JP4670108B2 - 光合成抑制光源及びそれを用いた照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光合成生物の生育を抑制又は阻害する光合成抑制光源およびそれを用いた照明装置に関する。
従来、観光地等における洞窟内の照明には、蛍光灯、ナトリウムランプ、および水銀灯などが用いられているが、これらの光源は光合成生物の生育に寄与する光を含むため、本来洞窟内においては生育しないはずの光合成生物を繁殖させたり、生育させてしまい、洞内の生態系を破壊してしまう恐れがあった。
その一方で、観光地等における洞窟内の照明は、洞内の様子を観察したり、入洞者が歩行する際の安全を確保するのに不可欠であり、排除することができない。
また、洞内において光が照射される箇所に着生したり繁殖した光合成生物を物理的、あるいは薬品等の化学的手段により排除する方法も考えられるが、いずれも洞窟の壁面を傷つけてしまったり、洗浄液で洞内の水質を汚染してしまう恐れがあった。
そこで、上述のような課題に対処するため、例えば、生物の生育を阻害したり、光合成を抑制するための光源に関する発明がいくつか開示されている。
特許文献１には「殺菌用閃光放電ランプおよび殺菌方法」という名称で、遠紫外領域に大きな放射強度の光が得られて十分に高い殺菌効果が得られ、しかも使用寿命が長い殺菌用閃光放電ランプおよび高い効率で殺菌効果を得ることができる殺菌方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に記載の発明は、キセノン、クリプトンおよびアルゴンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガスと、アンチモンまたはアンチモン化合物とが放電容器内に封入されることを特徴とする殺菌用閃光放電ランプ、及びこの殺菌用閃光放電ランプよりの放射光を被処理物に照射する殺菌方法である。
特許文献１に記載の発明によれば、放電容器内にアンチモンあるいはアンチモン化合物が封入されているため、アンチモンによる遠紫外領域の放射スペクトルが希ガスによる放射スペクトルに対して支配的な状態が得られ、遠紫外領域において殺菌に寄与する波長の光を大きな放射強度で得ることができ、被処理物に対して十分に高い殺菌効果を得ることができる。
また、特許文献２には「水槽用の照明装置および照明付き水槽」という名称で、薬剤を用いることなく水槽の壁面に付着する藻類の発生を抑制すると同時に、水草の生育をほどよく抑制する水槽用の照明装置および照明付き水槽に関する発明が開示されている。
特許文献２に記載の発明は、観賞用の水槽を照明するための照明装置であって、波長５００〜６００ｎｍに発光ピーク波長をもつ緑色光を発光する光源を用いたことを特徴とするものである。
また、特許文献２に記載の発明の照明装置によれば、波長５００〜６００ｎｍに発光ピーク波長をもつ緑色光を発光することで、その光の作用で藻類の発生を抑制すると同時に、水草が育成過多となるのを抑制することができるという効果を有する。
この結果、藻類の発生を抑制するために水槽に薬剤を投入する必要がないので、水槽の水質の変化を防止することができる上、観賞魚や水草に悪影響を及ぼす心配がない。すなわち、水草に対しては、育成をほどよく抑制するのみで害を及ぼす心配がなく、このため、一旦トリミングした形態を長期間維持することができ、レイアウトの景観を乱さないという効果を有する。また、水槽の透明度あるいは透光性を長期に渡って維持することができる。
特開２００１−６８０５７号公報 特開２００３−１６９５６６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の「殺菌用閃光放電ランプ」を洞窟内において照明装置として用いた場合、その高い殺菌効果で洞内における光合成生物の生育や繁殖を抑制することができると考えられるものの、遠紫外領域の光は人体にも害を与える可能性が高く、多くの人が出入する場所での照明には適さないという課題があった。また、洞内に生息する希少生物に対しても悪影響を及ぼす恐れが高かった。
加えて、特許文献１に記載の「殺菌用閃光放電ランプ」は、可視光領域外の光である遠紫外領域の光を発するため、人の目には光として認識されないので被照射対象を明るく照らすことができず、照明装置として適さない可能性があった。
また、従来公知の蛍光灯、ナトリウムランプ、および水銀灯などの光源との併用、すなわち、観光客が入洞する時間帯は従来公知の蛍光灯、ナトリウムランプ、および水銀灯などの光源を用いて照明し、夜間等の観光客が入洞しない時間帯に特許文献１に記載の「殺菌用閃光放電ランプ」を用いて殺菌を行うことも考えられるが、照明装置が大型化してメンテナンスが煩雑になる上、殺菌照明のための電気代がかさむという課題があった。
また、上述の特許文献２に開示される発明は、水槽用の照明装置及び照明付き水槽に関するものであり、このような水槽においては藻類の発生を防止する必要があるものの、観賞魚の生育に害が出るのは好ましくないので、高い殺菌効果を有する紫外光や遠紫外光を用いて藻類の発生を防止することは適切ではなかった。
さらに、緑色光のみで水槽内を照明した場合、藻類の発生を遅延させたり、水草の育成を停滞させることができるものの、水槽内を明るく照らし出すことができない可能性があった。
