JP2021192422A

JP2021192422A - 面状光源及びその製造方法

Info

Publication number: JP2021192422A
Application number: JP2020186783A
Authority: JP
Inventors: 勝好家段; Katsuyoshi Kadan; 聡酒巻; So Sakamaki; 昌幸江口; Masayuki Eguchi
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2040-11-09
Also published as: JP7244771B2

Abstract

【課題】輝度むらが少ない面状光源等を提供する。【解決手段】面状光源１００の製造方法は、支持部材５１と、支持部材５１に設けられた配線層４０と、を含む複合基板５０と、複合基板５０の配線層４０上で、互いに離隔して配置された複数の発光素子２０と、を備える中間体２を準備する工程と、複数の発光素子２０の上面及び側面と複数の発光素子２０の周囲の複合基板５０を覆うように、複数の被覆部材３１をそれぞれ離隔して配置する工程と、被覆部材３１同士の間を埋めるように、遮光部材５４を配置する工程と、被覆部材３１を除去して複数の穴部５６を形成する工程と、複数の穴部５６内に、透光性部材６０を配置する工程とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、面状光源及びその製造方法に関する。

発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置は、液晶ディスプレイのバックライトやディスプレイ等の各種の光源として広く利用されている。このような発光装置としては、配線を有する基板の上に発光素子を載置した構造が提案されている。例えば特許文献１は、基板の上面に配線を有し、その配線に発光素子の下面の電極を接続した発光装置を開示している。

特開２００６−１００４４４号公報

このような多数の発光素子を平面状に並べた発光装置においては、正面視において発光素子を設けた位置の輝度が局所的に高くなることがある。このため、場所によらず輝度を一定に近付けた面状光源とすることが求められていた。

本発明の目的の一は、輝度むらが少ない面状光源及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一の形態に係る面状光源の製造方法によれば、支持部材と、前記支持部材に設けられた配線層と、を含む複合基板と、前記複合基板の前記配線層上で、互いに離隔して配置された複数の発光素子と、を備える中間体を準備する工程と、前記複数の発光素子の上面及び側面と前記複数の発光素子の周囲の前記複合基板を覆うように、複数の被覆部材をそれぞれ離隔して配置する工程と、前記被覆部材同士の間を埋めるように、遮光部材を配置する工程と、前記被覆部材を除去して複数の穴部を形成する工程と、前記複数の穴部内に、透光性部材を配置する工程とを含むことができる。

また、本発明の他の形態に係る面状光源によれば、支持部材と、前記支持部材上に配置された配線層と、を含む複合基板と、前記複合基板上に配置され、穴部を複数有する遮光部材と、前記遮光部材の複数の穴部内において、それぞれ配線層に配置された複数の発光素子と、前記穴部内及び前記遮光部材上に配置された透光性部材と、を備えることができる。

本発明の一の形態に係る面状光源の製造方法によれば、各穴部内に配置され、遮光部材で区画された複数の発光素子を有する小型の面状光源を得ることが可能となる。また本発明の他の形態に係る面状光源によれば、遮光部材で区画された複数の発光素子の発光を、隣接する発光領域同士で透光性部材を介して部分的に伝搬するようにして、輝度むらを低減して面発光に近付けた面状光源を得ることが可能となる。

実施形態１に係る面状光源を示す模式平面図である。変形例に係る面状光源を示す模式平面図である。図１の面状光源の要部拡大模式断面図である。実施例に係る面状光源の穴部を示すＳＥＭ写真である。配線層の実装領域と延出領域を示す斜視図である。実施形態２に係る面状光源を示す要部拡大模式断面図である。実施形態３に係る面状光源の要部拡大模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。面状光源の製造工程を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。遮光部材を形成する工程の一例を示す模式断面図である。実施形態４に係る面状光源の要部拡大模式断面図である。実施形態５に係る面状光源の要部拡大模式断面図である。実施形態６に係る面状光源の要部拡大模式断面図である。図３８のプリズムシートの断面図である。図３９のプリズムシートの部分拡大図付き平面図である。図３９のプリズムシートの部分拡大図付き底面図である。図４１のプリズムシートのプリズムを示す拡大斜視図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。

さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための面状光源の製造方法を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
（面状光源１００）
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る面状光源１００の模式平面図を図１に示す。この図に示す面状光源１００は、矩形状の複合基板５０上に、複数の発光素子２０を行列状に配置している。なお発光素子の個数や配置パターンは、この例に限定されない。例えば発光素子を等間隔に配置するのみならず、発光素子同士の間隔を場所によって変化させてもよい。例えば図２に示すように、矩形状の複合基板５０の中央部分は一定間隔としつつ、隅部が密になるように発光素子２０の間隔を狭くしてもよい。多数の発光素子を配置する構成においては、中央部に比べて隅部が相対的に暗くなるため、このような配置とすることで、面状光源の隅部で暗くなることを避け、全体として輝度むらが少ない面状光源１００を得ることが可能となる。また発光素子の配置は、二次元状に配置する他、行毎に一定間隔の位置からずらして配置してもよい。あるいは、ライン状としたり、放射状、渦巻き状など、任意の配置パターンが適宜利用できる。配置される発光素子の数や、行列の数等は、要求される仕様、例えば面状光源の大きさや密度、光量などに応じて設定される。

