CN103123921A - 植物培育用照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的植物培育用照明装置具备：在光合色素的380nm～500nm吸收波长范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件；受至少1种所述半导体发光元件的激发而在600nm～780nm的范围内拥有峰值发光波长的发出红光的红光荧光体。由此，本发明提供一种能以低功耗来有效地培育植物的照明装置。

Description

植物培育用照明装置
技术领域
本发明涉及促进植物的光合作用且培育植物的照明装置。
背景技术
近年，发展出了不受季节限制地培育食用植物或观赏用植物的技术。此类技术中，有一种发出人工光的光源技术。与植物光合作用息息相关的光合色素的吸光光谱主要落在蓝光波长域以及红光波长域内，而对于植物的培育来说，处在这些波长域内的光是很重要的。因此，发出这些波长域内的光的植物培育用光源广为人知。
关于植物培育用光源，人们正注目于能自由调整波长的发光二极管(以下简称LED)。例如，在专利文献1中揭示了一种采用有LED的植物培育用LED光源，其LED各自产生400nm～480nm(蓝色)的光、以及650nm～700nm(红色)的光。另外，在专利文献2中揭示了一种植物培育用照明装置，其用紫外光LED来分别激发发出蓝光的荧光体和发出红光的荧光体，以提供植物培育上所需的光的。
〔现有技术文献〕
专利文献1：日本国专利申请公开公报“特开2002-27831号公报”；2002年1月29日公开。
专利文献2：日本国专利申请公开公报“特开2010-29098号公报”；2010年2月12日公开。
发明内容
〔本发明所要解决的问题〕
植物的光合色素多种多样，它们各自的吸光光谱也不同。因此，无论是就蓝光波长域而言，还是就红光波长域而言，持较宽的光谱的发光光谱是较为实用的。然而当如专利文献1中记载的植物培育用LED光源那样，使LED发出蓝光及红光时，其发光光谱的半峰宽较窄，因而无法有效地培育植物。
另外，专利文献2中记载的照明装置虽然能通过分别激发蓝光荧光体以及红光荧光体来获得较宽光谱的光，但在目前的技术中，紫外光LED所激发的光的效率低于蓝光LED，且荧光体的光转换效率会随斯托克位移的增大而降低，蓝光荧光体的激发效率也较低，所以难以提供发光效率良好的光源。出于这些原因，专利文献2中记载的照明装置若想获得所需的光束量，就需要更多的工作功率。
本发明是鉴于上述的问题而研发的，其目的在于提供一种能以低功耗来培育植物的照明装置。
(用以解决问题的技术方案)
为达成上述目的，本发明的植物培育用照明装置的特征在于具备：
在380nm～500nm的范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件；
受至少1种所述半导体发光元件的激发而在600nm～780nm的范围内拥有峰值发光波长的红光荧光体。
根据上述方案，本发明的植物培育用照明装置提供：在植物光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c等)所易于吸收的蓝光波长域(380nm～500nm)以及红光波长域(600nm～780nm)内拥有峰值发光波长的光。此外，由于具备了峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件，因此蓝光波长域中所能提供的波长范围较宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发蓝光荧光体发出蓝光的方案相比，直接发出蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，所以能够抑制功耗。
另外，由于红光荧光体受上述半导体发光元件发出的光的激发而生成红光波长域的光，因此与红光LED直接发光的方案相比，能实现较宽的半峰宽，从而能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发红光荧光体的方案相比，蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，所以能抑制功耗。
另外，本发明中还包括蓝光照明装置，其特征在于具备：在光合色素的380nm～500nm的吸收波长范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件。
根据上述蓝光照明装置的方案，本发明的植物培育用照明装置具备：提供在植物光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c等)所易于吸收的蓝光波长域(380nm～500nm)内拥有峰值发光波长的光，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件。因此所能提供的波长范围较宽广，从而能满足更多种类的光合色素的吸收波长。因此能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发蓝光荧光体发出蓝光的方案相比，直接发出蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，所以能够抑制功耗。
