(57)【要約】  植物成長を促進する照明器具及び発光部品である。この器具が、３００〜８００ｎｍの波長範囲内に少なくとも２つの放出ピークを提供する単一発光源ＬＥＤデバイスを備え、この放出ピークの少なくとも一つが、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。ＬＥＤの放出ピークが、植物の光合成応答スペクトルと上手く適合し、従って、高効率の人工照明に特に適している。
2013505009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた園芸用照明器具であって、
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲にピークを有し、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を示すように調節された第一スペクトル特性；
ｂ）最大の５０ｎｍの半値幅を有し、４４０〜５００ｎｍの範囲にピーク波長を示すように調節された第二スペクトル特性；を有し、
ｃ）６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全部または一部が、ＬＥＤチップ放射電力の全体のまたは一部の波長アップコンバージョンを使用して生成されたことを特徴とする照明器具。
【請求項２】
少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた園芸用照明器具であって、
前記発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲にピークを有し、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を示すように調節された第一スペクトル特性；
ｂ）最大の５０ｎｍの半値幅を有し、４４０〜５００ｎｍの範囲にピーク波長を示すように調節された第二スペクトル特性；を有し、
ｃ）５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全部が、最小化され、及び／または除外され及び／または４００〜５００ｎｍバンドの強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドの強度以下に低減されるように調節されたことを特徴とする照明器具。
【請求項３】
５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全部が、最小化され、及び／または除外され及び／または４００〜５００ｎｍバンドの強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドの強度以下に低減されるように調節されたことを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
【請求項４】
前記ＬＥＤが、５００〜８００ｎｍの波長範囲で自由に調節可能なピークを有し、少なくとも３０ｎｍの半値幅を示すように調節されたスペクトル特性を有することを特徴とする請求項１、２及び／または３に記載の照明器具。
【請求項５】
前記ＬＥＤの第一、第二及び任意の第三スペクトル特性の発光強度が、調節可能となるように調節されたことを特徴とする請求項１、２、３及び／または４に記載の照明器具。
【請求項６】
最大５０ｎｍの半値幅及び４００〜５００ｎｍの範囲のピーク波長を有する少なくとも一つのスペクトル特性、及び４５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で自由に調節可能なピーク波長を有するように調節された任意の第二及び第三スペクトル特性を有する第二ＬＥＤを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項７】
第一及び第二型の複数のＬＥＤが存在し、第一型のＬＥＤ対第二型のＬＥＤの比が１対１００であることを特徴とする請求項６に記載の照明器具。
【請求項８】
ワットあたりの前記器具のＰＰＦ値が、０．３５またはそれ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項９】
最初の１０，０００時間の使用の間に、さらに好ましくは最初の２５，０００時間の使用の間に、合計２０％未満となる前記第一及び第二スペクトル特性の発光減衰速度差を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１０】
スペクトル放出特性；強度、ピーク波長及び半値幅が、蛍光体材料の選択及び濃度を用いて制御されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１１】
スペクトル放出特性；強度、ピーク波長及び半値幅が、ＬＥＤチップの青色発光特性の型を用いて制御されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１２】
０〜１００％の電力によって、独立して、オン及びオフまたは代わりに薄暗く、第一及び第二ＬＥＤを独立して切り替えるための少なくとも一つの電子制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項４〜１１のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１３】
ａ）前記第一ＬＥＤダイオードが、６００〜７００ｎｍの波長範囲にピーク波長を有する第一蛍光スペクトル特性を有し、少なくとも５０ｎｍの少なくとも半値幅を示すように調節され、；
ｂ）前記第一ＬＥＤが、４４０〜５００ｎｍの波長範囲にピークを有する第二ルミネッセンススペクトル特性をさらに有し；及び
ｃ）前記第一ＬＥＤが、任意に、少なくとも３０ｎｍの半値幅を示すように調節された５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において自由に調節可能なピーク波長の第三蛍光スペクトル特性を有し、
ｄ）第一、第二及び任意の第三スペクトル特性の第一発光強度が、任意の割合で調節可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１４】
最大５０ｎｍの半値幅及び４００〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を有する少なくとも一つのルミネッセンススペクトル特性、及び４５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で自由に調節可能なピーク波長を有する任意の蛍光の第二及び第三スペクトル特性を有する第二ＬＥＤを備えることを特徴とする請求項１３に記載の照明器具。
【請求項１５】
ＬＥＤ発光の前記アップコンバージョンが、少なくとも一つの半導体量子ドット、蛍光体−材料、及び／または硫化物−材料のいずれかを用いて達成されるように調節されたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１６】