このような面状光源１００の要部拡大模式断面図を、図３に示す。この図に示す面状光源１００は、複合基板５０と、遮光部材５４と、発光素子２０と、透光性部材６０を備える。複合基板５０は、支持部材５１と、支持部材５１上に配置された配線層４０とを含む。また遮光部材５４は、複合基板５０上に配置され、穴部５６を複数有している。穴部５６は、遮光部材５４の内側面と、複合基板５０の上面とで規定される部分である。穴部５６の底面は、支持部材５１の上面と配線層４０の上面とで規定される。各穴部５６内においては、発光素子２０が配線層４０と接続されている。以下、各部材の詳細について説明する。
（発光素子２０）

発光素子２０は、遮光部材５４の複数の穴部５６内において、配線層４０に配置されている。発光素子２０は、正負の素子電極２１を備える電極形成面２０ａと、電極形成面２０ａと反対側の光取り出し面２０ｂとを有する。この発光素子２０は、素子電極２１が配線層４０の上面に対向するように、直接又はバンプ等の接合部材を介して配置される。

発光素子２０には、半導体発光素子を利用することができる。本実施形態においては、発光素子２０として発光ダイオードを例示する。発光素子２０は、例えば青色光を出射する。発光素子２０には、青色以外の光を出射する素子も使用できる。また、複数の発光素子２０として異なる色の光を発する発光素子を用いることができる。発光素子２０から出射される光の少なくとも一部は、波長変換部材７０を用いることによって外部に出射される発光色を調整することができる。また、面状光源１００に波長変換部材７０が含まれていない場合は、発光素子からの青色光を面状光源１００からの光として出射することができる。

発光素子２０は、例えば、青色、緑色の光を出射する素子としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）またはＧａＰを用いた発光素子を用いることができる。また、赤色の光を出射する素子としては、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどの半導体を含む発光素子を用いることができる。さらに、これら以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。半導体層の材料およびその混晶度を変更することによって発光波長を変化させることができる。用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数などは、目的に応じて適宜選択すればよい。

このような発光素子２０は、複数が支持部材５１の上面において、複数の行と列に二次元状に配列されている。
（支持部材５１）

複合基板５０は、支持部材５１と、配線層４０とを含む。支持部材５１は、この上面に発光素子２０を支持する。支持部材５１は、好適には光反射性樹脂５１ｂで構成できる。光反射性樹脂５１ｂは、耐熱性および耐光性に優れた熱硬化性の樹脂とすることが好ましい。例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が好適に利用できる。例えば、シリコーン樹脂に対して、光反射性のフィラーであるＴｉＯ₂を６０％混入したものを用いることができる。また支持部材５１の厚さは、例えば１５μｍ〜３００μｍとする。
（配線層４０）

配線層４０は、支持部材５１上に設けられ、複数の発光素子２０を電気的に接続する。図３の例では、配線層４０は、第一金属層４１及び第二金属層４２を積層して構成されている。第一金属層４１の例としては、例えば、支持部材５１側からＡｌ／Ｔｉ／Ｃｕの積層構造が挙げられる。また第二金属層４２としては、例えばＣｕが挙げられる。第一金属層４１の厚さは、０．１μｍ〜１μｍとする。第二金属層４２の厚さは、１μｍ〜５０μｍとする。配線層４０は、さらに第三金属層や第四金属層を積層することができる。

配線層４０は、遮光部材５４の穴部５６内で表出されている。いいかえると、穴部５６の底面に表出された配線層４０は遮光部材５４で囲まれている。また穴部５６の底面に表出された配線層４０に、発光素子２０が配置されている。実施例に係る面状光源１００において、発光素子２０を実装した穴部５６の一例を、図４のＳＥＭ写真に示す。

また配線層４０の幅は、その厚さよりも小さくすることができる。配線層４０の内、発光素子２０の素子電極２１を実装する実装領域４５と、この実装領域４５から延出された延出領域４６を、図５に示す。図において、支持部材５１は図示を省略している。この図に示すように、配線層４０の延出領域４６の厚さを、延出方向の幅よりも厚くすることで、電気抵抗を下げて電気導電性を高めることができるとともに、穴部５６の底面において発光素子から露出する領域における支持部材５１の占める面積を大きく確保することができる等の利点が得られる。

さらに配線層４０は、発光素子２０を実装しない部分において、外部と電気接続する端子部分４３を有することができる。端子部分４３は、例えばフレキシブル基板４４を介して外部の部材、例えば電源回路と接続する。フレキシブル基板４４は、例えば、半田ペースト等の接着層６２を用いて接合することができる。
（補強基板５２）

また複合基板５０は、補強基板を含んでもよい。補強基板は、支持部材５１の裏面側に配置されて、支持部材５１を支持する。支持部材５１が薄くなると、反りやしわが発生することがある。一方で、面状光源の薄型化の要求は強く、特に液晶ディスプレイでも、３００μｍ以下の薄さが求められている。そこで、支持部材５１のみで発光素子２０を支持するのでなく、補強基板５２をさらに設けることで、このような反りを抑制して補強する。このため補強基板５２は、補強層として機能する。これにより、補強基板５２では複合基板５０を補強させ、支持部材５１では光を反射させるという機能分離をすることができる。補強基板５２の厚さは、２５μｍ〜２００μｍとする。この補強基板５２は、絶縁性の基板であると、取り扱いやすくなるため好適に利用できる。補強基板５２としては、例えば利昌工業株式会社製のＣＳ３３０５Ａ、ポリイミド含侵ガラスクロスである株式会社プリンテック社製のＢＮ基板（商品名）等が、反りやしわが発生し難いため好適に用いることができる。補強基板５２として、光反射性の部材を用いる場合は、支持部材５１を省略することができる。
（遮光部材５４）

