表示装置
【課題】透明基板の片面に配設された複数の単結晶薄膜半導体発光素子からの光を両面から出射させることができる表示装置を提供する。
【解決手段】透明基板１１０の片面に複数の単結晶薄膜半導体発光素子１１１を配設した表示装置１０であって、複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、母材基板１０１から剥離された単結晶薄膜半導体層から構成され、単結晶薄膜半導体発光素子は、発光層（活性層）１１３とこの発光層(活性層)を挟んだ２層の非発光層１１２、１１４とを備え、前記単結晶薄膜半導体発光素子１１１の表面に、非光透過層１２２、１２４と、他の発光層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。
【解決手段】透明基板１１０の片面に複数の単結晶薄膜半導体発光素子１１１を配設した表示装置１０であって、複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、母材基板１０１から剥離された単結晶薄膜半導体層から構成され、単結晶薄膜半導体発光素子は、発光層（活性層）１１３とこの発光層(活性層)を挟んだ２層の非発光層１１２、１１４とを備え、前記単結晶薄膜半導体発光素子１１１の表面に、非光透過層１２２、１２４と、他の発光層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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶薄膜半導体発光素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶半導体材料を用いた発光素子は、有機材料を用いた発光素子と比較して長寿命であり、大電流での駆動も可能であり、長寿命・高輝度の表示装置を実現するための素子として極めて有用である。従来、一般的には、表示装置用のこれら単結晶半導体発光素子の実装形態は、表示する側にその発光領域となる発光面を向けて実装基板上に配設している。このため、素子の発光領域の反対側である母材基板側からの発光は、その母材基板での光の吸収のため、不可能であった。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている表示装置は、母材基板である半導体基板上に発光領域を形成し、これら複数の発光素子の発光面側を実装基板である透明基板の表面側に向けてマイクロバンプボンディング方式等によりフリップチップボンディング実装を行って、透明基板の裏面側から光を出射して表示するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５０５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献に記載の表示装置においては、発光領域から出射された光は母材基板において吸収され、その母材基板側からの表示、すなわち、実装面と反対側の面からの表示は困難であった。
【０００６】
したがって、前記の単結晶半導体発光素子及びそれを用いた表示装置においては、母材基板での光の吸収を解消することによって、発光素子及びその表示装置の格段の性能向上及び用途拡大が期待される。
【０００７】
本発明は、前記従来技術における表示装置の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、透明基板の片面に配設された複数の単結晶薄膜半導体発光素子からの光を両面から出射させることができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記の目的を達成するための表示装置に関するものであり、以下のような特徴を有する。
【０００９】
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、前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、非光透過層と、他の発光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とを積層したことを特徴とする。
【００１０】
このようにすることで、母材基板での光の吸収が解消され単結晶薄膜半導体発光素子からの光を発光層の両面側から出射させることができる。
【００１１】
又、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（活性層）のエネルギバンドギャップより大きい値を有することが好適である。そして、前記非光透過層は、前記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ことが好適である。
【００１２】
更に、この発明の表示装置は、前記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。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で独立した画像を表示させることができる。そして、前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、１次元状又は２次元状に配設されている。
【００１３】
このようにすることによって、母材基板での光の吸収が解消され単結晶薄膜半導体発光素子からの光を発光層の両面側から出射させることができると共に、透明基板の表裏両面において画像を表示することができる。
【００１４】
なお、この発明の表示装置は、前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子への点灯信号入力のスキャン方向を、所定の時間間隔（周期）で反転させ、前記透明基板の表裏両面で所定の表示を表示させる駆動制御回路を設けることができる。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で同一の画像を一定周期で表示させることができる。
【００１５】
又、この発明の表示装置は、前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、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とを積層することができる。
【００１６】
更に、この発明の表示装置は、前記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。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で独立した画像を表示させることができる。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側に独立した画像を表示させることができると共に、透明基板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ることができる。
【００１７】
なお、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、一方の前記単結晶薄膜半導体発光素子は表面に第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と前記透明基板との間に第２の非光透過層を備えることができる。
【００１８】
この場合、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が好適である。
【００１９】
又、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ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、透明基板の片面に配設された複数の単結晶薄膜半導体発光素子からの光を両面から出射させることができる表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の表示装置の単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の表示装置の第１の実施形態及び第２の実施形態を説明する断面概略図である。
【図３】本発明の表示装置の第３の実施形態を説明する断面概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の表示装置概略図であり、（ａ）は、断面概略図であり、（ｂ）は、平面概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における表示装置の構成及び動作説明図である。
【図６】（ａ）は、本発明の表示装置の実施例１を示す断面構造図である。（ｂ）は、本発明の表示装置の実施例２を示す断面構造図である。（ｃ）は、本発明の表示装置の実施例３を示す断面構造図である。
【図７】本発明の変形例１を示す表示装置の平面図である。
【図８】本発明の変形例２を示す３端子構造の単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図９】本発明の実施例４の表示装置の構成とその動作を説明するための平面図である。
【図１０】本発明の実施例４の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１１】本発明の実施例５のＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図１２】本発明の実施例６のＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図１３】本発明の実施例７の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１４】本発明の実施例８の表示装置の構成とその動作を説明するための平面図である。
【図１５】本発明の実施例８の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１６】本発明の変形例３の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１７】本発明の実施例９の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあり、以下に説明する数値的及びその他の条件は、単なる好適例であり、この発明はこの実施形態にのみ何等限定されるものではない。又、断面図では、図の複雑化を防ぐため断面を表すハッチング等を省略して示してある。
【００２３】
先ず、本発明の実施形態として、構成要素の１つである単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要について、図１（ａ）乃至図１（ｄ）を参照して説明する。
【００２４】
［単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要］
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。
【００２５】
次に、犠牲層１０３を、母材基板１０１及び単結晶薄膜半導体層１０２に対し、前記エッチングレートの差を利用し、選択的にエッチング除去して、単結晶薄膜半導体層１０２を単結晶薄膜半導体発光素子１１１となるように母材基板１０１から剥離する（図1（ｂ））。図示しないが、単結晶薄膜半導体層１０２を母材基板１０１から剥離する際には、単結晶薄膜半導体層１０２を支持するための支持体を単結晶薄膜半導体層１０２の上に設けて剥離する。
【００２６】
そして、透明基板１１０上に剥離した単結晶薄膜半導体発光素子１１１を加圧・密着させて、分子間力によって単結晶薄膜半導体発光素子１１１を透明基板１１０上に接合する（図１（ｃ）及び（ｄ））。このとき、単結晶薄膜半導体発光素子１１１と透明基板１１０との間には接着剤は設けない。その後、単結晶薄膜半導体発光素子１１１上の支持体（図示しない）を除去する。
【００２７】
［単結晶薄膜半導体発光素子の厚さ範囲］
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。
【００２８】
［透明基板の要件］
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。
【００２９】
［透明基板と単結晶薄膜半導体発光素子との接合構造］
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。
【００３０】
［第１乃至第３の実施形態の素子構造及び発光形態の説明］
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。
【００３１】
［第１の実施形態］
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。
【００３２】
