(57)【要約】【課題】  個々の植物全体に光を照射することができ、植物の育成や栽培に不可欠な光合成、形態形成、殺菌および殺虫などを効果的に行うことができる植物栽培用光源を提供する。【解決手段】  絶縁性の絶縁基板２２の凹部２１内に、赤色ＬＥＤ２３、青色ＬＥＤ２４および紫色ＬＥＤ２５が搭載され、光の照射むらが発生し難くした植物栽培用光源２としている。これら３つのＬＥＤ２３、２４、２５の発光側の面には、紫外線により光触媒が行われる光触媒用薄膜２８が設けられている。赤色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４により光合成と形態形成が効果的に行われ、紫色ＬＥＤ２５と光触媒用薄膜２８により、細菌の死滅、細菌繁殖の抑制、殺虫、脱臭、殺虫などが可能になる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する基台と、
前記基台の前記凹部の底面に配置され、紫外光を含む紫色光を発光する紫色ＬＥＤ、および前記紫色光以外の特定波長の可視光を発光する可視光ＬＥＤとを備えたことを特徴とする植物栽培用光源。
【請求項２】
前記基台は、前記紫色ＬＥＤおよび可視光ＬＥＤを覆うように設けられ、前記紫色ＬＥＤからの前記紫外光によって触媒作用を発揮する光触媒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用光源。
【請求項３】
前記可視光ＬＥＤは、青色光を発光する青色ＬＥＤと、赤色光を発光する赤色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用光源。
【請求項４】
前記光触媒は、二酸化チタンによる薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の育成や栽培に用いられる植物栽培用光源に関し、特に、個々の植物全体に光を照射することができ、植物の育成や栽培に不可欠な光合成、形態形成、殺菌および殺虫などを効果的に行うことができる植物栽培用光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
花木、草花、野菜、果物などの育成や栽培は、屋外に植栽して行うのが一般的であるが、温室、ビニールハウス等を用いて人工的に行うこともできる。この場合、重要なのは、温室、ビニールハウスなどの室内の光量、水量、温度、湿度などの環境条件を適切に制御することであり、その中でも、光は特に重要である。
【０００３】
温室、ビニールハウス等で植物の育成や栽培を行う場合、太陽光に代えて人工光が用いられる。この人工光としては、従来から白熱電球、蛍光灯などの光源が用いられていたが、これらの光源は、多量の電力を必要とするため、電力コストの増大により維持管理費が増大するほか、光源の発熱により雰囲気内の温度を必要以上に上昇させることがある。
【０００４】
電力消費の少ない光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）があり、このＬＥＤを光源に用いた植物栽培方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この植物栽培方法は、波長２５０ｎｍ〜３７５ｎｍの紫外光を発光するＬＥＤ、波長４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光を発光するＬＥＤ、波長５５０ｎｍ〜５８５ｎｍの黄色光を発光するＬＥＤ、波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍの赤色光を発光するＬＥＤを光源に用い、植物の育成を促し、植物に対する病害虫を低減できるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２８９４７号公報（［００１２］、［００２０］、図７、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の植物栽培方法によると、色毎に１つのＬＥＤからなる光源を用いているので、色毎に照射領域が異なり、また部分的にしか植物に光を照射することができないため、育成むらが生じるおそれがある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、個々の植物全体に光を照射することができ、植物の育成や栽培に不可欠な光合成、形態形成、殺菌および殺虫などを効果的に行うことができる植物栽培用光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、凹部を有する基台と、前記基台の前記凹部の底面に配置され、紫外光を含む紫色光を発光する紫色ＬＥＤ、および前記紫色光以外の特定波長の可視光を発光する可視光ＬＥＤとを備えたことを特徴とする植物栽培用光源を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の植物栽培用光源によれば、共通の基台に紫色ＬＥＤ、可視光ＬＥＤを搭載したことにより、照射領域が一定になるので、個々の植物全体に光を照射することができ、植物の育成や栽培に不可欠な光合成、形態形成などを効果的に行うことができる。
