(57)【要約】【課題】植物の成長を促進可能な発光装置及び植物栽培方法を提供する。【解決手段】３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備え、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比（Ｒ／Ｂ）が２０を超えて２００以下である、発光装置である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、
前記発光素子からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備え、
４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比（Ｒ／Ｂ）が２０を超えて２００以下である、発光装置。
【請求項２】
前記４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束の比（Ｒ／Ｂ）が、５０以上１２０以下である、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光装置の発光スペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に少なくとも一つの発光ピークを有し、前記発光ピークの半値幅が４０ｎｍ以上である、請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記赤色蛍光体が、Ｓｒ及びＣａから選択される少なくとも一種の元素と、Ａｌとを組成に含み、Ｅｕ２＋で賦活されるシリコンナイトライドを含む蛍光体を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記赤色蛍光体が、
アルカリ土類金属元素からなる群より選択される少なくとも一種の元素と、アルカリ金属元素からなる群より選択される少なくとも一種の元素とを組成に含み、Ｅｕ２＋で賦活されるアルミナイトライドを含む蛍光体、
Ｍｎ４＋で賦活されるフルオロジャーマネート蛍光体、
Ｅｕ２＋で賦活されるＣａ又はＳｒの硫化物を含む蛍光体、及び
アルカリ金属元素及びアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素又はイオンと、第４族元素又は第１４族元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素とを組成に有し、Ｍｎ４＋で賦活されるフッ化物を含む蛍光体からなる群より選択される少なくとも一種の蛍光体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記赤色蛍光体が、下記式（I）で表される組成を含む蛍光体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
（Ｃａ１−ｓ−ｔＳｒｓＥｕｔ）ｘＡｌｕＳｉｖＮｗ      （I）
（式（Ｉ）中、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ及びｘは、それぞれ０≦ｓ≦１、０＜ｔ＜１．０、０＜ｓ＋ｔ＜１．０、０．８≦ｘ≦１．０、０．８≦ｕ≦１．２、０．８≦ｖ≦１．２、１．９≦ｕ＋ｖ≦２．１、２．５≦ｗ≦３．５を満たす数である。）
【請求項７】
白色光を発光する光源と組み合わせて用いる、請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
植物栽培に用いる、請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の発光装置と、その発光装置とは別の光エネルギーを発する光源と組み合わせた照明装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の発光装置から発する光を植物に照射する植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及び植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気候変動・人為的環境破壊による環境変化が起こる中で、野菜などの植物を安定的に供給し、植物の生産効率を高めることが望まれている。例えば、人為的な管理が可能な植物工場は、清浄で安全な野菜を市場に安定的に供給することが可能であるため、次世代の産業として期待されている。植物工場においては、消費電力を削減し、効率的に植物を育成するために、発光ダイオード（Light  Emitting  Diode：以下、「ＬＥＤ」という。）を用いた発光装置が採用されている。ＬＥＤは、光波長の組み合わせと強度の制御が可能であり、植物の成長速度や形態形成に合わせた光を照射することが可能であるため、植物の成長を促進させ、豊富な機能性栄養成分を有する付加価値の高い植物育成用の光源として期待されている。
【０００３】
植物の光に対する反応は、光合成と光形態形成に分けられる。光合成は、光エネルギーを利用して水を分解し、酸素を発生して二酸化炭素を有機物に固定する反応である。光合成の結果、生成される炭水化物は植物の細胞構築の原料となり、植物の成長のためのエネルギー源となる。光形態形成は、光を信号として利用し、種子の発芽、分化（発芽形成、葉の形成など）、運動（気孔開閉、葉緑体運動）、光屈折などを行う形態的な反応である。植物には、光を認識する光受容体（色素）が複数存在し、光合成反応の場合は、クロロフィルａ、クロロフィルｂ、カロテノイドが光をエネルギーとして捕捉する。光形態形成の場合は、フィトクロム、クリプトクロム、フォトトロピンが光を信号（シグナル）として受容する。
【０００４】
植物が光受容体を使用して、光合成や光形態形成に利用できる光の波長域は３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。この波長域の放射を、生理的有効放射（Physiologically  Active  Radiation）といい、その中でも植物育成のエネルギー源となる４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域の放射を、光合成有効放射（Photosynthetically  Active  Radiation）という。植物の光合成に必要な光の強度は、光合成光量子束密度（Photosynthetic  Photon  Flux  Density）又は光合成光量子束（Photosynthetic  Photon  Flux、以下、「ＰＰＦ」と表す場合もある。）と表される場合もある。
【０００５】
植物等に照射される光の強度は、光量子束密度（Photon  Flux  Density）又は光量子束（Photon  Flux、以下「ＰＦ」と表す場合もある。）で表される。光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ−２・ｓ−１）とは、単位時間当たりに単位面積に到達する光量子の数である。光量子束（μｍｏｌ・ｓ−１）とは、単位時間当たりの光量子の数である。植物の成長に応じて、光受容体が認識する青色領域の光量子束Ｂと、赤色領域の光量子束Ｒとの比（Ｒ／Ｂ）を制御する必要がある。そこで、青色光を発光するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが発光する青色光を吸収して青色よりも赤色の光を発する蛍光体とを組み合わせた発光装置が提案されている（特許文献１を参照。）。また、赤色の光を発する蛍光体と、白色光を発光する既存の光源と組み合わせて、赤色の光の補光を行う方法も提案されている（特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０９９２５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている発光装置では、白色光を発光する既存の光源と組み合わせて補光用として使用した場合に、詳細は後述するが、既存の光源が発する光のスペクトルバランスが崩れ、既存の光源から発せられる光のスペクトルにおいて４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲の緑色光や５７０ｎｍを超えて６２０ｎｍ未満の範囲の黄色から橙色の光が減少する傾向があった。  そこで、本発明の一態様は、既存の光源とともに利用した場合に、既存の光源が発する光のスペクトルバランスを崩すことなく赤色光を補光することが可能な発光装置及び植物栽培方法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】
前記課題を解決するための手段は、以下の通りであり、本発明は、以下の態様を包含する。