任意に外部発光特性を有するルミネッセンスＵＶ  ＬＥＤを備えた植物成長を促進するための照明器具であって、前記ＬＥＤが、
ａ）３５０〜５５０ｎｍの範囲のピーク波長を有する第一の蛍光スペクトル特性；
ｂ）６００〜８００ｎｍの範囲のピーク波長を有する第二の任意の蛍光スペクトル特性；
ｃ）３５０〜８００ｎｍの間で自由に調節可能なピーク波長を有する第三の任意の蛍光スペクトル特性；
ｄ）植物成長に適合するように、任意の割合に調節可能である第一の、任意の第二の及び任意の第三のスペクトル特性の蛍光発光強度を示すように調節されたことを特徴とする照明器具。
【請求項１７】
園芸用照明の発光部品であって、
−  発光化合物半導体チップ；及び
−  ＬＥＤチップに直接的に近接して堆積された光波長アップコンバージョン蛍光体；
を備え、
前記部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能であり、６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全部または一部が、ＬＥＤチップ放射電力の全体のまたは一部の波長アップコンバージョンを使用して生成され、前記２つの特徴的な発光ピークが、各々、４４０ｎｍ−５００ｎｍ及び６００〜７００ｎｍにあることを特徴とする発光部品。
【請求項１８】
園芸用照明の発光部品であって、
−  発光化合物半導体チップ；及び
−  ＬＥＤチップに直接的に近接して堆積された光波長アップコンバージョン蛍光体；
を備え、
前記部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能であり、５００〜６００ｎｍの波長の発光が、最小化され、４００〜５００ｎｍバンドのピーク強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドのピーク強度以下に低減されるように調節されたことを特徴とする発光部品。
【請求項１９】
５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全部が、最小化され、及び／または除外され及び／または４００〜５００ｎｍバンドの強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドの強度以下に低減されるように調節されたことを特徴とする請求項１７に記載の発光部品。
【請求項２０】
前記光波長アップコンバージョン蛍光体が、互いに混合された少なくとも二つの蛍光体によって形成されたことを特徴とする請求項１７、１８及び／または１９に記載の発光部品。
【請求項２１】
前記光波長アップコンバージョン蛍光体が、前記ＬＥＤチップの表面上に直接的に、または他の光学材料を備えて間隔を置いて堆積されたことを特徴とする請求項１７、１８、１９及び／または２０に記載の発光部品。
【請求項２２】
前記発光化合物半導体チップが、４４０〜５００ｎｍのピーク発光範囲を有することを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２３】
前記波長アップコンバージョン蛍光体が、前記化合物半導体チップによって放出された発光エネルギーの部分を、６００〜７００ｎｍの高波長に変換するように調節されたことを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２４】
前記２つの特徴的な発光ピークが、異なる波長範囲において、一の少なくとも５０ｎｍの半値幅のスペクトル特性、及び他の最大の５０ｎｍの半値幅のスペクトル特性及びその両方を除外することを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２５】
３００〜５００ｎｍの周波数での発光が、前記半導体ＬＥＤチップによって生成されるように調節され、４００〜８００ｎｍの周波数での発光が、前記ＬＥＤチップ放射電力の光アップコンバージョン蛍光体によって提供される完全なまたは部分的な波長アップコンバージョンを使用して生成されるように調節されたことを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２６】
部分的な波長アップコンバージョンが、前記半導体ＬＥＤチップ放射の５〜９５％であり、好ましくは３５〜６５％であることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２７】
前記光波長アップコンバージョン蛍光体が、互いに混合され、さらに、溶媒、無機または有機ポリマー、シリコンポリマー、シロキサンポリマー及び他のポリマーの群から選択される第三成分内に混合される少なくとも２つの蛍光体によって形成されたことを特徴とする請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２８】
前記蛍光体または蛍光体（複数）及び溶媒または溶媒（複数）が、前記ＬＥＤチップ上または前記ＬＥＤチップの近くに堆積された場合に、共に封止材を形成することを特徴とする請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項２９】
ＬＥＤ発光の前記アップコンバージョンが、少なくとも一つの半導体量子ドット、蛍光体−材料、及び／または硫化物−材料のいずれかを用いて達成されるように調節されたことを特徴とする請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の発光部品。
【請求項３０】
少なくとも一つの植物に光を提供するための請求項１、２及び／または１６の照明器具の使用。
【請求項３１】
少なくとも一つの植物に光を提供するための請求項１７、１８及び／または１９の発光部品の使用。
【請求項３２】
請求項１、２及び／または１６の少なくとも一つの照明器具が、少なくとも一つの植物に光を放出することを特徴とする植物成長を促進する方法。
【請求項３３】
請求項１７、１８及び／または１９の少なくとも一つの発光部品が、少なくとも一つの植物に光を放出することを特徴とする植物成長を促進する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、園芸用照明用途におけるＬＥＤの使用に関連する。特に、本発明は、６００から７００ｎｍの波長範囲にピークを持つスペクトル特性を有する少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた、植物成長を促進する照明器具に関連する。また、本発明は、植物成長を促進するために特に適しており、発光化合物半導体チップを備えた、新規な発光部品に関連する。
【背景技術】
【０００２】
地球上において、太陽は、可視（すなわち、光）及び不可視電磁放射線の主要な発生源であり、生き物の存在に関与する主要な要因である。地球に到達する正味の日々の平均太陽エネルギーは、約２８×１０＾２３Ｊ（すなわち、２６５ＥＢｔｕ）である。この値は、２００７年に４７９ＰＢｔｕと推測された世界の１年の一次エネルギー消費よりも５５００倍大きい。地球表面において測定されることが可能である太陽放射のスペクトル分布が、約３００ｎｍから１０００ｎｍの間の広い波長バンドを有する。