そして、緑色光と蛍光灯等の白色光源を併用した場合、緑色光は光合成生物の生育や繁殖を停滞させる効果を有するのに対し、蛍光灯等の白色光源は光合成生物の生育や繁殖を促すように作用するため、これらを組合せて照明装置とした場合、光合成生物の生育や繁殖を促進する可能性は低いと考えられるものの、その生育や繁殖を十分に抑制することもできない可能性が高かった。
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害しながら被照射対象を明るく照らし出すことができ、かつ、人体に悪影響を及ぼす恐れのない白色光源及びそれを用いた照明装置を提供することにある。
請求項１に記載の発明である光合成抑制光源は、近紫外光を発する半導体層と、この近紫外光により励起されて波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有し光合成にほとんど寄与しない緑色光を発する蛍光体とを有し、近紫外光は、波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫外光と，波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫色光とを含み、近紫外光と緑色光とを混合して略白色光とし、略白色光は、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を含まないことを特徴とするものである。
上記構成の光合成抑制光源において、緑色光及び紫色光を用いることで被照射対象上に付着又は着生する光合成生物に対し、光合成にほとんど寄与しない光を供給するという作用を有する。また、紫色光は、緑色光との混合光を略白色にするという作用を有する。
また、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を請求項１に記載の光合成抑制光源から排除することで、より望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光を光合成抑制光源から排除することで、略白色光が光合成生物の体内における光合成作用に直接的に寄与するのを妨げるという作用を有する。
これは、光合成生物を正常に生育させるためには、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光と波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の両方が、より詳細には、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光と波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の両方が必要であることが知られていることによるものである。
そして、特に波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光は、より詳細には、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光は、光合成生物の体内に存在する葉緑素による光合成反応、すなわち、Ｈ2ＯとＣＯ2から生物が利用できる有機化合物を生産する際に直接的に寄与することが研究結果として知られていることによるものである。（LEDの植物栽培への適用，田中史宏他，OPTRONICS No.12，p134-140 (1998)、半導体レーザダイオードを用いた植物栽培，管 博文他，OPTRONICS
No.12，p129-133、RGB３色高光度LEDを用いた植物栽培と生育センシング，岡本研正他，応用物理，Vol.68，No.12，p156-160 (1999)、特開９−９８号公報を参照。）
この光合成反応への寄与は、研究結果によれば波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の方が強いものの、波長６４０nmや６００nm付近にも葉緑素による吸収ピークが見られるため、これらの発光ピークも含めて、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有して橙色光から赤色光を発する蛍光体の組合せを含まないものとすることが望ましいのである。
また、略白色光は、人の目に違和感を与えることなく被照射対象を明るく照らし出すという作用を有する。
なお、本願明細書に記載される光合成生物とは、葉緑素を有し、光エネルギーを利用してＨ2ＯとＣＯ2から生物が利用できる有機化合物を生産する能力を備えた生物全般を意味しており、このような生物としては、種子植物、シダ植物、コケ植物、藻類、菌類、細菌類等がある。
また、本願明細書中においては、波長のピーク位置が３８０nmよりも短い領域にある光を紫外光、波長３８０〜４００nmに発光ピークを有する光を紫色光、波長４００〜４３０nmに発光ピークを有する光を青紫色光、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する光を青色光、波長４９０〜５７０nmに発光ピークを有する光を緑色光、波長５７０〜６００nmに発光ピークを有する光を黄色光、波長６００〜６４０nmに発光ピークを有する光を橙色光、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する光を赤色光、波長３００〜４００nmに発光ピークを有する光を近紫外光と呼ぶ。
さらに、本願特許請求の範囲及び明細書に記載する「略白色（光）」とは、ＪＩＳ規格の色度図における、青みの白、緑みの白、黄みの白、紫みの白、を含んだ白色（光）を意味している。