本発明の第一の態様は、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、
前記発光素子からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備え、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比（Ｒ／Ｂ）（以下、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比を、「比Ｒ／Ｂ」と称する場合もある。）が２０を超えて２００以下である、発光装置である。
【０００９】
本発明の第二の態様は、前記発光装置と、その発光装置とは別の光エネルギーを発する光源とを組み合わせた照明装置である。
【００１０】
本発明の第三の態様は、前記発光装置から発する光を植物に照射する植物栽培方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、既存の光源とともに利用した場合に、既存の光源が発する光のスペクトルバランスを崩すことなく赤色光を補光し、植物の成長を促進することが可能な発光装置及び植物栽培方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、発光装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置の比Ｒ／Ｂに対する、青色光の光量子束Ｂ（Blue PF）、赤色光の光量子束Ｒ(Red PF)、及び光合成光量子束ＰＰＦの関係を示す図である。
【図３】図３は、白色ＬＥＤ発光装置１と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置とを組み合わせた混色光の光合成光量子束ＰＰＦと、白色ＬＥＤ発光装置と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置を組み合わせた場合の白色ＬＥＤ発光装置１の個数比率（％）の関係を示す図である。
【図４】図４は、白色ＬＥＤ発光装置１単独から発する光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１と実施例１の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１と比較例２の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の相対光量子束のスペクトルを示す。
【図５】図５は、白色ＬＥＤ発光装置１単独から発する光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１と実施例２の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１と比較例２の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の相対光量子束のスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示に係る発光装置及び植物栽培方法の一実施態様に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の一態様は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は、以下の発光装置及び植物栽培方法に限定されない。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ  Ｚ８１１０に従う。また、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
【００１４】
発光装置
本発明の一実施態様は、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲（以下、「近紫外から青色領域」とも称する場合もある。）に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備え、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下である、発光装置である。本明細書において、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂを「青色光の光量子束Ｂ」と称する場合がある。また、本明細書において、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒを「赤色光の光量子束Ｒ」と称する場合がある。
【００１５】
本発明の一実施態様の発光装置の一例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施態様の発光装置１００を示す概略断面図である。
【００１６】
発光装置１００は、図１に示されるように、発光装置１００は、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子１０と、発光素子からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体７０を備える。
【００１７】
発光装置１００は、例えば、成形体４０と、発光素子１０と、蛍光部材５０とを備える。成形体４０は、第１のリード２０及び第２のリード３０と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む樹脂部４２とが一体的に成形されてなるものである。成形体４０は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子１０が載置されている。発光素子１０は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極はそれぞれ第１のリード２０及び第２のリード３０とそれぞれワイヤ６０を介して電気的に接続されている。発光素子１０は蛍光部材５０により被覆されている。蛍光部材５０は、例えば、発光素子１０からの光を波長変換する蛍光体７０と封止材料を含む。蛍光体７０は、発光素子１０から発光される３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子１０からの光により赤色光を発する赤色蛍光体７０である。発光素子１０の正負一対の電極に接続された第１のリード２０及び第２のリード３０は、発光装置１００を構成するパッケージの外方に向けて、第１のリード２０及び第２のリード３０の一部が露出されている。これらの第１のリード２０及び第２のリード３０を介して、外部から電力の供給を受けて発光装置１００を発光させることができる。
【００１８】
蛍光部材５０は、発光素子１０が発する光を波長変換するだけではなく、外部環境から発光素子１０を保護するための部材としても機能する。図１において、赤色蛍光体７０は、蛍光部材５０中に存在し、発光素子１０に近接して配置されている。これにより、発光素子１０からの光を赤色蛍光体７０で効率よく波長変換することができ、発光効率の優れた発光装置を提供できる。赤色蛍光体７０を含む蛍光部材５０と、発光素子１０の配置は、図１に示すように、赤色蛍光体７０を発光素子１０に近接して配置する態様に限定されることなく、発光素子１０から発生される熱の影響も考慮して、蛍光部材５０中で発光素子１０と間隙を設けて赤色蛍光体７０を配置することもできる。また、蛍光部材５０中にほぼ均等に赤色蛍光体７０を配置することによって、発光装置１００から色ムラが抑制された光を発することができる。
【００１９】
植物は、その葉緑体の中に存在する色素（クロロフィルａ、クロロフィルｂ及びカロテノイド）が光を吸収するとともに、炭酸ガス及び水を取り込み、これらを光合成によって炭水化物（糖類）に変換することで、成長する。植物の育成促進に使用されるクロロフィルａ及びクロロフィルｂは、特に６２５ｎｍ以上６７５ｎｍ以下の赤色領域の光に対する吸収ピークと、４２５ｎｍ以上４７５ｎｍ以下の青色領域の光に対する吸収ピークとを有する。植物の光受容体のうち、クロロフィルａは、４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の青色領域の光エネルギーと、６６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色領域の光エネルギーを捕捉して、光合成が行われる。クロロフィルｂは、４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色領域の光エネルギーと、６４０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の赤色領域の光エネルギーを捕捉して光合成が行なわれる。カロテノイドは、４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の青色から緑色領域の光エネルギーを捕捉して光合成を行う。また、光形態形成を行う光受容体のうち、例えばフィトクロムＡは、３６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の青色領域の光を信号として、種子発芽の誘導が行われる。また、フィトクロムＢは、５４０ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の赤色領域の光を信号として種子発芽等の誘導が行われる。