【０００３】
しかしながら、地表に到達する放射線の５０％のみが、光合成有効放射（ＰＡＲ）である。ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  Ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）勧告に従うＰＡＲが、４００ｎｍから７００ｎｍの間の波長領域の電磁スペクトルを有する。光化学の法則は、一般的に、植物が放射線を取り入れる方法を表すことが可能である。放射線の二つの特徴により、空間に伝播する場合にはそれが電磁波として振舞い、物質と相互作用する場合にはそれが粒子として振舞う（すなわち、放射エネルギーの光子または量子）。光受容体は、主に植物の葉に存在する活性要素であり、光子の捕獲及びそのエネルギーの化学エネルギーへの変換に関与する。
【０００４】
光合成の光化学的性質により、単位時間あたりのＯ２の発生量またはＣＯ２の固定量を表す光合成速度が、葉表面上での１秒あたり単位面積あたりの落下する光子の数と深く関連する。従って、ＰＡＲについて推奨される量が、量子系に基づいており、光子のモル（ｍｏｌ）またはマイクロモル（μｍｏｌ）数を使用して表される。ＰＡＲの即時測定を定量化及び報告のために推奨される用語が、光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ）であり、典型的には、μｍｏｌｅｓ／ｍ２／ｓで表される。これが、単位時間、単位面積あたりの、表面に落下する光子のモル数を与える。また、光合成光量子束（ＰＰＦ）との用語が、同じ量について言及するためにしばしば使用される。
【０００５】
植物のような生体中に存在する光受容体が、重要な生体内作用を媒介するために捕獲された放射エネルギーを使用する。この媒介または相互作用が、様々な方法で生じることが可能である。光周性、屈光性及び光形態形成とともに、光合成が、放射線と植物との間の相互作用に関連する４つの代表的なプロセスである。以下の式が、光合成の単純化された化学式を示す：
６Ｈ２Ｏ＋６ＣＯ２（＋光子エネルギー）→Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２
【０００６】
式に表されているように、ブドウ糖（Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）のような炭水化物、及び酸素（Ｏ２）が、光合成プロセスの主な生成物である。これらは、クロロフィルのような特定の光受容体を使用することによって利用され、化学エネルギーに変換される光子のエネルギーを使用し、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）から合成される。
【０００７】
光合成を通して、放射エネルギーが、植物の成長及び発達に重要である化学エネルギーの主な発生源としても使用される。当然ながら、式の入力−出力反応物のバランスも、放射エネルギーの量（すなわち、光子数）及び質（すなわち、光子のエネルギー）に依存し、その結果として、植物の生成されたバイオマスのそれらにも依存する。“光周性”とは、植物が、放射線の周波数を感知及び測定すべき能力のことを言い、屈光性とは、放射線に向かう及びこれから離れる植物の成長運動のことを言い、光形態形成とは、放射線の質及び量に応じた形の変化のことを言う。
【０００８】
クロロフィルａ、クロロフィルｂ及びベータカロテンのような最も一般的な光合成の及び光形態形成の光受容体の典型的な吸収スペクトル、並びにフィトクロムの２つの相互に変換可能な形態（Ｐｆｒ及びＰｒ）が、図１に示されている。
【０００９】
光合成とは反対に、光形態形成の反応が、極めて低い光量で達成されることが可能である。異なるタイプの光合成の及び光形態形成の光受容体が、少なくとも３つの周知の光化学系に分類されることが可能である：光合成、フィトクロム、及びクリプトクロムまたは青色／ＵＶ−Ａ（紫外線−Ａ）。
【００１０】
光合成光化学系において、現存する色素が、クロロフィル及びカロテノイドである。クロロフィルが、植物の葉の葉肉細胞中に位置する葉緑体のチラコイド中に位置する。これらの色素の活性が、集光性と密接な関係があるために、放射線のエネルギーの量が、最も重要な側面を有する。クロロフィルの２つの最も重要な吸収ピークが、各々、６２５〜６７５ｎｍ及び４２５〜４７５ｎｍの赤色及び青色領域に位置する。さらに、近−ＵＶ（３００〜４００ｎｍ）の及び遠−赤色の領域（７００〜８００ｎｍ）における他の局部的なピークも存在する。キサントフィル及びカロテンのようなカロテノイドが、植物細胞上の有色体の色素体の細胞小器官に位置し、主に、青色領域で吸収する。
【００１１】
フィトクロム光化学系が、フィトクロムの２つの相互変換可能な形態、Ｐｒ及びＰｆｒを有し、これらは、各々、６６０ｎｍの赤色及び７３０ｎｍの遠−赤色のそれらの感度ピークを有する。フィトクロムによって媒介された光形態形成の反応が、通常、赤色（Ｒ）対遠−赤色（ＦＲ）比（Ｒ／ＦＲ）を介した光質の検知に関連する。フィトクロムの重要性が、これらが含まれる、葉部拡大、隣接知覚（ｎｅｉｇｈｂｏｕｒ  ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）、日陰回避、茎成長、種子発芽及び開花誘導のような異なる生理学的反応によって評価されることが可能である。通常、日陰回避反応が、Ｒ／ＦＲ比の検知を通じて、フィトクロムによって制御されるが、青色−光及びＰＡＲレベルも、関連する適応形態的反応に含まれる。
【００１２】
青色−及びＵＶ−Ａ（紫外線−Ａ）−感応性光受容体が、クリプトクロム光化学系に見られる。青色光吸収色素が、クリプトクロム及びフォトトロピンの両方を含む。これらが、光の質、量、方向及び周波数を監視するような、複数の異なるタスクに含まれる。青色−及びＵＶ−Ａ感応性光受容体の異なる群が、内因性リズム、組織配向、茎成長及び気孔開口、発芽、葉部拡大、根成長及び屈光性のような、重要な形態的反応を媒介する。集光性及び光阻害を最適化するために、フォトトロピンが、細胞小器官及び光合成器官の位置及び色素含量を調節する。連続的な遠−赤色放射線への露出につれて、クリプトクロム光受容体の媒介を通して、青色光も開花を促進する。さらに、青色−光ー感応性光受容体（例えば、フラビン及びカロテノイド）も、近紫外線放射に感応性があり、局部的な感応性ピークが、約３７０ｎｍで見られることが可能である。クリプトクロムが、全ての植物種に対して一般的であるというだけではない。クリプトクロムが、シロイヌナズナのような顕花植物における、日周期の同調を含む様々な光反応を媒介する。３００ｎｍ以下の波長の放射線が、ＤＮＡ構造及び分子の化学結合に著しく有害となることが可能であるが、植物は、この領域における放射線も吸収する。ＵＶ放射線の破壊作用を低減させるために、ＰＡＲ域内の放射線の質が重要となりうる。これらの光受容体が、最も研究され、従って、光合成及び成長の制御におけるそれらの役割が、ある程度周知である。しかしながら、他の光受容体の存在が証明されており、その活動が、植物中における重要な生理学的な反応を媒介する重要な役割を有しうる。さらに、ある群の受容体間における相互依存の特性及び相互作用が、あまり理解されていない。
