発光素子1は、台座部41の周囲を覆うように遮光膜60を形成した。すなわち、実施例1に係る発光素子1は、前記した本発明の第1実施形態と同様の構成を備えている。
Example 1
In the light emitting element 1 according to Example 1, as shown in FIG. 10A, a pedestal portion 41 is formed on the buffer layer 30, and six columnar portions 51, 52, 53 are formed on the pedestal portion 41. did. In the light emitting element 1 according to Example 1, the light shielding film 60 was formed so as to cover the periphery of the pedestal portion 41. That is, the light-emitting element 1 according to Example 1 has the same configuration as that of the first embodiment of the present invention described above.

比較例1と実施例1のビームパターンを比較すると、図9(b)および図10(b)に示すように、比較例1は光線の主軸が0.8度しか変化していないのに対して、実施例1は4.4度変化している。これは、同じ柱状部51,52,53を用いたとしても、実施例1のような遮光膜60を備える構造にしなければ、柱状部51,52,53の周囲の領域から漏れ出る迷光を抑制することができず、光線を偏向させることが困難であることを示している。従って、本発明の第1実施形態に係る発光素子1のような遮光膜60を備えることで、当該遮光膜60を備えない場合と比較して、光線偏向特性を大幅に向上させることが可能である。なお、図9および図10において、角度θは、素子表面と垂直な方向(z軸)から測った光線の主軸の角度を表している。 Comparing the beam patterns of Comparative Example 1 and Example 1, as shown in FIG. 9B and FIG. 10B, Comparative Example 1 shows that the main axis of the light beam is changed only by 0.8 degrees. Thus, Example 1 changes by 4.4 degrees. Even if the same columnar portions 51, 52, 53 are used, stray light leaking from the area around the columnar portions 51, 52, 53 is suppressed unless the structure including the light shielding film 60 as in the first embodiment is used. This indicates that it is difficult to deflect the light beam. Therefore, by providing the light shielding film 60 like the light emitting element 1 according to the first embodiment of the present invention, it is possible to significantly improve the light deflection characteristics compared to the case where the light shielding film 60 is not provided. is there. 9 and 10, the angle θ p represents the angle of the principal axis of the light beam measured from the direction (z axis) perpendicular to the element surface.

なお、図9(b)および図10(b)において、符号r(red)の領域は、光の強度がおよそ0.1W/m2であることを示しており、符号y(yellow)の領域は、光の強度がおよそ0.07W/m2であることを示している。また、符号g(green)の領域は、光の強度がおよそ0.05W/m2であることを示しており、符号b(blue)の領域は、光の強度がおよそ0W/m2であることを示している。なお、ここでは、FDTD法における電界の自乗をとった電力密度を光の強度とした。 In FIG. 9B and FIG. 10B, the region indicated by the symbol r (red) indicates that the intensity of light is approximately 0.1 W / m 2 , and the region indicated by the symbol y (yellow) Indicates that the light intensity is approximately 0.07 W / m 2 . Further, the region indicated by the symbol g (green) indicates that the light intensity is approximately 0.05 W / m 2 , and the region indicated by the symbol b (blue) has an intensity of light of approximately 0 W / m 2 . It is shown that. Here, the power density obtained by taking the square of the electric field in the FDTD method was used as the light intensity.

次に、図11および図12を参照しながら、本発明の比較例2と実施例2の光線偏向特性を比較した結果について説明する。   Next, the result of comparing the light deflection characteristics of the comparative example 2 and the embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS.

(比較例2)
比較例2に係る発光素子101Aは、図11(a)に示すように、バッファ層30Aの厚み方向に凹部30aを形成し、その凹部30a内に6本の柱状部51,52,53を形成した。また、バッファ層30Aの凹部30aの上面を覆うように遮光膜60Bを形成した。そして、バッファ層30Aの下側には、平面視で全ての柱状部51,52,53に対応する範囲に円環状の発光部20Aを形成した。すなわち、比較例2に係る発光素子101Aは、前記した第1実施形態と同様に遮光膜60Bを備えているものの、発光部20Aが柱状部51,52,53に対応する範囲のみに円環状に形成されている。
(Comparative Example 2)
In the light emitting element 101A according to Comparative Example 2, as shown in FIG. 11A, a recess 30a is formed in the thickness direction of the buffer layer 30A, and six columnar portions 51, 52, 53 are formed in the recess 30a. did. Further, the light shielding film 60B is formed so as to cover the upper surface of the recess 30a of the buffer layer 30A. An annular light emitting portion 20A was formed below the buffer layer 30A in a range corresponding to all the columnar portions 51, 52, 53 in plan view. That is, although the light emitting element 101A according to the comparative example 2 includes the light shielding film 60B as in the first embodiment, the light emitting unit 20A has an annular shape only in a range corresponding to the columnar parts 51, 52, and 53. Is formed.