【００１０】
また、紫色ＬＥＤからの紫外光によって触媒作用を発揮する光触媒を紫色ＬＥＤおよび可視光ＬＥＤを覆うように設けることにより、殺菌および殺虫などを効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る植物栽培システムを示す。この植物栽培システム１は、中間に棚１１ａが設けられ、底面および棚１１ａ上に植木鉢１４が設置された温室１１と、温室１１内の２つの天井面に設置された複数の植物栽培用光源２と、植物栽培用光源２に供給する電圧のオン／オフを制御する制御装置１２と、１００Ｖなどの商用電源に接続されて、制御装置１２および植物栽培用光源２に直流電圧を供給する電源装置１３とを備えて構成されている。ここでは、植物栽培用光源２は、１つの植木鉢１４に１つを割り当てているが、複数を割り当てる構成であってもよい。
【００１２】
制御装置１２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、インターフェース回路、パワートランジスタなどを備え、所定の通電モードを予め設定したプログラムに従って発光を制御するように構成されている。
【００１３】
電源装置１３は、１００Ｖを降圧するトランス、整流回路、電圧安定化回路などを備えて構成され、所定の直流電圧を生成する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態に係る植物栽培用光源の詳細構成を示す。同図中、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。植物栽培用光源２は、基台としての絶縁基板２２と、絶縁基板２２上の搭載面に搭載された赤色ＬＥＤ２３、青色ＬＥＤ２４および紫色ＬＥＤ２５と、絶縁基板２２の両側に略Ｓ字形に延伸されるとともにＬＥＤ２３〜２５のそれぞれのアノードとカソードに一対が接続される端子部としての６つのリード２６と、絶縁基板２２に形成され、ＬＥＤ２３〜２５の発光光を上方に反射する凹部２１と、凹部２１内を埋めるように充填された透光性の封止樹脂部２７と、封止樹脂部２７を覆うようにして凹部２１の上縁に固定された光触媒用薄膜２８とを備えて構成されている。
【００１５】
絶縁基板２２は、リード２６を内蔵させて樹脂成形などにより作られ、中心部には、ＬＥＤ２３〜２５を搭載するための凹部２１が傾斜面を有するように形成されており、その底面にＬＥＤ２３〜２５が搭載される。なお、必要に応じて、凹部２１の内面に光反射面を設けることができる。
【００１６】
ＬＥＤ２３〜２５は、ともに同一形状であり、三角形の各点に１つづつ配置され、更に、ＬＥＤ２３〜２５相互間が等間隔になるようにして凹部２１の底面上に搭載される。なお、三角形の配置に限定されるものではなく、例えば、３つのＬＥＤを一直線上に配置することも可能である。ＬＥＤ２３〜２５は、個別に駆動することができるように、アノードまたはカソードの一方を共通接続して１本の線材を制御装置１２まで布線し、他方はＬＥＤごとに線材を制御装置１２まで布線する。
【００１７】
リード２６は、銅、銅合金などの導電性金属材を打ち抜き加工して作製され、ＬＥＤ側の端部は、ＬＥＤ２３〜２５の配置に合わせて、図２の（ｂ）のように、Ｊ字形、Ｌ字形などの曲げ加工が施されている。
【００１８】
封止樹脂部２７は、絶縁基板２２の上面に対し、略同一面になる高さまで凹部２１内に透光性樹脂材を充填することにより形成されている。なお、封止樹脂部２７を設けず、光触媒用薄膜２８の下面に透明なガラス、プラスチックなどによる板材を設ける構成にしてもよい。
【００１９】
光触媒用薄膜２８は、例えば、光半導性を有する二酸化チタン（ＴｉＯ２）等の光半導体からなる微粒子を用いた薄膜である。二酸化チタンの微粒子は、粒子径が小さいほど光触媒の作用が高くなる。光触媒用薄膜２８の形成は、二酸化チタンのコロイドを封止樹脂部２７の表面に塗布し、あるいは、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition:物理的気相成長）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長）などの方法を用いて行うことができる。
【００２０】
植物栽培用光源２は、植木鉢１４の真上に配置するものとし、例えば、植木鉢１４の上部の直径が７０〜１２０ｍｍである場合、植木鉢１４に植栽された植物の位置から１５０〜２００ｍｍの高さの場所に設置する。
【００２１】
図３は、植物栽培用光源２の輝度特性を示す。植物栽培用光源２は、垂直面（０°）に対して最大輝度を有し、左右方向に対しては角度が大きくなるにつれて輝度が低下し、±９０°の位置では０になる広角の指向特性を有し、植木鉢１４の上部開口全体を照射するようにしている。
【００２２】
図４は、植物栽培用光源２の各ＬＥＤ２３〜２５の波長と輝度の関係を示す。赤色ＬＥＤ２３は、発光波長が６４０〜６７０ｎｍ程度、青色ＬＥＤ２４は、発光波長が４５０〜４８０ｎｍ程度、紫色ＬＥＤ２５は、発光波長が３６０〜４１０ｎｍ程度である。紫色ＬＥＤ２５は、３２０ｎｍ以下の人体に有害な波長を含まないため、人体が植物栽培用光源２の発光範囲に入っても安全である。
