DE112010002533T5 - Beleuchtung zum Pflanzenanbau und Pflanzenanbausystem - Google Patents

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Abstract

Die Beleuchtungseinrichtung 10 besitzt ein Gehäuse, welches eine Doppel-L-förmige Außenabdeckung 11, eine durchsichtige Abdeckung 12, die als Deckel für den offenen Teil der Doppel-L-förmigen Außenabdeckung dient, eine erste, auf der linken Seite angeordnete Seitenabdeckung 13, und eine zweite, auf der rechten Seite angeordnete Seitenabdeckung 14 aufweist. Weiterhin besitzt die Beleuchtungseinrichtung 10 in ihrem Gehäuse mit Halbleiterleuchtelementen bestückte Leuchtelementpakete 21, eine Leiterplatte 22, die die Leuchtelementpakete 21 trägt, eine Wärmeabgabeplatte 24, auf der die Leiterplatte 22 befestigt ist und an der dichtanliegend eine Kühlmittelleitung 25 angeordnet ist, ein folienförmiges, isolierendes Wärmeabgabeelement 23, das die Leiterplatte 22 und die Wärmeabgabelpatte 24 voneinander elektrisch isoliert, sowie einen Reflektor 26, der das Licht reflektiert. Der Innenraum des Gehäuses ist dicht verschlossen. Dadurch werden Probleme durch Betauung und Feuchtigkeitsabsorbierung, die bei einer effizienten Abkühlung der Halbleiterleuchtelemente mit Wasser o. ä. auftreten, gelöst. Die Erfindung bietet eine Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau, welche die Halbleiterleuchtelemente, die eine lange Lebensdauer haben, und über lange Zeit hocheffizient bleiben als Lichtquelle benutzt, sowie ein Pflanzenanbausystem, welches die genannte Beleuchtungseinrichtung anwendet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtung zum Pflanzenanbau und ein Pflanzenanbausystem, welches diese verwendet.
  • Hintergrundtechnik
  • In den letzten Jahren wurden im Rahmen der Schaffung von Landwirtschaftsumgebungen, die von keinen Umwelteinflüssen beeinflusst werden, Pflanzenfabriken, Gemüsefarbriken o. ä. realisiert, die Agrarprodukte u. a. in einer Umgebung produzieren, in der sämtliche Einflussfaktoren, die das Wachstum von Pflanzen beeinflussen, wie z. B. Lichtverhältnisse, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kohlendioxidkonzentration usw. in der Anbauumgebung, reguliert werden.
  • Für die Beleuchtung für diese Pflanzenfabriken wird entweder ausschließlich Kunstlicht benutzt, oder es wird eine kombinierte Beleuchtung von Sonnen- und Kunstlicht verwendet. Für beide Typen ist es notwendig, eine Beleuchtungseinrichtung vorzusehen, die ein Kunstlicht ausstrahlt. Es ist erforderlich, dass die Beleuchtungseinrichtung die Pflanzen mit rotem und blauem Licht bestrahlt. Als Lichtquelle für diese Beleuchtungseinrichtung werden zunehmend Halbleiterleuchtelemente (LED: Leuchtdiode) verwendet. Die Umgebung solcher Pfanzenfabriken o. ä. soll auf einer vorgegebenen Temperatur und Luftfeuchtigkeit gehalten werden. Daher ist Wärmeentwicklung von Beleuchtungseinrichtungen nicht wünschenswert, da sie die Temperaturregelung im Pflanzenanbauraum beeinflussen. Da der Pflanzenanbauraum im Allgemeinen heiß und feucht ist, verschlechtert sich die Beleuchtungseinrichtung schnell, so dass ihre Lebensdauer verkürzt wird. Der Pflanzenanbauraum bietet daher keine gute Umgebung für Beleuchtungseinrichtungen.
  • Patentliteratur 1 beschreibt eine Pflanzenanbauanlage, die mit einer aus einer paneelförmigen Lichthalbleiter-Einheiten bestehenden, mit einer ein Heizkühlmittel verwendenden Zwangsabkühleinrichtung versehenen, nahe an der Pflanzenanbaufläche befindlichen Lichtquelle ausgestattet ist. Patentliteratur 2 beschreibt ein Beleuchtungspaneel zum Pflanzenanbau, welches mit einer Grundplatte, einer auf dieser Grundplatte befestigten Metallplatte, einer Vielzahl von auf dieser Metallplatte angeordneten Dioden, einer mit Abstand zur Grundplatte angeordneten Abdeckung, und einer Dichtung, die zwischen der Grundplatte und der Abdeckung angeordnet ist, um den Innenraum gegen außen luftdicht zu verschließen, versehen ist, und dessen Zwischenraum mit trockener Luft gefüllt ist, und dessen Rahmenelemente Trockenmittel enthalten.
  • Patentliteratur 3 beschreibt eine Halbleiter-Beleuchtungseinrichtung, die eine Metallwand, deren oberer Teil Kühlwasser führen kann, und die im Inneren Strom führen kann, aufweist, um die Wärmeabfuhr von den Halbleiterleuchtelementen der Halbleiter Beleuchtungseinrichtung zu fördern und Helligkeit durch Anlegen eines großen Stroms zu erhöhen, und die eine im unteren Bereich der Metallwand angeordnete Lichtquelleneinheit aufweist.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 1997-98665
    • Patentliteratur 2: Offengelegte Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-207933
    • Patentliteratur 3: Offengelegte Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-110143
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Bisher hat man beim Pflanzenanbau, bei dem Halbleiterleuchtelemente als Lichtquelle verwendet werden, einen Strom an die Lichtquelle angelegt, der den Nennstrom überschreitet, um eine für das Pflanzenwachstum erforderliche Lichtquantendichte zu erhalten. Dadurch nahm die Wärmemenge der Halbleiterleuchtelemente zu, und dadurch stieg die Sperrschichttemperatur der Halbleiterleuchtelemente. Die Temperaturerhöhung der Halbleiterleuchtelemente brachte Probleme wie eine Reduzierung der Leuchteffizienz der Halbleiterleuchtelemente selbst oder eine Vergilbung der Harzmaterialien wie Epoxidharz in der Umgebung der Halbleiterleuchtelemente mit sich. Zur Lösung dieser Probleme ist Wasserkühlung der Halbleiterleuchtelemente wirksam, aber dies kann zur Betauung oder Feuchtigkeitsaufnahme bei Halbleiterleuchtelementen und Bauteilen in deren Umgebung führen. Weiterhin war es ein großes Problem, dass dadurch eine Verschlechterung oder ein Nichtleuchten der Halbleiterleuchtelemente selbst und eine Reduzierung der Leuchtstärke infolge Oxidation der Silberschicht, des Lötmetalls oder der Kupferfolie bzw. ein Nichtleuchten schnell fortschreiten. Insbesondere ist das rote Leuchtelement mit einer Spitzenwellenlänge von 660 nm bisher ein Halbleiterleuchtelement aus einer Verbindung Ga1-XAlXAs mit einem hohen Anteil an Al, so dass in einer hochfeuchten Umgebung Al-Atome leicht mit Sauerstoffatomen verbunden werden, wodurch sich die Halbleiterleuchtelemente selbst schnell verändern und die Leuchtstärke schnell abnimmt, und dies führt letztlich zum Nichtleuchten der Leuchtelemente.
  • Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Betauung und Feuchtigkeitsaufnahme bei effizienter Abkühlung der Halbleiterleuchtelemente durch Kühlmittel wie Wasser zu verhindern, und eine Beleuchtungseinrichtung bereit zu stellen, die langlebige und dauerhaft hocheffiziente Halbleiterleuchtelemente als Lichtquelle verwendet, sowie ein Pflanzenanbausystem, welches diese Beleuchtungseinrichtung einsetzt.
  • Lösung des Problems
  • Auf Grund der obigen Zielsetzung stellt die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau bereit, welche gebildet ist aus: einer Vielzahl von Leuchtelementen, einem Gehäuse, welches ein lichtdurchlässiges Fenster besitzt, das die von den genannten Leuchtelementen emittierten Lichtstrahlen durchlässt, wobei das Gehäuse so angeordnet ist, dass es die Leuchtelemente abdeckt, einer Wärmeabgabeplatte, die im Inneren des genannten Gehäuses angeordnet ist und die von den genannten Leuchtelementen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung abführt, und einer Kühlmittelleitung, die an der Wärmeabgabeplatte angeordnet ist und den Fließweg für das Kühlmittel bildet, wobei das Gehäuse die genannte Kühlmittelleitung im Inneren des Gehäuses enthält und das Innere des Gehäuses ein Einströmen von Außenluft verhindert. In der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung kann das Gehäuse dadurch gekennzeichnet sein, dass der Innenraum des Gehäuses mit trockener Luft oder trockenem Stickstoff gefüllt ist. Ferner kann die Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau dadurch gekennzeichnet sein, dass sie mit einem Verbindungsmittel versehen ist, welches die genannte Kühlmittelleitung und eine benachbarte Kühlmittelleitung, die zu einer benachbarten Beleuchtungseinrichtung gehört, miteinander verbindet, wobei das Verbindungsmittel eine Fließweg zwischen dieser benachbarten Kühlmittelleitung und der genannten Kühlmittelleitung für das Kühlmittel bildet.
  • Andererseits kann das Gehäuse dadurch gekennzeichnet sein, dass es eine längliche Kastenform aufweist, eine der Längsflächen des Gehäuses ein lichtdurchlässiges Fenster bildet, andere drei Längsflächen einen kontinuierlichen äußeren Bereich bzw. Abschnitt darstellen, und die übrigen zwei Flächen die Seitenflächen bilden.
  • Der genannte äußere Abschnitt kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er mittels Extrusion aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt wird.
  • Die Wärmeabgabeplatte kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sie einen Bereich aufweist, in den die Kühlmittelleitung eingeführt ist, dass sie aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mittels Extrusion hergestellt wird, und dass sie zusammen mit der eingeführten Kühlmittelleitung integral ausgestaltet ist.
  • Weiterhin können die Leuchtelemente dadurch gekennzeichnet sein, dass sie in einem Leuchtmittelpaket angeordnet sind, das Paket auf einer Leiterplatte fest angebracht ist und die Leiterplatte an der Wärmeabgabeplatte befestigt ist.
  • Ferner können die Leuchtelemente dadurch gekennzeichnet sein, dass sie direkt mit einem Metallbasisteil der Leiterplatte auf Metallbasis verbunden sind, und dass die Leiterplatte an der Wärmeabgabeplatte befestigt ist. Weiterhin können die Leuchtelemente dadurch gekennzeichnet sein, dass sie Leuchtelemente mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 400–500 nm und Leuchtelemente mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 655–675 nm enthalten.
  • Die genannten Leuchtelemente können dadurch gekennzeichnet sein, dass sie Verbindungshalbleiterschichten beinhalten, welche zumindest einen Leuchtbereich mit einem pn-Übergang und eine auf dem Leuchtbereich gebildete Verzerrungsausgleichsschicht besitzen, und dass der Leuchtbereich eine Schichtstruktur mit einer Verzerrungsleuchtschicht und einer Barriere- bzw. Sperrschicht, die durch eine Chemische Zusammensetzungsformel (AlXGa1-x)YIn1-YP (0 ≤ X ≤ 0,1, 0,37 ≤ Y ≤ 0,46) dargestellt werden, aufweist, und dass die Verzerrungsausgleichsschicht transparent gegenüber Leuchtwellenlängen ist und eine Gitterkonstante aufweist, die kleiner als die der Verzerrungsleuchtschicht und der Barrierreschicht ist.
  • Ferner kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zum Pfanzenanbau dadurch gekennzeichnet sein, dass zwischen den Leuchtelementen und dem lichtdurchlässigen Fenster zusätzlich ein Reflektor zum Einstellen der Lichtstrahlenrichtung der Leuchtelemente vorgesehen ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Pflanzenanbausystem, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Einrichtungen umfasst: eine Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau, die jeweils aufgebaut sind aus: einer Vielzahl von Leuchtelementen; einem Gehäuse, welches ein lichtdurchlässiges Fenster besitzt, das die von den Leuchtelementen emittierten Lichtstrahlen durchlässt, wobei das Gehäuse so angeordnet ist, dass es die Leuchtelemente abdeckt; einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Wärmeabgabeplatte, welche die von den Leuchtelementen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung abführt; und einer an der Wärmeabgabeplatte angeordneten Kühlmittelleitung, die den Fließweg für das Kühlmittel bildet, und wobei die Mehrzahl der Beleuchtungseinrichtungen beidseitig die angrenzenden Kühlmittelleitungen verbinden, um einen Fließweg für ein Kühlmittel zu bilden; ein Kühlmittelversorgungsteil, um die verbundenen Kühlmittelleitungen der Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau mit einem Kühlmittel zu versorgen; und eine Beleuchtungssteuerungseinrichtung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Leuchtelemente der Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung löst das Problem der Betauung und Feuchtigkeitsaufnahme bei effizienter Abkühlung der Halbleiterleuchtelemente durch Kühlmittel wie Wasser, und es kann eine Beleuchtungseinrichtung, die langlebige und dauerhaft hocheffiziente Halbleiterleuchtelemente als Lichtquelle verwendet, sowie ein Pflanzenanbausystem, welches diese Beleuchtungseinrichtung einsetzt, bereit gestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt beispielhaft ein Pflanzenanbausystem gemäß einer vorliegenden Ausführungsform.
  • 2 zeigt beispielhaft die Außenkontur einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der 1. Ausführungsform.
  • 3 zeigt beispelhaft ein 1. Rohrverbindungsstück und ein 2. Rohrverbindungsstück.
  • 4 zeigt Skizzen, die ein Beispiel des Inneren der Beleuchtungseinrichtung veranschaulichen.
  • 5 zeigt Skizzen, die beispielhaft den Aufbau eines Leuchtelementpakets gemäß der 1. Ausführungsform veranschaulichen.
  • 6 zeigt eine Schnittzeichnung, die beispielhaft den Aufbau eines Blaulicht erzeugenden Halbleiterleuchtelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
  • 7 ist die Draufsicht eines Blaulicht erzeugenden Halbleiterleuchtelements.
  • 8 zeigt eine Schnittzeichnung, die beispielhaft den Aufbau eines Rotlicht erzeugenden Halbleiterleuchtelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
  • 9 ist die Draufsicht eines Rotlicht erzeugenden Halbleiterleuchtelements.