【００２０】
植物は、その成長段階において、光合成を行うだけではなく、種子から発芽の誘導、胚軸伸長、花芽形成、光屈折等の光形態形成が行われている。植物の種類や成長段階に応じて、太陽光に代表される白色光のみならず、赤色光を補光することが植物の成長促進や、植物の機能性栄養成分の増強に有効である。さらに、従来は植物の成長にはそれほど影響を及ぼさないとされていた４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の緑色光も植物の種類によって植物の成長促進や植物の機能性栄養成分の増強に寄与し、気孔の開閉や黄化実生の胚軸伸長に影響を及ぼすことが分かっている。また、人の作業環境としても、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲の緑色光の成分や、５７０ｎｍを超えて６２０ｎｍ未満の範囲の黄色から橙色の発光成分を含む光が必要である。赤色光を補光する場合においても、既存の例えば白色光を発光する光源の発光スペクトルが有する青色領域のスペクトルや緑色領域から黄色から橙色領域のスペクトルのバランスを大きく崩すことがなく、少ない数の発光装置を使用して、効率的に赤色光を補光することができれば、消費電力や設備投資に係る費用を削減しつつ、効率的に植物の成長を促進し、豊富な機能性栄養成分を有する植物を栽培することが可能となる。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る発光装置は、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下である。本発明の一実施形態に係る発光装置は、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下の範囲であれば、植物の種類、又は、植物の成長段階に応じて比Ｒ／Ｂの範囲は適宜選択できる。本発明の一実施形態に係る発光装置において、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂは、好ましくは３０以上１８０以下、さらに好ましくは３５以上１５０以下、よりさらに好ましくは４０以上１４０以下、５０以上１２０以下、８０以上１２０以下である。本発明の一実施形態に係る発光装置において、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下であれば、既存の白色光を発光する光源を利用しつつ、少ない数の赤色光を補光可能な発光装置で、植物の種類、又は、植物の成長段階に応じて、既存の例えば白色光を発する光源のスペクトルバランスを崩すことなく、効率的に赤色光を補光することができる。
【００２２】
近紫外から青色領域に発光ピーク波長を有する発光素子と、赤色蛍光体とを備えた発光装置において、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０以下であると、発光素子から放出される励起光が赤色蛍光体で波長変換されずに発光装置から抜ける青色光の成分が多くなり、所望の赤色光を効率的に補光し難い場合がある。また、前記発光装置において、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０以下であると、発光素子からの励起光である青色光が抜けて、赤色光とともに青色光の成分も供給されるため、既存の例えば白色光を発光する光源と赤色光を補光する発光装置を組み合わせた用いた場合に、既存の光源が発する光のスペクトルにおいて、赤色補光用の発光装置から抜けた青色光の成分が足されたことによって相対的に緑色光から黄色光の成分が減少し、既存の光源から発する光のスペクトルバランスが崩れ、純粋に赤色光のみを補光できない場合がある。また、前記発光装置において、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒに対する比Ｒ／Ｂが２００を超えると、前記発光装置に含まれる赤色蛍光体の量が多くなりすぎて蛍光体の自己吸収により、赤色光が減衰する場合がある。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る発光装置は、前記発光装置から発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に少なくとも一つの発光ピークを有し、発光ピークの半値幅が４０ｎｍ以上であることが好ましい。前記発光装置は、前記発光装置から発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に存在する発光ピークの半値幅が、より好ましくは４０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であり、よりさらに好ましくは６０ｎｍ以上１１０ｎｍ以下である。前記発光装置は、前記発光装置から発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の赤色領域に存在する発光ピークの半値幅が好ましくは４０ｎｍ以上と比較的ブロードな形状の発光ピークを有する。発光装置から発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の赤色領域に存在する発光ピークの半値幅が広いと、より多くの種類の植物の光受容体が、補光された赤色光を光エネルギーとして吸収でき、または、光信号として感知することができる。本発明の一実施形態に係る発光装置は、前記発光装置から発する光のスペクトルにおいて、比較的ブロードな形状の発光ピークを有する赤色光を供給することができ、前記発光装置から発せられた赤色光を数多くの光受容体が吸収又は感知しやすいため、安定した状態で植物の成長が促進され、安定した状態で植物の機能性栄養成分を増強することが可能となる。発光装置の半値幅は、発光装置が発する光のスペクトルにおいて、発光ピークの半値全幅（Full Width at Half Maximum:ＦＷＨＭ）をいう。発光装置の半値幅は、発光装置が発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲に存在する発光ピークの最大値の５０％の値を示す発光ピークの波長幅をいう。
【００２４】
例えば赤色光を発光するＬＥＤチップを備えた発光装置の場合、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に存在する発光ピークの半値幅は、一般的に３０ｎｍ未満であり、通常は１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。赤色光を発するＬＥＤチップを備えた発光装置から発する光のスペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の赤色領域に存在する発光ピークの半値幅が３０ｎｍ未満とシャープな形状であると、前記発光装置によって補光された赤色光を吸収又は感知する植物の光受容体の種類が限定されてしまい、植物の成長が不安定になる場合がある。
【００２５】
植物の光合成又は光形態形成に作用する光の強度は光量子の数に依存する。光量子は、その波長に反比例してエネルギー量が変化する。プランク定数（６．６３×１０−３４Ｊｓ）をｈ、光速をｃ（３×１０８ｍ・ｓ−１）、波長をλ（ｍ）とすると、光量子エネルギーｅは、ｅ＝ｈｃ／λの式で表される。光合成作用を活性化する波長依存性は光合成色素などの光受容体の種類によって異なる。
【００２６】
光量子束（μｍｏｌ・ｓ−１）は、照射される光の放射束（Ｗ）から換算することができる。放射束と、光量子束との関係は、以下の式（１）により表される。
放射束（Ｗ）＝光量子束（μｍｏｌ・ｓ−１）×アボガドロ数（ｍｏｌ−１）×プランク定数ｈ（Ｊｓ）×光速度（ｍ・ｓ−１）÷波長λ（ｍ）      （１）