(发明的效果)
本发明的植物培育用照明装置的效果在于能以低功耗来有效地培育植物。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的植物培育用照明装置所具备的LED封装包的截面图。
图2是构成图1所示LED封装包中蓝光发光区域的蓝光LED的配置例图。
图3是本发明的植物培育用照明装置向植物进行照射时的例图。
图4是叶绿素a以及叶绿素b的吸收光谱图。
图5是植物色素的吸收光谱图。
图6是各波长下的相对量子效率的示图。
图7是本发明的植物培育用照明装置中的红光荧光体的其他配置例图。
图8是本发明的植物培育用照明装置中的蓝光LED的其他配置例图。
图9是实施例中各波长下的光量子束的测定结果图。
图10是实施例中各波长下的光量子流与叶绿素吸光系数的乘积的示图。
〔附图标记说明〕
1LED元件(半导体发光元件)
2LED元件(半导体发光元件)
3LED元件(半导体发光元件)
4布线
5金属
6阴极电极
7阳极电极
8基板
9焊盘电极(阴极)
10焊盘电极(阳极)
11封装树脂
12红光荧光体
13含荧光体的封装树脂
14电源
15天花板
16LED封装包
17铝框
18植物
19花盆
20土壤
具体实施方式
〔第1实施方式〕
以下根据图2、6、8来说明本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式(第1实施方式)。图1是本发明第1实施方式的植物培育用照明装置所具备的LED封装包的截面图。另外，图2是构成图1所示LED封装包中蓝光发光区域的蓝光LED的配置例图。图3是本发明第1实施方式的植物培育用照明装置向植物进行照射时的例图。
在第1实施方式的植物培育用照明装置中，图2所示的蓝光LED发出蓝光，产生红色荧光的红光荧光体受到该蓝光的激发而发出红光。
如图2所示，构成图1所示LED封装包中的蓝光发光区域的结构如下：在基板8上排列有3种LED元件(半导体发光元件)；LED元件彼此通过布线4而相连；布线4连接着阴极电极6和阳极电极7，且经由金属5来中继；阴极电极6与焊盘电极9相连，阳极电极7与焊盘电极10相连；阴极电极6、阳极电极7、焊盘电极9、焊盘电极10均设置在基板8上。
如上所述，LED元件有3种。以下按种类而分别记载为第1LED元件1、第2LED元件2、第3LED元件3。第1LED元件1、第2LED元件2、第3LED元件3通过布线4而逐次相连。1个第1LED元件1、1个第2LED元件2、1个第3LED元件3通过配置在阳极电极7与金属5之间的布线4而逐次串联连接，5个这样的串联队列在阳极电极7与金属5之间构成并联连接。另外，1个第1LED元件1、1个第2LED元件2、1个第3LED元件3通过配置在阴极电极6与金属5之间的布线4，也逐次串联连接，5个这样的串联队列在金属5与阴极电极6之间构成并联连接。
如后文中通过图1所述的，以上述方式排列的第1LED元件1～第3LED元件3被混有红光荧光体12的封装树脂11封装成一个整体。通过封装后的这个整体构造、基板8、焊盘电极9、以及焊盘电极10，构成了图3所示的LED封装包16。
以下，详述图2所示的结构。
(半导体发光元件)
第1LED元件1～第3LED元件3的共通点在于，均在光合色素的380nm～500nm吸收波长范围内拥有发光峰值波长。而它们的不同点在于，发光峰值波长彼此相差5nm以上。
自然界中有许多光合色素，例如有叶绿素、类胡罗卜素、藻胆素等。叶绿素还包括叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c、叶绿素d等。此外，叶绿素a还具有多种分子形态。
虽然这些光合色素的吸收光谱多种多样，但就可视光的短波长域而言，有许多光合色素(尤其是叶绿素)都在380nm～500nm(蓝光波长域)的范围中拥有吸收光谱峰。因此，第1实施方式的植物培育用照明装置在这些光合色素所易于吸收的蓝光波长域中进行发光。
另外，LED的发光光谱的半峰宽最多也只有30nm左右，因此一般很难凭1种LED来满足光合色素所要吸收的多种吸收波长。但第1实施方式的植物培育用照明装置中设有峰值波长彼此相差5nm以上的多个(在第1实施方式中为3个)LED元件(第1LED元件～第3LED元件)，因此满足了多种光合色素的吸收波长。在此，该5nm以上的差距超过了LED制造公差等所致的一般偏差范围。
像这样，通过设置峰值波长彼此相差5nm以上的多个LED元件，便能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发蓝光荧光体发出蓝光的方案相比，直接发出蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，因而能够抑制功耗。
