JP2012000109A - Color converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投入光の波長を変換して発光する色変換器に関する。 The present invention relates to a color converter that emits light by converting the wavelength of input light.
野菜、果物、花木などの植物の育成は屋外で行うのが一般的であるが、植物に適した環境を整えるために、温室やビニールハウスを用いた人工的な育成も行われている。この場合、植物に適した光の波長や量を制御する目的で、太陽光に替えて人工的な光が用いられることもある。人工的な光としては、白熱電球、蛍光ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどの光源が用いられてきた。さらに、エネルギー効率に優れる発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた植物栽培方法が知られている（例えば、特許文献１）。ＬＥＤを用いた照明として、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードとを併せて用いることにより、育成を促進する手法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。 Plants such as vegetables, fruits and flowering trees are generally grown outdoors, but artificial growth using a greenhouse or a greenhouse is also performed in order to prepare an environment suitable for plants. In this case, artificial light may be used in place of sunlight for the purpose of controlling the wavelength and amount of light suitable for plants. As artificial light, light sources such as incandescent bulbs, fluorescent lamps, metal halide lamps, and high-pressure sodium lamps have been used. Furthermore, the plant cultivation method using the light emitting diode (LED) excellent in energy efficiency is known (for example, patent document 1). As illumination using LEDs, a method of promoting growth by using a red light emitting diode and a blue light emitting diode together is known (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
人工光源である白熱電球はエネルギー効率が悪く、投入電力の多くは熱となって温度が上昇する問題があった。蛍光ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプは、光合成に必要な赤色（波長６００ｎｍから７００ｎｍ）と青色（波長４５０ｎｍから５００ｎｍ）とのバランスが悪いため、植物の健全な育成に問題があった。赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを組み合わせた人工光源では赤色と青色とのバランスの制御は容易であるが、他の光源に比べ素子を得るのが困難である問題があった。さらに、太陽光を用いた植物育成においても青色光と赤色光以外の緑色成分（波長５００ｎｍから５８０ｎｍ）とは、植物には吸収されないため照射光のかなりの部分は育成には寄与していなかった。 Incandescent light bulbs, which are artificial light sources, have poor energy efficiency, and much of the input power has been heated to raise the temperature. Fluorescent lamps, metal halide lamps, and high-pressure sodium lamps have a problem in healthy growth of plants because the balance between red (wavelength 600 nm to 700 nm) and blue (wavelength 450 nm to 500 nm) necessary for photosynthesis is poor. In an artificial light source combining a red LED and a blue LED, it is easy to control the balance between red and blue, but there is a problem that it is difficult to obtain an element as compared with other light sources. Furthermore, even in plant growth using sunlight, green components other than blue light and red light (wavelengths from 500 nm to 580 nm) are not absorbed by the plant, so a considerable part of the irradiation light did not contribute to the growth. .
このような事情により、植物育成に有用な光を効率よく得ることが困難であった。 Under such circumstances, it has been difficult to efficiently obtain light useful for plant growth.
本発明の目的は、このような困難な事情を打破し、投入光の色の成分を適正なものに変換および調整可能な色変換器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a color converter capable of overcoming such a difficult situation and converting and adjusting a color component of input light into an appropriate one.
本発明者は、上記課題を解決するために、太陽光あるいは安価な人工光源に含まれる短波長成分の光を蛍光体に用い、赤色を主体とする長波長成分に変換することにより、赤色成分と青色成分との比を制御できることを見出し、色変換器に関する発明を完成させるに至った。 In order to solve the above problems, the present inventor uses a short wavelength component light contained in sunlight or an inexpensive artificial light source as a phosphor, and converts it into a long wavelength component mainly composed of red, whereby a red component The inventors have found that the ratio between the blue color component and the blue color component can be controlled, and have completed the invention relating to the color converter.
本発明による色変換器は、短波長成分および長波長成分を有する投入光の波長を変換して変換光を発し、投入光の前記短波長成分を吸収して前記長波長成分に変換して変換光を発する蛍光体からなり、前記変換光における波長４．０×１０２ｎｍから５．０×１０２ｎｍの波長の青色光成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｂ））と、波長６．０×１０２ｎｍから７．０×１０２ｎｍの波長の赤色成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｒ））との比（ＰＰＦ（Ｂ）／ＰＰＦ（Ｒ））は、０．０５以上０．４以下の範囲であり、これにより上記目的を達成する。
前記短波長成分の光は、４．５×１０２ｎｍ以上５．８×１０２ｎｍ未満の波長の可視光であり、前記長波長成分の光は、５．８×１０２ｎｍ以上７．０×１０２ｎｍ未満の波長の可視光であってもよい。
前記蛍光体は、Ｅｕ、ＳｉおよびＮの元素を含んでもよい。
前記蛍光体は、酸素をさらに含んでもよい。
前記蛍光体は、Ｅｕを賦活したα型サイアロン、Ｅｕを賦活したＭＡｌＳｉＮ３またはＭ２Ｓｉ５Ｎ８（ただし、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群から少なくとも１種選択される元素）、および、これらの固溶体からなる群から選択されてもよい。
前記蛍光体は、前記ＭがＣａであるＥｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ３またはこの固溶体であってもよい。
前記投入光は、白熱電球、蛍光ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプおよびＬＥＤランプからなる群から選択される人工光源からの光であってもよい。
前記投入光は、太陽光であってもよい。
The color converter according to the present invention converts the wavelength of input light having a short wavelength component and a long wavelength component to emit converted light, absorbs the short wavelength component of the input light, converts it to the long wavelength component, and converts it A photon flux (PPF (B)) of a blue light component having a wavelength of 4.0 × 10 2 nm to 5.0 × 10 2 nm in the converted light, and a wavelength of 6.0 × The ratio (PPF (B) / PPF (R)) of the red component photon flux (PPF (R)) having a wavelength of 10 2 nm to 7.0 × 10 2 nm is 0.05 or more and 0.4 or less. Range, thereby achieving the above objective.
The short wavelength component light is visible light having a wavelength of 4.5 × 10 2 nm or more and less than 5.8 × 10 2 nm, and the long wavelength component light is 5.8 × 10 2 nm or more. It may be visible light having a wavelength of less than 0 × 10 2 nm.
The phosphor may contain Eu, Si and N elements.
The phosphor may further include oxygen.
The phosphor is an α-sialon activated Eu, MAlSiN 3 or M 2 Si 5 N 8 activated Eu (where M is an element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba) And a group consisting of these solid solutions.
The phosphor may be CaAlSiN 3 activated with Eu in which M is Ca or a solid solution thereof.
The input light may be light from an artificial light source selected from the group consisting of an incandescent bulb, a fluorescent lamp, a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp, and an LED lamp.
The input light may be sunlight.
本発明による色変換器は、短波長成分を有する投入光を受光し、短波長成分を吸収し、長波長成分に変換し、変換光を発する蛍光体からなる。これにより、投入光の色を変換することができる。蛍光体の量および種類を適宜選択することにより、変換・放出される長波長成分を調整することもできる。さらに、投入光に長波長成分が含まれる場合には、投入光における短波長成分を減少させるとともに投入光における長波長成分を増大させることができる。 The color converter according to the present invention comprises a phosphor that receives input light having a short wavelength component, absorbs the short wavelength component, converts it into a long wavelength component, and emits converted light. Thereby, the color of the incident light can be converted. By appropriately selecting the amount and type of the phosphor, it is possible to adjust the long wavelength component to be converted and emitted. Furthermore, when the input light includes a long wavelength component, the short wavelength component in the input light can be reduced and the long wavelength component in the input light can be increased.