前記説明の第１の実施形態では、発光層（活性層）をこの発光層（活性層）よりもエネルギバンドギャップ値の大きい非発光層で挟んだダブルへテロ接合構造となっているが、ダブルへテロ接合構造に限らず、発光層（活性層）の片側にエネルギバンドギャップ値の大きい非発光層を設けたシングルへテロ接合構造又は発光層（活性層）と同じ組成（同じエネルギバンドギャップ値）の半導体層で異なる導電型の非発光層を設けたホモ接合構造とすることもできる。ホモ接合構造の場合には、このホモ接合構造（ホモ接合を構成するする）半導体積層構造の活性層）の上下に活性層よりもエネルギバンドギャップ値の小さい非発光層をコンタクト層あるいは分子間力接合層として設けることもできる。
【００３３】
［第２の実施形態］
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。
【００３４】
［第３の実施形態］
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。
【００３５】
［実施形態の表示装置の構成・動作・効果］
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。
【００３６】
［第1の実施形態］
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。
【００３７】
第1の実施形態における表示装置の構成及び動作について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の表示装置１０の概略断面図、及び、その概略平面図である。複数の単結晶薄膜半導体発光素子１１１が透明基板１１０上に２次元状に配列されていて、各単結晶薄膜半導体発光素子１１１は、透明基板１１０上に形成した縦方向および横方向の配線１５０と接続され、更に、これらの配線１５０は透明基板１１０上に設けた駆動制御回路１６０と接続される。この駆動制御回路１６０は透明基板１１０上に設けず、透明基板１１０の外部に設けた構成にしてもよい。
【００３９】
次に、図５を参照して、この第１の実施形態の表示装置１０の動作を説明する。２次元状のアレイに配列された単結晶薄膜半導体発光素子１１１には、発光領域１４１、電極領域１４２が形成されており、接続配線１４４、１４３を介して、透明基板１１０上のｙ方向配線１５１及びｘ方向配線１５２と接続されている。なお、図５では、構成例の１例として発光領域１４１からの接続配線１４４は発光領域１４１上の電極コンタクトを兼用している。
【００４０】
この第１の実施形態の表示装置１０において、例えば、ｘ方向配線１５２で、このｘ方向配線１５２に接続された単結晶薄膜半導体発光素子１１１で点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１の接続をＯＮにして、y方向配線１５１をスキャン方向ＡでスキャンすることでＯＮにし、一定時間画像を表示した後、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のアドレスを左右反転して、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のｘ方向配線１５２との接続をＯＮにして、y方向配線１５１のス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にする駆動制御回路１６０を設けた構成とする。
【００４１】
点灯動作は、例えば、各発光素子に発光を保持するための容量素子やトランジスタ及びこの容量素子やトランジスタの動作制御を行うために、配線を設け、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１をこの表示装置全体で同時に点灯するようにｘ方向配線１５２及びy方向配線１５１の選択と合わせて、各発光素子に設けた容量素子あるいはトランジスタを動作させて、２次元状のアレイを構成する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を同時点灯させるようなアクティブマトリクス駆動による駆動制御が可能な配線と素子の構成及び駆動制御回路１６０の構成としてもよい。すなわち、透明基板１１０の表側から見た場合の点灯パターンと裏側で見た場合の点灯パターンを一定周期で反転させ、透明基板１１０の表裏側両面で同一の画像を一定周期で表示させる点灯制御を行う駆動制御回路１６０を備えた表示装置１０が具現される。
【００４２】
具体的な動作としては、この第１の実施形態の表示装置１０の構成の２次元状のアレイは、例えばｘ方向配線１５２で、このｘ方向配線１５２に接続された単結晶薄膜半導体発光素子１１１で点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１の接続をＯＮにして、ｙ方向配線１５１をスキャン方向ＡでスキャンすることでＯＮにすると、この第１の実施形態の表示装置１０は、透明基板１１０の表面側(単結晶薄膜半導体発光素子１１１を接合している面側)から見て所望の画像を表示する。一方、当然のことながら、その画像を透明基板１１０の裏面側(単結晶薄膜半導体発光素子１１１を接合している面と反対側)から見た場合には、表側の画像と左右反転した画像が表示される。表側で一定時間画像を表示した後、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のアドレスを左右反転して、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のｘ方向配線１５２の接続をＯＮにして、ｙ方向配線１５１をス
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。
【００４３】
なお、点灯動作は、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を表示装置１０の２次元状のアレイ全体で同時に点灯するようにｘ方向配線１５２、ｙ方向配線１５１を選択してこの表示装置１０の２次元状のアレイを構成する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を同時点灯させるようにしてもよい。この場合であっても、透明基板１１０の表面側から見た場合の点灯パターンと裏面側から見た場合の点灯パターンを一定周期で反転させることによって、透明基板１１０の表裏両面側で同一の画像を一定周期で表示させることができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態の表示装置１０は、透明基板１１０上に単結晶半導体薄膜発光素子１１１を２次元状に配列した透明基板１１０の表裏両面側から光を出射する表示装置１０の構成とし、単結晶半導体薄膜発光素子１１１の点灯パターンを一定周期で反転するように動作する駆動制御回路１６０を備えた表示装置１０としたので、透明基板１１０の表裏両面側で同一画像を表示することができる表示装置１０を具現するものである。
【００４５】
又、この第１の実施形態では、単結晶半導体薄膜発光素子１１１の点灯表示パターンを一定周期で左右反転させるような動作をさせる構成としたが、透明基板１１０の表面側と裏面側とで表示する画像（すなわち、表裏両面側から見た場合に左右反転していない所望の画像）の周期を適宜変えて表示してもよいし、表示する画像を表裏両面側で異なる画像とすることも可能である。又、複数の単結晶半導体薄膜発光素子１１１の配列は必ずしも規則正しく、例えばｎ×ｍのマトリクス状に、配列されていなくともよい。
【００４６】
［第１の実施形態の実施例及び変形例］
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。
【００４７】
図６（ａ）乃至（ｃ）は、第１の実施形態の具体的な単結晶薄膜半導体発光素子１１１の代表的な化合物半導体材料系の発光素子例についてその断面構造図を示したものである。ここでは素子構造を模式的に示したものであり、これらの単結晶薄膜半導体発光素子を構成する各半導体層の厚さやサイズの詳細を示すものではない。又、これらの具体例に限定されず、種々の変形も可能である。
【実施例１】
【００４８】
先ず、ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を光源とした第１の実施形態の表示装置について図６（ａ）を参照して説明する。
【００４９】
透明基板１１０上にＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−１が接合されて表示装置１０−１を構成している。ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−１の構成は、透明基板１１０表面側から、ＧａＡｓ層１６１、ＡｌtＧａ1-tＡｓ層１６２、ＧａＡｓ層１６３、ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１６４、ＡｌyＧａ1-yＡｓ層（活性層）１６５、ＡｌzＧａ1-zＡｓ層１６６、ＧａＡｓ層１６７の順序で形成されている。そして、発光層であるＡｌyＧａ1-yＡｓ層（活性層）１６５から出射される出射光１１５、１１６が透明基板１１０の表裏両面側から出射される。この場合、Ａｌの組成は、ｙ＜ｘ，ｚ，ｔであることが望ましい。
【実施例２】
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−２の実施例では、透明基板１１０側から、ＧａＡｓ層１７１、（ＡｌtＧａ1-t）s1Ｉｎ1-s1Ｐ層１７２、ＧａＡｓ層１７３、（ＡｌxＧａ1-x）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層１７４、（ＡｌyＧａ1-y）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層（活性層）１７５、（ＡｌzＧａ1-z）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層１７６、ＧａＡｓ層１７７の順序で形成されている。各半導体層の組成は例えば、０．４９≦ｓ１＝ｓ２≦０．５１、ｙ＜ｘ，ｚとすることができる。又、活性層１７５は、（ＡｌqＧａ1-q）s2Ｉｎ1-s2Ｐ／（ＡｌrＧａ1-r）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層の積層構造としてもよい。量子井戸構造となるように層厚を選定してもよい。組成は、所望の発光波長によって決めることができる。例えば組成を、ｑ＝１，ｒ＝０，ｓ２＝０．５としてもよい。
【実施例３】
【００５１】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−３の実施例では、透明基板１１０側から、ＡｌＮ層１８１、ＧａＮ層１８２、ＩｎxＧａ1-xＮ層／ＧａＮ層の積層層（活性層）１８３、ＡｌyＧａ1-yＮ層１８４、ＧａＮ層１８５の順序で形成されている。この場合、ＧａＮ層１８２、ＩｎxＧａ1-xＮ層／ＧａＮ層の積層層（活性層）１８３及びＡｌyＧａ1-yＮ層１８４の構成をｎ−ＡｌzＧａ1-zＮ層（ｚ≧０）とｐ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｙ≧０）の間に活性層としてＩｎxＧａ1-xＮ層（ｘ≧０）を挟んだ構成としてもよい。
【００５２】
［変形例１］
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。
【００５３】
［変形例２］
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。
【００５４】
［第２の実施形態の実施例］
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。
【実施例４】
【００５５】
具体的な実施例として、複数のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子から構成される実施例を図９及び図１０を参照して説明する。図９は第２の実施形態の実施例の表示装置２０−１の平面図であり、図１０は図９におけるＡ−Ａ線に沿って切断したＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【００５６】
表示装置２０−１は、図９に示すように、複数のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を透明基板１１０上に２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子は共通電極２５２が共通配線２５７に接続され、上部ｎ側電極２５３及び下部ｎ側電極２５４が個別に、上部ｎ側制御配線２５６及び下部ｎ側制御配線２５５に接続されている。そして、駆動制御回路１８０によって独立に単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０及び単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０を駆動制御する。
