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明細書 :発光装置、発光システム、及び、発光装置の製造方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 再公表特許(A1)
発行日 平成30年5月17日(2018.5.17)
発明の名称または考案の名称 発光装置、発光システム、及び、発光装置の製造方法
国際特許分類 H01L  33/58        (2010.01)
H01L  51/50        (2006.01)
H05B  33/04        (2006.01)
H05B  33/10        (2006.01)
A61N   5/06        (2006.01)
FI H01L 33/58
H05B 33/14 A
H05B 33/04
H05B 33/10
A61N 5/06 Z
国際予備審査の請求 未請求
全頁数 44
出願番号 特願2017-530916 (P2017-530916)
国際出願番号 PCT/JP2016/072090
国際公開番号 WO2017/018470
国際出願日 平成28年7月27日(2016.7.27)
国際公開日 平成29年2月2日(2017.2.2)
優先権出願番号 2015148172
優先日 平成27年7月27日(2015.7.27)
優先権主張国 日本国(JP)
指定国 AP(BW , GH , GM , KE , LR , LS , MW , MZ , NA , RW , SD , SL , ST , SZ , TZ , UG , ZM , ZW) , EA(AM , AZ , BY , KG , KZ , RU , TJ , TM) , EP(AL , AT , BE , BG , CH , CY , CZ , DE , DK , EE , ES , FI , FR , GB , GR , HR , HU , IE , IS , IT , LT , LU , LV , MC , MK , MT , NL , NO , PL , PT , RO , RS , SE , SI , SK , SM , TR) , OA(BF , BJ , CF , CG , CI , CM , GA , GN , GQ , GW , KM , ML , MR , NE , SN , TD , TG) , AE , AG , AL , AM , AO , AT , AU , AZ , BA , BB , BG , BH , BN , BR , BW , BY , BZ , CA , CH , CL , CN , CO , CR , CU , CZ , DE , DK , DM , DO , DZ , EC , EE , EG , ES , FI , GB , GD , GE , GH , GM , GT , HN , HR , HU , ID , IL , IN , IR , IS , JP , KE , KG , KN , KP , KR , KZ , LA , LC , LK , LR , LS , LU , LY , MA , MD , ME , MG , MK , MN , MW , MX , MY , MZ , NA , NG , NI , NO , NZ , OM , PA , PE , PG , PH , PL , PT , QA , RO , RS , RU , RW , SA , SC , SD , SE , SG , SK , SL , SM , ST , SV , SY , TH , TJ , TM , TN , TR , TT , TZ , UA , UG , US
発明者または考案者 【氏名】小林 琢磨
【氏名】松股 美穂
【氏名】岡本 仁
出願人 【識別番号】503359821
【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所
個別代理人の代理人 【識別番号】110000877、【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
審査請求 未請求
テーマコード 3K107
4C082
5F142
Fターム 3K107AA01
3K107BB00
3K107BB02
3K107CC41
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3K107FF15
4C082PA02
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4C082PJ30
5F142AA13
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5F142DB17
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5F142DB54
5F142EA31
5F142GA40
要約 照射範囲が狭い。基板上又は基板の上方に配された発光層、並びに、発光層に電流又は電圧を印加するための第1素子電極及び第2素子電極を有する発光素子と、第1素子電極に結合され、第1素子電極、及び、電源に接続される第1接続部材を電気的に接続する第1配線と、第2素子電極に結合され、第2素子電極、及び、電源に接続される第2接続部材を電気的に接続する第2配線とを備え、発光素子は、LED素子のベアチップ又は有機EL素子のベアチップであり、基板に交差する面における照射角度が270度以上である。
特許請求の範囲 【請求項1】
基板上又は前記基板の上方に配された発光層、並びに、前記発光層に電流又は電圧を印加するための第1素子電極及び第2素子電極を有する発光素子と、
前記第1素子電極に結合され、前記第1素子電極、及び、電源に接続される第1接続部材を電気的に接続する第1配線と、
前記第2素子電極に結合され、前記第2素子電極、及び、電源に接続される第2接続部材を電気的に接続する第2配線と、
を備え、
前記発光素子は、LED素子のベアチップ又は有機EL素子のベアチップであり、
前記基板に交差する面における照射角度が270度以上である、
発光装置。
【請求項2】
前記発光素子と、前記第1配線及び前記第2配線の一部とを封入する封入部材をさらに備える、
請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記封入部材の内部には、前記発光素子を搭載するための回路基板が封入されていない、
請求項2に記載の発光装置。
【請求項4】
前記第1配線は、前記発光素子を搭載するための回路基板上に設けられた第1基板電極を介することなく、前記第1素子電極及び前記第1接続部材を電気的に接続し、
前記第2配線は、前記発光素子を搭載するための回路基板上に設けられた第2基板電極を介することなく、前記第2素子電極及び前記第2接続部材を電気的に接続する、
請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項5】
発光部と、
前記発光部を保持する保持部と、
を備え、
前記保持部に交差する面における照射角度が180度より大きい、
発光装置。
【請求項6】
前記発光部は、
チップ状の第1発光素子と、
チップ状の第2発光素子と、
を有し、
前記保持部は、第1の面及び前記第1の面に対向する第2の面を有し、前記第1の面の側に前記第1発光素子を搭載し、前記第2の面の側に前記第2発光素子を搭載する保持部材を有する、
請求項5に記載の発光装置。
【請求項7】
前記第1発光素子と、前記第2発光素子と、前記保持部材の少なくとも一部とを封入する封入部材をさらに備える、
請求項6に記載の発光装置。
【請求項8】
前記発光部は、
前記保持部材の前記第1の面の側に搭載されるチップ状の第3発光素子と、
前記保持部材の前記第2の面の側に搭載されるチップ状の第4発光素子と、
をさらに有し、
前記第1発光素子の第1素子電極、及び、前記第2発光素子の第1素子電極は、第1配線と電気的に接続され、
前記第3発光素子の第1素子電極、及び、前記第4発光素子の第1素子電極は、前記第1配線とは異なる第2配線と電気的に接続され、
前記第1発光素子の第2素子電極、前記第2発光素子の第2素子電極、前記第3発光素子の第2素子電極、及び、前記第4発光素子の第2素子電極は、前記第1配線及び前記第2配線とは異なる第3配線と電気的に接続される、
請求項6又は請求項7に記載の発光装置。
【請求項9】
前記保持部材は、
第1保持部材と、
前記第1保持部材とは異なる第2保持部材と、
を有し、
前記第1発光素子及び前記第2発光素子は、前記第1保持部材に搭載され、
前記第3発光素子及び前記第4発光素子は、前記第2保持部材に搭載される、
請求項8に記載の発光装置。
【請求項10】
前記発光部は、
第1発光モジュールと、
第2発光モジュールと、
を有し、
前記第1発光モジュールは、チップ状の第1発光素子、及び、その第1の面に前記第1発光素子を搭載する第1保持部材を有し、
前記第2発光モジュールは、チップ状の第2発光素子、及び、その第1の面に前記第2発光素子を搭載する第2保持部材を有し、
前記第1保持部材及び前記第2保持部材は、前記保持部の少なくとも一部を構成し、
前記第1発光モジュール及び前記第2発光モジュールは、前記第1保持部材の前記第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部と、前記第2保持部材の前記第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部とが対向するように配置され、
前記第1発光モジュールの少なくとも一部と、前記第2発光モジュールの少なくとも一部とが、接している、又は、結合されている、
請求項5に記載の発光装置。
【請求項11】
前記第1発光モジュール及び前記第2発光モジュールを封入する封入部材をさらに備える、
請求項10に記載の発光装置。
【請求項12】
前記発光部は、
第3発光モジュールと、
第4発光モジュールと、
をさらに有し、
前記第3発光モジュールは、チップ状の第3発光素子、及び、その第1の面に前記第3発光素子を搭載する第3保持部材を有し、
前記第4発光モジュールは、チップ状の第4発光素子、及び、その第1の面に前記第4発光素子を搭載する第4保持部材を有し、
前記第3保持部材及び前記第4保持部材は、前記保持部の少なくとも一部を構成し、
前記第3発光モジュール及び前記第4発光モジュールは、前記第3保持部材の前記第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部と、前記第4保持部材の前記第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部とが対向するように配置され、
前記第3発光モジュールの少なくとも一部と、前記第4発光モジュールの少なくとも一部とが、接している、又は、結合されており、
前記第1発光素子の第1素子電極、及び、前記第2発光素子の第1素子電極は、第1配線と電気的に接続され、
前記第3発光素子の第1素子電極、及び、前記第4発光素子の第1素子電極は、第2配線と電気的に接続され、
前記第1発光素子の第2素子電極、前記第2発光素子の第2素子電極、前記第3発光素子の第2素子電極、及び、前記第4発光素子の第2素子電極は、第3配線と電気的に接続される、
請求項10又は請求項11に記載の発光装置。
【請求項13】
前記第1発光素子から射出される光の中心波長と、前記第2発光素子から射出される光の中心波長とが異なる、
請求項6から請求項12までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項14】
前記第1発光素子及び前記第2発光素子の少なくとも一方は、LED素子のベアチップ又は有機EL素子のベアチップである、
請求項6から請求項13までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項15】
前記発光部に電気的に接続されていない電気生理実験用の1以上の電極をさらに備える、
請求項5から請求項14までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項16】
前記発光装置は、細胞光刺激用発光装置である、
請求項1から請求項15までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項17】
光を検出する光検出部をさらに備える、
請求項1から請求項16までの何れか一項に記載の発光装置。
【請求項18】
請求項1から請求項17までの何れか一項に記載の発光装置と、
電源と、
前記電源から前記発光装置に供給される電流又は電圧を制御する駆動部と、
を備える、
発光システム。
【請求項19】
前記発光装置の発光を制御するための制御信号を受信する受信部をさらに備え、
前記駆動部は、前記受信部が受信した前記制御信号に基づいて、前記発光装置に供給される電流又は電圧を制御する、
請求項18に記載の発光システム。
【請求項20】
チップ状の発光素子と、前記発光素子が出射した光を反射する反射部とを備えた発光モジュールから、前記反射部の少なくとも一部を除去して、前記発光モジュールよりも照射角度の大きな発光装置を作製する段階を有する、
発光装置の製造方法。
【請求項21】
前記チップ状の発光素子に含まれる基板に交差する面における照射角度が270度以上である、
請求項20に記載の発光装置の製造方法。
【請求項22】
前記発光装置を作製する段階は、前記発光素子の一部を除去することなく、前記反射部の少なくとも一部を除去する段階を含む、
請求項20又は請求項21に記載の発光装置の製造方法。
【請求項23】
前記発光モジュールは、砲弾型LEDモジュールである、
請求項20から請求項22までの何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項24】
前記発光装置は、細胞光刺激用発光装置である、
請求項20から請求項23までの何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、発光装置、発光システム、及び、発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生体細胞に光を照射して、当該細胞の応答を観察したり(非特許文献1)、当該細胞を制御したりすることが研究されている。例えば、光の照射により神経細胞の興奮又は抑制を制御することが試みられている(特許文献1~3及び非特許文献2~3を参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2012-187140号公報
[特許文献2]米国特許出願公開第2014/0324138号明細書
[特許文献3]米国特許出願公開第2009/0118800号明細書
[非特許文献]
[非特許文献1]小林琢磨、他11名、「Novel implantable imaging system for enabling simultaneous multiplanar and multipoint analysis for fluorescence potentiometry in the visual cortex」、バイオセンサーズ・アンド・バイオエレクトロニクス(Biosensors and Bioelectronics)、2012年、第38巻、p.321-330
[非特許文献2]フン・カオ(Hung Cao)、他1名、「An Integrated μLED Optrode for Optogenetic Stimulation and Electrical Recording」、アイイーイーイー・トランザクションズ・オン・バイオメディカル・エンジニアリング(IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING)、2013年1月、第60巻、第1号、p.225-229
[非特許文献3]タエ・イル・キム(Tae-il Kim)、他20名、「Injectable, Cellular-Scale Optoelectronics with Applications for Wireless Optogenetics」、サイエンス(Science)、第340巻、2013年4月12日、p.211-216
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従来の光照射装置においては、照射範囲が狭いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第1の態様においては、発光装置が提供される。上記の発光装置は、発光部と発光部を保持する保持部とを備えてよい。上記の発光装置において、保持部に交差する面における照射角度が180度より大きくてよい。
【0005】
本発明の第2の態様においては、発光装置が提供される。上記の発光装置は、例えば、チップ状の第1発光素子と、チップ状の第2発光素子とを備える。上記の発光装置は、保持部材を備えてよい。保持部材は、例えば、第1の面及び第1の面に対向する第2の面を有し、第1の面の側に第1発光素子を搭載し、第2の面の側に第2発光素子を搭載する。上記の発光装置は、第1発光素子と、第2発光素子と、保持部材の少なくとも一部とを封入する封入部材をさらに備えてよい。
【0006】
上記の発光装置は、保持部材の第1の面の側に搭載されるチップ状の第3発光素子と、保持部材の第2の面の側に搭載されるチップ状の第4発光素子とをさらに備えてよい。上記の発光装置において、第1発光素子の第1素子電極、及び、第2発光素子の第1素子電極は、第1配線と電気的に接続されてよい。上記の発光装置において、第3発光素子の第1素子電極、及び、第4発光素子の第1素子電極は、第1配線とは異なる第2配線と電気的に接続されてよい。上記の発光装置において、第1発光素子の第2素子電極、第2発光素子の第2素子電極、第3発光素子の第2素子電極、及び、第4発光素子の第2素子電極は、第1配線及び第2配線とは異なる第3配線と電気的に接続されてよい。
【0007】
上記の発光装置において、保持部材は、第1保持部材と、第1保持部材とは異なる第2保持部材とを有してよい。上記の発光装置において、第1発光素子及び第2発光素子は、第1保持部材に搭載されてよい。上記の発光装置において、第3発光素子及び第4発光素子は、第2保持部材に搭載されてよい。
【0008】
本発明の第3の態様においては、発光装置が提供される。上記の発光装置は、例えば、第1発光モジュールと、第2発光モジュールとを備える。上記の発光装置において、第1発光モジュールは、チップ状の第1発光素子、及び、その第1の面に第1発光素子を搭載する第1保持部材を有してよい。上記の発光装置において、第2発光モジュールは、チップ状の第2発光素子、及び、その第1の面に第2発光素子を搭載する第2保持部材を有してよい。上記の発光装置において、第1発光モジュール及び第2の発光モジュールは、第1保持部材の第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部と、第2保持部材の第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部とが対向するように配置されてよい。上記の発光装置において、第1発光モジュールの少なくとも一部と、第2発光モジュールの少なくとも一部とが、接していてもよく、結合されていてもよい。上記の発光装置は、第1発光モジュール及び第2発光モジュールを封入する封入部材をさらに備えてよい。
【0009】
上記の発光装置は、第3発光モジュールと、第4発光モジュールとをさらに備えてよい。上記の発光装置において、第3発光モジュールは、チップ状の第3発光素子、及び、その第1の面に第3発光素子を搭載する第3保持部材を有してよい。上記の発光装置において、第4発光モジュールは、チップ状の第4発光素子、及び、その第1の面に第4発光素子を搭載する第4保持部材を有してよい。上記の発光装置において、第3の発光モジュール及び第4の発光モジュールは、第3保持部材の第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部と、第4保持部材の第1の面に対向する第2の面の少なくとも一部とが対向するように配置されてよい。上記の発光装置において、第3発光モジュールの少なくとも一部と、第4発光モジュールの少なくとも一部とが、接していてもよく、結合されていてもよい。上記の発光装置において、第1発光素子の第1素子電極、及び、第2発光素子の第1素子電極は、第1配線と電気的に接続されてよい。上記の発光装置において、第3発光素子の第1素子電極、及び、第4発光素子の第1素子電極は、第2配線と電気的に接続されてよい。上記の発光装置において、第1発光素子の第2素子電極、第2発光素子の第2素子電極、第3発光素子の第2素子電極、及び、第4発光素子の第2素子電極は、第3配線と電気的に接続されてよい。
【0010】
上記の発光装置において、第1発光素子から射出される光の中心波長と、第2発光素子から射出される光の中心波長とが異なってもよい。上記の発光装置において、第1発光素子及び第2発光素子の少なくとも一方は、LED素子のベアチップ又は有機EL素子のベアチップであってよい。
【0011】
本発明の第4の態様においては、発光装置が提供される。上記の発光装置は、発光素子を備えてよい。発光素子は、基板上又は基板の上方に配された発光層を有してよい。発光素子は、発光層に電流又は電圧を印加するための第1素子電極及び第2素子電極を有してよい。上記の発光装置は、第1素子電極に結合される第1配線を備えてよい。第1配線は、例えば、第1素子電極と、電源に接続される第1接続部材とを電気的に接続する。上記の発光装置は、第2素子電極に結合される第2配線を備えてよい。第2配線は、例えば、第2素子電極と、電源に接続される第2接続部材とを電気的に接続する。上記の発光装置において、発光素子は、LED素子のベアチップ又は有機EL素子のベアチップであってよい。上記の発光装置において、基板に交差する面における照射角度は270度以上であってよい。
【0012】
上記の発光装置は、発光素子と、第1配線及び第2配線の一部とを封入する封入部材をさらに備えてよい。上記の発光装置において、封入部材の内部には、発光素子を搭載するための回路基板が封入されていなくてもよい。上記の発光装置において、第1配線は、発光素子を搭載するための回路基板上に設けられた第1基板電極を介することなく、第1素子電極及び第1接続部材を電気的に接続してよい。上記の発光装置において、第2配線は、パッケージ基板上に設けられた第2基板電極を介することなく、第2素子電極及び第2接続部材を電気的に接続してよい。第1の態様から第3の態様に係る上記の発光装置において、発光装置は、細胞光刺激用発光装置であってよい。上記の発光装置は、発光部に電気的に接続されていない電気生理実験用の1以上の電極をさらに備えてもよい。上記の発光装置は、光検出部をさらに備えてもよい。
【0013】
本発明の第5の態様においては、発光システムが提供される。上記の発光システムは、第1の態様から第3の態様に係る上記の発光装置を備えてよい。上記の発光システムは、電源を備えてよい。上記の発光システムは、電源から発光装置に供給される電流又は電圧を制御する駆動部を備えてよい。
【0014】
上記の発光システムは、発光装置の発光を制御するための制御信号を受信する受信部をさらに備えてよい。上記の発光システムにおいて、駆動部は、受信部が受信した制御信号に基づいて、発光装置に供給される電流又は電圧を制御してよい。
【0015】
本発明の第6の態様においては、発光装置の製造方法が提供される。上記の製造方法は、チップ状の発光素子と、発光素子が出射した光を反射する反射部とを備えた発光モジュールから、反射部の少なくとも一部を除去して、発光モジュールよりも照射角度の大きな発光装置を作製する段階を有してよい。
【0016】
上記の製造方法において、発光装置を作製する段階は、発光素子の一部を除去することなく、反射部の少なくとも一部を除去する段階を含んでよい。上記の製造方法において、発光モジュールは、砲弾型LEDモジュールであってよい。上記の製造方法において、発光装置は、細胞光刺激用発光装置であってよい。
【0017】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】光刺激装置100のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図2】LEDパッケージ112又はLEDパッケージ114の一例を概略的に示す。
【図3】LEDベアチップ210の一例を概略的に示す。
【図4】発光刺激部102の断面図の一例を概略的に示す。
【図5】発光刺激部102の上面図の一例を概略的に示す。
【図6】LEDモジュール600の一例を概略的に示す。
【図7】発光刺激部702の上面図の一例を概略的に示す。
【図8】発光刺激部802の上面図の一例を概略的に示す。
【図9】発光刺激部902の上面図の一例を概略的に示す。
【図10】LEDモジュール1010の一例を概略的に示す。
【図11】LEDモジュール1110の一例を概略的に示す。
【図12】LEDモジュール1210の一例を概略的に示す。
【図13】LEDモジュール1310の一例を概略的に示す。
【図14】LEDモジュール1410の一例を概略的に示す。
【図15】LEDパッケージ1512の断面図の一例を概略的に示す。
【図16】LEDパッケージ1512の上面図の一例を概略的に示す。
【図17】LEDモジュール1710の断面図の一例を概略的に示す。
【図18】LEDモジュール1710の断面図の一例を概略的に示す。
【図19】発光刺激部1902の断面図の一例を概略的に示す。
【図20】発光刺激部2002の断面図の一例を概略的に示す。
【図21】発光刺激部2102の一例を概略的に示す。
【図22】光双方向情報交換システム2200のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図23】中継装置2204の内部構成の一例を概略的に示す。
【図24】ユーザ端末2226の内部構成の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して、重複する説明を省く場合がある。

