JP7423605B2

JP7423605B2 - 植物栽培用光源

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Publication number: JP7423605B2
Application number: JP2021510160A
Authority: JP
Inventors: セリョンキム，; サンミンコ，; ジンウォンキム，; ヒョンスソン，
Original assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Current assignee: Seoul Viosys Co Ltd
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2024-01-29
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: JP2021534768A; WO2020040598A1; US11968937B2; EP3841869A4; KR20210037687A; US20240049649A1; US20220192103A1; JP2024038403A; US11778953B2; US11291164B2; US20200060099A1; EP3841869A1; CN111182786A

Description

本発明は、植物栽培用光源に関するものであり、詳しくは、キク科の植物における有効物質の含量を高める光を出射する光源に関する。

植物栽培用の照明器具として、太陽光の代わりとなる多様な光源が開発され使用されている。既存の植物栽培用照明器具としては、白熱灯、蛍光灯等が主に使われていた。しかし、既存の植物栽培用照明器具は、単純に植物の光合成だけのために所定波長の光を植物に照射するだけで、それ以外の追加的な機能はないものが大部分だった。

植物は、多様なストレスに抵抗する過程で人に有用な物質を合成できるため、人に有用な物質が多量に含有されている植物を栽培できる光源および栽培装置等が多様に要求される。

本発明は、キク科の植物における植物の本来の色を維持しながら、有効物質の含量を高めることができる光を出射する光源を提供するためのものである。

本発明は、植物の明周期と暗周期に従ってオン又はオフになる植物栽培用光源に関するものであり、前記植物栽培用光源は第１半導体層、第２半導体層および活性層を含み、前記活性層は前記第１半導体層上に設けられて、前記活性層の形成物質によるエネルギーバンドのバンドギャップの差によって特定波長の光を放出し、前記明周期中の一部区間を第１区間とし、残りの区間を第２区間とすると、前記第１区間および前記第２区間は交番的に提供され、前記第１区間および第２区間に対して互いに異なる波長の光を前記植物に出射し、その結果、前記植物内の有効物質の含量が高くなる。

本発明の一実施例において、前記植物栽培用光源は、前記第１光を出射する第１光源部と、前記第２光を出射する第２光源部を含み、前記第１光源部および第２光源部の一つは、前記第１区間および第２区間の少なくとも一つの区間でオンになり得る。

本発明の一実施例において、前記第２光は点滅して前記植物に出射されてもよい。

本発明の一実施例において、前記第１光は可視光線波長帯域の光であり、前記第２光は紫外線波長帯域の光であり、前記第１区間では前記第１光が前記植物に出射され、前記第２区間では前記第２光が前記植物に出射され得る。

本発明の一実施例において、前記第２光は紫外線Ｂ波長帯域の光であり得る。本発明の一実施例において、前記第２光は約２８０ｎｍ～約３１５ｎｍの波長帯域を有することができる。

本発明の一実施例において、前記植物に照射された前記第２光の総累積エネルギー量は、２．３０４ｋＪ／ｍ^２以下であり得る。

本発明の一実施例において、前記第１区間および前記第２区間は、明周期内で順に繰り返され、隣接し合う前記第１区間および第２区間は、一つの反復周期を成す。本発明の一実施例において、前記反復周期の前記第２区間で出射される光は、前記第１区間では出射されなくてもよい。本発明の一実施例において、前記第２区間は収穫前の所定期日前から収穫時までの前記明周期に配置され得る。

本発明の一実施例において、前記有効物質は、クロロフィル、フラボノール、アントシアニン、セスキテルペンラクトン、およびフェノール性化合物の少なくとも一つであり得る。

本発明の一実施例は、前記植物栽培用光源が採用された植物栽培装置を含む。本発明の一実施例にかかる植物栽培装置は、前記本体内に設けられ、前記植物に光を照射する光源、および前記光源を制御する制御部を含み、前記光源は前記植物の明周期と暗周期によってオン又はオフになり、前記明周期中の一部区間を第１区間とし、残りの区間を第２区間とすると、前記第１区間および前記第２区間は交番的に提供され、前記第１区間および第２区間に対して互いに異なる波長の光を前記植物に出射し、その結果、前記植物内の有効物質の含量を高めることができる。

本発明の一実施例によると、キク科植物における植物の本来の色を維持しつつ、有効物質の含量を高める光を出射する光源を提供する。

本発明の一実施例にかかるタンポポ亜科の植物栽培装置の断面図である。第１および第２光源部に使用される発光ダイオードを概略的に図示したものである。本発明の一実施例にかかるタンポポ亜科の植物栽培装置の断面図である。比較例および実験例にかかるタンポポ亜科植物の生育条件を図示したものである。比較例および実験例にかかるタンポポ亜科植物の生育条件を図示したものである。比較例と実験例１にかかるグリーンリーフの外形を撮影した写真である。比較例と実験例２にかかるグリーンリーフの外形を撮影した写真である。グリーンリーフにおいて、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。グリーンリーフにおいて、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。グリーンリーフにおいて、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。グリーンリーフにおいて、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。別のタンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。別のタンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。別のタンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。タンポポ亜科植物において、比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。サニーレタス植物の生育条件を図示したものである。サニーレタス植物の生育条件を図示したものである。サニーレタスにおいて、比較例と実験例１～３の収穫後の有効物質の含量および結果物の重量を図示したグラフである。サニーレタスにおいて、比較例と実験例１～３の収穫後の有効物質の含量および結果物の重量を図示したグラフである。サニーレタスにおいて、比較例と実験例１～３の収穫後の有効物質の含量および結果物の重量を図示したグラフである。サニーレタスにおいて、比較例と実験例１～３の収穫後の有効物質の含量および結果物の重量を図示したグラフである。

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるため、特定の実施例を図面に例示し、本文に詳しく説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定するものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むと理解しなければならない。

各図面を説明するにおいて、類似する参照符号を類似する構成要素に対して使用した。添付の図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際よりも拡大して図示した。第１、第２等の用語は多様な構成要素の説明に使用できるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別するためだけの目的で使用する。例えば、本発明の権利範囲から外れなければ、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名することができる。単数の表現は、文脈上はっきりと異なる意味を持たない限り、複数の表現を含む。

本出願において、「含む」又は「有する」等の用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはそれらを組み合わせた物の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

本発明は、植物栽培時に使用される光源およびそれを含む栽培装置に関するものである。

植物は、可視光線波長帯域の光を用いて光合成を行い、光合成を通じてエネルギーを得る。植物の光合成は、全ての波長帯域において同じ程度で行われるのではない。太陽光のうち植物が光合成に用いる波長帯域の光は、ＰＡＲ（ＰｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃＡｃｔｉｖｅＲａｄｉａｔｉｏｎ）と言い、太陽光スペクトルの一部を占め、約４００ｎｍ～約７００ｎｍの帯域に該当する。本発明の一実施例にかかる植物栽培用光源は、前記のＰＡＲ波長帯域の光を含むことにより、植物の光合成に適した光を出射するが、摂取時に人または植物の健康に肯定的な影響を与える成分（以下では有効成分と称する）の含量を増加させるための波長帯域の光も一緒に出射するためのものである。ここで、有効成分は人に必要だと言われている物質として、例えば、クロロフィル、フラボノール、アントシアニン、セスキテルペンラクトン、フェノール性化合物等のような物質がある。