【００５７】
そして、第２の実施形態の実施例の表示装置２０−１の構成要素である２つの単結晶薄膜半導体発光素子の構成は、図１０に示すように、透明基板１１０側からｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌtＧａ1-tＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層（ｎ型導通層）２３４、ｎ−Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層２３３、ｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）２３２及びｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層２３１から構成される単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０、そして、非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０を挟みその上側に、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層２２４、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）２２３、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層２２２及びｎ−ＧａＡｓ層２２１から構成される単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０によって構成されている。又、電極及び配線は、絶縁膜２５１を層間絶縁膜として、共通電極２５２、上部ｎ側電極２５３、下部ｎ側電極２５４、下部ｎ側制御配線２５５が形成されている。
【００５８】
この実施例の場合、Ａｌ組成は、ｙ１＜ｘ１，ｚ１、及び、ｙ２＜ｘ２，ｚ２である。ｙ１＝ｙ２とすれば、ｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の上下の活性層、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）２２３及びｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）２３２から発光する光の波長は同一である。このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の厚さは、例えば０．５μｍ〜１μｍとすることで、上下の活性層からの光を吸収し非光透過層としての役割を奏する。又、このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の導電型を変更して、例えば、ｎ−ＧａＡｓ層（半導体層２２４側）／高抵抗ＧａＡｓ層／ｐ−ＧａＡｓ層（半導体層２３１側）として、その上側の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０の構成をｎ−ＡｌＧａＡｓ２２４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ２２３、ｐ−ＡｌＧａＡｓ２２２、ｐ−ＧａＡｓ２２１のような構成として、上方の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０に、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０とは独立に、ｎ側電極、ｐ側電極を設けるなど、種々の変形が可能である。
【００５９】
そして、各単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）からの光は、この実施例では、非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０で吸収されるため、このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０と反対方向の光が出射光１１６、１２６として出射される。
【実施例５】
【００６０】
第２の実施形態でのＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の場合について図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態でのＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面を示す断面構造図である。
【００６１】
非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０を挟みその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）３２０として、ｐ−（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３２１、ｎ−（Ａｌx2Ｇａ1-x2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３２２、ｎ−（Ａｌx3Ｇａ1-x3）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３２３及びｎ−ＧａＡｓ層３２４が形成されている。この場合、組成比としては、０．４９≦ｙ１≦０．５１、ｘ２＜ｘ１，ｘ３とする。そして、ｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の下側には、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）３３０として、ｐ−（Ａｌz3Ｇａ1-z3）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３６、ｎ−（Ａｌz2Ｇａ1-z2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３３５、ｎ−（Ａｌz1Ｇａ1-z1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３４、ｎ−ＧａＡｓ層３３３、ｎ−（Ａｌs1Ｇａ1-s1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３２及びｎ−ＧａＡｓ層３３１が形成されている。この場合、組成比として、例えば、０．４９≦ｙ１≦０．５１、ｚ２＜ｚ１，ｚ３とする。又、ｎ−（Ａｌz2Ｇａ1-z2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３３５は積層構造であってもよく、例えばノンドープの量子井戸構造としてもよい。例えば、（Ａｌt1Ｇａ1-t1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ／（Ａｌt2Ｇａ1-t2）y1Ｉｎ1-y1Ｐの積層であってもよい。
【実施例６】
【００６２】
第２の実施形態でのＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の場合について図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態でのＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面を示す断面構造図である。
【００６３】
非光透過層としてのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ層（吸収層）３６０を挟みその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）３４０として、ｐ−ＧａＮ層３４１、ノンドープＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ層３４２ａ／ノンドープＧａＮ層３４２ｂの積層層（活性層）３４２、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ層３４３及びｎ−ＧａＮ層３４４が形成されている。そして、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ｎ層（吸収層）３６０の下側には、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）３５０として、ｐ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ層３５４、ノンドープＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ／ノンドープＧａＮの積層層（活性層）３５３、ｎ−ＧａＮ３５２、ＡｌＮ層３５１、が形成されている。この場合、組成比として、例えば、ｘ３＞ｘ１，ｘ２が好適である。
【００６４】
又、実施例５及び実施例６の非光透過層としての吸収層に代えて、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系では、ＡｌＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０）、又は、ＧａＮ系（窒化物系）では、ＡｌＮ／ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ≧０）等の半導体積層構造による反射層を用いても好適である。
【実施例７】
【００６５】
次に、第２の実施形態の実施例として、非光透過層として金属層（反射層）を使用した場合についてのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面図と第２の実施形態の表示装置２０−２としての動作説明を、図１３を参照して説明する。
【００６６】
この表示装置２０−２のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の構造としては、実施例４でのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子と同様である。透明基板１１０上に非光透過層としての金属層（反射層、共通電極）４５４を挟んでその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０として、ｐ−ＧａＡｓ層４２５、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層４２４、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）４２３、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x１Ａｓ層４２２及びｎ−ＧａＡｓ層４２１が形成されている。そして、金属層（反射層、共通電極）４５４の下側に、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）４３０として、ｐ−ＧａＡｓ層４３１、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層４３２、ｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）４３３、ｎ−Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層４３４及びｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌtＧａ1-tＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層（ｎ型導通層）４３５が形成されている。
【００６７】
この実施例においては、金属層（反射層、共通電極）４５４は、前記実施例４での共通電極の役割も兼ねている。したがって、金属層（反射層、共通電極）４５４は、その上下側の単結晶薄膜半導体発光素子の単結晶薄膜半導体層材料系によって低抵抗オーミックコンタクトが形成できる金属を選択する必要がある。例えば、ＡｌＧａＡｓ系及びＡｌＧａＩｎＰ系であれば、ＧａＡｓ層と低抵抗オーミックコンタクトを形成する、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ等を使用する。又、ＧａＮ系の場合には、例えば、Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ等を使用する。この実施例において使用する金属層（反射層、共通電極）４５４の最上層の金属のＴｉは、金属層（反射層、共通電極）４５４の上の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０を接合するために設ける誘電体層４６１との密着性を高めるために設ける。すなわち、この実施例では、金属層（反射層、共通電極）４５４の上側に設ける単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０は、この誘電体層４６１に分子間力接合により直接接合されている。単結晶薄膜半導体発光素子４２０は、誘電体層４６１上に直接接合されることが好適であるが、低融点半田や透明な導電性ペースト又は接着剤等を用いて接合することも可能である。