【００１３】
光合成が、おそらく、世界で、最古の、最も一般的な及び最も重要な生化学的プロセスの一つである。野菜及び観賞用の作物の生成のために、日光の低い有効性を補うまたは代用するための人工照明の使用が、特に冬季の北部の国において、一般的な方法である。
【００１４】
１８７９年のトーマス  エジソンによる、現在白熱灯として一般的に知られているエジソン電球の開発とともに、人工電灯照明の時代が開始した。その熱的特性のため、白熱灯が、全体のＰＡＲの約６０％に達することが可能である大量の遠赤色発光によって特徴付けられる。１世紀以上にわたって行われている開発にもかかわらず、可視スペクトル域内における、消費された電気エネルギー（入力）と放出された光学エネルギー（出力）との間の変換効率によって与えられる白熱灯ランプの電気効率が、いまだ著しく悪い。典型的には、これが、約１０％である。また、白熱灯光源の寿命の性能が低く、典型的には、寿命が、１０００時間よりも長くない。植物−生育用途において、これらの使用が制限される。
【００１５】
観賞用植物の生育は、白熱灯ランプが未だに使用されることが可能な用途の一つである。白熱灯ランプを使用した低い光子フルエンス率への一晩の暴露を使用する長日性反応種を用いて、花成誘導が達成されることが可能である。大量の放出された遠−赤色放射線が使用され、フィトクロムの媒介を通して、光形態形成反応を制御する。
【００１６】
植物−生育用途において、蛍光灯は、白熱灯ランプよりもさらに一般的に利用される。白熱灯ランプに比べて、電気−光学エネルギー変換は、より効率的である。円筒形蛍光灯ランプが、典型的には、約２０％〜３０％の電気効率値を達成することが可能であり、放出された光子の９０％以上が、約１００００時間の典型的な寿命を有するＰＡＲ域内である。しかしながら、特定の設計された長−寿命の蛍光灯ランプが、３００００時間の間の寿命に達することが可能である。これらの十分なエネルギー効率及び寿命に加え、植物生育における蛍光灯ランプの他の利点が、放出された青色放射線の量である。これが、ランプの相関色温度（ＣＣＴ）に応じて、ＰＡＲ内における総光子放射の１０％以上に達することが可能である。この理由のため、閉じられた生育室及びチャンバ内において、自然の日光の放射線を全置換するために、蛍光灯ランプが、しばしば使用される。光受容体のクリプトクロム類の媒介を通して、最も多くの作物の平衡のモルホロジーを達成するために、放出された青色放射線が不可欠である。
【００１７】
メタルハライドランプが、高−強度の放電ランプの群に属する。可視線の放出が、ルミネッセンス効果に基づいている。製造の間にメタルハライドの包含により、放出された放射線のスペクトル品質のある程度の最適化が可能になる。日光を完全に置換するために、または、低い有効性の期間の間にそれを部分的に補うために、メタルハライドランプが、植物生育に使用されることが可能である。ランプあたりの高いＰＡＲ出力、約２０％の青色放射線の比較的高い割合、及び約２５％の電気効率により、メタルハライドランプが通年の作物栽培に対する選択肢となる。それらの操作時間が、典型的には、５，０００〜６，０００時間である。高−圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプが、温室内での通年の作物生産に対して好ましい光源となる。この主な理由が、高い放射放出、低い価格、長い寿命、高いＰＡＲ放出及び高い電気効率である。これらの要因が、北部の緯度の冬季の間において、費用効率が高い方法での植物生育をサポートする補助的な光源としての高−圧ナトリウムランプの使用を可能にする。
【００１８】
しかしながら、ＨＰＳランプにおけるスペクトル品質が、光合成及び光形態形成の促進に最適ではなく、結果として、過度の葉及び茎伸長を生じる。これは、クロロフィルａ、クロロフィルｂ及びベータカロテンのような重要な光合成色素の吸収ピークに関して、非平衡なスペクトル放出のためである。他の光源と比較して、低いＲ／ＦＲ比及び低い青色光放出が、ＨＰＳ照明下での最も多くの作物生育に対して、過度の茎伸長を誘導する。高−圧ナトリウムランプの電気効率が、典型的には、３０％及び４０％の範囲内であり、これらを、植物生育に現在使用される最もエネルギー効率のよい光源にする。入力エネルギーの約４０％が、ＰＡＲ域内で、光子に変換され、約２５％〜３０％が、遠−赤色及び赤外線に変換される。高圧ナトリウムランプの操作時間が、約１０，０００〜２４，０００時間の範囲内である。
【００１９】
北部の緯度での日光の低い有効性、及び、通年にわたる手頃な価格の良質の園芸産物に対する消費者の要求が、新規な照明及び生物学的技術に対する要求を生む。また、日光が、一日あたり２０〜２４時間利用可能である場合、世界的に生産収率を、著しく高めることが可能である。従って、製造コストを下げ、収率及び作物の品質を高めることが可能なやり方が、必要とされている。照明は、関連する最適化されることが可能なほんの一面にすぎない。しかしながら、その重要性が、過小評価出来ない。電気料金の増加、及びＣＯ２放出を低減させる必要性が、エネルギーを有効に使用するために付加的な理由である。温室での通年の作物生産において、一般費用への電気量の寄与が、いくつかの作物においては、約３０％に達しうる。
【００２０】
植物生育に一般的に使用される既存の光源が、４０％に近い電気効率を有しうるが、全体のシステム効率（すなわち、ドライバ、反射体及びオプティックスにおける損失を含む）が、著しく低いことがあり得る。放射線のスペクトル品質が、作物の健全な成長に重要な役割を果たす。従来型の光源が、その利用中に、付加的なフィルターの非効率かつ制限された利用をすることなく、スペクトル的に制御されることが不可能である。さらに、放射線量の制御も制限され、パルス運転のような多用途の照明形態の可能性を低減させる。
【００２１】
従って、及び上記の側面に関連する理由により、園芸用照明に使用される潜在的に実行可能な見込みのあるツールとして、発光ダイオード及び関連する固体照明（ＳＳＬ）が、現れている。ＬＥＤの内部量子効率が、活性領域内に注入されて各電子によって生成された光子の割合の評価基準である。実際には、最もよいＡｌＩｎＧａＰ赤色及びＡｌＩｎＧａＮ緑色及び青色ＨＢ−ＬＥＤが、５０％よりも良い内部量子効率を有することが可能であり、；未だ、半導体デバイス及び照明設備から出た全ての生成された光を抽出するための試みが残されている。
【００２２】
園芸用照明において、従来型の光源に関連するＬＥＤ−に基づく光源の主な実用的な利点は、放出された放射線の指向性及び完全な可制御性である。ＬＥＤは、半等方性エミッタであるため、必ずしも反射体を必要としない。指向性エミッタとしてのＬＥＤが、光学に関連する損失の大部分を回避する。さらに、従来型の広い波長帯光源に関して、有色ＬＥＤの狭いスペクトル帯域幅特性が、他の重要な利点である。光合成放射性光源としてのＬＥＤを使用する主な利点が、選択された光受容体の吸収ピークと最も密接に適合するピーク波長放出の選択の可能性から生じる。実際には、この可能性が、付加的な利点をもたらす。植物の生理学的反応の媒介上における光受容体による放射エネルギーの効率的な使用が、利点の１つである。他の利点が、放射線強度を完全に制御することによる反応の可制御性である。