本発明の一実施例にかかる光源が適用される植物の種類は多様に変更できる。但し、種によって、光源から出射された光の光合成効率や前記有効成分の含量の増加程度等は違いがあり得る。本発明の一実施例にかかる光源は、キク科の植物に適用できる。また、本発明の一実施例にかかる光源の場合は、キク科植物のうちタンポポ亜科の植物に適用することができる。本発明の一実施例にかかる植物の種類はこれだけに限定されるのではなく、他の種類にも適用できるのは当然である。本発明の一実施例において、前記光源が適用される植物は、食用が可能なキク科の植物を含み、そのうち、特にタンポポ亜科植物を含む。タンポポ亜科の植物は、タンポポ亜科のサニーレタス、赤レタス、グリーンリーフ、ロロロッサレタス、バターヘッドレタス、ロメインレタス、チコリ、リーフチコリ・フラスタグリアータ、リーフチコリ・イタリコの少なくとも一つであり得る。

以下では、説明の便宜のために、キク科、特にタンポポ亜科の植物に本発明の一実施例にかかる光源を適用したものを一例として説明する。

図１ａは、本発明の一実施例にかかる光源を含む植物栽培装置の断面図である。

図１ａを参考にすると、本発明の植物栽培装置１０は、本体１００、および光源を含む。前記光源は、第１光源部２００および第２光源部３００を含む。

本体１００は、内部にタンポポ亜科の種４００を蒔く空間を含み、外部の光を遮断できるボックス形態で提供され得る。本発明の一実施例において、タンポポ亜科の種は、サニーレタス、赤レタス、グリーンリーフ、ロロロッサレタス、バターヘッドレタス、ロメインレタス、チコリ、リーフチコリ・フラスタグリアータ、リーフチコリ・イタリコの少なくとも一つを意味し得る。

本体１００は、内部に蒔かれた種４００が生長できる環境を提供する。本体１００は、複数個の種４００が蒔かれて生長する場合にも、これを収容できる大きさに設けることができる。さらに、本体１００の大きさは植物栽培装置１０の用途によって異なり得る。例えば、植物栽培装置１０が家庭で使用され小規模の植物栽培に用いられる場合、本体１００の大きさは相対的に小さくなり得る。植物栽培装置１０が商業的に植物を栽培し販売に使用される場合、本体１００の大きさは相対的に大きくなり得る。

本発明の一実施例において、本体１００は本体１００の外の光が本体１００内部に入り込まないように光を遮断することができる。よって、本体１００の内部は外部と隔離された暗室環境が提供され得る。これにより、外部の光が不要に本体１００内部に蒔かれた種４００に照射されることを防ぐことができる。特に、本体１００は外部の可視光線が種４００に照射されることを防ぐことができる。但し、場合によっては、本体１００は一部が開放されて外部の光を直接浴びることができるように設計することもできる。

本発明の一実施例において、本体１００内部の表面には光触媒を塗布してもよい。光触媒は、光源部２００から照射される光を浴びて光触媒反応を活性化させることができる。これにより、本体１００の内部が湿気の多い暗室環境に維持されても、本体１００内部で細菌またはカビの増殖を防ぐことができる。このような機能を行うための光触媒物質は、二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タングステン酸化物（ＷＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）から選ばれた少なくとも一つであり得る。

本体１００は、タンポポ亜科植物が栽培される栽培台１２０を含み得る。

栽培台１２０上には、タンポポ亜科植物の種４００が蒔かれる。栽培台１２０は、種４００を支持すると同時に、種４００が育つ養分を提供することができる。よって、栽培台１２０は種４００の生長に必要な培地（ＣｕｌｔｕｒｅＭｅｄｉｕｍ）を含んでもよく、培地はカリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉄（Ｆｅ）等の無機物質を含む土壌であり得る。

栽培台１２０は、従って、培地と培地を収容するためのコンテナ（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）を含む形態で設けることができる。コンテナは、少なくとも一面、例えば、上面が露出したボックス形態で設けられてもよい。ボックス形態のコンテナ内部には、培地および種４００を入れることができる。種４００は、その種類によって培地中に埋めた形態であったり、培地表面上に置いた形態であったりすることができる。

栽培台１２０の大きさと形態は、本体１００の形態および第１光源部２００と第２光源部３００の提供形態によって異なり得る。栽培台１２０の大きさと形態は、栽培台１２０上に蒔いた種４００が、第１光源部２００および第２光源部３００から照射される光の照射範囲内に入るように構成することができる。

本体１００内には、種に水分を供給する水分供給装置１１０が設けられてもよい。水分供給装置１１０は、本体１００上段に設けられて本体１００下段に設けられた栽培台１２０上に水噴射する形態に構成できる。但し、水分供給装置１１０の形態は上述のものに制限されるものではなく、本体１００の形状および栽培台１２０の配置形態によって多様な形態の水分供給装置１１０を設けることができる。

水分供給装置１１０は、一つ又は複数個設けることができる。水分供給装置１１０の個数は、本体１００の大きさによって異なり得る。例えば、相対的に小さい家庭用の植物栽培装置１０の場合は、本体１００が小さいため、水分供給装置１１０が一つ設けられてもよい。逆に、相対的に大きい商業用の植物栽培装置１０の場合は、本体１００が大きいため、水分供給装置１１０が複数個設けられてもよい。しかし、水分供給装置の個数はこれに限定されるものではなく、多様な個数で多様な位置に設けることができる。

水分供給装置１１０は、本体１００に設けられた水槽または本体１００外部の水栓に連結できる。さらに、水分供給装置１１０は水中に浮遊する汚染物質が種４００に付着しないように、ろ過装置をさらに含んでもよい。ろ過装置は、活性炭、不織布等のフィルターを含み得、これによりろ過装置を経た水は浄水されたものとなる。ろ過装置は、場合によって光照射フィルターをさらに含むことができるが、光照射フィルターは紫外線等を水に照射して、水中に存在する細菌、バクテリア、カビ胞子等を取り除くことができる。水分供給装置１１０が上述のろ過装置を含むことにより、水をリサイクルしたり雨水等をすぐに栽培に使用したりする場合にも、本体１００内部および種４００が汚染されるおそれがない。

水分供給装置１１０で提供される水は、別途の養分がなく水自体（例えば、精製水）だけで供給されてもよいが、これに限定されるものではなく、タンポポ亜科植物の生長に必要な養分を含んでもよい。例えば、水にはカリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉄（Ｆｅ）等の物質や硝酸塩（Ｎｉｔｒａｔｅ）、ホスフェート（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、硫酸塩（Ｓｕｌｆａｔｅ）、塩化物（Ｃｌ）等を含むことができる。例えば、ザックス（Ｓａｃｈｓ）液、クノープ（Ｋｎｏｐ）液、ホーグランド（Ｈｏａｇｌａｎｄ）液、ヒューイット（Ｈｅｗｉｔｔ）液等を水分供給装置１１０から供給できる。

第１光源部２００は、種４００に第１波長帯域の光を照射する。種４００は、第１波長帯域の光を浴びて成長することができる。

第１光源部２００が出射する第１波長帯域は、可視光線波長帯域であり得る。これにより、種４００は第１光源部２００から出射された第１波長帯域の光を浴びて光合成を行うことができる。光合成によって種４００から植物が成長し得る。

第１光源部２００は、上述のように、可視光線波長帯域の光を出射するために一つまたは複数個の発光ダイオードを含み得る。

上述の少なくとも一つの発光ダイオードは、白色光を出射する発光ダイオードでもよく、又は多様な可視光線内のカラー光を出射する発光ダイオードでもよい。例えば、第１光源部２００が複数個の発光ダイオードを含む場合、複数個の発光ダイオードはそれぞれ互いに異なる波長帯域の光を出射することができる。本発明の一実施例において、第１光源部２００は、場合に応じて、赤外線（Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ）又は近赤外線（ＮｅａｒＩｎｆｒａ－Ｒｅｄ）波長帯域の光を出射することもできる。