また、請求項１に記載の構成における紫色光は、特に近紫外光により供給される。
そして、近紫外光に含まれる紫外光は、光合成生物の表面を覆うたんぱく質の構造を変化させたり、光合成生物のＤＮＡの複製機能を阻害して、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害するという作用を有する。
また、請求項１記載の発明において、近紫外光は半導体層から発せられ、さらに、緑色光は，この半導体層から発せられる近紫外光により励起される蛍光体から発せられる。
この場合、半導体層は近紫外光を発するという作用を有する。また、蛍光体は、光合成にほとんど寄与しない緑色光を発するという作用を有する。
請求項２に記載の発明である光合成抑制照明装置は、請求項１に記載の光合成抑制光源を少なくとも１つ備えることを特徴とするものである。
上記構成の光合成抑制照明装置は、請求項１に記載の光合成抑制光源により構成されるものであり、請求項１に記載の発明と同様の作用を有する。
請求項３に記載の発明である光合成抑制照明装置は、請求項２に記載の光合成抑制照明装置であって、光合成抑制光源の光の放射方向側に光拡散体を備えることを特徴とするものである。
上記構成の光合成抑制照明装置は、請求項２に記載の発明と同じ作用に加え、光拡散体は光合成抑制光源から発せられる光の拡散を促進するという作用を有する。
請求項４に記載の発明である光合成抑制照明装置は、波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫外光と，波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫色光と，を含む近紫外光を発する半導体層を備える光源と、この光源の光の放射方向側に設けられる光拡散体と、この光拡散体に内包又は付着され，近紫外光により励起されて波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有し光合成にほとんど寄与しない緑色光を発する蛍光体とを有し、近紫外光と緑色光とを混合して略白色光とし、略白色光は、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を含まないことを特徴とするものである。
上記構成の光合成抑制照明装置は、請求項３記載の発明において、蛍光体が光合成抑制光源に設けられる代わりに、光拡散体に内包又は付着されることを特徴とするものである。
従って、請求項４に記載の発明は請求項３に記載の発明と同じ作用を有する。
本発明の請求項１に記載の発明によれば、光合成にほとんど寄与しない紫色光と、光合成にほとんど寄与しない緑色光とを混合して略白色光とし、かつ、この略白色光を、赤色光を含まないものとすることで、光合成生物の正常な生育に寄与しない略白色光、あるいは、光合成にほとんど寄与しない略白色光を発生させることができるという効果を有する。
この結果、請求項１に記載の光合成抑制光源から放射される光を被照射対象に照射することで、そこを略白色光で明るく照らし出すことができると同時に、この略白色光が照射される位置における光合成生物の生育を抑制・阻害して、被照射対象に本来生育するはずのない光合成生物が生育・繁殖するのを抑制することができるという効果を有する。
従って、請求項１に記載の光合成抑制光源により洞窟内を照明した場合、洞窟内の生態系を好適に維持することができるという効果を有する。
また、請求項１記載の発明によれば、近紫外光を構成する紫外光により光合成生物のＤＮＡの複製機能を阻害することで、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害することができるという効果を有する。
さらに、請求項１に記載の発明は、近紫外光を放射する半導体層を備え、の近紫外光によって励起されて緑色光を発する蛍光体を備えることで、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害しながら、被照射対象を明るく照らすことのできる略白色光を１つの光源から発生させることができるという効果を有する。
また、請求項１に記載の光合成抑制光源を構成するのに必要な蛍光体を最少の１種類にすることができるという効果を有する。この結果、請求項１に記載の光合成抑制光源から放射される略白色光を、くすみの少ない鮮やかなものにすることができるという効果を有する。さらに、請求項１に記載の光合成抑制光源は構造を単純化して信頼性を向上させると同時に、原材料費を安価にしてその製造コストも削減することができるという効果を有する。
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光合成抑制光源を少なくとも１つ備えた光合成抑制照明装置であり、請求項１に記載の発明と同様の効果を有する。
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明と同様の効果に加え、光拡散体を備えることで、光合成抑制光源から放射される光の拡散が促進されてその光を広範囲に照射することができるという効果を有する。
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明と同じ効果を有する。加えて、蛍光体を光拡散体に内包又は付着させることで、蛍光体と、近紫外光を放射する半導体層とを別体に設けることが可能となり、既存の近紫外光を放射するＬＥＤを用いて請求項３に記載の発明と同様の効果を有する光合成抑制照明装置を作製することができるという効果を有する。