【００６８】
又、電極及び配線は、絶縁膜４５１を層間絶縁膜として、金属層（反射層、共通電極）４５４を共通電極とし、上部ｎ側電極４５２、ｐ側電極４５３、下部ｎ側電極４５５が形成されている。
【００６９】
そして、この実施例では、各単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）からの光は、非光透過層としての金属層（反射層、共通電極）４５４で反射されるため、出射光１１６、１１７、１２６及び１２７として透明基板１１０の表裏両面から出射される。
【００７０】
前記説明では、非光透過層としての反射層が金属層である場合を具体例として説明したが、反射層として金属層に限らず、屈折率差の大きな誘電体薄膜を積層した誘電体材料積層構造であってもよい。例えば、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2，ＭｇＯ／ＳｉＯ2等を用いることができる。その他、高屈折率材料と低屈折率材料とを組み合わせた積層層を用いてもよい。例えば、高屈折率材料としては、ＨｆＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＴｈＯ、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3等であり、低屈折率材料としては、ＮｄＦ３、ＬａＦ3、ＴｈＦ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、ＬｉＦ及びＮａＦ等を用いることができる。この積層層の反射層を用いる場合には、この反射層を誘電体層４６１と金属層４５４の間に設けることができる。又、この積層層の反射層は、誘電体層４６１の代替として設けてもよい。
【００７１】
［第３の実施形態の実施例］
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。
【実施例８】
【００７２】
具体的な実施例として、互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子から構成される実施例を図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は第３の実施形態の実施例の表示装置３０−１の平面図であり、図１５は図１４におけるＡ−Ａ線に沿って切断したＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【００７３】
表示装置３０−１は、透明基板１１０上に互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０を２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０は、共通電極５５４が共通配線５７３に接続され、金属層（反射層）５５３及び電極５５２が個別に、制御配線５７１及び５７２に接続されている。そして、駆動制御回路１９０によって独立に単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０を駆動制御する（図１４）。
【００７４】
そして、第３の実施形態の実施例の表示装置３０−１の構成要素である隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０の構成は、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０では、表面に第１の非光透過層としての金属層（反射層）５５３を備え、その下側に単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０として、ＧａＡｓ層５３１、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層５３２、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）５３３、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層５３４、ＧａＡｓ層５３５、Ａｌt1Ｇａ1-t1Ａｓ層５３６及びＧａＡｓ層５３７が透明基板１１０上に形成されている。又、単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０は、透明基板１１０上に第２の非光透過層としての金属層（反射層）５６０を挟み、その上側に単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０として、ＧａＡｓ層５２７、Ａｌt2Ｇａ1-t2Ａｓ層５２６、ＧａＡｓ層５２５、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層５２４、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）５２３、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層５２２及びＧａＡｓ層５２１が形成されている。又、電極及び配線は、絶縁膜５５１を層間絶縁膜として、共通電極５５４、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０の個別電極としての金属層（反射層）５５３及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０の個別電極としての電極５５２が形成されている（図１５）。透明基板１１０上に設けた金属層(反射層) ５６０は、例えば、Ｔｉ，Ｔｉ／ＡｕＧｅＮｉ（ＧａＡｓ層５２７側）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（ＧａＡｓ層５２７側）、Ｔｉ／Ｃｕ（ＧａＡｓ層５２７側）及びＴｉ／Ｐｔ（ＧａＡｓ層５２７側）等を使用することができる。
【００７５】
従って、この実施例では、隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）５３３、５２３からの光は、非光透過層としての金属層（反射層）５５３及び金属層（反射層）５６０で反射されるため、出射光１１６、１１７、１３６及び１３７として出射される。
【００７６】
［変形例３］
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。
【００７７】
従って、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発光層（活性層）５３３、５２３からの光は、この誘電体層５６１を透過して、非光透過層としての金属層（反射層）５５３及び金属層（反射層）５６０で反射され、出射光１１６、１１７、１３６及び１３７として出射される。
【実施例９】
【００７８】
更に、第３の実施形態の実施例として、第３の実施形態の実施例の表示装置３０−３の構造断面図と動作について図１７を参照して説明する。
【００７９】
表示装置３０−３は、この実施形態の構成要素である第１の非光透過層及び第２の非光透過層として、２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）から光を吸収する吸収層を、それぞれ２つの単結晶薄膜半導体発光素子内に設けている。そして、透明基板１１０上に誘電体層５６１を挟み、互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０を２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０は、共通電極５５４と、金属層５５３及び電極５５２が個別に設けられている。
【００８０】
具体的には、この第３の実施形態の実施例の表示装置３０−３の構成要素である隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０の構成は、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）６３０では、表面の金属層５５３の下側に、ＧａＡｓ層（吸収層）６３１、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層６３２、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）６３３、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層６３４、ＧａＡｓ層６３５、Ａｌt1Ｇａ1-t1Ａｓ層６３６及びＧａＡｓ層６３７が形成されている。一方、単結晶薄膜半導体発光素子（左部）６２０では、透明基板１１０上に誘電体層５６１を挟み、ＧａＡｓ層（吸収層）６２５、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層６２４、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）６２３、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層６２２及びＧａＡｓ層６２１が形成されている。又、電極及び配線は実施例８と同様に、絶縁膜５５１を層間絶縁膜として、共通電極５５４、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）６３０の個別電極としての金属層５５３及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）６２０の個別電極としての電極５５２が形成されている。
【００８１】
従って、この実施例では、隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）６３３、６２３からの光は、非光透過層としてのＧａＡｓ層（吸収層）６３１及び６２５で吸収され、出射光１１６及び１３６として出射される。
【００８２】
以上、第３の実施形態の実施例及び変形例の説明は、単結晶薄膜半導体発光素子としてＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を用いた表示装置について行ったが、ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子に限らず、第１及び第２に実施形態において説明したＡｌＧａＡｓＰ系及びＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子についても、同様に具現することは明らかである。
【００８３】
本発明の実施形態としては、構成する発光素子として主に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diodes）を例に挙げて説明したが、この発明はＬＥＤに限らず、発光素子としてレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diodes）であっても有効である。ちなみに、ＬＤの発光型としては、面発光型のＬＤ（ＳＥ：Surface Emitting ＬＤ）素子等が好適であり、アンクールドＬＤ等の具現も期待できる。
【００８４】
又、本発明においては、表示装置としての発光素子を主体としたが、異種材料素子や異種機能素子の集積化、例えば、単結晶薄膜半導体発光素子と単結晶薄膜半導体受光素子との組み合わせによる両面表示機能及び両面センサ機能との組み合わせを特徴とする超薄型両面表示センサ装置等の実現も期待できる。
【００８５】
又、発光、受光及び表示装置としてではなく、本発明の構成要素である単結晶薄膜半導体の形態、すなわち、デバイスの有効動作層領域以外の母材基板を除去した形態の利用が考えられる。例えば、高温動作による素子温度上昇を抑制するという目的で、高出力高周波半導体電子デバイス、例えば、窒化物半導体高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ；High Electron Mobility Transistor）等への適用も考えられる。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 表示装置（第１の実施形態）