遮光部材５４は、複合基板５０上に配置されており、穴部５６を複数有している。この遮光部材５４は、発光素子２０が発する光に対して遮光性を有する材質で構成される。例えば光反射性を有する材質、あるいは光を吸収する材質などが利用できる。好適には光反射性樹脂５１ｂで構成できる。光反射性樹脂５１ｂは、耐熱性および耐光性に優れた熱硬化性の樹脂とすることが好ましい。例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が好適に利用できる。光を吸収する材質としては、黒色の樹脂を用いることができる。黒色に着色された樹脂でも遮光性能を発揮できる。また遮光部材５４は、支持部材５１と同様の材質で構成することもできる。これにより、遮光部材５４を複合基板５０上に配置する際の、樹脂同士の接続を良好に行える。

遮光部材５４の厚さは、１０μｍ〜４５０μｍとすることで、光取り出し効率を高めることができる。

遮光部材５４の穴部５６の形状は、円柱、または、四角柱、六角柱等の多角柱、あるいは円錐台、多角錐台等とすることができる。
（透光性部材６０）

透光性部材６０は、穴部５６内及び遮光部材５４上に配置されている。このように、遮光部材５４で区画された複数の発光領域における発光素子２０の発光を、隣接する発光領域同士で透光性部材６０を介して部分的に伝搬するようにして、輝度むらを低減した面状光源を得ることが可能となる。

透光性部材６０は、波長変換部材７０を、発光素子２０と光学的に結合する部材である。この透光性部材６０は透光性を有し、波長変換部材７０と発光素子２０とを光学的に結合した状態に固定する。このような透光性部材６０には、透光性の樹脂、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、ガラス等が利用できる。
（波長変換部材７０）

透光性部材６０及び遮光部材５４の上には、波長変換部材７０が配置される。波長変換部材７０は、発光素子２０が発する光を異なる波長の光に変換する波長変換物質を含有する。この波長変換部材７０は、波長変換物質を母材に分散させてシート状としたものが利用できる。波長変換物質としては、蛍光体が挙げられる。例えば、ＹＡＧ蛍光体、βサイアロン蛍光体またはＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体などが挙げられる。波長変換部材７０は、一種類又は複数の異なる種類の波長変換物質が含有され得る。複数の波長変換物質を含有する場合は、例えば、波長変換部材７０が緑色系の発光をするβサイアロン蛍光体と赤色系の発光をするＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体とを含むことができる。これにより、面状光源１００の色再現範囲を広げることができる。

青色系の光を出射する発光素子２０を用いた際に、面状光源として赤色系の光を得たい場合は、波長変換部材にＫＳＦ系蛍光体（赤色蛍光体）を６０重量％以上、好ましくは９０重量％以上含有させることが好ましい。つまり、特定の色の光を出射する波長変換物質を波長変換部材に含有させることで、特定の色の光を出射することができる。また、波長変換物質は量子ドットであってもよい。波長変換部材内において、波長変換物質は例えば、略均一に分布させることができる。また、一部に偏在してもよい。また、波長変換物質をそれぞれ含有する複数の層が積層されて設けられていてもよい。

また波長変換物質を分散させる母材は、樹脂等が利用できる。樹脂材料には、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、またはガラスなどの透光性材料を用いることができる。波長変換部材７０の耐光性および成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。
（光拡散層）

また波長変換部材７０の他に、発光素子２０が発する光を拡散、あるいは散乱させる光拡散層を設けることができる。これにより、複数の発光素子２０を配置した面状光源の光取り出し面において、局部的に光が集中することを避け、輝度ムラが少ない面状発光が得られる。光拡散層は、光拡散材を樹脂に分散させて構成されている。光拡散材には、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃又はガラスフィラー等の無機粒子が好適に利用できる。また光拡散材には、光反射部材である白色系の樹脂や金属を微粒子状に加工したものを使用することもできる。これらの光拡散材は、母材の内部に不規則に含有されることで、光拡散層の内部を通過する光を不規則に、かつ繰り返し反射させて、多方向に拡散することで、面状光源の光取り出し面において、光が局部的に集中するのを抑制して、輝度ムラが生じるのを防止する。また光拡散層を構成する樹脂には、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂が好適に利用できる。光拡散部は、発光素子２０から出射される光に対して６０％以上の反射率を有し、好適には９０％以上の反射率を有することが望ましい。なお、この光拡散層は、面状光源の構成や用途によっては省略することもできる。
［実施形態２］

遮光部材５４は、穴部５６を、図３に示すように遮光部材５４の厚さ方向において開口幅が一定の形状にする他、穴部５６の内面を傾斜させてもよい。

また、穴部５６の内面に段差を設けることができる。このような例を、実施形態２に係る面状光源２００として、図６に示す。この図に示す面状光源２００は、開口端を段差状にした穴部５６Ｂを有している。このようにすることで、光の取り出し効率を向上させることができる。
［実施形態３］

上述した図３の例では、透光性部材６０を、遮光部材５４で区画された穴部５６の内面と、遮光部材５４の上面にそれぞれ配置される部材を一体的に設けている。ただ本発明は、この構成に限られず、透光性部材を複数備えることができる。このような例を実施形態３に係る面状光源３００として、図７に示す。この図において、上述した実施形態１や２と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。図７に示す透光性部材６０は、遮光部材５４Ｃで区画された穴部５６の内部に配置される透光性部材６０ａと、この透光性部材６０ａ及び遮光部材５４Ｃの上面を覆う透光性部材６０ｂとを分けて配置している。これら透光性部材６０ａと透光性部材６０ｂは、同じ材質を用いることが好ましい。ただ、屈折率の近似した異なる材質を用いてもよい。
［面状光源の製造方法］

