JP2007165728A - 発光装置及び可視光通信用照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 白色光照明として簡便で実用的な発光装置から放射される可視光を、通信に利用する可視光通信用照明装置を提供する。
【解決手段】 情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部13、変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射するLEDチップと、励起光を吸収し、青色光を蛍光放射する蛍光体と、励起光を吸収し、青色光に対して、1/10残光時間が短く、青色光と合成されて照明光となる黄色光を蛍光放射する蛍光体とを有する発光装置21、及び、黄色光を受光可能な受光部17とを有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、発光装置及び可視光通信用照明装置に関わる。

半導体発光素子は、近年、窒化ガリウム系の材料を用いて、青色光から近紫外光の発光が可能なLEDあるいはLDが開発されてきた。これらの半導体発光素子を光源として、照明や表示用に使用できる発光装置の開発が行われ、更に、この発光装置に空間光伝送機能を持たせる可視光通信用照明装置の開発が試みられている。

照明用の発光装置は、自然の色である白色を実現することが基本にある。白色光を得る方法の内、例えば、青色、緑色、及び赤色のそれぞれのLEDを使用する方法では、それぞれのLEDに対して電源回路等を用意する必要があるので、構成が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。

そこで、青色を発光するLEDと、この青色により励起されて黄色を発光するYAG:Ce蛍光体を組み合わせて、青色と黄色の混色により白色光を得る提案が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。

しかしながら、この開示された発光装置は、個体毎の性能ばらつき、供給電流値変動、周囲温度の変動、及び経時変化等によって、白色光が色合いを持つ方向に変化するという問題を有している。つまり、青色発光のLEDの材料組成及び駆動条件等によって、青色光の波長が変動し、青色光の波長が変動することにより、蛍光体から放射される黄色光とのバランスがくずれて色度座標がずれてしまい、演色性(光源によって照明された物の色の見え方が変わる性質)が悪化するという問題である。

また、多量の情報の伝送を求めて高速変調可能な白色LEDが開示されている。例えば、紫外線LED光源と、蛍光体ではないII−VI族半導体またはIII−V族半導体からなる複数の赤色光発光粒子、複数の青色光発光粒子および複数の緑色光発光粒子を備えたことを特徴とする白色LEDである(例えば、特許文献2参照。)。

しかしながら、この発光装置(白色LED)は、固体中に局在した発光中心を含む蛍光体を使用しないために、nsecオーダで白色光をオン・オフできる可能性があるが、開示された上記発光粒子を使用する場合、発光装置の輝度が不十分という問題がある。

また、光伝送を行う変調光は、波長390nmの光源の直接光を使用し、照明光は光源からの直接光の一部を蛍光体で変換した光とする照明装置が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。しかしながら、開示された照明装置は、光源からの光の一部を照明光として利用するために、照明光学系が複雑になり、照明光量が減少することは避けられず、白色の照明装置として、簡便に使用することは難しいという問題がある。
特許第3503139号公報 特開2001−111114号公報 特開2004−363756号公報

本発明は、白色光照明として簡便で実用的な発光装置及びこの発光装置から放射される可視光を通信に利用する可視光通信用照明装置を提供する。

本発明の一態様の発光装置は、励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く且つ1μsec以下である第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料とを有することを特徴とする。

また、本発明の別態様の可視光通信用照明装置は、情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1の可視光と合成されて照明光となる第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料とを有する発光装置と、前記第2の可視光を受光可能な受光部とを有することを特徴とする。

また、本発明の別態様の可視光通信用照明装置は、情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光とは異なる波長の第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1及び第2の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1及び第2の可視光と合成されて照明光となる第3の可視光を蛍光放射する第3の波長変換材料とを有する発光装置と、前記第3の可視光を受光可能な受光部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、白色光照明として簡便で実用的な発光装置及びこの発光装置から放射される可視光を通信に利用する可視光通信用照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付す。