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。同様の要素には同様の参照番号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Like elements are given like reference numerals and their description is omitted.
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による色変換器の模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a color converter according to the present invention.
本明細書においては、色変換器とは、あるスペクトルを持つ光を当てた場合にそのスペクトルの形状を変化させる機能を持つ光学素子を意図する。この働きにより色変換器から取り出される光は、そのスペクトル形状および色が投入光とは異なる。 In this specification, a color converter intends an optical element having a function of changing the shape of a spectrum when light having a spectrum is applied. The light extracted from the color converter by this function is different in spectral shape and color from the input light.
図１（Ａ）および（Ｂ）に示される本発明の色変換器１００、１００’は、表面または内部に蛍光体１１０を有する透光体１２０を備える。色変換器１００、１００’は、投入光１３０を受光し、変換光１４０に変換する。後述するように、色変換器１００、１００’は、投入光における短波長成分（本明細書では、青色成分または緑色成分とも言う）を減少させるとともに投入光における長波長成分（本明細書では、赤色成分または黄色成分とも言う）を増大させる作用を持つ。即ち、太陽光や人工光源に含まれる光のうち、光合成への寄与が少ない緑色成分や過剰に含まれる青色成分の光を蛍光体で赤色に変換することにより、赤色成分に富む光に変換する作用を持つ。写真撮影などに使われるカラーフィルターは、特定の波長成分を減少させるが、波長成分を増加させる働きはないため、本発明の色変換器はカラーフィルターとは異なる。 The color converters 100 and 100 ′ of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B include a translucent body 120 having a phosphor 110 on the surface or inside thereof. The color converters 100 and 100 ′ receive incoming light 130 and convert it into converted light 140. As will be described later, the color converters 100 and 100 ′ reduce a short wavelength component (also referred to as a blue component or a green component in the present specification) in input light and a long wavelength component (in the specification, in this specification). (Also referred to as red component or yellow component). That is, among the light contained in sunlight and artificial light sources, the green component light that contributes little to photosynthesis and the blue component light that is excessively contained are converted into red light by the phosphor, thereby converting it into light rich in the red component. Has an effect. A color filter used for photography or the like reduces a specific wavelength component, but does not function to increase the wavelength component. Therefore, the color converter of the present invention is different from the color filter.
透光体１２０は、蛍光体１１０を保持する働き、および、投入光１３０を受光し、蛍光体１１０に当てる働きをする。蛍光体１１０は、通常、粉末あるいは膜の形態であるので、これを保持することが好ましい。透光体１２０は、投入光１３０の損失を少なくするために、光透過率が高いほうが好ましい。 The translucent body 120 functions to hold the phosphor 110 and to receive the incident light 130 and apply it to the phosphor 110. Since the phosphor 110 is usually in the form of a powder or a film, it is preferable to hold it. It is preferable that the light transmitting body 120 has a high light transmittance in order to reduce the loss of the input light 130.
本発明の透光体１２０は、ガラス、光ファイバ、レンズ、プリズム、樹脂、高分子フィルムおよび液体からなる群から選択される。ガラスやアクリル樹脂は光透過率が高いので望ましい。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの高分子フィルムは、安価なので温室などの大規模育成装置に適している。光源と照射物とが離れている場合は、光ファイバを用いるとよい。光源の光を集光、屈折あるいは拡散させる場合は、レンズやプリズムを用いるとよい。蛍光体１１０を分散させた液体を２枚のガラス板などの間に入れたてもよい。この場合、蛍光体１１０の濃度を変えることができるので、色変換の程度を制御する場合に適している。 The translucent body 120 of the present invention is selected from the group consisting of glass, optical fiber, lens, prism, resin, polymer film, and liquid. Glass or acrylic resin is desirable because of its high light transmittance. Polymer films such as polyethylene, polypropylene, and polyvinyl chloride are inexpensive and suitable for large-scale cultivation equipment such as greenhouses. When the light source and the irradiated object are separated from each other, an optical fiber may be used. When condensing, refracting, or diffusing light from the light source, a lens or a prism may be used. A liquid in which the phosphor 110 is dispersed may be placed between two glass plates. In this case, the concentration of the phosphor 110 can be changed, which is suitable for controlling the degree of color conversion.
本発明の一つの形態として、透光体の替わりに反射体（図示せず）を用いることができる。反射体もまた、透光体１２０と同様に蛍光体１１０を保持する働き、および、投入光１３０を受光し、蛍光体１１０に当てる働きを有する。反射体の表面に蛍光体１１０を塗布すると、色変換された変換光１４０が投入光１３０とは異なる方向へ照射される。植物の設置場所と投入光１３０との位置関係で照射方向を変える場合、反射体を用いるとよい。 As one form of this invention, a reflector (not shown) can be used instead of a translucent body. The reflector also has a function of holding the phosphor 110 similarly to the translucent body 120 and a function of receiving the incident light 130 and applying it to the phosphor 110. When the phosphor 110 is applied to the surface of the reflector, the color-converted converted light 140 is irradiated in a direction different from the incident light 130. In the case where the irradiation direction is changed depending on the positional relationship between the installation location of the plant and the input light 130, a reflector may be used.
本発明の反射体は、鏡、凹面鏡、凸面鏡および拡散反射物からなる群から選択される。正反射させる場合は平面鏡を用いるとよい。集光させる場合は凹面鏡を、拡散させる場合は凸面鏡または拡散反射物を用いるとよい。また、鏡が太陽の方向を追随するようにコンピュータ制御する方法を併用すれば、効率よく太陽光を植物に照射することができる。 The reflector of the present invention is selected from the group consisting of mirrors, concave mirrors, convex mirrors and diffuse reflectors. For regular reflection, a plane mirror may be used. A concave mirror may be used for collecting light, and a convex mirror or a diffuse reflector may be used for diffusing. Moreover, if the method of computer-controlling so that a mirror follows the direction of the sun is used together, sunlight can be efficiently irradiated to a plant.
本発明の蛍光体１１０は、短波長成分の光を吸収し、短波長成分の光を長波長成分の光に変換、放出する機能を有する。詳細には、蛍光体１１０は、４５０ｎｍから５５０ｎｍの短波長成分の可視光で励起され、励起光よりも長波長成分の光を放出する蛍光体を用いる。望ましくは、４５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の短波長成分の青色光または緑色光成分で励起され、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の長波長成分の黄色光または赤色光を放出する蛍光体を用いるとよい。太陽光や可視光照明器具を光源として用い、その赤色成分を富化することを目的としており、上記の励起発光特性が望ましい。 The phosphor 110 of the present invention has a function of absorbing light having a short wavelength component, converting light having a short wavelength component into light having a long wavelength component, and emitting the light. Specifically, the phosphor 110 is a phosphor that is excited by visible light having a short wavelength component of 450 nm to 550 nm and emits light having a longer wavelength component than the excitation light. Desirably, a phosphor that is excited by blue light or green light component having a short wavelength component of 450 nm or more and less than 580 nm and emits yellow light or red light having a long wavelength component of 580 nm or more and less than 700 nm may be used. The purpose is to enrich the red component using sunlight or a visible light illuminator as a light source, and the above-described excitation light emission characteristics are desirable.
