JP2013046621A - 植物育成用の照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】植物の育成に必要な光を供給する照明装置であって、近紫外領域又は紫外領域に発光領域を有する半導体発光素子と、該半導体発光素子からの発光で励起し赤色光を蛍光する赤色蛍光体とを有し、外部に対して少なくとも該赤色蛍光体からの赤色光を出射する第一蛍光発光部と、近紫外領域又は紫外領域に発光領域を有する半導体発光素子と、該半導体発光素子からの発光で励起し青色光を蛍光する青色蛍光体とを有し、外部に対して少なくとも該青色蛍光体からの青色光を出射する第二蛍光発光部と、第一蛍光発光部が有する半導体発光素子と、第二蛍光発光部が有する半導体発光素子のそれぞれに電力を供給する電力供給部と、を備える。そして、第一蛍光発光部から出射される赤色光と第二蛍光発光部から出射される青色光が合成され、該合成光が植物に照射される。
【選択図】図8A
Description
れの光源に近紫外領域又は紫外領域を発光領域とする半導体発光素子を利用するとともに、それぞれの半導体発光素子からの出射光によって励起され赤色と青色に蛍光する蛍光部をそれぞれに設けることとした。赤色光と青色光とを蛍光部による蛍光発光とすることで、両者の合成を良好に行い植物の育成を効率的に行えるようにするものである。
第二蛍光発光部によって植物に照射される光のエネルギーのうち、前記半導体発光素子による近紫外光又は紫外光の領域から前記第一蛍光発光部による赤色光の領域に至る範囲の全光エネルギーに対する、前記第一蛍光発光部による赤色光のエネルギーと、前記第二蛍光発光部による青色光のエネルギーと、前記半導体発光素子による近紫外光又は紫外光のエネルギーの総和エネルギーの占める割合を、95%以上としてもよい。このようにすることで、植物の育成がより効率的となる。
され、また肥料も生産ベース42中に肥料溶液として供給されるため、育成植物の育成が効率的に行われる。さらに、生産装置40が、アクリル板49によって外界と遮断されるため、育成植物が外乱にさらされなくなり、その結果、使用する農薬の量を減らすことができる。このように生産装置40は、植物の育成を効率的に行い得るものであるが、さらに照明装置8による植物への照明を以下のように工夫することで、植物育成の更なる効率化を可能とする。
aについては、本発明では考慮しなくてよい。図3からも分かるように、紫から青にかけての青色領域と、橙から赤にかけての赤色領域において、いずれのクロロフィルにおいても光吸収のピークが現れているが、両領域の間の緑色領域では、光吸収のピークは比較的小さい。一方で、図3に、人間の可視光線のスペクトルを重ねて示すと、青色領域から緑色領域にかけて光の強度が強くなっている。このように、植物の光吸収の特性と人間の可視光線の強度特性とは、必ずしも合致しているというわけではなく、植物の育成の効率化を図ろうとするには、可視光線をそのまま照射しているだけでは不十分であることが示されている。
そこで、図4A、図4B、図5に上述の光照射を可能とする照明装置8の構成を示す。図4Aは、照明装置8に複数含まれるパッケージ1のうち一つのパッケージ1の概略構成の斜視図であり、図4Bは、パッケージ1に設けられた半導体発光素子3A、3Bに電力を供給する配線20A、20Bの実装状態を示す図である。また、図5は、図4Aに示す照明装置8において、上記配線20A、20Bを含む面で切断した場合の断面図である。図4Aに示すように、照明装置8はパッケージ1を含んで構成され、該パッケージ1は、基板2上に配置された環状且つ円錐台形状のリフレクタ10を有する。このリフレクタ10は後述する各分割領域部12(12A、12B)からの出力光の一部を、照明装置8の出射方向に導く機能を有するとともに、パッケージ1の本体としての機能も果たす。尚、リフレクタ10の円錐台形状の上面側は、照明装置8による光の出射方向となり、開口部13を形成している。一方で、リフレクタ10の円錐台形状の下面側は基板2が配置され、詳細は後述するが各半導体発光素子への電力供給のための配線が敷設等されている(当該配線は図4Aには図示せず)。
2Bの開口部を、分割開口部13Bと称する。即ち、開口部13は、間仕切り11によって分割開口部13Aと13Bに分割されたことになる。