本発明の実施例1に係る発光装置及び可視光通信用照明装置について、図1乃至図5を参照しながら説明する。図1は可視光通信用照明装置の構成を模式的に示すブロック図である。図2は発光装置の構造を模式的に示す断面図である。図3は発光装置の構成を概念的に表わす模式図である。図4は発光装置の主に可視光領域の発光スペクトルを模式的に示す図である。図5は可視光通信用照明装置の入力信号及び出力信号の形状を模式的に示すタイミングチャートで、横軸の時間に対して、図5(a)は発光装置に入力される信号波形、図5(b)は発光装置内の励起光の発光強度、図5(c)は発光装置から放射される変換光の発光強度である。

図1に示すように、可視光通信用照明装置1は、情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部13、変調電気信号に基づき励起光を放射し、励起光を吸収して、合成して白色光となる複数の変換光33を空間に放出する発光装置21、及び、白色の変換光33の内、最も短い残光特性を有する変換光33を波長選択的に受光可能とする受光部17とを備えている。そして、可視光通信用照明装置1は、発光制御部13及び発光装置21等を有して変換光33を放射する送信部10と、変換光33を選択的に受光する受光部17及び復調部18等を有する受信部15に分けられる。

発光制御部13は、送信する情報を含む入力信号11を入力し、伝送速度に応じた、例えば、0と1に基づく変調電気信号を発光装置21に出力する。発光装置21及び変換光33等については後述する。

受光部17は、変換光33を受光して、電気信号に変換する。受光部17は、複数の変換光33の中から、最も短い残光特性を有する変換光33に波長を合わせて受光するためのフィルタ16を有している。変換光33は、後述するように、青色と黄色に強度ピークを有する2つのスペクトルが合成されて白色が形成されている。フィルタ16は、高速伝送が可能な方の黄色光を通過するように設定されており、例えば、図示してない受光素子の表面に形成された光学膜で、黄色光のみを選択的に受光することを可能としてある。復調部18は、受光部17からの電気信号に、例えば、増幅、識別、整形等を行って、送信された情報に相当する信号として出力する。

次に、図2に示すように、発光装置21は、励起光31を放射する発光素子であるLED(Light Emitting Diode)チップ22、励起光31を吸収して第1の可視光である青色の変換光33aを蛍光放射する第1の波長変換材料である蛍光体29a、及び、励起光31を吸収して第1の可視光より波長が長く且つ残光時間が短い第2の可視光である黄色の変換光33bを蛍光放射する第2の波長変換材料である蛍光体29bを有している。

発光装置21は、他の構成として、LEDチップ22が凹部底面に固定されたカップ部25、カップ部25に接続され、外部端子となるリード23、リード23と対をなす外部端子であるリード24、LEDチップ22をリード23、24に電気的に接続するワイヤ26、及び、蛍光体29a、29bを含有させ、LEDチップ22とカップ部25とリード23、24の一端部とワイヤ26等を封止するように覆う封止樹脂28等を備えて、リード23、24と対向する先端部が球形の一部をなす砲弾形に形成されている。

LEDチップ22は、サファイア、SiC、または、GaN等を基板とした発光波長が400nm以下の窒化ガリウム系半導体発光素子である。詳細な図示は省略するが、例えば、絶縁性のサファイア基板上に、MOCVD法(有機金属気相成長法)等で、窒化物半導体層からなる発光層を有するダブルヘテロ構造が積層されている。表面側にp側及びn側の電極がボンディング可能な状態に形成されている。LEDチップ22は、例えば、360〜380nmに発光強度ピークを有している。また、LEDチップ22は、供給される電力波形を情報に応じて変調しながら光源を点滅させることによって、伝送速度10Mbps以上の伝送能力を有している。

蛍光体29a、29bは、LEDチップ22から放射される400nm以下に強度ピークを有する近紫外光を励起光31として、固体中に局在した発光中心(付活中心)を含む蛍光体である。蛍光体29a、29bから、それぞれ、放出された互いに補色関係にある青色の変換光33a及び黄色の変換光33bを合成した変換光33が、白色光となり、照明光として利用可能である。また、蛍光体29a、29bが放射する変換光33a、33bは、残光があるために、LEDチップ22に比較して、変調速度は遅くなるが、可視光通信に使用することが可能である。