次に、面状光源の製造方法を、図８〜図２８に基づいて説明する。まず、図２１に示す中間体２を準備する。
（中間体２を準備する工程）

図２１に示す中間体２は、支持部材５１と、支持部材５１上に配置された配線層４０を含む複合基板５０と、この複合基板５０の配線層４０に実装された発光素子２０を備える。以下、まず第一中間体１を準備する工程を、図８〜図１６に基づいて説明する。
（発光素子２０を配置する工程）

まず図８に示すように、支持部１０上に、第二透光性部材１３を介して、発光素子２０を配置する。発光素子２０は、電極形成面２０ａを上に向け、かつ光取り出し面２０ｂを下に向けた状態で配置する。発光素子２０は、一部が第二透光性部材１３に埋まるように配置することができる。発光素子２０の光取り出し面には、凹凸を形成することが好ましい。

なお第一中間体１において、複数の発光素子２０を所定の間隔を空けて配置することができる。この場合、後述する配線層４０を形成する工程において、各発光素子２０の素子電極２１同士を配線層４０によって電気的に接続することができる。

支持部１０は、発光素子２０を載置することが可能なものである。例えばガラス基板やサファイア基板等が支持部１０として好適に利用できる。また、支持部１０として両面（上面及び下面）を研磨したサファイア基板を好適に用いることができる。支持部１０の形状は、特に限定されないが、上面が平坦であることが好ましい。支持部１０と発光素子２０とは、第二透光性部材１３により貼り合わされている。第二透光性部材１３としては、例えば新日鉄化学社製のＶＰＡ等を用いることができる。

支持部１０の上面には、剥離層１１として、感光性樹脂層が配置されている。剥離層１１の上面には、保護層１２を介して第二透光性部材１３が配置されている。剥離層１１は、後に、光を照射することにより、支持部１０から発光素子２０を分離するためのものである。

次に、図９に示すように、発光素子２０の載置領域以外の領域の第二透光性部材１３を、エッチングにより除去する。エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好適に利用できる。保護層１２は、剥離層１１がエッチングされるのを防ぐ役割を果たす。保護層１２の材料としては、金属を用いることが好ましい。保護層１２の金属としては、Ｔｉ等を用いることができる。
（第一被覆層３０を形成する工程）

次に、図１０に示すように、支持部１０上であって、発光素子２０の周囲に、第一被覆層３０を形成する。第一被覆層３０は、支持部１０上に第一被覆層３０の材料を塗布して設ける。塗布方法は、スピンコータによるスピンコート法、ディスペンサによる吐出など特に限定されない。第一被覆層３０は、有機物で構成される部材を用いることが好ましい。これにより、後述する第一被覆層３０を除去する工程において、エッチングにより容易に除去することができる。有機物としては、例えばポリイミド（ＰＩ）、アクリル樹脂等を用いることができる。

第一被覆層３０としてレジストを用いる場合は、図１０に示すように、支持部１０及び発光素子２０を覆うようにレジストを設けた後、発光素子２０の上方を覆う形状に設けられたマスクＭを介して露光し、現像する。これにより、図１１に示すように発光素子２０の電極形成面２０ａが露出する開口部を形成する。図１０及び図１１に示す例では、露光して現像した後に露光部分が残る、いわゆるネガ型を使用した例を示したが、露光して現像した後に露光部分が除去されるポジ型のレジストを用いてもよい。このようなレジストとしては、ポリイミド、アクリル樹脂等を主成分とする材料を用いることができる。
（配線層４０を形成する工程）

次に、発光素子２０の素子電極２１から第一被覆層３０の上にわたって、配線層４０を形成する。配線層４０は、第一金属層４１及び第二金属層４２を積層して形成する。

配線層４０を形成する工程においては、まず、図１２に示すように、発光素子２０の素子電極２１と第一被覆層３０上の略全面に、第一金属層４１をスパッタ等で形成する。第一金属層４１は、後工程である第二金属層４２を形成する工程において、第二金属層４２を電解めっき法で形成する際のシード層として用いられる。第一金属層４１の積層構造としては、例えば、支持部１０側からＡｌ／Ｔｉ等が挙げられる。

次に、図１３に示すように、第一金属層４１の上にレジストＲＳを設ける。レジストＲＳは、複数の開口部を有する。平面視において、レジストＲＳの開口部と素子電極２１の少なくとも一部が重なる。また、平面視において、レジストＲＳの開口部は、素子電極２１よりも大きい。一つの発光素子２０の上に設けられる開口部同士の間隔は、正負の素子電極同士の間隔よりも広い。

次に、図１４に示すように、レジストＲＳの開口部内に、電解めっき法によって第二金属層４２を形成する。第二金属層４２は、第一金属層４１を電解めっきのシード層、すなわち電流経路として用い、レジストＲＳの開口部内でめっき成長させることで形成される。第二金属層４２としては、例えば、Ｃｕが挙げられる。

次に、図１５に示すように、レジストＲＳを除去する。これにより、第二金属層４２が、配線層４０の一部として形成される。

続いて、図１６に示すように、エッチングにより第二金属層４２の一部を除去して第二金属層４２を薄膜化するとともに、第二金属層４２が形成されていない領域の第一金属層４１を除去する。第二金属層４２の一部と第一金属層４１を同時に除去することで、マスク等を設けずにエッチングを行うことができる。これによって、発光素子２０の素子電極２１から第一被覆層３０の上にわたって、第一金属層４１と第二金属層４２が積層された配線層４０が形成される。第二金属層４２を形成する工程において、第二金属層４２を薄く形成する場合、第二金属層４２を薄膜化する工程を省略することができる。この場合、第二金属層４２を形成しない領域の第一金属層４１を除去する工程は、第二金属層４２を形成する工程の前または後に行うことができる。なお、配線層４０の上に、さらに第三金属層および第四金属層を積層して第二の配線層を形成することができる。