この結果、請求項４に記載の発明と同様の効果を有する光合成抑制照明装置の製造コストを大幅に削減することができるという効果を有する。
本発明の実施例１に係る光合成抑制光源の断面図である。 本発明の実施例２に係る光合成抑制光源の断面図である。 本発明の実施例３に係る光合成抑制照明装置の概念図である。 本発明の実施例３に係る光合成抑制照明装置の断面図である。
本発明の最良の実施の形態に係る光合成抑制光源及びそれを用いた光合成抑制照明装置について実施例１乃至実施例３を参照しながら詳細に説明する。
先にも述べたように、これまで、光合成生物の正常な生育には、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の両方が、より詳細には、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の両方が必要であることが様々な実験や研究により知られている。
また、特に、光合成生物の体内において光合成が行われる際には、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光が、より詳細には、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光が必要であることが様々な実験や研究により知られている。
そこで発明者らは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の組合せを除いた、より望ましくは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の組合せを除いた特定の波長域を有する光を混合して照射することで、光合成生物の正常な生育を妨げることが可能となり、特に、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を除いた、より望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光を除いた特定の波長域を有する光を混合して照射することで、光合成作用自体を抑制して光合成生物の生育や繁殖を停滞させ、抑制することが可能となり、さらに、このような混合光を略白色とした場合、人の目に違和感を与えることなく被照射対象を明るく照らし出すことができることを見出した。
さらに発明者らは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の組合せを除いた、より望ましくは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の組合せを除いた、さらに望ましくは、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を除いた、一層望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光を除いた特定の波長域を有する光を得る手段として、近紫外光により励起される蛍光体を用いることにより、上述のような被照射対象の照明効果に加え、蛍光体に吸収されることなく透過した近紫外光中の紫外光（波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有する。）が、光合成生物の表面を覆うたんぱく質の構造を変化させたり、光合成生物のＤＮＡの複製機能を阻害することで、一層確実に光合成生物の生育や繁殖を抑制したり、阻害できることを見出した。
また、このような近紫外光は人体には悪影響を及ぼさないので、照明用の光源としても利用可能であり、しかも、安全である。
よって本発明は、近紫外光を放射する半導体層と、近紫外光により励起される蛍光体とを組み合わせて用いることで、近紫外光に含まれる波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有する紫色光と、少なくとも１つの蛍光体から発せられる特定波長域を有する光を混合して、あるいは、少なくとも２種類の蛍光体から発せられる少なくとも２種類の特定波長域を有する光を混合して照明に適した略白色光にすると同時に、光合成生物の生育や繁殖にほとんど寄与しない略白色光と、半導体層から放射される波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有する紫外光とを併せて被照射対象に照射することで、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害することができる光源を提供するものである。
なお、以下に示す実施例１に係る光合成抑制光源においては、近紫外光に含まれる波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有する紫色光と、蛍光体から発せられる緑色光を混合して略白色光とする場合を例に挙げて説明しているが、必ずしもこの組合せである必要はなく、波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有する紫色光と混合することで略白色光となる少なくとも１つの特定波長域を有する光の組合せであり、かつ、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の組合せを除いた、より望ましくは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の組合せを除いた、さらに望ましくは、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を除いた、一層望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光を除いたものであれば、その組み合わせ方や、特定波長域を有する光を発する蛍光体の種類は自由に選択可能である。