【００２３】
上記の利点が、照明器具レベルにまでさらに拡大されることが可能である。本発明者は、青色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤを備えた照明器具を把握している。現在、有色ＡｌＩｎＧａＮ  ＬＥＤのスペクトル放出が、可視スペクトルのＵＶから緑領域まで利用可能である。これらのデバイスが、クリプトクロム及びカロテノイドの吸収ピークが位置する青色及びＵＶ−Ａ領域において放射することが可能である。
【００２４】
フィトクロムの赤色異性体（Ｐｒ）及びクロロフィルａが、約６６０ｎｍに位置する強い吸収ピークを有する。ＡｌＧａＡｓ  ＬＥＤが、同じ領域内で放出するが、部分的には、時代遅れの製造技術及び低い市場の需要のため、リン化物またはさらには窒化物−に基づくＬＥＤと比較した場合、これらは高価なデバイスである。ＡｌＧａＡｓ  ＬＥＤが、７３０ｎｍで重要な吸収ピークを有するフィトクロムの遠−赤色体（Ｐｆｒ）を制御するために使用されることも可能である。
【００２５】
ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤが、比較的に高い光学的及び電気的性能を有する確立した材料技術に基づいている。典型的には、ＡｌＩｎＧａＰ赤色ＬＥＤの特性スペクトルの放出領域は、クロロフィルｂが約６４０ｎｍであるその吸収ピークを有する領域を覆う。従って、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤが、光合成の促進にも有用である。
【００２６】
それらの主な放出ピークが、５００〜６００ｎｍに広がる緑色波長の範囲内に存在するので、新規な商用の高輝度ＬＥＤは、温室栽培に適しておらず、従って、光合成プロセスに対応しない。しかしながら、主に、当技術分野によると、光合成と対応するＬＥＤ光が、赤色及び青色に対して、ＡｌＩｎＧａＰ及びＡｌＩｎＧａＮのような様々なタイプの半導体ＬＥＤを組み合わせて構成されることが可能である。
【００２７】
個々の有色ＬＥＤの組み合わせに関する多数の課題が存在する。従って、異なるタイプの半導体デバイスが、異なる速度で経年劣化し、この理由のため、青色に対する赤色の比が、時間とともに変化し、結果として、さらに、植物成長プロセスに異常な状態を生じる。第二の主な論点は、個々の単一の有色ＬＥＤが、典型的には２５ｎｍ未満である比較的に狭いスペクトル範囲を有することであり、このスペクトル範囲は、極めて多くの異なる色及び個々のＬＥＤを利用することなくかつ実施に高い費用を生じさせることなく、良好な光合成効率を提供するために不十分である。
【００２８】
異なる色の光を再−放出するために、蛍光体のような波長変換材料を使用して改良された数の色がＬＥＤから生成されることが可能であるということは、特許文献１及び２から周知である。引用文献２によると、減衰または季節的な病気を処理するために、太陽光を再現する異なる色が、使用されることが可能であるということになっている。これらの文献は、参照として本願明細書において引用される。
【００２９】
たとえ、例えば、太陽光のスペクトルが、植物成長に準最適であるという単純な理由により、これらの光が、園芸用の光として使用されるとしても、これらの光は、多くの欠点を有する。太陽光を再現することを目的とした引用文献２の光が、植物によって、それらの成長に有効に使用されない多くの余分な波長を含む。例えば、５００〜６００ｎｍのバンド（緑色光）は、緑色植物がこの波長を反射するため、植物によって上手く使用されない。これが、園芸用途において無駄なエネルギーにつながる。
【００３０】
さらに、従来技術の光は、植物成長に極めて有用となりうる不可欠な波長も除外する。例えば、これらの光は、植物栽培に重要である７００ｎｍ〜８００ｎｍの間の遠赤色に達しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２０５６３６４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２３１８３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明の目的は、当技術分野に関連する課題の少なくとも一部を取り除き、ＬＥＤを使用する植物成長を促進する新規な方法を提供することである。
【００３３】
本発明の第一の目的は、光合成プロセスが上手く反応するＬＥＤデバイスに基づく単一発光源を提供することである。
【００３４】
本発明の第二の目的は、光合成光量子束（ＰＰＦ）最適化ＬＥＤデバイスに基づく温室栽培用の照明器具を提供することである。
【００３５】
本発明の第三の目的は、３００〜８００ｎｍの波長範囲に少なくとも２つの放出ピークを提供し、該放出ピークの少なくとも一つが、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅（ＦＷＨＭ）を有する、ＬＥＤデバイスを実現することである。
【００３６】
本発明の第四の目的は、ＬＥＤに基づく温室栽培照明器具を提供することであり、２つの発光周波数、３００〜５００ｎｍ及び６００〜８００ｎｍの発光強度比が、１０，０００時間の操作の間に、２０％未満に低減される。
【００３７】
本発明の第五の目的は、温室栽培において通常使用される従来型の高圧ナトリウムランプによって得られるものよりも優れたワットあたりのＰＰＦ値（すなわち、使用される出力ワット数に対するＰＰＦ）を与え、従って、温室栽培プロセス用のエネルギー効率の良い光源及びその中で使用される人工照明を提供する技術的解決策を提供することである。
【００３８】
本発明の第六の目的は、単一発光源を提供することであり、３００〜５００ｎｍの周波数の発光が、半導体ＬＥＤチップによって生成され、６００〜８００ｎｍの周波数の発光が、ＬＥＤチップ放射電力の部分的な波長アップコンバージョンを使用して生成される。例えば、遠赤色光（７００〜８００ｎｍ）を含む発明性のある園芸用照明を用いて照射された場合に、キュウリ及びレタス植物が、大きな長さ及び／または質量に達することを本発明者は発見した。
【００３９】
本発明の第七の目的は、単一発光源を提供することであり、３００〜５００ｎｍの周波数の発光が、半導体ＬＥＤチップによって生成され、６００〜８００ｎｍの周波数の発光が、ＬＥＤチップ放射電力の部分的な波長アップコンバージョンを使用して生成される。６００〜８００ｎｍの放射線を生成するための波長アップコンバージョンが、ＬＥＤ発光源と近接する一つまたはそれ以上の波長アップコンバージョン材料を使用することによって達成される。
【００４０】
この用途において、“アップコンバージョン”が、流入する吸収光の波長を、長波長の放出光に変えることと解釈される。
【００４１】
本発明の第八の目的は、半導体ＬＥＤチップ放射線の４００〜５００ｎｍ、６００〜８００ｎｍまたはその両方の周波数範囲の部分的なまたは完全な波長アップコンバージョンを提供することであり、チップが、３００〜５００ｎｍの範囲の放出範囲の放出を有する。波長アップコンバージョンが、有機材料、無機材料、または両方の型の材料の組み合わせを使用することにより、実現される。