【0020】
図1は、光刺激装置100のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、光刺激装置100は、発光刺激部102と、制御部104と、操作部106とを備える。光刺激装置100は、発光システムの一例であってよい。

【0021】
本実施形態において、光刺激装置100は、発光刺激部102が出射した光を細胞に照射することで、当該細胞に光刺激を与える。光刺激装置100が出射した光の照射対象は、神経細胞であってもよい。例えば、動物の脳の働きを調べたり、脳の神経細胞に発生した異常が原因と考えられている病気の治療法を開発したりする場合、発光刺激部102は、生体の頭部又は脳に挿入される。これにより、発光刺激部102が出射した光を、脳の神経細胞に照射することができる。また、医療用途としては、脳深部刺激治療(DBS)に用いられている脳深部刺激用の金属電極の有望な代替手段となり得る。発光刺激部102は、脳深部刺激用の金属電極と比較して腐食しにくく、長期間使用することができる。

【0022】
発光刺激部102は、接着剤、固定器具などを用いて、当該生体の表面に取り付けられてもよい。例えば、発光刺激部102は、頭蓋骨の隙間、頭蓋骨の厚さが小さい領域、頭蓋骨の一部が頭蓋骨よりも透光性の高い部材に置換された領域などに取り付けられる。これにより、発光刺激部102が出射した光を、脳の神経細胞に照射することができる。動物又は生体は、ヒトを含んでもよい。動物は、ヒトを除く動物であってもよい。