発光装置から得られる放射束（Ｗ）から、前記式（１）に基づき、光量子束に換算することができる。換算後、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算して、青色光の光量子束Ｂを算出することができる。同様に、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算して、赤色光の光量子束Ｒを算出することができる。
【００２７】
発光素子
発光素子１０は、励起光源として用いられており、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光素子である。これにより、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。発光素子の発光ピーク波長の範囲は、より好ましくは３９０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であり、よりさらに好ましくは４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であり、特に好ましくは４４５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である。このような発光素子としては、窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）からなる発光素子を用いることが好ましい。発光素子の発光スペクトルの半値幅は、例えば、３０ｎｍ以下とすることができる。
【００２８】
蛍光部材
発光装置１００に用いられる蛍光部材５０は、赤色蛍光体７０及び封止材料を含むものであることが好ましい。封止材料は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる樹脂を用いることができる。製造のし易さを考慮すると、封止材料として用いられる樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。蛍光部材は、赤色蛍光体及び封止材料の他に、フィラー、光安定剤、着色剤等のその他の成分を含んでいてもよい。フィラーとしては、例えばシリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等を挙げることができる。蛍光部材中の、赤色蛍光体及び封止材料以外のその他の成分の含有量は、封止材料１００質量部に対して、好ましくは０．０１質量部以上２０質量部以下である。蛍光部材を構成する蛍光部材用組成物においても、封止材料となる樹脂１００質量部に対して、赤色蛍光体及び封止材料となる樹脂以外のその他の成分となる物質の含有量は、好ましくは０．０１質量部以上２０質量部以下である。
【００２９】
蛍光部材中の赤色蛍光体７０の含有量は、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下の範囲となる量であれば、特に限定されない。蛍光部材５０中の赤色蛍光体の含有量は、封止材料１００質量部に対して、例えば５質量部以上１５０質量部以下とすることができ、好ましくは８質量部以上１３０質量部以下、より好ましくは１０質量部以上１２０質量部以下、さらに好ましくは１２質量部以上１００質量部以下である。蛍光部材５０中の赤色蛍光体７０の含有量が前記範囲内であると、発光素子１０から発せられた光を赤色蛍光体で効率よく波長変換することができ、発光素子からの励起光である青色光が抜けることなく、赤色光を補光することができる。また、蛍光部材５０中の赤色蛍光体７０の含有量が前記範囲内であると、赤色蛍光体の自己吸収により赤色光が減衰することなく、赤色光を補光することができる。さらに、蛍光部材５０中の赤色蛍光体７０の含有量が前記範囲内であると、赤色光を補光する前記発光装置と既存の白色光を発する光源とを組み合わせた場合に、既存の白色光を発光する光源から発する光のスペクトルバランスを崩すことなく、効率的に赤色光を補光することができる。
【００３０】
赤色蛍光体
赤色蛍光体７０は、発光素子１０からの光により励起されて５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲に一以上の発光ピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色蛍光体は、Ｅｕ２＋賦活窒化物蛍光体、Ｍｎ４＋賦活フルオロジャーマネート蛍光体、Ｅｕ２＋賦活アルカリ土類硫化物蛍光体、及びＭｎ４＋賦活ハロゲン化物蛍光体等が挙げられる。赤色蛍光体は、これらの蛍光体から選択された一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３１】
赤色蛍光体は、Ｓｒ及びＣａから選択される少なくとも一種の元素と、Ａｌとを組成に有し、Ｅｕ２＋で賦活されるシリコンナイトライドを含む蛍光体（以下、「ＣＡＳＮ蛍光体」と記載する場合がある。）を含むことが好ましい。赤色蛍光体は、アルカリ土類金属元素からなる群より選択される少なくとも一種の元素と、アルカリ金属元素からなる群より選択される少なくとも一種の元素とを組成に有し、Ｅｕ２＋で賦活されるアルミナイトライドを含む蛍光体、Ｍｎ４＋で賦活されるフルオロジャーマネート蛍光体、Ｅｕ２＋で賦活されるＣａ又はＳｒの硫化物を含む蛍光体、及びアルカリ金属元素及びアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）からなる群から選択される少なくとも一種の元素又はイオンと、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を組成に有し、Ｍｎ４＋で賦活されるフッ化物を含む蛍光体からなる群より選択される少なくとも一種の蛍光体を含むことが好ましい。
【００３２】
赤色蛍光体７０は、具体的には、下記式（I）乃至（VI）で表される、いずれかの組成を含む蛍光体が挙げられる。中でも、赤色蛍光体は、下記式（I）で表される組成のシリコンナイトライドを含む蛍光体を含むことが好ましい。下記式（I）乃至（VI）で表される、いずれかの組成を含む蛍光体は、発光素子からの励起光により赤色に発光し、発光装置の発光スペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に存在する発光ピークの半値幅が４０ｎｍ以上と、発光ピークが比較的ブロードな形状である。赤色蛍光体７０の５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲内に存在する発光ピークが、その半値幅が４０ｎｍ以上と、比較的ブロードな形状であるため、より多くの種類の植物の光受容体が、補光された赤色光を光エネルギーとして吸収でき、又は、補光された赤色光を光信号として感知でき、安定して植物の成長を促進することができ、又は、植物の機能的栄養成分を増強できる、赤色光を供給することができる。
【００３３】
（Ｃａ１−ｓ−ｔＳｒｓＥｕｔ）ｘＡｌｕＳｉｖＮｗ      （I）
（式（Ｉ）中、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ及びｘは、それぞれ０≦ｓ≦１、０＜ｔ＜１．０、０＜ｓ＋ｔ＜１．０、０．８≦ｘ≦１．０、０．８≦ｕ≦１．２、０．８≦ｖ≦１．２、１．９≦ｕ＋ｖ≦２．１、２．５≦ｗ≦３．５を満たす数である。）。式（I）で表される組成を含む蛍光体を、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体や（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と表す場合もある。前記式（I）中、変数ｔは、前記式（I）で表される組成における賦活元素Ｅｕのモル比である。変数ｔは、好ましくは０．０００１≦ｔ≦０．２、より好ましくは０．０００１≦ｔ≦０．１、さらに好ましくは０．０００２≦ｔ≦０．０５である。前記式（I）中、変数ｓは、前記式（I）で表される組成におけるＳｒのモル比である。変数ｓは、好ましくは０≦ｓ≦０．９８、より好ましくは０≦ｓ≦０．９５、さらに好ましくは０≦ｓ≦０．９である。
【００３４】
（Ｃａ１−ｐ−ｑ−ｒＳｒｐＢａｑＥｕｒ）２Ｓｉ５Ｎ８      （II）
式（II）中、ｐ、ｑ及びｒは、０≦ｐ≦１．０、０≦ｑ≦１．０、０＜ｒ＜１．０及びｐ＋ｑ＋ｒ≦１．０を満たす数である。
【００３５】
(ＣａａＳｒ1-ａ-ｃ-ｄＢａｄＥｕｃ)ｆＬｉｂＡｌ３Ｎｅ      （III）
式（III）中、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆは、それぞれ０≦ａ＜１．０、０．８≦ｂ≦１．０５、０．００１＜ｃ≦０．１、０≦ｄ≦０．２、３．０≦ｅ≦５．０、０．８≦ｆ≦１．０５を満たす数である。
【００３６】
（ｉ-ｊ）ＭｇＯ・（ｊ/２）Ｓｃ２Ｏ３・ｋＭｇＦ２・ｍＣａＦ２・（１-ｎ）ＧｅＯ２・（ｎ/２）Ｍ５２Ｏ３：ｚＭｎ４+      （IV）