このように、配線層４０は、発光素子２０の素子電極２１に対して形成するため、発光素子２０を配置する工程において発光素子２０の位置ズレが生じたとしても、配線層４０を設ける位置を調整することができる。これにより、基板上の配線層に対して発光素子を配置する場合と比較して、発光素子２０の素子電極２１と配線層４０の位置ズレによる接続不良を抑制することができる。

以上のようにして第一中間体１を準備する。このような第一中間体１は、購入により準備してもよいし、第一中間体１を準備する工程の一部又は全部を行うことで準備してもよい。

第一中間体１を準備する一方で、光反射性樹脂５１ｂを塗布した補強基板５２を準備する。そして図１７に示すように、この光反射性樹脂５１ｂに、第一中間体１を反転させ、配線層４０側の面を光反射性樹脂５１ｂに対向させた姿勢でプレスする。ここでは、上面に離型シートを設けた下地用ガラス基板等のウエハと、この上に載置したＢＮ基板等の補強基板５２に、支持部材５１で第一中間体１を貼り合わせる。好ましくは、真空中でプレスして貼り合わせる。これにより、支持部材５１及び補強基板５２を一括して第一中間体１に接合することができるため、支持部材５１を薄くしても反りやしわの発生を抑制することができる。ここでは、未硬化または半硬化状態の光反射性樹脂５１ｂに対し、第一中間体１をプレスする。本明細書において、「半硬化」とは、樹脂の硬化を途中段階で停止させた状態で、「半硬化状態の光反射性樹脂」とは、その硬化過程において加熱により、さらに硬化を進めることが可能な状態の光反射性樹脂をいう。未硬化または半硬化状態の光反射性樹脂５１ｂを用いることによって、配線層４０の側面及び下面（第一被覆層３０と対向する面と反対側の面）を支持部材５１で覆うことができる。図１７に示す例では、プレス用にガラス基板を用いている。これらのプレス用ガラス基板ＰＧは、表面に離型用のＰＥＴシート等を設けておくことが好ましい。

次に、光反射性樹脂５１ｂを硬化させて支持部材５１を形成する。まず、図１８に示すように、プレスした状態で光反射性樹脂５１ｂを硬化させる。上述の通り光反射性樹脂５１ｂは、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂であるため、加熱する。例えば１５０℃に数時間加熱する。そして図１９に示すように、プレス用ガラス基板ＰＧを離型した後、余分な光反射性樹脂等を除去する。なお、この例では予め補強基板５２上に支持部材５１を塗布しているが、逆に第一中間体１側に光反射性樹脂５１ｂを塗布した上で、この光反射性樹脂５１ｂに補強基板５２を貼り付けてもよい。

次に、図２０に示すように支持部１０を除去する。支持部１０の除去は、レーザリフトオフ等により行うことができる。支持部１０を剥離させ易いように、支持部１０には予め剥離層１１が設けられている。

さらに剥離層１１等、不要な部分を除去する。ここでは、図２１に示すように第一被覆層３０のポリイミド樹脂を、ＲＩＥにより、除去している。以上のようにして、複数の発光素子２０を複合基板５０上に配列した中間体２が得られる。このような中間体２は、購入により準備してもよいし、中間体２を準備する工程の一部又は全部を行うことで準備してもよい。
（被覆部材３１を配置する工程）

このようにして得られた中間体２に対し、図２２に示すように、複数の被覆部材３１をそれぞれ離隔して配置する。各被覆部材３１は、発光素子２０の上面及び側面と、発光素子２０の周囲の複合基板５０を覆うように配置する。被覆部材３１は、レジストが好適に利用できる。レジスト材料としては、アクリル系の樹脂等を用いることができる。未硬化のレジスト材料を、複合基板５０の上面で、発光素子２０を埋設するように塗布し、これを硬化させることで、被覆部材３１が形成される。

被覆部材３１の形状は、円柱、または、四角柱、六角柱等の多角柱、あるいは円錐台、多角錐台等であってもよい。平面視において、被覆部材３１の中心に発光素子２０が配置されることが好ましい。

また配線層４０の、外部と接続する端子部分４３についても、被覆部材３１で覆うように上面に配置する。
（遮光部材を配置する工程）

このようにして形成された被覆部材３１同士の間を埋めるように、遮光部材５４を配置する。図２３に示す例では、被覆部材３１同士の間から連続して、被覆部材３１の上面を覆うように遮光部材５４を形成しているが、遮光部材５４を被覆部材３１と同じ高さで形成してもよい。遮光部材５４の形成には、光反射性物質を含有する樹脂を用いる。例えば未硬化のシリコーン樹脂を、被覆部材３１同士の間に充填して硬化させることで、複数の被覆部材３１の周囲を囲むように遮光部材を形成することができる。
（被覆部材３１を表出させる工程）

次に、図２４に示すように、遮光部材５４の表面の一部を除去して、被覆部材３１を表出させる。例えば、被覆部材３１が遮光部材５４から露出させるまで、遮光部材５４の上面から切削する。これにより、遮光部材５４の上面を平坦にできる利点が得られる。遮光部材を配置する工程において、遮光部材５４を被覆部材３１と同じ高さで形成し、被覆部材３１の上面を覆わない場合は、被覆部材３１を表出させる工程を省略することができる。
（被覆部材３１を除去する工程）