ここで、近紫外半導体発光素子3は、電力が供給されることにより近紫外領域(発光波長360nm〜430nmの領域)の光を発光し、後述する蛍光発光部14A、14B(包括的に蛍光発光部14と称する場合もある。)を励起するものである。中でも、GaN系化合物半導体を使用したGaN系半導体発光素子が好ましい。なぜなら、GaN系半導体発光素子は、この領域の光を発するのに、発光出力や外部量子効率が格段に大きく、後述の蛍光体と組み合わせることによって、非常に低電力で非常に明るい発光が得られるからである。GaN系半導体発光素子においては、AlxGayN発光層、GaN発光層、またはInxGayN発光層を有しているものが好ましい。GaN系半導体発光素子においては、それらの中でInxGayN発光層を有するものが、発光強度が非常に強いので、特に好ましく、InxGayN層とGaN層の多重量子井戸構造のものが、発光強度が非常に強いので、特に好ましい。
照明装置8においては、二つの分割領域部12A、12Bが設けられるため、そこで各分割領域部から赤色領域の光と青色領域の光が出射されるように、蛍光発光部14A、14Bに含まれる蛍光体が選択される。本実施例では、蛍光発光部14Aには、近紫外半導体発光素子3Aの励起により赤色光を蛍光、発光する赤色蛍光体が含まれるものとし、蛍光発光部14Bには、近紫外半導体発光素子3Bの励起により青色光を蛍光、発光する青色蛍光体が含まれるものとする。
ASNの一つである、Ca0.985Eu0.015AlSiN3の製造について説明する。まず、金属元素の仕込み組成比がCa0.985Eu0.015AlSi1.03となるようにCa3N2、AlN、Si3N4及びEuF3をそれぞれ秤量する。具体的には、Ca3N2(CERAC incorporated社製)を68.61g、AlN((株)トクヤマ社製)を57.37g、Si3N4(宇部興産(株)社製)を74.61g及びEuF3(信越化学工業(株)社製)を2.34g用いた。
フレクタ10の内部において二つの分割領域部12A、12Bが、その出力光の出射口、即ち分割開口部13A、13Bを並べて一体的に設けられている。そして、各蛍光発光部14A、14Bからの出力光である、図8Aに示す赤色領域にピークを有する赤色蛍光と青色領域にピークを有する青色蛍光とは、それぞれ分割開口部13A、13Bから外部に出射される。ここで、この分割開口部から放出される赤色蛍光と青色蛍光は、蛍光体を含む蛍光発光部14を介して得られているため、近紫外半導体発光素子3A、3Bからの出力光が充分に散乱され、配光がランバーシアン的となり出射される。そのため、照明装置8としての照射光は、赤色蛍光と青色蛍光とが均一に合成した合成光となり、赤色と青色の色分離は極めて低く抑えることができる。
上述の実施例で示した照明装置8では、分割領域部12Aには赤色蛍光体を封入し、分割領域部12Bには青色蛍光体を封入した。しかし、上記のように一般的に植物の育成にとって、赤色光のエネルギーの割合が青色光のエネルギーの割合よりも高くなるため、すなわち赤色割合は比較的高く設定されることが多いため、パッケージ1に設けられた分割領域部に封入される赤色蛍光体の割合を増やすことも好ましい。そこで、図9に示すように、分割領域部12Aにおいては、図5に示す状態と同様に赤色蛍光体が含まれるように蛍光発光部14Aが形成されるが、分割領域部12Bにおいては、赤色蛍光体と青色蛍光体の両者が含まれるように蛍光発光部15Bが形成されてもよい。すなわち、図9に示す照明装置8は、図5に示す照明装置8よりも赤色割合を高く設定できる照明装置である。
上述の実施例では、一つのパッケージ1内に二つの分割領域部を形成し、それぞれから蛍光としての赤色光と青色光を出射する構成とした。このような構成に代えて、一つのパッケージに一種類の蛍光体を封入し、赤色蛍光を照射する赤色パッケージと青色蛍光を照射する青色パッケージとを準備し、これらのパッケージを様々な形態に並べることで照明装置8を構成してもよい。このとき、赤色パッケージからの赤色蛍光と青色パッケージからの青色蛍光との合成が良好に行われるように、例えば、赤色パッケージと青色パッケージを交互に並べる等の配慮をするのが好ましい。また、一つのパッケージにおいて分割領域部を設けずに、その内部に赤色蛍光体と青色蛍光体を混ぜ合わせた状態で封入してもよい。
本発明に係る照明装置8に採用できる赤色蛍光体、青色蛍光体、封止材料のその他の材料を以下に例示する。
Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu,Mn、(Ba,Mg)2SiO4:Eu,Mn等の