绿色植物(高等植物、绿藻)等主要通过叶绿素a以及叶绿素b这些光合色素来获取能量。换而言之，光合色素类中的叶绿素的功能在于获取能量，因此极为重要。
在此，图4表示叶绿素a以及叶绿素b的吸收光谱。在索雷谱带(Soret Band；也称B带)下，叶绿素a(图中的“Chl a”)的峰值吸收波长为428nm，相对于至390nm为止的峰曲线部分而言，叶绿素a拥有1/3以上的吸光系数。另一方面，叶绿素b(图中的“Chl b”)的峰值吸收波长为452nm，相对于至420nm为止的峰曲线部分而言，叶绿素b拥有1/4以上的吸光系数。因此，第1LED元件1～第3LED元件3的峰值发光波长优选处于390nm～460nm范围的附近。例如第1LED元件1～第3LED元件3的峰值波长分别可以是410nm、430nm、450nm。或，如果需要使波长仅成为叶绿素的峰值吸收波长，则也可以如后述的第3实施方式那样，设置峰值发光波长分别为430nm、450nm的2种LED元件。
另外，硅藻、褐藻等藻类主要通过叶绿素a以及叶绿素c这些光合色素来获取能量。叶绿素c的峰值吸收波长有446nm、445nm、452nm，而这接近于叶绿素b的峰值吸收波长。因此上述的方案也同样能适用于叶绿素c。
如上所述，叶绿素的吸收波长具有幅度，因此第1LED元件1～第3LED元件3的技术方案为：在叶绿素峰值吸收波长±40nm的范围内拥有峰值发光波长。
尤其是就分布在多种生物中的叶绿素a、叶绿素b、以及叶绿素c而言，第1LED元件1～第3LED元件3的优选技术方案为：分别在至少2种叶绿素的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内，拥有峰值波长。尤其是就绿色植物、硅藻、褐藻等所共通具有的叶绿素a、绿色植物所持有的叶绿素b、以及硅藻、褐藻等所持有的叶绿素c而言，第1LED元件1～第3LED元件3的更优选的技术方案为：分别在叶绿素a的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内、以及叶绿素b及叶绿素c的至少一方的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内，拥有峰值波长。例如，优选从峰值发光波长落在下示范围(1)～(3)的其中两者或三者范围之内的LED元件群当中，选用第1LED元件1～第3LED元件3：(1)428nm±40nm；(2)452nm±40nm；(3)446nm±40nm、或445nm±40nm、或452±40nm。
另外，类胡萝卜素是光合色素类的其中一种，其具有抗氧化性，是用以保护细胞的必须色素。几乎共通存在于陆地植物叶绿体中的β胡罗卜素的峰值吸收波长为449nm、475nm，叶黄素的峰值吸收波长为443nm、470nm，紫黄素(violaxanthin)的峰值吸收波长为436nm、466nm，α胡罗卜素的峰值吸收波长为442nm、471nm，玉米黄质(zeaxanthin)的峰值吸收波长为448nm、475nm。由于这些色素在短波侧的峰值吸收波长接近于叶绿素的峰值吸收波长，因此第1LED元件1～第3LED元件3能对这些色素发挥作用。此外，若第1LED元件1～第3LED元件3的其中某一元件的峰值发光波长落在460nm～480nm范围内，则还能满足上述类胡萝卜素在长波侧的峰值吸收波长。
像这样，在第1实施方式的植物培育用照明装置中，第1LED元件1～第3LED元件3在380nm～500nm范围内拥有峰值发光波长，因此能够供光合色素有效地进行光吸收。
可以采用公知的LED元件来作为第1LED元件1～第3LED元件3，但优选第1LED元件1中包含持430nm峰值发光波长的氮化物半导体，第2LED元件2中包含持450nm峰值发光波长的氮化物半导体，第3LED元件3中包含持470nm峰值发光波长的氮化物半导体。其理由在于，通过改变氮化物半导体的活性层中的In成分，便能容易地实现上述这些波长。另外，由于氮化物半导体的发光效率较高，所以为优选。
在第1实施方式的植物培育用照明装置中，第1LED元件1～第3LED元件3通过布线4而在基板8上串联连接。假设如图2那样，由1个第1LED元件1、1个第2LED元件2、以及1个第3LED元件3依序排成一个周期。此时，通过使一个周期以上的LED元件串联排列，并以串联排列的每列LED队列的合计顺向电压彼此相同的方式来使2个以上的串联队列并联连接，便能在各队列的电流值彼此均一的状态下进行驱动，由此能减小不同部位之间的色调不齐。此时，各个队列的LED无需按照第1LED元件、第2LED元件、第3LED元件所依序排成的上述周期来反复排列，只要第1LED元件1～第3LED元件3各自的数量在队列彼此间呈一致即可。
作为基板8的材料，例如有陶瓷、硅、玻璃。另外，本实施方式中虽然将LED元件作为半导体发光元件，但并不限定于此，也可采用半导体激光元件。另外，若是具备多个半导体发光元件，则也可以组合使用LED元件和半导体激光元件。