  • 10 ist eine Schnittzeichnung, die beispielhaft die Beleuchtungseinrichtung gemäß der 2. Ausführungsform zeigt.
  • 11 zeigt Grundrisse, die beispielhaft das Verbindungsverhältnis zwischen den auf der Chip-On-Board-Leiterplatte angeordneten Anschlussleitungen und den Halbleiterleuchtelementen veranschaulichen.
  • 12 zeigt Skizzen, die eine Chip-On-Board-Leiterplatte, auf der Halbleiterleuchtelemente direkt angebracht sind, näher veranschaulichen.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • (1. Ausführungsform)
  • 1 zeigt beispielhaft ein Pflanzenanbausystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Das Pflanzenanbausystem 1 umfasst mehrere im Anbauraum 60 eingerichtete Anbaugefäße 50 zum Pflanzenanbau und ebenfalls im Anbauraum 60, nahe an den Anbaugefäßen 50 angeordnete, mehrere, die angebauten Pflanzen mit Licht bestrahlende Beleuchtungseinrichtungen 10. In den Beleuchtungseinrichtungen 10 ist jeweils ein Kühlmittelrohr 25 angeordnet, und mittels eines Verbindungsmittels werden mehrere Beleuchtungseinrichtungen 10 miteinander verbunden. Das heißt, die Kühlmittelleitung 25 einer Beleuchtungseinrichtung 10 ist an die Kühlmittelleitung 25 der benachbarten Beleuchtungseinrichtung 10 angeschlossen und bildet den Fließweg bzw. Strömungsweg für das Kühlmittel.
  • Das Pflanzenanbausystem 1 umfasst ferner ein außerhalb des Anbauraums 60 angeordnetes Beleuchtungssteuerteil 30, welches das Ein- und Ausschalten der Beleuchtug der Beleuchtungseinrichtung 10 steuert, und ein ebenfalls außerhalb des Anbauraums 60 angeordnetes Kühlmittelversorgungsteil 40, welches die Kühlmittelleitung 25 mit Kühlmittel, wie Wasser, zum Abkühlen der Beleuchtungseinrichtung 10 versorgt.
  • Der Anbauraum 60 kann in jeglicher Form aufgebaut sein, soweit er eine Regulierung der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Beleuchtung u. a. zulässt. Der Anbauraum 60 kann sowohl gegen einen Lichteinfall oder Lufteintritt von außen abgesperrt sein, als auch mit einem Fenster o. ä., das einen Lichteinfall oder Lufteintritt von außen zulässt, versehen sein. Das Anbaugefäß 50 kann ein mit Erde gefülltes Gefäß zum Pflanzenanbau sein, aber es kann auch ein mit Nährlösung zum Ernähren von Pflanzen gefülltes Gefäß sein.
  • Das Pflanzenanbausystem 1 kann mit einem in 1 nicht gezeigten Sprinklerteil versehen sein, um Pflanzen im Anbaugefäß 50 zu bespritzen. Bei Hydrokultur kann das System mit einem Nährlösungversorgungsteil zum Versorgen bzw. Zirkulieren der Nährlösung für die Hydrokultur versehen sein.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist, wie nachfolgend beschrieben, als Leuchtelemente mehrere Halbleiterleuchtelemente auf (beispielsweise sind in dem nachfolgend beschriebenen Leuchtelementpaket 21 mehrere Halbleiterleuchtelemente vom Typ I 64a und vom Typ II 64b untergebracht). In diesem Fall werden Pflanzen in den Gefäßen 50 mit von diesen Halbleiterleuchtelementen erzeugtem Licht bestrahlt. Die jeweiligen Beleuchtungseinrichtungen 10 versorgen zu diesem Zweck die Halbleiterleuchtelemente mit elektrischer Energie; die ersteren sind mit Beleuchtungssteuerleitungen 31 versehen, die das Ein- und Ausschalten der Halbleiterleuchtelemente steuern. Diese Beleuchtungssteuerleitungen 31 sind an das Beleuchtungssteuerteil 30 angeschlossen.
  • Einzelne Beleuchtungssteuerleitungen 31 können so verdrahtet sein, dass alle Halbleiterleuchtelemente in der Beleuchtungseinrichtung 10, an die die jeweiligen Beleuchtungssteuerleitungen 31 angeschlossen sind, gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Weiterhin können die genannten Leitungen so verdrahtet sein, dass einzelne Gruppen der Halbleiterleuchteleemente, z. B. Gruppen nach Lichtfarben, innerhalb einer Beleuchtungseinrichtung 10 gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden.
  • Das Beleuchtungssteuerteil 30 braucht nur das Anschalten und Löschen der Beleuchtungseinrichtungen 10 steuern zu können. Daher kann es ein Schalterarray sein, bei dem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Netzversorgung für einlzelne Beleuchtungseinrichtungen 10 aneinander gereiht sind. Das Ein- und Ausschalten des Schalterarrays kann über einen Computer gesteuert werden. Das Beleuchtungssteuerteil 30 braucht nur angelegte Stromwerte für Rotlicht- oder Blaulicht-Halbleiterleuchtelemente einstellen und steuern zu können. Es ist wünschenswert, dass es in Form von Pulsleuchten Perioden dem und Duty der Rotlicht- oder Blaulicht-Halbleiterleuchtelemente steuern kann. Es ist ferner wünschenswert, dass die leuchtende Zeit und die nichtleuchtende Zeit mit einem Zeitschalter geregelt werden kann.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist mit einer die Beleuchtungseinrichtung 10 in Längsrichtung durchdringenden Kühlmittelleitung 25, in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt, versehen, um von den Halbleiterleuchtelementen erzeugte Wärme aus dem Anbauraum 60 nach außen abzuführen. Einzelne Beleuchtungseinrichtungen 10 sind mittels der an den Enden der Kühlmittelleitungen 25 angeschlossenen Rohrverbindungsstücke (das 1. Verbindungsstück 16 und das 2. Verbindungsstück 17 gemäß 2, die nachfolgend beschrieben werden) miteinander verbunden. Die beiden Enden der nicht mit einer anderen Beleuchtungseinrichtung 10 verbundenen Kühlmittelleitungen 25 sind über das Kühlmittelrohrleitungssystem 41 an das Kühlmittelversorgungsteil 40 angeschlossen. Da die Kühlmittelleitungen 25 einen Teil des über das Kühlmittelversorgungsteil 40 verlaufenden Rohrleitungssystems bilden, kann man Flüssigkeit (Kühlmittel) durch sie zirkulieren lassen.
  • Das Kühlmittelversorgungsteil 40 steuert den Rohrleitungskreis so, dass das Kühlmittel im Kreis zirkuliert, indem es durch die Beleuchtungseinrichtungen 10 hindurch fließt (die Fließrichtung des Kühlmittels ist mit Pfeilzeichen gezeigt).
  • Das Kühlmittelversorgungsteil 40 kann z. B. eine motorbetriebene Pumpe sein. Man kann die Netzversorgung zum Motor mit dem Beleuchtungssteuerteil 30 so verbinden, dass beim Einschalten der Halbleiterleuchtelemente auch die Versorgung des Kühlmittels erfolgt.
  • 1 zeigt den Fall, dass alle Beleuchtugseinrichtungen 10 in Reihe geschaltet sind, aber es ist auch möglich, mehrere in Reihe geschaltete Beleuchtungseinrichgtungen 10 parallel zu schalten. Es ist auch möglich, in Reihe geschaltete Teile und parallelgeschaltete Teile zu mischen. Es ist nämlich ausreichend, wenn das Kühlmittelversorgungsteil 40 das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung 25 in den Beleuchtungseinrichgtungen 10 zirkulieren lässt, so dass die Beleuchtungseiririchtungen 10 abgekühlt werden, und die von den Halbleiterleuchtelementen erzeugte Wärme aus dem Anbauraum 60 nach außen abgeführt werden kann.
  • Bei den Beleuchtungseinrichtungen 10 in 1 sind die in den Beleuchtungseinrichtungen 10 befindlichen Kühlmittelleitungen 25 mit gestrichelten Linien dargestellt, um den Fluss des Kühlmittels zu veranschaulichen, aber, wie nachfolgend beschrieben, enthalten die Beleuchtungseinrichtungen 10 außer der Kühlmittelleitung 25 noch Leuchtelementpakete (die nachfolgend beschriebenen Leuchtelementpakete 21 gemäß 5) u. a..
  • 2 zeigt beispielhaft die Außenform der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2(a) ist die Draufsicht, 2(b) ist die Untersicht, 2(c) ist die Seitenansicht von links, und 2(d) ist die Seitenansicht von rechts.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine Doppel-L-förmige Außenabdeckung 11, als ein Beispiel der Außenhaut bzw. des äußeren Abschnitts, eine durchsichtige Abdeckung 12 als ein Beispiel des lichtdurchlässigen Fensterbereichs, welche als Deckel für den offenen Teil der Doppel-L-förmigen Außenabdeckung dient, eine erste Seitenabdeckung 13 als ein Beispiel des linken Seitenteils, und eine zweite Seitenabdeckung 14 als ein Beispiel des rechten Seitenteils auf.
  • Die 1. Seitenabdeckung 13 und die 2. Seitenabdeckung 14 dienen jeweils als Deckel für die beiden Enden des Gehäuses, welches aus der Außenabdeckung 11 und der durchsichtigen Abdeckung 12 aufgebaut ist.
  • Die Außenform der Beleuchtungseinrichtung 10 hat nämlich die Form eines Kastens, gebildet aus der Außenabdeckung 11, der durchsichtigen Abdeckung 12, der 1. Seitenabdeckung 13 und der 2. Seitenabdeckung 14. Der Kasten wird im Hinblick auf das Verwendungsumfeld in vorteilhafter Weise in Form eines länglichen Kastens ausgeführt, aber er beschränkt sich erfindungsgemäß nicht auf die Kastenform. Die Außenabdeckung 11, die durchsichtige Abdeckung 12, die 1. Seitenabdeckung 13 und die 2. Seitenabdeckung 14 bilden das Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 10. Das Innere des von diesen Abdeckungen gebildeten Gehäuses wird als innerhalb der Beleuchtungseinrichtung 10 bzw. innen, und die Außenseite des Gehäuses wird als außerhalb der Beleuchtungseinrichtung 10 bzw. außen bezeichnet.
  • Auf der Außenseite der auf der linken Seite der Beleuchtungseinrichtung 10 angeordneten 1. Seitenabdeckung 13 ist über den Rohrflansch 15 das 2. Rohrverbindungsstück 17, ein Rohranschluss mit Innengewinde als ein Beispiel des Verbindungsmittels, das an die Kühlmittelleitung 25 innerhalb der Beleuchtungseinrichtung 10 angeschlossen ist, verbunden.
  • Auf der Außenseite der 2. Seitenabdeckung 14 ist über den Rohrflansch 15 das 1. Rohrverbindungsstück 16, ein Rohranschluss mit Außengewinde als ein Beispiel des Verbindungsmittels, das an die Kühlmittelleitung 25 angeschlossen ist, verbunden. Das 1. Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17 sind nämlich an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung 10 angeordnet.
  • Aus der 2. Seitenabdeckung 14 führt die Beleuchtungssteuerleitung 31 heraus. Als Beleuchtungssteuerleitung 31 wird ein Schirmkabel gewählt, das der heißen, feuchten Umgebung im Anbauraum 60 standhält.
  • Die Außenabdeckung 11 kann aus jeglichem Material hergestellt sein, soweit sie der Beleuchtungseinrichtung 10 Steifigkeit verleiht und deren Verformung verhindert. Zum Beispiel kann man Metallwerkstoffe wie Aluminium (Al), nichtrostenden Stahl (SUS), Kupfer (Cu), Titan (Ti) oder Kunststoff wie ABS-Harz verwenden. Unter diesen Werkstoffen werden auf Grund der Gewichts- und Kostenvorteile bevorzugt Extrusionsprodukte aus Al bzw. Al-Legierungen verwendet, wobei die Oberfläche noch vorteilhafter im Eloxal-Verfahren verarbeitet ist, um Al-Korrosion vorzubeugen. Im Hinblick auf eine Erhöhung der Reflexion und eine effektivere Nutzung des Lichts wird die Oberfläcke noch vorteilhafter weißeloxal beschichtet, oder die Eloxal-Oberfläche zusätzlich mit Klarlack beschichtet.
  • Die durchsichtige Abdeckung 12 kann aus jeglichem Werkstoff hergestellt sein, soweit sie die Lichtstrahlen der Leuchtwellenlänge, die die in der Beleuchtungseinrichtung 10 eingebauten Halbleiterleuchtelemente erzeugen, effizient durchlässt. Die durchsichtige Abdeckung 12 besteht beispielsweise in vorteilhafter Weise aus Glas. Auch Acrylharze wie Acrylsäureester, Methacrylsäureester-Polymere, Polymethacrylsäuremethylharz (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Polyethylenterephthalat (PET) sind vorteilhaft verwendbar. Ferner ist auf der inneren, der Beleuchtungseinrichtung 10 zugekehrten Seite der durchsichtigen Abdeckung 12 in vorteilhafter Weise eine Reflexionsschutzschicht gegen Lichtstrahlen der Leuchtungswellenlänge der Halbleiterleuchtelemente vorgesehen.
  • Die 1. Seitenabdeckung 13 und die 2. Seitenabdeckung 14 können, genauso wie die Außenabdeckung 11, aus jeglichem Werkstoff hergestellt sein, soweit sie der Beleuchtungseinrichtung 10 Steifigkeit verleihen und deren Verformung verhindern. Es ist ausreichend, wenn die 1. Seitenabdeckung 13 Verformungen unterdrücken kann, wenn die Kühlmittelleitung 25 und das 2. Verbindungsstück 17 über diese Seitenabdeckung verbunden werden. Und auch bei der 2. Seitenabdeckung 14 ist es ausreichend, wenn sie Verformungen unterdrücken kann, wenn die Kühlmittelleitung 25 und das 1. Verbindungsstück 16 über diese Seitenabdeckung verbunden werden. Für diese Seitenabdeckungen kann man z. B. Metallwerkstoffe, wie Al, SUS, Cu, Ti und Mo, oder Kunststoff wie ABS verwenden. Extrusionsprodukte aus Al, die hinsichtlich des Gewichts vorteilhaft sind, sind auch verwendbar. Die 1. Seitenabdeckung 13 und die 2. Seitenabdeckung 14 weisen in vorteilhafter Weise Vertiefungen auf, um die Enden der Außenabdeckung 11 und der durchsichtigen Abdeckung 12 aufnehmen zu können.