Eu,Mn付活珪酸塩蛍光体、(Ca,Sr)S:Eu等のEu付活硫化物蛍光体、YAlO3:Eu等のEu付活アルミン酸塩蛍光体、LiY9(SiO4)6O2:Eu、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu、(Sr,Ba,Ca)3SiO5:Eu、Sr2BaSiO5:Eu等のEu付活珪酸塩蛍光体、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce等のCe付活アルミン酸塩蛍光体、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu等のEu付活窒化物蛍光体、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Ce等のCe付活窒化物蛍光体、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mn
等のEu,Mn付活ハロリン酸塩蛍光体、Ba3MgSi2O8:Eu,Mn、(Ba,
Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8:Eu,Mn等のEu,Mn付活珪酸塩蛍
光体、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn等のMn付活ゲルマン酸塩蛍光体、Eu付活αサイアロン等のEu付活酸窒化物蛍光体、(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu,Bi等のEu,Bi付活酸化物蛍光体、(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu,Bi等のEu,Bi付活酸硫化物蛍光体、(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu,Bi等のEu,Bi付活バナジン酸塩蛍光体、SrY2S4:Eu,Ce等のEu,Ce付活硫化物蛍光体、CaLa2S4:Ce等のCe付活硫化物蛍光体、(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu,Mn等のEu,Mn付活リン酸塩蛍光体、(Y,Lu)2WO6:Eu,Mo等のEu,Mo付活タングステン酸塩蛍光体、(Ba,Sr,Ca)xSiyNz:Eu,Ce(但し、x、y、zは、1以上の整数)等のEu,Ce付活窒化物蛍光体、(Ca,Sr,Ba,Mg)10(
PO4)6(F,Cl,Br,OH)2:Eu,Mn等のEu,Mn付活ハロリン酸塩蛍光
体、((Y,Lu,Gd,Tb)1−xScxCey)2(Ca,Mg)1−r(Mg,Zn)2+rSiz−qGeqO12+δ等のCe付活珪酸塩蛍光体等を用いることも可能である。
テトラフェニル}ジインデノ[1,2,3−cd:1’,2’,3’−lm]ペリレン)
、アントラキノン系顔料、レーキ系顔料、アゾ系顔料、キナクリドン系顔料、アントラセン系顔料、イソインドリン系顔料、イソインドリノン系顔料、フタロシアニン系顔料、トリフェニルメタン系塩基性染料、インダンスロン系顔料、インドフェノール系顔料、シアニン系顔料、ジオキサジン系顔料を用いることも可能である。
PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu,Mn,Sb等のEu,Tb,Sm付活ハロリ
ン酸塩蛍光体、BaAl2Si2O8:Eu、(Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu等のEu付活珪酸塩蛍光体、Sr2P2O7:Eu等のEu付活リン酸塩蛍光体、ZnS:Ag、ZnS:Ag,Al等の硫化物蛍光体、Y2SiO5:Ce等のCe付活珪酸塩蛍光体、CaWO4等のタングステン酸塩蛍光体、(Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu,Mn
、(Sr,Ca)10(PO4)6・nB2O3:Eu、2SrO・0.84P2O5・0.16B2O3:Eu等のEu,Mn付活硼酸リン酸塩蛍光体、Sr2Si3O8・2SrCl2:Eu等のEu付活ハロ珪酸塩蛍光体等を用いることも可能である。
(i)ピークトップの位置がケミカルシフト−40ppm以上、0ppm以下の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上、3.0ppm以下であるピーク。
(ii)ピークトップの位置がケミカルシフト−80ppm以上、−40ppm未満の領域にあり、ピークの半値幅が0.3ppm以上5.0ppm以下であるピーク。
(2)珪素含有率が20重量%以上である。
(3)シラノール含有率が0.01重量%以上、10重量%以下である。