(红光荧光体)
图1所示的红光荧光体12是受LED元件1～3的其中至少一种的光的激发而在600nm～780nm范围中具有峰值发光波长的荧光体。
如图4所示，在Q带(可视光的长波长域)中，叶绿素a的峰值吸收波长为600nm，叶绿素b的峰值吸收波长为642nm。第1实施方式的植物培育用照明装置发出的是这些光合色素所易于吸收的红光波长域的光。
另外，植物色素是与植物生长息息相关的色素类中的一种。植物色素与植物的开花促成等有关。图5表示的是植物色素的吸收光谱。植物色素具有666nm和730nm这两个峰值吸收波长，植物通过吸收这两个波长的光来调整发芽、开花。第1实施方式的植物培育用照明装置发出的是植物色素所易于吸收的红光波长域的光。
作为红光荧光体12，采用的是发出半峰宽为50nm以上的较宽红光(600nm～780nm)的荧光体。使用此类红光荧光体12时，由于其半峰宽大于发出红光的LED的半峰宽，因此能有效地用来培育植物。另外，与用紫外光LED来激发红光荧光体的方案相比，用发出蓝光的半导体发光元件(第1LED元件1～第3LED元件3)来进行激发时的发光效率较好，且能抑制照明装置全体的功耗。
具体来说，可以配合上述叶绿素a及叶绿素b的峰值吸收波长而使用峰值发光波长例如为650nm的红光荧光体。
红光荧光体12优选例如是通式(A)所表达(实质性的)的2价铕(Eu)激活式氮化物荧光体。通式(A)：(MIV1-cEuc)MVSiN3。其中，MIV代表从Mg、Ca、Sr及Ba中选择的至少一种元素，MV代表从Al、Ga、In、Sc、Y、La、Gd及Lu中选择的至少一种元素，0.001≤c≤0.15。该2价铕激活式氮化物荧光体的半峰宽较宽，约为100nm。因此在红光波长域中，所能提供的波长范围便更宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。若要采用能更有效地培育植物的该2价铕激活式氮化物荧光体，则只要将其峰值发光波长调整在600nm～710nm的范围内即可。
此外，红光荧光体12优选包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体。之所以优选该方案的理由在于：红光波长域中所能提供的波长范围较为宽广，这能满足多种光合色素的吸收波长。例如可以通过改变通式(A)中MIV所代表的Mg、Ca、及Sr的相互间原子组成比，来实现2种以上的红光荧光体。若提高Sr相对于Ca的原子组成比，则光谱向短波侧位移，若提高Mg相对于Ca的原子组成比，则光谱向长波侧位移。另外，也可以通过改变通式(A)中Eu相对于MIV的原子组成比，来实现2种以上的红光荧光体。若提高Eu相对于MIV的原子组成比，则光谱向长波侧位移。
作为优选，2种以上的红光荧光体是上述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体；且各所述红光荧光体的MIV所代表的Mg、Ca、及Sr的相互间原子组成比，彼此不同。另外，作为优选，2种以上的红光荧光体是上述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体，且Eu相对于MIV的原子组成比彼此不同。
另外，作为与植物色素的730nm峰值吸收波长相对应的荧光体，也可以追加荧光体Gd3Ga5O12:Cr。Gd3Ga5O12:Cr能良好地吸收半导体发光元件的光(蓝光波长域)，且在受激发后发出近红外光(峰值波长约为730nm)。
可以同时在树脂中混合2种以上的红光荧光体，也可以自LED元件侧起，依次地分开混合2种以上的红光荧光体。
(绿光发光体)
第1实施方式的植物培育用照明装置优选还具备发出波长大于500nm且低于600nm的绿光的绿光发光体。
图6表示了相对量子效率(RQE：relative quantum efficiency)与波长之间的关系，相对量子效率表达了光量子引起光合作用的能力。从图6中可知，绿光波长域(500nm～600nm)下的RQE较高，该绿光波长域参与光合作用。目前，人们已知道绿色波长域的光在蓝光波长域及红光波长域的光所难以照射到的叶子背面也参与光合作用。因此，若本实施方式的照明装置还具备绿光发光体，便能促进叶子全体的光合作用，从而能更有效地培育植物。另外，绿光波长域的光具有良好的人体视感性，因此能期待提高其运用性。
作为绿光发光体，例如有发出波长大于500nm且低于600nm的绿光的LED、荧光体等。绿光发光体可以是峰值发光波长互异的2种以上的绿光发光体。2种以上的绿光发光体也可以是LED与荧光体的组合。另外，发出绿光的LED可以用与第1LED元件1～第3LED元件3的电源不同的其他电源来驱动，也可以与第1LED元件1～第3LED元件3进行串联连接或并联连接。
第1实施方式的植物培育用照明装置优选还具备：受第1LED元件1～第3LED元件3的其中至少一方的光的激发，而在480nm～600nm范围内拥有峰值发光波长的绿光荧光体。优选该方案的理由在于，绿光荧光体的发光波长域较宽广，因此在绿光波长域中能进行广波长范围的照射。如上所述，参与光合作用的波长坐落在绿光波长域的全体范围上，因此第1实施方式的植物培育用照明装置能有效地培育植物。