蛍光体29aは、青色を蛍光放射する、例えば、(Sr,Ca,Ba)(POCl:Euである。蛍光体29bは、黄色を蛍光放射する、例えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット):CeまたはYAG:Ce,Tb等である。蛍光体25a、25bの1/10残光時間は、それぞれ、1〜10μsec、0.1〜0.2μsecである。Ceを付活されたYAG等は、他の付活剤を有する蛍光体に比較して、残光時間が短い傾向にあり、可視光通信の高速化に好都合である。なお、1/10残光時間は、蛍光体を励起した後、励起停止直前の発光強度に対する励起停止後の残光の発光強度が1/10になるまでの時間であり、以降、単に残光時間という。また、蛍光体29a、29bは、青色光及び黄色光を蛍光放射するものを組み合わせているが、互いに補色関係にあれば他の蛍光色を2つ組み合わせることは差し支えない。

対をなすリード23、24及びカップ部25は、リードフレームから形成されている。リード23の先端にはカップ部25が設けられている。リード24の一端部とカップ部25は、近接して対向配置され、離間している。リード23、24の他端部は、互いに平行に、封止樹脂28の外側に延在している。

カップ部25は、先端方向に開いた凹部が形成され、凹部の底面に、LEDチップ22が、裏面のサファイア基板を、銀ペーストを接着材として固定されている。銀ペーストは、近紫外光を反射し、放熱効果も有しているので好適である。凹部の内壁側面は、平滑面をなし、LEDチップ22の励起光31及び変換光33を先端方向に反射、放出する。なお、銀ペーストに限らず、他の樹脂系接着材、共晶合金半田等を用いて、接着することは差し支えない。

LEDチップ22のp側及びn側の電極は、先端側を向いた表面に配置され、金のワイヤ26を介して、リード24及びカップ部25にそれぞれ接続されている。なお、p側及びn側の電極は、逆の接続であっても差し支えない。

封止樹脂28は、LEDチップ22から発光された励起光31を変換する蛍光体29a、29bを含有している。封止樹脂28中の蛍光体29a、29bは、励起光31のほとんど全てがLEDチップ22外に放射されない程度に、分散配置されている。封止樹脂28は、励起光によって劣化されることが少ないシリコーン系樹脂である。

このシリコーン系樹脂を用いた封止は、例えば、蛍光体29a、29bをシリコーン系樹脂に混合、攪拌後、LEDチップ22、カップ部25、リード23、24の一端部、及びワイヤ26等を覆うように、砲弾状に形成して、硬化されてある。LEDチップ22は、砲弾形状先端の凸レンズの光軸上にほぼ配置されている。

上述した発光装置21の、本質的な特徴をまとめる。図3に示すように、LEDチップ22は近紫外光である励起光31を放射する。近紫外光は、励起光31として、蛍光体29a、29bに吸収される。図3(a)及び図4に示すように、蛍光体29aからは、450〜460nmに強度ピークを有する青色の変換光33aが放射される。図3(b)及び図4に示すように、蛍光体29bからは、540〜560nmに強度ピークを有する黄色の変換光33bが放射される。青色の変換光33aと黄色の変換光33bが合成された結果、発光装置21から放射される変換光33は白色光となる。

図3(a)に示すように、青色の変換光33aの残光強度41aは、比較的緩やかに減少し、残光時間は、5〜10μsecである。一方、図3(b)に示すように、黄色の変換光33bの残光強度41bは、残光強度41aに比較して急激に減少し、残光時間は、約0.15μsecである。