より具体的には、波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有する紫色光に、例えば、波長５６５nmに発光ピークを有する黄色がかった緑色光と、波長４８８nmに発光ピークを有する青みがかった緑色光の２種類を混合することによっても略白色光とすることが可能である。
また、以下に示す実施例２に係る光合成抑制光源においては、蛍光体から発せられる少なくとも２種類の特定波長域の光の混合例として、互いに補色関係にある波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光と、波長５７０〜６００nmに発光ピークを有する黄色光を混合して略白色光とする場合を例に挙げて説明しているが、必ずしもこの組み合わせである必要はなく、混合光が略白色光となり、かつ、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の組合せを除いた、より望ましくは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の組合せを除いた、さらに望ましくは、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を除いた、一層望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光を除いたものであればその組み合わせ、及び、特定波長域を有する蛍光体の種類は自由に選択可能である。
例えば、波長４１５nmに発光ピークを有する青紫色光と、波長４９３nmに発光ピークを有する青みがかった緑色光及び、波長５６５nmに発光ピークを有する黄みがかった緑色光の３種類を組み合わせた場合でも略白色光とすることができる。
なお、特定波長域に発光ピークを有する蛍光体として以下に示すような化合物を用いることが可能である。緑色光を発する蛍光体としては、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ,Ａｌ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ,Ｍｎや、Ｓｉ6-ｘＡｌｘＯｘＮ8-ｘ：Ｅｕや、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅなどがある。また、青色光を発する蛍光体としては、例えば、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕや、（Ｓｒ,Ｃａ,Ｂａ,Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃ12：Ｅｕや、ＬａＡｌ（Ｓｉ6-ｘＡｌｘ）Ｎ10-ｘＯｘ：Ｃｅなどがある。また、黄色光を発する蛍光体としては、例えば、（Ｙ,Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅや、Ｍｘ（Ｓｉ,Ａｌ）12ＯｘＮ8-ｘ：Ｅｕなどがある。また、赤色光を発する蛍光体としては、例えば、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕや、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕなどがある。
また、上記化合物からなる蛍光体においては、化合物を構成する原料物質の混合比を変えることで蛍光体のピーク波長をある程度変動させることが可能である。
このため、蛍光体を用いて、例えば、青色光と緑色光の中間色（以下、青緑色光と呼ぶ。）を放射させたい場合、その方法は２種類あり、一方は青色光を発する蛍光体又は緑色光を発する蛍光体を構成する原料物質の混合比を変えて青緑色光を発する蛍光体とすることで、１種類の蛍光体により青緑色光を放射させる方法であり、他方は青色光を発する蛍光体と緑色光を発する蛍光体の２種類の蛍光体を用いることでその混合光を青緑色にする方法である。
また、蛍光体から放射される光の強度は、蛍光体の添加量に比例するため、複数の蛍光体を用いる場合には、それぞれの蛍光体の添加量を変えることによっても光の色を調節することが可能である。
つまり、青色光を発する蛍光体と緑色光を発する蛍光体を用いて青緑色光とする場合、青色光を発する蛍光体の割合を大きくすることで青みを強くすることができ、緑色光を発する蛍光体の割合を大きくすることで緑みを強くすることができる。
従って、蛍光体を構成する原料物質の混合比を変えることで蛍光体から放射される光の色を変えたり、または、異なる色の光を放射する複数種類の蛍光体を適宜組み合わせて所望の色の光を放射させたり、または、蛍光体の添加量を調整して特定波長域の光の強度を調節したり、あるいはこれらの方法を適宜組み合わせることによれば、多種多様な色の光を混合して略白色光とすることが可能である。