さらに、図２５に示すように、被覆部材３１を除去することで、遮光部材５４で囲まれた複数の穴部５６を形成する。被覆部材３１の除去は、例えばドライエッチングにより行われる。
（透光性部材６０を配置する工程）

そして、複数の穴部５６内に、透光性部材６０を配置する。ここでは、図２６に示すように、穴部５６及び遮光部材５４の上面を埋めるように、透光性部材６０を配置する。透光性部材としては、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。このように、遮光部材５４で区画された複数の発光素子２０の発光を、隣接する発光領域同士で透光性部材６０を介して部分的に伝搬するようにして、輝度むらを低減して面発光に近付けた面状光源を得ることが可能となる。
（配線層４０の端子部分４３に必要な配線を行う工程）

さらに、配線層４０の端子部分４３に必要な配線を行う。図２７に示す例では、端子部分４３にフレキシブル基板４４を接続している。

以上のようにして、各穴部５６内に配置され、遮光部材５４で区画された複数の発光素子２０を有する小型の面状光源を得ることが可能となる。
（波長変換部材７０を配置する工程）

さらに、透光性部材６０及び遮光部材５４の上に、波長変換部材７０を配置することができる。波長変換部材７０を設けることで、発光素子２０が発する光を波長変換部材７０で異なる波長の光に変換し、これらの混色光を出射できる。例えば、発光素子として青色発光ダイオードを、波長変換部材７０として、青色光で励起されて黄色の蛍光を発するＹＡＧ蛍光体を用いることで、白色発光可能な面状光源が得られる。

波長変換部材７０を配置するには、例えば、透光性部材６０を構成する透光性樹脂が未硬化の状態で、図２８に示すように、上面に波長変換部材７０を載置する。そして、透光性樹脂を硬化させて、波長変換部材７０を透光性部材と接着させる。

波長変換部材７０は、予め母材となる樹脂材料に波長変換材料を分散させてシート状にしたものを準備しておく。また波長変換部材７０は、多層構造とすることができる。多層構造の波長変換部材は、異なる種類の蛍光体等の波長変換材料を各層に含めることができる。あるいは、波長変換材料を含まない透光性の層を含めてもよい。
（遮光部材５４の穴部５６の内面に段差を形成する工程）

上述の通り、遮光部材５４は、穴部５６の内面を平面状とする他、図６に示すように段差を設けてもよい。ここで、遮光部材５４の穴部の内面に段差を形成する工程を、図２９〜図３３に基づいて説明する。まず、上述した工程と同様に、被覆部材３１を形成し、遮光部材５４を配置し、被覆部材３１を除去して、図２９に示すように穴部５６Ａを形成する。ここでは、説明のため一の穴部５６Ａのみを図示しているが、実際には複合基板５０に複数の穴部５６Ａを形成する。以下、図示は一つのみとするが、同様に複数の部材が複合基板５０上に形成、あるいは除去されるものとして説明する。

次に、図３０に示すように、第二被覆部材３２を形成する。ここでは第二被覆部材３２を、穴部５６Ａから連続して、遮光部材５４の上面の内、穴部５６Ａの周囲まで覆う。このような第二被覆部材３２を、穴部５６Ａ毎に、それぞれ離隔して形成する。第二被覆部材３２は、上述した第一被覆層３０や被覆部材３１と同様の材質が利用できる。

さらに、図３１に示すように、第二遮光部材５４Ｂを配置する。ここでは、第二被覆部同士の間を埋めるように、第二被覆部材３２の上面まで第二遮光部材５４Ｂを形成する。そして、図３２に示すように、第二遮光部材５４Ｂの上面を削除して、第二被覆部材３２を露出させる。第二遮光部材５４Ｂも、上述した遮光部材５４と同様の材質が利用できる。

そして第二被覆部材３２を除去する。このようにして、図３３に示すように、穴部５６Ａの開口端に段差を設けた穴部５６Ｂが形成される。

また、同様の工程を繰り返すことで、段差の数を増やすことも可能となる。

あるいは、ＲＩＥなどのエッチングに際し、露光強度と露光パターンを変えて段差を形成することができる。このような例を図３４〜図３５に基づいて説明する。まず、上述した図２０までの工程と同様に、複数の発光素子２０を複合基板５０上に配列した中間体２を準備した状態で、全面に遮光部材５４となる光反射性樹脂を塗布する。この状態で、図３４に示すように第一マスクＭ１を介して１回目の露光（第一露光）を行う。第一マスクＭ１の開口面積は、穴部５６Ａの開口面積となるように設計しておく。また第一露光の露光強度は、エッチングで複合基板５０上の光反射性樹脂（遮光部材５４）をすべて除去できる強度、すなわち相対的に強い露光強度に設定する。

次にマスクを第二マスクＭ２に変更して連続露光を行う。２回目の露光（第二露光）に用いる第二マスクＭ２の開口面積は、図３５に示すように穴部５６Ａよりも大きい穴部５８Ｂの開口面積となるように設計しておく。また第二露光の露光強度は、穴部５６Ａが形成されるように、すなわち穴部５６Ａの厚さ分の遮光部材５４が残るように、第一露光の露光強度よりも弱く設定される。このようにして、遮光部材５４に穴部５６Ａと穴部５６Ｂが形成されるので、図３２に示すような段差状の遮光部材５４を有する面状光源２００が得られる。
［実施形態４］