  • Um Eintritt von feuchter Luft von außen (Außenluft) in die Beleuchtungseinrichtung 10 zu verhindern, ist es vorteilhaft, die Beleuchtungseinrichtung 10 mit trockener Luft, trockenem Stickstoff o. ä. zu füllen, und die Grenzen der Außenabdeckung 11 der durchsichtigen Abdeckung 12, der 1. Seitenabdeckung 13 und der 2. Seitenabdeckung 14 mit Dichtmaterial abzudichten.
  • Auf diese Weise kann man in der heißen, feuchten Umgebung im Anbauraum 60 eine Verschlechterung der Halbleiterleuchtelemente und Korrosion der Kupferfolien, Silberschicht auf den Kupferfolien und Lötmaterial auf der Leiterplatte (die nachfolgend beschriebene Leiterplatte 22 gemäß 4(b)), die mit den nachfolgend beschriebenen Halbleiterleuchtelementen bestückt wird, verhindern.
  • Als Dichtmaterial kann man Dichtmasse wie Silikon verwenden.
  • 3 zeigt beispelhaft das 1. Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17. Im Pflanzenanbausystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 1 gezeigt, mehrere Beleuchtungseinrichtungen 10 durch Verbindung des 1. Rohrverbindungsstücks 16 und des 2. Rohrverbindungsstücks 17 miteinander gekoppelt. 3 zeigt das 1. Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17 in miteinander verbundenem Zustand.
  • Das 1. Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17 sind jeweils ein rotationssymmetrischer Körper. In 3 ist der obere Teil des 1. Rohrverbindungsstück 16 und des 2. Rohrverbindungsstücks 17 in einem Schnitt durch die die Symmetrieachse gezeigt. Der untere Teil der 3 zeigt die Außenform des 1. Rohrverbindungsstücks 16 und des 2. Rohrverbindungsstücks 17.
  • Das 1. Rohrverbindungsstück 16 ist ein hohler, zylindrischer, rotationssymmetrischer Körper, und an einem Ende befindet sich eine Sechskantmutter, die mit einem Innengewinde versehen ist, damit sie an die Kühlmittelleitung 25 angeschlossen werden kann. Das andere Ende des 1. Rohrverbindungsstücks 16 ist in den Hauptkörper des 1. Rohrverbindungsstücks 16a integriert, und weist einen in Axialrichtung verschiebbaren, beweglichen Ring 16b, eine zwischen dem Hauptkörper des 1. Rohrverbindungsstücks 16a und dem beweglichen Ring 16b eingeklemmte, federnde Klaue 16c, und eine zwischen dem Hauptkörper des 1. Rohrverbindungsstücks 16a und dem beweglichen Ring 16b angeordnete Schraubenfeder 16d auf.
  • Das 2. Rohrverbindungsstück 17 ist ein hohler, zylindrischer, rotationssymmetrischer Körper, und weist an einem Ende des Hauptkörpers des 2. Rohrverbindungsstücks 17a eine Sechskantmutter auf, die mit Innengewinde versehen ist, damit sie an die Kühlmittelleitung 25 anschließen kann. Das andere Ende des Hauptkörpers des 2. Rohrverbindungsstücks 17a bildet einen schmalen Teil, der in das Innere des Hauptkörpers des 1. Rohrverbindungsstücks 16a passen kann. An der Spitze dieses schmalen Teils ist umlaufend ein O-Ring 17b vorgesehen, der an der Innenwand des Hauptkörpers des 1. Rohrverbindungsstücks 16a anliegt. Am schmalen Teil des Hauptkörpers des Rohrverbindungsstücks 17a zwischen der am Hauptkörper des 2. Rohrverbindungsstücks 17a ausgebildeten Sechskantmutter und dem O-Ring 17b ist außen umlaufend eine Nut 17c ausgebildet.
  • Wird der schmale Teil des 2. Rohrverbindungsstücks 17 in das Innere des Zylinders des 1. Rohrverbindungsstücks 16 eingesteckt, so liegt der O-Ring 17b des 2. Rohrverbindungsstücks 17 an der Innenwand des 1. Rohrverbindungsstücks 16 an, und verhindert das Austreten des Kühlmittels. Weiterhin greift die Klaue 16c des 1. Rohrverbindungsstücks 16 in die Nut 17c des 2. Rohrverbindungsstücks 17 ein und verhindert das Lösen des 1. Rohrverbindungsstücks 16 vom 2. Rohrverbindungsstücks 17.
  • Bewegt man nun den beweglichen Ring 16b entgegen der Widerstandskraft der Schraubenfeder 16d in Axialrichtung, so verformt sich die Klaue 16c durch die Federwirkung, und die Verzahnung der Klaue 16c mit der Nut 17c wird gelockert, so dass sich das 1. Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17 leicht lösen können.
  • Dadurch wird das Koppeln der Beleuchtungseinrichtungen 10 leichter; es wird auch leichter, sie zu entkoppeln, um den Aufbau des Pflanzenanbausystems 1 zu ändern.
  • Als Werkstoff für das 1. Rohrverbindungsstücks 16 und das 2. Rohrverbindungsstücks 17 kann man Metallwerkstoffe, wie SUS oder Kupferlegierungen, oder Kunststoff, wie ABS-Harz, verwenden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurden als Verbindungsmittel das 1. Verbindungsstück 16 und das 2. Verbindungsstück 17 verwendet, aber die Verbindungsmittel beschränken sich nicht auf diese. Man kann z. B. am verlängerten Ende der Kühlmittelleitung 25 einen Schlauchanschluss montieren, und diese Kühlmittelleitung mit der Kühlmittelleitung 25 der benachbarten Beleuchtungseinrichtung 10 (benachbarte Kühlmittelleitung) mittels eines Schlauchs verbinden. Man kann auch zwischen die Enden der Kühlmittelleitung 25 und der benachbarten Kühlmittelleitung eine Dichtung einlegen, und die beiden Enden direkt miteinander verbinden.
  • 4 zeigt Skizzen, die ein Beispiel des Inneren der Beleuchtungseinrichtung 10 veranschaulichen. 4(a) zeigt das Innere der Beleuchtungseinrichtung 10 bei abgenommener durchsichtiger Abdeckung 12 der Beleuchtungseinrichtung 10, die in 2(b) gezeigt ist. 4(b) ist der Schnitt durch IVB-IVB der 4(a).
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst, wie in 4(b) gezeigt, Leuchtelementpakete 21, die Halbleiterleuchtelemente (das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b, die nachfolgend anhand der Zeichnung 5 beschrieben werden) enthalten, eine Leiterplatte 22, die die Leuchtelementpakete 21 trägt, die Wärmeabgabeplatte 24, auf der die Leiterplatte 22 befestigt ist, und eine isolierende Wärmeabgabefolie 23, die die Leiterplatte 22 und die Wärmeabgabeplatte 24 voneinander elektrisch isoliert und gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Leuchtelementpakete 21 sind der durchsichtigen Abdeckung 12 zugekehrt angeordnet, damit das erzeugte Licht durch die durchsichtige Abdeckung 12 hindurch ausstrahlen kann.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist ferner mit Reflektoren 26 versehen, die die Ausstrahlrichtung des Lichts regeln, damit das Licht von den Halbleiterleuchtelementen in den Leuchtelementpaketen 21 senkrecht durch die durchsichtige Abdeckung 12 der Beleuchtungseinrichtung 10 ausstrahlt.
  • Auf der Leiterplatte 22 sind im Beispiel gemäß 4(a) mehrere Leuchtelementenpakete 21 in Längsrichtung in drei Reihen angeordnet. Und um diese Leuchtelementpakete 21 herum sind Reflektoren 26, die beispielsweise eine Rotationsparabelfläche als Reflexionsfläche aufweisen, in drei Reihen, entsprechend den Reihen der Leuchtelementenpakete 21, angeordnet.
  • In 4 sind auf der Leiterplatte 22 die Leuchtelementpakete 21 in drei Reihen angeordnet, aber die Anzahl der Reihen beschränkt sich nicht auf drei. In dem hier gezeigten Beispiel besteht die Leiterplatte 22 aus einer einzigen Platte, aber einzelne Reihen können auch jeweils auf eigenen Leiterplatten angeordnet sein. In dem hier gezeigten Beispiel stellt die Leiterplatte 22 eine einzige Platte dar, die sich in der Längsrichtung der Beleuchtungseinrichtung 10 erstreckt, aber die Leiterplatte kann auch in Längsrichtung in mehrere Platten aufgeteilt sein.
  • Als Leiterplatte 22 kann man Epoxid-Glasgewebe-Leiterplatte, bei der auf einer aus mit Epoxidharz imprägniertem Glasgewebe bestehenden Epoxid-Glasgewebefläche Leiterbahnen aus Kupferfolie angeordnet sind, oder eine Keramikplatte, auf der Dickschichtleiterbahnen aus Ag o. ä, angeordnet sind, verwenden. Im Hinblick auf Kosten ist die Epoxid-Glasgewebeleiterplatte vorteilhaft.
  • Die Leuchtelementpakete 21 können beispielsweise mittels Lötung auf der Leiterplatte 22 befestigt werden.
  • Die Beleuchtungssteuerleitung 31 ist zur Stromversorgung der Halbleiterleuchtelemente zur Lichterzeugung an die Oberfläche (die mit Halbleiterleuchtelementen bestückte Fläche) der Leiterplatte 22 angeschlossen. Die Beleuchtungssteuerleitung 31 wird über die in einem Teil der Wärmeabgabepatte 24 vorgesehene Öffnung zur Rückseite der Wärmeabgabeplatte 24 herausgeführt. Die Beleuchtungssteuerleitung 31 wird dann auf der Rückseite der Wärmeabgabeplatte 24 verdrahtet, und als Beleuchtungssteuerleitung 31 zur Gehäuseaußenseite herausgeführt, und an das außerhalb des Anbauraums 60 vorgesehene Beleuchtungssteuerteil 30 angeschlossen.
  • Die Beleuchtungssteuerleitung 31 kann als vinylverkleideter Kupferdraht ausgeführt sein.
  • In 4 sind die Reflektoren 26 in Reihen in Längsrichtung der Beleuchtungseinrichtung 10 entsprechend den dreireihigen Leuchtelementpaketen 21 angeordnet. Aber die Reflektoren 26 können auch den einzelnen Leuchtelementenpaketen 21 zugeordnet sein. Es können auch eine Mehrzahl von Reflektoren 26 vorgesehen sein, die in Längsrichtung aufgeteilt sind. In 4 sind die Reflektoren 26 in einzelnen Reihen der dreireihig angeordneten Leuchtelementenpakete 21 vorgesehen, aber man kann die drei Reihen ohne zu separieren als eine Einheit ausführen. Es ist nämlich ausreichend, wenn die Reflektoren 26 das von den Halbleiterleuchtelementen der Beleuchtungseinrichtung 10 erzeugte Licht gegenüber der durchsichtigen Abdeckung 12 der Beleuchtungseinrichtung 10 senkrecht ausstrahlen. Als Reflektor 26 kann z. B. ein Alu-Block mit einer Öffnung, deren Querschnitt eine Parabelkurve beschreibt, dienen. Die Wand der Öffnung stellt die Reflexionsfläche 27 dar. Man kann auch einen Block aus Kunstharz wie Acryl mit einer Öffnung, deren Wand als Reflexionsfläche 27 dient, verwenden, wobei auf dieser Wand eine Metallschicht aus Al, Ag o. ä. z. B. im Bedampfungsverfahren zu bilden ist.
  • Die Lichtstrahlen sollten deshalb mittels eines Reflektors 26 vertikal gegen die durchsichtige Abdeckung 12 gerichtet werden, weil dann mehr Lichtmenge in Vertikalrichtung ausstrahlt als im Fall, dass kein Reflektor 26 vorgesehen wird.
  • Die Wärmeabgabeplatte 24 ist eine Grundplatte, die zum Abführen der bei der Lichterzeugung durch die Halbleiterleuchtelemente entsehenden Wärme vom Anbauraum 60 nach außen dient; sie besteht aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, und sie ist mit einer Kühlmittelleitung 25 versehen.
  • Die Kühlmittelleitung 25 ist an der Leitungseinführungsstelle der Wärmeabgabeplatte 24 anliegend angeordnet. Da die Wärmeleitungseffizenz schlecht ist, wenn man die Leitung nur einsteckt, wird hier im Leitungsabziehverfahren der Durchmesser der eingeführten Leitung mittels Druckluft aufgeweitet und an die Leitungseinführungsstelle der Wärmeabgabeplatte 24 angepresst. Folglich wird die Wärme aus den auf der Leiterplatte 22 montierten Halbleiterleuchtelementen über die Wärmeabgabeplatte 24 auf die Kühlmittelleitung 25 übertragen und durch das Kühlmittel aus dem Anbauraum 60 abgeführt. Anders ausgedrückt, kühlt das durch die Kühlmittelleitung 25 fließende Kühlmittel die Wärmeabgabeplatte 24 ab und kühlt die Leuchtelementpakete 21, die auf der Leiterplatte 22, die auf der Wärmeabgabeplatte 24 anliegend montiert ist, ab. Da die Wärme von den Halbleiterleuchtelementen nicht innerhalb des Anbauraums 60 abgeführt wird, lassen sich die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Anbauraum 60 unabhängig von der aus den Halbleiterleuchtelementen entstehenden Wärme regulieren.
  • Folglich wird die Anzahl der Leuchtelementpakete 21, die auf die Leiterplatte 22 montiert werden können, durch die Kühlleistung, die durch die Temperatur, Fließmenge u. a. bestimmt wird, festgelegt. Insbesondere wird die Länge in der zur Fließrichtung des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 25 senkrechten Richtung (die Breite der Leiterplatte 22) durch Wärmeabgabeeigenschaften wie den Wärmewiederstand der Wärmeabgabeplatte 24 eingeschränkt.
  • Als Werkstoff für die Wärmeabgabeplatte 24 kann man Al und Cu, die sich durch gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnen, verwenden. Besonders vorteilhaft für die Kühlmittelleitung 25 ist schwerkorridierbares Cu.