本発明の蛍光体１１０は、Ｅｕ、ＳｉおよびＮの元素を含む窒化物または酸窒化物蛍光体である。このような蛍光体は、Ｅｕを賦活したα型サイアロン、Ｅｕを賦活したＭＡｌＳｉＮ３またはＭ２Ｓｉ５Ｎ８（ただし、ＭはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群から少なくとも１種選択される元素）、および、これらの固溶体結晶からなる群から選択される。これらの蛍光体は、青色および緑色の光（励起光）を吸収し、励起光より長波長の光を発光する。Ｅｕを賦活したα型サイアロンは、青色の光を吸収し、５６０ｎｍから６００ｎｍに発光のピーク波長を持つ蛍光体である。Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ３は、青色および緑色を吸収し、６５０ｎｍ近辺に発光のピーク波長を持つ蛍光体である。Ｅｕを賦活したＳｒＡｌＳｉＮ３およびＥｕを賦活したＢａＡｌＳｉＮ３も、青色および緑色を吸収し、橙色や赤色を発光する蛍光体である。Ｅｕを賦活したＣａ２Ｓｉ５Ｎ８、Ｅｕを賦活したＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８、Ｅｕを賦活したＢａ２Ｓｉ５Ｎ８およびこれらの固溶体は、青色および緑色を吸収して、６００ｎｍから６８０ｎｍの間の波長に発光ピークを持つ蛍光体である。 The phosphor 110 of the present invention is a nitride or oxynitride phosphor containing elements of Eu, Si, and N. Such a phosphor is selected from Eu-activated α-sialon, Eu-activated MAlSiN 3 or M 2 Si 5 N 8 (where M is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba). Element) and the group consisting of these solid solution crystals. These phosphors absorb blue and green light (excitation light) and emit light having a longer wavelength than the excitation light. The α-sialon activated Eu is a phosphor that absorbs blue light and has an emission peak wavelength from 560 nm to 600 nm. CaAlSiN 3 activated with Eu is a phosphor that absorbs blue and green and has a peak wavelength of light emission around 650 nm. Eu-activated SrAlSiN 3 and Eu-activated BaAlSiN 3 are also phosphors that absorb blue and green and emit orange and red. Eu-activated Ca 2 Si 5 N 8 , Eu-activated Sr 2 Si 5 N 8 , Eu-activated Ba 2 Si 5 N 8, and these solid solutions absorb blue and green, and are 600 nm to 680 nm. It is a phosphor having an emission peak at a wavelength between.
上記の蛍光体の中で、緑色の吸収に優れるＥｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ３を用いると赤色富化効率に優れるので特に良い。選択される蛍光体１１０の種類および量によっても、赤色富化効率を制御できる。このような制御は、例えば、投入光１３０と変換光１４０とのスペクトル形状を比較して行われる。 Among the phosphors described above, use of CaAlSiN 3 activated with Eu excellent in green absorption is particularly preferable because red enrichment efficiency is excellent. The red enrichment efficiency can also be controlled by the type and amount of the phosphor 110 selected. Such control is performed, for example, by comparing the spectral shapes of the input light 130 and the converted light 140.
本発明で用いられる投入光１３０は、少なくとも５８０ｎｍ未満の短波長成分を有する。これにより、色変換器１００、１００’の蛍光体１１０において、短波長成分から長波長成分に変換できる。これにより投入光の色変換を達成する。より好ましくは、投入光１３０は、５８０ｎｍ未満の短波長成分と、５８０ｎｍ以上の長波長成分とを含む。これにより、色変換器１００、１００’の蛍光体１１０において、短波長成分は長波長成分に変換され、投入光の長波長成分はそのまま色変換器１００、１００’を透過し得るので、全体として長波長成分を増大させることができる。 The input light 130 used in the present invention has a short wavelength component of at least less than 580 nm. Thereby, in the fluorescent substance 110 of the color converters 100 and 100 ′, the short wavelength component can be converted into the long wavelength component. This achieves color conversion of the input light. More preferably, the input light 130 includes a short wavelength component of less than 580 nm and a long wavelength component of 580 nm or more. Thereby, in the phosphor 110 of the color converters 100 and 100 ′, the short wavelength component is converted into the long wavelength component, and the long wavelength component of the input light can pass through the color converters 100 and 100 ′ as it is. Long wavelength components can be increased.
特に、投入光１３０として、４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長成分の可視光は、植物の育成に適している。より好ましくは、投入光１３０は、４５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の短波長成分と、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の長波長成分との両方の成分を含有する光が良い。このような投入光１３０を本発明の色変換器１００、１００’に投入すると、４５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の短波長成分が、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の長波長成分に変換されて、赤色成分に富む光となる。 In particular, visible light having a wavelength component of 450 nm to 700 nm as the input light 130 is suitable for plant growth. More preferably, the input light 130 may be light containing both a short wavelength component of 450 nm or more and less than 580 nm and a long wavelength component of 580 nm or more and 700 nm or less. When such input light 130 is input to the color converters 100 and 100 ′ of the present invention, short wavelength components of 450 nm or more and less than 580 nm are converted into long wavelength components of 580 nm or more and 700 nm or less, and light rich in red components Become.
本発明で用いられる投入光１３０は、白熱電球、蛍光ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプおよびＬＥＤランプからなる群から選択される人工光源からの光である。これらの光源は、４５０ｎｍから７００ｎｍの波長成分の可視光を含有しており、比較的安価に入手することができるため好ましい。 The input light 130 used in the present invention is light from an artificial light source selected from the group consisting of an incandescent bulb, a fluorescent lamp, a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp, and an LED lamp. These light sources are preferable because they contain visible light having a wavelength component of 450 nm to 700 nm and can be obtained at a relatively low cost.
投入光１３０は、人工光源からの光の他に、太陽光であり得る。太陽光は人工的なエネルギーを消費することなく入手できる光源であり、経済性に優れる。太陽光は３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲の可視光を万遍なく含んでいるが、光合成に有効な赤色成分の光の量は限られている。本発明の色変換器１００、１００’を用いることにより、外部から人工的なエネルギーを付加することなく、太陽光の短波長成分を赤色成分に変換することにより、赤色成分に富む光とすることができる。なお、本明細書では、太陽光は太陽光由来の光も含むものとする。太陽光由来の光とは、太陽光を直接用いるのではなく、例えば、太陽光をフィルタリングした光等の太陽光を加工した光である。 The input light 130 may be sunlight in addition to the light from the artificial light source. Sunlight is a light source that can be obtained without consuming artificial energy, and is excellent in economic efficiency. Sunlight uniformly contains visible light in the range of 380 nm to 780 nm, but the amount of red component light effective for photosynthesis is limited. By using the color converters 100 and 100 ′ of the present invention, the short wavelength component of sunlight is converted into a red component without adding artificial energy from the outside, thereby making the light rich in the red component. Can do. In the present specification, sunlight includes light derived from sunlight. The light derived from sunlight does not directly use sunlight, but is, for example, light obtained by processing sunlight such as light obtained by filtering sunlight.