【0023】
一実施形態において、光を照射される神経細胞は、予め遺伝子操作により改変されて、光感受性タンパク質を発現していてもよい。細胞種に特異的なプロモーターを利用して、神経細胞の遺伝子を改変することにより、神経細胞種ごとに異なる種類の遺伝子を発現させてもよい。他の実施形態において、光を照射される神経細胞の周囲に、光照射により生理活性物質を放出する光感受性ケージド化合物が予め配されていてもよい。光感受性タンパク質又は光感受性ケージド化合物を利用することにより、光の照射のON/OFFにより、任意の神経細胞の興奮又は興奮の抑制(興奮の抑制のことを、単に、抑制と称する場合がある。)を制御することができる。

【0024】
発光刺激部102は、光を出射する。本実施形態において、発光刺激部102は、LEDモジュール110を有する。LEDモジュール110は、LEDパッケージ112と、LEDパッケージ114とを含む。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。

【0025】
LEDモジュール110は、例えば、生体内に挿入される。これにより、生体外に配置されたLEDパッケージが出射した光を、生体内に挿入された光ファイバを介して照射する場合と比較して、広い範囲に強い光を照射することができる。その結果、小さなLEDチップを用いた場合であっても、十分な光強度が得られる。一方、光強度を小さくしたい場合には、LEDモジュール110の印加電流を小さくすることで対応できる。

【0026】
LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114の大きさは、生体の大きさを考慮して、侵襲を抑制するように決定されることが好ましい。例えば、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114の大きさは、低侵襲又は非侵襲となるように決定される。発光刺激部102の大きさは、脳内に埋植された場合に、脳とともに移動することができるように決定されることが好ましい。これにより、長期間の慢性留置が可能となる。その結果、発光刺激部102の位置調整などを理由とする開頭手術を抑制することができ、患者の負担を軽減させてクオリティオブライフの向上に寄与することができる。

【0027】
発光刺激部102は、制御部104から供給される電力をLEDモジュール110に提供するための端子122及び端子124を有する。例えば、端子122及び端子124の間に電圧が印加されると、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114が光を出射する。LEDパッケージ112は、発光部又は第1発光モジュールの一例であってよい。LEDパッケージ114は、発光部又は第2発光モジュールの一例であってよい。

【0028】
制御部104は、発光刺激部102を制御する。本実施形態において、制御部104は、発光刺激部102に電力を供給するための端子132及び端子134を備える。端子132及び端子134は、端子122及び端子124と接続されてよい。制御部104は、受信部142と、電源部144と、駆動部146とを備える。

【0029】
受信部142は、操作部106からの制御信号を受信する。受信部142及び操作部106の間の通信方式は、有線通信方式であってもよく、無線通信方式であってもよい。電源部144は、駆動部146を介して、発光刺激部102に電力を供給する。

【0030】
駆動部146は、電源部144から発光刺激部102に供給される電流又は電圧を制御する。駆動部146は、受信部142が受信した制御信号に基づいて、発光刺激部102を制御する。駆動部146は、例えば、発光刺激部102に含まれる1以上のLED素子のそれぞれに供給される電流又は電圧を制御することで、(i)発光刺激部102から出射される光の中心波長又はピーク波長、(ii)当該光の強度、(iii)当該光の出射時間幅及び出射間隔の少なくとも一方などを制御する。

【0031】
操作部106は、ユーザが光刺激装置100を操作するために利用される。本実施形態において、操作部106は、入力部152と、信号生成部154と、送信部156とを備える。

【0032】
入力部152は、ユーザからの指示を受け付ける。入力部152は、ボタン、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル式ディスプレイ、マイク、スピーカ、カメラ、加速度センサなどのユーザインタフェースを含んでよい。

【0033】
信号生成部154は、発光刺激部102の発光を制御するための制御信号を生成する。信号生成部154は、入力部152が受け付けたユーザからの指示に基づいて、上記の制御信号を生成する。送信部156は、信号生成部154が生成した制御信号を、制御部104に送信する。送信部156及び制御部104の間の通信方式は、有線通信方式であってもよく、無線通信方式であってもよい。

【0034】
制御部104及び操作部106の少なくとも一方は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、プログラムが実行されることにより、1又は複数のコンピュータが、制御部104及び操作部106の少なくとも一方として機能する。

【0035】
上記のソフトウエア又はプログラムは、CD-ROM、DVD-ROM、メモリ、ハードディスクなどのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。ソフトウエア又はプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、コンピュータにインストールされてよい。

【0036】
コンピュータを、制御部104及び操作部106の少なくとも一方として機能させるプログラムは、制御部104及び操作部106の少なくとも一方の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、プロセッサ、通信インターフェース等に働きかけて、制御部104及び操作部106の少なくとも一方として機能させたり、制御部104及び操作部106の少なくとも一方における情報処理方法を実行させたりする。

【0037】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと、ハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じたシステムを構築することができる。

【0038】
制御部104及び操作部106の少なくとも一方は、一般的な構成の情報処理装置において、制御部104及び操作部106の少なくとも一方の動作を規定したソフトウエア又はプログラムを起動することにより実現されてよい。制御部104及び操作部106の少なくとも一方、又は、その一部として用いられる情報処理装置は、CPU等のプロセッサ、ROM、RAM、通信インターフェースなどを有するデータ処理装置と、キーボード、タッチパネル、マイクなどの入力装置と、液晶ディスプレイ、透過型ディスプレイ、プロジェクタなどの表示装置と、スピーカなどの出力装置と、メモリ、HDDなどの記憶装置とを備えてよい。上記のデータ処理装置又は記憶装置は、上記のソフトウエア又はプログラムを記憶してよい。

【0039】
本実施形態において、発光素子がLED素子である場合について説明した。しかしながら、発光素子は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、発光素子は有機EL素子であってもよい。

【0040】
本実施形態において、駆動部146が、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114を同時に制御する場合について説明した。しかしながら、光刺激装置100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、光刺激装置100が複数の駆動部を有し、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のそれぞれを、独立に制御してもよい。駆動部146は、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114に配された複数のLEDベアチップのそれぞれを、独立に制御してもよい。各駆動部による制御の対象としては、点灯及び消灯のタイミング、光の波長、光の強度などを例示することができる。

【0041】
例えば、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のそれぞれが、波長が約450nm以上約495nm以下(約450~495nmのように表記する場合がある。)の青色光を出射するベアチップと、波長が約590~620nmのオレンジ光を出射するベアチップとを備える場合を例として、駆動部の制御について説明する。例えば、青色光により神経細胞を興奮させ、オレンジ光により神経細胞の興奮を抑制する場合、駆動部は、青色光を出射するベアチップの点滅速度又は点滅周波数を、オレンジ光を出射するベアチップの点滅速度又は点滅周波数よりも大きくすることができる。

【0042】
本実施形態において、LEDモジュール110が、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114を備える場合について説明した。しかしながら、LEDモジュール110は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、LEDモジュール110は、3以上のLEDパッケージを備えてもよい。さらに他の実施形態において、LEDモジュール110は、複数のLEDベアチップを有する単一のLEDパッケージを備えてもよい。

【0043】
[LEDパッケージの個数及び出射光の波長]
LEDモジュール110に配されるLEDパッケージの個数及び各LEDパッケージが出射する光のピーク波長は、光を照射される対象物に応じて、適宜、選択されてよい。光を照射される対象物は、神経細胞であってよい。この場合、神経細胞に光を照射したり(ONと称する場合がある。)、当該光の照射を停止したり(OFFと称する場合がある。)することにより、当該神経細胞の(i)興奮及び(ii)興奮の抑制の少なくとも一方を制御することができる。

【0044】
<神経細胞が光感受性タンパク質を有する場合>
一実施形態において、光を照射される神経細胞は、予め遺伝子操作により改変されることにより、光感受性イオンチャネルなどの光感受性タンパク質(光応答性タンパク質と称される場合もある。)を発現する。一実施形態において、光応答性タンパク質は、ロドプシンファミリーに属する貫通型の膜タンパク質である。これらの光応答タンパク質は、光照射に応答してゲートが開閉するイオンチャネルであり、神経細胞の膜電位を変化させることができる。他の実施形態において、光応答タンパク質は、光応答性シクラーゼ触媒であってもよい。細胞膜上に発現した光応答性シクラーゼ触媒は、光の照射を受けて、細胞膜の内側でcAMP、cGMPなどの環状ヌクレオチドを生成する。そのため、発光刺激部102を用いて、cAMPやcGMPが介在する種々の生理現象を光制御することができる。

【0045】
LEDパッケージが出射する光の波長は、光感受性イオンチャネルを活性化させるための光の波長、及び、光感受性イオンチャネルを抑制させるための光の波長の少なくとも一方に基づいて決定されてよい。例えば、波長が470nmの光を神経細胞に照射すると、チャネルロドプシン(ChR2と称される場合がある。)が活性化され、当該神経細胞内に陽イオンが流入する。陽イオンとしては、水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオンなどを例示することができる。その結果、光を照射された神経細胞が興奮する。同様に、波長が590nmの光を神経細胞に照射すると、ハロロドプシン(NpHRと称される場合がある。)が活性化され、当該神経細胞内に塩素イオンが流入する。その結果、光を照射された神経細胞の活動が抑制される。

【0046】
表1に、照射対象となる光応答性タンパク質と、その特異的波長と、当該特異的波長を有する光の色とを示す。また、表1に、各光応答性タンパク質に、その特異的波長を有する光を照射した場合における、神経細胞の応答(興奮又は興奮の抑制)を示す。
【表1】
JP2017018470A1_000003t.gif

【0047】
<神経細胞の近傍に光感受性ケージド化合物を配する場合>
他の実施形態において、光を照射される神経細胞の周囲に、光照射により生理活性物質を放出する光感受性ケージド化合物が予め配される。この場合、LEDパッケージが出射する光の波長は、光感受性ケージド化合物が生理活性物質を放出する波長に基づいて決定される。光感受性ケージド化合物としては、例えば、市販されている各種の化合物を利用することができる。光ケージド化合物は、任意の細胞生理活性物質を包含していてよい。光ケージド化合物は、光ケージド神経伝達物質、光ケージドcAMP(ケージドサイクリックヌクレオチド)、光ケージドCa2+イオンなどであってもよい。

【0048】
例えば、照射対象たる光感受性ケージド化合物が、ニトロインドリン(DPNIと称する場合がある。)・ケージド・GABAである場合、波長が405nmの光を出射するLEDパッケージを用いることで、当該光感受性ケージド化合物から、神経伝達物質であるGABAを放出させることができる。また、照射対象が4-メトキシ-7-ニトロインドリニル(MNIと称する場合がある。)・ケージド・グルタミン酸である場合、波長が300~380nmの光を出射するLEDパッケージを用いることで、当該光感受性ケージド化合物から、神経伝達物質であるL-グルタミン酸を放出させることができる。これにより、神経細胞の興奮及び抑制を制御することができる。