なお、複数種類の色の光を混合して略白色光にすることができるか否かは、色度図におけるスペクトル軌跡上に２点をプロットし、それぞれを結んだ直線が略白色光を示すエリアに接している又は通過しているか否か、あるいは、スペクトル軌跡上に３点以上の点をプロットして、それぞれの点を結んでなる多角形が略白色光を示すエリアと重なりを有しているか否かを調べることにより明らかにすることが可能である。
さらに、本発明の実施例１,２に係る光合成抑制光源や、実施例３に係る光合成抑制照明装置に用いられる緑色光を発する蛍光体、青色光を発する蛍光体、黄色光を発する蛍光体、赤色光を発する蛍光体のそれぞれは、必ずしも上述の化合物に限定される必要はなく、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光の組合せが除かれるのであれば、より望ましくは、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光及び波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光の組合せが除かれるのであれば、さらに望ましくは、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光が除かれるのであれば、一層望ましくは、波長６００〜６８０nmに発光ピークを有する橙色光から赤色光が除かれるのであれば、どのような化合物を用いてもよい。
本発明の実施例１に係る光合成抑制光源について図１を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施例１に係る光合成抑制光源の断面図である。
図１に示すように、本発明の実施例１に係る光合成抑制光源１ａは、導電性を有するカップ状のフレーム２ａの底面に設けられる絶縁性の基板３上にバッファー層４を介して、近紫外光を放射する半導体層５が接合され、この半導体層５とフレーム２ａの上端部とが、また、半導体層５とフレーム２ｂの上端部とがそれぞれ導電性を有するワイヤ６ａ,６ｂにより接続され、封止材７により封止されるものである。
また、半導体層５が封止されたフレーム２ａ及びフレーム２ｂは合成樹脂性のレンズ９内に収容されて砲弾型の光合成抑制光源１ａが形成され、導電性のフレーム２ａ,２ｂのそれぞれには、導電性を有する脚部２２ａ,２２ｂがそれぞれ延設されている。
そして、封止材７の内部には波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有する緑色光を発する蛍光体８が分散した状態で収容されている。
図１に示す実施例１に係る光合成抑制光源１ａから、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害する略白色光が放射される仕組みについて図１を参照しながら詳細に説明する。
実施例１に係る光合成抑制光源１ａから光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害する略白色光を発生させるには、脚部２２ａ,２２ｂからフレーム２ａ,２ｂに電流を流せばよい。
このとき、フレーム２ａ,２ｂからワイヤ６ａ,６ｂを介して半導体層５に電力が供給されることで半導体層５から近紫外光１０が放射される。
そして、この近紫外光１０の一部が封止材７に内包される蛍光体８に当たると、蛍光体８から波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有する緑色光１２が放射される。
また、半導体層５から放射される近紫外光１０の一部は蛍光体８に吸収されることなく封止材７からレンズ９に放射されるのであるが、この近紫外光１０には波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有する紫色光１１が含まれており、蛍光体８から発せられる緑色光１２と紫色光１１とは互いに補色関係にあるので、光合成抑制光源１ａから放射される緑色光１２と紫色光１１の混合光１３が略白色光になるのである。
そして、略白色の混合光１３を構成する緑色光１２及び紫色光１１はいずれも生体における光合成にほとんど寄与しないので、光合成生物の生育や繁殖を停滞・抑制することができるという効果を有する。
また、このとき混合光１３は略白色となるので、被照射対象を明るく照らし出すことができるという効果も有する。
さらに、半導体層５から放射される近紫外光１０に含まれる波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有する紫外光は、光合成生物の表面を覆うたんぱく質の構造を変化させたり、光合成生物のＤＮＡの複製機能を阻害するため、光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害するという効果を有するものの、人体には悪影響を及ぼさないので照明用の光源として安全に利用することができる。
すなわち、光合成抑制光源１ａから放射される光は人体に害を及ぼさない略白色光であるため、例えば、人通りのある洞窟内の照明として使用することができるという効果を有する。
また、実施例１に係る光合成抑制光源１ａによれば、略白色の混合光１３による光合成生物の生育や繁殖の停滞・抑制効果と、近紫外光１０に含まれる紫外光による光合成生物の生育や繁殖の抑制・阻害効果が組み合わされて、被照射対象における光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害することができるという効果を有する。