  • Um eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten, ist es wünschenswert, in das Bondingpad der Leiterplatte 22, auf das die mit dem Chip des Leuchtelementenpaketes 21 versehene Zuleitung aufgelötet ist, eine bis zur Rückseite der Leiterplatte 22 reichende Durchgangsbohrung zu bohren und über die Kupferfolie und das Beschichtungsmetall auf der Rückseite der Leiterplatte 22 zu verbinden. Selbstverständlich sollte auch die Rückseite der Leiterplatte 22 strukturiert werden, um einen Kurzschluss der Halbleiterleuchtelemente zu vermeiden.
  • Die Kühlmittelleitung 25 ist, wie in 4(b) gezeigt, so angeordnet, dass sie die Außenabdeckung 11 u. a. nicht berührt. Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist, wie oben beschrieben, mit trockener Luft, trockenem Stickstoff o. ä. gefüllt. Daher wird, auch wenn die Kühlmittelleitung 25 mit einem Kühlmittel, das eine niedrigere Temperatur als die Temperatur im Anbauraum 60 aufweist, versorgt werden sollte, eine Betauung sowohl an der Kühlmittelleitung 25 und an der Wärmeabgabeplatte 24, auf die die Kühlmittelleitung montiert ist, als auch an der Leiterplatte 22, den Leuchtelementenpaketen 21 oder an anderen Bauteilen vermieden. Folglich kann eine Korrosion der Kühlmittelleitung 25 und der Wärmeabgabeplatte 24, aber auch der Leiterplatte 22, der Leuchtelementpakete 21, oder anderer Bauteilen infolge Feuchtigkeit oder Betauung vermieden werden.
  • Die isolierende Wärmeabgabefolie 23 ist zwischen der Leiterplatte 22 und der Wärmeabgabeplatte 24 an diesen beiden anliegend angeordnet, um die elektrische Isolation aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die von der Leiterplatte 22 entstehende Wärme auf die Wärmeabgabeplatte 24 zu leiten. Die Kühlmittelleitung 25, die an der Wärmeabgabeplatte 24 anliegend angeordnet ist, wird, wie oben beschrieben, an das 1. Verbindungsstück 16 und an das 2. Verbindungsstück 17 angeschlossen. Das 1. Verbindungsstück 16 und das 2. Verbindungsstück 17 sind außerhalb der Beleuchtungseinrichtung 10 angeordnet. Daher besteht die Gefahr, dass Arbeiter, die sich mit dem Pflanzenanbau beschäftigen oder andere Personen das 1. Verbindungsstück 16 oder das 2. Verbindungsstück 17 berühren. Deshalb, um einen elektrischen Schlag zu vermeiden, darf weder das 1. Verbindungsstück 16 noch das 2. Verbindungsstück 17 unter Spannung stehen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Wärmeabgabeplatte 24 und die Leiterplatte 22 voneinander elektrisch zu isolieren.
  • Die isolierende Wärmeabgabefolie 23 isoliert die Wärmeabgabeplatte 24 und die Leiterplatte 22 voneinander elektrisch und leitet zugleich die von den Halbleiterleuchtelementen auf der Leiterplatte 22 erzeugte Wärme an die Wärmeabgabeplatte 24. Daher wird die isolierende Wärmeabgabefolie 23 in vorteilhafter Weise als eine flexible Folie mit hohem elektrischem Durchgangswiderstand und niedrigem Wärmewiderstand ausgeführt, damit die Leiterplatte 22 und die Wärmeabgabeplatte 24 leicht aneinander anliegen können. Als Werkstoffe für eine solche Folie sind z. B. Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylen (PE) verwendbar.
  • Die Leiterplatte 22 und die Wärmeabgabeplatte 24 können an einer Stelle, an der sich keine Verdrahtung der Leiterplatte 22 befindet, durch Verschraubung o. ä. aneinander befestigt werden.
  • Auch der Reflektor 26 kann über die Leiterplatte 22 durch Verschraubung o. ä. an der Wärmeabgabeplatte 24 befestigt werden. Dabei ist auf einen angemessenen Isolationsabstand zwischen der Struktur der Leiterplatte 22 und den Befestigungsschrauben zu achten, um Leckstrom auf die Befestigungsschrauben zu vermeiden.
  • Die Wärmeabgabeplatte 24 kann, wie in 4(b) gezeigt, z. B. dadurch befestigt werden, dass sie in in der Außenabdeckung 11 vorgesehene Schlitze eingeführt wird.
  • Die im 4(b) gezeigte Kühlmittelleitung 25 wird an das 1. Verbindungsstück 16 und das 2. Verbindungsstück 17 angeschlossen. Falls dabei zwischen der Wärmeabgabeplatte 24 und dem 1. Verbindungsstück 16 bzw. dem 2. Verbindungsstück 17 eine Rohrleitung erforderlich ist, kann z. B. ein zusätzliches Rohr aus Cu mit Schrauben verbunden werden. Die Rohrleitung muss nur so aufgebaut sein, dass das Kühlmittel ohne Leckage durch die Beleuchtungseinrichtungen 10 hindurch zirkuliert.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist beispielsweise 1200 mm lang, 100 mm breit und 45 mm tief. Weiterhin hat die Kühlmittelleitung 25 z. B. einen Durchmesser von 12 mm. Die Form beschränkt sich nicht hierauf und man kann auch andere Werte wählen.
  • 5 zeigt Skizzen, die beispielhaft den Aufbau des Leuchtelementpaketes 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen. 5(a) zeigt die Draufsicht des Leuchtelementenpaketes 21, und 5(b) zeigt den Schnitt durch VB-VB der 5(a).
  • Dieses Leuchtelementpaket 21 umfasst ein Harzgefäß 61, das aus der in einer ebenen Fläche gebildeten Öffnung 71 und der Vertiefung 61a gebildet ist, die aus einem mit dem Harzgefäß 61 einstückig gebildeten Leadframe bestehenden Anodenleiterteile 62a, 62b und Kathodenleiterteile 63a, 63b, und das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b als Beispiele der auf dem Boden 70 der Vertiefung 61a montierten Leuchtelemente. Dieses Leuchtelementpaket 21 ist ein 2-in-1-Paket, welches ein Halbleiterleuchtelement I 64a und ein Halbleiterleuchtelement II 64b umfasst. Das Halbleiterleuchtelement I 64a ist beispielsweise ein Blaulicht-Leuchtelement mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 450 nm, während das Halbleiterleuchtelement II 64b ein Rotlicht-Leuchtelement mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 660 nm.
  • Als das Halbleiterleuchtelement I 64a kann man solche mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 400–500nm, und als das Halbleiterleuchtelement II 64b solche mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 655–675 nm verwenden. Hier bedeutet die Spitzenleuchtwellenlänge die Wellenlänge, bei der die Lichtintensität am größten ist.
  • Das Harzgefäß 61 wird gebildet, indem auf dem Metallleiterteil, welches das Anodenleiterteil 62a, 62b und Kathodenleiterteil 63a, 63b umfasst, ein Gefäß aus weißem Pigment enthaltenden Thermoplast (in der nachfolgenden Beschreibung als weißes Harz bezeichnet) im Spritzgussverfahren gebildet wird.
  • Um Arbeitsgänge, bei denen mit einer Temperatur wie bei der Reflowlötung zu rechnen ist, bewältigen zu können, werden Werkstoffe für weißes Harz unter gebührender Berücksichtigung der Hitzebeständigkeit ausgewählt. Als Basismaterial wird PPA (Polyphthalamid) am häufigsten verwendet, aber man kann auch Flüssigkristallpolymere, Epoxidharz, Polystyrol o. ä. verwenden. Für die vorliegende Ausführungsform können als PPA, Nylon 4T, Nylon 6T, Nylon 6I, Nylon 9T und Nylon M5T, die Copolymere aus Diamin und Isophthalsäure bzw. Terephthalsäure sind, besonders vorteilhaft einsetzen.
  • Die im Harzgefäß 61 gebildete Vertiefung 61a weist einen runden Boden 70, eine ebenfalls runde Öffnung 71 und eine Wandfläche 80, die vom Rand des Bodens 70 in Richtung der Öffnung 71 sich erweiternd ansteigt, auf. Der Boden 70 besteht aus den Anodenleiterteilen 62a, 62b und den Kathodenleiterteilen 63a, 63b, den im Bereich der Vertiefung 61a unbedecketen Teilen der Anodenleiterteile 62a, 62b und der Kathodenleiterteile 63a, 63b, und dem weißen Harz des Harzgefäßs 61 zwischen den Anodenleiterteilen 62a, 62b und den Kathodenleiterteilen 63a, 63b. Die Wand 80 besteht aus weißem Harz, welches das Harzgefäß 61 bildet. Die Form des Bodens 70 kann rund, rechteckig, oval oder vieleckig sein. Und die Form der Öffnung 71 kann rund, rechteckig, oval oder vieleckig sein, oder auch dieselbe Form wie den Boden aufweisen.
  • Ein Teil der Anodenleiterteile 62a, 62b und der Kathodenleiterteile 63a, 63b sind jeweils in das Harzgefäß 61 eingeklemmt und von ihm gehalten, während der andere Teil außerhalb des Harzgefäßes 61 liegt, und dieser Teil dient als Anschluss zum Anlegen eines Stroms an das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b. Wird eine Oberflächenbestückung vorausgesetzt, so werden eventuell, wie in 5 gezeigt, die Anodenleiterteile 62a, 62b und die Kathodenleiterteile 63a, 63b zur Rückseite des Harzgefäßes 61 geknickt, und deren Enden am Boden des Harzgefs 61 angeordnet.
  • Die Anodenleiterteile 62a, 62b und die Kathodenleiterteile 63a, 63b, nämlich der Leadframe, besteht aus einem Metallblech mit einer Dicke von 0,1–0,5 mm; der Metallblech besteht aus Metallleiter wie Kupferlegierung als Basis, und ist mit einer Silberschicht überzogen.
  • Das Halbleiterleuchtelement I 64a ist an dem am Boden 70 der Vertiefung 61a angeordneten Kathodenleiterteil 63a durch Verklebung mit einem Die-Bonding-Mittel aus Silikonharz bzw. Epoxidharz befestigt. Das Halbleiterleuchtelement II 64b ist ebenfalls an dem am Boden 70 der Vertiefung 61a angeordneten Anodenleiterteil 62b durch Verklebung mit einem Die-Bonding-Mittel aus Silikonharz bzw. Epoxidharz befestigt. Es ist vorteilhafter, wenn auf der Rückseite des Halbleiterleuchtelements I 64a über eine Metallschicht aus Al, Ni o. ä. eine AuSn-Schicht gebildet wird und diese auf dem am Boden 70 der Vertiefung 61a angeordneten Kathodenleiterteil 63a im Warmschmelzverfahren befestigt wird. Auch für das Halbleiterleuchtelement II 64b gilt dasselbe.
  • Das Halbleiterleuchtelement 164a besitzt eine n-Pad-Elektrode und eine p-Pad-Elektrode, und mittels der Bondingdrähte 65 ist die p-Pad-Elektrode an das Anodenleiterteil 62a und die n-Pad-Elektrode an das Kathodenleiterteil 63a angeschlossen. Das Halbleiterleuchtelement II 64b besitzt ebenfalls eine n-Pad-Elektrode und eine p-Pad-Elektrode und mittels der Bondingdrähte 65 ist die p-Pad-Elektrode an das Anodenleiterteil 62b und die n-Pad-Elektrode an das Kathodenleiterteil 63b angeschlossen.
  • Das Leuchtelementpaket 21 wird mittels eines Abdichtharzes abgedichtet, indem die Vertiefung 6la damit gefüllt wird. Das Abdichtharz muss nur aus durchsichtigem Harz bestehen, das das vom Halbleiterleuchtelement I 64a und vom Halbleiterleuchtelement II 64b erzeugte Licht durchlässt. Als durchsichtiges Harz geeignet sind z. B. solche Harze, die ein aushärtendes Harz, das die Vertiefung füllt und verdeckt, Härtungsmittel zum Aushärten dieses Harzes, und allfällige zusätztliche Mittel wie Antioxidierungsmittel, Verfärbungsschutzmittel, Lichtschutzmittel, anorganische Füllstoffe, Brandschutzmittel und organische Lösungsmittel enthalten.
  • Als konkrete aushärtende Harze sind z. B. Silikonharze, Epoxidharze, Epoxid-Silikon-Mischharze, Acrylharze und Polyimidharze zu nennen. Unter anderem sind aus Sicht der Wärmebeständigkeit Silikonharze und Epoxidharze vorteilhaft, und Silikonharze sind besonders vorteilhaft.
  • Hier sind für das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b jeweils ein Anodenleiterteil (62a, 62b) und ein Kathodenleiterteil (63a, 63b) vorgesehen, aber man kann auch für die beiden Leuchtelemente gemeinsame Leiterteile verwenden.
  • Hier stellt das Leuchtelementenpaket 21 ein 2-in-1-Paket dar, in dem zwei Leuchtelemente, nämlich das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b, enthalten sind, aber das Paket kann auch ein 1-in-1-Paket, das ein einziges Chip enthält, oder ein Multichip-Paket sein. Bei einem Multichip-Paket kann die Verdrahtung innerhalb des Pakets als eine parallele Schaltung mit einem gemeinsamen Anschluss auf einer Seite oder auf beiden Seiten ausgeführt sein, oder aber jeder Chip kann jeweils einen separaten Pluspol und Minuspol besitzen. Die Verdrahtung kann auch als eine Reihenschaltung, bei der die Chips im Paket in Reihe geschaltet sind, ausgeführt sein.
  • Nun soll ein Beispiel des Halbleiterleuchtelementes I 64a (Blaulicht-Leuchtelement) und des Halbleiterleuchtelementes II 64b (Rotlicht-Leuchtelement) erläutert werden. Die Strukturen und die Zahlenwerte, die im Folgenden gezeigt werden, stellen lediglich repräsentative Strukturen und Zahlenwerte dar, und Strukturen und Zahlenwerte sind nicht auf die hier gezeigten beschränkt.
  • <Blaulicht-Leuchtelement>
  • 6 zeigt eine Schnittzeichnung, die beispielhaft den Aufbau des Blaulicht erzeugenden Halbleiterleuchtelementes I 64a gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 7 ist die Draufsicht des Blaulicht erzeugenden Halbleiterleuchtelementes I 64a. Hier wird das Blaulicht erzeugende Halbleiterleuchtelement I 64a mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 450 nm erläutert.