本発明の一実施例において、第１光源部２００が複数個の発光ダイオードを含む場合、複数個の発光ダイオードは、例えば、赤色光を出射する発光ダイオードと青色光を出射する発光ダイオード、および緑色光を出射する発光ダイオードを含むことにより、最終的に白色光を具現することができる。また、緑色光を出射する発光ダイオードを用いず、赤色光を出射する発光ダイオードと、青色光を出射する発光ダイオードを含んでもよい。

本発明の一実施例において、タンポポ亜科植物は、上述の発光ダイオードから出射される赤色光と青色光を浴びて活発に光合成を行うことができる。この場合、特に、赤色光は植物の光合成を促進して種４００からの植物の成長を促進させることができ、青色光は種４００から植物の葉の形成や、植物の開花を誘導することができる。第１光源部２００は、緑色光を出射する発光ダイオードを含み得る。緑色光を含む発光ダイオードは、植物の光合成の効率を高めることができる。

本発明の一実施例において、第１光源部２００が上述のように互いに異なる波長の光を出射する複数個の発光ダイオードを含む場合、発光ダイオードの構成割合は波長によって異なり得る。例えば、赤色光と青色光を出射する発光ダイオードは、緑色光を出射する発光ダイオードに比べて少なくすることができる。上述の赤色光、青色光、および緑色光を出射する発光ダイオードの割合は、種４００の種類によって決定できるが、例えば、青色光受容体であるクリプトクロム（ｃｒｙｐｔｏｃｈｒｏｍｅ）と赤色光受容体であるフィトクロム（Ｐｈｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）の割合によって構成割合を変えることができる。また、各波長帯域の光を出射する発光ダイオードを同数で設置し、植物の種類によって互いに異なる割合で発光ダイオードを駆動することもできる。

第１光源部２００に提供された発光ダイオードは、特に特定波長で高いピークを有する波形を有するため、種４００の種類に合うように光照射を提供することができる。これにより、少ない電力でも植物をより早く且つ大きく生長させることができる。本発明の一実施例において、第１光源部２００を成す発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、白色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを混合して使用することができる。例えば、第１光源部２００は、赤色発光ダイオード、白色発光ダイオード、および青色発光ダイオードをそれぞれ１２：１０：３２の割合で配置できる。

第１光源部２００は、種４００に光を出射できる位置に配置される。例えば、第１光源部２００は、本体１００の内部空間中の上部側、又は側部側の内壁に設けることができる。図面では、第１光源部２００が本体１００の上部側に設けられたことを図示しており、本体１００下部側に蒔かれた種４００に光を照射することができる。第１光源部２００の位置は、第１光源部２００による光照射角と種４００が提供された栽培台１２０の位置を考慮して決定することができる。

本発明の一実施例において、第１光源部２００は防水構造を有することができる。これにより、第１光源部２００が水に触れても第１光源部２００が故障するおそれがない。

第２光源部３００は、種４００に向けて第２波長帯域の光を出射する。

第２波長帯域は、第１波長帯域と異なり、約２５０ｎｍ～約３８０ｎｍの紫外線波長帯域であり得る。本発明の一実施例において、第２波長帯域はＵＶ－Ａ、ＵＶ－Ｂ、およびＵＶ－Ｃ波長帯域の光の少なくともいずれかの波長帯域に該当し得る。本発明の一実施例において、第２光源部３００は約２８０ｎｍ～約３１５ｎｍ波長帯域の光を出射することができる。又は、第２光源部３００は２８５ｎｍ波長帯域の光を出射することができる。そのために、第２光源部３００は上述の波長帯域の光を出射する少なくとも一つの発光ダイオードを含み得る。第２光源部３００又は第２光源部３００に含まれた発光ダイオードは、それぞれ複数個設けられてもよい。この場合、複数個の発光ダイオードは互いに異なる波長の光を出射することができる。例えば、一部の第２光源部３００又は発光ダイオードは、約２８５ｎｍ波長の光を出射し、別の第２光源部３００又は発光ダイオードは、約２９５ｎｍ波長の光を出射するように第２光源部３００を構成することができる。

第２光源部３００は、紫外線波長帯域の光をタンポポ亜科植物に照射することにより、種４００および種４００から成長した植物の有効成分の含量を変更させるためのものである。第２光源部３００が出射する光をタンポポ亜科植物に所定程度の強さで所定時間照射することにより、種４００の生長に影響することなく、種４００およびタンポポ亜科植物の有効成分の含量を変更させることができる。

第２光源部３００は、防水構造を有し得る。これにより、第２光源部３００が水に触れても第２光源部３００が故障するおそれがない。

本発明の一実施例において、前記第１光源部２００および／または第２光源部３００には、第１光源部２００と第２光源部３００の作動を制御する制御部（未図示）が有線または無線で接続され得る。

制御部は、第１光源部２００と第２光源部３００を所定区間に所定の強度で光を出射するように、第１光源部２００および／または第２光源部３００のオン／オフを同時に、又は個別に制御することができる。

本発明の一実施例において、制御部は第１光源部２００と第２光源部３００の作動を先にセッティングされたプロセスに従って、又は使用者の入力に従って制御できる。例えば、制御部は、順に、第１時間には前記第１光源部２００および第２光源部３００を未作動にし、第２時間には前記第１光源部２００を作動させ、第３時間には前記第２光源部３００を作動させることができる。又は、使用者が第１時間～第３時間の長さ、このとき第１光源部２００および／または第２光源部３００の光の強さ等を手動で入力することができる。

本発明の一実施例によると、制御部は、第１光源部２００および／または第２光源部３００以外に、水分供給装置にも接続できる。制御部は、水分供給装置を通じて供給される水分の量や、水分が供給される時間等を制御することができる。

例えば、制御部は、使用者が操作しなくても水分供給装置１１０は設定された時間間隔で種４００に水分を供給できる。種４００に水分を供給する間隔は、種４００の種類によって異なり得る。生長に水を多く必要とするタンポポ亜科植物の場合は、相対的に短い間隔で水分を供給することができ、生長に必要な水が少ないタンポポ亜科植物の場合は、相対的に長い間隔で水分を供給することができる。

図１ｂは、第１光源部および第２光源部に使用される発光ダイオードを概略的に図示したものである。

図１ｂを参照すると、発光ダイオードは第１半導体層２２３、活性層２２５、および第２半導体層２２７を含む発光構造体と、発光構造体に接続された第１電極２２１および第２電極２２９を含み得る。

第１半導体層２２３は、第１導電型ドーパントがドーピングされた半導体層である。第１導電型ドーパントは、ｐ型ドーパントであり得る。第１導電型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等であり得る。本発明の一実施例において、第１半導体層２２３は窒化物系半導体材料を含み得る。本発明の一実施例において、第１半導体層２２３の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等を挙げることができる。

活性層２２５は、第１半導体層２２３上に設けられ、発光層に該当する。活性層２２５は、第１半導体層２２３を通じて注入される電子（又は正孔）と第２半導体層２２７を通じて注入される正孔（又は電子）が出合って、活性層２２５の形成物質によるエネルギーバンド（ＥｎｅｒｇｙＢａｎｄ）のバンドギャップ（ＢａｎｄＧａｐ）差によって光を放出する層である。

活性層２２５は、化合物半導体で具現することができる。活性層２２５は、例えば、ＩＩＩ族－Ｖ族またはＩＩ族－ＶＩ族の化合物半導体の少なくとも一つで具現できる。

第２半導体層２２７は、活性層２２５上に設けられる。第２半導体層２２７は、第１導電型ドーパントと反対の極性を有する第２導電型ドーパントを有する半導体層である。第２導電型ドーパントは、ｎ型ドーパントであり得るため、第２導電型ドーパントは、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ、Ｃ等を含むことができる。