【0049】
<LEDパッケージの設計及び制御>
一実施形態において、LEDパッケージは、単一の波長の光により、特定の種類の神経細胞の興奮及び抑制を制御するように、選択又は制御される。例えば、単一の波長の光を照射することにより、1又は複数の種類の神経細胞を興奮させ、当該光の照射を停止することにより、当該神経細胞の興奮を抑制するように、LEDパッケージが選択又は制御される。同様に、単一の波長の光を照射することにより、1又は複数の種類の神経細胞の興奮を抑制し、当該光の照射を停止することにより、当該興奮の抑制を停止するように、LEDパッケージが選択又は制御される。

【0050】
例えば、青色光のON/OFFを制御することにより、当該光を照射される特定の種類の神経細胞を興奮させたり、当該興奮を抑制したりする。同様に、オレンジ光のON/OFFを制御することにより、当該光を照射される特定の種類の神経細胞の興奮を抑制したり、当該抑制を停止したりする。なお、光感受性ケージド化合物を利用する場合も、同様の手法により、神経細胞の興奮及び抑制を制御することができる。

【0051】
他の実施形態において、第1の波長の光を照射することにより、特定の種類の神経細胞を興奮させ、第2の波長の光を照射することにより、当該特定の種類の神経細胞の興奮を抑制するように、LEDパッケージが選択又は制御される。例えば、青色光を照射することで、特定の種類の神経細胞を興奮させる。一方、波長が約495~570nmの緑色光を照射することで、上記の特定の種類の神経細胞の興奮を抑制させる。これにより、近接する位置に配された複数の種類の神経細胞の興奮及び抑制を、独立して制御することができる。なお、光感受性ケージド化合物を利用する場合も、同様の手法により、神経細胞の興奮及び抑制を制御することができる。

【0052】
さらに他の実施形態において、単一の波長の光を照射することにより、第1の種類の神経細胞を興奮させるとともに、第2の種類の神経細胞の興奮を抑制し、当該光の照射を停止することにより、神経細胞に対する上記の作用を停止するように、LEDパッケージが選択又は制御される。例えば、緑色光を照射することにより第1の種類の神経細胞を興奮させるとともに、第2の種類の神経細胞の興奮を抑制する。また、上記の緑色光の照射を停止することにより、各神経細胞に対する上記の作用を停止させる。なお、光感受性ケージド化合物を利用する場合も、同様の手法により、神経細胞の興奮及び抑制を制御することができる。

【0053】
また、上記の実施形態を組み合わせて、LEDパッケージが選択又は制御されてもよい。例えば、(i)青色光の照射により第1の種類の神経細胞を興奮させ、(ii)緑色光の照射により第1の種類の神経細胞の興奮を抑制するとともに、第2の種類の神経細胞を興奮させ、(iii)オレンジ光の照射により第2の種類の神経細胞の興奮を抑制するように、LEDパッケージが選択又は制御される。なお、光感受性ケージド化合物を利用する場合も同様である。

【0054】
上記の実施形態においては、光の照射のON/OFFを制御することにより、当該光を照射された神経細胞の興奮又は抑制を直接的に制御する場合について説明した。しかしながら、光刺激装置100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、光刺激装置100は、特定の種類の細胞に対する光の照射のON/OFFを制御することにより、他の種類の細胞の興奮又は抑制を制御してもよい。例えば、光の照射のON又はOFFにより、他の神経細胞に対する抑制性を有する神経細胞を活化(興奮)させることで、当該他の神経細胞に抑制作用を及ぼすことができる。同様に、光の照射のON又はOFFにより、他の神経細胞に対する抑制性を有する神経細胞を不活化させることで、当該他の神経細胞に興奮作用を及ぼすことができる。

【0055】
図2は、LEDパッケージ112又はLEDパッケージ114の一例を概略的に示す。本実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のそれぞれは、LEDベアチップ210と、パッケージ基板220と、電極222と、電極224と、ワイヤ232と、ワイヤ234と、モールド樹脂240とを備える。例えば、電極222は正極電極であり、電極224は負極電極である。

【0056】
LEDベアチップ210は、発光部、チップ状の第1発光素子、第2発光素子、第3発光素子又は第4発光素子の一例であってよい。パッケージ基板220は、保持部、保持部材、第1保持部材、第2保持部材、第3保持部材又は第4保持部材の一例であってよい。パッケージ基板220は、回路基板の一例であってよい。電極222及び電極224は、第1基板電極又は第2基板電極の一例であってよい。

【0057】
LEDベアチップ210は、光を放出する。LEDベアチップ210から放出される光のピーク波長は、光を照射される対象物に応じて、適宜、選択されてよい。一実施形態において、LEDベアチップ210の個数及びLEDベアチップ210の出射光の特性は、細胞の生理活性を外部刺激によって制御するように選択される。例えば、LEDベアチップ210の個数及びLEDベアチップ210の出射光の特性は、細胞の興奮及び抑制を制御できるように選択されてよい。照射対象となる細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞(例えば、心筋細胞である。)、腺細胞などを例示することができる。腺細胞は、外分泌腺の細胞であってよく、甲状腺、松果腺、消化腺、皮脂腺、汗腺などの細胞を例示することができる。照射対象となる細胞は、ホルモン、伝達物質などを放出する組織の細胞であってもよい。例えば、照射対象が網膜細胞である場合、細胞の遺伝子改変を行わなくてもよい。

【0058】
パッケージ基板220は、一方の面の上に、LEDベアチップ210を搭載する。パッケージ基板220は、絶縁性材料を含んでよい。パッケージ基板220は、遮光性材料を含んでよい。パッケージ基板220は、板状であってもよく、フィルム状であってもよい。なお、パッケージ基板220の面のうち、LEDベアチップ210が搭載されている面を主面と称し、当該主面の反対側の面を背面と称する場合がある。主面は、第1の面の一例であり、背面は、第2の面の一例であってよい。

【0059】
電極222及び電極224の少なくとも一部は、パッケージ基板220の表面に配される。電極222及び電極224は、電気的に絶縁されていてよい。ワイヤ232は、LEDベアチップ210の一方の電極と、電極222とを電気的に接続する。ワイヤ234は、LEDベアチップ210の他方の電極と、電極224とを電気的に接続する。

【0060】
モールド樹脂240は、LEDベアチップ210、ワイヤ232及びワイヤ234を封入する。モールド樹脂240は、LEDベアチップ210が出射した光を吸収して、LEDベアチップ210が出射した光とは波長の異なる光を放出する波長変換物質を含んでもよい。波長変換物質としては、各種の蛍光材料を例示することができる。モールド樹脂240は、LEDベアチップ210が出射した光、及び、波長変換物質が放出した光の少なくとも一方に対して略透明であってよい。例えば、モールド樹脂240は、LEDベアチップ210が出射した光の中心波長又はピーク波長、及び、波長変換物質が放出した光の中心波長又はピーク波長の少なくとも一方における、当該光の透過率が、70%以上であってよく、75%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。上記の光の透過率は、85%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよい。これにより、LEDパッケージ112又はLEDパッケージ114は、より広範囲により強い光を照射することができる。

【0061】
本実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114が同種のLEDパッケージである場合について説明した。しかし、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、本実施形態に限定されない。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、異なる種類のLEDパッケージであってもよい。

【0062】
本実施形態において、LEDパッケージが、反射板を有しない表面実装型のLEDパッケージである場合について説明した。しかし、LEDパッケージは、本実施形態に限定されない。LEDパッケージは、反射板を有する表面実装型のLEDパッケージであってもよく、砲弾型のLEDパッケージであってもよい。

【0063】
本実施形態において、LEDパッケージが、1つのLEDベアチップを含む場合について説明した。しかし、LEDパッケージは、本実施形態に限定されない。LEDパッケージは、複数のLEDベアチップを含んでもよい。複数のLEDベアチップのピーク波長は同一であってもよく、異なってもよい。

【0064】
図3は、LEDベアチップ210の一例を概略的に示す。本実施形態において、LEDベアチップ210は、基板310と、発光層320と、電極層332と、電極層334とを備える。基板310は、保持部の一例であってよい。発光層320は、発光部の一例であってよい。電極層332は、第1素子電極又は第2素子電極の一例であってよい。電極層334は、第1素子電極又は第2素子電極の一例であってよい。

【0065】
基板310は、サファイア基板、GaAs基板などの半導体基板であってもよく、高分子フィルム基板であってもよい。基板310は、発光層320が出射した光に対して略透明であってよい。例えば、基板310は、発光層320が出射した光の中心波長又はピーク波長における、当該光の透過率が、70%以上であってよく、75%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。上記の光の透過率は、85%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよい。これにより、LEDベアチップ210は、より広範囲により強い光を照射することができる。発光層320は、基板310の一方の面の上に形成される複数の層により構成されてよい。発光層320は、p型半導体層及びn型半導体層を含んでよい。基板310と、発光層320との間に、1以上の層が介在してもよい。

【0066】
電極層332及び電極層334の間に電圧が印加されることにより、発光層320に電流が流れ、発光層320が光を放出する。電極層332は、発光層320の上に形成されてよい。電極層334は、基板310の一方の面の上に形成されてよい。また、発光層320と、電極層332との間に、1以上の層が介在してもよい。基板310と、電極層334との間に、1以上の層が介在してもよい。電極層332及び電極層334の少なくとも一方は、発光層320が出射した光に対して略透明であってよい。例えば、電極層332及び電極層334の少なくとも一方は、発光層320が出射した光の中心波長又はピーク波長における、当該光の透過率が、70%以上であってよく、75%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。上記の光の透過率は、85%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよい。これにより、LEDベアチップ210は、より広範囲により強い光を照射することができる。

【0067】
本実施形態において、電極層332及び電極層334が、基板310の対向する2つの面のうち、発光層320が形成された面の側に形成される場合について説明した。しかし、LEDベアチップ210は本実施形態に限定されない。例えば、電極層334が、基板310の面のうち、発光層320が形成された面に対向する面の上に形成されてもよい。

【0068】
図4及び図5を用いて、発光刺激部102の一実施形態について説明する。図4は、発光刺激部102の断面図の一例を概略的に示す。図5は、発光刺激部102の上面図の一例を概略的に示す。なお、図4は、図5のA-A断面を示す。本実施形態において、発光刺激部102は、LEDモジュール110と、ハンダ422と、ハンダ424と、配線432と、配線434と、封入材440とを備える。

【0069】
本実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、お互いのパッケージ基板220の背面が対向するように配される。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のそれぞれのパッケージ基板220の主面に配されたLEDベアチップ210により、広い範囲に光を放出することができる。

【0070】
発光刺激部102が出射する光の照射角度は、パッケージ基板220の主面に交差する仮想的な面(例えば、パッケージ基板220の主面に直交する面である。)において、例えば、270度以上である。上記の照射角度は、300度以上であることが好ましく、330度以上であることがより好ましく、360度であることがさらに好ましい。

【0071】
LEDパッケージ112のLEDベアチップ210は、第1発光素子の一例であってよく、LEDパッケージ114のLEDベアチップ210は、第2発光素子の一例であってよい。LEDパッケージ112のLEDベアチップ210から放出される光の中心波長又はピーク波長と、LEDパッケージ114のLEDベアチップ210から放出される光の中心波長又はピーク波長とは、略同一であってもよく、異なってもよい。