【００４２】
本発明の第九の目的は、アップコンバージョン用のナノサイズの粒子材料を使用する波長アップコンバージョンを提供することである。
【００４３】
本発明の第十の目的は、アップコンバージョン用の分子様（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｌｉｋｅ）材料を使用する波長アップコンバージョンを提供することである。
【００４４】
本発明の第十一の目的は、ポリマー材料を使用する波長アップコンバージョンを提供することであり、アップコンバージョン材料が、波長アップコンバージョンを提供するポリマーマトリックスに共有結合される。
【００４５】
本発明の第十二の目的は、スペクトルバンド５００〜６００ｎｍが抑制されるＬＥＤに基づく照明器具を提示することである。この抑制されたバンドにおいて、放出がほとんどないかまたは全くなく、または、任意の場合において、隣接するバンド４００〜５００ｎｍ、６００〜７００ｎｍのいずれかよりも放出が少ない。本発明に従い、バンド４００〜５００ｎｍに第一の放出を全く有さないかまたは少量の放出のみを有することによって、及び任意のアップコンバージョンが、波長を６００ｎｍ以上にシフトする波長シフトを引き起こすこと確実にすることによって、この抑制が達成されることが可能である。この放射線が、光合成変換のために吸収されるというよりはむしろ、単に、植物から反射されるため、緑色植物が、緑色光（５００〜６００ｎｍ）放射線及び隣接するバンドの放射線を利用することが出来ないことが一般的に知られている。
【００４６】
本発明の第十三の目的は、ＬＥＤに基づく照明器具を提示することであり、該ＬＥＤに基づく照明器具は、所望の遠−赤色光を提供することにより植物の同化作用成長を最大化する一方、植物栽培の観点から、エネルギーを無駄にする放射線である緑色光を最小化する。この目的が、波長アップコンバージョンデバイスを備えた青色ＬＥＤによる本発明の一態様において達成され、該波長アップコンバージョンデバイスが、放出された青色光（３００〜５００ｎｍ）の部分を、遠−赤色成分を含む広い赤色スペクトル成分（６００〜８００ｎｍ）にアップコンバートするが、緑色成分（５００〜６００ｎｍ）を除外及び／または最小化する。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
本発明が、温室栽培に適した発光ダイオード及び関連する照明器具を提供する。本発明によると、発光ダイオードが、特定の発光周波数パターンを有し、すなわち、これが、少なくとも２つのスペクトル特性を有する；少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を有する一つの放出ピークであり、６００〜７００ｎｍの範囲のピーク波長を有し、第二のスペクトル特性が、５００ｎｍ範囲以下のピーク波長を有する。ＬＥＤの放出ピークが、植物光合成応答スペクトルと上手く適合し、従って、高効率の人工照明に特に適している。
【００４８】
植物成長を促進するのに適した発光部品が、発光化合物半導体チップ；及びＬＥＤチップに直接的に近接して堆積される光波長アップコンバージョン蛍光体を備える。このような部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能である。
【００４９】
さらに具体的には、本発明による照明器具が、請求項１及び／または２の特徴部分に記載されたものによって特徴付けられる。
【００５０】
本発明による植物成長を促進するための照明器具が、少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、該発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲にピークを有し、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を示すように調節された第一スペクトル特性；及び
ｂ）最大の５０ｎｍの半値幅を有し、４４０〜５００ｎｍの範囲にピーク波長を示すように調節された第二スペクトル特性を有する。
【００５１】
本発明による園芸用照明器具が、少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、該発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲にピークを有し、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を示すように調節された第一スペクトル特性；
ｂ）最大の５０ｎｍの半値幅を有し、４４０〜５００ｎｍの範囲にピーク波長を示すように調節された第二スペクトル特性；を有し、
ｃ）６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全部または一部が、ＬＥＤチップ放射電力の全体のまたは一部の波長アップコンバージョンを使用して生成される。
【００５２】
本発明による園芸用照明器具が、少なくとも一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、該発光ダイオード（ＬＥＤ）が、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲にピークを有し、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上の半値幅を示すように調節された第一スペクトル特性；
ｂ）最大の５０ｎｍの半値幅を有し、４４０〜５００ｎｍの範囲にピーク波長を示すように調節された第二スペクトル特性；を有し、
ｃ）５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全部が、最小化され、及び／または除外され及び／または４００〜５００ｎｍバンドの強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドの強度以下に低減されるように調節される。
【００５３】
本発明による植物成長を促進するための照明器具が、任意に外部発光特性を有するルミネッセンスＵＶ  ＬＥＤを備え、前記ＬＥＤが、
ａ）３５０〜５５０ｎｍの範囲のピーク波長を有する第一の蛍光スペクトル特性；
ｂ）６００〜８００ｎｍの範囲のピーク波長を有する第二の任意の蛍光スペクトル特性；
ｃ）３５０〜８００ｎｍの間で自由に調節可能なピーク波長を有する第三の任意の蛍光スペクトル特性；
ｄ）任意の割合に調節可能である第一の、任意の第二の及び任意の第三のスペクトル特性の蛍光発光強度を示すように調節される。
【００５４】
発光部品が、請求項１６及び／または１７の特徴部分に記載されたものによって特徴付けられる。
【００５５】
本発明による植物成長を促進するための発光部品が、；
−  発光化合物半導体チップ；及び
−  ＬＥＤチップに直接的に近接して堆積された光波長アップコンバージョン蛍光体；
を備え、前記部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能である。