本発明の一実施例において、第２半導体層２２７は、窒化物系半導体材料を含んでもよい。第２半導体層２２７の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等を挙げることができる。

第１電極２２１と第２電極２２９は、それぞれ第１半導体層２２３と第２半導体層２２７とが接続されるように多様な形態で設けることができる。本実施例では、第１半導体層２２３の下部に第１電極２２１が設けられ、第２半導体層２２７の上部に第２電極２２９が設けられたものを図示したが、これに限定されるものではない。本発明の一実施例において、第１電極２２１および第２電極２２９は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｕ等の多様な金属またはこれらの合金からなってもよい。第１電極２２１および第２電極２２９は、単一層または多重層で形成される。

本発明の一実施例において、発光ダイオードがバーティカルタイプで提供されたものを説明したが、発光ダイオードが必ずしもバーティカルタイプである必要はなく、本発明の概念に符合する限り、他のタイプで提供されてもよい。

本発明の一実施例によると、試料に光を印加するために、光源として、既存の一般的なランプではない発光ダイオードを使用することにより、次のような効果を得ることができる。

本発明の一実施例に従い発光ダイオードを光源として使用する場合、既存の一般ランプ（例えば、既存のＵＶランプ）から出射された光と比べて、特定波長の光を植物に出射することができる。既存のランプから出射された光は、発光ダイオードから出射された光に比べて広い領域でブロードなスペクトルを有する。これにより、既存のＵＶランプの場合は、出射された光の波長帯域中の一部の帯域の光だけを分離することが容易ではない。それに比べて発光ダイオードから出射された光は、特定波長におけるシャープなピークを有し、既存のランプからの光に比べて半値幅が非常に狭い特定波長の光を出射する。これにより、特定波長の光を選択することが容易となり、その選択された特定波長の光だけを試料に出射することができる。

また、既存のランプの場合は、試料に光を提供するものの、光量の正確な限定が難しい場合があるが、発光ダイオードの場合は光量を明確に限定して出射することができる。また、既存ランプの場合は、光量の正確な限定が難しい場合があるため、照射時間もまた、広い範囲に設定できるが、発光ダイオードの場合は相対的に短い時間で明確な時間内に試料に必要な光を出射することができる。

上述のように、既存のランプの場合は、相対的に広い範囲の波長、広い範囲の光量、および広い範囲の照射時間によって光照射量の明確な判断が難しい。これに対して発光ダイオードの場合は、相対的に狭い範囲の波長、狭い範囲の光量、および狭い範囲の照射時間によって明確な光照射量を提供することができる。

さらに、既存のランプの場合は、電源を入れた後、最大光量に到達するまで相当な時間がかかっていた。それに対して発光ダイオードを使用する場合は、電源を入れた後のウォーミングアップ時間が実質的にほとんどなく、すぐに最大光量まで到達する。よって、発光ダイオード光源の場合は、植物に特定波長の光を照射する時に、光の照射時間を明確に制御することができる。

本発明の一実施例によると、前記第１光源部および第２光源部を用いてキク科植物、例えば、タンポポ亜科植物に所定条件下で光を照射することにより、有効成分の含量を変更させることができる。

前記第１光源部および第２光源部から照射された光によって、植物内で含量が変更される有効成分としては、クロロフィル、フラボノール、アントシアニン、セスキテルペンラクトン、フェノール系化合物等を挙げることができる。

クロロフィルは、緑色野菜の光合成色素として、口臭や便秘の予防に役立つとして知られている。フラボノールは、抗酸化物質として、ケルセチン、ケンフェロール、ミリセチン等が代表的な物質である。ケルセチンは抗酸化能の高い抗酸化物質であり、ケンフェロールは免疫力を強化することで癌細胞の増殖を防ぐものとして知られており、ミリセチンは脂肪の蓄積を抑制して心血管疾患を予防するとして知られている。アントシアニンは、代表的な抗酸化物質として、体内の活性酸素を除去することにより老化を予防する効果がある。アントシアニンは、それ以外にも眼球網膜にあるロドプシンという色素の再合成を助け、目の疲労や視力低下、白内障予防に役立つ。

セスキテルペン系化合物（セスキテルペノイド；ｓｅｓｑｕｉｔｅｒｐｅｎｏｉｄ）は、テルペン系化合物（テルペノイド；ｔｅｒｐｅｎｏｉｄ）の一種であり、そのうち、ラクトン構造を有するセスキテルペンラクトン（ｓｅｓｑｕｉｔｅｒｐｅｎｅｌａｃｔｏｎｅ）は、抗腫瘍活性、細胞毒性の緩和、および抗菌作用等の機能をするものとして知られている。特に、包菜内に含まれるセスキテルペンラクトンの一つであるラクチュシンは、睡眠障害の改善効果がある。さらに、セスキテルペンラクトンは微生物病菌に抵抗し、住血吸虫（ｓｃｈｉｓｔｏｓｏｍｅ）と抗アレルギー活性（ａｎｔｉａｌｌｅｒｇｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ）を防御治療する等の面では、比較的優れた医療用価値があるものとして知られている。

本発明の一実施例によると、タンポポ亜科の植物の種を栽培する過程で、紫外線を所定の条件で印加する場合、セスキテルペンラクトンが増加したり、減少したりし得る。植物体内にセスキテルペンラクトンが増加する場合は睡眠障害の改善効果があり、植物体内にセスキテルペンラクトンが減少する場合はタンポポ亜科の摂取時にも眠くなる現象が防止される効果がある。

セスキテルペンラクトンは、下記化学式１で表される物質であり、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して多様な形態の機能基であり得る。Ｒ１およびＲ２は、例えば、互いに独立して炭素数１個～１８個の置換または非置換のアルキル、アルコキシ、アリル、アリール等であり得る。

本発明の一実施例において、セスキテルペンラクトンは、ラクチュシン（ｌａｃｔｕｃｉｎ）、ラクチュコピクリン（ｌａｃｔｕｃｏｐｉｃｒｉｎ）、８－デオキシラクチュシン（８－ｄｅｏｘｙｌａｃｔｕｃｉｎ）、ピクリシドＡ（ＰｉｃｒｉｓｉｄｅＡ）、クレピジアシドＡ（ｃｒｅｐｉｄｉａｓｉｄｅＡ）、ラクチュシン－１５－シュウ酸（ｌａｃｔｕｃｉｎ－１５－ｏｘａｌａｔｅ）、ラクチュコピクリン－１５－シュウ酸（ｌａｃｔｕｃｏｐｉｃｒｉｎ－１５－ｏｘａｌａｔｅ）、８－デオキシラクチュシン－１５－シュウ酸（８－ｄｅｏｘｙｌａｃｔｕｃｉｎ－１５－ｏｘａｌａｔｅ）、１５－デオキシラクチュシン－８－硫酸塩（１５－ｄｅｏｘｙｌａｃｔｕｃｉｎ－８－ｓｕｌｆａｔｅ）、１５－デオキシラクチュシン（１５－ｄｅｏｘｙｌａｃｔｕｃｉｎ）、８－デオキシラクチュシン－１５－硫酸塩（８－ｄｅｏｘｙｌａｃｔｕｃｉｎ－１５－ｓｕｌｆａｔｅ）、および１５－（４－ヒドロキシフェニル酢酸）－ラクチュシン－８－硫酸塩（１５－（４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌ）－ｌａｃｔｕｃｉｎ－８－ｓｕｌｆａｔｅ）の少なくとも一つであり得る。