作为该绿光荧光体，优选采用(Lu1-xCex)3Al5O13(0.001≤x≤0.05)。优选该方案的理由在于：该绿光荧光体具有约为100nm的较宽的半峰宽，所以绿光波长域中所能提供的波长范围更宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能更有效地培育植物。
绿光荧光体可以是峰值发光波长互异的2种以上的绿光荧光体。另外，绿光荧光体也可以是发光光谱互异的2种以上的绿光荧光体。
可以同时在树脂中混合2种以上的绿光荧光体，也可以自LED元件侧起，依次地分开混合2种以上的绿光荧光体。另外，绿光荧光体还可以与红光荧光体12一起混合，也可以自LED元件侧起依次地分开混合它们。
(照射例)
第1实施方式的植物培育用照明装置例如可以如图3那样安装在天花板15上且被铝框17所包覆，并在该状态下对植入在花盆19的土壤20中的任意植物18进行光照射。由此能促进植物的生长(包括发芽、开花等)。并不限于图3所示的植物18，也可以向生长在水中的植物或藻类进行照射，以促进其生长。
还可以对每种LED元件个别地设置电源电路，并对每种LED元件进行独立控制，如此便能自由操控光谱。由此，能够视植物的种类或生长阶段来提供更良好的波长的光。
〔第2实施方式〕
以下，通过图7来说明本发明的植物培育用照明装置的其他实施方式(第2实施方式)。图7是本发明第2实施方式的植物培育用照明装置的示图。
上述第1实施方式中，第1LED元件1～第3LED元件3串联连接成多个队列，且多个队列构成并联连接，所有的这些队列被1个封装树脂体(含有荧光体的封装树脂)整体封装。与此相比，第2实施方式的植物培育用照明装置如图7所示：每单个LED元件被封装树脂封装在基板8上；约6个经封装后的封装包通过布线4而串联连接，且4个封装包队列构成并联连接；布线4与电源14相连。另外，与第1实施方式的封装树脂同样，用以封装各LED元件的封装树脂是含荧光体的封装树脂13，其当中至少混有红光荧光体12。
各LED元件1～3的材料与第1实施方式相同。在第2实施方式的植物培育用照明装置中，与第1实施方式同样，串联连接的每列LED元件的合计顺向电压在并联的LED元件队列彼此间为相同。因此，能在各队列的电流值均一的状态下进行驱动，从而能缩小不同部位间的配色(波长)差距。
红光荧光体12的材料与第1实施方式相同。在采用2种以上的红光荧光体12时，用以封装各LED元件的含荧光体的封装树脂13中并不需要混有全部种类的红光荧光体12。例如，可以仅针对LED元件1来设置可良好吸收LED元件1的光的红光荧光体12，且仅针对LED元件2来设置可良好吸收LED元件2的光的红光荧光体12。此时，能效率良好地激发红光荧光体。
本实施方式中，也可以具备绿光发光体。该绿光发光体与第1实施方式所述的绿光发光体相同。
〔第3实施方式〕
以下，通过图8来说明本发明的植物培育用照明装置的其他实施方式(第3实施方式)。图8是本发明第3实施方式的植物培育用照明装置(蓝光照明装置)中的、构成蓝光发光区域的LED群的配置例图。
上述第1实施方式中，采用了3种蓝光LED元件(第1LED元件～第3LED元件)。与此相比，在第3实施方式中，采用2种LED元件(半导体发光元件)来组成用以构成蓝光发光区域的LED群，这2种LED元件持有仅与叶绿素的峰值吸收波长相对应的430nm峰值发光波长、450nm峰值发光波长。
第1LED元件1以及第2LED元件2通过布线4串联连接。并且，7个串联连接的LED元件队列构成并联连接。在本实施方式中，如图8所示，峰值发光波长相同的LED元件按照彼此不相邻的方式排列成网格状。即，在各LED元件群中，LED元件1和LED元件2交替地串联连接。各LED元件群彼此并联连接，且LED元件1、以及LED元件2均在LED元件群彼此间为互不相邻。因此，第3实施方式的植物培育用照明装置能够向植物提供均匀合成了的蓝光。
本实施方式中虽然具备了2种LED元件，但也可以具备3种以上的LED元件，并使这些LED元件按照彼此不相邻的方式来配置。配置模式有许多，但优选所具备的全种类的LED元件在整体上得到均等配置。例如，若有3种LED元件(LED元件1～3)，则在某LED元件群中按照LED元件1、LED元件2、LED元件3的这一顺序来反复地排列这些LED元件，在旁边的LED元件群中按照LED元件2、LED元件3、LED元件1的这一顺序来反复地排列这些LED元件，进而在旁边的LED元件群中按照LED元件3、LED元件1、LED元件2的这一顺序来反复地排列这些LED元件，再次在旁边的LED元件群中按照LED元件1、LED元件2、LED元件3的这一顺序来反复地排列这些LED元件。像这样，按照与上述并联方案相同的方式来并联这些LED元件群，从而能在全体上均匀地配置3种类的LED元件1～LED元件3。
另外，在本实施方式中，关于红光荧光体以及绿光荧光体，同样能采用第1实施方式以及第2实施方式所述的各技术方案。