【0072】
一実施形態において、上記の中心波長又はピーク波長は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の細胞を興奮させる波長であってよい。他の実施形態において、上記の中心波長又はピーク波長は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の細胞の興奮を抑制する波長であってよい。上記の特定の細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞、腺細胞などを例示することができる。

【0073】
一実施形態において、2枚のパッケージ基板220は、保持部又は保持部材の一例であってよい。この場合、LEDパッケージ112の主面は、第1の面の一例であってよく、LEDパッケージ114の主面は、第2の面の一例であってよい。

【0074】
一実施形態において、LEDパッケージ112のLEDベアチップ210は、発光部又は第1発光素子の一例であってよく、LEDパッケージ114のLEDベアチップ210は、発光部又は第2発光素子の一例であってよい。また、LEDパッケージ112のパッケージ基板220は、保持部又は第1保持部材の一例であってよく、LEDパッケージ114のパッケージ基板220は、保持部又は第2保持部材の一例であってよい。この場合、各パッケージ基板の主面は、第1の面の一例であってよく、各パッケージ基板の背面は、第2の面の一例であってよい。

【0075】
ハンダ422は、LEDパッケージ112の電極222と、LEDパッケージ114の電極222とを電気的に接続する。ハンダ422は、LEDパッケージ112の電極222と、LEDパッケージ114の電極222とを物理的に接続する結合部材の一例であってもよい。また、ハンダ422は、配線432の一端と、ハンダ422とを電気的に接続する。

【0076】
ハンダ424は、LEDパッケージ112の電極224と、LEDパッケージ114の電極224とを電気的に接続する。ハンダ424は、LEDパッケージ112の電極224と、LEDパッケージ114の電極224とを物理的に接続する結合部材の一例であってもよい。また、ハンダ424は、配線434の一端と、ハンダ424とを電気的に接続する。

【0077】
配線432の一端は、ハンダ422と電気的に接続され、配線432の他端は、制御部104の端子132と電気的に接続される。配線434の一端は、ハンダ424と電気的に接続され、配線434の他端は、制御部104の端子134と電気的に接続される。

【0078】
本実施形態において、封入材440は、LEDパッケージ112と、LEDパッケージ114と、ハンダ422と、ハンダ424と、配線432及び配線434の一部とを封入する。なお、LEDベアチップ210と、パッケージ基板220の少なくとも一部とが、封入材440により封入されていればよく、封入材440により封入される部材の範囲は、本実施形態に限定されない。

【0079】
封入材440は、LEDベアチップ210が出射する光に対して透明であることが好ましい。封入材440は、防水性を有することが好ましく、防水性及び生体適合性を備えることがさらに好ましい。また、生体に対する毒性が低い材料を用いることが好ましい。封入材440は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂、ポリパラキシリレン樹脂(パリレン樹脂と称される場合がある。例えば、パリレンCである。)を含んでよい。封入材440は、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂、又は、ポリパラキシリレン樹脂によりコーティングされていてもよい。

【0080】
本実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114が、ハンダ422及びハンダ424により結合されて、LEDモジュール110を構成する場合について説明した。しかしながら、LEDモジュール110は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、(i)少なくとも一部が単に接しているだけであってもよく、(ii)少なくとも一部が接した状態で封入材440に封入されることにより固定されてもよい。

【0081】
図6は、LEDモジュール600の一例を概略的に示す。図1のLEDモジュール110においては、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114が、各パッケージの背面側が対向するように配される。そのため、2つのLEDベアチップが、2枚のパッケージ基板を介して配される。LEDモジュール600は、1枚のパッケージ基板の両面に2つのLEDベアチップが配される点で、LEDモジュール110と相違する。LEDモジュール600は、発光刺激部102及びその他の発光刺激部において、LEDモジュール110の代わりに用いられてよい。

【0082】
本実施形態において、LEDモジュール600は、LEDパッケージ112と、LEDベアチップ610と、ワイヤ632と、ワイヤ634と、モールド樹脂640とを備える。LEDベアチップ610、ワイヤ632、ワイヤ634及びモールド樹脂640のそれぞれは、LEDベアチップ210、ワイヤ232、ワイヤ234及びモールド樹脂240と同様の構成を有してよい。LEDベアチップ210から放出される光の中心波長又はピーク波長と、LEDベアチップ610から放出される光の中心波長又はピーク波長とは、略同一であってもよく、異なってもよい。

【0083】
本実施形態によれば、パッケージ基板220の主面の側にLEDベアチップ210が搭載され、背面の側にLEDベアチップ610が搭載されるので、広い範囲に光を放出することができる。発光刺激部102が出射する光の照射角度は、パッケージ基板220の主面に交差する仮想的な面(例えば、パッケージ基板220の主面に直交する面である。)において、180度よりも大きい。上記の照射角度は、例えば、270度以上であり、300度以上であることが好ましく、330度以上であることがより好ましく、360度であることがさらに好ましい。

【0084】
本実施形態によれば、LEDモジュール110と比較して、パッケージ基板220が1枚少ない。そのため、生体内に挿入される発光刺激部102のサイズを小さくすることができる。その結果、非破壊性、及び、低侵襲性に優れた光刺激装置が得られる。

【0085】
図7は、発光刺激部702の上面図の一例を概略的に示す。発光刺激部702は、2セットのLEDモジュール110を有する点で、発光刺激部102と相違する。その他の点については、発光刺激部102と同様の構成を有してよい。

【0086】
本実施形態において、発光刺激部702は、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114を有する第1のLEDモジュール110と、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714を有する第2のLEDモジュール110とを備える。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、同一波長の光を放出してもよい。LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714は、同一波長の光を放出してもよい。

【0087】
本実施形態において、発光刺激部702は、ハンダ422と、ハンダ424と、ハンダ724とを備える。発光刺激部702は、一端に端子122を有する配線432と、一端に端子124を有する配線434と、一端に端子744を有する配線734とを備える。本実施形態において、配線432は、第3配線の一例であり、配線434は、第1配線の一例であり、配線734は、第2配線の一例である。

【0088】
本実施形態において、ハンダ422は、LEDパッケージ112、LEDパッケージ114、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714の電極222と、配線432の他端とを電気的及び物理的に接続する。ハンダ424は、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114の電極224と、配線434の他端とを電気的及び物理的に接続する。ハンダ724は、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714の電極224と、配線734の他端とを電気的及び物理的に接続する。

【0089】
本実施形態によれば、発光刺激部702と、制御部104との間に設けられる配線の本数を削減することができる。これにより、生体内に挿入される発光刺激部102のサイズを小さくすることができる。なお、配線本数の削減方法は、本実施形態に限定されるものではない。また、配線の立体配置を工夫することで、発光刺激部702のサイズをさらに小さくしてもよい。

【0090】
一実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114の2枚のパッケージ基板220は、保持部又は第1保持部材の一例であってよい。LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714の2枚のパッケージ基板220は、保持部又は第2保持部材の一例であってよい。一実施形態において、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のパッケージ基板220のそれぞれは、保持部、第1保持部材又は第2保持部材の一例であり、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714のパッケージ基板220のそれぞれは、保持部、第3保持部材又は第4保持部材の一例であってよい。

【0091】
LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114のLEDベアチップ210のそれぞれは、発光部、第1発光素子又は第2発光素子の一例であってよく、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714のLEDベアチップ210のそれぞれは、発光部、第3発光素子又は第4発光素子の一例であってよい。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、第1発光モジュール又は第2発光モジュールの一例であってよく、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714は、第3発光モジュール又は第4発光モジュールの一例であってよい。

【0092】
第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110は、任意の波長の光を放出してよい。一実施形態において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の一方は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の細胞を興奮させる光を出射する。第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の他方は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、上記の特定の細胞の興奮を抑制する光を出射する。上記の特定の細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞、腺細胞などを例示することができる。このような光の組み合わせとしては、表1に示された特異的波長又は色を参照して決定してよい。

【0093】
他の実施形態において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の両方が、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の細胞を興奮させる光を出射する。この場合において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110のそれぞれが出射する光の波長は、同一であってもよく、異なってもよい。上記の特定の細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞、腺細胞などを例示することができる。

【0094】
さらに他の実施形態において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の両方が、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の細胞の興奮を抑制する光を出射する。この場合において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110のそれぞれが出射する光の波長は、同一であってもよく、異なってもよい。上記の特定の細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞、腺細胞などを例示することができる。

【0095】
さらに他の実施形態において、第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の一方は、特定の光感受性ケージド化合物に作用して、特定の生理活性物質を放出させる光を出射する。第1のLEDモジュール110及び第2のLEDモジュール110の他方は、別の光感受性ケージド化合物に作用して、上記の特定の生理活性物質による生理活性作用を打ち消す化合物を放出させる光を出射する。

【0096】
図8は、発光刺激部802の上面図の一例を概略的に示す。発光刺激部802は、3セットのLEDモジュール110を有する点で、発光刺激部102及び発光刺激部702と相違する。発光刺激部802は、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714と、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814とを電気的に絶縁する絶縁部材850を有する点で、発光刺激部102及び発光刺激部702と相違する。その他の点については、発光刺激部102又は発光刺激部702と同様の構成を有してよい。

【0097】
本実施形態において、発光刺激部802は、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114を有する第1のLEDモジュール110と、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714を有する第2のLEDモジュール110と、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814を有する第3のLEDモジュール110とを備える。LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114は、同一波長の光を放出してもよい。LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714は、同一波長の光を放出してもよい。LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814は、同一波長の光を放出してもよい。

【0098】
発光刺激部802は、ハンダ422と、ハンダ424と、ハンダ724と、ハンダ822と、ハンダ824とを備える。発光刺激部802は、配線432と、配線434と、配線734と、一端に端子122を有する配線832と、一端に端子844を有する配線834とを備える。

【0099】
本実施形態において、ハンダ822は、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814の電極222と、配線432の一端と、配線832の他端とを電気的及び物理的に接続する。ハンダ824は、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814の電極224と、配線834の他端とを電気的及び物理的に接続する。

【0100】
第1のLEDモジュール110、第2のLEDモジュール110及び第3のLEDモジュール110は、任意の波長の光を放出してよい。例えば、3つのLEDモジュール110の少なくとも1つが、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射する。また、3つのLEDモジュール110の少なくとも1つが、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、上記の特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射する。このような光の組み合わせとしては、表1に示された特異的波長又は色を参考にして決定することができる。

【0101】
発光刺激部702の場合と同様に、一実施形態において、発光刺激部802は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射するLEDモジュール110と、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射するLEDモジュール110とを、それぞれ、1つ以上含んでもよい。他の実施形態において、発光刺激部802は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射するLEDモジュール110のみを有してよい。さらに他の実施形態において、発光刺激部802は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射するLEDモジュール110のみを有してもよい。

【0102】
さらに他の実施形態において、発光刺激部802は、特定の光感受性ケージド化合物に作用して、特定の生理活性物質を放出させる光を出射するLEDモジュール110を有する。この場合において、発光刺激部802は、別の光感受性ケージド化合物に作用して、上記の特定の生理活性物質による生理活性作用を打ち消す化合物を放出させる光を出射するLEDモジュール110を有してもよい。