又は、本発明の一実施例にかかるセスキテルペンラクトンは、下記の化学式２～化学式８を有し得る。

本発明の一実施例において、第２光源部３００から照射された光は、種４００から成長した植物のフェノール性化合物を増加させる。具体的には、第２光源部３００から照射した第２波長帯域の光は、植物の二次代謝を活性化し、これにより二次代謝産物であるフェノール性物質の含量が増加し得る。植物に第２波長帯域の光が照射されると、上述の波長の光は植物を構成する細胞に対してＤＮＡ－損傷効果を与え、これにより、上述の波長の光を吸収できるフェノール性物質の生成が促進され得る。フェノール性化合物は、種４００から成長した植物が含む抗酸化物質に該当する。

本発明の一実施例において、フェノール系化合物は下記の化学式９～化学式１１の物質を含み得る。化学式９～化学式１１の物質は、それぞれ、ルテオリン（ｌｕｔｅｏｌｉｎ）、クロロゲン酸（ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ）、チコリ酸（ｃｈｉｃｏｒｉｃａｃｉｄ）に該当する。ここで、クロロゲン酸（Ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ）は、コーヒー酸とキナ酸のエステル結合により構成された天然化合物であり、生物学的抗酸化物質である。クロロゲン酸は、過酸化物の損傷効果を中和させるものとして知られている。

本発明の一実施例によると、前記第１光源部および第２光源部を利用してキク科植物、例えば、タンポポ亜科植物に所定条件下で光を照射することにより、有効物質の含量を高めるのに加え、各タンポポ亜科植物の本来の色が表れるようにする効果がある。

本発明の一実施例によると、植物栽培用光源を利用する場合、太陽光が十分でなかったり、太陽光を浴びることができなかったりする条件下でも、植物の種類に合った成長環境を提供することができる。特に、植物が有している本来の色を維持できる成長環境を提供することにより、植物の商品性を高めることができる。太陽光を浴びせずに植物を栽培する既存の植物工場の場合、その植物工場内で栽培される植物はアントシアニンの生成がなかったり、あったとしても非常に少量であったりして、本来の植物が有している色を出せない問題点があった。例えば、サニーレタスのようなチコリ科植物は、本来赤色を帯びることが正常であるが、太陽光がない植物工場内で栽培される時は赤色が出なかったり、出ても非常に薄かったりして表れていた。ある植物において、その植物が持つべき本来の色が出せない場合は、消費者がその植物に対して異常があるものと判断することがあり、その結果、商品性が劣ることになる。しかし、本発明の一実施例によると、第１光と第２光を適切に植物に印加することにより、特に、第２光を収穫前の所定期間内に植物に印加することにより、植物の有効成分中のアントシアニンの含量を著しく増加させ、その結果、その植物が本来の植物の色に近い色を出すようになる。これは、商品性の向上に繋がる。本発明の一実施例において、キク科植物、例えば、タンポポ亜科植物に照射される光は、それぞれ互いに別の区間のあいだ照射することができる。ここで区間は、時間的な区間を意味する。例えば、第１光源部から出射された光を第１光とし、第２光源部から出射された光を第２光とすると、一部の区間では第１光に該当する光が照射され得、前記の一部の区間を除いた残りの区間では第１光と第２光共に照射され得る。以下では、説明の便宜のために、第１光が照射される区間を第１区間とし、第１光と第２光が照射される区間を第２区間として説明する。再度説明すると、第１区間では上述の第１光源だけがオンになり、第２区間では上述の第１光源と第２光源が共にオンになる。

ここで、第１区間や第２区間は、可視光線波長帯域が含まれる光が照射される区間であり、明条件下における所定の区間を意味する。本発明の一実施例において、第２区間は第１区間よりも短い期間に該当する。

本発明の一実施例において、前記第１区間と第２区間は、植物の生育時期および収穫時期によって多様に配置することができる。例えば、第１区間は植物の定植後から収穫前まで配置させることができる。第２区間は、第１区間に隣接して配置でき、全体的な日程内において収穫時期前に配置することができる。言い換えると、植物の定植後、第１区間が続いて、収穫前の第１区間以外の時間に第２区間が配置される。その後、植物が収穫される。本発明の一実施例において、第２区間は収穫前の１０日以下に亘って第１区間の合間に配置され得る。詳しくは、第２区間は数日に亘って第１区間の合間に配置される。このとき、照射された第２光の総累積照射量は、例えば、４．０３２ｋＪ／ｍ^２であり得、又は２．８８０ｋＪ／ｍ^２であり得、或いは２．３０４ｋＪ／ｍ^２であり得る。

本発明の一実施例において、植物は定植後、約２０日間交番される明周期と暗周期下で栽培され得る。つまり、前記第１区間および前記第２区間は、明周期内で順に繰り返され、互いに隣接した前記第１区間および第２区間は、一つの反復周期を成す。前記反復周期において、前記第２区間で照射される光は、前記第１区間では照射されない。

植物の定植後１４日間（つまり、播種後１０日目から２３日目まで）の明周期は、第１区間だけであり得る。次に、植物の定植後１５日目から２０日目まで（つまり、播種後２４日目から３０日目まで）の約７日間に亘って、明周期は交番的に配置された第１区間と第２区間から成り得る。つまり、明周期内で第１区間と第２区間が順に繰り返される。言い換えると、光の照射は１回当り１０分の周期で繰り返され、第２光は１分間照射された後９分間休む、のような周期が明周期のあいだ続けて繰り返される。

本発明の一実施例において、第２区間のあいだ植物に照射される第２光の一日の累積エネルギー量は、約０．５８ｋＪ／ｍ^２であり得、播種の収穫時までに累積された全体累積エネルギー量は、約４．０３ｋＪ／ｍ^２であり得る。以上では、本発明の一実施例にかかる簡単な形態のタンポポ亜科の植物栽培装置について説明した。但し、本発明の一実施例にかかるタンポポ亜科の植物栽培装置は、商業的なタンポポ亜科植物の生産に用いられ、商業的なタンポポ亜科植物の生産に用いるためのタンポポ亜科の植物栽培装置の別の形態についてより詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施例にかかるタンポポ亜科の植物栽培装置の断面図である。

本発明の一実施例にかかる植物栽培装置１０は、相対的に少量のタンポポ亜科植物を栽培するための家庭用または個人用栽培装置であるだけでなく、大量のタンポポ亜科植物を得るための大型工場、つまり、植物生産工場形態で運営することもできる。これにより、植物栽培装置１０は複数個の栽培台１２０、第１光源部２００、第２光源部３００、および水分供給装置（図示せず）を含むことができる。

図面に図したように、複数個の栽培台１２０、第１光源部２００、および第２光源部３００は複数個の区域を構成することができる。よって、本体１００は複数個の区域（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）を含む構造物の形態で設けられる。

本体１００に含まれた複数個の区域は、それぞれ独立的に機能させることができる。例えば、一部の区域に設けられた第１光源部２００では、赤色光よりも青色光がより多く照射され、別の区域に設けられた第１光源部２００では、青色光よりも赤色光がより多く照射できる。さらに、本体１００の各区域は、時間的にも互いに相違するように機能させることができる。例えば、一部区域では植物４０１を成長させるために第１光源部２００から第１波長帯域の光が照射され、別の区域では植物４０１内の有効物質の含量を高めたり減らしたりするために第２光源部３００から第２波長帯域の光を照射することができる。

本体１００に含まれた各区域は、上述のように独立的に機能させることができるように、それぞれ密閉された暗室を構成することができる。これにより、任意の区域内に設けられた第１光源部２００および／または第２光源部３００から出射された光は、別の区域に影響を及ぼすことがない。

