(57)【要約】【課題】青色ＬＥＤを使用せずに、植物の生長に不可欠な波長成分を含み、人間の視覚上、白色系に照射することができるＬＥＤ導光板照明ユニットと、これを備えた栽培装置を提供する。【解決手段】導光板の少なくとも一辺に対して側方から複数の白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤそれぞれの光を入光して、該導光板の一方の板面が白色系に発光するように構成したエッジライトと、前記導光板の一辺に沿って複数の白色ＬＥＤを配列したＬＥＤアレイとを備える。ＬＥＤアレイは、エッジライトと共通の基板に、導光板の入光辺の反対辺に位置して設ける。また、エッジライトとＬＥＤアレイのそれぞれについて、照度を調整可能な電源スイッチを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板の少なくとも一辺に対して側方から複数の白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤそれぞれの光を入光して、該導光板の下面から光を出射するエッジライトと、前記導光板の一辺に沿って前記エッジライトの外側に設けたＬＥＤアレイとを備えることを特徴としたＬＥＤ導光板照明ユニット。
【請求項２】
ＬＥＤアレイは、エッジライトと共通の基板に、導光板の入光辺の反対辺に位置して設けた請求項１記載のＬＥＤ導光板照明ユニット。
【請求項３】
エッジライトとＬＥＤアレイのそれぞれについて、照度を調整可能な電源スイッチを備えた請求項１または２記載のＬＥＤ導光板照明ユニット。
【請求項４】
さらに、エッジライトの白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの光量を独立して調整するボリュームを備えた請求項３記載のＬＥＤ導光板照明ユニット。
【請求項５】
請求項１から４のうち何れか一項記載のＬＥＤ導光板照明ユニットを、基端をベースに固定したポールまたはアームの先端に支持してなる卓上型ＬＥＤ導光板照明ユニット。
【請求項６】
請求項１から４のうち何れか一項記載のＬＥＤ導光板照明ユニットを裏面に設けた蓋と、この蓋を着脱自在に装着する透明のケースとからなる栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤを光源とする導光板を構成要素に含んだ照明ユニットと、このＬＥＤ導光板照明ユニットを備えた栽培装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、幅広い用途でＬＥＤを光源とする照明装置の開発が盛んである。ＬＥＤは、従来の白熱灯や蛍光灯に比べて消費電力が極めて小さく、長寿命であることから、室内照明用として急速に普及しつつある他、小型化・薄型化が可能であるため、液晶画面等のバックライトとしても多く採用されるに至っている。
【０００３】
特に、高輝度の青色ＬＥＤが実用化され、青色の波長は植物の生長にも有効とされることから、青色ＬＥＤを含む照明を植物の人工栽培に利用する試みもなされている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の植物栽培用のＬＥＤ照明は、青色の他、植物の生長に幅広く有効な赤色のＬＥＤを採用するが、当該照明はＬＥＤを基板上に平面的に均等配列した構成であるところ、ＬＥＤは高指向性を有する点光源であるため、このような直下型照射では明暗が発現しやすかった。
【０００５】
そこで、こうした照明ムラをなくして、可及的に均一な照度を得るために、板面に微細なＶ溝等を施したアクリル板を導光板として、その側面からＬＥＤの光を入光させる、いわゆるエッジライト式（サイドライト式）のＬＥＤ照明パネルを植物栽培用の光源として用いることも既に提案されている（特許文献２・３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０３１６７号公報
【特許文献２】特開２００４−４９２１１号公報
【特許文献３】特開２００７−１８５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２・３の各照明装置においても、植物の生長に有効な波長に着目し、導光板の側面に配置するＬＥＤとして赤色と青色のＬＥＤを採用している。具体的な構成としては、特許文献２では発光比率を８（赤色）：２（青色）とすることが好ましいとされている。
【０００８】
植物にとって６４０〜６９０ｎｍの赤色光は、どの生長段階においても重要な光成分であるが、赤色ＬＥＤの比率を高めると、当然、植物も赤く照らされるから、植物本来の色を視認できなくなる。これによって、植物の健康具合を正しく観察できなくなると共に、そもそも赤く照らされた植物は不気味であり、鑑賞には適さない。
【０００９】