また、投入光１３０は、上述の人工光源からの光と、太陽光との組み合わせであってもよい。 The input light 130 may be a combination of light from the above-described artificial light source and sunlight.
本発明の色変換器１００、１００’は、植物育成に最適であるものとして説明してきたが、これに限定されない。色変換器１００、１００’は、投入光１３０を色変換する任意の用途に使用され得る。例えば、ステンドグラスに用いると鮮やかな発色の装飾が得られる。また、室内照明やディスプレイ用のカラーフィルターとして用いると特定の色を強調した光が得られ、装飾性にすぐれた光となる。 Although the color converters 100 and 100 'of the present invention have been described as being optimal for plant growth, the present invention is not limited to this. The color converter 100, 100 ′ can be used for any application that converts color of the incoming light 130. For example, when used in stained glass, a brightly colored decoration can be obtained. In addition, when used as a color filter for indoor lighting or a display, light with a specific color enhanced is obtained, and the light has excellent decorativeness.
（第２の実施の形態）
図２は、本発明による植物育成装置の模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram of a plant growing apparatus according to the present invention.
植物育成装置２００は、短波長成分と長波長成分とを有する投入光２１０を発する光源２２０と、色変換器１００、１００’とを含む。色変換器１００、１００’は、投入光２１０を変換光２３０に変換し、植物２４０に照射する。色変換器１００、１００’は、実施の形態１で詳述した色変換器と同一である。
投入光２１０は、５８０ｎｍ未満の短波長成分と、５８０ｎｍ以上の長波長成分とを有する。さらに、投入光２１０は、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光である。この範囲の光が、植物の育成に適している。これにより、実施の形態１で説明した蛍光体１１０が、短波長成分を長波長成分に変換するので、投入光２１０における短波長成分が減少し、かつ、長波長成分を富化した変換光２３０を植物２４０に照射できる。より好ましくは、短波長成分の光は、４５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の波長の可視光であり、長波長成分の光は、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光である。このような投入光２１０の場合に、植物の育成効率を向上させることができる。
The plant growing apparatus 200 includes a light source 220 that emits input light 210 having a short wavelength component and a long wavelength component, and color converters 100 and 100 ′. The color converters 100 and 100 ′ convert input light 210 into converted light 230 and irradiate the plant 240. The color converters 100 and 100 ′ are the same as those described in detail in the first embodiment.
The input light 210 has a short wavelength component of less than 580 nm and a long wavelength component of 580 nm or more. Furthermore, the input light 210 is light of 580 nm to 700 nm. This range of light is suitable for plant growth. Thereby, since the phosphor 110 described in the first embodiment converts the short wavelength component into the long wavelength component, the short wavelength component in the input light 210 is reduced and the converted light 230 is enriched in the long wavelength component. Can be irradiated to the plant 240. More preferably, the light having a short wavelength component is visible light having a wavelength of 450 nm or more and less than 580 nm, and the light having a long wavelength component is visible light having a wavelength of 580 nm or more and 700 nm or less. In the case of such input light 210, plant growth efficiency can be improved.
このような投入光２１０を発する光源２２０は、白熱電球、蛍光ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプおよびＬＥＤランプからなる群から選択される人工光源を含む。これらの人工光源から発生される投入光２１０は、いずれも４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長成分の可視光であり、比較的安価に入手できるため好ましい。 The light source 220 that emits such input light 210 includes an artificial light source selected from the group consisting of an incandescent bulb, a fluorescent lamp, a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp, and an LED lamp. The input light 210 generated from these artificial light sources is preferably visible light having a wavelength component of 450 nm or more and 700 nm or less and can be obtained at a relatively low cost.
光源２２０はまた、これら人工光源以外に、または、これら人工光源に加えて、太陽光を含み得る。太陽光もまた、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の可視光を万遍なく含み、短波長成分と長波長成分とを有しているが、植物の光合成に有効な赤色成分の光の量は限られる。光源２２０として、外部からの人工的なエネルギーを付加することなく、このような太陽光を用いることができるので、経済性に優れる。例えば、天候が悪く、太陽光の照射が不十分な場合には、人工光源による投入光２１０を併用し、天候が良く、太陽光の照射が十分な場合には、太陽光のみを採用してもよい。 The light source 220 may also include sunlight in addition to or in addition to these artificial light sources. Sunlight also uniformly includes visible light in the range of 380 nm to 780 nm and has a short wavelength component and a long wavelength component, but the amount of red component light effective for plant photosynthesis is limited. Since such sunlight can be used as the light source 220 without adding artificial energy from the outside, it is excellent in economic efficiency. For example, when the weather is bad and sunlight is insufficient, the artificial light source 210 is used in combination. When the weather is good and sunlight is sufficient, only sunlight is used. Also good.
色変換器１００、１００’は、実施の形態１と同様であり、表面または内部に蛍光体１１０を有する透光体または反射体１２０を備える。蛍光体１１０および透光体または反射体１２０は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。 The color converters 100 and 100 ′ are the same as those in the first embodiment, and include a light transmitting body or a reflecting body 120 having a phosphor 110 on the surface or inside thereof. Since phosphor 110 and translucent body or reflector 120 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
色変換器１００、１１０’に用いられる蛍光体１５０の量および／または種類は、好ましくは、変換光２３０における波長４５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の青色成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｂ））と、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の赤色成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｒ））との比（ＰＰＦ（Ｂ）／ＰＰＦ（Ｒ））が、所望の範囲の値となるように調整され得る。特に、０．０５以上０．４以下の間の値となるように調整されれば、植物の育成効率がよい。 The amount and / or type of the phosphor 150 used in the color converters 100 and 110 ′ are preferably the blue component photon flux (PPF (B)) having a wavelength of 450 nm to 500 nm in the converted light 230 and a wavelength of 600 nm. The ratio (PPF (B) / PPF (R)) to the photon flux (PPF (R)) of the red component having a wavelength of ˜700 nm can be adjusted to a value within a desired range. In particular, if the plant is adjusted to have a value between 0.05 and 0.4, plant growth efficiency is good.
上述したように、本発明による植物育成装置２００は、短波長成分と長波長成分とを有する透入光２１０を発する光源２２０と、色変換器１００、１００’とを備える。これにより、投入光２１０における短波長成分は、色変換器１００、１００’における蛍光体１１０によって長波長成分に変換され、投入光２１０における長波長成分は、色変換器１００、１００’を透過する。その結果、色変換器１００、１００’から出射される変換光２３０は、投入光２１０に含まれる長波長成分に加えて、変換された長波長成分を有するため、赤色成分が富化され得る。このような変換光２３０を植物育成に用いるので、植物の育成が促進され得る。さらに、投入光２１０を発する光源２２０は、新規の人工光源を開発することなく従来の既存の人工光源を用いることができるので、経済的である。また光源２２０には、太陽光を用いることができるので、経済的かつ環境に優しい。 As described above, the plant growing device 200 according to the present invention includes the light source 220 that emits the penetrating light 210 having the short wavelength component and the long wavelength component, and the color converters 100 and 100 '. Thereby, the short wavelength component in the input light 210 is converted into a long wavelength component by the phosphor 110 in the color converters 100 and 100 ′, and the long wavelength component in the input light 210 is transmitted through the color converters 100 and 100 ′. . As a result, since the converted light 230 emitted from the color converters 100 and 100 ′ has the converted long wavelength component in addition to the long wavelength component included in the input light 210, the red component can be enriched. Since such converted light 230 is used for plant growth, plant growth can be promoted. Furthermore, the light source 220 that emits the input light 210 is economical because a conventional existing artificial light source can be used without developing a new artificial light source. In addition, since the sunlight 220 can be used for the light source 220, it is economical and friendly to the environment.