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶薄膜半導体発光素子を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶半導体材料を用いた発光素子は、有機材料を用いた発光素子と比較して長寿命であり、大電流での駆動も可能であり、長寿命・高輝度の表示装置を実現するための素子として極めて有用である。従来、一般的には、表示装置用のこれら単結晶半導体発光素子の実装形態は、表示する側にその発光領域となる発光面を向けて実装基板上に配設している。このため、素子の発光領域の反対側である母材基板側からの発光は、その母材基板での光の吸収のため、不可能であった。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている表示装置は、母材基板である半導体基板上に発光領域を形成し、これら複数の発光素子の発光面側を実装基板である透明基板の表面側に向けてマイクロバンプボンディング方式等によりフリップチップボンディング実装を行って、透明基板の裏面側から光を出射して表示するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２５０５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献に記載の表示装置においては、発光領域から出射された光は母材基板において吸収され、その母材基板側からの表示、すなわち、実装面と反対側の面からの表示は困難であった。
【０００６】
したがって、前記の単結晶半導体発光素子及びそれを用いた表示装置においては、母材基板での光の吸収を解消することによって、発光素子及びその表示装置の格段の性能向上及び用途拡大が期待される。
【０００７】
本発明は、前記従来技術における表示装置の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、透明基板の片面に配設された複数の単結晶薄膜半導体発光素子からの光を両面から出射させることができる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記の目的を達成するための表示装置に関するものであり、以下のような特徴を有する。
【０００９】
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、前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、非光透過層と、他の発光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とを積層したことを特徴とする。
【００１０】
このようにすることで、母材基板での光の吸収が解消され単結晶薄膜半導体発光素子からの光を発光層の両面側から出射させることができる。
【００１１】
又、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（活性層）のエネルギバンドギャップより大きい値を有することが好適である。そして、前記非光透過層は、前記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ことが好適である。
【００１２】
更に、この発明の表示装置は、前記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。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で独立した画像を表示させることができる。そして、前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、１次元状又は２次元状に配設されている。
【００１３】
このようにすることによって、母材基板での光の吸収が解消され単結晶薄膜半導体発光素子からの光を発光層の両面側から出射させることができると共に、透明基板の表裏両面において画像を表示することができる。
【００１４】
なお、この発明の表示装置は、前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子への点灯信号入力のスキャン方向を、所定の時間間隔（周期）で反転させ、前記透明基板の表裏両面で所定の表示を表示させる駆動制御回路を設けることができる。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で同一の画像を一定周期で表示させることができる。
【００１５】
又、この発明の表示装置は、前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、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とを積層することができる。
【００１６】
更に、この発明の表示装置は、前記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。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側で独立した画像を表示させることができる。このようにすることによって、透明基板の表裏両面側に独立した画像を表示させることができると共に、透明基板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ることができる。
【００１７】
なお、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、一方の前記単結晶薄膜半導体発光素子は表面に第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と前記透明基板との間に第２の非光透過層を備えることができる。
【００１８】
この場合、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が好適である。
【００１９】
又、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ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、透明基板の片面に配設された複数の単結晶薄膜半導体発光素子からの光を両面から出射させることができる表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の表示装置の単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の表示装置の第１の実施形態及び第２の実施形態を説明する断面概略図である。
【図３】本発明の表示装置の第３の実施形態を説明する断面概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の表示装置概略図であり、（ａ）は、断面概略図であり、（ｂ）は、平面概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における表示装置の構成及び動作説明図である。
【図６】（ａ）は、本発明の表示装置の実施例１を示す断面構造図である。（ｂ）は、本発明の表示装置の実施例２を示す断面構造図である。（ｃ）は、本発明の表示装置の実施例３を示す断面構造図である。
【図７】本発明の変形例１を示す表示装置の平面図である。
【図８】本発明の変形例２を示す３端子構造の単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図９】本発明の実施例４の表示装置の構成とその動作を説明するための平面図である。
【図１０】本発明の実施例４の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１１】本発明の実施例５のＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図１２】本発明の実施例６のＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【図１３】本発明の実施例７の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１４】本発明の実施例８の表示装置の構成とその動作を説明するための平面図である。
【図１５】本発明の実施例８の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１６】本発明の変形例３の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【図１７】本発明の実施例９の表示装置の動作を説明するための断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあり、以下に説明する数値的及びその他の条件は、単なる好適例であり、この発明はこの実施形態にのみ何等限定されるものではない。又、断面図では、図の複雑化を防ぐため断面を表すハッチング等を省略して示してある。
【００２３】
先ず、本発明の実施形態として、構成要素の１つである単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要について、図１（ａ）乃至図１（ｄ）を参照して説明する。
【００２４】
［単結晶薄膜半導体発光素子の製造工程の概要］
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。
【００２５】
次に、犠牲層１０３を、母材基板１０１及び単結晶薄膜半導体層１０２に対し、前記エッチングレートの差を利用し、選択的にエッチング除去して、単結晶薄膜半導体層１０２を単結晶薄膜半導体発光素子１１１となるように母材基板１０１から剥離する（図1（ｂ））。図示しないが、単結晶薄膜半導体層１０２を母材基板１０１から剥離する際には、単結晶薄膜半導体層１０２を支持するための支持体を単結晶薄膜半導体層１０２の上に設けて剥離する。
【００２６】
そして、透明基板１１０上に剥離した単結晶薄膜半導体発光素子１１１を加圧・密着させて、分子間力によって単結晶薄膜半導体発光素子１１１を透明基板１１０上に接合する（図１（ｃ）及び（ｄ））。このとき、単結晶薄膜半導体発光素子１１１と透明基板１１０との間には接着剤は設けない。その後、単結晶薄膜半導体発光素子１１１上の支持体（図示しない）を除去する。
【００２７】
［単結晶薄膜半導体発光素子の厚さ範囲］
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。
【００２８】
［透明基板の要件］
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。
【００２９】
［透明基板と単結晶薄膜半導体発光素子との接合構造］
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。
【００３０】
［第１乃至第３の実施形態の素子構造及び発光形態の説明］
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。
【００３１】
［第１の実施形態］
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。
【００３２】
前記説明の第１の実施形態では、発光層（活性層）をこの発光層（活性層）よりもエネルギバンドギャップ値の大きい非発光層で挟んだダブルへテロ接合構造となっているが、ダブルへテロ接合構造に限らず、発光層（活性層）の片側にエネルギバンドギャップ値の大きい非発光層を設けたシングルへテロ接合構造又は発光層（活性層）と同じ組成（同じエネルギバンドギャップ値）の半導体層で異なる導電型の非発光層を設けたホモ接合構造とすることもできる。ホモ接合構造の場合には、このホモ接合構造（ホモ接合を構成するする）半導体積層構造の活性層）の上下に活性層よりもエネルギバンドギャップ値の小さい非発光層をコンタクト層あるいは分子間力接合層として設けることもできる。
【００３３】
［第２の実施形態］
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。
【００３４】
［第３の実施形態］
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。
【００３５】
［実施形態の表示装置の構成・動作・効果］
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。
【００３６】
［第1の実施形態］
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。
【００３７】
第1の実施形態における表示装置の構成及び動作について、図４及び図５を参照して説明する。
【００３８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の表示装置１０の概略断面図、及び、その概略平面図である。複数の単結晶薄膜半導体発光素子１１１が透明基板１１０上に２次元状に配列されていて、各単結晶薄膜半導体発光素子１１１は、透明基板１１０上に形成した縦方向および横方向の配線１５０と接続され、更に、これらの配線１５０は透明基板１１０上に設けた駆動制御回路１６０と接続される。この駆動制御回路１６０は透明基板１１０上に設けず、透明基板１１０の外部に設けた構成にしてもよい。