(実施例2)
実施例2に係る発光素子1は、図12(a)に示すように、バッファ層30上に台座部41を形成し、当該台座部41上に6本の柱状部51,52,53を形成した。また、実施例1に係る発光素子1は、台座部41の周囲を覆うように遮光膜60を形成した。そして、バッファ層30の下側には、全面に発光層20を形成した。すなわち、実施例1に係る発光素子1は、前記した本発明の第1実施形態と同様の構成を備えている。
(Example 2)
In the light emitting element 1 according to Example 2, as shown in FIG. 12A, a pedestal portion 41 is formed on the buffer layer 30, and six columnar portions 51, 52, 53 are formed on the pedestal portion 41. did. In the light emitting device 1 according to Example 1, the light shielding film 60 was formed so as to cover the periphery of the pedestal portion 41. The light emitting layer 20 was formed on the entire surface below the buffer layer 30. That is, the light-emitting element 1 according to Example 1 has the same configuration as that of the first embodiment of the present invention described above.

比較例2と実施例2のビームパターンを比較すると、図11(b)および図12(b)に示すように、比較例2は光線の主軸が4.3度変化し、実施例2は4.4度変化している。比較例2は、柱状部51,52,53に対応する範囲に円環状の発光部20Aを形成したため、前記した比較例1(図9参照)よりも光線偏向特性が向上したと考えられる。
しかしながら、発光素子の製造工程において、発光層の形状を比較例2のように円環状の発光部20Aとなるように制御することは容易ではなく、実際には比較例2に示すような発光素子101Aを製造することは困難である。一方、実施例2に係る発光素子1は、前記したような発光層の形状制御を行うことなく、比較例2を超える光線偏向特性を得ることができる。
Comparing the beam patterns of Comparative Example 2 and Example 2, as shown in FIGS. 11B and 12B, Comparative Example 2 changes the principal axis of the light beam by 4.3 degrees. .4 degrees change. In Comparative Example 2, since the annular light emitting portion 20A is formed in a range corresponding to the columnar portions 51, 52, and 53, it is considered that the light deflection characteristic is improved as compared with Comparative Example 1 (see FIG. 9).
However, in the manufacturing process of the light emitting element, it is not easy to control the shape of the light emitting layer so as to be an annular light emitting portion 20A as in Comparative Example 2, and actually the light emitting element as shown in Comparative Example 2 is used. It is difficult to manufacture 101A. On the other hand, the light-emitting element 1 according to Example 2 can obtain light deflection characteristics that exceed those of Comparative Example 2 without performing shape control of the light-emitting layer as described above.

以上、本発明に係る発光素子について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。   The light-emitting element according to the present invention has been specifically described above with reference to modes and examples for carrying out the invention. However, the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and the description of the claims Should be interpreted widely. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

例えば、前記した発光素子1,1Aは、LED素子を想定しているため、いずれもバッファ層30上に誘電体からなる台座部41,41Aを設けて当該台座部41,41A上に柱状部51,52,53を形成していたが、例えばバッファ層30を誘電体層40,40Aと同じ誘電体で形成することで、誘電体層40,40Aなしで発光素子を構成することもできる。この場合、発光素子の製造工程において、バッファ層30を柱状部51,52,53の最上部以上の厚みで形成し、集束イオンビーム法や、前記した各種エッチング法に基づいてバッファ層30を段階的にエッチングすることで、3段階の高さの柱状部51,52,53を形成すればよい。   For example, since the light emitting elements 1 and 1A described above are assumed to be LED elements, the base portions 41 and 41A made of a dielectric are provided on the buffer layer 30, and the columnar portions 51 are provided on the base portions 41 and 41A. , 52, 53. For example, by forming the buffer layer 30 with the same dielectric as the dielectric layers 40, 40A, the light emitting element can be configured without the dielectric layers 40, 40A. In this case, in the manufacturing process of the light emitting element, the buffer layer 30 is formed with a thickness greater than or equal to the uppermost portion of the columnar portions 51, 52, 53, and the buffer layer 30 is stepped on the basis of the focused ion beam method or the various etching methods described above. It is sufficient to form the columnar portions 51, 52, 53 having three levels of height by etching.