  • Wie in 6 gezeigt, weist das Halbleiterleuchtelement I 64a die 1. Platine 110, die auf der 1. Platine 110 gebildete Zwischenschicht 120 und die auf der Zwischenschicht 120 gebildete Grundschicht 130 auf. Das Halbleiterleuchtelement I 64a weist die auf der Grundschicht 130 gebildete 1. n-Halbleiterschicht 140, die auf der 1. n-Halbleiterschicht 140 gebildete 1. Leuchtschicht 150 und die auf der 1. Leuchtschicht 150 gebildete 1. p-Halbleiterschicht 160 auf. In der folgenden Beschreibung werden nach Bedarf die 1. n-Halbleiterschicht 140, die 1. Leuchtschicht 150 und die 1. p-Halbleiterschicht 160 zusammengefasst als die 1. Mehrschichthalbleiterschicht 100 bezeichnet. Das Halbleiterleuchtelement I 64a weist ferner eine auf der 1. p-Halbleiterschicht 160 gebildete, das von der 1. Leuchtschicht 150 erzeugte Licht durchlassende durchsichtige Elektrode 170 auf. Weiterhin weist das Halbleiterleuchtelement I 64a die auf der Oberseite 170c der durchsichtigen Elektrode 170 gebildete, eine p-Pad-Elektrode darstellende 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 auf. Das Halbleiterleuchtelement I 64a weist weiterhin die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 auf, die eine n-Pad-Elektrode darstellt, welche auf einem Teil der Oberfläche der unbedeckten Halbleiterschicht, die durch Herausschneiden eines Teils der 1. p-Halbleiterschicht 160, der 1. Leuchtschicht 150 und der 1. n-Halbleiterschicht 140 freigelegt wurde, gebildet wurde.
  • Fernerhin weist das Halbleiterleuchtelement I 64a die 1. Schutzschicht 180 auf, die mit Ausnahme eines Teils der Oberfläche der 1. Bonding-Pad-Elekctrode 210 und der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 die 1. n-Halbleiterschicht 140, die 1. Leuchtschicht 150, die 1. p-Halbleiterschicht 160 und die durchsichtige Elektrode 170 bedeckt.
  • Dieses Halbleiterleuchtelement I 64a ist, wie oben beschrieben, auf dem Kathodenleiterteil 63a durch Verklebung befestigt, und die 1.
  • Bonding-Pad-Elektrode 210 ist mittels des Bonding-Drahtes 65 mit dem Anodenleiterteil 62a des Leadframe verbunden. Und die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 ist mittels des Bonding-Drahtes 65 mit dem Kathodenleiterteil 63a des Leadframe verbunden.
  • Verwendet man die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 als Pluspol und die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 als Minuspol und legt man einen Strom an die 1. Mehrschichthalbleiterschicht 100 (konkret sind das die 1. p-Halbleiterschicht 160, die 1. Leuchtschicht 150 und die 1. n-Halbleiterschicht 140) an, so leuchtet die 1. Leuchtschicht 150 auf. Das so erzeugte Licht wird vom Halbleiterleuchtelement I 64a durch die Oberseite der durchsichtigen Elektrode 170, wo die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 nicht angeordnet ist, nach außen geleitet.
  • Den Aufbau und das Herstellungsverfahren des Halbleiterleuchtelementes I 64a kann man z. B. der offengelegten Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-123718 entnehmen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann auch, wie in 6 gezeigt, eine 1. Schutzschicht 180 aus Siliziumoxid wie SiO2 gebildet sein, die die durchsichtige Elektrode 170, die 1. p-Halbleiterschicht 160, die Oberseite (einschließlich der geätzten Seitenflächen) der freigelegten Halbleiterfläche 140c der 1. n-Halbleiterschicht 140, den Randbereich der 1. Bonding-Pad-Elektrode 210, den Randbereich der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 u. a. verdeckt.
  • Dadurch wird es möglich, das Halbleiterleuchtelement I 64a bis auf die Bonding-Pad-Elektroden (210, 240) abzuschirmen und Eindringen der Außenluft oder Wasser in das Halbleiterleuchtelement I 64a weitgehend zu reduzieren, und so zur Verhinderung des Abgehens der durchsichtigen Elektrode 170 oder der Bonding-Pad-Elektroden (210, 240) im Halbleiterleuchtelement I 64a beizutragen.
  • Die Dicke der 1. Schutzschicht 180 beträgt vorteilhaft zwischen 50 und 1000 nm, vorteilhafter zwischen 100 und 500 nm, und noch vorteilhafter zwischen 150 und 450 nm.
  • Durch Wählen einer Dicke der 1. Schutzschicht 180 von 50–1000 nm wird die Möglichkeit, dass Luft oder Wasser von außen in die 1. Leuchtschicht 150 des Halbleiterleuchtelementes I 64a eindringt, weitgehend reduziert, und dadurch kann man das Abgehen der 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 oder der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 des Halbleiterleuchtelementes I 64a verhindern.
  • Die 1. Schutzschicht 180 lässt sich wie z. B. folgendermaßen herstellen:
    Zuerst wird die 1. Schutzschicht 180 aus SiO2 gebildet, die die durchsichtige Elektrode 170, die 1. p-Halbleiterschicht 160, die Oberseite (einschließlich der geätzten Seitenflächen) der freigelegten Halbleiterfläche 140c der 1. n-Halbleiterschicht 140, die Oberfläche der 1. Bonding-Pad-Elektrode 210, die Oberfläche der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 verdeckt, und auf die 1. Schutzschicht 180 eine hier nicht gezeigte Widerstandsschicht aufgetragen. Anschließend wird die Widerstandsschicht von der 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 und von einem Teil der Oberfläche der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 entfernt, und dann wird die 1. Schutzschicht 180 in einem bekannten Ätzverfahren entfernt, so dass ein Teil der Oberfläche der einzelnen Elektroden freigelegt wird.
  • Auf diese Weise wird das Halbleiterleuchtelement I 64a hergestellt.
  • (Rotlicht-Leuchtelement)
  • 8 zeigt eine Schnittzeichnung, die beispielhaft den Aufbau des Rotlicht erzeugenden Halbleiterleuchtelementes II 64b gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 9 ist die Draufsicht des Rotlicht erzeugenden Halbleiterleuchtelementes II 64b. Hier wird das Rotlicht erzeugende Halbleiterleuchtelement II 64b mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 660 nm erläutert. Die Schnittzeichnung des Halbleiterleuchtelementes II 64b gemäß 8 zeigt den Schnitt durch VIII-VIII der Draufsicht gemäß 9.
  • Wie in 8 gezeigt, besteht das Halbleiterleuchtelement II 64b aus der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 und der 2. Platine 310, die miteinander verbunden sind. Die 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 besteht aus der Verzerrungsausgleichsschicht 320, der 2. p-Halbleiterschicht 330, die als untere Plattierschicht wirkt, der 2. Leuchtschicht 340 und der 2. n-Halbleiterschicht 350, die als die obere Plattierschicht wirkt, wobei die Schichten in dieser Reihenfolge aufeinander geschichtet sind.
  • Das Halbleiterleuchtelement II 64b umfasst die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400, die auf der Oberseite 350c der 2. n-Halbleiterschicht 350 gebildet ist und als n-Pad-Elektrode wirkt, und die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 auf der Oberseite 320c der Verzerrungausgleichsschicht 320, die durch Herausschneiden eines Teils der 2. n-Halbleiterschicht 350, der 2. Leuchtschicht 340 und der 2. p-Halbleiterschicht 330 der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 freigelegt wurde, gebildet wurde und als p-Pad-Elektrode wirkt.
  • Wie in 9 gezeigt, ist die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 mit der auf der 2. n-Halbleiterschicht 350 z. B. gitterförmig gebildeten Verdrahtung 401 verbunden. Die Verdrahtung 401 besteht aus demselben Material wie die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 und ist in dünnen Drähten ausgeführt, um eine Beeinflussung der Lichtentnahme aus der 2.n-Halbleiterschicht 350 zu vermeiden. Dadurch wird die Potentialverteilung auf der 2.n-Halbleiterschicht 350 gleichmäßiger als im Falle, dass die Verdrahtung 401 nicht vorgesehen ist, so dass die Leuchtverteilung auf der 2. Leuchtschicht 340 auch gleichmäßiger wird.
  • Weiterhin weist das Halbleiterleuchtelement II 64b die 2. Schutzschicht 360 auf, die mit Ausnahme eines Teils der Oberfläche der 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 und der 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 die Verzerrungsausgleichsschicht 320, die 2. p-Halbleiterschicht 330, die 2. Leuchtschicht 340, die 2. n-Halbleiterschicht 350 bedeckt.
  • Verwendet man bei diesem Halbleiterleuchtelement II 64b die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 als Minuspol und die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 als Pluspol und legt man über diese beiden einen Strom an die 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 (konkreter handelt es sich um die 2. p-Halbleiterschicht 330, die 2. Leuchtschicht 340 und die 2.n-Halbleiterschicht 350) an, so leuchtet die 2. Leuchtschicht 340 auf. Das so erzeugte Licht wird vom Halbleiterleuchtelement II 64b durch die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400, die Oberseite der 2. n-Halbleiterschicht 350, wo die Verdrahtung 401 nicht angeordnet ist, und durch die Seitenflächen der 2. Platine 310 nach außen geleitet.
  • Im Folgenden wird der Aufbau des Halbleiterleuchtelementes II 64b näher beschrieben.
  • (Die 2. Platine)
  • Die 2. Platine 310 ist, wie in 8 gezeigt, mit der die 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 bildenden Verzerrungsausgleichsschicht 320 verbunden. Diese 2. Platine 310 besitzt eine ausreichende Festigkeit zur mechanischen Unterstützung der 2. Leuchtschicht 340 und besteht aus Materialien, die breite Energiebandlücken aufweisen, um das von der 2. Leuchtschicht 340 ausgestrahlte Licht durchlassen zu können, und die gegenüber den Wellenlängen des von der 2. Leuchtschicht 340 ausgestrahlten Lichts optisch transparent sind. Diese Platine kann z. B. eine isolierte Platine aus III-V-Verbindungshalbleiterkristallen wie Galliumphosphid (GaP), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Galliumnitirid (GaN), aus II-VI-Verbindungshalbleiterkristallen wie Zinksulfid (ZnS) oder Zinkselenid (ZnSe), oder aus IV-Verbindungshalbleiterkristallen, wie hexagonalen oder kubischen Siliziumkarbidkristallen (SiC), aus Glas oder Saphir sein. Andererseits kann man auch eine funktionale Platine, die eine hochreflexive Verbindungsfläche aufweist, wählen. Man kann z. B. eine Metallplatine oder Legierungsplatine, die eine Metalloberfläche aus Silber, Gold, Kupfer oder Aluminium aufweist, oder eine Verbundplatine, die aus Halbleiter mit Metallspiegelstruktur besteht, wählen.
  • Die 2. Platine 310 weist vorteilhaft eine Dicke von mindestens 50 μm auf, um die 2. Leuchtschicht 340 mit ausreichender mechanischer Festigkeit zu unterstützen, und es ist vorteilhaft, dass die Dicke 300 μm nicht überschreitet, um mechanische Verarbeitungen der 2. Platine 310 nach Verbinden mit der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 zu erleichtern. Die 2. Platine 310 besteht am vorteilhaftesten aus einer n-GaP-Platine mit einer Dicke von mindestens 50 μm, höchstens 300 μm.
  • Wie in 8 gezeigt, weist die Seitenfläche der 2. Platine 2 in dem der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 näheren Bereich eine der Lichtentnahmefläche, nämlich zur Oberseite der 2. n-Halbleiterschicht 350, etwa senkrechte Vertikalfläche 310a auf, während sie in dem von der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 entfernteren Bereich eine in Richtung des Inneren der 2. Platine 310 geneigte Schrägfläche 310b aufweist. Diese Formgebung ist geeignet, das von der 2. Leuchtschicht 340 in Richtung der 2. Platine 310 ausgestrahlte Licht effizient zu entnehmen. Nämlich kann man von den von der 2. Leuchtschicht 340 in Richtung der 2. Platine 310 ausgestrahlten Lichtstrahlen diejenigen, die an der Vertikalfläche 310a reflektiert werden, durch die Schrägfläche 310b entnehmen. Andererseits können die Lichtstrahlen, die an der Schrägfläche 310a reflektiert werden, durch die Vertikalfläche 310a entnommen werden. Auf diese Weise kann man anhand des Multiplikatoreffektes zwischen der Vertikalfläche 310a und der Schrägfläche 310b die Lichtentnahmeeffizienz steigern.
  • In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel α zwischen der Schrägfläche 310b und der Oberfläche der 2. n-Halbleiterschicht 350, die die Lichtentnahmefläche darstellt, vorteilhaft zwischen 55 Grad und 80 Grad. Durch Wählen des Winkels in diesem Bereich lässt sich das am Boden 310c der 2. Platine 310 reflektierte Licht effizient nach außen leiten.
  • Die Dicke der 2. Platine 310 im Bereich der Vertikalfläche 310a beträgt vorteilhaft 30–100 μm. Durch Wählen der Dicke der Vertikalfläche 310a in diesem Bereich ist es möglich, das am Boden 310c der 2. Platine 310 reflektierte Licht effizient zur Leuchtfläche zurückstrahlen zu lassen, und durch die Oberfläche der 2. n-Halbleiterschicht 350 (den Teil, wo die 3.
  • Bonding-Pad-Eletrode 400 nicht gebildet ist), die die Lichtentnahmefläche darstellt, nach außen zu leiten. Dadurch lässt sich die Leuchteffizienz des Halbleiterleuchtelementes II 64b steigern.
  • Es ist vorteilhaft, die Schrägfläche 310b der 2. Platine 310 als rauhe Fläche auszuführen. Ist die Schrägfläche 310b als rauhe Fläche ausgeführt, so lässt sich die volle Reflexion an der Schrägfläche 310b unterdrücken, so dass die Effizienz der Lichtentnahme von dieser Schrägfläche 31Ob gesteigert werden kann.
  • (Verzerrungsausgleichsschicht)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen der 2. Platine 310 und der 2. p-Halbleiterschicht 330 eine Verzerrungsausgleichsschicht 320 vorgesehen. Da die Verzerrungsausgleichsschicht 320 gegenüber der Leuchtwellenlänge von der 2. Leuchtschicht 340 transparent ist, absorbiert die Schicht das erzeugte Licht nicht, so dass das Halbleiterleuchtelement II 64b eine hohe Leistung und eine hohe Effizienz aufweisen kann.