【0103】
他の実施形態において、全てのLEDモジュール110が、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射する。さらに他の実施形態において、全てのLEDモジュール110が、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射する。

【0104】
図9は、発光刺激部902の上面図の一例を概略的に示す。発光刺激部902は、4セットのLEDモジュール110を有する点で、発光刺激部802と相違する。その他の点については、発光刺激部802と同様の構成を有してよい。

【0105】
本実施形態において、発光刺激部902は、LEDパッケージ112及びLEDパッケージ114を有する第1のLEDモジュール110と、LEDパッケージ712及びLEDパッケージ714を有する第2のLEDモジュール110と、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814を有する第3のLEDモジュール110と、LEDパッケージ912及びLEDパッケージ914を有する第4のLEDモジュール110とを備える。発光刺激部802は、ハンダ422と、ハンダ424と、ハンダ724と、ハンダ822と、ハンダ824と、ハンダ924とを備える。発光刺激部802は、配線432と、配線434と、配線734と、配線832と、配線834と、一端に端子944を有する配線934とを備える。

【0106】
本実施形態において、ハンダ822は、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814の電極224と、配線834の他端とを電気的及び物理的に接続する。ハンダ824は、LEDパッケージ812及びLEDパッケージ814の電極222と、LEDパッケージ912及びLEDパッケージ914の電極222と、配線432の一端と、配線832の他端とを電気的及び物理的に接続する。ハンダ924は、LEDパッケージ912及びLEDパッケージ914の電極224と、配線934の他端とを電気的及び物理的に接続する。

【0107】
各配線の材質は、特に限定されるものではないが、銀線であってもよく、ニクロム線であってもよい。配線の材質の他の例としては、鉄線、ステンレス線、タングステン線、白金線、金線、アルミ線、銅線などを例示することができる。各配線は、光ファイバよりも剛性が小さいことが好ましい。これにより、例えば、発光刺激部を挿入された生体(被験体と称する場合がある。)の自由な活動を大きく妨げることなく、被験体の神経細胞の興奮及び興奮の抑制を制御することができる。特に、マウス、ゼブラフィッシュのように、活発に運動する小動物に対しては、柔軟で、小動物の自由な運動を妨げないニクロム線を用いることが好適である。

【0108】
各配線は、絶縁材料でコーティングされていてよい。各配線は、防水性を有する材料でコーティングされていてよい。防水性を有する材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂、ポリパラキシリレン樹脂(パリレン樹脂と称される場合がある。例えば、パリレンCである。)などを例示することができる。

【0109】
なお、発光刺激部は、5以上のLEDモジュール110を有してもよい。当業者であれば、図8及び図9に関連して説明した実施形態を参照して、5以上のLEDモジュール110を有して発光刺激部を作製することができる。例えば、当業者であれば、LEDモジュール110の2セット毎に、隣接する2つのLEDモジュール110の間に、絶縁部材850が挿入された発光刺激部を作製することができる。

【0110】
発光刺激部702又は発光刺激部802の場合と同様に、一実施形態において、発光刺激部は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射するLED素子と、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射するLED素子とを、それぞれ、1つ以上含んでもよい。他の実施形態において、発光刺激部は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞を興奮させる光を出射するLED素子のみを有してよい。さらに他の実施形態において、発光刺激部は、光応答性タンパク質又は光感受性ケージド化合物に作用して、特定の神経細胞の興奮を抑制する光を出射するLED素子のみを有してもよい。

【0111】
さらに他の実施形態において、発光刺激部は、特定の光感受性ケージド化合物に作用して、特定の生理活性物質を放出させる光を出射するLED素子を有する。この場合において、発光刺激部は、別の光感受性ケージド化合物に作用して、上記の特定の生理活性物質による生理活性作用を打ち消す化合物を放出させる光を出射するLED素子を有してもよい。

【0112】
図10は、LEDモジュール1010の一例を概略的に示す。本実施形態において、LEDモジュール1010は、LEDベアチップ210と、配線432と、配線434とを備える。本実施形態において、配線432及び配線434は、基板310の電極層332が形成された面と略垂直に配される。

【0113】
発光刺激部102において、配線432は、パッケージ基板220に設けられた電極222を介して、端子122又は端子132と、LEDベアチップ210の電極層332とを電気的に接続した。これに対して、本実施形態において、配線432は、パッケージ基板220に設けられた電極222を介することなく、端子122又は端子132と、LEDベアチップ210の電極層332とを電気的に接続する。同様に、配線434は、パッケージ基板220に設けられた電極224を介することなく、端子124又は端子134と、LEDベアチップ210の電極層334とを電気的に接続する。

【0114】
本実施形態によれば、LEDモジュール1010の基板310の側に、パッケージ基板などの光の放出を妨げる部材が配されていない。そのため、LEDモジュール1010は、発光層320から放出された光を、基板310を介して外部に出射することができる。

【0115】
本実施形態によれば、LEDモジュール1010が出射する光の照射角度は、基板310の面に交差する仮想的な面(例えば、発光層320が形成された面に直交する面である。)において、例えば、270度以上である。上記の照射角度は、300度以上であることが好ましく、330度以上であることがより好ましく、360度であることがさらに好ましい。

【0116】
本実施形態によれば、パッケージ基板などの回路基板を用いることなく、配線432及び配線434を、ベアチップに直接接続している。そのため、発光刺激部の大きさを極めて小さくすることができる。その結果、非破壊性及び低侵襲性に優れた光刺激装置が得られる。

【0117】
本実施形態において、モールド樹脂240は、LEDベアチップ210を封入する。モールド樹脂240は、LEDベアチップ210が出射する光に対して透明であることが好ましい。モールド樹脂240は、防水性を有することが好ましく、防水性及び生体適合性を備えることがさらに好ましい。また、生体に対する毒性が低い材料を用いることが好ましい。モールド樹脂240は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂、ポリパラキシリレン樹脂(パリレン樹脂と称される場合がある。例えば、パリレンCである。)を含んでよい。モールド樹脂240は、シリコーン樹脂、シアノアクリレート系樹脂、又は、ポリパラキシリレン樹脂によりコーティングされていてもよい。

【0118】
図11は、LEDモジュール1110の一例を概略的に示す。LEDモジュール1110は、配線432及び配線434が、基板310の電極層332が形成された面と略平行に配される点で、LEDモジュール1010と相違する。その他の点については、LEDモジュール1010と同様の構成を有してよい。

【0119】
図12は、LEDモジュール1210の一例を概略的に示す。LEDモジュール1210は、複数のベアチップを有する点で、LEDモジュール1010又はLEDモジュール1110と相違する。その他の点については、LEDモジュール1010又はLEDモジュール1110と同様の構成を有してよい。

【0120】
複数のベアチップは、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。少なくとも2つのベアチップは、各ベアチップから放出される光の中心波長又はピーク波長が略同一であってもよく、異なってもよい。少なくとも2つのベアチップは、同種の構造のベアチップであってもよく、構造の異なるベアチップであってもよい。

【0121】
本実施形態において、LEDモジュール1210は、直列に接続された、LEDベアチップ1212と、LEDベアチップ1214と、LEDベアチップ1216と、LEDベアチップ1218とを備える。LEDモジュール1210は、配線432と、配線1242と、配線1244と、配線1246と、配線1248とを備える。本実施形態において、配線432は、各ベアチップの電極層332と電気的に接続される。配線1242、配線1244、配線1246及び配線1248のそれぞれは、各ベアチップの電極層334と電気的に接続される。

【0122】
本実施形態において、LEDベアチップ1212、LEDベアチップ1214及びLEDベアチップ1216は、LEDベアチップ210と同様の構造を有し、LEDベアチップ1218は、LEDベアチップ210とは異なる構造を有する。具体的には、LEDベアチップ1218において、電極層334は、基板310の面のうち、発光層320が形成された面とは反対側の面に形成される。電極層334は、ITOなどの透明材料であってよい。

【0123】
LEDベアチップは、その一部を除去しても、光を放出することができる。図13及び図14を用いて、切断、研磨などの方法によりLEDベアチップ210の一部を除去することで、LEDモジュールをさらに小型化する実施形態について説明する。

【0124】
図13は、LEDモジュール1310の一例を概略的に示す。LEDモジュール1310は、例えば、(i)図13の一点鎖線で示された位置でLEDベアチップ210を2つに分割する工程と、(ii)分割されたLEDベアチップ210の一方を、配線432及び配線434と接続する工程と、(iii)分割されたLEDベアチップ210の一方と、配線432及び配線434の一部とをモールド樹脂240で封入する工程とを経て作製される。

【0125】
図14は、LEDモジュール1410の一例を概略的に示す。LEDモジュール1410は、例えば、(i)LEDベアチップ210の外縁から、図14の一点鎖線で示された位置まで、LEDベアチップ210を研磨する工程と、(ii)研磨後のLEDベアチップ210を、配線432及び配線434と接続する工程と、(iii)研磨後のLEDベアチップ210、配線432及び配線434の一部とをモールド樹脂240で封入する工程とを経て作製される。

【0126】
図15~図18を用いて、照射範囲の広いLEDモジュールの作製方法の一例について説明する。図15は、LEDパッケージ1512の断面図の一例を概略的に示す。図16は、LEDパッケージ1512の上面図の一例を概略的に示す。図15は、図16のA-A断面を示す。図17は、LEDモジュール1710の断面図の一例を概略的に示す。図18は、LEDモジュール1710の断面図の一例を概略的に示す。図17は、図18のA-A断面を示す。

【0127】
本実施形態によれば、まず、LEDベアチップ210と、LEDベアチップ210が出射した光を反射する反射部とを有するLEDパッケージを準備する。例えば、砲弾型のLEDパッケージ1512を準備する。本実施形態において、LEDパッケージ1512は、LEDベアチップ210と、LEDベアチップ210に電力を供給するリードフレーム1522及びリードフレーム1524と、LEDベアチップ210、リードフレーム1522の一部及びリードフレーム1524の一部を封入する樹脂製のレンズ1540と、リードフレーム1522、リードフレーム1524及びレンズ1540を保持するパッケージ基板1520とを備える。

【0128】
本実施形態において、リードフレーム1524は、LEDベアチップ210を収容する凹部1530を有する。LEDベアチップ210は、凹部1530の底面に配置される。凹部1530の側面は、LEDベアチップ210が出射した光を反射する反射面として機能する。当該反射面は、反射部の一例であってよい。

【0129】
LEDベアチップ210は、ワイヤ232を介して、リードフレーム1522と電気的に接続される。LEDベアチップ210は、ワイヤ234を介して、リードフレーム1524と電気的に接続される。リードフレーム1522及びリードフレーム1524の一部は、パッケージ基板1520に埋め込まれていてよい。

【0130】
次に、切断、研磨などの方法により、LEDパッケージ1512の一部を除去する。この段階において、凹部1530の少なくとも一部を除去することが好ましい。これにより、LEDパッケージ1512よりも照射角度の大きなLEDモジュール1710を作製することができる。一実施形態において、凹部1530の少なくとも一部だけでなく、LEDベアチップ210の一部が除去されてもよい。他の実施形態において、LEDベアチップ210の一部を除去しないように、凹部1530の少なくとも一部を除去してもよい。