式（IV）中、Ｍ５はＡｌ、Ｇａ及Ｉｎからなる群から選択される少なくとも１種であり、ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｎ及びｚはそれぞれ、２≦ｉ≦４、０≦ｊ＜０．５、０＜ｋ＜１．５、０≦ｍ＜１．５、０＜ｎ＜０．５、及び０＜ｚ＜０．０５を満たす数である。
【００３７】
（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ        （V）
本明細書において、蛍光体の組成を表す式中、カンマ（，）で区切られて記載されている複数の元素は、これら複数の元素のうち少なくとも一種の元素を組成中に含有していることを意味する。組成式中のカンマ（，）で区切られて記載されている複数の元素は、組成中にカンマで区切られた複数の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を含み、前記複数の元素から二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、本明細書において、蛍光体の組成を表す式中、コロン（：）の前は母体結晶を表し、コロン（：）の後は賦活元素を表す。
【００３８】
Ａ２［Ｍ１１−ｇＭｎ４＋ｇＦ６］      （VI）
式（VI）中、Ａは、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ及びＮＨ４＋からなる群から選択される少なくとも１種であり、Ｍ１は、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｇは０＜ｇ＜０．２を満たす数である。
【００３９】
赤色蛍光体以外の蛍光体
発光装置１００は、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂに対する６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下の範囲となるのであれば、赤色蛍光体７０に加えて、赤色光の波長領域以外の波長領域の光を発する他の種類の蛍光体を含んでいても良い。他の種類の蛍光体としては、発光素子１０から出射された光の一部を吸収して、緑色に発光する緑色蛍光体や、黄色に発光する黄色蛍光体、６８０ｎｍを超える範囲に発光ピーク波長を有する遠赤色蛍光体等が挙げられる。
【００４０】
緑色蛍光体としては、具体的には、下記式(i)乃至（iii）で表される、いずれかの組成を含む蛍光体が挙げられる。
Ｍ１１8ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｘ１１２：Ｅｕ      （i）
式（i）中、Ｍ１１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１種であり、Ｘ１１はＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選択される少なくとも１種である。
【００４１】
Ｓｉ６−ｂＡｌｂＯｂＮ８−ｂ：Ｅｕ      （ii）
式（ii）中、ｂは０＜ｂ＜４．２を満たす。
【００４２】
Ｍ１３Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ      （iii）
式（iii）中、Ｍ１３は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる少なくとも１種である。
さらに、緑色蛍光体として、例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ等のケイ酸塩蛍光体も挙げることができる。
【００４３】
黄色蛍光体としては、具体的には、下記式(iv)乃至（v）で表される、いずれかの組成を含む蛍光体が挙げられる。
Ｍ１４ｃ／ｅＳｉ１２−（ｃ＋ｄ）Ａｌｃ＋ｄＯｄＮ１６−ｄ：Ｅｕ      （iv）
式（iv）中、Ｍ１４は、Ｓｒ、Ｃａ、Ｌｉ及びＹからなる群から選ばれる少なくとも１種である。ｃは０．５から５であり、ｄは０から２．５であり、ｅはＭ１４の電荷である。
【００４４】
Ｍ１５３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ      （v）
式（ｖ）中、Ｍ１５は、ＹまたはＬｕ，Ｇｄ，Ｔｂからなる群から選ばれる少なくとも１種である。
【００４５】
６８０ｎｍを超える範囲に発光ピーク波長を有する遠赤色蛍光体としては、具体的には、下記式(vi)乃至（xi）で表される、いずれかの組成を含む蛍光体が挙げられる。
（Ａｌ１−ｆＣｒｆ）２Ｏ３          （vi）
式(vi)中、ｆは、０＜ｆ＜１を満たす数である。
【００４６】
（Ｌｎ１−ｘ−ｙＣｅｘＣｒｙ）３（Ａｌ１−ｚＭ１６ｚ）５Ｏ１２          (vii)
式（vii）中、Ｌｎは、Ｃｅを除く希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種の希土類元素であり、Ｍ１６は、Ｇａ及びＩｎからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ｘ、ｙ及びｚは、０．０００２＜ｘ＜０．５０、０．０００１＜ｙ＜０．０５、０≦ｚ≦０．８を満たす数である。
【００４７】
ＣａＹＡｌＯ４：Ｍｎ     （viii）
ＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ       （ix）
ＣｄＳ：Ａｇ            （x）
ＧｄＡｌＯ３：Ｃｒ       （xi）
【００４８】
白色光を発光する光源
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、既存の光源と組み合わせて用いることができる。本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、白色光を発光する光源と組み合わせて用いることが好ましい。前記発光装置は、既存の例えば白色光を発光する光源と組み合わせて用いた場合であっても、既存の光源から発せられる光のスペクトルバランスを崩すことなく、既存の光源に対して少ない個数の発光装置によって、植物の種類や植物の成長段階によって必要な赤色光を効率よく補光することができる。白色光としては、例えば太陽光、各種ランプから照射される光が挙げられる。白色光を発光する光源としては、例えば太陽、蛍光ランプ、白熱電球、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ及びＬＥＤランプからなる群から選ばれる少なくとも一種の光源を用いることができる。
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、白色光を発光する光源と組み合わせて用いることによって、植物の成長を促進させ、又は、植物の機能性栄養成分を増強できる、赤色光の補光用の発光装置として用いることができる。
【００４９】
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、植物の光合成作用を活性化して植物の成長を促進でき、植物の機能性栄養成分を増強できるように、植物に必要な赤色光を補光することができる。本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、植物栽培用の発光装置として利用できる。
【００５０】
照明装置
本発明の第一の実施形態に係る発光装置は、前記発光装置とは別の光エネルギーを発する光源と組み合わせた照明装置としてもよい。前記発光装置とは別の光エネルギーを発する光源は、白色光を発する光源に限定されず、例えば、青色光を発光する光源等が挙げられる。本発明の第一の実施形態に係る発光装置と、前記発光装置とは別の光エネルギーを発する光源とを組み合わせた照明装置は、植物の種類又は植物の成長段階に応じて、最適な光エネルギーを植物に照射することができ、最適な光信号を植物に伝達することができる。
【００５１】
植物栽培方法
本発明の一実施形態の植物栽培方法は、発光装置１００から発する光を植物に照射することにより、植物を栽培する方法である。植物栽培方法において、例えば、人為的に光照射の制御可能な植物工場において、発光装置１００からの光を植物に照射することができる。植物の種類は特に限定されず、植物の光合成作用を活性化し、植物の茎、葉、根又は果実等を良好な形態又は重量を有し、植物の機能性栄養成分が増強するように植物の育成を促進することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
実施例１から２及び比較例１から５
赤色蛍光体