  • Diese Verzerrungsausgleichsschicht 320 besitzt eine höhere Gitterkonstante als diejenige der GaAs-Platine (nicht gezeigt), die bei der Herstellung der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 verwendet wird. Daher lassen sich Verwerfungen der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 unterdrücken. Dadurch werden Schwankungen der Verzerrungsmenge der in der 2. Leuchtschicht 340 angeordneten Verzerrungsleuchtschicht innerhalb der 2. Leuchtschicht 340 reduziert, so dass das Halbleiterleuchtelement II 64b eine ausgezeichnete Einfarbigkeit realisieren kann.
  • Die Verzerrungsausgleichsschicht 320 besteht z. B. aus einer Mg-dotierten GaP-Schicht vom p-Typ mit Trägerkonzentration von 3 × 1018/cm3 mit einer Dicke von 9 μm.
  • (Die 2. p-Halbleiterschicht)
  • Die 2. p-Halbleiterschicht 330, die als untere Plattierschicht wirkt, ist zwischen der Verzerrungsausgleichsschicht 320 und der 2. Leuchtschicht 340 angeordnet. Die 2. p-Halbleiterschicht 330 besteht z. B. aus einer Mg-dotierten (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht mit Trägerkonzentration von ca. 8 × 1017/cm3 mit einer Dicke von ca. 0,5 μm.
  • Man kann auch zwischen der Verzerrungsausgleichsschicht 320 und der 2. p-Halbleiterschicht 330 eine z. B. aus (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P bestehende Zwischenschicht mit Trägerkonzentration von ca. 8 × 1017/cm3 mit Einer Dicke von ca. 0,5 μm aufbringen.
  • (Die 2. Leuchtschicht)
  • Zwischen der 2. p-Halbleiterschicht 330 und der 2. n-Halbleiterschicht 350 ist die lichtausstrahlende 2. Leuchtschicht 340 angeordnet. Die Spitzenleuchtwellenlänge des Lichtspektrums der 2. Leuchtschicht 340 liegt vorteilhaft im Bereich zwischen 655 und 675 nm, vorteilhafter zwischen 660 und 670 nm. Die Leuchtwellenlängen in den oben angegebenen Bereichen gehören zu den Leuchtwellenlängen, die für das Pflanzenwachstum (Photosynthese) geeignet sind, und haben eine hohe Reaktionseffizienz für die Photosynthese.
  • Länge Wellenlängen ab 700 nm veursachen Reaktionen, die das Pflanzenwachstum unterdrücken. Deshalb ist für ein effizientes Pflanzenwachstum eine Rotlichtquelle am vorteilhaftesten, deren Lichtanteile in dem für photosynthetische Reaktionen optimalen Wellenlängenbereich zwischen 655 und 675 nm eine hohe Lichtstärke aufweisen, und die keinen Lichtanteil von mit Wellenlängen ab 700 nm enthält. Aus diesem Grund sollte die Halbwertsbreite schmal sein, um eine vorteilhafte Rotlichtquelle zu erhalten. Aus diesen Gründen beträgt die Halbwertsbreite des Lichtspektrums vorteilhaft zwischen 10 und 40 nm, und die Lichtstärke bei einer Leuchtwellenlänge von 700 nm beträgt vorteilhaft weniger als 10% der Lichtstärke bei der Spitzenleuchtwellenlänge.
  • Die 2. Leuchtschicht 340 ist so aufgebaut, dass die Verzerrungsleuchtschicht und die Sperrschicht abwechselnd übereinander geschichtet sind. Die Verzerrungsleuchtschicht ist z. B. eine undotierete Schicht aus Ga0.44In0.56P mit einer Dicke von ca. 17 nm, und die Sperrschicht ist z. B. eine undotierte Schicht aus (Al0,53Ga0,47)0,5IN0,5P; die Verzerrungsleuchtschicht und die Sperrschicht sind abwechselnd z. B. 22 mal paarweise übereinander geschichtet.
  • (Die 2. n-Halbleiterschicht)
  • Die 2. n-Halbleiterschicht 350, die als obere Plattierschicht wirkt, ist auf der Oberseite der 2. n-Leuchtschicht 340 angeordnet.
  • Die 2. n-Halbleiterschicht 350 besteht z. B. aus einer Si-dotierten (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Schicht mit Trägerkonzentration von ca. 1 × 1018/cm3 mit einer Dicke von ca. 0,5 μm.
  • Man kann auch oberhalb der 2. n-Halbleiterschicht 350 eine z. B. Si-dotierte, aus (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P bestehende n-Kontaktschicht mit einer Trägerkonzentration von ca. 2 × 1018/cm3 mit einer Dicke von ca. 3,5 μm aufbringen.
  • (Die 3. Bonding-Pad-Elektrode und die 4. Bonding-Pad-Elektrode)
  • Die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400, die eine n-Pad-Elektrode ist, ist auf der Oberseite 350c der 2. n-Halbleiterschicht 350 angeordnet, und kann z. B. aus AuGe, Ni-Legierung/Au-Legierungen bestehen.
  • Die 4.-Bonding-Pad-Elektrode 410, die eine p-Pad-Elektrode ist, ist auf der Oberseite 320c der freigelegten Verzerrungsausgleichsschicht 320 angeordnet und kann z. B. aus AuBe/Au-Legierungen bestehen.
  • Das oben beschriebene Halbleiterleuchtelement II 64b lässt sich folgendermaßen herstellen:
    Zuerst werden einzelne Schichten der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 auf eine Si-dotierte n-GaAs-Monokristall-Platine übereinander geschichtet. Die GaAs-Platine hat z. B. eine von der Ebene (100) in Richtung (0-1-1) um 15 Grad geneigte Ebene als Wachstumsebene und hat eine Trägerkonzentration von 2 × 1018/cm3.
  • Auf dieser GaAs-Platine werden die einzelnen Schichten der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 in der folgenden Reihenfolge übereinander geschichtet: die 2. n-Halbleiterschicht 350, die 2. Leuchtschicht 340, die 2. p-Halbleiterschicht 330, die Verzerrungsausgleichsschicht 320.
  • Ferner kann man zwischen der GaAs-Platine und der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 eine z. B. Si-dotierte, aus GaAs bestehende n-Pufferschicht mit einer Trägerkonzentration von ca. 2 × 1018/cm3 mit einer Dicke von ca. 0,5 μm aufbringen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verfahren „Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD)” mit reduziertem Druck verwendet. Das Wachstum der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 erfolgt epitaktisch auf einer GaAs-Platine mit einem Durchmesser von 76 mm und einer Dicke von 350 μm. Für das epitaktische Wachstum kann man als Material aus den Elementen der III. Gruppe, Trimethylaluminium ((CH3)3Al), Trimethylgallium ((CH3)3Ga) und Trimethylindium ((CH3)3In) verwenden; als Material zur Mg-Dotierung lässt sich Biscyclopentadienylmagnesium (bis-(C5H5)2Mg) verwenden; als Material zur Si-Dotierung kann man Dicylan (Si2H6) verwenden; und als Material aus den Elementen der V.Gruppe kann man Phosphin (PH3) und Arsine (AsH3) verwenden. Wachstumstemperatur für einzelne Schichten: Wachstum der Verzerrungsausgleichsschicht 320 aus p-GaP erfolgt mit 750°C, und Wachstum von anderen Schichten mit 700°C.
  • Dann wird die Verzerrungsausgleichsschicht 320 etwa 1 μm tief poliert, um eine Spiegelfläche herzustellen. Gleichzeitig wird die 2. Platine 310 aus n-GaP vorbereitet, die auf die oben beschriebene spiegelpolierte Oberfläche der Verzerrungsausgleichsschicht 320 aufzukleben ist. Die 2. Platine 310 hat z. B. 76 mm Durchmesser, und eine Dicke von 250 μm. Die 2. Platine 310 ist eine monokristalline Platine, die so Si-dotiert wurde, dass die Trägerkonzentration ca. 2 × 1017/cm3 wird. Die Oberfläche der 2. Platine 310 wird vor dem Verbinden mit der Verzerrungsausgleichsschicht 320 spiegelpoliert.
  • Anschließend werden die 2. Platine 310 und die GaAs-Platine, auf der die 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 gebildet wurde, in die normale Halbleitermaterial-Klebeeinrichtung gelegt, und den Innenraum derselben z. B. auf 3 × 10–5 Pa evakuiert.
  • Danach wurden die Oberfläche der 2. Platine 310 und die Oberfläche der Verzerrungsausgleichsschicht 320 der 2. Mehrschichtalbleiterschicht 300 mit durch Stoßen mit Elektronen neutralisiertn Ar-Strahlen 3 Minuten lang bestrahlt, um an den beiden Oberflächen adsorbierte Gase u. a. zu entfernen. Danach werden in der im Vakuum gehaltenen Halbleitermaterial-Klebeeinrichtung die Oberfläche der 2. Platine 310 und die Oberfläche der Verzerrungsausgleichsschicht 320 der 2. Mehrschichthalbleiterschicht 300 aneinander gelegt und durch Belastung mit einer Druck von beispielsweise 50 g/cm2 in Raumtemperatur miteinander verbunden.
  • Sodann werden die GaAs-Platine und die GaAs-Pufferschicht mittels eines ammoniakalischen Ätzmittels selektiv entfernt. Anschließend wurde auf der Oberfläche der Kontaktschicht die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 dadurch gebildet, dass Au und Ni-Legierung 0,5 μm dick, Pt 0,2 μm dick, und Au 1 μm dick im Vakuumbedampfungsverfahren aufgebracht wurden. Danach erfolgte Strukturierung im bekannten Photolithographie-Verfahren, und so entstand die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400, die als n-Pad-Elektrode wirkt.
  • Anschließend wurden die 2. n-Halbleiterschicht 350, die 2. Leuchtschicht 340 und die 2. p-Halbleiterschicht 330 im Bereich, wo die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 gebildet wird, selektiv entfernt, und die Verzerrungsausgleichsschicht 320 wurde freigelegt. Auf die Oberfläche 320c dieser freigelegten Verzerrungsausgleichsschicht 320 werden AuBe 0,2 μm dick, und Au 1 μm dick im Vakuumbedampfungsverfahren aufgebracht, um die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410, die als p-Pad-Elektrode wirkt, zu bilden. Danach erfolgt eine Wärmebehandlung 10 Minuten lang mit 450°C, um die wie oben aufgebrachten Schichten zu legieren, und somit entstehen die als n-Pad-Elektrode wirkende 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 und die als p-Pad wirkende 4. Bonding-Pad-Elektrode 410.
  • Das Halbleiterleuchtelement II 64b, das auf oben beschriebene Weise hergestellt wurde, wird, wie in 5(a) gezeigt, in das Leuchtelementpaket 21 integriert. Nämlich: der Boden 310c des Halbleiterleuchtelementes II 64b ist auf dem Anodenleiterteil 62b des Leadframe, die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 ist, z. B. mittels eines goldenen Bondingdrahtes 65, mit dem Kathodenleiterteil 63b verbunden, und die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 ist mit dem goldenen Bondingdraht 65 an das Anodenleiterteil 62a angeschlossen. Folglich weisen die 2. Platine 310 aus n-GaP und die 3. Bonding-Pad-Elektrode 400 dasselbe Potential auf.
  • Die Vertiefung 61a des Leuchtelementenpaketes 21 kann nach dem Drahtbonding mit einem normalen Epoxidharz abgedichtet werden.
  • Das Rotlicht emittierende Halbleiterleuchtelement II 64b besteht aus einem Verbindungshalbleiter aus 4 Elementen: AlGaInP. In der vorliegenden Patentschrift sind bei der Angabe wie AlGaInP oder AlInP eventuell das Zusammensetzungsverhältnis weggelassen. Andererseits sind als Halbleiterleuchtelemente, die Licht mit einer Leuchtungswellenlänge von 660 nm emittieren, solche aus einem Verbindungshalbleiter aus 3 Elementen, AlGaAs, bekannt.
  • Das Halbleiterleuchtelement II 64b aus AlGaInP gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass es eine hohe Standhaftigkeit gegen Korrosion durch Feuchtigkeit aufweist, da es weniger Al enthält als solche, die aus AlGaAs bestehen.
  • Das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b, die oben beschrieben wurden, sind lediglich Beispiele, und es ist einleuchtend, dass auch Halbleiterleuchtelemente mit anderen Strukturen, und Halbleiterleuchtelemente mit anderen Spitzenleuchtwellenlängen verwendet werden können.
  • Wie oben erläutert, werden in der vorliegenden Ausführungsform Leuchtelementpakete 21 verwendet, die jeweils mit einem Blaulicht emittierenden Halbleiterleuchtelement I 64a und einem Rotlicht emittierenden Halbleiterleuchtelement II 64b bestückt sind und somit Lichtstrahlen emittieren, die für das Wachstum von Pflanzen erforderlich sind. Daher kann man die Beleuchtungseinrichtung 10 auf eine einfache Weise herstellen.
  • Um das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b einzeln ein- und ausschalten zu können, sind für die beiden jeweils eigene Anodenleiterteile 62a, 62b und Kathodenleiterteile 63a, 63b des Leadframe vorgesehen. Dadurch, dass separate Beleuchtungssteuerleitungen 31 für das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b vorgesehen werden, wird es daher möglich, je nach Pflanzenarten die Photonendichte (Lichtquantendichte) für das Rotlicht und Blaulicht unabhängig voneinander zu regeln.
  • Bei der auf diese Weise hergestellten Beleuchtungseinrichtung 10 betrug die Lichtquantendichte 20 cm direkt unterhalb der Lichtquelle: 300 μmol/m2 pro Stück des Blaulicht emittierenden Halbleiterleuchtelementes I 64a bei Anlegen eines Stroms von 20 mA, und 200 mol/m2 pro Stück des Rotlicht emittierenden Halbleiterleuchtelement II 64b bei Anlegen eines Stroms von 20 mA.