次に、可視光通信用照明装置1の動作について説明する。入力信号11を、発光制御部13に入力し、変調電気信号を発光装置21に出力する。例えば、図5(a)に示す入力信号を受けて、発光装置21のLEDチップ22は、図5(b)に示す発光強度を有する励起光31を放射する。励起光31を吸収して、励起された蛍光体29a、29bは、図5(c)に示すように、変換光33a、33bを放射し、目には白色光と見える。なお、図5(c)は、残光特性を比較するために、励起停止直前の発光強度を規格化して示してあり、必ずしも青色光と黄色光が同じ発光強度をしている訳ではない。変換光33を白色とするために、視感度の違い等を補う他に、伝送時、パルス駆動時等の残光特性の違いを補うために、青色光と黄色光の発光強度を蛍光体29a、29bの量や分布等で調整することは差し支えない。

伝送波形を比較する。横軸の1目盛は1μsecである。図5(b)に示す励起光31の出力信号は、図5(a)の入力信号に追随しており、ほぼ同形の2μsec周期の波形となる。図5(b)に示す励起光31の波形に対して、図5(c)の変換光出力信号の黄色の変換光33bは、残光時間が短いために、追随可能な波形を示す。一方、残光時間が長い青色の変換光33aは、追随不可能な波形を示している。すなわち、黄色光は、2μsec周期の入力信号を伝送可能であるが、青色光は伝送不可能である。

次に、黄色の変換光33bは、黄色光透過のフィルタ16を透過して、受光部17に入力する。受光部17は、変換光33bを電気信号に変換し、復調部18に送る。復調部18は、電気信号を、例えば、増幅、識別、整形等を行って、入力信号11に相当する信号を出力し、空間光伝送を全う出来る。

上述したように、発光装置21は、LEDチップ22から放射される近紫外光を励起光31として、励起光31で励起された蛍光体29a、29bから放射される青色と黄色の変換光33a、33bを照明光としている。この白色照明は実用域にある。また、蛍光体29a、29bは、現状の蛍光灯ランプ等に使用される蛍光体にほぼ匹敵する変換効率を有しており、更に、LEDチップ22の高性能化、光取り出し効率向上等によって、現状の蛍光灯ランプを凌駕する可能性を有している。

LEDチップ22は、近紫外光を発光するLEDであり、青色を発光するLEDではない。青色発光LEDに比較して、個体毎の性能ばらつきが小さく、供給電流値変動や周囲温度の変動が小さく、経時変化が少ないものができている。その上、LEDチップ22からの直接光は、蛍光体29a、29bを励起するために使用し、白色光を合成するための光とはならないために、白色光のバランスをくずすことが抑制される。従って、発光装置21は、安定性の高い白色の照明光として適している。

また、発光装置21は、残光時間が異なる蛍光体を使用している。一方の、より短い変換光33bの残光時間は、約0.15μsecであり、この黄色の変換光33bを選択的に受光する受光部17を配設することによって、可視光通信は黄色を使用し、より高い伝送速度、例えば、Mbpsオーダの伝送速度を確保して、空間光伝送を実現することができる。

更に、可視光通信なので、送信部10の発光装置21と受信部15の受光部17との間で、伝送状態を一目で確認できる。受信部15で受信状態を確認しなければならないという煩雑さは大幅に低減される。

また、フィルタを使用しない受光部は、例えば、シリコン系の受光素子を使用すると、紫色から赤色までのあらゆる波長の可視光、近紫外光、及び近赤外光等に感度を有する。従って、これらの光は通信用照明光のノイズとして作用する。その結果、例えば、室内においても、受信ノイズを受ける頻度が高くなるが、受光部17にフィルタ16を設けて特定の波長を利用することによって、受信ノイズを受ける頻度を抑制することが可能となる。

すなわち、本実施例によれば、発光装置21は、青色と黄色の励起光の合成である白色光照明として簡便で実用的である。更に、発光装置21を有する可視光通信用照明装置1は、残光時間の短い変換光33bである黄色光を、選択的に受光することによって、より高速な可視光通信が可能となる。

