JPS63160520A - 植物育成促進用の光波長変換板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、施設園芸等に用いるのに特に適した植物を成
促進用の光波長変換板に関するものである。

（背景技術） 近年の施設園芸の発展は目覚ましく、植物を大量に効率
良く育成することが盛んに行われている。

植物の育成には、光、温度、炭酸ガス、肥料などが必要
であるが、中でも光環境は植物の育成を左右するｍ要な
要因である。−最に植物は、３８０〜７５０ｎｍの波長
の光を受けることにより、光合成を行い、その育成が可
能となるが、前記波長域の中でも４５０〜５５０ｎｍの
波長域の光については、植物の育成能力が低い、また、
３８０ｎ−以下の波長域の光は植物の育成に関係しない
か、あるいは、植物の育成を阻害することが知られてい
る。

第１０図に、植物に照射される光の波長と植物の光合成
速度との関係を示す。

一方、施設園芸で用いられる光源としては、太陽光を用
いるもの、人工光源を用いるもの、太陽光と人工光源の
組み合わせを用いるものなどが考えられる。−最に１人
工光源としては、ＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ　　Ｉ　ｎＬ
ｅｎｓｉｔｙ　Ｄ　１ｓｃｌ＋ａｒｇｅ　Ｌａｍｐ：高
輝度放電灯）が主として用いられており、そのＨＩＤラ
ンプの中でも、ハロゲン化錫入りの白色メタルハライド
ランプは特によく用いられている。第１１図にハロゲン
化錫入りメタルハライドランプの分光放射特性を示す、
このように、ＨＩＤランプからの光は共に３８０１−以
下の波長域の光や、４５０〜５５０ｎ−の波長域の光を
がなり多く含んでおり、太陽光についても同様である。

したがって、これらの植物の成長に無関係又は有害な波
長域の光、あるいは、植物の成長能力の低い波長域の光
をカットあるいは減少させて、その代わりに、３８０〜
４５０ｎ１１の波長域や、５５０〜７５０ｎｍの波長域
の光を増強すれば、植物の育成を促進させることが可能
であり、これを目指して多くの研究がなされている。

最も簡単で効果的であるのは、３８０ｎｍ以下及び／又
は４５０〜５５０ｎｍの波長域の光をそれぞれ３８０〜
４２０１転５５０〜７００ｎ鍋の波長域の光に変換する
ことが可能な蛍光染料を分散させた透明板に光を当て、
その透過光を植物に照射するものである。これにより、
植物の成長がａ高士数％促進されたことが発表されてい
る。

しかし、この場合において、染料に吸収される３８０ｎ
ｍ以下及び／又は４５０〜５５０ｎｅの波長域以外の光
は、透明板をそのまま透過するので問題はないが、染料
により吸収され、発光された光については、その約７０
％がスネルの法則に従い透明板の内部で全反射を繰り返
しながら、透明板の端部に集められてしまう、さらに、
約１５％は入射した側、すなわち、光源側に放射されて
しまう、したがって、蛍光染料が発する３８０〜４２０
ｎｅ及び／又は５５０〜７００ｎｍの波長域の光のうち
、植物に照射されるのは、わずか約１５％に過ぎないの
である。

（発明の目的） 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、蛍光染料を分散させた透明板
から、より効率的に蛍光を取り出すことができ、しかも
、染料が吸収しない波長域の光に対しては何の影響も与
えることがないような植物育成促進用の光波長変換板を
提供するにある。

（発明の開示） 本発明に係るｗｉ物育成促進用の光波長変換板は、第１
図に示すように、植物育成能力の低い波長域の光を植物
育成能力の高い波長域の光に変ｆＡする蛍光染料を分散
させた透明板１における植物に面する片側の面に、内部
の光を効率良く植物に向けて放射するような多角Ｗ１２
を備えて成るものである。

ここで、透明板１に分散される蛍光染料は、植物育成に
関係しない３８０１−以下及び／又は植物育成能力の低
い４５０〜５５０ｎｍの波長域の光を、それぞれ植物育
成を助長する３８０〜４２０ｎｍ、５５０〜７００ｎｍ
の波長域の光に変換するような蛍光染料が用いられる。

植物育成促進用の光波長変換板に対する主な要求は、次
の通りである。

（ｉ）透明板中に分散された染料が吸収しながった光は
、乱反射等により失われることなく植物に照射されるこ
と。

（ｉｉ）染料により吸収される波長は、３８０ｎｍ以下
及び／又は１１５０〜５５０ｎｍであること。

（ｉｉｉ）染料により再放射される波長３８０〜４５０
ｎｍ及び／又は５５０〜７００ｎｍの蛍光は、その大部
分が植物側に放出されること。

蛍光染料から放出された蛍光を、面方向に取り出すため
に、まず考えられるのは、蛍光染料を分散された平滑な
透明板の片側の面を、磨りガラスのように荒らすことで
ある。この結果、確かに、面方向に放射される蛍光は増
加する。しかし、同時に染料に吸収されなかった光の乱
反射もまた増大し、結果的に植物に照射される光ＬＡ旦
は大きく低下してしまう。