また、前記した発光素子1Aは、光源である発光層20をp型半導体層であるバッファ層30とn型半導体層である半導体層10とで挟み、その上側に誘電体層40、柱状部51,52,53および遮光膜60Aを設けているが、例えば前記した誘電体層40の下に、LED素子や、レーザーまたはLED素子を光源とする光ファイバーを直接設置することで発光素子1Aと同様の効果を奏することも可能である。   Further, in the light emitting element 1A described above, the light emitting layer 20 that is a light source is sandwiched between the buffer layer 30 that is a p-type semiconductor layer and the semiconductor layer 10 that is an n-type semiconductor layer, and the dielectric layer 40 and the columnar portion 51 are disposed on the upper side. , 52, 53 and a light-shielding film 60A are provided. For example, an LED element or a laser or an optical fiber using the LED element as a light source is directly placed under the dielectric layer 40, and the same as the light-emitting element 1A. It is also possible to produce an effect.

その他に、本発明に係る発光素子1,1Aは、表面に柱状部51,52,53を形成するだけで光線の方向を制御できるため、平面上に多数並べることでIP方式の立体ディスプレイを提供することが可能である。このような発光素子1,1Aを多数個並べた表示素子(FPD:Flat Panel Display)は、レンズ板を用いることなく、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。また、このようにして作成したIP立体ディスプレイにおいては、立体表示の解像度は、発光素子1,1A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1,1Aを用いたIP表示における視域角は、素子表面と垂直な方向に対する放射光の成す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。   In addition, since the light-emitting elements 1 and 1A according to the present invention can control the direction of light rays simply by forming the columnar portions 51, 52, and 53 on the surface, providing a three-dimensional display of an IP system by arranging a large number on a plane. Is possible. A display element (FPD: Flat Panel Display) in which a large number of such light emitting elements 1 and 1A are arranged has the same function as an apparatus in which a lens plate and a light emitting surface are joined in the prior art without using a lens plate. It becomes like this. Further, in the IP stereoscopic display created in this way, the resolution of the stereoscopic display depends only on the definition of the light emitting elements 1 and 1A, and image blur due to insufficient resolution of the optical system does not occur. Further, the viewing zone angle in IP display using the light emitting elements 1 and 1A depends only on the maximum value of the angle of the emitted light with respect to the direction perpendicular to the element surface, and the resolution and the viewing zone angle are improved independently. Is possible.

本発明に係る発光素子は、光線の成形と方向制御を必要とするデバイス一般に応用することが可能である。例えば、プロジェクター用光源、空間光インターコネクションに用いる接続器、拡散板を必要としない照明用光源等に好適である。   The light-emitting device according to the present invention can be applied to devices that require light beam shaping and direction control. For example, it is suitable for a light source for a projector, a connector used for spatial light interconnection, an illumination light source that does not require a diffusion plate, and the like.

1,1A,101,101A 発光素子
10 半導体層
20 発光層
20A 発光部
30,30A バッファ層
30a,40a 凹部
40,40A 誘電体層
41,41A 台座部
51,52,53 柱状部
51a,52a,53a 出射面
60,60A,60B 遮光膜
61 第1遮光膜
62 第2遮光膜
c 重心
c1 外接円
c2 円
o 開口部
1, 1A, 101, 101A Light emitting element 10 Semiconductor layer 20 Light emitting layer 20A Light emitting part 30, 30A Buffer layer 30a, 40a Recess 40, 40A Dielectric layer 41, 41A Pedestal part 51, 52, 53 Columnar part 51a, 52a, 53a Outgoing surface 60, 60A, 60B Light shielding film 61 First light shielding film 62 Second light shielding film c Center of gravity c1 circumscribed circle c2 circle o opening

Claims (8)