本发明并不限于上述各实施方式，可以根据权利要求所示的范围进行各种变更，适当地组合不同实施方式中揭示的技术方案而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
[实施例]
以下说明本发明的植物培育用照明装置的一个实施例。在本实施例中，将对图8所示的结构例加以说明。
本实施例的植物培育用照明装置是通过以下方式来制备的：分别准备好具有430nm峰值发光波长的多个LED芯片、以及具有450nm峰值发光波长的多个LED芯片，然后如图8那样将这些LED芯片以网格状的方式排列在1个陶瓷基板上，并通过硅树脂对各个LED芯片进行糊封，从而制成了蓝光发光区域。
其后，调节红光荧光体的量，以使LED芯片发出的光量子束与红光荧光体发出的光量子束的比率成为1∶1。将红光荧光体与硅树脂混合后，用混有红光荧光体的硅树脂封装LED芯片，从而作成了双波长LED照明装置(实施例)。
将实施例结构中的430nmLED芯片替换成450nmLED芯片，从而作成了单波长LED照明装置(比较例)，该单波长LED照明装置作为实施例的比较对象。
用分光放射仪(日本大塚电子株式会社制造的LE3x00系列)，对实施例以及比较例分别测定了发光光谱。测定结果示于图9中。图9表示的是各波长下的光放射束的光谱。
为了评价各光谱对叶绿素的影响，将叶绿素的光吸收系数乘以各波长下的光放射束量，然后比较了乘积的积分量。其结果示于图10中。双波长LED(实施例)的“光吸收系数×光放射束”的积分值为308797，单波长LED(比较列)的“光吸收系数×光放射束”的积分值为298504。可见，在数值上改善了约10000。因此，包含红光荧光体、以及具有430nm峰值发光波长和450nm峰值发光波长的双波长LED(实施例)的照明装置可激活叶绿素，促进植物的生长。
(本发明的总结)
本发明的植物培育用照明装置的特征在于具备：
在380nm～500nm的范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件；
受至少1种所述半导体发光元件的激发而在600nm～780nm的范围内拥有峰值发光波长的红光荧光体。
根据上述方案，本发明的植物培育用照明装置提供：在植物光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c等)所易于吸收的蓝光波长域(380nm～500nm)以及红光波长域(600nm～780nm)内拥有峰值发光波长的光。此外，由于具备了峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件，因此蓝光波长域中所能提供的波长范围较宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发蓝光荧光体发出蓝光的方案相比，直接发出蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，因而能够抑制功耗。
另外，由于红光荧光体受上述半导体发光元件发出的光的激发而产生红光波长域的光，因此与红光LED直接发光的方案相比，能实现较宽的半峰宽，从而能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发红光荧光体的方案相比，蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，所以能抑制功耗。
另外，本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述2种以上的半导体发光元件分别在叶绿素a的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内、以及叶绿素b及叶绿素c的至少一方的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内，拥有峰值波长。
通过上述方案，能够有效地对为获取能量而工作的主要光合色素即叶绿素进行光照射，以促进光合作用。
索雷谱带是指紫光～蓝光波长域中的强吸收带。
另外，本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体。
通过上述方案，红光波长域中所能提供的波长范围可更加宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能更有效地培育植物。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述红光荧光体包括以下通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体；(MIV1-cEuc)MVSiN3…(A)；在通式(A)中，MIV代表从Mg、Ca、Sr及Ba中选择的至少一种元素，MV代表从Al、Ga、In、Sc、Y、La、Gd及Lu中选择的至少一种元素，且0.001≤c≤0.15。