本発明の実施例2に係る発光装置について、図6及び図7を参照しながら説明する。図6は発光装置の構造を模式的に示す断面図である。図7は発光装置の主に可視光領域の発光スペクトルを模式的に示す図である。本実施例の発光装置は、蛍光波長の異なる3種類の蛍光体を使用している点が、実施例1とは異なる。以下では、上記実施例1と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

図6に示すように、発光装置51は、励起光31を放射する発光素子であるLEDチップ22、励起光31を吸収して第1の可視光である赤色の変換光53aを蛍光放射する第1の波長変換材料である蛍光体59a、励起光31を吸収して第2の可視光である緑色の変換光53bを蛍光放射する第2の波長変換材料である蛍光体59b、及び、励起光31を吸収して前記第1及び第2の可視光より波長が長く且つ残光時間が短い第3の可視光である青色の変換光53cを蛍光放射する第3の波長変換材料である蛍光体59cを有している。

蛍光体59a、59b、59cは、LEDチップ22で発光される400nm以下に強度ピークを有する近紫外光を励起光31として、固体中に局在した発光中心(付活中心)を含む蛍光体である。蛍光体59a、59b、59cから、それぞれ、放出された赤色の変換光53a、緑色の変換光53b、及び青色の変換光53cを合成した変換光53が、白色光となり、照明光として利用可能である。また、蛍光体59a、59b、59cが放射する変換光53a、53b、53cは、残光があるために、LEDチップ22に比較して、変調速度は遅くなるが、可視光通信に使用することが可能である。

蛍光体59aは、赤色を蛍光放射する、例えば、LaS:Eu(3+)である。蛍光体59bは、緑色を蛍光放射する、例えば、BaMgAl1017:Eu(2+),Mnである。蛍光体59cは、青色を蛍光放射する、例えば、BaMgAl1017:Eu(2+),Mnである。蛍光体59a、59b、59cの残光時間は、それぞれ、約1msec、約10msec、及び3〜5μsecである。Euを付活された蛍光体は、3価より2価の方が、残光時間が短い傾向にあり、2価のEuが付活された蛍光体からの放射光を可視光通信に使用する。なお、蛍光体59a、59b、59cは、赤色光、緑色光、及び青色光を蛍光放射するものを組み合わせているが、合成した色が白色光になれば、他の蛍光色等を有する3種の蛍光体を組み合わせることは差し支えない。

封止樹脂58は、3種の蛍光体59a、59b、59cを含有させている点が、実施例1の封止樹脂28とは異なる。

上述した発光装置51の、本質的な特徴をまとめる。LEDチップ22は近紫外光である励起光31を放射する。近紫外光は、励起光31として、蛍光体59a、59b、59cに吸収される。図7に示すように、蛍光体59aからは、620〜630nmに強度ピークを有する赤色の変換光53aが放射される。蛍光体59bからは、510〜540nmに強度ピークを有する緑色の変換光53bが放射される。蛍光体59cからは、4400〜460nmに強度ピークを有する青色の変換光53cが放射される。赤色の変換光53a、緑色の変換光53b、及び青色の変換光53cが合成された結果、発光装置51から放射される変換光53は白色光となる。

次に、発光装置51を使用した可視光通信用照明装置(図示略)は、実施例1の可視光通信用照明装置1と比較して、受光部のフィルタが青色光を選択的に透過する構成となっている点が異なるが、それ以外は同様の構成である。ただし、実施例1の黄色光の残光時間に比較して、本実施例の青色光の残光時間は1桁以上長いので、伝送速度は1桁以上遅くなる。

上述したように、発光装置51は、LEDチップ22から放射される近紫外光を励起光31として、励起光31で励起された蛍光体59a、59b、59cから放射される赤色、緑色、及び青色の変換光53a、53b、53cを照明光としている。この3色を合成した変換光53の白色照明は、実施例1の白色照明に比較して、より演色性が高い白色となり、物の色を自然光に近く見せることが可能となる。