植物育成装置２００は、色変換器１００、１００’の透光体または反射体１２０が、太陽等の可動する光源２２０の方向を追随するようにコンピュータ制御部（図示せず）を設けてもよい。また、投入光２１０と変換光２３０との色成分の変化は、それぞれのスペクトルの形状の変化として観察できるので、分光器（図示せず）を設け、所望のＰＰＦ（Ｂ）／ＰＰＦ（Ｒ）値となるように制御してもよい。 The plant growing device 200 may be provided with a computer control unit (not shown) so that the light transmitting body or the reflecting body 120 of the color converters 100 and 100 ′ may follow the direction of the movable light source 220 such as the sun. . In addition, since the change in the color components of the input light 210 and the converted light 230 can be observed as a change in the shape of each spectrum, a spectroscope (not shown) is provided, and a desired PPF (B) / PPF (R) is provided. You may control so that it may become a value.
（第３の実施の形態）
次に本発明の植物育成方法を説明する。
(Third embodiment)
Next, the plant growing method of the present invention will be described.
図３は、本発明の植物育成方法のフローチャートである。ステップごとに説明する。 FIG. 3 is a flowchart of the plant growing method of the present invention. Each step will be described.
ステップＳ３１０：投入光を蛍光体に投入する。これにより、蛍光体は投入光の波長成分が変換された変換光を生成する。投入光は、５８０ｎｍ未満の短波長成分と、５８０ｎｍ以上の長波長成分とを有し、特に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分の可視光を含む。この範囲の光が、植物の育成に適している。これにより、後述する蛍光体が短波長成分を長波長成分に変換するので、投入光における短波長成分が減少し、かつ、長波長成分を富化した変換光を植物に照射する。より好ましくは、短波長成分の光は、４５０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の波長の可視光であり、長波長成分の光は、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光である。このような投入光の場合に、植物の育成効率を向上させることができる。 Step S310: Input light is input to the phosphor. Thereby, the phosphor generates converted light in which the wavelength component of the input light is converted. The input light has a short wavelength component of less than 580 nm and a long wavelength component of 580 nm or more, and particularly includes visible light having a wavelength component of 450 nm to 700 nm. This range of light is suitable for plant growth. Thereby, since the phosphor described later converts the short wavelength component into the long wavelength component, the short wavelength component in the input light is reduced, and the plant is irradiated with the converted light enriched in the long wavelength component. More preferably, the light having a short wavelength component is visible light having a wavelength of 450 nm or more and less than 580 nm, and the light having a long wavelength component is visible light having a wavelength of 580 nm or more and 700 nm or less. In the case of such input light, plant growth efficiency can be improved.
なお、このような投入光は、図２を参照して説明した光源２２０（図２）を用いて得られる。特に、太陽光を用いる方法は、経済性に優れるため好ましい。この場合、太陽光に含まれる赤色成分が富化することにより、植物の育成が促進される。また、太陽光と人工光源による光とを併用する方法では、天候が悪く太陽光の照射が不十分な時は人工光源を併用し、天候が良い場合は太陽光だけで育成することができる。 Such input light is obtained using the light source 220 (FIG. 2) described with reference to FIG. In particular, the method using sunlight is preferable because it is economical. In this case, the growth of plants is promoted by enriching the red component contained in sunlight. Further, in the method using both sunlight and light from an artificial light source, the artificial light source can be used together when the weather is bad and the sunlight is insufficiently irradiated, and when the weather is good, it can be grown only with sunlight.
投入光が投入される蛍光体は、投入光に含まれる短波長成分を長波長成分に変換するので、投入光における短波長成分を低減するとともに、投入光における長波長成分を増大するように機能する。さらに詳細には、蛍光体は、投入光のうち光合成への寄与が少ない緑色成分および過剰に含まれる青色成分の光を赤色成分に変換することにより、赤色成分に富む変換光を生成する作用を持つ。これによって、植物育成に効果的な長波長成分に富む変換光が生成され得る。このような蛍光体には、図１を参照して説明した蛍光体１１０（図１）が用いられ得る。 The phosphor to which the input light is input converts the short wavelength component contained in the input light into the long wavelength component, so that the short wavelength component in the input light is reduced and the long wavelength component in the input light is increased. To do. More specifically, the phosphor has the effect of generating converted light rich in red components by converting light of the green component and the blue component contained in excess to the red component of the input light, which has little contribution to photosynthesis. Have. Thereby, converted light rich in long wavelength components effective for plant growth can be generated. As such a phosphor, the phosphor 110 (FIG. 1) described with reference to FIG. 1 can be used.
ステップＳ３２０：変換光を植物に照射する。変換光は、長波長成分が富化されているので、このような変換光を植物に照射することによって、植物の育成が促進される。変換光の照射は、変換光におけるＰＰＦ（Ｂ）／ＰＰＦ（Ｒ）の値が、所望の範囲の値となるように調整され得る。特に、０．０５以上０．４以下となるように行われれば、植物の育成効率がよい。 Step S320: The plant is irradiated with converted light. Since the converted light is enriched in the long wavelength component, the growth of the plant is promoted by irradiating the converted light to the plant. The irradiation of the converted light can be adjusted so that the value of PPF (B) / PPF (R) in the converted light is in a desired range. In particular, if it is carried out so as to be 0.05 or more and 0.4 or less, the plant growth efficiency is good.
次に本発明を以下に示す実施例によってさらに詳しく説明するが、これはあくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示したものであって、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which are disclosed as an aid for easy understanding of the present invention, and the present invention is limited to these examples. It is not a thing.
＜実施例１〜２３＞
先ず、赤色蛍光体を作製した。原料粉末は、平均粒径０．５μｍ、酸素含有量０．９３重量％、α型含有量９２％の窒化ケイ素粉末、比表面積３．３ｍ２／ｇ、酸素含有量０．７９重量％の窒化アルミニウム粉末、窒化カルシウム粉末、純度９９．９％の酸化ユーロピウム粉末を用いた。組成式Ｅｕ０．０２５Ｃａ０．９７５ＡｌＳｉＮ３で示される化合物を得るべく、窒化ケイ素粉末と窒化アルミニウム粉末と窒化カルシウム粉末と酸化ユーロピウム粉末とを、各々３３．３１９重量％、２９．２０９重量％、３４．３４重量％、３．１４重量％となるように秤量し、メノウ乳棒と乳鉢とで１０分間混合を行なった。なお、粉末の秤量、混合、成形の各工程は全て、水分１ｐｐｍ以下酸素１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気を保持することができるグローブボックス中で操作を行った。この混合粉末を窒化ホウ素製のるつぼに入れて黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から８００℃まで毎時５００℃の速度で加熱し、８００℃で純度が９９．９９９体積％の窒素を導入して圧力を１ＭＰａとし、毎時５００℃で１８００℃まで昇温し、１８００℃で２時間保持して行った。
<Examples 1 to 23>
First, a red phosphor was produced. The raw material powder is a silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm, an oxygen content of 0.93% by weight, an α-type content of 92%, a specific surface area of 3.3 m 2 / g, and a nitrogen nitride having an oxygen content of 0.79% by weight. Aluminum powder, calcium nitride powder, and europium oxide powder having a purity of 99.9% were used. In order to obtain a compound represented by the composition formula Eu 0.025 Ca 0.975 AlSiN 3 , silicon nitride powder, aluminum nitride powder, calcium nitride powder and europium oxide powder were respectively 33.319 wt% and 29.209 wt%. , 34.34 wt%, 3.14 wt%, and mixed with an agate pestle and mortar for 10 minutes. The powder weighing, mixing, and forming steps were all performed in a glove box capable of maintaining a nitrogen atmosphere with a moisture content of 1 ppm or less and oxygen of 1 ppm or less. This mixed powder was placed in a boron nitride crucible and set in a graphite resistance heating type electric furnace. First, the firing atmosphere is evacuated by a diffusion pump, heated from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, introduced nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C. and a pressure of 1 MPa. The temperature was raised to 1800 ° C. at 500 ° C. per hour and held at 1800 ° C. for 2 hours.