赤色蛍光体として、４５０ｎｍに発光ピーク波長を有する発光素子からの光により励起されて６６０ｎｍに発光ピーク波長を有するＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体を用いた。
【００５４】
発光装置
発光装置１００は、発光ピーク波長が４５０ｎｍである窒化物半導体を発光素子１０として用いた。
蛍光部材５０を構成する封止材料としてシリコーン樹脂を用い、シリコーン樹脂１００質量部に、赤色蛍光体７０を表１に示す配合比（質量部）で添加し、混合分散した後、脱泡して蛍光部材を構成する蛍光部材用組成物を得た。実施例１から２及び比較例１から５の発光装置に用いる蛍光部材用樹脂組成物において、表１に示すように、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂ、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒ、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂのそれぞれが表１に示す値となるように赤色蛍光体を配合した。これらの蛍光部材用組成物を成形体４０の凹部の発光素子１０上に注入して、前記凹部に充填し、さらに１５０℃で３時間加熱し、蛍光部材用組成物を硬化させ、蛍光部材５０を形成し、実施例１から２及び比較例１から５について図１に示されるような発光装置１００を製造した。以下、実施例１から２及び比較例１から５の発光装置１００は、赤色補光用発光装置とも称する。
【００５５】
光量子束
実施例１から２及び比較例１から５の発光装置から発する光を、分光器（浜松ホトニクス株式会社社製、ＰＭＡ−１２）を用いて測定した。得られた放射束（Ｗ）から、下記式（１）に基づいて光量子束に換算し、波長に対する光量子束のスペクトルを作成し、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した青色光の光量子束Ｂと、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した赤色光の光量子束Ｒと、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した光合成光量子束ＰＰＦとを算出した。結果を表１に示す。また図２に、各実施例及び比較例の発光装置から発する光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂ、６２０ｎｍ以下７００以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒ、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光合成光量子束ＰＰＦを示す。図２において、横軸は、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置の比Ｒ／Ｂを示す。図２において、左側から比較例１の発光装置、比較例２の発光装置、実施例１の発光装置、実施例２の発光装置、比較例３の発光装置、比較例４の発光装置、比較例５の発光装置の各発光装置について、下側から順に青色光の光量子束Ｂ（Blue  PF）、赤色光の光量子束Ｒ（Red  PF）、光合成光量子束ＰＰＦを示す。
放射束（Ｗ）＝光量子束（μｍｏｌ・ｓ−１）×アボガドロ数（ｍｏｌ−１）×プランク定数（Ｊｓ）×光速度（ｍ・ｓ−１）÷波長（ｍ）      （１）
【００５６】
半値幅
各実施例及び比較例の発光装置から発する光の波長に対する光量子束のスペクトルから、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の範囲に存在する発光ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）を求めた。各実施例及び比較例の発光装置の半値幅は、発光スペクトルにおいて、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下に存在する発光ピークの最大光量子束の５０％の光量子束を示す発光ピークの波長幅である。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2019161076.tif 000003
【００５８】
表１及び図２に示すように、赤色補光用発光装置から発せられる光の比Ｒ／Ｂが大きくなると、光合成光量子束ＰＰＦは小さくなる傾向がある。実施例１及び２の赤色補光用発光装置に示すように、比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下であると、光合成光量子束ＰＰＦの低下を抑制しつつ、赤色光の光量子束Ｒを大きくすることができ、植物の種類、又は、植物の成長段階に応じて、効率的に赤色光を補光できる。また、実施例１及び２の赤色補光用発光装置に示すように、比Ｒ／Ｂが２０を超えて２００以下であると、青色光の光量子束Ｂも小さく、発光素子の励起光が赤色蛍光体で波長変換されずに発光装置から放出される青色光の抜けが抑制され、例えば既存の白色光を発光する光源と組み合わせた場合も、既存の光源から発せられる光のスペクトルバランスを崩すことなく、効率的に赤色光を補光できる。
【００５９】
表１及び図２に示すように、比較例１及び２の発光装置は、光合成光量子束ＰＰＦの値は、実施例１及び２の発光装置に比べて大きくなるが、青色光の光量子束Ｂの値も、実施例１及び２の発光装置に比べて大きく、発光素子の励起光が赤色蛍光体で波長変換されずに発光装置から放出されて青色光が抜けてしまっていた。比較例１及び２の発光装置は、例えば白色光を発光する光源と組み合わせて用いた場合に、前記光源から発せられる光のスペクトルにおいて、青色光成分が足されたことによって相対的に緑色光から黄色光の成分が減少し、前記光源から発せられる白色光のスペクトルバランスが崩れ、効率的に赤色光のみを補光できない。また、比較例３から５の発光装置は、光合成光量子束ＰＰＦの値が、実施例１及び２の発光装置に比べて小さくなるとともに、赤色光の光量子束Ｒも小さくなり、前記発光装置に含まれる赤色蛍光体の量が多くなりすぎて自己吸収により、赤色光が減衰し、効率的に赤色光を補光することができない。
【００６０】
白色ＬＥＤ発光装置１と赤色補光用発光装置の組み合わせ
白色光を発光する光源として、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と黄色蛍光体と赤色蛍光体と含む白色ＬＥＤ発光装置１（以下、「白色ＬＥＤ１」と称する場合もある。）を用いた。白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光を、前記分光器（浜松ホトニクス株式会社製、ＰＭＡ−１２）を用いて測定した。白色ＬＥＤ発光装置１は、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した青色光の光量子束Ｂを１としたとき、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した緑色光の光量子束Ｇが１．７である。
【００６１】
前記分光器を用いて測定した前記白色ＬＥＤ発光装置１のスペクトルと、実施例１から２及び比較例１から５の赤色補光用発光装置のスペクトルとを測定した。前記白色ＬＥＤ発光装置１のスペクトルと、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置のスペクトルから、白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置から発せられる光との混色光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂｍｉｘと６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒｍｉｘを算出した。混色光における青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する混色光における赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように、白色ＬＥＤ発光装置１と、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置を組み合わせた。以下、白色光を発する光源からの光のスペクトルと、赤色補光用発光装置から発する光のスペクトルとから算出された、光源から発せられた白色光と赤色補光用発光装置から発する光とを組み合わせた混色光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束をＢｍｉｘとし、前記混色光の６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束をＲｍｉｘと表す。