また、発光装置51は、残光時間が異なる蛍光体59a、59b、59cの中から、最も短い残光時間を有する青色の変換光59cを、可視光通信に使用している。伝送速度は、実施例1の可視光通信用照明装置1には及ばないが、数10〜100kbpsの伝送速度を確保して、空間光伝送を実現することができる。その他に、実施例1と同様の効果を有している。

本実施例の発光装置51及びこれを用いた可視光通信用照明装置は、白色照明に力点を置き、実施例1の可視光通信用照明装置1に比較して、短時間に大量のデータの伝送を必要としない可視光通信に適用して効果がある。例えば、家庭内で使用する場合、実施例1の発光装置21及びこれを用いた可視光通信用照明装置1と、本実施例の発光装置51及びこれを用いた可視光通信用照明装置とを、部屋毎に使い分けることは可能である。

本発明の実施例3に係る発光装置について、図8を参照しながら説明する。図8は発光装置の構造を模式的に示す断面図である。本実施例の発光装置は、蛍光体を含む封止樹脂をカップ部に限定している点が、実施例1とは異なる。以下では、上記実施例1と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

図8に示すように、発光装置61は、実施例1の発光装置21に類似している。しかしながら、発光装置61は、励起光31を吸収して青色の変換光33aを蛍光放射する蛍光体29a、及び、励起光31を吸収して黄色の変換光33bを蛍光放射する蛍光体29bを含む封止樹脂28が、LEDチップ22を覆って、カップ部25の凹部に限定して配設されている点が異なる。そして、透明樹脂68が、LEDチップを含む封止樹脂28、カップ部25、リード23、24の一端部とワイヤ26等を封止するように、砲弾形に形成されている。なお、封止樹脂28の先端側の面は、平面、凸面、または、凹面のいずれかに形成される。

透明樹脂68は、エポキシ系樹脂またはシリコーン系樹脂であり、可視光に実質的に透明である。蛍光体29a、29bを透明樹脂68の中に小さく形成することにより、発光部分を小さくして輝度を高くすることが可能となる。また、砲弾形に形成された透明樹脂68の砲弾形の先端面は、レンズとしての機能を発揮できる。

次に、発光装置61を使用した可視光通信用照明装置(図示略)は、実施例1の可視光通信用照明装置1と同様の構成である。ただし、実施例1の発光装置21に比較して、集光することが可能となり、受光部に集光するように白色光を送信することが可能である。その結果、発光装置61と受光部との距離を伸ばすことが可能となる。その他に、実施例1と同様の効果を有している。

本発明の実施例4に係る発光装置について、図9を参照しながら説明する。図9は発光装置の構造を模式的に示す断面図である。本実施例の発光装置は、LEDチップがステムの上面に露出したリードに固定されている点が、実施例1とは異なる。以下では、上記実施例1と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

図9に示すように、発光装置71は、実施例1の発光装置21に類似している。しかしながら、発光装置71は、LEDチップ22が、例えば、セラミック等の絶縁性材料のステム75の表面に露出したリード24に固定されており、励起光31を吸収して青色の変換光33aを蛍光放射する蛍光体29a、及び、励起光31を吸収して黄色の変換光33bを蛍光放射する蛍光体29bを含む封止樹脂28が、ステム75のリード23、24に対向する上面側の、LEDチップ22、リード23、24の一先端部とワイヤ26等を封止するように、砲弾形に形成されている。なお、ステム75は、絶縁性の樹脂であっても差し支えない。

ステム75は、円柱状をなし、上面に、LEDチップ22を固着し、ワイヤ26を接続するリード23、24の端面がほぼ同一面となるように露出され、露出面の反対側に、リード23、24が延在するように形成されている。ステム75は、LEDチップ22を固着し、ワイヤ26を接続することができればよいので、比較的小さい。また、ステム75を使用する発光装置71は、LEDチップ22の固着面及びワイヤ26の接続面はほぼ同一面なので、組立が比較的簡単で製造コストの低減が可能である。