発光層と、
前記発光層の上側に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上側における中央の一部領域に形成された誘電体からなる台座部と、
前記台座部の上側に少なくとも2本以上形成されるとともに、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記発光層で発生した光を柱頭から放射する柱状部と、
平面視で全ての前記柱状部を囲む外接円の外側に形成された遮光膜と、を備え、
前記台座部は、平面視で前記外接円の範囲に形成され、
前記遮光膜は、前記台座部の側面および前記外接円の外側の領域表面を覆うように形成され、
前記バッファ層は、誘電体からなることを特徴とする発光素子。
A light emitting layer;
A buffer layer formed on the light emitting layer;
A pedestal portion formed of upper side definitive central formed on a portion dielectric of the buffer layer,
At least two or more columns are formed on the upper side of the pedestal portion, and the height of at least one column is different from the height of the other columns, and the columnar portion that radiates light generated in the light emitting layer from the column heads;
A light-shielding film formed on the outside of a circumscribed circle surrounding all the columnar parts in plan view,
The pedestal portion is formed in a range of the circumscribed circle in a plan view,
The light shielding film is formed so as to cover a side surface of the pedestal and an outer region surface of the circumscribed circle,
The light emitting device , wherein the buffer layer is made of a dielectric .
発光層と、
前記発光層の上側に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上側に形成された誘電体層と、
前記誘電体層に形成された誘電体からなる台座部と、
前記台座部の上側に少なくとも2本以上形成されるとともに、少なくとも1本の柱の高さが他の柱の高さと異なり、前記発光層で発生した光を柱頭から放射する柱状部と、
平面視で全ての前記柱状部を囲む外接円の外側に形成された遮光膜と、を備え、
前記誘電体層は、上面から厚み方向に形成された平面視で円形状の凹部を有するとともに、前記凹部の底面に前記台座部として凸部を有し、
前記遮光膜は、前記台座部の側面、前記凹部の底面および内側面を覆う第1遮光膜と、前記誘電体層の前記凹部の外側の上面を覆う第2遮光膜と、からなることを特徴する発光素子。
A light emitting layer;
A buffer layer formed on the light emitting layer;
A dielectric layer formed on the buffer layer;
A pedestal made of a dielectric formed in the dielectric layer;
At least two or more columns are formed on the upper side of the pedestal portion, and the height of at least one column is different from the height of the other columns, and the columnar portion that radiates light generated in the light emitting layer from the column heads;
A light-shielding film formed on the outside of a circumscribed circle surrounding all the columnar parts in plan view,
The dielectric layer has a circular concave portion in plan view formed in the thickness direction from the upper surface, and has a convex portion as the pedestal portion on the bottom surface of the concave portion,
The light-shielding film includes a first light-shielding film that covers a side surface of the pedestal portion, a bottom surface and an inner side surface of the concave portion, and a second light-shielding film that covers an upper surface of the dielectric layer outside the concave portion. Light emitting element.
前記遮光膜は、前記柱状部から放射される光の最大放射角度よりも低い位置に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光素子。   The light-emitting element according to claim 1, wherein the light-shielding film is formed at a position lower than a maximum radiation angle of light emitted from the columnar part. 前記台座部の直径は、前記外接円の直径をDとした場合に、D〜1.05Dの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光素子。   4. The light emitting device according to claim 1, wherein a diameter of the pedestal portion is within a range of D to 1.05 D, where D is a diameter of the circumscribed circle. 5. element. 前記遮光膜は、光線の中心周波数に対する消失係数から、透過した光が1%以下となる厚さで形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発光素子。   The said light shielding film is formed in the thickness from which the transmitted light will be 1% or less from the loss | disappearance coefficient with respect to the center frequency of a light ray, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Light emitting element. 前記遮光膜は、前記台座部に対面する側の高さが、前記台座部の表面以下の高さであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発光素子。   6. The light emitting device according to claim 1, wherein the light shielding film has a height on a side facing the pedestal portion that is equal to or lower than a surface of the pedestal portion. . 前記柱状部の高さの差は、前記柱状部の内部における放射光の波長の半分の長さ以下であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発光素子。   7. The light emitting device according to claim 1, wherein a difference in height between the columnar portions is equal to or less than a half of a wavelength of radiated light in the columnar portions. . 前記第1遮光膜と前記第2遮光膜とが異なる金属膜で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 2, wherein the first light shielding film and the second light shielding film are formed of different metal films.
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