  • Ferner wurden die Halbleiterleuchtelemente in nichtleuchtendem Zustand einer Temperaturwechselprüfung unterzogen, deren Ablauf sich folgendermaßen gestaltete: (I) 15 Minuten bei 5°C belassen, (II) innerhalb von 15 Minunten schrittweise bis auf 60°C erhöhen, (III) 15 Minuten bei 60°C belassen, (IV) innerhalb von 15 Minuten schrittweise bis auf 5°C senken, und wieder zu (I) zurückkehren. Nach 1000-maliger Wiederholung dieses Temperaturwechsels war auf der Innenseite der durchsichtigen Abdeckung 12 (aus Glas) der Beleuchtungseinrichtung 10 weder Trübung noch Betauung festzustellen. Auch nach einem 1000-stündigen Dauerlauf bei 30°C, 95% rel. Luftfeuchtigkeit, bei dem an das Blaulicht emittierende Halbleiterleuchtelement I 64a ein Stroms von 10 mA, und an das Rotlicht emittierende Halbleiterleuchtelement II 64b ein Strom von 30 mA angelegt wurde, waren im Inneren der Beleuchtungseinrichtung 10 keine Verrostung oder nichtleuchtende Halbleuchtelemente festzustellen, und die Lichtquantendichte konnte auf dem Anfangswert von 98% gehalten werden.
  • (Die 2. Ausführungsform)
  • In der 1. Ausführungsform wird das Leuchtelementpaket 21 das ein Blaulicht emittierendes Halbleiterleuchtelement I 64a und ein Rotlicht emittierendes Halbleiterleuchtelement II 64b enthält, auf die Leiterplatte 22 gelegt, und diese Leiterplatte 22 wird wiederum auf die Wärmeabgabeplatte 24 gelegt. In dieser Ausführung wird die Wärme, die im Halbleiterleuchtelement I 64a und im Halbleiterleuchtelement II 64b entsteht, über die metallenen Leiterteile des Leuchtelementenpaketes 21 und die Durchgangslöcher in der Leiterplatte 22 von der Rückseite der Leiterplatte 22 auf die Wärmeabgabeplatte 24 geleitet. Das metallene Leiterteil des Leuchtelementenpaketes 21 ist nur 0,15 mm dick, und der Wärmewiderstand des Leuchtelementenpaketes 21 beträgt 100°C/W und ist somit nicht so niedrig.
  • In der vorliegenden Ausführung wird zu einer weiteren Erhöhung der Abkühleffizienz das Chip-On-Board(COB)-Verfahren angewandt, bei dem das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b direkt auf das Metallbasisteil der metallbasierten Leiterplatte 32 geklebt werden.
  • 10 ist eine Schnittzeichnung, die beispielhaft die Beleuchtungseinrichtung 20 gemäß der 2. Ausführungsform zeigt. Die Beleuchtungseinrichtung 20 umfasst, genauso wie in der 1. Ausführungsform, die das Gehäuse bildende Außenabdeckung 11, die durchsichtige Abdeckung 12, die 1. Seitenabdeckung 13 und die 2. Seitenabdeckung 14. Ferner werden auch in dieser Ausführungsform das Blaulicht emittierende Halbleiterleuchtelement I 64a und das Rotlicht emittierende Halbleiterleuchtelement II 64b verwendet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist auf einer Seite der Wärmeabgabeplatte 24, wie in der 1. Ausführungsform, eine Kühlmittelleitung 25 vorgesehen. Und auf die andere Seite der Wärmeabgabeplatte 24 ist über die isolierende Wärmeabgabefolie 23 die COB-Leiterplatte 32 verschraubt. In 10 ist ein Reflektor 26 vorgesehen, aber ein Reflektor 26 ist nicht unbedingt erforderlich.
  • 11 zeigt Grundrisse, die beispielhaft das Verbindungsverhältnis zwischen den auf der Chip-On-Board(COB)-Leiterplatte angeordneten Anschlussleitungen 520 und den Halbleiterleuchtelementen veranschaulichen (dem Halbleiterleuchtelement I 64a und dem Halbleiterleuchtelement II 64b). 11(a) ist eine Grundrisszeichnung, die ein Beispiel der Schaltungsmusterbildung verschaulicht, welche auf der über die isolierende Wärmeabgabefolie 23 auf die Wärmeabgabeplatte 24 verschraubten COB-Leiterplatte 32 gebildet ist. 11(b) ist eine vergrößerte Darstellung des mit gestrichelten Linien umrahmten Bereichs, und zeigt das Verbindungsverhältnis zwischen dem Halbleiterleuchtelement I 64a und dem Halbleiterleuchtelement II 64b auf der Leiterplatte 32 einerseits und den Anschlussleitungen 520 andererseits.
  • In der Beschreibung der 2. Ausführungsform werden für die mit der 1. Ausführungsform gemeinsamen Konstruktionen dieselben Bezugszeichen verwendet, und diese werden nicht weiter erklärt.
  • Zuerst wird die Leiterplate 32, auf der die Anschlussleitungen 520 gebildet wurden, erklärt.
  • Die Leiterplatte 32 ist eine Platine, die dazu dient, die durch das Leuchten des Halbleiterleuchtelement I 64a und des Halbleiterleuchtelement II 64b entstandene Wärme vom Anbauraum 60 nach außen abzuführen. Daher besteht die Leiterplatte 32 aus einem Material, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Als Leiterplatte 32 kann man Al und Cu verwenden, die gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Auf der Oberfläche der Leiterplatte 32 ist die Isolationsschicht 510 vorgesehen, auf deren beiden Seiten die Anschlussleitungen 520 gebildet sind. Und damit das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b direkt auf die Leiterplatte 32 angebracht werden kann, ist die Isolationsschicht 510 so entfernt, dass die Oberfläche der Leiterplatte 32 freigelegt wird; und eine Vielzahl von Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteilen 530 sind hier vorgesehen. In 11(a) sind beispielhaft eine Vielzahl von Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteilen 530 in Längsrichtung der Leiteplatte in 2 Reihen, 15 Stück pro Reihe, angeordnet. Jeder der Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteile 530 ist beispielsweise je ein Paar des Halbleiterleuchtelementes I 64a und des Halbleiterleuchtelementes II 64b zugeordnet. Das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b werden über die Anschlussleitungen 520 mit Strom versorgt. Die Anschlussleitungen 520 bestehen konkret, wie in 11(a) gezeigt, aus in mehrere Teile geteilten Leitungen.
  • Im Folgenden wird anhand der 11(b) ein Beispiel des Anschlussverhältnisses zwischen dem Halbleiterleuchtelement I 64a und dem Halbleiterleuchtelement II 64b erläutert.
  • Das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b bilden ein Paar, und dieses Paar ist auf dem Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 angeordnet. Das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b sind auf der Leiterplatte 32 in Querrichtung in Reihe und zwar so, dass das Halbleiterleuchtelement I 64a auf der äußeren Seite der Leiterplatte 32, und das Halbleiterleuchtelement II 64b auf der inneren Seite der Leiterplatte 32 angeordnet ist, angeordnet.
  • Die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 eines Halbleiterleuchtelementes I 64a ist mit der 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 eines anderen, diesem benachbart angeordneten Halbleiterleuchtelementes I 64a über die Anschlussleitungen 520 der Isolationsschicht 510 verbunden. Die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 bzw. die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 und die Anschlussleitungen 520 sind über die Bondingdrähte 65 verbunden.
  • An den Stellen, an denen es notwendig ist, zwei Anschlussleitungen 520 über eine andere Anschlussleitung 520 hinweg miteinander zu verbinden, ist eine Verbindungsleitung aus niederohmigem Chip-Widerstand 66 eingesetzt.
  • Auf diese Weise sind eine Vielzahl von Halbleiterleuchtelementen I 64a mittels der Anschlussleitungen 520 reihengeschaltet. Auf dieselbe Weise sind auch eine Vielzahl von Halbleiterleuchtelementen II 64b mittels der Anschlussleitungen 520 in Reihe geschaltet. Allerdings sind die Halbleiterleuchtelemente I 64a und die Halbleiterleuchtelemente II 64b nicht miteinander verbunden. Dies deshalb, weil die Halbleiterleuchtelemente I 64a und die Halbleiterleuchtelemente II 64b unabhängig voneinander in Bezug auf das Leuchten gesteuert werden sollen.
  • D. h., zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520a und 520b sind nur die auf der Innenseite der Leiterplatte 32 angeordneten 10 Halbleiterleuchtelemente II 64b in Reihe geschaltet. Andererseits sind zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520c und 520d nur die auf der äußeren Seite der Leitungsplatte 32 angeordneten 10 Halbleiterleuchtelemente II 64b in Reihe geschaltet. Wird nun vom Beleuchtungssteuerteil 30 eine Spannung, die dem Produkt der Vorwärtsspannung der in Reihe geschalteten Halbleiterleuchtelemente II 64b und deren Anzahl entspricht, an die Leitungen zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520a und 520b angelegt, so dass durch diese Halbleiterleuchtelemente II 64b ein Vorwärtsstrom fließt, so kann man die in Reihe geschalteten Halbleiterleuchtelemente II 64b gleichzeitig leuchten lassen. Gleiches gilt auch für die Anschlussleitungen zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520c und 520d.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 11(a) gezeigt, die auf der Leiterplatte 32 rechts, in der Mitte und links je 10 Stk. angeordnete, jeweils in Reihe geschalteten Halbleiterleuchtelemente I 64a bzw.
  • Halbleiterleuchtelemente II 64b zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520a und 520b bzw. zwischen den Anschlussleitungsklemmen 520c bzw. 520d parallel geschaltet. Dadurch, dass die in Reihe geschalteten Halbleiterleuchtelemente I 64a und Halbleiterleuchtelemente II 64b parallel geschaltet werden, kann man die Spannung, die an die Halbleiterleuchtelemente 164a bzw Halbleiterleuchtelemente II 64b anzulegen ist, niedriger halten als im Falle, dass alle Halbleiterleuchtelemente I 64a bzw. Halbleiterleuchtelemente II 64b in Reihe geschaltet werden.
  • 12 zeigt Skizzen, die die Chip-on-Board-Leiterplatte 32, auf der das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b direkt angebracht sind, näher verschaulichen. 12(a) ist eine Grundrisszeichnung, die einen Teil eines Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteils 530 vergrößert darstellt. 12(b) ist der Schnitt durch die Linie XIIB-XIIB der 12(a).
  • Auf den beiden Seiten der Leiterplatte 32 ist je eine Isolationsschicht 510 aufgebracht, auf der die Anschlussleitungen 520 gebildet sind. Die Isolationsschicht 510 ist am Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530, auf dem das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b angebracht werden, entfernt, um die Leiterplatte 32 freizulegen.
  • Auf der freigelegten Leiterplatte 32 am Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 sind das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b angeordnet. Die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 und die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 des Halbleiterleuchtelementes I 64a sind an die auf der Isolationsschicht 510 gebildeten Anschlussleitungen 520 über den Bondingdraht 65 angeschlossen. Auf gleiche Weise sind die 3.
  • Bonding-Pad-Elektrode 400 und die 4. Bonding-Pad-Elektrode 410 des Halbleiterleuchtelementes II 64b jeweils an die Anschlussleitungen 520 über den Bondingdraht 65 angeschlossen.
  • Wie in 12(b) gezeigt, ist die Isolationsschicht 510 (einschließlich der auf der Isolationsschicht gebildeten Anschlussleitungen 520) über die Klebeschicht 540 auf die Leiterplatte 32 geschichtet. Und der Teil der Isolationsschicht 510, die zum Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 bestimmt ist, ist so entfernt, dass die Seitenfläche z. B. eine Kegelform bildet, so dass die Leiterplatte 32 freigelegt wird.
  • Material für die Isolationsschicht 510 ist nicht eingeschränkt, und man kann bekannte Harz- und Keramikwerkstoffe beliebig verwenden. Besonders vorteilhaft ist Epoxid-Glas, ein mit Epoxidharz imprägniertes Glasgewebe. Das Material für die Anschlussleitungen 520 ist auch nicht eingeschränkt, und man kann bekannte Werkstoffe wie Cu, Al o. ä. beliebig verwenden. Auch für die Klebeschicht 540 kann man uneingeschränkt beliebige Materialien verwenden, soweit sie sich sowohl mit der Leiterplatte 32 als auch mit der Isolationsschicht 510 verbinden können. Die Klebeschicht lässt sich auch mit einem Heißschmelzkleber auf Epoxidharzbasis o. ä. durch Warmpressen mit der Leiterplatte 32 verbinden. Die Klebeschicht kann auch mit einem klebrigen Klebstoff auf die Leiterplatte 32 aufgeklebt werden. Hier wurde davon ausgegangen, dass die Anschlussleitungen 520 auf den beiden Seiten der Isolationsschicht 510 gebildet sind, aber die Anschlussleitungen 520 können auch nur auf einer Seite gebildet sein.
  • Das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b sind z. B. mittels eines Harzes an der Leiterplatte 32 befestigt. Es ist vorteilhafter, auf der Rückseite des Halbleiterleuchtelement I 64a über eine Metallschicht aus Al, Ni o. ä. eine AuSn-Schicht zu bilden und im Heißschmelz-Verfahren an die Oberfläche der Leiterplatte 32 zu befestigen. Für das Halbleiterleuchtelement II 64b gilt dasselbe.
  • Die einzelnen n-Pad-Elektroden und p-Pad-Elektroden sind über Bondingdrähte 65 aus Gold o. ä. an die Anschlussleitungen 520 angeschlossen.
  • Am Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 ist das Abdichtharz 550 vorgesehen, welches das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b sowie die Bondingdrähte 65 umhüllt. Das Abdichtharz muss nur, wie bereits erwähnt, aus durchsichtigem Harz bestehen, welches das vom Halbleiterleuchtelement I 64a und vom Halbleiterleuchtelement II 64b erzeugte Licht durchlässt. Als durchsichtiges Harz geeignet sind z. B. solche Harze, die ein aushärtendes Harz, das die Vertiefung füllt und verdeckt, Härtungsmittel zum Aushärten dieses Harzes, und allfällige zusätztliche Mittel wie Antioxidiationsmittel, Verfärbungsschutzmittel, Lichtschutzmittel, anorganische Füllstoffe, Brandschutzmittel und organische Lösungsmittel enthalten. Als konkrete aushärtende Harze sind z. B. Silikonharze, Epoxidharze, Epoxid-Silikon-Mischharze, Acrylharze und Polyimidharze zu nennen. Unter anderem sind aus Sicht der Wärmebeständigkeit Silikonharze und Epoxidharze vorteilhaft, und Silikonharze sind besonders vorteilhaft.