【0131】
本実施形態によれば、反射面の一部が除去されるので、加工前のLEDパッケージ1512と比較して、光の照射角度を拡大することができる。LEDモジュール1710が出射する光の照射角度は、LEDベアチップ210の基板310の面に交差する仮想的な面(例えば、発光層320が形成された面に直交する面である。)において、例えば、270度以上である。上記の照射角度は、300度以上であることが好ましく、330度以上であることがより好ましく、360度であることがさらに好ましい。

【0132】
本実施形態によれば、LEDモジュール1710の大きさを極めて小さくすることができる。その結果、非破壊性及び低侵襲性に優れた光刺激装置が得られる。

【0133】
図19は、発光刺激部1902の断面図の一例を概略的に示す。本実施形態において、発光刺激部1902は、電気生理実験用の電極1922及び1924を有する点で、図4及び図5に関連して説明した発光刺激部102と相違する。その他の点においては、発光刺激部102と同様の構成を有してよい。本実施形態において、電極1922は、ワイヤ1932の先端に配される。また、電極1924は、ワイヤ1934の先端に配される。ワイヤ1932及びワイヤ1934は、LEDモジュール110と電気的に接続されない点で、配線432及び配線434と相違する。

【0134】
本実施形態において、電極1922及び電極1924は、電気生理実験用の記録電極又は刺激電極として用いられる。例えば、電極1922及び電極1924が記録電極として用いられる場合、ワイヤ1932及びワイヤ1934は、単線であることが好ましい。これにより、ノイズの発生を抑制することができる。また、電極1922及び電極1924が多細胞同時記録法に用いられる場合、ワイヤ1932及びワイヤ1934は、テトロードなどの複線であってもよい。

【0135】
一実施形態において、電極1922及び電極1924の間に電圧を印加することで、特定の細胞に電気的な刺激を与えて、当該細胞を活化させることができる。他の実施形態において、電極1922及び電極1924の間に存在する細胞の細胞外における電流又は電位の変化を計測することで、当該細胞の活動状態を検出することができる。さらに他の実施形態において、電極1922及び電極1924を細胞内に刺入し、細胞内の電流又は電位を計測してもよい。上記の細胞としては、神経細胞、筋肉細胞などを例示することができる。

【0136】
本実施形態においては、電極1922及び電極1924のそれぞれが、ワイヤ1932及びワイヤ1934の先端に配される場合について説明した。しかしながら、電極1922及び電極1924のそれぞれは、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、電極1922及び電極1924の少なくとも一方が、ワイヤ1932又はワイヤ1934の任意の位置に配されてよい。さらに他の実施形態において、ワイヤの被覆の一部を除去して、電極を露出させることで、電極として利用してもよい。また、1本のワイヤに複数の電極が配されてもよく、単一の電極を有する複数のワイヤが配されてもよい。

【0137】
本実施形態においては、図4及び図5に関連して説明した発光刺激部102が、電気生理実験用の1以上の電極をさらに備える場合について説明した。しかしながら、発光刺激部は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、図6から図18に関連して説明した発光刺激部又はLEDモジュールが、電気生理実験用の1以上の電極をさらに備えてもよい。

【0138】
図20は、発光刺激部2002の断面図の一例を概略的に示す。本実施形態において、発光刺激部2002は、LEDモジュール110の一方の代わりに、光検出モジュール2010を有する点で、図7に関連して説明した発光刺激部702と相違する。その他の点においては、発光刺激部702と同様の構成を有してよい。光検出モジュール2010は、周囲の光環境を測定する。これにより、細胞の生理活動を検出することができる。光環境の測定には、発光指示薬、発光タンパク質、蛍光指示薬、蛍光タンパク質などを利用してもよい。光検出モジュール2010は、光検出部の一例であってよい。

【0139】
本実施形態において、光検出モジュール2010は、LEDモジュール110と同様に、保持部の両面に配された2つの光検出素子2020を有する。光検出素子2020は、フォトダイオード(PDと略記する場合がある。)又はフォトトランジスタのパッケージであってもよく、フォトダイオード又はフォトトランジスタのベアチップであってもよい。例えば、光検出モジュール2010は、LEDモジュール110と同様に、2つの光検出パッケージを、各パッケージの背面が対向するように配置することで作製される。

【0140】
光検出モジュール2010は、光検出素子の受光部に、透過波長域を制限するための部材を有してもよい。透過波長域を制限するための部材としては、特定の波長の光を吸収するフィルタ又は膜、特定の波長の光のみを透過させるフィルタ又は膜などを例示することができる。このとき、LEDモジュール110を励起用の光源として利用してもよい。これにより、細胞と発光刺激部2002との間で、双方的にシグナルを送受することができる。

【0141】
本実施形態においては、図7に関連して説明した発光刺激部702が、LEDモジュール110の代わりに、光検出モジュール2010を有する場合について説明した。しかしながら、発光刺激部2002は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、発光刺激部2002は、発光刺激部702において、2つのLEDモジュール110に加えて、光検出モジュール2010を有してもよい。さらに他の実施形態において、発光刺激部2002は、図8又は図9に関連して説明した発光刺激部において、1以上のLEDモジュールの代わりに、光検出モジュール2010を有してもよい。発光刺激部2002は、図8又は図9に関連して説明した発光刺激部において、LEDモジュールとともに、1以上の光検出モジュール2010を有してもよい。

【0142】
他の実施形態において、発光刺激部2002は、図12に関連して説明したLEDモジュール1210において、1以上のLEDベアチップの代わりに、1以上の光検出用のベアチップを有してもよい。また、発光刺激部2002は、LEDモジュール1210において、LEDベアチップとともに、1以上の光検出用のベアチップを有してもよい。

【0143】
さらに他の実施形態において、光検出モジュール2010は、図4~図6、図10~図11、図13~図14、又は、図15~図18に関連して説明したLEDモジュールにおいて、LEDチップの代わりに光検出チップが配された構造を有してよい。また、発光刺激部2002は、図19に関連して説明した発光刺激部1902と同様に、電気生理実験用の1以上の電極を有してもよい。

【0144】
図21は、発光刺激部2102の一例を概略的に示す。本実施形態において、発光刺激部2102は、(i)LEDベアチップ1212を有しない点、及び、(ii)LEDベアチップ1216の代わりに、光検出用のPDベアチップ2116を有する点で、図12に関連して説明したLEDモジュール1210と相違する。その他の点については、LEDモジュール1210と同様の構成を有してよい。

【0145】
本実施形態において、発光刺激部2102は、LEDベアチップ1214と、PDベアチップ2116と、LEDベアチップ1218とを備える。LEDベアチップ1214及びLEDベアチップ1218は、同一の種類のLEDベアチップであってもよく、異なる種類のLEDベアチップであってもよい。一実施形態において、LEDベアチップ1214が出射する光の中心波長と、LEDベアチップ1218が出射する光の中心波長とが異なる。

【0146】
本実施形態において、PDベアチップ2116は、PD構造2120と、電極層2132と、電極層2134とを有する。PD構造2120は、PN型PD構造であってもよく、PIN型PD構造であってもよく、ショットキー型PD構造であってもよく、アバランシェ型PD構造であってもよい。PDベアチップ2116は、PD構造2120の代わりに、フォトトランジスタ構造を有してもよい。一実施形態において、PDベアチップ2116の受光面の上には、特定の波長の光のみを透過させるフィルタ(図示されていない。)が配される。他の実施形態において、PDベアチップ2116の受光面の上に、特定の波長の光のみを透過させる膜又は層が形成されてもよい。

【0147】
本実施形態において、電極層2132及び電極層2134は、電極層332及び電極層334と同様の構成を有してよい。本実施形態において、電極層2132及び電極層2134のそれぞれは、配線2142及び配線2146と電気的に接続される。また、本実施形態において、配線432は、LEDベアチップ1214の電極層332及びLEDベアチップ1218の電極層332と電気的に接続される。

【0148】
図22は、光双方向情報交換システム2200のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、光双方向情報交換システム2200は、細胞への刺激光の照射を制御することにより、細胞を活性化させたり、不活性化させたりする。より具体的には、神経細胞を興奮させたり、神経細胞の興奮を抑制させたりする。これにより、細胞に対して情報を伝達することができる。また、細胞に励起光を照射すると、細胞の活動に応じた強度の蛍光が生じる。そこで、光双方向情報交換システム2200は、細胞に励起光を照射して、細胞から放出された蛍光を受光する。より具体的には、蛍光の増減を計測する。これにより、細胞からの情報を受信することができる。

【0149】
本実施形態において、光双方向情報交換システム2200は、発光刺激部2102と、中継装置2204と、ユーザ端末2226とを備える。技術的に矛盾しない範囲において、中継装置2204は、制御部104と同様の構成を有してもよい。また、ユーザ端末2226は、操作部106と同様の構成を有してよい。

【0150】
一実施形態において、中継装置2204は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、プログラムが実行されることにより、1又は複数のコンピュータが、中継装置2204又はその一部として機能する。他の実施形態において、ユーザ端末2226は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、プログラムが実行されることにより、1又は複数のコンピュータが、ユーザ端末2226又はその一部として機能する。

【0151】
本実施形態において、発光刺激部2102側のコネクタ2212及び中継装置2204側のコネクタ2214が物理的に接続されることにより、発光刺激部2102及び中継装置2204が電気的に接続される。本実施形態において、中継装置2204及びユーザ端末2226は、無線通信方式により情報を送受する。無線通信の方式及び周波数帯は特に限定されない。ユーザ端末2226は、外付式の無線モジュール2228を介して、中継装置2204との間で情報を送受してもよい。

【0152】
コネクタ2212及びコネクタ2214の形状、種類、ピン数などは、特に限定されるものではなく、任意のコネクタを利用することができる。コネクタ2212は、図1に関連して説明した端子122及び端子124を有してもよい。コネクタ2214は、図1に関連して説明した端子132及び端子134を有してもよい。

【0153】
コネクタ2212及びコネクタ2214の少なくとも一方は、配線の振動の伝播を抑制する緩衝部材又は緩衝構造を有してもよい。これにより、発光刺激部2102が出射した光を照射される対象となる生体(観察対象と称する場合がある。)の生体組織への刺激、侵襲、損傷などを抑制することができる。また、生体組織に対する余計な刺激が抑制されるので、ノイズの少ないデータを収集することができる。

【0154】
コネクタ2212及びコネクタ2214の設置位置は、特に限定されるものではない。一実施形態において、コネクタ2214の少なくとも一部が、中継装置2204の筐体の外側に固定されたり、中継装置2204の筐体に内蔵されたりしてよい。他の実施形態において、コネクタ2212及びコネクタ2214は、観察対象の外表面と、中継装置2204の筐体との間に配されてもよい。

【0155】
さらに他の実施形態において、コネクタ2212は、観察対象の外表面に固定される。例えば、発光刺激部2102が生体の脳内に埋植される場合、コネクタ2212は、生体の頭蓋骨の外表面に固定される。固定方法としては、ねじ止め、結束、接着などを例示することができる。これにより、発光刺激部2102の電極に物理的に接続された配線(例えば、配線432、配線1244、配線1248、配線2142、配線2146などである。)の振動を抑制することができる。この場合、生体内に埋植された発光刺激部2102及び配線は、例えば、生体組織の動きに従って、緩やかに動く。その結果、発光刺激部2102又は配線が生体内で激しく動くことによる、生体組織への刺激、侵襲、損傷などを抑制することができる。また、生体組織に対する余計な刺激が抑制されるので、ノイズの少ないデータを収集することができる。