【００６２】
白色ＬＥＤ発光装置２と赤色補光用発光装置の組み合わせ
白色光を発光する光源として、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、緑色蛍光体と、黄色蛍光体と、赤色蛍光体とを含む白色ＬＥＤ発光装置２（以下、「白色ＬＥＤ２」と称する場合もある。）を用いた。白色ＬＥＤ発光装置２から放出される光を、前記分光器を用いて測定した。白色ＬＥＤ発光装置２は、４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した青色光の光量子束Ｂを１としたときに、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算した緑色光の光量子束Ｇが１．７である。
【００６３】
前記分光器を用いて測定した前記白色ＬＥＤ発光装置２のスペクトルと、実施例１から２及び比較例１から５の赤色補光用発光装置のスペクトルと測定した。前記白色ＬＥＤ発光装置２のスペクトルと、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置のスペクトルから、白色ＬＥＤ発光装置２から発せられる光と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置から発せられる光との混色光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂｍｉｘと６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における赤色光の光量子束Ｒｍｉｘを算出した。混色光における青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する混色光における赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように、白色ＬＥＤ発光装置２と、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置を組み合わせた。
【００６４】
光量子束
白色ＬＥＤ発光装置１又は２から発する光と、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置から発する光を、前記分光器（浜松ホトニクス株式会社社製、ＰＭＡ−１２）を用いて測定した。得られたスペクトル又は放射束のデータを組み合わせることにより、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光のスペクトル又は放射束を得た。これらを前記式（１）に基づいて光量子束に換算し、光量子束のスペクトルを作成し、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における光量子束を積算して、光合成光量子束ＰＰＦを算出した。結果を表２、表３及び図３に示す。図４に、４５０ｎｍにおける発光ピーク波長の光量子束を１として、白色ＬＥＤ発光装置１単独から発せられる光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と実施例１の赤色補光用発光装置から発せられる光の混色光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と比較例２の赤色補光用発光装置から発せられる光の混色光の相対光量子束のスペクトルを示す。図５に、４５０ｎｍにおける発光ピーク波長の光量子束を１として、白色ＬＥＤ発光装置１単独から発せられる光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と実施例２の赤色補光用発光装置から発せられる光の混色光の相対光量子束のスペクトルと、白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と比較例２の赤色補光用発光装置から発せられる光の混色光の相対光量子束のスペクトルを示す。
【００６５】
Ｇ／Ｂ維持率
白色ＬＥＤ発光装置１又は２単独から発せられる光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂと、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲における緑色光の光量子束Ｇを前述の光量子束と同様にして算出した。前述のとおり、白色ＬＥＤ発光装置１又は２単独から発せられる光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂが１の場合に、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲における緑色光の光量子束Ｇは１．７である（比Ｇ／Ｂ＝１．７／１）。
また、青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように組み合わせた白色ＬＥＤ発光装置１から発せられる光と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置から発せられる光との混色光の４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲における青色光の光量子束Ｂと、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲における緑色光の光量子束Ｇを前述の光量子束と同様にして算出した。白色ＬＥＤ発光装置１又は２単独から発せられる光の比Ｇ／Ｂを１００％とし、白色ＬＥＤ発光装置１又は２の単独から発せられる光の比Ｇ／Ｂに対する、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置と組み合わせた各混色光の比Ｇ／Ｂの数値の比率をＧ／Ｂ維持率（％）として表した。Ｇ／Ｂ維持率の数値が１００の値に近いほど、赤色補光用発光装置の赤色光が補光された場合であっても、緑色光の成分が減少することなく、白色ＬＥＤ発光装置単独から発せられる光のスペクトルバランスが維持されていることを示す。
【００６６】
白色ＬＥＤ発光装置の個数比率（％）
青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５になるように白色ＬＥＤ発光装置１又は２と、各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置とを組み合わせた合計の発光装置の個数を１００％とし、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と各実施例及び比較例の赤色補光用発光装置の合計の個数に対する白色ＬＥＤ発光装置の個数の割合を個数比率（％）で表した。結果を表２及び３、並びに図３に示す。例えば、比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように白色ＬＥＤ発光装置と比較例１の発光装置とを組み合わせた場合、白色ＬＥＤ発光装置の個数比率は１０％未満であり、比較例１の発光装置の個数比率は９０％以上である。この場合、比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となる混色光を供給できるように白色ＬＥＤ発光装置１又は２と比較例１の赤色補光用発光装置を組み合わせるためには、白色ＬＥＤ発光装置１又は２が１個に対して、比較例１の赤色補光用発光装置は９個必要になることになる。
【００６７】
【表２】
2019161076.tif 000004
【００６８】
【表３】
2019161076.tif 000005
【００６９】
表２及び図３に示すように、比Ｒ／Ｂが３６の実施例１と、さらに比Ｒ／Ｂが１０１の実施例２の赤色補光用発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１と組み合わせた場合に、白色ＬＥＤ発光装置１の個数比率が５０％に近かった。この結果から、青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように、白色ＬＥＤ発光装置１と実施例１又は２の赤色補光用発光装置とを組み合わせるためには、白色ＬＥＤ発光装置１と、実施例１又は２の赤色補光用発光装置の個数比率が１：１（５０％：５０％）程度となった。この結果から、既存の白色光を発光する光源に対して少ない個数の赤色補光用発光装置で、効率的に赤色光を補光できることが確認できた。また、実施例１及び２の赤色補光用発光装置は、光合成光量子束ＰＰＦの低下を抑制しつつ、植物の種類、又は、植物の成長段階に応じて、効率的に赤色光を補光できることが分かった。特に、実施例２の赤色補光用発光装置は、実施例１の赤色補光装置よりも、白色ＬＥＤ発光装置１の個数比率が高いことから、光合成光量子束ＰＰＦの低下を抑制しつつ、より効率的に赤色光を補光できることが分かった。