合成した試料をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、ＣｕのＫα線を用いた粉末Ｘ線回折測定を行った結果、ＣａＡｌＳｉＮ３相であると判定された。この粉末に、波長３６５ｎｍの光を発するランプで照射した結果、赤色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した結果、励起および発光スペクトルのピーク波長は４４８ｎｍに励起スペクトルのピークがあり４４８ｎｍの励起による発光スペクトルにおいて、６６３ｎｍの赤色光にピークがある蛍光体であることが分かった（図４）。なお、図中３２５ｎｍ付近のシャープなピークは、測定上生じるピークであり実際の発光ではない。 The synthesized sample was pulverized using an agate mortar and subjected to powder X-ray diffraction measurement using Cu Kα rays. As a result, it was determined to be a CaAlSiN 3 phase. As a result of irradiating the powder with a lamp emitting light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that the powder emitted red light. As a result of measuring the emission spectrum and excitation spectrum of this powder using a fluorescence spectrophotometer, the excitation and emission spectrum had a peak wavelength at 448 nm, and the emission spectrum by excitation at 448 nm was converted to red light at 663 nm. It turned out that it is a fluorescent substance with a peak (FIG. 4). In the figure, a sharp peak near 325 nm is a peak generated in the measurement and not actual light emission.
製造した蛍光体を用いて、太陽光中の赤色成分を増加させる色変換器を作製した。先ず、信越化学工業製ＬＥＤポッティング用シリコーン樹脂約１０ｇに対して表１に示す量の蛍光体を添加して、攪拌および脱泡を行い、均一な混合物を得た。次に、幅２８ｍｍ長さ４８ｍｍ厚さ１．３ｍｍのガラス板（ソーダライムガラス）にこの混合物を塗布したものをオーブンに入れ、大気中、９０℃で３０分間加熱することにより硬化させた。硬化後の樹脂の厚さは約５ｍｍであった。 Using the manufactured phosphor, a color converter for increasing the red component in sunlight was produced. First, the phosphor of the amount shown in Table 1 was added to about 10 g of silicone resin for LED potting manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and stirring and defoaming were performed to obtain a uniform mixture. Next, a glass plate (soda lime glass) having a width of 28 mm, a length of 48 mm, and a thickness of 1.3 mm was coated with this mixture and placed in an oven, and cured by heating at 90 ° C. for 30 minutes in the atmosphere. The thickness of the cured resin was about 5 mm.
製造した色変換器を通過した太陽光のスペクトルを次の様に測定した。大塚電子製マルチチャンネル分光器ＭＣＰＤ−７０００を用い、光ファイバの先端の光入力部を色変換器のガラス面に置き、色変換器を通った太陽光が分光器に取り込まれる様に設置した。図５に実施例２３の色変換器を通った光のスペクトルを示す。比較のために色変換器を通さない太陽光のスペクトルも同時に示す。色変換器を通すことにより、太陽光の３００ｎｍ〜５８０ｎｍの波長成分の光が減少し、６００ｎｍ以上の波長成分の光の量が増加した。このように、蛍光体を含有する樹脂を通すことにより、短波長成分の光が減少し長波長成分の光が増加した。 The spectrum of sunlight that passed through the manufactured color converter was measured as follows. Using a multichannel spectrometer MCPD-7000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., the light input part at the tip of the optical fiber was placed on the glass surface of the color converter, and the sunlight passed through the color converter was installed so as to be taken into the spectrometer. FIG. 5 shows the spectrum of light that has passed through the color converter of Example 23. For comparison, the spectrum of sunlight that does not pass through a color converter is also shown. By passing through the color converter, the light having a wavelength component of 300 nm to 580 nm of sunlight was reduced, and the amount of light having a wavelength component of 600 nm or more was increased. Thus, by passing the resin containing the phosphor, the light of the short wavelength component was decreased and the light of the long wavelength component was increased.
図６に実施例８、１３、１８の色変換器を通った光のスペクトルを示す。比較のために色変換器を通さない太陽光のスペクトルも同時に示す。色変換器を通すことにより、太陽光の３００ｎｍ〜５８０ｎｍの波長成分の光が減少し、６００ｎｍ以上の波長成分の光の量が増加した。 FIG. 6 shows the spectrum of light that has passed through the color converters of Examples 8, 13, and 18. For comparison, the spectrum of sunlight that does not pass through a color converter is also shown. By passing through the color converter, the light having a wavelength component of 300 nm to 580 nm of sunlight was reduced, and the amount of light having a wavelength component of 600 nm or more was increased.
表１に実施例１〜２３で作製した色変換器を通った光の青色成分、赤色成分、および青色成分と赤色成分の比（Ｂ／Ｒ）を示す。ここで、青色成分とは、上記のマルチチャンネル分光器で計測された４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長成分のフォトン数（単位は１０の２５乗個）であり、赤色成分とは、上記のマルチチャンネル分光器で計測された６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分のフォトン数（単位は１０の２５乗個）である。なお、比較のために同一条件で測定した太陽光の値は、青色成分は２．７２、赤色成分は１．９４であった。蛍光体の添加量が増加するに従って、青色成分は減少し、赤色成分が増加することが確認された。これに伴い、Ｂ／Ｒ比は太陽光の１．４から実施例２３の０．０６まで低下した。この様に、蛍光体の量を変えることにより、青色成分と赤色成分およびＢ／Ｒ比を変化させることができるので、それぞれの植物に適した条件を選択すると良い。
Table 1 shows the blue component, the red component, and the ratio (B / R) of the blue component and the red component of the light that has passed through the color converters produced in Examples 1 to 23. Here, the blue component is the number of photons of the wavelength component of 400 nm to 500 nm measured by the multichannel spectrometer (the unit is the 25th power), and the red component is the multichannel spectrometer. The number of photons of the wavelength component of 600 nm to 700 nm measured in step (unit: 10 25). For comparison, the values of sunlight measured under the same conditions were 2.72 for the blue component and 1.94 for the red component. It was confirmed that the blue component decreased and the red component increased as the amount of phosphor added increased. Along with this, the B / R ratio decreased from 1.4 of sunlight to 0.06 of Example 23. Thus, since the blue component, the red component, and the B / R ratio can be changed by changing the amount of the phosphor, it is preferable to select conditions suitable for each plant.