一方、青色の波長については、植物の発芽を促進し、また向日性（屈光性）が活発になるとされているが、人間に対しては、最近、ブルーライトの問題が指摘されている。これは、４５０±５０ｎｍの波長からなる青色光は、可視光線の中でもエネルギーが大きく、特に網膜に悪影響を及ぼすことを懸念するものである。もっとも、この問題は、パソコンや携帯電話の液晶ディスプレイのバックライトを対象として、まだ研究段階にあり、科学的・医学的な解明がなされた訳ではないが、短波長ゆえのエネルギー特性に鑑みれば、青色のＬＥＤについては、何らの調整もせず、そのまま使用することは極力避けることが好ましい。
【００１０】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、青色ＬＥＤを使用せずに、植物の生長に不可欠な波長成分を含み、人間の視覚上、白色系に照射することができるＬＥＤ導光板照明ユニットと、これを備えた栽培装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために本発明では、導光板の少なくとも一辺に対して側方から複数の白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤそれぞれの光を入光して、該導光板の下面から光を出射するエッジライトと、前記導光板の一辺に沿って前記エッジライトの外側に設けたＬＥＤアレイとを備えるという手段を用いた。
【００１２】
この手段において、エッジライトは光源として白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤをそれぞれ複数備え、最終的にはスペクトル合成された光が導光板の下面から出射する。即ち、本発明で使用する白色ＬＥＤは、これをスペクトル分析すると、４００〜４８０ｎｍ（青色）と５３０〜６５０ｎｍ（緑色）の波長成分を有するが、５００ｎｍ付近と６６０ｎｍ付近の波長成分が不足している。したがって、白色ＬＥＤだけであると、やや青みがかった光となるうえ、赤色成分が不足しているため、植物の生長に寄与しにくい。そこで本発明では、６６０ｎｍ付近の赤色成分を補足するために、赤色ＬＥＤをもエッジライトの光源として併用する。このとき、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの配分を調整することによって、白色系の光を出射させることもできる。なお、白色ＬＥＤによって緑色や黄色の波長成分も含まれることになるが、これら成分も植物の光合成に有効に作用することが期待され、少なくとも光合成を阻害するものではない。
【００１３】
白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの光は導光板の入光時に独立しているが、導光板内を透過して板面から照射される間に合成され、導光板から照射される光は青みが緩和された白色系となる。なお、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤの比率は、一般的な植物の生長に寄与することを目的とするのであれば、２：８とすることが好ましいが、これに限定されない。
【００１４】
そして本発明では、このエッジライトを主照明として、その補助照明にＬＥＤアレイを備えることを特徴とする。エッジライトは、板面（発光面）の全域において照度がほぼ均一となるため、照明ムラが生じにくいという利点があるが、ＬＥＤという点光源を導光板によって拡散させて面光源とするため、これと同じ数のＬＥＤを平面的に配列した直下型と比べると照度が低下する。したがって、本発明ではＬＥＤアレイにより照度不足を補うようにしている。ＬＥＤアレイは、複数のＬＥＤを一次元に配列してなるが、そのＬＥＤは、植物の生長に積極的に寄与するのであれば赤色ＬＥＤが好ましい。ただし、白色ＬＥＤその他の色のＬＥＤであってもよい。
【００１５】
また輝度については、導光板の中央部分で最も大きくなり、入光辺の対辺側で最も小さくなる分布を示すため、入光辺の対辺側にＬＥＤアレイを設けることが好ましい。
【００１６】
なお、エッジライトとＬＥＤアレイは、エッジライトのリフレクタまたは別の基板に平面的に取付けることでユニット化することが好ましい。
【００１７】
また、エッジライトとＬＥＤアレイは共通の電源スイッチを有することで、一括して点灯をオン・オフすることができる。さらに、エッジライトとＬＥＤアレイの照度を調整するボリュームを設けたり、エッジライト中の白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを別個に照度調整するボリュームを設けることで、照度を任意に調整できる。
【００１８】
上述したＬＥＤ導光板照明ユニットは、それ単体で使用する場合は、ポールやアームなどで支持することで、手元を照らす通常の卓上照明器具としての用途がある。
【００１９】