  • Der oben beschriebene Aufbau lässt sich z. B. folgendermaßen herstellen:
    Die beiden Seiten einer die plattenförmige Isolationsschicht 510 bildenden, 0,1 mm dicken Epoxidglasplatte wird jeweils ganzflächig mit einer 18 μm dicken Kupferfolie bedeckt, und durch Ätzen dieser Kupferfolie werden die Anschlussleitungen 520 gebildet. Da die Oberfläche der das Schaltungsmuster bildenden Kupferfolie galvanisch mit einer mindestens 2 um dicken Silberschicht überzogen wird, wird das Schaltungsmuster auf der Oberfläche über Durchgangslöcher mit dem Schaltungsmuster auf der Rückseite elektrisch verbunden, und nach der Silberplattierung werden die Ränder des Schaltungsmusters abgeschnitten, indem die Enden der Leitungsplatte 32 abgeschnitten werden. Anschließend wird auf der Rückseite mit einem Heißschmelzkleber die Klebeschicht 540 mit einer Dicke von 50 μm gebildet.
  • Anschließend wird im Bereich der Isolationsschicht 510, in dem das Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 vorgesehen ist, die Isolationsschicht 510 durch Stanzen o. ä. entfernt.
  • Danach werden eine 0,7 mm-dicke hochreflexive Aluminiumplatte und die plattenförmige Isolationsschicht 510 an einer vorbestimmten Stelle aufeinandergelegt, und durch Wärmepressen miteinander verbunden. Dadurch werden die hochreflexive Aluminiumplatte und die plattenförmige Isolationsschicht 510 fest miteinander verbunden, und somit entsteht die COB-Leiterplatte 32.
  • Anschließend werden an der Stelle auf der Leiterplatte 32, wo die Metallbasis freigelegt ist, das Halbleiterleuchtelement I 64a und das Halbleiterleuchtelement II 64b aufgeklebt. Die 1. Bonding-Pad-Elektrode 210 und die 2. Bonding-Pad-Elektrode 240 werden über die Bondingdrähte 65 an die Anschlussleitungen 520 angeschlossen.
  • Somit wird die Struktur, in dem die Leiterplatte 32 direkt mit dem Halbleiterleuchtelement I 64a und dem Halbleiterleuchtelement II 64b bestückt ist, nämlich: COB, fertiggestellt.
  • Bei der auf diese Weise hergesgtellten Beleuchtungseinrichtung 20 betrug die Dichte der Lichtquanten (Lichtquantendichte) 20 cm direkt unterhalb der Lichtquelle: 250 μmol/m2 pro Stück des Blaulicht emittierenden Halbleiterleuchtelementes I 64a bei Anlegen eines Stroms von 20 mA, und 150 μmol/m2 pro Stück des Rotlicht emittierenden Halbleiterleuchtelement II 64b bei Anlegen eines Stroms von 20 mA.
  • Ferner wurden die Halbleiterleuchtelemente in nichtleuchtendem Zustand einer Temperaturwechselprüfung unterzogen, deren Ablauf sich folgendermaßen gestaltete: (I) 15 Minuten bei 5°C belassen, (II) innerhalb von 15 Minunten schrittweise bis auf 60°C erhöhen, (III) 15 Minuten bei dieser Temperatur belassen, (IV) innerhalb von 15 Minuten schrittweise bis auf 5°C senken, und wieder zu (I) zurückkehren. Nach 1000-maliger Wiederholung dieses Temperaturwechsels war auf der Innenseite der durchsichtigen Abdeckung 12 (aus Glas) der Beleuchtungseinrichtung 20 weder Trübung noch Betauung festzustellen. Auch nach einem 1000-stündigen Dauerlauf bei 30°C, 95% rel. Luftfeuchtigkeit, bei dem an das Blaulicht emittierende Halbleiterleuchtelement I 64a ein Strom von 10 mA und an das Rotlicht emittierende Halbleiterleuchtelement II 64b ein Strom von 30 mA angelegt wurde, waren im Inneren der Beleuchtungseinrichtung 20 keine Verrostung oder nichtleuchte Leuchtelemente festzustellen, und die Lichtquantendichte konnte auf dem Anfangswert von 98% gehalten werden.
  • Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform, um das Licht effizienter zu entnehmen, die das Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530 umgebende Seitenfläche der Isolationsschicht 510 mit einer Reflexionsfläche versehen sein. Die Reflexionsfläche kann mit Metallschicht aus hochreflexiven Metallen wie Al gebildet sein, oder aber man kann einen Ring aus Al o. ä., der zu der Form des Halbleiterleuchtelement-Befestigungseils 530 passt, einlegen. Auch in der vorliegenden Ausführungsform kann man, wie in der 1. Ausführungsform, einen Reflektor 26 vorsehen, der zum Einstellen der Richtung des vom Halbleiterleuchtelement I 64a und vom Halbleiterleuchtelement II 64b emittierten Lichts dient. Der Reflektor 26 kann so gestaltet sein, dass er z. B., entsprechend dem Halbleiterleuchtelement-Befestigungsteil 530, eine parabolische Reflexionsfläche aufweist. Jedem der Halbleiterleuchtelemente I 64a und der Halbleiterleuchtelemente II 64b, die Paare bilden, kann je ein Reflektor zugeordnet werden, oder aber jedes Paar kann je einen Reflektor 26 erhalten. Falls die Regelung der Leuchtrichtung nur in Querrichtung bzw. Längsrichtung erfolgen soll, kann man einen schlitzförmigen Reflektor 26 vorsehen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird an den Stellen, an denen über eine Anschlussleitung 520 hinweg zwei andere Anschlussleitungen 520 miteinander verbunden sind, jeweils ein niederohmiger Chip-Widerstand 66 verwendet, aber es ist auch möglich, die Anschlussleitungen 520 mehrschichtig zu konstruieren.
  • Bei den Beleuchtungseinrichtungen 10, 20, auf die die vorliegende Ausführungsform angewandt wird, wird die vom Halbleiterleuchtelement I 64a und vom Halbleiterleuchtelement II 64b erzeugte Wärme über die Wärmeabgabeplatte 24 und die Kühlmittelleitung 25, die durch die Wärmeabgabeplatte 24 verläuft, vom Anbauraum 60 nach außen abgeführt.
  • Daher treten bei diesen Einrichtungen weder ein Reduzierung der Leuchteffizienz noch eine Verschlechterung auf, und sie versorgen Halbleiterleuchtelemente I 64a und Halbleiterleuchtelemente II 64b mit großen Strommengen, damit sie mit hoher Lichtleistung arbeiten können. Da die Innenräume der Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 dicht verschlossen sind, so dass ein Einfließen der Außenluft verhindert wird, kann Korrosion des Halbleiterleuchtelementes I 64a und des Halbleiterleuchtelementes II 64b infolge Feuchtigkeit verhindert werden. Falls dazu noch die Innenräume der Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 mit trockener Luft oder trockenem Stickstoff gefüllt sind, kann Korrosion des Halbleiterleuchtelementes I 64a und des Halbleiterleuchtelementes II 64b infolge Feuchtigkeit noch besser verhindert werden. Daher können sogar Halbleiterleuchtelemente aus leicht durch Feuchtigkeit korrodierbarem Material GaAlAs für die Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 verwendet werden.
  • Die Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 sind mit Trockenluft oder Trockenstickstoff gefüllt, und im Inneren der Einrichtungen, wo das Einfließen der Luft verhindert ist, ist eine Kühlmittelleitung 25 installiert, so dass keine Betauung vorkommt, auch wenn man das Kühlmittel im warmen, feuchten Anbauraum 60 zirkulieren lässt, und eine Korrosion der Wärmeabgabeplatte 24 und der Kühlmittelleitung 25 durch Tauwasser lässt sich verhindern.
  • Da in der vorliegenden Ausführungsform das Koppeln mittels des 1. Rohrverbindungsstücks 16 und des 2. Rohrverbindungsstücks 17 auf eine einfache Weise erfolgen kann, lassen sich die Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 einfach koppeln bzw. trennen, und auch ein Aufbau und eine Änderung des Pflanzenanbausystems können einfach ausgeführt werden. Da die Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 zudem durch Rohrstücke (das 1.
  • Rohrverbindungsstück 16 und das 2. Rohrverbindungsstück 17), die den Fließweg des Kühlmittels darstellen, verbunden werden, ist es nicht erforderlich, extra ein Bauelement für das Koppeln vorzusehen. Ferner können mehrere Beleuchtungseinrichtungen 10, 20 mit geringem Abstand voneinander angeordnet werden, so dass die Fläche des Anbauraums 60 effektiv ausgenutzt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pflanzenanbausystem
    10, 20
    Beleuchtungseinrichtung
    11
    Außenabdeckung
    12
    durchsichtige Abdeckung
    13
    1. Seitenabdeckung
    14
    2. Seitenabdeckung
    15
    Rohrflansch
    16
    1. Rohrverbindungsstück,
    17
    2. Rohrverbindungsstück
    21
    Leuchtelementpaket
    22, 32
    Leiterplatte
    23
    isolierende Wärmeabgabefolie
    24
    Wärmeabgabeplatte
    25
    Kühlmittelleitung
    26
    Reflektor
    30
    Beleuchtungssteuerteil
    31
    Beleuchtungssteuerleitung
    40
    Kühlmittelversorgungsteil
    41
    Kühlmittelrohrleitungssystem
    50
    Anbaugefäß
    60
    Anbauraum
    61
    Harzgefäß
    62a, 62b
    Anodenleiterteil
    63a, 63b
    Kathodenleiterteil
    64a
    Halbleiterleuchtelement I
    64b
    Halbleiterleuchtelement II
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-123718 [0111]

Claims (12)

  1. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Leuchtelementen, ein Gehäuse, welches ein lichtdurchlässiges Fenster besitzt, das die von den genannten Leuchtelementen emittierten Lichtstrahlen durchlässt, wobei das Gehäuse so angeordnet ist, dass es die Leuchtelemente abdeckt, eine Wärmeabgabeplatte, die im Inneren des genannten Gehäuses angeordnet ist und die von den genannten Leuchtelementen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung abführt, und eine Kühlmittelleitung, die an der Wärmeabgabeplatte angeordnet ist und den Fließweg für das Kühlmittel bildet, aufweist, wobei das Gehäuse die genannte Kühlmittelleitung im Inneren des Gehäuses enthält und das Innere des Gehäuses ein Einströmen von Außenluft verhindert.
  2. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Gehäuses mit trockener Luft oder trockenem Stickstoff gefüllt ist.
  3. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Verbindungsmittel versehen ist, welches die genannte Kühlmittelleitung und eine benachbarte Kühlmittelleitung, die zu einer benachbarten Beleuchtungseinrichtung gehört, miteinander verbindet, wobei das Verbindungsmittel einen Fließweg zwischen dieser benachbarten Kühlmittelleitung und der genannten Kühlmittelleitung bildet.
  4. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gehäuse eine längliche Kastenform aufweist, eine der Längsflächen des Gehäuses ein lichtdurchlässiges Fenster bildet, andere drei Längsflächen einen kontinuierlichen äußeren Abschnitt darstellen, und die übrigen zwei Flächen die Seitenflächen bilden.
  5. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte äußere Abschnitt mittels Extrusion aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt ist.
  6. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Wärmeabgabeplatte einen Bereich aufweist, in den die Kühlmittelleitung eingeführt ist, dass sie aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mittels Extrusion hergestellt wird und dass sie zusammen mit der Kühlmittelleitung integral ausgestaltet ist.
  7. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Leuchtelemente in einem Leuchtmittelpaket angeordnet sind, das Leuchtmittelpaket auf einer Leiterplatte fest angebracht ist und die Leiterplatte an der Wärmeabgabeplatte befestigt ist.
  8. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Leuchtelemente direkt mit einem Metallbasisabschnitt einer Leiterplatte auf Metallbasis verbunden sind, und dass die Leiterplatte an der Wärmeabgabeplatte befestigt ist.
  9. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Leuchtelemente Leuchtelemente mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 400–500 nm und Leuchtelemente mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 655–675 nm enthalten.
  10. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Leuchtelemente mit einer Spitzenleuchtwellenlänge von 655–675 nm Verbindungshalbleiterschichten beinhaltet, welche zumindest einen Leuchtbereich mit einem pn-Übergang und eine auf dem Leuchtbereich gebildete Verzerrungsausgleichsschicht aufweisen, der Leuchtbereich eine Schichtstruktur mit einer Verzerrungsleuchtschicht und einer Barriereschicht, die durch eine Zusammensetzungsformel (AlxGa1-x)yIn1-yP(0 ≤ X ≤ 0,1, 0,37 ≤ Y ≤ 0,46) ausgedrückt sind, aufweist, und die Verzerrungsausgleichschicht gegenüber Leuchtwellenlängen durchlässig ist und eine Gitterkonstante aufweist, die kleiner als diejenige der Verzerrungsleuchtschicht und der Barriereschicht ist.
  11. Beleuchtungseinrichtung zum Pflanzenanbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den genannten Leuchtelementen und dem genannten lichtdurchlässigen Fenster zusätzlich ein Reflektor zum Einstellen der Lichtstrahlenrichtung der Leuchtelemente vorgesehen ist.
  12. Pflanzenanbausystem, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Einrichtungen umfasst: eine Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau, die jeweils aufgebaut sind aus: einer Vielzahl von Leuchtelementen; einem Gehäuse, welches ein lichtdurchlässiges Fenster besitzt, das die von den Leuchtelementen emittierten Lichtstrahlen durchlässt, wobei das Gehäuse so angeordnet ist, dass es die Leuchtelemente abdeckt; einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Wärmeabgabeplatte, welche die von den Leuchtelementen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung abführt; und einer an der Wärmeabgabeplatte angeordneten Kühlmittelleitung, die den Fließweg für das Kühlmittel bildet, und wobei die Mehrzahl der Beleuchtungseinrichtungen beidseitig die angrenzenden Kühlmittelleitungen verbinden, um einen Fließweg für ein Kühlmittel zu bilden; ein Kühlmittelversorgungsteil, um die verbundenen Kühlmittelleitungen der Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau mit einem Kühlmittel zu versorgen; und eine Beleuchtungssteuerungseinrichtung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens der Leuchtelemente der Mehrzahl von Beleuchtungseinrichtungen zum Pflanzenanbau.
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