【００５６】
本発明による園芸用照明の発光部品が、
−  発光化合物半導体チップ；及び
−  ＬＥＤチップに直接的に近接して堆積された光波長アップコンバージョン蛍光体；
を備え、前記部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能であり、６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全部または一部が、ＬＥＤチップ放射電力の全体のまたは一部の波長アップコンバージョンを使用して生成される。
【００５７】
本発明による園芸用照明の発光部品が、
−  発光化合物半導体チップ；及び
−  ＬＥＤチップに直接的に近接して堆積された光波長アップコンバージョン蛍光体；
を備え、前記部品が、２つの特徴的な発光ピークを放出することが可能であり、５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全部が、最小化され、及び／または除外され及び／または４００〜５００ｎｍバンドの強度以下かつ６００〜７００ｎｍバンドの強度以下に低減されるように調節される。
【００５８】
本発明の最良の態様は、前記ＬＥＤの照明を用いて栽培される植物の光合成反応と適合するように調節された放出スペクトルを有して調節された３８０〜８５０ｎｍの波長範囲における複数のＬＥＤを含むと考えられる。この最良の態様が、青色ＬＥＤ発光から、蛍光体による波長アップコンバージョンを特徴付ける。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】緑色植物における最も一般的な光合成及び光形態形成光受容体の相対的な吸収スペクトルを示す。
【図２】本発明による第一の単一発光源ＬＥＤデバイスの放出ピークを示す。
【図３】本発明による第二の単一発光源ＬＥＤデバイスの放出ピークを示す。
【図４】本発明による第三の単一発光源ＬＥＤデバイスの放出ピークを示す。
【図５】本発明による第四の単一発光源ＬＥＤデバイスの放出ピークを示す。
【図６ａ】概略的な方式で、本発明の好ましい実施形態に従って修正されたＬＥＤデバイスを製造する方法の様々なプロセスステップを示す。
【図６ｂ】概略的な方式で、本発明の好ましい実施形態に従って修正されたＬＥＤデバイスを製造する方法の様々なプロセスステップを示す。
【図６ｃ】概略的な方式で、本発明の好ましい実施形態に従って修正されたＬＥＤデバイスを製造する方法の様々なプロセスステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
既に上記において述べたとおり、概して、本発明は、温室栽培光源として使用される最適な特性を有する単一発光源ＬＥＤデバイスに関する。具体的には、光源を構成するためのこの手法が、植物栽培における光合成周波数に適合する最適な特性及び適応性を有する。既存の技術と比較した場合、この手法を使用することによって、光源が、優れたＰＰＦ及びワット効率及び性能あたりのＰＰＦ及び極めて低い電力消費及び極めて長い操作寿命に達するように設計されることが可能である。
【００６１】
具体的には、単一発光源ＬＥＤデバイスが、３００〜８００ｎｍの波長範囲に少なくとも２つの放出ピークを提供し、放出ピークの少なくとも一つが、少なくとも５０ｎｍまたはそれ以上における半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。植物用の光合成周波数と適合するように、放出ピーク及び相対強度が、選択される。また、光源に対して要求されたＰＰＦ量が、植物の要求に適合するように最適化される。
【００６２】
３００〜５００ｎｍの周波数での発光が、半導体ＬＥＤチップによって生成され、４００〜８００ｎｍの周波数での発光が、ＬＥＤチップ放射電力の完全なまたは部分的な波長アップコンバージョンを使用して生成される。部分的な波長アップコンバージョンが、半導体ＬＥＤチップ放射の５〜９５％の範囲内、好ましくは３５〜６５％の範囲内となるように選択されることが可能である。４００−８００ｎｍ放射線を生成するための波長アップコンバージョンが、ＬＥＤ放射源とともに近接して１つまたはそれ以上のアップコンバージョン材料を使用することによって達成される。波長アップコンバージョンが、有機材料、無機材料、または両方のタイプの材料の組み合わせのいずれかを使用して実現される。これらの材料が、特定の（ナノ−または他の大きさの粒子）、分子のまたは高分子材料であることが可能である。さらに、この材料が、放出光源の波長アップコンバージョンを結果として生じる構造配列を有することが可能である。
【００６３】
一つの特定の実施形態によると、植物成長を促進するための照明器具が、任意に、外部のルミネッセンス発光特性を有するＵＶ  ＬＥＤを含む。典型的には、ＬＥＤが、
ａ）３５０〜５５０ｎｍの範囲のピーク波長を有する第一の蛍光スペクトル特性；
ｂ）６００〜８００ｎｍの範囲のピーク波長を有する第二の任意の蛍光スペクトル特性；及び
ｃ）３５０〜８００ｎｍの間で自由に調節可能なピーク波長を有する第三の任意の蛍光スペクトル特性；
を示す。
【００６４】
この用途において、上記の“調節可能”ピーク波長とは、工場における照明器具の組み立ての間に調節されることが可能なピーク波長と解釈され、及び／または、現場でのピーク波長調節のために照明器具内に調節可能なダイアルなどの場合の“調節可能”とも解釈される。さらに、ＬＥＤの製造プロセス間におけるＬＥＤのピーク波長を調節することは、本発明に従うものでもあり、“調節可能”とは、ＬＥＤの製造プロセス間になされる調節も含むと解釈される。調節可能なピーク波長の全ての上記実施形態、または、任意の他の調節可能な光源またはＬＥＤ変形物が、本特許出願の範囲内である。
【００６５】
好ましくは、第一の、任意の第二の及び任意の第三のスペクトル特性の蛍光発光強度が、任意の割合に調節可能である。
【００６６】
図２〜５が、単一発光源ＬＥＤデバイスの放出ピークの数個の例を示す。
【００６７】
図２において、半導体ＬＥＤチップ発光周波数が、４５７ｎｍの波長でピークとなり、２５ｎｍの放出ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。この場合、波長アップコンバージョンが、２つのアップコンバージョン材料を使用してなされる。これらの２つの波長アップコンバージョン材料が、６６０ｎｍ及び６０４ｎｍにおける各放出ピークを有する。図２が、６５１ｎｍの波長においてピークとなるこれらの２つの波長アップコンバージョン材料からの結合された放出ピークを示し、１０１ｎｍの放出ピークＦＷＨＭを有する。この場合、半導体ＬＥＤチップ放出物の約４０％（ピーク強度から計算される）が、２つの各アップコンバージョン材料によって６５１ｎｍの放出にアップコンバートされる。
【００６８】