【００２３】
（植物栽培システムの動作）
図５は、制御装置１２による植物栽培用光源２のＬＥＤ２３〜２５の駆動波形を示す。この駆動波形および図１〜図４を参照して、本実施の形態の動作を以下に説明する。電源装置１３をオンすると、直流電圧が制御装置１２に印加される。制御装置１２は、図５に示すような駆動波形となるように、植物栽培用光源２のＬＥＤ２３〜２５に対する通電を制御する。ここでは、異なるオンタイミングで矩形波形を繰り返し生成し、ＬＥＤ２３〜２５を駆動している。図中、紫色ＬＥＤ２５のオン時間を他の色のＬＥＤに比べて長くしているのは、十分な殺菌および殺虫効果を得るためである。
【００２４】
光触媒用薄膜２８は、紫色ＬＥＤ２５が点灯すると、光触媒用薄膜２８の表面に紫外線により酸化性の活性表面が形成され、その強い酸化触媒作用によって、有機化合物などの分解が行われる。これにより、細菌などの微生物が死滅し、あるいは繁殖が抑制される。また、殺虫、脱臭なども行われる。
【００２５】
この実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）ワンパッケージに複数のＬＥＤを搭載するため、光源２を複数使用する場合に高密度実装が可能となる。
（ロ）赤色と青色を交互に点滅する場合でも、同一のパッケージからの発光であるため、照射領域の大きさのバラツキがない。
（ハ）同じ照射領域内における赤色、青色、紫色の照射量が同等の光源を作製することができる。
（ニ）近年、ＬＥＤの高出力化が可能になっているため、小型から大型までの多様な光源を容易に提供することができる。
（ホ）植物の育成に不可欠な光合成、形態形成、殺菌などが、赤、青、紫の３色の発光により効果的に行われるため、太陽光に比べて遜色のない光源を得ることができる。
（ヘ）３色のＬＥＤを１つの基板上に搭載しているため、電球と同様に単品による取り扱いが可能になり、取り付け、運搬、流通などを容易にすることができる。また、ＬＥＤの使用によって長寿命化および低消費電力化が可能になるため、維持管理を容易にできるほか、ランニングコストの低減を図ることができる。
（ト）紫色ＬＥＤ２５により、ビニールハウスなどのように、太陽光の紫外線が透過しにくく、紫外線が不足する雰囲気内でも、植物の育成や栽培に必要な紫外線を得ることができる。
（チ）光触媒用薄膜２８を設けたことにより、紫色ＬＥＤ２５の紫外光による光触媒が行われ、細菌の死滅、細菌繁殖の抑制、殺虫、脱臭、殺虫などが可能になるため、植物の健全な育成が可能になる。
【００２６】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、ＬＥＤ２３，２４の通電は、通電時間に比べて休止時間を長くした通電制御としたが、通電時間幅は任意にすることができる。また、連続通電であってもよい。
【００２７】
また、植物栽培用光源２の形状は、図２に示した形状に限定されるものではなく、例えば、リード２６に代えてピンやプラグを用いた構造のソケット実装型にし、ハンダ付けを不要にすることができる。また、凹部の底面に搭載された複数のＬＥＤを砲弾形状等のレンズ機能を有する樹脂封止部材によって覆ってもよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、基台として絶縁基板を用いたが、一対のリードの一方のリードの先端に凹部を設け、その凹部の底面に複数のＬＥＤを搭載してもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態においては、比較的小規模な温室１１内で植木鉢１４の植物を育成する場合を例にしたが、本発明は、植木鉢１４に限定されるものではなく、ビニールハウス内の畑、苗床などであってもよい。
【００３０】
また、１つの植物栽培用光源に使用するＬＥＤの波長、数は、上記実施の形態に限定されず、用途に応じて任意に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る植物栽培システムを示す接続図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る植物栽培用光源の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３】植物栽培用光源の輝度特性を示す特性図である。
【図４】植物栽培用光源の各ＬＥＤの波長と輝度の関係を示す特性図である。
【図５】制御装置による植物栽培用光源の各ＬＥＤの駆動波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  植物栽培システム
２  植物栽培用光源
１１  温室
１１ａ  棚
１２  制御装置
１３  電源装置
１４  植木鉢
２１  凹部
２２  絶縁基板
２３  赤色ＬＥＤ
２４  青色ＬＥＤ
２５  紫色ＬＥＤ
２６  リード
２７  封止樹脂部
２８  光触媒用薄膜
【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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