在上述方案中，红光荧光体的半峰宽较宽，约为100nm。因此在该植物培育用照明装置中，红光波长域中所能提供的波长范围较为宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能更有效地培育植物。
另外，通过改变通式(A)中MIV所代表的Mg、Ca、及Sr的相互间原子组成比，或通过改变Eu相对于MIV的原子组成比，便能改变峰值发光波长。因此在植物培育用照明装置的制造上，能较容易地精细设定所期望的峰值发光波长。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体；所述2种以上的红光荧光体是所述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体，且各所述红光荧光体的MIV所代表的Mg、Ca、及Sr的相互间原子组成比彼此不同。
根据上述方案，能通过提高Sr相对于Ca的原子组成比来使发光波长向短波侧位移。另一方面，能通过提高Mg相对于Ca的原子组成比来使发光波长向长波侧位移。因此能较容易地制造发光波长不同的2种以上的红光荧光体。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体；所述2种以上的红光荧光体是所述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体，且Eu相对于MIV的原子组成比彼此不同。
根据上述方案，能通过提高Eu相对于MIV的组成比，来使发光波长向长波侧位移。因此能较容易地制造发光波长不同的2种以上的红光荧光体。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：还具备绿光发光体，所述绿光发光体发出波长大于500nm且低于600nm的绿光。
通过上述方案，本发明的植物培育用照明装置还发出绿光波长域(大于500nm且低于600nm)的光。绿光波长域的光的RQE(relative quantum efficiency：相对量子效率)较高。在此，RQE表达了光量子引起光合作用的能力。另外，人们已知绿色波长域的光在蓝光波长域及红光波长域的光所难以照射到的叶子背面也参与光合作用，因此具有上述方案的植物培育用照明装置能够促进叶子全体的光合作用，从而能更有效地培育植物。
另外，绿光波长域的光具有良好的人体视感性，因此其运用性能够提高。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：还具备绿光荧光体，所述绿光荧光体受至少1种所述半导体发光元件的光的激发而在480nm～600nm的范围内拥有峰值发光波长。
通过上述方案，本发明的植物培育用照明装置还能照射出绿光波长域(大于500nm且低于600nm)的光。另外，绿光荧光体的发光波长域较宽广，因此在绿光波长域中能进行广波长范围的照射。如上所述，参与光合作用的波长坐落在绿光波长域的全体范围上，因此本发明的植物培育用照明装置能有效地培育植物。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述绿光荧光体是(Lu1-xCex)3Al5O13，其中，0.001≤x≤0.05。
在上述方案中，绿光荧光体的半峰宽较宽，约为100nm。因此在本发明的植物培育用照明装置中，绿光波长域中所能提供的波长范围较为宽广。因此能满足更多种类的光合色素的吸收波长。从而能更有效地培育植物。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：多个所述半导体发光元件串联连接而成的2个以上的半导体发光元件群以并联方式连接；并且，并联连接的各半导体发光元件群中的每一种半导体发光元件的个数在半导体发光元件群彼此间为相同。
根据上述方案，并联连接的每列半导体发光元件群的顺向电压彼此相同。因此，能在各队列的电流值均一的状态下进行驱动，从而能缩小不同部位间的配色(波长)差距。因此，能向植物提供均匀合成了的蓝光。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述2种以上的半导体发光元件当中，峰值发光波长相同的半导体发光元件按照彼此不相邻的方式配置。
在上述方案中，峰值发光波长互异的半导体发光元件彼此相邻，因此能向植物提供均匀合成了的蓝光。
本发明的植物培育用照明装置的一个实施方式优选在上述方案的基础上包含以下方案：所述半导体发光元件中包含氮化物半导体。
在上述方案中，氮化物半导体能实现广范围波长域的控制，且380nm～500nm下的发光效率较高。
另外，本发明还包括一种蓝光照明装置，其特征在于具备：在光合色素的380nm～500nm吸收波长范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件。