よって、光合成抑制光源１ａから放射される光を照射した場合に、被照射対象上に新たに光合成生物が生育したり、繁殖したりするのを妨げることができ、洞窟内の生態系を好適に維持することができるという効果が発揮されるのである。
なお、図１においては封止材７に蛍光体８を内包させた場合を例に挙げて説明しているが、蛍光体８はレンズ９に内包させても、封止材７とレンズ９の両方に内包させてもよい。あるいは、蛍光体８は封止材７やレンズ９の表面に塗布するなどして付着させても良い。いずれの場合も図１に示す光合成抑制光源１ａと同じ効果を有する。以下に示す実施例２に係る光合成抑制光源においても同様である。
さらに、実施例１においては、光合成抑制光源１ａをプリント配線基板に実装可能なパッケージ型の光源とした場合を例に挙げて説明しているが、これ以外にも、ＳＭＤ型やプリント配線基板に近紫外光を放射する半導体層５を直接実装するベアチップ実装としてもよい。この場合、半導体層５を封止する樹脂中に蛍光体８を内包又は付着させることで図１に示す光合成抑制光源１ａと同様の作用・効果を発揮させることができる。以下に示す実施例２に係る光合成抑制光源においても同様である。
次に、本発明の実施例２に係る光合成抑制光源について図２を参照しながら詳細に説明する。
図２は本発明の実施例２に係る光合成抑制光源の断面図である。なお、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。また、実施例２に係る光合成抑制光源１ｂは、上述の実施例１に係る光合成抑制光源１ａとほぼ同一の構成を有するものであり、ここでは実施例１に係る光合成抑制光源１ａとの相違点に重点をおいて説明する。
図２に示すように、実施例２に係る光合成抑制光源１ｂは、上述の実施例１に係る光合成抑制光源１ａにおいて、蛍光体８に代えて、封止材７の内部に２種類の蛍光体１４ａ,１４ｂを備えたことを特徴とするものである。
また、実施例２に係る光合成抑制光源１ｂにおいて、封止材７に内包される蛍光体１４ａは、半導体層５から発せられる近紫外光１０により励起されて波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光を発する蛍光体であり、また、蛍光体１４ｂは、半導体層５から発せられる近紫外光１０により励起されて波長５７０〜６００nmに発光ピークを有する黄色光を発する蛍光体である。
図２に示す実施例２に係る光合成抑制光源１ｂにおいて、半導体層５に電力が供給されて半導体層５から近紫外光１０が放射されると、この近紫外光１０は封止材７に内包される蛍光体１４ａ,１４ｂに当たってこれらを励起させ、波長４３０〜４９０nmに発光ピークを有する青色光１５と、波長５７０〜６００nmに発光ピークを有する黄色光１６を発生させる。
そして、蛍光体１４ａから放射される青色光１５と、蛍光体１４ｂから放射される黄色光１６とは互いに補色関係にあるので、これらの混合光２３は、略白色光となり、照明用の光源として利用可能にするという効果を有する。
また、近紫外光１０に含まれる波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有する紫外光は、先にも述べたように、蛍光体１４ａや蛍光体１４ｂに吸収されずに封止材７から放射された際に、人体に悪影響を及ぼすことなく光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害するという効果を有する。
従って、実施例２に係る光合成抑制光源１ｂも、実施例１に係る光合成抑制光源１ａと同様に、被照射対象上において光合成生物が新たに生育したり繁殖するのを妨げることで、洞窟内の生態系を好適に維持すると同時に、被照射対象を明るく照らし出すことができるという効果を有する。
なお、実施例１,２に係る光合成抑制光源１ａ,１ｂにおいては、フレーム２ａ内に１個の半導体層５を収容した場合を例に挙げて説明しているが、これ以外にも、プリント配線基板上に近紫外光１０を放射する半導体層５を複数ベアチップ実装としても、ＳＭＤ型としてもよい。
この場合、より照度の高い光合成抑制光源１ａ,１ｂを提供することができるという効果を有する。
最後に本発明の実施例３に係る光合成抑制照明装置について図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
図３は本発明の実施例３に係る光合成抑制照明装置の概念図であり、図４は図３中のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図１又は図２に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
また、実施例３に係る光合成抑制照明装置は、上述の実施例１,２に係る光合成抑制光源１ａ,１ｂを用いたものであり、図３においては光合成抑制光源１ａ,１ｂを総称して光合成抑制光源１として表記している。
図３及び図４に示すように、実施例３に係る光合成抑制照明装置１７は、平板状のプリント配線基板１８上に複数の光合成抑制光源１を実装した面状光源１９を形成し、この面状光源１９を四方に反射体２０を配設した筐体２４の内部に収容し、光合成抑制光源１の光の放射方向側に、例えば、マイクロレンズアレイから成る光拡散体２１を覆設したものである。
なお、図３,４には特に示さないが、実施例３に係る光合成抑制照明装置１７を支持するためのアーム等を設けても良い。