次に、発光装置71を使用した可視光通信用照明装置(図示略)は、実施例1の可視光通信用照明装置1と同様の構成である。実施例1の発光装置21に比較して、小さいので、実装面積当たりの発光装置71の個数を増やすことができる。その結果、照明装置として面積当たりの光量を、向上させることが可能となる。より明るく照明しようとする目的、あるいは、より遠くまで伝送しようとする目的等に好適である。その他に、実施例1と同様の効果を有している。

本発明の実施例5に係る発光装置について、図10を参照しながら説明する。図10は発光装置の構造を模式的に示す断面図である。本実施例の発光装置は、表面実装に適するようにリードが実装面に平行に形成されている点が、実施例1とは異なる。以下では、上記実施例1と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

図10に示すように、発光装置81は、先端に向かって開いた内壁側面及び内壁底面を有する凹部が設けられた樹脂外囲体85、樹脂外囲体85に一部が埋め込まれた一対のリード83、84、樹脂外囲体85の凹部の底面に露出した一方のリード83の上に固定されたLEDチップ22、LEDチップ22を凹部底面に露出したリード83、84に電気的に接続するワイヤ26、及び、蛍光体29a、29bを含有させ、樹脂外囲体85の凹部を充填し、LEDチップ22とワイヤ26等を封止する封止樹脂28を有している。

樹脂外囲体85から露出しているリード83、84は、樹脂外囲体85の外形に沿って折り曲げられ、実装面に対して平面を形成するように配設されている。封止樹脂28の先端側の面は、平面をなしているが、凸面または凹面に形成されても差し支えない。また、樹脂外囲体85の凹部の内壁側面は、平滑面をなし、LEDチップ22の励起光31及び変換光33を先端方向に反射、放出する。

次に、発光装置81を使用した可視光通信用照明装置(図示略)は、実施例1の可視光通信用照明装置1と同様の構成である。ただし、実施例1の発光装置21に比較して、高さが低く、平面をなす実装面に実装可能である。その結果、発光装置81は、平面配線を有するプリント基板等に実装が可能となり、実装の容易性がより高く、空間的な実装効率を向上させることが可能である。その他に、実施例1と同様の効果を有している。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。

例えば、上記実施例では、短い残光特性を有する変換光として、2つの蛍光体を使用する場合は黄色光を、3つの蛍光体を使用する場合は青色光を選択したが、組み合わせる蛍光体によっては、実施例の変換光が短い残光特性を有するとは限らない。その場合、2つの蛍光体または3つの蛍光体の内の最も短い残光時間を有する変換光を、それぞれ、選択して、伝送用に用いることは差し支えない。

また、実施例では、360〜380nmに発光強度ピークを有するLEDチップを使用する例を示したが、例えば、350nm以下に発光強度ピークを有する、(Al,In,Ga)N系あるいはBN系等のLEDチップを使用することは差し支えない。特に、300nm以下の励起光を使用する場合、残光時間のより短い蛍光体(例えば、Ceが付活された蛍光体)を使用して、効率よく発光させることができ、可視光通信用照明装置の伝送速度の向上が可能となる。

また、実施例では、絶縁性の基板を用いたLEDチップを使用する例を示したが、導電性の基板を用いるLEDチップを使用しても差し支えない。その場合、導電性の基板を介して電気的接続が可能となるので、ワイヤは1本とすることが可能であり、光取り出し効率の向上が可能となる。

また、実施例では、発光素子としてLEDを使用する例を示したが、LD(Laser Diode)を使用しても差し支えない。

また、実施例3乃至5においては、青色及び黄色の蛍光を放射する2種の蛍光体を使用する例を示したが、実施例2で示した赤色、緑色、及び青色の蛍光を放射する3種の蛍光体を、実施例3乃至5に適用することは差し支えない。