そこで、本発明者らは、どのような部分で乱反射等が起
こるのかについて検討を行った結果、完成したのが本発
明であり、透明板１における植物に面する片側の面に多
角錐２を設けたことを要旨とするものである。

第２図に一例として、四画錐２を付けた透明板１の外観
を示す、この多角８２の高さ１１は、第２図に示すよう
に、透明板１から多角錐２を除いたときの厚さＩ−１の
１／２未満であることが望まれる。

なぜなら、多角錐２の高さ１１が（１／２）Ｈ以上であ
れば、多角錐２の部分に含まれている蛍光染料から放出
される蛍光の内、入射光方向に向かう光ｔｊＡ量が急激
に多くなり、効率の低下を招くからである。

次に、多角錐２の頂点部分の角度０については。

多角錐２の互いに向き合う斜面のなす角度が５度以上４
５度未満、及び／又は、多角錐２の隣り合う斜面のなす
斜辺と向かい合う斜面とのなす角度が５度以上４５度未
満でなければならない、もし。

この角度θが４５度以上であれば、蛍光染料により放出
された蛍光の７０％以上が透明板１の端部方向へ、又は
、入射光方向に向かってしまう、また、この角度θが５
度以下であれば、蛍光の散乱が著しく、結果的に植物へ
の照度が極端に低下する。上記範囲の角度の中でも特に
３０±２度が最も好ましい、透明板１の屈折率によって
多少は異なるが、３０±２度であれば、蛍光染料により
吸収されなかった光は、はぼ散乱を受けることなく植物
に照射され、しかも、蛍光は、その７０％以上が植物側
に放射される。

多角錐２は、前記の条件内に入っておれば、必ずしも均
一のものである必要はなく、種々の高さ、角度、形状の
ものが混在していても構わない。

次に、透明板１の材質としては、例えば、ポリメチルメ
タクリレ−！・（以下、ＰＭＭＡと略す）、ポリカーボ
ネート、ポリスチレン、ガラスなどが用いられるが、こ
れらに限定されるものではない。

一般に、危も蛍光染料を分散させるのに適している材料
は、蛍光染料の分散性が良好で、透明性に漫れ、加工性
が良く、耐候性に優れ、１１３が安い材料であり、この
理由から、ＰＭＭＡが最も適したものと考えられる。

さらに、蛍光染料としては、次のような特ｆｉ２ｆ：有
するものが望ましい。

（ｕ）耐候性に優れ、屋外暴露されても、染料の蛍光発
生能力の半減期が１年以上であること。

（１＋）吸収波長帯と、放射波長帯との差（ストークス
・シフト）が大きく、前記波長帯のオーバーラツプが少
ないこと。

（ｃ）蛍光力が強く、蛍光量子産出量が大きいこと。

（ｄ）プラスチックへの混入性が良好なこと。

これらの特徴を有する蛍光ｔｊ！！料としては、特に限
定するものではないが、例えば、西ドイツＢＡＳＦ社製
のＶ　１ｏｌｅｔ５７０　、ＹｅｌｌｏｗＯ８３、Ｏｒ
ａｎｇｅ２４０　、Ｒｅｄ３００　、Ｒｅｄ３３９のシ
リーズがある。第１表に各々の染料について、（１）ｉ
大吸収波長（ｎｍ）、（Ｉｔ　）Ｅｆｔ大発敗波艮（ｎ
−）、（ＩＩＩ）蛍光１子産出率（％）、（■）耐候性
テスト結果を示す、なお、第１表において、染料■はＶ
　１ｏｌｅｔ　５７０　、染Ｔ４■はＹｅｌｌｏｗＯ８
３、染料■はＯｒａｎｇｅ２４０　、染料■はＲｅｄ３
００　、染料■はＲｅｄ３３９を示す。

また、耐候性テスト結果は、蛍光染料をＰ　Ｍ　Ｍ　Ａ
中に０．０２重量％分散させて、所定輝度のキセノンラ
ンプ下に２０００時間放置した後の蛍光保持率（％）を
示している。

これらの染料を透明な樹脂に分散させて透明板１を形成
する。この染料の濃度は樹脂１００重量部に対し、染料
０．５〜０．００１ｆｆ１皿部が望ましい、染料の樹脂
中への分散法としては、モノマーあるいはプレポリマー
の中に染料３分散させ、硬ｆヒさせても良いし、樹脂に
練り込んでも良く、均一に分散しさえすれば、どのよう
な方法を用いても良い。

また、分散される染料は必ずしも単一種のものでなくと
も良く、複数種の染料が分散されたものであっても良い
。

さらに、複数の波長変換用の透明板１を重ね会わして使
用しても良い、ただし、この場合には、光の吸収及び／
又は放出領域を短波長側に有する蛍光染料を分散させた
透明板を、入射光側に配置しなければならない、もし、
このようにしないならば、放出された蛍光は、はとんど
が他の′Ｐ１類の蛍光染料に再吸収されてしまうからで
ある。したがって、例えば、２枚の波長ｙＲ換板を重ね
合わせた構造とする場合には、入射光側にＶｉｏｌｅｔ
５７０を分散させた透明板を配置し、その次の層にＯｒ
ａｎｇｅ２４０を分散させた透明板を配置するものであ
る。