【００３９】
次に、図５を参照して、この第１の実施形態の表示装置１０の動作を説明する。２次元状のアレイに配列された単結晶薄膜半導体発光素子１１１には、発光領域１４１、電極領域１４２が形成されており、接続配線１４４、１４３を介して、透明基板１１０上のｙ方向配線１５１及びｘ方向配線１５２と接続されている。なお、図５では、構成例の１例として発光領域１４１からの接続配線１４４は発光領域１４１上の電極コンタクトを兼用している。
【００４０】
この第１の実施形態の表示装置１０において、例えば、ｘ方向配線１５２で、このｘ方向配線１５２に接続された単結晶薄膜半導体発光素子１１１で点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１の接続をＯＮにして、y方向配線１５１をスキャン方向ＡでスキャンすることでＯＮにし、一定時間画像を表示した後、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のアドレスを左右反転して、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のｘ方向配線１５２との接続をＯＮにして、y方向配線１５１のス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にする駆動制御回路１６０を設けた構成とする。
【００４１】
点灯動作は、例えば、各発光素子に発光を保持するための容量素子やトランジスタ及びこの容量素子やトランジスタの動作制御を行うために、配線を設け、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１をこの表示装置全体で同時に点灯するようにｘ方向配線１５２及びy方向配線１５１の選択と合わせて、各発光素子に設けた容量素子あるいはトランジスタを動作させて、２次元状のアレイを構成する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を同時点灯させるようなアクティブマトリクス駆動による駆動制御が可能な配線と素子の構成及び駆動制御回路１６０の構成としてもよい。すなわち、透明基板１１０の表側から見た場合の点灯パターンと裏側で見た場合の点灯パターンを一定周期で反転させ、透明基板１１０の表裏側両面で同一の画像を一定周期で表示させる点灯制御を行う駆動制御回路１６０を備えた表示装置１０が具現される。
【００４２】
具体的な動作としては、この第１の実施形態の表示装置１０の構成の２次元状のアレイは、例えばｘ方向配線１５２で、このｘ方向配線１５２に接続された単結晶薄膜半導体発光素子１１１で点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１の接続をＯＮにして、ｙ方向配線１５１をスキャン方向ＡでスキャンすることでＯＮにすると、この第１の実施形態の表示装置１０は、透明基板１１０の表面側(単結晶薄膜半導体発光素子１１１を接合している面側)から見て所望の画像を表示する。一方、当然のことながら、その画像を透明基板１１０の裏面側(単結晶薄膜半導体発光素子１１１を接合している面と反対側)から見た場合には、表側の画像と左右反転した画像が表示される。表側で一定時間画像を表示した後、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のアドレスを左右反転して、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１のｘ方向配線１５２の接続をＯＮにして、ｙ方向配線１５１をス
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。
【００４３】
なお、点灯動作は、点灯する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を表示装置１０の２次元状のアレイ全体で同時に点灯するようにｘ方向配線１５２、ｙ方向配線１５１を選択してこの表示装置１０の２次元状のアレイを構成する単結晶薄膜半導体発光素子１１１を同時点灯させるようにしてもよい。この場合であっても、透明基板１１０の表面側から見た場合の点灯パターンと裏面側から見た場合の点灯パターンを一定周期で反転させることによって、透明基板１１０の表裏両面側で同一の画像を一定周期で表示させることができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態の表示装置１０は、透明基板１１０上に単結晶半導体薄膜発光素子１１１を２次元状に配列した透明基板１１０の表裏両面側から光を出射する表示装置１０の構成とし、単結晶半導体薄膜発光素子１１１の点灯パターンを一定周期で反転するように動作する駆動制御回路１６０を備えた表示装置１０としたので、透明基板１１０の表裏両面側で同一画像を表示することができる表示装置１０を具現するものである。
【００４５】
又、この第１の実施形態では、単結晶半導体薄膜発光素子１１１の点灯表示パターンを一定周期で左右反転させるような動作をさせる構成としたが、透明基板１１０の表面側と裏面側とで表示する画像（すなわち、表裏両面側から見た場合に左右反転していない所望の画像）の周期を適宜変えて表示してもよいし、表示する画像を表裏両面側で異なる画像とすることも可能である。又、複数の単結晶半導体薄膜発光素子１１１の配列は必ずしも規則正しく、例えばｎ×ｍのマトリクス状に、配列されていなくともよい。
【００４６】
［第１の実施形態の実施例及び変形例］
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。
【００４７】
図６（ａ）乃至（ｃ）は、第１の実施形態の具体的な単結晶薄膜半導体発光素子１１１の代表的な化合物半導体材料系の発光素子例についてその断面構造図を示したものである。ここでは素子構造を模式的に示したものであり、これらの単結晶薄膜半導体発光素子を構成する各半導体層の厚さやサイズの詳細を示すものではない。又、これらの具体例に限定されず、種々の変形も可能である。
【実施例１】
【００４８】
先ず、ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を光源とした第１の実施形態の表示装置について図６（ａ）を参照して説明する。
【００４９】
透明基板１１０上にＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−１が接合されて表示装置１０−１を構成している。ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−１の構成は、透明基板１１０表面側から、ＧａＡｓ層１６１、ＡｌtＧａ1-tＡｓ層１６２、ＧａＡｓ層１６３、ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１６４、ＡｌyＧａ1-yＡｓ層（活性層）１６５、ＡｌzＧａ1-zＡｓ層１６６、ＧａＡｓ層１６７の順序で形成されている。そして、発光層であるＡｌyＧａ1-yＡｓ層（活性層）１６５から出射される出射光１１５、１１６が透明基板１１０の表裏両面側から出射される。この場合、Ａｌの組成は、ｙ＜ｘ，ｚ，ｔであることが望ましい。
【実施例２】
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−２の実施例では、透明基板１１０側から、ＧａＡｓ層１７１、（ＡｌtＧａ1-t）s1Ｉｎ1-s1Ｐ層１７２、ＧａＡｓ層１７３、（ＡｌxＧａ1-x）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層１７４、（ＡｌyＧａ1-y）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層（活性層）１７５、（ＡｌzＧａ1-z）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層１７６、ＧａＡｓ層１７７の順序で形成されている。各半導体層の組成は例えば、０．４９≦ｓ１＝ｓ２≦０．５１、ｙ＜ｘ，ｚとすることができる。又、活性層１７５は、（ＡｌqＧａ1-q）s2Ｉｎ1-s2Ｐ／（ＡｌrＧａ1-r）s2Ｉｎ1-s2Ｐ層の積層構造としてもよい。量子井戸構造となるように層厚を選定してもよい。組成は、所望の発光波長によって決めることができる。例えば組成を、ｑ＝１，ｒ＝０，ｓ２＝０．５としてもよい。
【実施例３】
【００５１】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子１１１−３の実施例では、透明基板１１０側から、ＡｌＮ層１８１、ＧａＮ層１８２、ＩｎxＧａ1-xＮ層／ＧａＮ層の積層層（活性層）１８３、ＡｌyＧａ1-yＮ層１８４、ＧａＮ層１８５の順序で形成されている。この場合、ＧａＮ層１８２、ＩｎxＧａ1-xＮ層／ＧａＮ層の積層層（活性層）１８３及びＡｌyＧａ1-yＮ層１８４の構成をｎ−ＡｌzＧａ1-zＮ層（ｚ≧０）とｐ−ＡｌyＧａ1-yＮ層（ｙ≧０）の間に活性層としてＩｎxＧａ1-xＮ層（ｘ≧０）を挟んだ構成としてもよい。
【００５２】
［変形例１］
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。
【００５３】
［変形例２］
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。
【００５４】
［第２の実施形態の実施例］
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。
【実施例４】
【００５５】
具体的な実施例として、複数のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子から構成される実施例を図９及び図１０を参照して説明する。図９は第２の実施形態の実施例の表示装置２０−１の平面図であり、図１０は図９におけるＡ−Ａ線に沿って切断したＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【００５６】
表示装置２０−１は、図９に示すように、複数のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を透明基板１１０上に２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子は共通電極２５２が共通配線２５７に接続され、上部ｎ側電極２５３及び下部ｎ側電極２５４が個別に、上部ｎ側制御配線２５６及び下部ｎ側制御配線２５５に接続されている。そして、駆動制御回路１８０によって独立に単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０及び単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０を駆動制御する。
【００５７】
そして、第２の実施形態の実施例の表示装置２０−１の構成要素である２つの単結晶薄膜半導体発光素子の構成は、図１０に示すように、透明基板１１０側からｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌtＧａ1-tＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層（ｎ型導通層）２３４、ｎ−Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層２３３、ｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）２３２及びｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層２３１から構成される単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０、そして、非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０を挟みその上側に、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層２２４、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）２２３、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層２２２及びｎ−ＧａＡｓ層２２１から構成される単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０によって構成されている。又、電極及び配線は、絶縁膜２５１を層間絶縁膜として、共通電極２５２、上部ｎ側電極２５３、下部ｎ側電極２５４、下部ｎ側制御配線２５５が形成されている。
【００５８】