また、実施例で用いた蛍光体に限定されることはなく、他の蛍光体を組み合わせて白色光を合成することは差し支えない。そして、既存の蛍光灯ランプが、色温度により、昼白色、昼光色、電球色等に分けて使用されているように、上記実施例の白色光に色温度による変化を持たせることは差し支えない。

本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。
(付記1) 励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く且つ1μsec以下である第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料とを有する発光装置。

(付記2) 情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1の可視光と合成されて照明光となる第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料とを有する発光装置と、前記第2の可視光を受光可能な受光部とを有する可視光通信用照明装置。

(付記3) 情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光とは異なる波長の第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1及び第2の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1及び第2の可視光と合成されて照明光となる第3の可視光を蛍光放射する第3の波長変換材料とを有する発光装置と、前記第3の可視光を受光可能な受光部とを有する可視光通信用照明装置。

(付記4) 前記第1及び第2の可視光は、青色及び黄色のいずれかである付記1に記載の発光装置。

(付記5) 前記発光素子は、波長400nm以下に強度ピークを有する付記1に記載の発光装置。

(付記6) 前記受光部は、選択された波長を通過させることが可能なフィルタを有する付記2及び3に記載の可視光通信用照明装置。

(付記7) 前記第1及び第2の可視光は、青色及び黄色のいずれかである付記2に記載の可視光通信用照明装置。

(付記8) 前記第1、第2及び第3の可視光は、青色、緑色及び赤色の内のいずれかである付記3に記載の可視光通信用照明装置。

本発明の実施例1に係る可視光通信用照明装置の構成を模式的に示すブロック図。 本発明の実施例1に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例1に係る発光装置の構成を概念的に表わす模式図。 本発明の実施例1に係る発光装置の主に可視光領域の発光スペクトルを模式的に示す図。 本発明の実施例1に係る可視光通信用照明装置の入力信号及び出力信号の形状を模式的に示すタイミングチャートで、横軸の時間に対して、図5(a)は発光装置に入力される信号波形、図5(b)は発光装置内の励起光の発光強度、図5(c)は発光装置から放射される変換光の発光強度。 本発明の実施例2に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例2に係る発光装置の主に可視光領域の発光スペクトルを模式的に示す図。 本発明の実施例3に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例4に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図。 本発明の実施例5に係る発光装置の構造を模式的に示す断面図。

符号の説明

1 可視光通信用照明装置
10 送信部
11 入力信号
13 発光制御部
15 受信部
16 フィルタ
17 受光部
18 復調部
19 出力信号
21、51、61、71、81 発光装置
22 LEDチップ
23、24、83、84 リード
25 カップ部
26 ワイヤ
28、68 封止樹脂
29a、29b、59a、59b、59c 蛍光体
31 励起光
33、33a、33b、53a、53b 変換光
41a、41b 残光強度
75 ステム
85 樹脂外囲体

Claims (5)

  1. 励起光を放射する発光素子と、
    前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、
    前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く且つ1μsec以下である第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料と、
    を有することを特徴とする発光装置。
  2. 前記照明光は、白色であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、
    前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1の可視光と合成されて照明光となる第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料とを有する発光装置と、
    前記第2の可視光を受光可能な受光部と、
    を有することを特徴とする可視光通信用照明装置。
  4. 情報を送信するための変調電気信号を発生させる発光制御部と、
    前記変調電気信号に応じて、強度変調された励起光を放射する発光素子と、前記励起光を吸収し、第1の可視光を蛍光放射する第1の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1の可視光とは異なる波長の第2の可視光を蛍光放射する第2の波長変換材料と、前記励起光を吸収し、前記第1及び第2の可視光に対して、波長が異なり、1/10残光時間が短く、前記第1及び第2の可視光と合成されて照明光となる第3の可視光を蛍光放射する第3の波長変換材料とを有する発光装置と、
    前記第3の可視光を受光可能な受光部と、
    を有することを特徴とする可視光通信用照明装置。
  5. 前記照明光は、白色であることを特徴とする請求項3または4に記載の可視光通信用照明装置。
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