図３６に示す実施形態４に係る面状光源４００の例では、面状光源４００は、発光素子２０の正負の素子電極２１のそれぞれに接続される第一配線層４０Ａと第二配線層４０Ｂが絶縁部材４８を介して立体的に交差する交差部を有している。絶縁部材４８は、少なくとも上面視において第一配線層４０Ａと第二配線層４０Ｂが重なる領域であって、第一配線層４０Ａと第二配線層４０Ｂとの間に配置すればよい。絶縁部材４８としては、多層配線用の層間絶縁膜として一般的な感光性絶縁樹脂、例えば感光性アクリル樹脂、感光性シリコーン樹脂（例えば、信越化学工業株式会社製のＳＩＮＲ−３１７０）、感光性エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等を用いることができる。支持部材５１、絶縁部材４８、第一配線層４０Ａ及び第二配線層４０Ｂの上面を覆うように、遮光部材５４が配置されている。遮光部材５４は、穴部５６を複数有している。穴部５６内において、発光素子２０が配線層４０と接続されている。図３６においては、透光性部材６０を図示していないが、穴部５６内に透光性部材６０を設けてもよい。本実施形態によれば、第一配線層４０Ａと第二配線層４０Ｂとが交差するような配線レイアウトを実現可能であるので、ローカルディミングに必要な回路を容易に形成することが可能になる。

図３７に示す実施形態５に係る面状光源５００の例では、透光性部材６０が、発光素子２０、支持部材５１、第一配線層４０Ａ及び第二配線層４０Ｂの上に配置される。図３６及び図３７に示す面状光源４００、５００においては、第一配線層４０Ａ及び第二配線層４０Ｂのそれぞれの側面及び下面が支持部材５１に埋設され、支持部材５１、絶縁部材４８、第一配線層４０Ａ及び第二配線層４０Ｂのそれぞれの上面が略同一面上に配置されている。この上に設けられる透光性部材６０の下面は、概ね平坦な面である。これにより、発光素子２０から出射する光を透光性部材６０内に広げることができる。
［実施形態６］

また、図３６に示す面状光源４００の上面に、導光板を付加してもよい。このような例を実施形態６に係る面状光源６００として、図３８の断面図に示す。この図に示す面状光源６００は、上述した実施形態４に係る面状光源４００の上面に、導光板８０と、波長変換部材７０と、プリズムシート９０を配置している。このような構成によって、面状光源４００の発光面から発される光を上方に反射させて、面状光源５００の正面からの輝度を向上させることができる。図３８において、上述した部材と同等の部材は、同じ符号を付して詳細説明を省略する。また同図においては、面状光源４００を模式化して図示している。

導光板８０の断面図を図３９に、その部分拡大図付き平面図を図４０に、部分拡大図付き底面図を図４１に、それぞれ示す。これらの図に示す導光板８０は、上面に複数の第一凹部８１を有する。各第一凹部８１は、発光素子２０の概ね直上の位置に配置される。第一凹部８１は、例えば逆円錐台形状とすることができる。

導光板８０の上面のうち第一凹部８１と重ならない領域に、複数の凸部８２が配置されている。複数の凸部８２は、均等な間隔で配置されていることが好ましい。各凸部８２は、図４０の部分拡大図に示すように、上面視が円形状である。円形状の凸部８２の直径は、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。凸部８２は、導光板８０の内部での全反射を抑制することにより、上面から取り出される光を増大する効果を発揮し得る。このような凸部８２の垂直断面形状は、半球形状、円錐形状、角錐形状、角錐台等の種々の形状を採ることができる。また、凸部８２に代えて凹部を配置してもよい。この場合、凹部の上面視の形状は円形とすることができる。また、凹部の断面形状は、半球形状、円錐形状、角錐形状、角錐台等の種々の形状を採ることができる。

また導光板８０の下面には、図４１の底面図に示すように、その全面に発光素子２０の配置ピッチよりも微小な複数の第二凹部８３が配置されている。各第二凹部８３は、図４２の拡大斜視図に示すように、四角錐台形状としている。このような第二凹部８３の底面の正方形を、４５°回転させて図４１の部分拡大図に示すように、斜めの姿勢で多数を並べて配置している。第二凹部８３の開口幅は、０．５μｍ以上１０μｍ以下程度とすることができる。

このような複数の凸部８２、第一凹部８１及び第二凹部８３を有する導光板８０を付加することで、面状光源４００からの光を拡散させることが可能となる。

波長変換部材７０は、図３等で示したものと同じ構成が利用できる。図３８の例では、波長変換部材７０として、シート状の第一波長変換部材７１と第二波長変換部材７２の積層体の両面を透光性の保護膜７３ａ、７３ｂで被覆した積層シートとしてもよい。保護膜７３ａ、７３ｂとしては、例えば、ＰＥＴ等を用いることができる。さらに第一波長変換部材７１の下面側にダイクロイックミラーを付加してもよい。ダイクロイックミラーは、第一波長変換部材７１と保護膜７３ａとの間に設けることができる。また、保護膜７３ａの代わりにダイクロイックミラーを設けてもよい。このようにダイクロイックミラーを付加することで、波長変換部材からの光（例えば黄色の蛍光）が光源側に戻るのを抑制して、光取り出し効率の向上や色ムラの抑制に寄与できる。

図３８の例では、第一波長変換部材７１に含有させる波長変換物質として、ＫＳＦ系蛍光体等の赤色蛍光体を用い、第二波長変換部材７２に含有させる波長変換物質として、βサイアロン蛍光体等の緑色蛍光体を用いている。