この実施例の場合、Ａｌ組成は、ｙ１＜ｘ１，ｚ１、及び、ｙ２＜ｘ２，ｚ２である。ｙ１＝ｙ２とすれば、ｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の上下の活性層、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）２２３及びｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）２３２から発光する光の波長は同一である。このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の厚さは、例えば０．５μｍ〜１μｍとすることで、上下の活性層からの光を吸収し非光透過層としての役割を奏する。又、このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の導電型を変更して、例えば、ｎ−ＧａＡｓ層（半導体層２２４側）／高抵抗ＧａＡｓ層／ｐ−ＧａＡｓ層（半導体層２３１側）として、その上側の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０の構成をｎ−ＡｌＧａＡｓ２２４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ２２３、ｐ−ＡｌＧａＡｓ２２２、ｐ−ＧａＡｓ２２１のような構成として、上方の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）２２０に、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）２３０とは独立に、ｎ側電極、ｐ側電極を設けるなど、種々の変形が可能である。
【００５９】
そして、各単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）からの光は、この実施例では、非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０で吸収されるため、このｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０と反対方向の光が出射光１１６、１２６として出射される。
【実施例５】
【００６０】
第２の実施形態でのＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の場合について図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態でのＡｌＧａＩｎＰ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面を示す断面構造図である。
【００６１】
非光透過層としてのｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０を挟みその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）３２０として、ｐ−（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３２１、ｎ−（Ａｌx2Ｇａ1-x2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３２２、ｎ−（Ａｌx3Ｇａ1-x3）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３２３及びｎ−ＧａＡｓ層３２４が形成されている。この場合、組成比としては、０．４９≦ｙ１≦０．５１、ｘ２＜ｘ１，ｘ３とする。そして、ｐ−ＧａＡｓ層（吸収層）２４０の下側には、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）３３０として、ｐ−（Ａｌz3Ｇａ1-z3）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３６、ｎ−（Ａｌz2Ｇａ1-z2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３３５、ｎ−（Ａｌz1Ｇａ1-z1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３４、ｎ−ＧａＡｓ層３３３、ｎ−（Ａｌs1Ｇａ1-s1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層３３２及びｎ−ＧａＡｓ層３３１が形成されている。この場合、組成比として、例えば、０．４９≦ｙ１≦０．５１、ｚ２＜ｚ１，ｚ３とする。又、ｎ−（Ａｌz2Ｇａ1-z2）y1Ｉｎ1-y1Ｐ層（活性層）３３５は積層構造であってもよく、例えばノンドープの量子井戸構造としてもよい。例えば、（Ａｌt1Ｇａ1-t1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ／（Ａｌt2Ｇａ1-t2）y1Ｉｎ1-y1Ｐの積層であってもよい。
【実施例６】
【００６２】
第２の実施形態でのＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の場合について図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態でのＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面を示す断面構造図である。
【００６３】
非光透過層としてのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ層（吸収層）３６０を挟みその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）３４０として、ｐ−ＧａＮ層３４１、ノンドープＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ層３４２ａ／ノンドープＧａＮ層３４２ｂの積層層（活性層）３４２、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ層３４３及びｎ−ＧａＮ層３４４が形成されている。そして、Ｉｎx3Ｇａ1-x3Ｎ層（吸収層）３６０の下側には、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）３５０として、ｐ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ層３５４、ノンドープＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ／ノンドープＧａＮの積層層（活性層）３５３、ｎ−ＧａＮ３５２、ＡｌＮ層３５１、が形成されている。この場合、組成比として、例えば、ｘ３＞ｘ１，ｘ２が好適である。
【００６４】
又、実施例５及び実施例６の非光透過層としての吸収層に代えて、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系では、ＡｌＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ≧０）、又は、ＧａＮ系（窒化物系）では、ＡｌＮ／ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ≧０）等の半導体積層構造による反射層を用いても好適である。
【実施例７】
【００６５】
次に、第２の実施形態の実施例として、非光透過層として金属層（反射層）を使用した場合についてのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面図と第２の実施形態の表示装置２０−２としての動作説明を、図１３を参照して説明する。
【００６６】
この表示装置２０−２のＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の構造としては、実施例４でのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子と同様である。透明基板１１０上に非光透過層としての金属層（反射層、共通電極）４５４を挟んでその上側に、単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０として、ｐ−ＧａＡｓ層４２５、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層４２４、ｎ−Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）４２３、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x１Ａｓ層４２２及びｎ−ＧａＡｓ層４２１が形成されている。そして、金属層（反射層、共通電極）４５４の下側に、単結晶薄膜半導体発光素子（下部）４３０として、ｐ−ＧａＡｓ層４３１、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層４３２、ｎ−Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）４３３、ｎ−Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層４３４及びｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＡｌtＧａ1-tＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層（ｎ型導通層）４３５が形成されている。
【００６７】
この実施例においては、金属層（反射層、共通電極）４５４は、前記実施例４での共通電極の役割も兼ねている。したがって、金属層（反射層、共通電極）４５４は、その上下側の単結晶薄膜半導体発光素子の単結晶薄膜半導体層材料系によって低抵抗オーミックコンタクトが形成できる金属を選択する必要がある。例えば、ＡｌＧａＡｓ系及びＡｌＧａＩｎＰ系であれば、ＧａＡｓ層と低抵抗オーミックコンタクトを形成する、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ等を使用する。又、ＧａＮ系の場合には、例えば、Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ等を使用する。この実施例において使用する金属層（反射層、共通電極）４５４の最上層の金属のＴｉは、金属層（反射層、共通電極）４５４の上の単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０を接合するために設ける誘電体層４６１との密着性を高めるために設ける。すなわち、この実施例では、金属層（反射層、共通電極）４５４の上側に設ける単結晶薄膜半導体発光素子（上部）４２０は、この誘電体層４６１に分子間力接合により直接接合されている。単結晶薄膜半導体発光素子４２０は、誘電体層４６１上に直接接合されることが好適であるが、低融点半田や透明な導電性ペースト又は接着剤等を用いて接合することも可能である。
【００６８】
又、電極及び配線は、絶縁膜４５１を層間絶縁膜として、金属層（反射層、共通電極）４５４を共通電極とし、上部ｎ側電極４５２、ｐ側電極４５３、下部ｎ側電極４５５が形成されている。
【００６９】
そして、この実施例では、各単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）からの光は、非光透過層としての金属層（反射層、共通電極）４５４で反射されるため、出射光１１６、１１７、１２６及び１２７として透明基板１１０の表裏両面から出射される。
【００７０】
前記説明では、非光透過層としての反射層が金属層である場合を具体例として説明したが、反射層として金属層に限らず、屈折率差の大きな誘電体薄膜を積層した誘電体材料積層構造であってもよい。例えば、ＺｒＯ2／ＳｉＯ2，ＭｇＯ／ＳｉＯ2等を用いることができる。その他、高屈折率材料と低屈折率材料とを組み合わせた積層層を用いてもよい。例えば、高屈折率材料としては、ＨｆＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＴｈＯ、ＭｇＯ及びＡｌ2Ｏ3等であり、低屈折率材料としては、ＮｄＦ３、ＬａＦ3、ＴｈＦ4、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、ＬｉＦ及びＮａＦ等を用いることができる。この積層層の反射層を用いる場合には、この反射層を誘電体層４６１と金属層４５４の間に設けることができる。又、この積層層の反射層は、誘電体層４６１の代替として設けてもよい。
【００７１】
［第３の実施形態の実施例］
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。
【実施例８】
【００７２】