以下、比較例及び実施例に従って説明する。

Ｌ１匠り 前述の染料Ｏｒａｎｇｅ　２４０をＰＭＭＡ中に０．０
２重重量％散させた両面が平滑な波長変換板（厚さ：　
６　ａｍ）　＠作成し、波長３００〜８００　ｎ＋＊に
おける透過光強度を測定した。その測定結果を第３図に
示す。

肛乱匠よ 前述の染料Ｖ　１ｏｌｅｔ　５７０をＰＭＭＡ中に０．
０２重量％分散させた両面が平滑な波長変換板（厚さ：
　３　ａｍ）と、染料Ｏｒａｎｇｅ　２４０をＰＭＭＡ
中に０．０２１［１％分散させた両面が平滑な波長変換
板（Ｊ！Ｘさ：３１）とを、接着剤（三菱レイヨン（株
）製のアクリボンド）を用いて接着した。　Ｖｉｏｌｅ
Ｌ５７０を分散させた波長変換板を光源側に配置して、
比較例１と同様にして透過光強度を測定した。測定結果
を第４図に示す。

去ＪＬＩＬＬ 比較例１と同一の波長変換板の片面に、互いに向かい合
う角度が３０度で高さが１１の四角錐を彫り込んで、こ
の波長変換板の平滑な面側から光を入射し、比較例１と
同様にして透過光強度を測定した。測定結果を第５図に
示す。

夫１匠工 比較例１と同一の波長変換板の片面に、隣り合う斜面の
なす斜辺と、向かい合う斜面とのなす角度が３１度で、
高さが１論論の五角錐を彫り込んで、この波長変換板の
平滑な面側から光を入射し、比較ｒＩＡ１と同様にして
透過光強度を測定した。測定結果を第６図に示す。

火工］］一 実施例１と同一の波長変換板であるが、四角錐の高さが
０．５ｍｍのものと１ｉｅ−のものとが４：１のｉｎで
混在する波長変換板について、その平滑な面側から光を
入射し、比較例１と同様にして透過光強度を測定した。

測定結果を第７図に示す。

夫１匠先 比較例２と同一の渡Ａ　ｇ：ｆＡ板におけるＯｒａｎｇ
ｅ２４０を分散させた側に、互いに向かい合う角度が３
０度で、高さが１論論の四角錐を彫り込んで、この波長
変換板のＶ　１ｏｌｅＬ５７０を分散させた側の下情な
面を光源側に配＝して、比較例２と同様にして透過光強
度を測定した。測定結果を第８図に示す。

尺１匠ｉ 比較例２と同一の波長変換板におけるＯ　ｒａｎｇｅ２
４０を分散させた側に、隔り合う斜面のなす２′１辺と
向かい会う斜面とのなす角度が３１度で、高さが１１の
五角錐を彫り込んで、この波長変換板のＶ　１ｏｌｅＬ
　５７０を分散させた側の平滑な面を光源側に配置して
、比！！２例２と同様にして透過光強度を測定した。測
定結果を第９図に示す。

以上の第５図乃至第９図を、第３図及び第４図と比較検
討すれば明らかなように、各実施例にあっては、比較例
に比べて、植物育成能力の低い波長域の光が抑制され、
代わりに植物育成能力の高い波長域の光が増強されてい
る。

（発明の効果） 本発明は上述のように、植物育成能力の低い波長域の光
を植物育成能力の高い波長域の光に変換する蛍光染料を
分散させた透明板における植物に面する片側の面に内部
の光を効率良く植物に向けて放射するような多角錐を備
えたものであるから、蛍光染料を分散させた透明板内に
発生した蛍光は、多角錐を介して植物に向けて効率良く
放射され、しかも蛍光染Ｔ１が吸収しない波長域の光は
多角錐によってほとんど影響されないので、植物育成促
進のための光波長変換を効率良く行うことができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光波長変換板の斜視図、第２図は
同上の断面図、第３図は本発明と比較される第１の比較
例の特性図、第４図は本発明と比較される第２の比較例
の特性図、第５１１Ｗは本発明の第１実施例の特性図、
第６図は本発明の第２実施例の特性図、第７図は本発明
の第３実施例の特性図、第８（２Ｉは本発明の第４実施
例の特性図、第９図は本発明の第５実施例の特性図、第
１０図は植物の照射波長と光な成速度との関係を示す特
性図、第１１図は植物への裁培用光源として用いられる
放電灯の分光放射特性図である。 １は透明板、２は多角錐である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）植物育成能力の低い波長域の光を植物育成能力の
   高い波長域の光に変換する蛍光染料を分散させた透明板
   における植物に面する片側の面に、内部の光を効率良く
   植物に向けて放射するような多角錐を備えて成ることを
   特徴とする植物育成促進用の光波長変換板。