これとは別に、当該ＬＥＤ導光板照明ユニットを設けた蓋と、この蓋を着脱自在に装着する透明のケースの組合せにより、植物等の栽培装置を構成することが可能である。この栽培装置によれば、ケース内で適当な培地に植栽することで、ＬＥＤ導光板照明ユニットの光によって植物を生長させながら、進捗を観察することができる。このとき、本発明のＬＥＤ導光板照明ユニットによれば、エッジライトの光源である赤色ＬＥＤの赤色波長と、ＬＥＤアレイの光源でもある白色ＬＥＤの青色波長によって、植物を生長させることができる。しかも、エッジライトは、視覚上、白色系に発光させることが可能であるため、植物の状態を正確に観察できる。さらに、ＬＥＤアレイによる補助照明によって、植物を鮮やかに照らすという作用も行う。
【００２０】
培地は培養液であることが好ましく、ＬＥＤ導光板照明ユニットによるスペクトル特性と水耕栽培の相乗効果によって、植物をより健全に生長させることができる。
【００２１】
なお、本発明において「栽培」とは、食用・薬用・観賞用などに利用する目的で植物を植えそだてることの意味の他、金魚などの観賞魚を飼育することも含む。
【００２２】
また、内容物は生物に限らず、ミニカーやフィギュアなどを飾る照明付きのディスプレイケース（コレクションケース）の用途にも使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のＬＥＤ導光板照明ユニットによれば、照明ムラが殆どなく、照射される物を本来の色彩に近い状態で視認することができる。また、人間の目に有害とされる短波長の光を多く発する青色ＬＥＤは使用せず、暖色系の赤色ＬＥＤを採用しているため、人の目に優しく、該照明ユニットをディスプレイケースの蓋に取付けることで、ケースに収容した物品を鮮やかに照らし、癒し効果も発揮する。同時に、植物の生長に必要なスペクトル分布を有するため、植物を健全に生長させ、その生長過程を観察できることから、実用性、学習性、及び観賞性を兼ね備えた栽培装置とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態を示した卓上型照明器具の側面図
【図２】第一実施形態におけるＬＥＤ導光板照明ユニットの平面図（底面側）
【図３】本発明の第二実施形態を示した水槽型栽培装置の説明図
【図４】第二実施形態における蓋の裏面図
【図５】第二実施形態におけるＬＥＤ導光板照明ユニットの分光放射特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明のＬＥＤ導光板照明ユニットの一実施形態を示したものであり、卓上型の照明器具の用途に適用した例を示している。図中、１はＬＥＤ導光板照明ユニット、２は該ＬＥＤ導光板照明ユニット１を水平に支持するポール、３はポール２をビス等により立設固定するベースである。ＬＥＤ導光板照明ユニット１はムッフ４によりポール２に支持されており、高さ調整が可能である。なお、ポール２はアームであってもよく、関節を有するアームであれば、ＬＥＤ導光板照明ユニット１の位置変更の自由度が高くなる。
【００２６】
ＬＥＤ導光板照明ユニット１は、図２に示すように、エッジライト５とＬＥＤアレイ６を共通の基板７に取付けてなる。エッジライト５は、平面視長方形をなす導光板５ａの一辺に沿って複数のＬＥＤ５ｂ・５ｃを配列したもので、導光板５ａの一方の板面（照射面となる下面）には予め光を拡散する微細な加工（Ｖ字溝）が施されており、該導光板５ａの側方から入光した点光源であるＬＥＤ５ｂ・５ｃの光は、該加工板面のプリズム効果によって拡散し、該加工板面が面発光する。ＬＥＤ５ｂ・５ｃの光が他所から漏れて発光効率が低下しないように、導光板５ａの加工板面と対向する板面（上面）や、ＬＥＤ５ｂ・５ｃが存在しない側面には反射板等を設けている。
【００２７】
このようなエッジライト５においてＬＥＤ５ｂ・５ｃは、白色ＬＥＤ５ｂと赤色ＬＥＤ５ｃである。つまり、本発明では、エッジライト５の光源として、複数の白色ＬＥＤ５ｂと赤色ＬＥＤ５ｃを併用している。これによって、白色ＬＥＤ５ｂの不足波長である６６０ｎｍ付近の波長（赤色光）を赤色ＬＥＤ５ｃで補っている。
【００２８】
当該構成は、赤色ＬＥＤ５ｃの不足波長である４５０ｎｍ付近の波長（青色光）を白色ＬＥＤ５ｂによって補っていると言い換えることもできるが、何れにしても、本発明において重要なことは、白色ＬＥＤ５ｂと赤色ＬＥＤ５ｃの組合せによって、導光板５ａからは白色系の光が発光されるように構成することである。照射物が赤色ＬＥＤ５ｃによって赤みがかることを防止しつつ、短波長である青色光を軽減して人間の目に優しい光を得るためである。
【００２９】
なお、白色ＬＥＤ５ｂと赤色ＬＥＤ５ｃの個数、ピッチ等の具体的設計については上記条件を満たすものであれば、特に限定されない。つまり、白色ＬＥＤ５ｂと赤色ＬＥＤ５ｃは、同数・同ピッチとすることもできるし、何れかを多く設けることもできる。ただし、この照明器具を植物栽培の用途に使用する場合は、植物の健全な生長のためには、エネルギー比で赤／白≧２とすることが好ましい。
【００３０】