具体的な実施例として、互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子から構成される実施例を図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は第３の実施形態の実施例の表示装置３０−１の平面図であり、図１５は図１４におけるＡ−Ａ線に沿って切断したＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子の断面構造図である。
【００７３】
表示装置３０−１は、透明基板１１０上に互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０を２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０は、共通電極５５４が共通配線５７３に接続され、金属層（反射層）５５３及び電極５５２が個別に、制御配線５７１及び５７２に接続されている。そして、駆動制御回路１９０によって独立に単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０を駆動制御する（図１４）。
【００７４】
そして、第３の実施形態の実施例の表示装置３０−１の構成要素である隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）５３０、５２０の構成は、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０では、表面に第１の非光透過層としての金属層（反射層）５５３を備え、その下側に単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０として、ＧａＡｓ層５３１、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層５３２、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）５３３、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層５３４、ＧａＡｓ層５３５、Ａｌt1Ｇａ1-t1Ａｓ層５３６及びＧａＡｓ層５３７が透明基板１１０上に形成されている。又、単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０は、透明基板１１０上に第２の非光透過層としての金属層（反射層）５６０を挟み、その上側に単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０として、ＧａＡｓ層５２７、Ａｌt2Ｇａ1-t2Ａｓ層５２６、ＧａＡｓ層５２５、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層５２４、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）５２３、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層５２２及びＧａＡｓ層５２１が形成されている。又、電極及び配線は、絶縁膜５５１を層間絶縁膜として、共通電極５５４、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）５３０の個別電極としての金属層（反射層）５５３及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）５２０の個別電極としての電極５５２が形成されている（図１５）。透明基板１１０上に設けた金属層(反射層) ５６０は、例えば、Ｔｉ，Ｔｉ／ＡｕＧｅＮｉ（ＧａＡｓ層５２７側）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（ＧａＡｓ層５２７側）、Ｔｉ／Ｃｕ（ＧａＡｓ層５２７側）及びＴｉ／Ｐｔ（ＧａＡｓ層５２７側）等を使用することができる。
【００７５】
従って、この実施例では、隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）５３３、５２３からの光は、非光透過層としての金属層（反射層）５５３及び金属層（反射層）５６０で反射されるため、出射光１１６、１１７、１３６及び１３７として出射される。
【００７６】
［変形例３］
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。
【００７７】
従って、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発光層（活性層）５３３、５２３からの光は、この誘電体層５６１を透過して、非光透過層としての金属層（反射層）５５３及び金属層（反射層）５６０で反射され、出射光１１６、１１７、１３６及び１３７として出射される。
【実施例９】
【００７８】
更に、第３の実施形態の実施例として、第３の実施形態の実施例の表示装置３０−３の構造断面図と動作について図１７を参照して説明する。
【００７９】
表示装置３０−３は、この実施形態の構成要素である第１の非光透過層及び第２の非光透過層として、２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）から光を吸収する吸収層を、それぞれ２つの単結晶薄膜半導体発光素子内に設けている。そして、透明基板１１０上に誘電体層５６１を挟み、互いに隣接配設した２つのＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０を２次元状に配設し、各ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０は、共通電極５５４と、金属層５５３及び電極５５２が個別に設けられている。
【００８０】
具体的には、この第３の実施形態の実施例の表示装置３０−３の構成要素である隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子（右部及び左部）６３０、６２０の構成は、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）６３０では、表面の金属層５５３の下側に、ＧａＡｓ層（吸収層）６３１、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ層６３２、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ層（活性層）６３３、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ層６３４、ＧａＡｓ層６３５、Ａｌt1Ｇａ1-t1Ａｓ層６３６及びＧａＡｓ層６３７が形成されている。一方、単結晶薄膜半導体発光素子（左部）６２０では、透明基板１１０上に誘電体層５６１を挟み、ＧａＡｓ層（吸収層）６２５、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ層６２４、Ａｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ層（活性層）６２３、Ａｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ層６２２及びＧａＡｓ層６２１が形成されている。又、電極及び配線は実施例８と同様に、絶縁膜５５１を層間絶縁膜として、共通電極５５４、単結晶薄膜半導体発光素子（右部）６３０の個別電極としての金属層５５３及び単結晶薄膜半導体発光素子（左部）６２０の個別電極としての電極５５２が形成されている。
【００８１】
従って、この実施例では、隣接する２つの単結晶薄膜半導体発光素子の発光層（活性層）６３３、６２３からの光は、非光透過層としてのＧａＡｓ層（吸収層）６３１及び６２５で吸収され、出射光１１６及び１３６として出射される。
【００８２】
以上、第３の実施形態の実施例及び変形例の説明は、単結晶薄膜半導体発光素子としてＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子を用いた表示装置について行ったが、ＡｌＧａＡｓ系単結晶薄膜半導体発光素子に限らず、第１及び第２に実施形態において説明したＡｌＧａＡｓＰ系及びＧａＮ系単結晶薄膜半導体発光素子についても、同様に具現することは明らかである。
【００８３】
本発明の実施形態としては、構成する発光素子として主に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diodes）を例に挙げて説明したが、この発明はＬＥＤに限らず、発光素子としてレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diodes）であっても有効である。ちなみに、ＬＤの発光型としては、面発光型のＬＤ（ＳＥ：Surface Emitting ＬＤ）素子等が好適であり、アンクールドＬＤ等の具現も期待できる。
【００８４】
又、本発明においては、表示装置としての発光素子を主体としたが、異種材料素子や異種機能素子の集積化、例えば、単結晶薄膜半導体発光素子と単結晶薄膜半導体受光素子との組み合わせによる両面表示機能及び両面センサ機能との組み合わせを特徴とする超薄型両面表示センサ装置等の実現も期待できる。
【００８５】
又、発光、受光及び表示装置としてではなく、本発明の構成要素である単結晶薄膜半導体の形態、すなわち、デバイスの有効動作層領域以外の母材基板を除去した形態の利用が考えられる。例えば、高温動作による素子温度上昇を抑制するという目的で、高出力高周波半導体電子デバイス、例えば、窒化物半導体高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ；High Electron Mobility Transistor）等への適用も考えられる。
【符号の説明】
【００８６】
１０ 表示装置（第１の実施形態）
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、非光透過層と、他の発光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とを積層した
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記非光透過層は、前記２つの発光層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。
【請求項４】
前記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３の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、１次元状又は２次元状に配設されている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。
【請求項１】
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、
前記単結晶薄膜半導体発光素子の表面に、非光透過層と、他の発光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とを積層した
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記非光透過層は、前記２つの発光層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。
【請求項４】
前記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３の何れか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の単結晶薄膜半導体発光素子は、１次元状又は２次元状に配設されている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。
【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】
【図１７】
【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】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−７４７５２（Ｐ２０１２−７４７５２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８１７２（Ｐ２０１２−８１７２）
【出願日】平成２４年１月１８日（２０１２．１．１８）
【分割の表示】特願２００８−２２２８１６（Ｐ２００８−２２２８１６）の分割
【原出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１８日（２０１２．１．１８）
【分割の表示】特願２００８−２２２８１６（Ｐ２００８−２２２８１６）の分割
【原出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
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