＜実施例２４＞
先ず、黄色蛍光体を作製した。原料粉末は、平均粒径０．５μｍ、酸素含有量０．９３重量％、α型含有量９２％の窒化ケイ素粉末、比表面積３．３ｍ２／ｇ、酸素含有量０．７９％の窒化アルミニウム粉末、炭酸カルシウム粉末、純度９９．９％の酸化ユーロピウム粉末を用いた。組成式Ｅｕ０．０６Ｃａ０．９４Ｓｉ９Ａｌ３Ｏ１Ｎ１５で示される化合物を得るべく、窒化ケイ素粉末と窒化アルミニウム粉末と炭酸カルシウム粉末と酸化ユーロピウム粉末とを、各々６４．８９７重量％、１８．９６５重量％、１４．５１重量％、１．６２８重量％となるように秤量し、窒化ケイ素製乳棒と乳鉢とで１０分間混合を行なった。この混合粉末を窒化ホウ素製のるつぼに入れて黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットした。焼成の操作は、まず、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から８００℃まで毎時５００℃の速度で加熱し、８００℃で純度が９９．９９９体積％の窒素を導入して圧力を１ＭＰａとし、毎時５００℃で１７００℃まで昇温し、１７００℃で４時間保持して行った。
<Example 24>
First, a yellow phosphor was produced. The raw material powder is a silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm, an oxygen content of 0.93% by weight, an α-type content of 92%, a specific surface area of 3.3 m 2 / g, and an aluminum nitride having an oxygen content of 0.79%. Powder, calcium carbonate powder, and europium oxide powder having a purity of 99.9% were used. In order to obtain a compound represented by the composition formula Eu 0.06 Ca 0.94 Si 9 Al 3 O 1 N 15 , silicon nitride powder, aluminum nitride powder, calcium carbonate powder and europium oxide powder were each 64.897 wt%. 18.965 wt%, 14.51 wt%, and 1.628 wt%, and the mixture was mixed with a silicon nitride pestle and mortar for 10 minutes. This mixed powder was placed in a boron nitride crucible and set in a graphite resistance heating type electric furnace. First, the firing atmosphere is evacuated by a diffusion pump, heated from room temperature to 800 ° C. at a rate of 500 ° C. per hour, introduced nitrogen having a purity of 99.999% by volume at 800 ° C. and a pressure of 1 MPa. The temperature was raised to 1700 ° C. at 500 ° C. per hour and held at 1700 ° C. for 4 hours.
合成した試料をメノウの乳鉢を用いて粉砕し、ＣｕのＫα線を用いた粉末Ｘ線回折測定を行った結果、αサイアロン相であると判定された。この粉末に、波長３６５ｎｍの光を発するランプで照射した結果、黄色に発光することを確認した。この粉末の発光スペクトルおよび励起スペクトルを、蛍光分光光度計を用いて測定した結果、励起および発光スペクトルのピーク波長は３７２ｎｍに励起スペクトルのピークがあり３７２ｎｍの励起による発光スペクトルにおいて、５８０ｎｍの黄色光にピークがある蛍光体であることが分かった（図７）。なお、図中２９０ｎｍおよび６３０ｎｍ付近のシャープなピークは測定上生じるものであり、実際の蛍光ではない。 The synthesized sample was pulverized using an agate mortar and subjected to powder X-ray diffraction measurement using Cu Kα ray. As a result, it was determined to be α sialon phase. As a result of irradiating the powder with a lamp emitting light having a wavelength of 365 nm, it was confirmed that the powder emitted yellow light. As a result of measuring the emission spectrum and excitation spectrum of this powder using a fluorescence spectrophotometer, the excitation and emission spectrum had a peak wavelength of 372 nm, and the emission spectrum by excitation at 372 nm was converted to yellow light at 580 nm. It turned out that it is a fluorescent substance with a peak (FIG. 7). In the figure, sharp peaks near 290 nm and 630 nm are generated in the measurement and are not actual fluorescence.
製造した蛍光体を用いて、太陽光中の赤色成分を増加させる色変換器を作製した。先ず、信越化学工業製ＬＥＤポッティング用シリコーン樹脂約１０ｇに対して蛍光体を２０質量％添加して、攪拌および脱泡を行い、均一な混合物を得た。次に、型に流し入れて、大気中、９０℃で３０分間加熱することにより硬化させた。硬化後の樹脂の厚さは約１０ｍｍであった。このようにして、樹脂に蛍光体が分散した色変換器を作製した。 Using the manufactured phosphor, a color converter for increasing the red component in sunlight was produced. First, 20 mass% of phosphor was added to about 10 g of LED resin for LED potting manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and stirring and defoaming were performed to obtain a uniform mixture. Next, it was poured into a mold and cured by heating at 90 ° C. for 30 minutes in the air. The thickness of the cured resin was about 10 mm. In this way, a color converter in which a phosphor was dispersed in a resin was produced.
製造した色変換器を通過した太陽光のスペクトルを実施例２３と同様の手法で測定した。図８に色変換器を通った光のスペクトルを示す。比較のために色変換器を通さない太陽光のスペクトルも同時に示す。色変換器を通すことにより、太陽光の３００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長成分の光が減少し、５５０ｎｍ以上の波長成分の光の量が増加した。このように、蛍光体を含有する樹脂を通すことにより、短波長成分の光が減少し長波長成分の光が増加した。 The spectrum of sunlight that passed through the manufactured color converter was measured in the same manner as in Example 23. FIG. 8 shows the spectrum of light passing through the color converter. For comparison, the spectrum of sunlight that does not pass through a color converter is also shown. By passing through the color converter, the light having a wavelength component of 300 nm to 550 nm of sunlight was decreased, and the amount of light having a wavelength component of 550 nm or more was increased. Thus, by passing the resin containing the phosphor, the light of the short wavelength component was decreased and the light of the long wavelength component was increased.
＜実施例２５＞
色変換器を具備する植物育成装置の設計例および植物の育成方法について説明する。図９は太陽光を光源とする植物育成装置を用いて植物を育成する様子を示す模式図である。植物１１、１２、１３が支持台１４に置かれている。支持台１４はガラス１６、１７、１８により取り囲まれており、温室を形成している。ガラス１６、１７、１８の内側には、Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体を樹脂に分散させたもの（色変換器）１８、１９、２０が塗布してある。屋外に置かれた温室は、昼間太陽光が当たり、太陽光２１はガラスを通った後に色変換器１８、１９、２０を通過する。蛍光体は太陽光中の青色および緑色の成分を吸収して赤色成分の光に変換する。これにより、赤色成分が富化した光２２が植物１１、１２、１３に照射される。赤色成分に富む光は、光合成を活性化させて植物の育成を促進する。
<Example 25>
A design example of a plant growing apparatus including a color converter and a plant growing method will be described. FIG. 9 is a schematic diagram showing how plants are grown using a plant growing apparatus that uses sunlight as a light source. Plants 11, 12, and 13 are placed on the support base 14. The support base 14 is surrounded by glass 16, 17, and 18 and forms a greenhouse. On the inner side of the glasses 16, 17, 18 are coated CaAlSiN 3 phosphors activated with Eu (color converters) 18, 19, 20 dispersed in a resin. The outdoor greenhouse is exposed to sunlight in the daytime, and the sunlight 21 passes through the color converters 18, 19, and 20 after passing through the glass. The phosphor absorbs blue and green components in sunlight and converts them into red component light. Thereby, the plants 11, 12, and 13 are irradiated with the light 22 enriched with the red component. Light rich in red component activates photosynthesis and promotes plant growth.