このような実施例３に係る光合成抑制照明装置１７は、上述の実施例１,２に係る光合成抑制光源１ａ,１ｂを用いたものであり、実施例１,２に係る光合成抑制光源１ａ,１ｂと同様の作用・効果を有する。
また、反射体２０は光合成抑制光源１から放射される光がプリント配線基板１８の平面方向に拡散して光合成抑制光源１から放射される光が減衰するのを防止するという作用を有する。
さらに、光拡散体２１は光合成抑制光源１から放射される光を拡散するという作用を有する。
よって、面状光源１９に反射体２０及び光拡散体２１を備えることで、面状光源１９から放射される光の平面方向における減衰を防止しながら、光合成抑制光源１から発せられる光を放射方向に拡散させながら所望の箇所に照射することができるという効果を有する。
また、プリント配線基板１８上に複数の光合成抑制光源１を実装することで、光合成抑制光源１から被照射対象に発せられる光合成生物の生育や繁殖にほとんど寄与しない略白色光、及び、近紫外光１０に含まれる光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害する紫外光の強度を高めることができ、光合成生物の生育や繁殖の抑制・阻害効果と、照明効果を高めることができるという効果を有する。
なお、実施例３においては、平板状のプリント配線基板１８に複数の光合成抑制光源１を実装して面状光源１９を構成した場合を例に挙げているが、面状光源１９は、例えば、プリント配線基板上に近紫外光１０を発する半導体層５を複数のベアチップ実装し、その封止材やレンズ、あるいはこの両方に、蛍光体８又は、蛍光体１４ａ及び蛍光体１４ｂを、内包又は付着させたものを用いてもよい。
この場合、１個の光合成抑制光源１により面状光源１９を構成することができるという効果を有する。
なお、実施例３に係る光合成抑制照明装置１７においては、蛍光体８や、蛍光体１４ａ及び蛍光体１４ｂを光合成抑制光源１に設けた場合を例に挙げて説明しているが、蛍光体８や、蛍光体１４ａ,１４ｂは光拡散体２１の内部に内包させたり、あるいは、光拡散体２１の表面に付着させてもよい。
この場合、近紫外光１０を発する既製の光源を用いて実施例３に係る光合成抑制照明装置１７を製造することができるという効果を有する。
この結果、実施例３に係る光合成抑制照明装置１７の製造コストを大幅に削減することができるという効果を有する。
以上説明したように、本発明は光合成生物の生育や繁殖を抑制・阻害しながら人体に悪影響を及ぼさない略白色光を放射する光合成抑制光源およびそれを用いた光合成抑制照明装置であり、たとえば、種子植物、シダ植物、コケ植物、藻類、菌類、細菌類等の光合成生物の生育や繁殖が望まれない場所への照明装置に関する分野において利用可能である。
１…光合成抑制光源 １ａ…光合成抑制光源 １ｂ…光合成抑制光源 ２ａ…フレーム ２ｂ…フレーム ３…基板 ４…バッファー層 ５…半導体層 ６ａ…ワイヤ ６ｂ…ワイヤ ７…封止材 ８…蛍光体 ９…レンズ １０…近紫外光 １１…紫色光 １２…緑色光 １３…混合光（略白色光） １４ａ…蛍光体 １４ｂ…蛍光体 １５…青色光 １６…黄色光 １７…光合成抑制照明装置 １８…基板 １９…面状光源 ２０…反射体２１…光拡散体２２ａ…脚部 ２２ｂ…脚部２３…混合光（略白色光） ２４…筐体

Claims (4)

  1. 近紫外光（１０）を発する半導体層（５）と、この近紫外光（１０）により励起されて波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有し光合成にほとんど寄与しない緑色光（１２）を発する蛍光体（８）とを有し、
    前記近紫外光（１０）は、波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫外光と，波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫色光（１１）とを含み、
    前記近紫外光（１０）と前記緑色光（１２）とを混合して略白色光（１３）とし、
    前記略白色光（１３）は、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を含まないことを特徴とする光合成抑制光源（１ａ）。
  2. 請求項１に記載の光合成抑制光源を少なくとも１つ備えることを特徴とする光合成抑制照明装置（１７）。
  3. 前記光合成抑制光源の光の放射方向側に光拡散体（２１）を備えることを特徴とする請求項２に記載の光合成抑制照明装置（１７）。
  4. 波長３００〜３８０nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫外光と，波長３８０〜４００nmの間に発光帯を有し光合成にほとんど寄与しない紫色光（１１）と，を含む近紫外光（１０）を発する半導体層（５）を備える光源と、
    この光源の光の放射方向側に設けられる光拡散体（２１）と、
    この光拡散体（２１）に内包又は付着され，前記近紫外光（１０）により励起されて波長５５０〜５７０nmに発光ピークを有し光合成にほとんど寄与しない緑色光（１２）を発する蛍光体（８）とを有し、
    前記近紫外光（１０）と前記緑色光（１２）とを混合して略白色光（１３）とし、
    前記略白色光（１３）は、波長６４０〜６８０nmに発光ピークを有する赤色光を含まないことを特徴とする光合成抑制照明装置（１７）。
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