一方、ＬＥＤアレイ６は、白色ＬＥＤのみを複数個、直線的に配してなり、この実施形態の場合、二組のＬＥＤアレイ６を用いて、それぞれをエッジライト５の対向する辺に沿って取付けている。なお、各ＬＥＤアレイ６においては、予定する照度に応じて、白色ＬＥＤを二列以上に配して構成してもよい。ＬＥＤアレイ６を一対、平行して設けることで、より明るく、照明ムラをなくすためである。つまり、エッジライト５は、その真下であれば、高い照度を均一に発するのであるが、斜め方向に対しては光度が小さくなるため、ＬＥＤアレイ６を設けることによって、照度ムラがない状態で広範囲を明るく照らすことができる。さらに、エッジライト５は、通常、板面（発光面）の中央で輝度が最も高くなり、導光板の入光面と反対側周囲については、若干、輝度が低下するため、これを補う目的もある。
【００３１】
この実施形態によるＬＥＤ導光板照明ユニットの用途は、卓上照明器具として、通常のスタンド式照明器具と同じ用途に使用できる他、植物の栽培用照明、ミニシクラメンなどの観葉植物や金魚などの観賞魚の飼育用照明としての用途がある。しかし、これは例示であり、他の照明用途にも使用することができる。
【００３２】
なお、実施例としては、縦横が１８０ｍｍ×２５０ｍｍの寸法、家庭用電源１００Ｖ、消費電力１０ＷのＬＥＤ導光板照明ユニットで、その照射面から２０ｃｍ位置で３０００ルクスの照度が得られた。
【００３３】
図３は、本発明の第二実施形態を示したもので、上記ＬＥＤ導光板照明ユニットを植物栽培用照明に応用したものである。即ち、この第二実施形態では、植物の培地を設けるケース８と、これに着脱自在に装着する蓋９を備え、図４に示したように、蓋９の裏面に、上述したエッジライト５とＬＥＤアレイ６からなるＬＥＤ導光板照明ユニットＵを取付けた構成である。
【００３４】
具体的に、この第二実施形態では、ケース８として幅４５ｃｍ、奥行き３０ｃｍ、高さ２４．５ｃｍの水槽を用い、これに培養液を入れ、植物を水耕栽培する用途を示している。
【００３５】
光源については、蓋８の長手方向に沿って二組のエッジライト５を横並びに並設し、この並設したエッジライト５に沿って、二組のＬＥＤアレイ６を蓋８の裏面前後に平行に取付けている。したがって、家庭においては、ケース８に所望の植物を植栽し、蓋９をするだけで、栽培装置が完成する。
【００３６】
図５は、第二実施形態におけるＬＥＤ導光板照明ユニットＵの分光放射特性を示したものであり、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は相対分光放射光量子を示している。また同図では、エッジライト５を「導光板」、ＬＥＤアレイ６を「予備」、またエッジライト５の赤色ＬＥＤ５ｃを「赤」として、それぞれを単独で点灯した場合と、選択的に二つを同時に点灯した場合と、さらに全部を点灯した場合の特性を示している。この第二実施形態におけるＬＥＤ導光板照明ユニットＵでは、特に全部を点灯した場合に、６４０ｎｍ付近の波長（赤色光）と４５０ｎｍ付近の波長（青色光）のエネルギー比が１０：２である。ただし、その発光色は白色系であり、照射物が赤みがかることなく、ほぼ白色ＬＥＤのみと同様の発光が得られた。
【００３７】
このような特性を有する栽培装置によれば、栽培している植物を本来の色彩に近い状態で照らすことができるため、その植物の健康状態を正確に把握しながら、生長過程を観察することができる。また、ＬＥＤ導光板照明ユニットによってケース（水槽）内の照度が周囲の室内照度よりも高くなるため、植物にスポットライトが当たったようになり、植物の葉の緑色が映え、インテリアの要素もある。
【００３８】
さらに、植物にとっても、発芽から開花までの生長に必要な青色と赤色の波長の光が含まれており、こうした光がエッジライト５による均一な照射によって照明ムラがない状態で植物に放射されるため、良好な生長を示す。
【００３９】
なお、植物によっては、昼と夜を区別して生長するものがいる。そこで、当該実施形態においては、ＬＥＤ導光板照明ユニットＵをオンオフする電源スイッチを設けることが好ましい。
【００４０】
また、植物が生長するにつれ、光源との距離が狭まるため、これに応じて必要な光量とするために、電源スイッチはＬＥＤ導光板照明ユニットＵの光量を調整するボリューム摘みを有することが好ましい。さらにまた、生長過程で必要となる波長成分が変化する植物に対応して、波長毎のエネルギーをも調整できるよう、エッジライト５については、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを別々に光量調整できるボリューム摘みを備えることがより好ましいものである。
【００４１】
なお、このような調光機能は、卓上型を示した実施形態にも適用でき、これによって手元の明るさを調整したり、照射物への光加減を変化させることで、落ち着いた光による癒し効果も期待することができるのである。
【符号の説明】
【００４２】
１・Ｕ  ＬＥＤ導光板照明ユニット
２  ポール
３  ベース
４  ムッフ
５  エッジライト
５ａ  導光板
５ｂ  白色ＬＥＤ
５ｃ  赤色ＬＥＤ
６  ＬＥＤアレイ
７  基板
８  ケース
９  蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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