根据上述蓝光照明装置的方案，本发明的植物培育用照明装置具备：提供在植物光合色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c等)所易于吸收的蓝光波长域(380nm～500nm)内拥有峰值发光波长的光，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件。因此所能提供的波长范围较宽广，从而能满足更多种类的光合色素的吸收波长。因此能有效地培育植物。另外，与用紫外光LED来激发蓝光荧光体发出蓝光的方案相比，直接发出蓝光的半导体发光元件的发光效率较好，所以能够抑制功耗。
〔产业上的利用可能性〕
本发明的植物培育用照明装置能够以低功耗来有效地培育植物。另外，本发明还能运用在医疗领域中。例如，目前已知叶绿素易吸附于癌细胞，因此已有一种用光来激发叶绿素生成激发单重态氧分子(singlet excited oxygen)，以此来选择性地破坏癌细胞的方法。若在该技术中使用本发明的植物培育用照明装置，便能更有效地激发叶绿素。

Claims (13)

1.一种植物培育用照明装置，其特征在于具备：
在380nm～500nm的范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件；
受至少1种所述半导体发光元件的激发而在600nm～780nm的范围内拥有峰值发光波长的红光荧光体。
2.根据权利要求1所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述2种以上的半导体发光元件，分别在叶绿素a的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内、以及叶绿素b及叶绿素c的至少一方的吸收光谱的索雷谱带峰值±40nm的范围内拥有峰值波长。
3.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体。
4.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述红光荧光体包括以下通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体；
(MIV1-cEuc)MVSiN3     …(A)；
在通式(A)中，MIV代表从Mg、Ca、Sr及Ba中选择的至少一种元素，MV代表从Al、Ga、In、Sc、Y、La、Gd及Lu中选择的至少一种元素，0.001≤c≤0.15。
5.根据权利要求4所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体；
所述2种以上的红光荧光体是所述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体，且各所述红光荧光体的MIV所代表的Mg、Ca、及Sr的相互间原子组成比彼此不同。
6.根据权利要求4所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述红光荧光体包括峰值发光波长互异的2种以上的红光荧光体；
所述2种以上的红光荧光体是所述通式(A)所表达的2价铕激活式氮化物荧光体，且Eu相对于MIV的原子组成比彼此不同。
7.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
还具备绿光发光体，所述绿光发光体发出波长大于500nm且低于600nm的绿光。
8.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
还具备绿光荧光体，所述绿光荧光体受至少1种所述半导体发光元件的光的激发而在480nm～600nm的范围内拥有峰值发光波长。
9.根据权利要求8所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述绿光荧光体是(Lu1-xCex)3Al5O13，其中，0.001≤x≤0.05。
10.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
多个所述半导体发光元件串联连接而成的2个以上的半导体发光元件群以并联方式连接；
并且，并联连接的各半导体发光元件群中的每一种半导体发光元件的个数在半导体发光元件群彼此间为相同。
11.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述2种以上的半导体发光元件当中，峰值发光波长相同的半导体发光元件按照彼此不相邻的方式配置。
12.根据权利要求1或2所述的植物培育用照明装置，其特征在于：
所述半导体发光元件中包含氮化物半导体。
13.一种蓝光照明装置，其特征在于具备：
在光合色素的380nm～500nm吸收波长范围内拥有峰值发光波长，且峰值发光波长彼此相差5nm以上的2种以上的半导体发光元件。
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