【0156】
本実施形態において、発光刺激部2102のLEDベアチップ1214は、情報交換の対象となる細胞に応じた刺激光を出射するように構成される。LEDベアチップ1218は、情報交換の対象となる細胞に応じた励起光を出射するように構成される。LEDベアチップ1214及びLEDベアチップ1218は、刺激光、励起光及び蛍光の波長領域が重複しないように選択されることが好ましい。これにより、空間分解能力を向上させることができる。本実施形態において、PDベアチップ2116は、細胞からの蛍光を受光して、電気信号に変換することができるように構成される。PDベアチップ2116の受光面の上には、蛍光のみを透過させるフィルタ又は膜が配されてよい。

【0157】
一実施形態において、発光刺激部2102は、生体の内部に挿入され、情報交換の対象となる細胞に光を照射したり、当該細胞からの蛍光を受光したりする。他の実施形態において、発光刺激部2102は、生体の表面に取り付けられ、情報交換の対象となる細胞に光を照射したり、当該細胞からの蛍光を受光したりする。

【0158】
本実施形態において、中継装置2204は、発光刺激部2102に電力を供給する。中継装置2204は、ユーザ端末2226からの指示に基づいて、発光刺激部2102に供給する電力を制御してもよい。また、中継装置2204は、発光刺激部2102のPDベアチップ2116からの電気信号を受信して、当該電気信号をユーザ端末2226に送信する。これにより、発光刺激部2102を小型化することができる。

【0159】
一実施形態によれば、発光刺激部2102の大きさを、横幅200μm、縦幅600μm、厚さ100μm程度に小型化することができる。また、中継装置2204の大きさは、通信モジュール及び電源部144として利用するバッテリの大きさにもよるが、例えば、電源部144を入れて、横幅0.5~3cm、縦幅0.5~3cm、厚さ0.5~3cm程度である。一実施形態によれば、中継装置2204の大きさは、横幅1~1.5cm、縦幅1.5~2cm、厚さ1.5~2cm程度である。これにより、情報交換の対象となる細胞がマウスの脳内の神経細胞である場合、発光刺激部2102をマウスの頭部に埋設し、中継装置2204をマウスの頭部又は背中に固定することができる。

【0160】
本実施形態において、ユーザ端末2226は、光双方向情報交換システム2200を利用して、細胞との間で双方向の情報伝達を行う者(ユーザと称する場合がある。)が使用する情報処理端末である。ユーザ端末2226は、ユーザの指示に基づいて、発光刺激部2102又は中継装置2204を制御する。また、ユーザ端末2226は、発光刺激部2102又は中継装置2204から受信した情報を、ユーザに提示する。これにより、ユーザは、刺激光の照射に対する細胞の応答をリアルタイムで観察することができる。

【0161】
他の実施形態において、ユーザ端末2226は、細胞からの蛍光の強度に関する情報を解析して、細胞の活動を任意に制御するべく、刺激光の照射条件を決定してよい。刺激光の照射条件としては、刺激光の波長、強度、照射位置、照射のタイミングなどを例示することができる。ユーザ端末2226は、決定された照射条件を中継装置2204に送信する。中継装置2204は、受信した照射条件に従って、発光刺激部2102を制御する。これにより、細胞の活動を制御することができる。

【0162】
ユーザ端末2226としては、パーソナルコンピュータ、携帯端末などを例示することができる。携帯端末としては、携帯電話、スマートフォン、PDA、タブレット、ノートブック・コンピュータ又はラップトップ・コンピュータ、ウエアラブル・コンピュータなどを例示することができる。

【0163】
なお、光双方向情報交換システム2200は、複数の発光刺激部2102を備えてもよい。光双方向情報交換システム2200は、複数の中継装置2204を備えてもよい。光双方向情報交換システム2200は、複数のユーザ端末2226を備えてもよい。1台の中継装置2204に対して、1つの発光刺激部2102が接続されてもよく、複数の発光刺激部2102が接続されてもよい。

【0164】
1台の中継装置2204が1台のユーザ端末2226のみと接続されてもよく、1台の中継装置2204が複数台のユーザ端末2226と接続されてもよい。また、1台のユーザ端末2226が、複数台の中継装置2204と接続されてもよい。例えば、中継装置2204は、1つの発光刺激部2102から送信された情報を、複数台のユーザ端末2226に送信する。一方、中継装置2204は、ユーザ認証処理を実行し、操作権限を有するユーザ端末2226からの命令に基づいて、1又は複数の発光刺激部2102を制御してよい。

【0165】
本実施形態において、発光刺激部2102が2つのLEDベアチップを有し、LEDベアチップ1214が刺激光を出射し、LEDベアチップ1218が励起光を出射する場合について説明した。しかしながら、発光刺激部2102は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、発光刺激部2102は、2つの刺激光用LEDベアチップと、1つの励起光用LEDベアチップとを有してもよい。

【0166】
例えば、細胞に、光感受性タンパク質であるチャネルロドプシン及びハロロドプシンが導入されている場合、刺激光用LEDベアチップとして、チャネルロドプシン用の青色の刺激光を出射するLEDベアチップと、ハロロドプシン用のオレンジ色の刺激光を出射するLEDベアチップとが選択される。この場合において、励起光用LEDベアチップとして、赤色の励起光を出射するLEDベアチップを選択すると、細胞から赤外光が放出される。赤外光のみを透過させるフィルタ又は膜を介して、PDベアチップ2116により赤外光を検出することで、細胞の活動に関する情報を取得することができる。

【0167】
図23は、中継装置2204の内部構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、中継装置2204は、電源部144と、駆動部146と、送受信部2342と、A/Dコンバータ2346とを備える。本実施形態において、電源部144は、中継装置2204の各部に電力を供給する。本実施形態において、駆動部146は、コネクタ2212及びコネクタ2214を介して、配線432、配線1244及び配線1248と接続される。駆動部146は、LEDベアチップ1214及びLEDベアチップ1218を駆動する。駆動部146は、送受信部2342を介して、ユーザ端末2226からのユーザの指示を取得してよい。駆動部146は、ユーザの指示に基づいて、LEDベアチップ1214及びLEDベアチップ1218を駆動してよい。

【0168】
本実施形態において、送受信部2342は、ユーザ端末2226から、ユーザの指示を取得する。送受信部2342は、ユーザの指示を駆動部146に送信する。送受信部2342は、A/Dコンバータ2346から、PDベアチップ2116が受光した光に関する情報を取得する。送受信部2342は、PDベアチップ2116が受光した光に関する情報を、ユーザ端末2226に送信する。

【0169】
本実施形態において、A/Dコンバータ2346は、コネクタ2212及びコネクタ2214を介して、配線2142及び配線2146と接続される。A/Dコンバータ2346は、PDベアチップ2116からのアナログ信号を、デジタル信号に変換する。A/Dコンバータ2346は、PDベアチップ2116が受光した光に関する情報を表すデジタル信号を、送受信部2342を介して、ユーザ端末2226に送信する。

【0170】
図24は、ユーザ端末2226の内部構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、ユーザ端末2226は、入力部152と、出力部2453と、端末制御部2454と、送受信部2456と、電源部2460とを備える。出力部2453は、ユーザに情報を提示する。例えば、出力部2453は、端末制御部2454の指示に基づいて、情報を出力する。出力部2453としては、表示装置、スピーカ、振動装置などを例示することができる。

【0171】
端末制御部2454は、ユーザ端末2226を制御する。例えば、端末制御部2454は、送受信部2456を介して、外部機器(例えば、中継装置2204である。)から情報を取得する。端末制御部2454は、取得された情報を適切に処理する。端末制御部2454は、送受信部2456を介して、外部機器に情報を送信する。端末制御部2454は、外付けの無線モジュール2228を介して、外部機器から情報を取得してもよい。また、端末制御部2454は、無線モジュール2228を介して、外部機器に情報を送信してもよい。送受信部2456は、外部機器との間で情報を送受する。送受信部2456は、通信インターフェースであってよい。送受信部2456は、複数の通信方式に対応していてもよい。電源部2460は、ユーザ端末2226の各部に電力を供給する。

【0172】
本実施形態によれば、ユーザは、ユーザ端末2226を利用して、遠隔地から、発光刺激部2102を制御することができる。また、遠隔地において、発光刺激部2102のPDベアチップ2116が検出した光に関する情報を観察することができる。

【0173】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

【0174】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0175】
100 光刺激装置、102 発光刺激部、104 制御部、106 操作部、110 LEDモジュール、112 LEDパッケージ、114 LEDパッケージ、122 端子、124 端子、132 端子、134 端子、142 受信部、144 電源部、146 駆動部、152 入力部、154 信号生成部、156 送信部、210 LEDベアチップ、220 パッケージ基板、222 電極、224 電極、232 ワイヤ、234 ワイヤ、240 モールド樹脂、310 基板、320 発光層、332 電極層、334 電極層、422 ハンダ、424 ハンダ、432 配線、434 配線、440 封入材、600 LEDモジュール、610 LEDベアチップ、632 ワイヤ、634 ワイヤ、640 モールド樹脂、702 発光刺激部、712 LEDパッケージ、714 LEDパッケージ、724 ハンダ、734 配線、744 端子、802 発光刺激部、812 LEDパッケージ、814 LEDパッケージ、822 ハンダ、824 ハンダ、832 配線、834 配線、844 端子、850 絶縁部材、902 発光刺激部、912 LEDパッケージ、914 LEDパッケージ、924 ハンダ、934 配線、944 端子、1010 LEDモジュール、1110 LEDモジュール、1210 LEDモジュール、1212 LEDベアチップ、1214 LEDベアチップ、1216 LEDベアチップ、1218 LEDベアチップ、1242 配線、1244 配線、1246 配線、1248 配線、1310 LEDモジュール、1410 LEDモジュール、1512 LEDパッケージ、1520 パッケージ基板、1522 リードフレーム、1524 リードフレーム、1530 凹部、1540 レンズ、1710 LEDモジュール、1902 発光刺激部、1922 電極、1924 電極、1932 ワイヤ、1934 ワイヤ、2002 発光刺激部、2010 光検出モジュール、2020 光検出素子、2102 発光刺激部、2116 PDベアチップ、2120 PD構造、2132 電極層、2134 電極層、2142 配線、2146 配線、2200 光双方向情報交換システム、2204 中継装置、2212 コネクタ、2214 コネクタ、2226 ユーザ端末、2228 無線モジュール、2342 送受信部、2346 A/Dコンバータ、2453 出力部、2454 端末制御部、2456 送受信部、2460 電源部
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【図12】
11
【図13】
12
【図14】
13
【図15】
14
【図16】
15
【図17】
16
【図18】
17
【図19】
18
【図20】
19
【図21】
20
【図22】
21
【図23】
22
【図24】
23