【００７０】
また、表３に示すように、実施例１及び２の赤色補光用発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置２と組み合わせた場合に、白色ＬＥＤ発光装置２の個数比率が６０％に近かった。この結果から、青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように、白色ＬＥＤ発光装置２と実施例１又は２の赤色補光用発光装置とを組み合わせるためには、白色ＬＥＤ発光装置２と、実施例１又は２の赤色補光用発光装置との個数比率が６：４（６０％：４０％）程度となった。この結果から、既存の白色光を発光する光源に対して、より少ない個数の赤色補光用発光装置を用いて、より効率的に赤色光を補光できることが確認できた。実施例２の赤色補光用発光装置は、実施例１の赤色補光装置よりも、白色ＬＥＤ発光装置２の個数比率が高いことから、Ｇ／Ｂ維持率も高いことから、光合成光量子束ＰＰＦの低下を抑制しつつ、より効率的に赤色光を補光できることが分かった。
【００７１】
表２及び３に示すように実施例１及び２の赤色補光用発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と組み合わせた場合に、Ｇ／Ｂ維持率が９０％を超えて大きく、白色ＬＥＤ発光装置１又は２が発する光のスペクトルにおいて、緑色光から黄色光の成分を減少させることなく、白色ＬＥＤ発光装置１又は２が発する光のスペクトルバランスを維持して、効率的に赤色光を補光できることが確認できた。特に、実施例２の赤色補光用発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１と組み合わせた場合も、白色ＬＥＤ発光装置２と組み合わせた場合も、実施例１の赤色補光用発光装置よりもＧ／Ｂ維持率が大きく、より効率的に赤色光を補光できた。
【００７２】
図４に示すように、白色ＬＥＤ発光装置１と実施例１の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の光量子束のスペクトルは、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルが、白色ＬＥＤ発光装置１単独の４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルに近い形状を示し、白色ＬＥＤ発光装置１が発する光のスペクトルバランスを維持しつつ、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の赤色光を効率的に補光できることが確認できた。
【００７３】
図５に示すように、白色ＬＥＤ発光装置１と実施例２の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の光量子束のスペクトルは、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルが、白色ＬＥＤ発光装置１単独の４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルにより近い形状を示し、白色ＬＥＤ発光装置１単独の４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルとほぼ重なっていた。図５に示した白色ＬＥＤと実施例２の赤色補光用発光装置を組み合わせた混色光の光量子束のスペクトルから、実施例２の赤色補光用発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１と組み合わせた場合に、実施例１の赤色補光用発光装置を組み合わせた場合よりも、白色ＬＥＤ発光装置１が発する光のスペクトルバランスをより効率的に維持することができ、６２０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の赤色光をより効率的に補光できることが確認できた。
【００７４】
表２、図４及び図５に示すように、白色ＬＥＤ発光装置１と比較例２の発光装置を組み合わせた混色光の光量子束のスペクトルは、４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルが、白色ＬＥＤ発光装置１単独の４９０ｎｍを超えて５７０ｎｍ以下の範囲のスペクトルよりも減じていた。比較例２の発光装置は、青色光の光量子束Ｂに対する赤色光の光量子束Ｒの比Ｒ／Ｂが１０と小さいことから、発光素子の励起光が赤色蛍光体で波長変換されずに発光装置から発光素子から放出された青色光が抜け出てしまい、青色光成分が足されたことによって相対的に緑色光から黄色光の成分が減少し、既存の光源が発する光のスペクトルバランスが崩れ、効率的に赤色光のみが補光されていなかった。
【００７５】
表２及び３に示すように、比Ｒ／Ｂが４の比較例１の発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と組み合わせた場合に、白色ＬＥＤ発光装置１又は２の個数比率が１０％未満であった。この結果から、青色光の光量子束Ｂｍｉｘに対する赤色光の光量子束Ｒｍｉｘの比Ｒｍｉｘ／Ｂｍｉｘが３．５となるように、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と、比較例１の赤色補光用発光装置とを組み合わせるためには、白色ＬＥＤ発光装置１が１個に対して、比較例１の発光装置は９個必要となる。すなわち、白色ＬＥＤ発光装置と、比較例１の赤色補光用発光装置の個数比率が１：９（１０％：９０％）程度となり、赤色光を補光するためには、白色ＬＥＤ発光装置１又は２に対して多くの個数の比較例１の発光装置を組み合わせる必要があることが分かった。比Ｒ／Ｂが４の比較例１の発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と組み合わせた場合に、Ｇ／Ｂ維持率が９．９又は１１．５と低く、比較例１の発光装置から発光素子から放出される青色光が抜け出てしまい、青色光成分が足されたことによって相対的に緑色光から黄色光の成分が減少し、白色ＬＥＤ発光装置１又は２が発する光のスペクトルバランスが崩れ、効率的に赤色光のみが補光されていなかった。比Ｒ／Ｂが１０の比較例２の発光装置も、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と組み合わせた場合に、Ｇ／Ｂ維持率が７２．３又は７６．４と低く、比較例２の発光装置から発光素子から放出される青色光が抜け出てしまい、青色光成分が足されたことによって相対的に緑色光から黄色光の成分が減少し、白色ＬＥＤ発光装置１又は２から発する光のスペクトルバランスが崩れ、効率的に赤色光のみ補光されていなかった。
【００７６】
表２及び図３に示すように、比Ｒ／Ｂが２００を超える比較例３から５の発光装置は、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と組み合わせた場合に、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の光合成光量子束ＰＰＦが、白色ＬＥＤ発光装置１又は２と、実施例１又は２の赤色補光用発光装置とを組み合わせた場合の光合成光量子束ＰＰＦよりも小さくなっており、効率的に赤色光を補光できていなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の一実施形態の発光装置は、植物の種類や成長段階によって、既存の例えば白色光を発光する光源とともに利用した場合に、既存の光源が発する光のスペクトルバランスを崩すことなく、効率よく赤色光を補光することができ、植物の成長を促進し、植物の機能性栄養成分の増強することが可能な植物栽培用の発光装置及び照明装置として利用できる。また、本発明の一実施形態の発光装置から発する光を植物に照射する植物栽培方法は、既存の例えば白色光を発光する光源から発する光では補えなかった赤色光を効率的に補光して植物を栽培することができ、植物工場で利用できる。
【符号の説明】
【００７８】
１０：発光素子、４０：成形体、５０：蛍光部材、７０：赤色蛍光体、１００：発光装置。
【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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