本体１００に設けられた栽培台１２０もまた、植物４０１の種類によって互いに異なる培地を含むことができる。よって、植物４０１の種類に合わせた成長環境を提供することが可能となる。また、栽培台１２０は本体１００から分離することができる。よって、使用者は一部の栽培台１２０上で育つ植物４０１が収穫段階になった時、植物栽培装置１０全体に影響を及ぼさずに、栽培が完了した植物４０１が入った栽培台１２０だけを本体１００から分離することができる。

本体１００は、水分供給装置をさらに含むことができるが、水分供給装置は本体１００と栽培台１２０が接する面に設けられ、栽培台１２０に含まれた培地に直接水を供給することができる。これにより、スプレー形態の水分供給装置とは異なり、栽培台１２０の層が重なっているときでも、他の栽培台１２０に影響を及ぼさずに水分供給が可能となる。

第１光源部２００は、栽培台１２０の形態に従って複数個設けることができる。上述のように、第１光源部２００は互いに異なる波長の光を出射する複数個の発光ダイオードを含むことができるが、上述の発光ダイオードは、第１光源部２００内に同じ割合で、又は異なる割合で設けることができる。第１光源部２００内に互いに異なる波長の光を出射する発光ダイオードが同じ割合で設けられる場合、制御部によって植物４０１の種類に応じて第１波長帯域を調節できる。これにより、植物４０１の種類に合った成長環境の提供が可能となる。

第２光源部３００もまた、複数個設けることができる。複数個の第２光源部３００は、本体１００内の互いに異なる区域に設けることができ、独立的に駆動することができる。これにより、成長が完了して有効物質の含量の増加や減少段階にある植物４０１だけに第２波長帯域の光を照射することができる。

本発明の一実施例において、植物生産工場の形態で運営される植物栽培装置には、制御部に多様なセンサー（例えば、温度センサー、湿度センサー、光量センサー等）をさらに配置することができ、制御部はセンサーによるデータが転送されて、第１光源部および第２光源部並びに水分供給装置等を、全体的に又は個別的に制御することができる。このような植物栽培システムを備えた栽培装置は、直接、又は遠隔の離隔地で、有線、無線またはインターネット手段等でデータを送受信することもでき、別途のディスプレイを通じて各種センサー、第１光源部および第２光源部、水分供給装置からのデータを表示することもできる。使用者は、このようなデータを検討した後、制御部を通じて最適条件が具現されるように指示することができる。

上述の通り、本発明の一実施例にかかる植物栽培装置１０を用いて有効物質の含量が変更されたタンポポ亜科植物を大量且つ容易に栽培することができる。例えば、本発明の一実施例のように、栽培方法を通じて、合成ではない天然の状態の有効物質を大量に収得することができる。大量に収得された有効物質は、別途の加工工程を通じて、医薬品、健康補助食品、各種調味料等の形態に加工することができる。例えば、収穫直後の有効物質の含量が最も高い状態が最終的な製品でも保たれるように、有効物質の含量が高いタンポポ亜科植物を収穫と同時に凍結乾燥させることができる。凍結乾燥されたタンポポ亜科植物は、多様な形態、例えば、粉末等に加工されたり別途の過程を通じて有効物質だけが抽出される形態に加工されたりすることもできる。これにより、使用者は有効物質の含量が高いタンポポ亜科植物をそのまま摂取したり、別途の加工工程を通じて加工された製品の形態で摂取したりすることもできる。さらに、本発明の一実施例にかかる植物栽培装置を用いると、複数個の植物４０１を同時に栽培でき、植物４０１の種類に合った成長環境を独立的に提供することができる。これにより、本発明の一実施例にかかる植物栽培装置１０を用いると、互いに異なる種類の植物４０１を同時に栽培することができる。

本発明の一実施例によると、植物栽培用光源を用いる場合、太陽光が十分でなかったり、太陽光を浴びることができなかったりする条件下でも、植物の種類に合った成長環境を独立的に提供することができる。また、本来植物が持つ色を有しつつ、有効物質の含量の高い植物を容易に栽培することができる。

実施例

１．植物の生育および光処理条件１

以下の実施例において、キク科植物のうちタンポポ亜科植物を一例にして実験を行った。タンポポ亜科植物は、３１日目になる日に収穫した（３１日間生育）。生育期間中の温度は２２±１℃、相対湿度は７０±１０％に保って栽培した。生育期間中、第１光および第２光は発光ダイオードを用いて照射した。

比較例および実験例にかかるタンポポ亜科植物の生育条件は、図３ａおよび図３ｂに図示した。以下、図面では、説明の便宜のために、第１光が出射される区間を第１区間とし、第１光および第２光が出射される区間を第２区間として表示した。

図３ａおよび図３ｂを参照すると、播種後、２日間暗周期でタンポポ亜科植物を発芽させた。言い換えると、タンポポ亜科植物を生育させるために先ず栽培用スポンジにタンポポ亜科植物の種子を播種し、約２日間暗周期で発芽させた。

３日目から播種後９日になる日までは明周期と暗周期下で生育し、これは定植前の照射期間に対応する。タンポポ亜科植物は、第１光が照射され、明周期で約６０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓＰＰＦＤ（ＰｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃＰｈｏｔｏｎＦｌｕｘＤｅｎｓｉｔｙ）の光度で光が照射された。発芽後、定植前は精製水だけ植物に与えた。

育った新芽は、１０日目にＤＦＴ（ｄｅｅｐ－ｆｌｏｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）水栽培の栽培システムに定植した。定植後、タンポポ亜科植物は、明周期と暗周期下で養液によって生育した。養液は、ホーグランドストック溶液（Ｈｏａｇｌａｎｄｓｔｏｃｋｓｏｌｕｔｉｏｎ）が使用され、ｐＨは５．５～６．５に保たれた。

比較例において、植物に、定植後２０日間、一日２４時間単位で明周期と暗周期がそれぞれ提供され、一日２４時間内で明周期は１６時間、暗周期は８時間を維持した。定植後２０日間、明周期に第１光が照射され、第２光は照射しなかった。つまり、比較例の場合は、定植後の照射期間が明周期で第１区間だけに行われた。ここで、第１光は明周期で約１５０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓＰＰＦＤの光度で照射された。

実験例１において、植物に、定植後２０日間、一日２４時間単位で明周期と暗周期がそれぞれ提供され、一日２４時間内で明周期は１６時間、暗周期は８時間を維持した。定植後２０日間、明周期に第１光が照射され、定植後２０日目に明周期が始まる時に、第２光を６時間照射した。これにより、実験例１の場合、定植後の照射期間は、１９日間は明周期で第１区間だけに行われ、最後の２０日目には明周期で第２区間と第１区間に行われた。詳しくは、実験例１は定植後２０日目（播種後３０日目）に明周期内で第１光を持続的に照射しながら、一部の区間で６時間第２光を連続して照射した。ここで、第１光は明周期で約１５０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓＰＰＦＤの光度で照射され、第２区間のあいだ照射された第２光の累積総エネルギー量は２．１６ｋＪ／ｍ^２だった。

実験例２において、植物に、定植後２０日間、一日２４時間単位で明周期と暗周期をそれぞれ提供し、一日２４時間内で明周期は１６時間、暗周期は８時間を維持した。実験例２では、明周期内で第２光が点滅して植物に照射され、１回当り１０分の周期で１分間照射後９分間休み、再度照射が始まる点滅方式で照射した。実験例２において、一日に処理されるＵＶ照射エネルギー量は０．５７６ｋＪ／ｍ^２だった。実験例２は、播種後にＵＶを処理し、総ＵＶ照射エネルギー量は４．０３２ｋＪ／ｍ^２だった。