あり、シロキサン鎖中心に自由回転可能である、(IV)酸化度が大きく、これ以上酸化されない、(V)電気絶縁性に富む等の優れた特徴を有する。
、紫外領域に吸収を持たないため光分解が起こりにくく、耐光性に優れる。
2・・・・基板
3、3A、3B・・・・近紫外半導体発光素子
8・・・・照明装置
10・・・・リフレクタ
11・・・・間仕切り
12、12A、12B・・・・分割領域部
13・・・・開口部
13A、13B・・・・分割開口部
14、14A、14B・・・・蛍光発光部
20、20A、20B・・・・配線
20C、20D・・・・対配線
40・・・・生産装置
41・・・・照明ベース
42・・・・生産ベース
43・・・・支持ポール
44・・・・太陽電池
45・・・・バッテリ
Claims (11)
- 植物の育成に必要な光を供給する照明装置であって、
近紫外領域又は紫外領域に発光領域を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの発光で励起し赤色光を蛍光する赤色蛍光体と、
前記半導体発光素子からの発光で励起し青色光を蛍光する青色蛍光体と、
を備え、
前記赤色蛍光体により蛍光される赤色光と前記青色蛍光体により蛍光される青色光が合成され、当該合成光が植物に照射される
ことを特徴とする植物育成用の照明装置。 - 前記照明装置の出射方向に開口部を有するパッケージを更に備え、
前記半導体発光素子は、前記パッケージ内に設けられ、
前記赤色蛍光体及び前記青色蛍光体は、混ぜ合わされた状態で前記パッケージ内に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記照明装置の出射方向にそれぞれ開口部を有する第1パッケージ及び第2パッケージを更に備え、
前記半導体発光素子及び前記赤色蛍光体は、前記第1パッケージ内に設けられ、
前記半導体発光素子及び前記青色蛍光体は、前記第2パッケージ内に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記赤色蛍光体は、前記第2パッケージ内にも更に設けられる
ことを特徴とする請求項3に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記第1パッケージ及び前記第2パッケージは、交互に並べられる
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記照明装置の出射方向に開口部を有するパッケージであって、前記開口部の一部をそれぞれ含むように、前記パッケージの内部が複数の分割領域部に分割されるパッケージを更に備え、
前記半導体発光素子及び前記赤色蛍光体は、前記パッケージ内の一の分割領域部内に設けられ、
前記半導体発光素子及び前記青色蛍光体は、前記パッケージ内の前記一の分割領域とは異なる他の分割領域部内に設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記赤色蛍光体は、前記他の分割領域部内にも更に設けられる
ことを特徴とする請求項6に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記青色蛍光体から出射される青色光のエネルギーに対する前記赤色蛍光体から出射される赤色光のエネルギーの比は、2以上10以下である
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記半導体発光素子、前記赤色蛍光体および前記青色蛍光体によって植物に照射される光のエネルギーのうち、前記半導体発光素子による近紫外光又は紫外光の領域から前記赤色蛍光体による赤色光の領域に至る範囲の全光エネルギーに対する、前記赤色蛍光体による赤色光のエネルギーと、前記青色蛍光体による青色光のエネルギーと、前記半導体発光素子による近紫外光又は紫外光のエネルギーの総和エネルギーの占める割合は、95%以
上である
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の植物育成用の照明装置。 - 前記青色蛍光体の半値幅は、50nm以上であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の植物育成用の照明装置。
- 前記赤色蛍光体の半値幅は、80nm以上であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の植物育成用の照明装置。
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