プリズムシート９０は、液晶ディスプレイの正面輝度を向上させる複合型のプリズムフィルムである。このようなプリズムシート９０には、例えば３Ｍ社製の輝度上昇フィルム（ＡＳＯＣ４、ＤＢＥＦ、ＢＥＦ）等を使用できる。

本開示に係る面状光源は、テレビやタブレット、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、テレビやタブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルサイネージ、掲示板などに好適に利用できる。また、照明用の光源としても利用でき、非常灯やライン照明、あるいは各種のイルミネーションや車載用のインストールなどにも利用できる。

１００、２００、３００、４００、５００、６００…面状光源
１…第一中間体
２…中間体
１０…支持部
１１…剥離層
１２…保護層
１３…第二透光性部材
２０…発光素子
２０ａ…電極形成面
２０ｂ…光取り出し面
２１…素子電極
３０…第一被覆層
３１…被覆部材
３２…第二被覆部材
４０…配線層；４０Ａ…第一配線層；４０Ｂ…第二配線層
４１…第一金属層
４２…第二金属層
４３…端子部分
４４…フレキシブル基板
４５…実装領域
４６…延出領域
４８…絶縁部材
５０…複合基板
５１…支持部材
５１ｂ…光反射性樹脂
５２…補強基板
５４…遮光部材；５４Ｂ…第二遮光部材
５６…穴部
５６Ａ…穴部；５６Ｂ…穴部
６０、６０ａ、６０ｂ…透光性部材
６２…接着層
７０…波長変換部材
７１…第一波長変換部材
７２…第二波長変換部材
７３ａ、７３ｂ…保護膜
８０…導光板
８１…第一凸部
８２…凸部
８３…第二凹部
９０…プリズムシート
Ｍ…マスク
ＲＳ…レジスト
ＰＧ…プレス用ガラス基板

Claims

面状光源の製造方法であって、
支持部材と、前記支持部材に設けられた配線層と、を含む複合基板と、
前記複合基板の前記配線層上で、互いに離隔して配置された複数の発光素子と、
を備える中間体を準備する工程と、
前記複数の発光素子の上面及び側面と前記複数の発光素子の周囲の前記複合基板を覆うように、複数の被覆部材をそれぞれ離隔して配置する工程と、
前記被覆部材同士の間を埋めるように、遮光部材を配置する工程と、
前記被覆部材を除去して複数の穴部を形成する工程と、
前記複数の穴部内に、透光性部材を配置する工程と、
を含む面状光源の製造方法。
請求項１に記載の面状光源の製造方法であって、
前記被覆部材を除去する工程は、ドライエッチングにより前記被覆部材を除去する工程を含む面状光源の製造方法。
請求項１又は２に記載の面状光源の製造方法であって、
前記配線層は外部と接続する端子部分を有し、
前記複数の被覆部材を配置する工程は、前記端子部分を覆うように前記被覆部材を配置する工程を含む面状光源の製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状光源の製造方法であって、
前記透光性部材を配置する工程は、前記穴部及び前記遮光部材の上面を埋めるように前記透光性部材を配置する工程を含む面状光源の製造方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面状光源の製造方法であって、さらに、
前記透光性部材を配置する工程の後に、
前記透光性部材及び前記遮光部材の上に、前記発光素子が発する光を異なる波長の光に変換する波長変換部材を配置する工程を含む面状光源の製造方法。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の面状光源の製造方法であって、
前記遮光部材を配置する工程が、前記被覆部材同士の間から連続して、前記被覆部材の上面を覆うように前記遮光部材を配置する工程を含み、
面状光源の製造方法は、さらに、
前記遮光部材を配置する工程の後に、前記遮光部材の表面の一部を除去して、前記被覆部材を表出させる工程を含む面状光源の製造方法。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の面状光源の製造方法であって、さらに、
前記被覆部材を除去して複数の穴部を形成する工程の後に、
前記複数の穴部から、前記遮光部材の上面の一部まで連続して覆うように、複数の第二被覆部材をそれぞれ離隔して配置する工程と、
前記第二被覆部同士の間を埋めるように、第二遮光部材を配置する工程と、
前記第二被覆部材を除去して、複数の、前記穴部の開口端に段差を設けた穴部を形成する工程と、
を含む面状光源の製造方法。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の面状光源の製造方法であって、
前記遮光部材を配置する工程が、光反射性物質を含有する樹脂を配置する工程を含む面状光源の製造方法。
支持部材と、前記支持部材上に配置された配線層と、を含む複合基板と、
前記複合基板上に配置され、穴部を複数有する遮光部材と、
前記遮光部材の複数の穴部内において、それぞれ配線層に配置された複数の発光素子と、
前記穴部内及び前記遮光部材上に配置された透光性部材と、
を備える面状光源。
請求項９に記載の面状光源であって、
前記穴部内で表出される前記配線層の幅を、厚さよりも小さくしてなる面状光源。
請求項９又は１０に記載の面状光源であって、
前記複数の発光素子が、前記基板の平面視において、行列状に配置されてなる面状光源。
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の面状光源であって、
前記遮光部材で囲まれた前記配線層の一部が、前記発光素子を実装しない、端子部分を形成してなる面状光源。
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の面状光源であって、
前記発光素子は、正負の素子電極を備える電極形成面と、電極形成面と反対側の光取り出し面とを有し、
前記素子電極が前記配線層の上面に対向するように配置される面状光源。
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の面状光源であって、
前記遮光部材が、前記穴部を断面視において、開口端を段差状に形成してなる面状光源。