比較例、実験例１、および実験例２は、第２光の照射有無、照射時間、照射エネルギーだけが異なり、他の条件は全て同様に維持した。ここで、第１光は可視光線波長帯域を有する光で、第２光はＵＶＢの波長帯域を有する光であり、詳しくは２８５ｎｍの波長を有する光だった。

その後、３１日目にタンポポ亜科植物を収穫した。

２．比較例、実験例１および２にかかるグリーンリーフの外形の比較

本実験では、グリーンリーフに図３ａと図３ｂに図示した条件で比較例と実験例１に分けて栽培し、収穫後の外形の損傷有無を調査した。

図４ａは、比較例と実験例１にかかるグリーンリーフの外形を撮影した写真であり、図４ｂは、比較例と実験例２にかかるグリーンリーフの外形を撮影した写真である。図４ａにおいて、左側のグリーンリーフが比較例で、右側のグリーンリーフが実験例１に該当する。図４ｂにおいては、左側のグリーンリーフが比較例で、右側のグリーンリーフが実験例２に該当する。

図４ａおよび図４ｂを参照すると、比較例の場合は外形の損傷が全くなかった。しかし、実験例１の場合は、葉が枯れて葉の端部が反る葉のカール現象が観察され、全体的に茶変が起こった。これに対して実験例２は、比較例と違いが見られず、全体的な外形の損傷は全くなかった。

これにより、実験例１の場合は、第２光の累積エネルギー量が２．１６ｋＪ／ｍ^２であって実験例２の第２光の累積エネルギー量４．０３ｋＪ／ｍ^２よりもかなり少ないにもかかわらず、外形の損傷が非常に大きかったことが確認できた。これは、第２光の連続した照射によるものと判断でき、これによりエネルギー量が大きくても点滅照射の場合は外形の損傷が最小化されるという点が確認できた。

３．比較例と実験例２にかかるグリーンリーフの有効物質含量の比較

図５ａ～図５ｄは、グリーンリーフにおいて比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。図５ａ～図５ｄにおいて、各有効物質は、順に、クロロゲン酸、クロロフィル、フラボノイド、およびアントシアニンである。

比較例および実験例２にかかる結果を得るために、播種後３１日目になる日に植物を収穫し、デュアレックス（ｄｕａｌｅｘ）という非破壊性分析装備を用いて葉を光センサーで透過させる方式で、クロロゲン酸、クロロフィル、フラボノール、およびアントシアニンの含量を測定した。グリーンリーフは、１８個体を測定した（ｎ＝１８）。

図５ａ～図５ｄを参照すると、比較例に比べて実験例２で全て有効物質含量の著しい増加が観察された。つまり、第２光を植物に印加する場合、クロロゲン酸、クロロフィル、フラボノイド、および／またはアントシアニンに該当する有効物質が著しく増加することが確認できた。

４．比較例と実験例２にかかる別のタンポポ亜科植物の有効物質含量の比較

図６a～図６ｃは、別のタンポポ亜科植物において比較例と実験例２の収穫後の有効物質の含量を図示したグラフである。

図６ａ～図６ｂにおいて、タンポポ亜科植物として、チコリ、ロロロッサレタス、赤レタス、サニーレタス、ロメインレタスを例として実験し、図６ｃにおいて、タンポポ亜科植物として、ロロロッサレタス、赤レタス、サニーレタス、ロメインレタスを例として実験した。各有効物質の含量は、クロロフィル、フラボノール、およびアントシアニンに対して測定し、図６ａ～図６ｃのグラフは、順に、クロロフィル、フラボノール、およびアントシアニンに対するものである。

比較例および実験例２にかかる結果を得るために、播種後３１日目になる日に各植物を収穫し、デュアレックスという非破壊性分析装備を用いて葉を光センサーで透過させる方式で、クロロフィル、フラボノール、およびアントシアニンの含量を測定した。各植物は、１８個体を測定した（ｎ＝１８）。

図６ａ～図６ｃを参照すると、タンポポ亜科植物に該当するチコリ、ロロロッサレタス、赤レタス、サニーレタス、およびロメインレタスが全体的に、比較例に比べて実験例２で有効物質が著しく増加したことが確認できた。

５．比較例と実験例２にかかるタンポポ亜科植物の外形の色の比較

図７ａ～図７ｆは、タンポポ亜科植物において比較例と実験例２の収穫後の外形の色を確認するために撮影した写真である。

図７ａ～図７ｆは、順に、タンポポ亜科植物のチコリ、ロロロッサレタス、赤レタス、サニーレタス、ロメインレタス、およびグリーンリーフに関する写真である。図７ａ～図７ｆにおいて、左側は各タンポポ亜科植物の比較例の結果であり、右側は各タンポポ亜科植物の実験例２の結果に該当する。

図７ａ～図７ｆを参照すると、比較例および実験例２は共に外形の損傷は観察されなかった。しかし、比較例は全て全体的に緑色を帯びた。これに対して、実験例２の場合は、植物の本来の色が一部赤色を表す植物、例えば、ロロロッサレタス、赤レタス、サニーレタスの場合は、実験例２の結果の方が、比較例と比べて著しく赤い色が表れた。植物の赤色は、アントシアニンに起因するものと思われ、これは第２光を植物に印加することによりアントシアニンの含量が増加し、その結果、その植物の色にも影響を及ぼすということが確認できた。

６．植物の生育および光処理条件２

以下の実施例において、キク科植物のタンポポ亜科植物、そのうちのサニーレタスを一例にして実験を行った。生育期間の温度は２２±１℃、相対湿度は７０±１０％に維持して栽培した。生育期間の第１光および第２光は、発光ダイオードを用いて照射した。

サニーレタスは、計３１日目になる日に収穫（３１日間生育）した。以下の比較例および実験例にかかるサニーレタスの生育条件は、図８ａおよび図８ｂに図示した。以下、図面では、説明の便宜のために、第１光が照射される区間を第１区間とし、第１光および第２光が照射される区間を第２区間と表示した。

図８ａおよび図８ｂを参照すると、播種後、２日間暗周期でサニーレタスを発芽させた。言い換えると、サニーレタスを生育させるために、先ず栽培用スポンジにサニーレタスの種子を播種し、約２日間暗周期で発芽させた。

３日目から播種後９日になる日まで明周期と暗周期下で生育し、これは定植前の照射期間に対応する。サニーレタスには第１光が照射され、明周期で約６０μｍｏｌ／ｍ２／ｓＰＰＦＤの光度で光が照射された。発芽後、定植前は精製水だけを植物に与えた。

育てた新芽は、１０日目にＤＦＴ（ｄｅｅｐ－ｆｌｏｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）水栽培の栽培システムに定植した。定植後、サニーレタスは明周期と暗周期下で養液によって生育した。養液は、ホーグランドストック溶液（Ｈｏａｇｌａｎｄｓｔｏｃｋｓｏｌｕｔｉｏｎ）が使用され、ｐＨは５．５～６．５に維持した。

比較例において、植物に定植後２０日間、一日２４時間単位で明周期と暗周期がそれぞれ提供され、一日２４時間内で明周期は１６時間、暗周期は８時間を維持した。定植後２０日間は明周期に第１光が照射され、第２光は照射されなかった。つまり、比較例の場合は、定植後の照射期間は明周期で第１区間だけに行われた。ここで、第１光は明周期で約１５０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓＰＰＦＤの光度で照射された。