＜実施例２６＞
別の植物育成装置の設計例および植物の育成方法について説明する。図１０は人工光を光源とする植物育成装置を用いて植物を育成する様子を示す模式図である。植物１１、１２、１３が支持台２４に置かれている。支持台２４は光を透過するプラスチックで作られている。支持台２４の上部に蓋２３があり、蓋２３は、Ｅｕを賦活したＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体を樹脂に分散させたものでできている。即ち、蓋は、色変換器である。温室の上部に設置されたメタルハライドランプ２５の光は色変換器２３を通過する。蛍光体は人工光源中の青色および緑色の成分を吸収して赤色成分の光に変換する。これにより、赤色成分が富化した光２６が植物１１、１２、１３に照射される。赤色成分に富む光は、光合成を活性化させて植物の育成を促進する。
<Example 26>
A design example of another plant growing apparatus and a plant growing method will be described. FIG. 10 is a schematic diagram showing how plants are grown using a plant growing apparatus using artificial light as a light source. Plants 11, 12, and 13 are placed on a support base 24. The support base 24 is made of a plastic that transmits light. There is a lid 23 on the upper side of the support base 24, and the lid 23 is made of a CaAlSiN 3 phosphor activated with Eu dispersed in a resin. That is, the lid is a color converter. The light from the metal halide lamp 25 installed in the upper part of the greenhouse passes through the color converter 23. The phosphor absorbs blue and green components in the artificial light source and converts them into red component light. Thereby, the light 26 enriched with the red component is irradiated to the plants 11, 12, and 13. Light rich in red component activates photosynthesis and promotes plant growth.
＜実施例２７＞
さらに別の植物育成装置の設計例および植物の育成方法について説明する。図１１は太陽光を光源とする別の植物育成装置を用いて植物を育成する様子を示す模式図である。植物１１、１２、１３が支持台２７に置かれている。支持台２７には支柱２８が接続されており、支柱２８の上部には平面鏡３０が設置してある。平面鏡３０と支柱２８とは、３次元の任意の角度に固定できる接続部２９を介して接続されており、接続部２９は手動により任意の方向に平面鏡３０を設置できる。さらに、コンピュータ制御（図示せず）により平面鏡３０が常に太陽の方向を向くように制御することもできる。平面鏡３０の表面には実施例２３で用いた赤色蛍光体をシリコーン樹脂に分散させた樹脂層３１が塗布してある。蛍光体は太陽光中の青色および緑色の成分を吸収して赤色成分の光に変換する。これにより、赤色成分が富化した光３３が植物１１、１２、１３に照射される。赤色成分に富む光は、光合成を活性化させて植物の育成を促進する。
<Example 27>
Further, another design example of the plant growing apparatus and a plant growing method will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing how plants are grown using another plant growing apparatus that uses sunlight as a light source. Plants 11, 12, and 13 are placed on the support table 27. A support 28 is connected to the support 27, and a plane mirror 30 is installed above the support 28. The plane mirror 30 and the support column 28 are connected via a connection portion 29 that can be fixed at an arbitrary three-dimensional angle. The connection portion 29 can be manually installed in the arbitrary direction. Further, the plane mirror 30 can be controlled to always face the sun by computer control (not shown). The surface of the flat mirror 30 is coated with a resin layer 31 in which the red phosphor used in Example 23 is dispersed in a silicone resin. The phosphor absorbs blue and green components in sunlight and converts them into red component light. Thereby, the plant 11, 12, 13 is irradiated with the light 33 enriched with the red component. Light rich in red component activates photosynthesis and promotes plant growth.
本発明の色変換器は、投入光中の短波長成分の光を赤色の長波長成分に変換する。特に、投入光が短波長成分および長波長成分を有する場合には、投入光中の赤色成分を富化した光が生成されるので、植物の育成に好適である。本発明は、園芸植物、果樹、野菜、穀物などの収穫増収効果があるため、幅広い農業の発展に寄与することが期待できる。 The color converter of the present invention converts light having a short wavelength component in input light into a red long wavelength component. In particular, when the input light has a short wavelength component and a long wavelength component, light enriched with the red component in the input light is generated, which is suitable for growing plants. The present invention is expected to contribute to the development of a wide range of agriculture because it has the effect of increasing yields of horticultural plants, fruit trees, vegetables, grains and the like.
１１、１２、１３、２４０ 植物。
１４、２４、２７ 支持台。
１５、１６、１７ ガラス板。
１８、１９、２０、２３、１００、１００’ 色変換器。
２１、３２ 太陽光。
２２、２６、３３ 色変換器で赤色成分が富化された光。
２５ 人工光源。
２８ 支持棒。
２９ 方向可変接続部。
３０ 平面鏡。
３１ 蛍光体を含む樹脂層。
１２０ 透光体
１３０、２１０ 投入光
１４０、２３０ 変換光
２００ 植物育成装置
２２０ 光源
11, 12, 13, 240 Plants.
14, 24, 27 Support stand.
15, 16, 17 Glass plate.
18, 19, 20, 23, 100, 100 'color converter.
21, 32 Sunlight.
22, 26, 33 Light enriched with red component by color converter.
25 Artificial light source.
28 Support rod.
29 Directional variable connection.
30 Plane mirror.
31 A resin layer containing a phosphor.
120 translucent bodies 130, 210 input light 140, 230 converted light 200 plant growing device 220 light source
Claims (8)
投入光の前記短波長成分を吸収して前記長波長成分に変換して変換光を発する蛍光体からなり、
前記変換光における波長４．０×１０２ｎｍから５．０×１０２ｎｍの波長の青色光成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｂ））と、波長６．０×１０２ｎｍから７．０×１０２ｎｍの波長の赤色成分の光量子束（ＰＰＦ（Ｒ））との比（ＰＰＦ（Ｂ）／ＰＰＦ（Ｒ））は、０．０５以上０．４以下の範囲である、色変換器。 A color converter that emits converted light by converting the wavelength of input light having a short wavelength component and a long wavelength component,
It consists of a phosphor that absorbs the short wavelength component of the input light and converts it into the long wavelength component to emit converted light,
A blue light component photon flux (PPF (B)) having a wavelength of 4.0 × 10 2 nm to 5.0 × 10 2 nm in the converted light, and a wavelength of 6.0 × 10 2 nm to 7.0 ×. A color converter having a ratio (PPF (B) / PPF (R)) to a photon flux (PPF (R)) of a red component having a wavelength of 10 2 nm in a range of 0.05 to 0.4.
前記長波長成分の光は、５．８×１０２ｎｍ以上７．０×１０２ｎｍ未満の波長の可視光である、請求項１に記載の色変換器。 The light of the short wavelength component is visible light having a wavelength of 4.5 × 10 2 nm or more and less than 5.8 × 10 2 nm,
The color converter according to claim 1, wherein the light having the long wavelength component is visible light having a wavelength of 5.8 × 10 2 nm or more and less than 7.0 × 10 2 nm.
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