実験例１～３において、植物に定植後２０日間、一日２４時間単位で明周期と暗周期がそれぞれ提供され、一日２４時間内で明周期は１６時間、暗周期は８時間を維持した。実験例１～３では、明周期内で第２光が点滅して植物に照射され、実験例１～３共に１回当り数分の周期で数分間照射した後、一定時間繰り返す休みを有し、再度照射が始まる点滅方式で照射した。実験例１～３において、一日に処理されるＵＶ照射エネルギー量は０．５７６ｋＪ／ｍ^２で、各処理は処理が始まる日数と総照射エネルギー量が異なるだけで照射方式は同じだった。

実験例１は、播種後にＵＶを処理し、総ＵＶ照射エネルギー量は２．３０４ｋＪ／ｍ^２だった。実験例２は、播種後ＵＶを処理し、総ＵＶ照射エネルギー量は２．８８０ｋＪ／ｍ^２だった。実験例３は、播種後ＵＶを処理し、総ＵＶ照射エネルギー量は４．０３２ｋＪ／ｍ^２だった。

７．比較例と実験例１～３にかかるサニーレタスの有効物質含量の比較

図９ａ～図９ｄは、サニーレタスにおいて比較例と実験例１～３の収穫後の有効物質の含量および結果物の重量を図示したグラフである。図９ａ～図９ｃは、各有効物質の含量を示したものであり、順に、クロロゲン酸、クロロフィル、フラボノイド、およびアントシアニンである。図９ｄは、収穫時のサニーレタスの生体重量と乾燥重量を示したものである。

比較例および実験例１～３にかかる図９ａ～図９ｄの結果を得るために、播種後３１日目になる日に植物を収穫し、デュアレックスという非破壊性分析装備を用いて葉を光センサーで透過させる方式で、クロロゲン酸、クロロフィル、フラボノール、およびアントシアニンの含量を測定した。サニーレタスは１８個体を測定した（ｎ＝１８）。その後、植物９個体を収穫して生体重量（ｎ＝９）を測定し、そのうち５個体は液体窒素で生体活動を中断させた後、３日間凍結乾燥して乾燥重量（ｎ＝５）を測定した。

図９ａは、クロロフィル含量に対するグラフであり、実験例１、２、３共に比較例よりも高い数値を表した。実験例１と３は、似た数値を表し、実験例２は、比較例よりも高く、実験例３よりは低いが、実験例１とは有意な違いはなかった。比較例に比べて実験例１、２、３はそれぞれ２８．１％、１８．４％、３８．６％増加した。

図９ｂは、フラボノール含量に対するグラフであり、実験例１、２、３全て比較例よりも高い数値を表し、実験例１～３間の実質的な違いはなかった。比較例に比べて実験例１、２、３は、それぞれ２０３．７％、１８８．９％、２１３．８％増加した。

図９ｃは、アントシアニン含量に対するグラフであって、実験例１、２、３全て比較例よりも高い数値を表し、実験例１～３間の実質的な違いはなかった。比較例に比べて実験例１、２、３は、それぞれ６６．９％、７１．２％、７４．５％増加した。

図９ｄは、生体重量、乾燥重量に対するグラフであり、比較例と実験例１は二種類の重量共に実質的な重量変化はなかった。実験例２は、生体重量は違いがなかったが、乾燥重量において１６．９％減少が見られた。実験例３は、生体重量、乾燥重量共に比較例に比べて低い数値を見せ、生体重量は２１．０％、乾燥重量は２３．１％減少した。

結果的に、生体重量と乾燥重量に影響を及ぼさないと共に、機能性物質が増加し得る条件は、実験例１のように総累積エネルギー量が２．３０４ｋＪ／ｍ^２を超えてはならないことが確認できた。

以上では、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者または該当技術分野の通常の知識を有する者であれば、後述の特許請求の範囲に記載した本発明の思想および技術領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させられることを理解できると考える。

よって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明の記載内容に限定されるのではなく、特許請求の範囲によって決められなければならない。

Claims

明周期と暗周期に従ってオン又はオフになる植物栽培用光源において、前記植物栽培用光源は、第１半導体層、第２半導体層および活性層を含み、前記活性層は前記第１半導体層上に設けられて、前記活性層の形成物質によるエネルギーバンドのバンドギャップの差によって特定波長の光を放出し、前記明周期中の一部区間を第１区間とし、残りの区間を第２区間とすると、前記第１区間および前記第２区間は互いに隣接するように交番的に提供され、前記第１区間において第１光を植物に出射し、前記第２区間において前記第１光及び前記第１光と異なる波長の第２光を前記植物に出射し、その結果、前記植物内の有効物質の含量が高くなる、植物栽培用光源。
前記植物栽培用光源は、前記第１光を出射する第１光源部と、前記第２光を出射する第２光源部を含み、前記第１光源部および第２光源部の一つは、前記第１区間および第２区間の少なくとも一つの区間でオンになる、請求項１に記載の植物栽培用光源。
前記第２光は点滅して前記植物に出射される、請求項１に記載の植物栽培用光源。
前記第１光は可視光線波長帯域の光であり、前記第２光は紫外線波長帯域の光である、請求項１に記載の植物栽培用光源。
前記第２光は紫外線Ｂ波長帯域の光である、請求項４に記載の植物栽培用光源。
前記植物に照射された前記第２光の総累積エネルギー量は、２．３０４ｋＪ／ｍ^２以下である、請求項５に記載の植物栽培用光源。
前記第２光は約２８０ｎｍ～約３１５ｎｍの波長帯域を有する、請求項５に記載の植物栽培用光源。
隣接し合う前記第１区間および第２区間は、一つの反復周期を成す、請求項１に記載の植物栽培用光源。
前記反復周期において、前記第２区間で出射される前記第２光は、前記第１区間では出射されない、請求項８に記載の植物栽培用光源。
前記第２区間は、収穫前の所定期日前から収穫時までの前記明周期に配置される、請求項１に記載の植物栽培用光源。
前記有効物質は、クロロフィル、フラボノール、アントシアニン、クロロゲン酸、セスキテルペンラクトン、およびフェノール性化合物の少なくとも一つである、請求項１に記載の植物栽培用光源。
植物が内部に植えられた本体、
前記本体内に設けられ、前記植物に光を照射する光源、および
前記光源を制御する制御部を含み、
前記光源は明周期と暗周期によってオン又はオフになり、前記明周期中の一部の区間を第１区間とし、残りの区間を第２区間とすると、前記第１区間および前記第２区間は互いに隣接するように交番的に提供され、前記第１区間において第１光を植物に出射し、前記第２区間において前記第１光及び前記第１光と異なる波長の第２光を前記植物に出射し、その結果、前記植物内の有効物質の含量を高める、植物栽培装置。
前記光源は、前記第１光を出射する第１光源部と、前記第２光を出射する第２光源部を含み、前記制御部は、前記第１光源部および第２光源部のいずれかを、前記第１区間および第２区間の少なくとも一つの区間でオンにする、請求項１２に記載の植物栽培装置。
前記第２光は、前記植物に点滅して照射される、請求項１２に記載の植物栽培装置。
前記第１光は可視光線波長帯域の光であり、前記第２光は紫外線波長帯域の光である、請求項１４に記載の植物栽培装置。
前記第２光は、紫外線Ｂ波長帯域の光である、請求項１５に記載の植物栽培装置。
前記の植物に照射された前記第２光の総累積エネルギー量は、２．３０４ｋＪ／ｍ^２以下である、請求項１６に記載の植物栽培装置。
前記第２光は、約２８０ｎｍ～約３１５ｎｍの波長帯域を有する、請求項１５に記載の植物栽培装置。
互いに隣接した前記第１区間および第２区間は一つの反復周期を成す、請求項１２に記載の植物栽培装置。
前記反復周期において、前記第２区間で照射される前記第２光は、前記第１区間で照射されない、請求項１９に記載の植物栽培装置。