図３において、半導体ＬＥＤチップ発光周波数が、４７０ｎｍの波長でピークとなり、３０ｎｍの放出ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。この場合、波長アップコンバージョンが、２つのアップコンバージョン材料を使用してなされる。これらの２つの波長アップコンバージョン材料が、６６０ｎｍ及び６０４ｎｍにおける各放出ピークを有する。図２が、６６０ｎｍの波長においてピークとなるこれらの２つの波長アップコンバージョン材料からの結合された放出ピークを示し、１０５ｎｍの放出ピークＦＷＨＭを有する。この場合、半導体ＬＥＤチップ放出物の約６０％（ピーク強度から計算される）が、２つの各“アップコンバージョン”材料によって６６０ｎｍの放出にアップコンバートされる。
【００６９】
図４において、半導体ＬＥＤチップ発光周波数が、４５２ｎｍの波長でピークとなり、２５ｎｍの放出ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）を有する（図に示されない）。この場合、波長アップコンバージョンが、１つのアップコンバージョン材料を使用してなされる。図３が、６５８ｎｍの波長においてピークとなるこのアップコンバージョン材料からの放出ピークを示し、８０ｎｍの放出ピークＦＷＨＭを有する。この場合、半導体ＬＥＤチップ放出物の約１００％（ピーク強度から計算される）が、このアップコンバージョン材料によって６５８ｎｍの放出にアップコンバートされる。ＬＥＤデバイスから出る４５２ｎｍの放出がないため、図４から、これに気付くことが可能である。
【００７０】
図５において、半導体ＬＥＤチップ発光周波数が、４５２ｎｍの波長でピークとなり、２５ｎｍの放出ピーク半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。この場合、波長アップコンバージョンが、１つのアップコンバージョン材料を使用してなされる。図５が、６０２ｎｍの波長においてピークとなるこのアップコンバージョン材料からの放出ピークを示し、７８ｎｍの放出ピークＦＷＨＭを有する。この場合、半導体ＬＥＤチップ放出物の約９５％（ピーク強度から計算される）が、この波長アップコンバージョン材料によって６０２ｎｍの放出にアップコンバートされる。
【００７１】
上記スペクトルに対して、デバイスが、以下に詳細に説明されるように構成されることが可能である。デバイス中において使用される蛍光体分子を励起するために適する方法で、半導体ＬＥＤチップ発光周波数が、選択されるべきである。ＬＥＤチップからの放出が、４００ｎｍ〜４７０ｎｍの間であることが可能である。
【００７２】
ＬＥＤからの所望の放出スペクトルが達成される方法で、使用される蛍光体分子または分子（複数）が、選択されるべきである。
【００７３】
以下において、所望のスペクトルを得るために、ＬＥＤデバイスにおいて２つの蛍光体材料（波長アップコンバージョン材料）を使用するための手順を説明する（図６ａ〜６ｃを参照）。
【００７４】
ＬＥＤデバイスから所望の蛍光体放出スペクトルを得るために、蛍光体Ａ及び蛍光体Ｂが、予め決定された割合で混合される（図６ａ参照）。蛍光体の割合が、例えば、９９：１（Ａ：Ｂ）〜１：９９であることが可能である。“封止材（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）”を形成するために、この蛍光体Ａ＋Ｂの混合物が、予め決定された濃度で、材料Ｃ（例えば、ポリマー）内に混合される。材料Ｃ中の蛍光体の濃度が、例えば、９９：１（蛍光体材料：材料Ｃ）〜１：９９であることが可能である。次に、この材料Ｃ＋蛍光体（Ａ及びＢ）の混合物が、ＬＥＤチップの直接的に近接して堆積される（図６ｂ及び６ｃを参照）。“近接”とは、ＬＥＤチップの表面上に直接的に、または他の光学材料を備えて間隔を置いて、堆積されることが出来ることを意味する。材料Ｃ中の蛍光体混合物の濃度が、半導体ＬＥＤチップ発光周波数の波長アップコンバージョン量を決定し、これは、どのくらいの“最初の”ＬＥＤチップ発光周波数が、最終的なＬＥＤデバイスの発光に見られ、及びＬＥＤデバイスにおいてどのくらい蛍光体発光に変換されるかを意味する。
【００７５】
典型的には、（蛍光体がその中に混合される）封止材の厚さが、蛍光体の濃度に応じ、０．１μｍ〜２０ｍｍ、特に１μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５μｍ〜１０ｍｍ、例えば約１０μｍ〜５ｍｍの間で変化する。
【００７６】
典型的には、蛍光体の濃度（封止材の総重量から計算される）が、約０．１〜２０％であり、好ましくは、約１〜１０％である。
【００７７】
波長アップコンバージョンが、１００％であることが可能であり、これは、ＬＥＤデバイスから見られる蛍光体発光のみが存在することを意味し、または、これが、１００％未満であることが可能であり、これは、いくらかのＬＥＤチップ発光が、ＬＥＤデバイスを透過して出ることを意味する。
【００７８】
要約すると、蛍光体比Ａ：Ｂを調節することにより、ＬＥＤデバイスからの所望の蛍光体放出スペクトルを調節することが可能であり、材料Ｃ中の蛍光体濃度を調節することにより、ＬＥＤデバイスに対して、所望のＬＥＤチップ放出の量／総量を調節することが可能である。
【００７９】
また、ＬＥＤチップの上部上の材料Ｃ（ある蛍光体濃度を有する）の総量（物理的厚さ）が、ＬＥＤデバイスを透過するＬＥＤチップ放出物の総量に影響を及ぼす。ＬＥＤチップの上部上の材料Ｃ層が厚くなるにつれ、透過率が低くなる。
【００８０】
材料Ｃが、例えば、溶媒、無機または有機ポリマー、シリコンポリマー、シロキサンポリマー、または蛍光体がその中に混合されることが可能な他のポリマーであることが可能である。材料Ｃが、蛍光体とともに使用する前に混合されなければならない一つまたはそれ以上の成分を有することが可能である。材料Ｃが、熱またはＵＶ硬化材料であることが可能である。
【００８１】
蛍光体（複数）及び溶媒材料Ｃ（固体または液体）の混合物が、半透明または透明であることが可能であり、好ましくは透明であり、ＬＥＤから放出された光の通過を可能にする。
【００８２】
一実施形態において、特に好ましくは、遠赤色放射線（７００〜８００ｎｍ）が、例えば、ユーロピウム−セリウム共ドープＢａ＿ｘ  Ｓｒ＿ｙ  ＺｎＳ＿３蛍光体及び／またはセリウムドープランタニド酸化硫化物によって生成される。これらの蛍光体及び硫化物型が、６５０〜７００ｎｍ波長域の間で最大の放出ピークを有し、また、広い（５０〜２００ｎｍ）半値幅を示し、従って、また、高い波長、すなわち、７００ｎｍの波長域を超える発光を生成する。
【００８３】
蛍光体または他の同種材料を使用することに加えて、または代替として、ＬＥＤの近くに配置される少なくとも一つの半導体量子ドットまたはそれと同種のものを用いて、波長アップコンバージョンを実現することも可能である。
【００８４】
（実施例）
比較試験目的のために、図３の同一の出力スペクトルを有する単一ＬＥＤデバイスに基づき、ＬＥＤ照明器具が作成された。照明器具が、ＡＣ／ＤＣ定電流ドライバの電力消費を含む６９Ｗの電力消費を有する６０の個々のＬＥＤユニットから構成された。
【００８５】
比較デバイスが、４２０Ｗの総電力消費を有する商用のＨＰＳ（高圧ナトリウム）ランプ温室照明器具、及び商用のＬＥＤ温室ＬＥＤ器具であった。商用のＬＥＤ器具が、２４Ｗの総電力消費を有する個別の青色及び赤色ＬＥＤデバイスに基づくものであった。
【００８６】
本発明によるＬＥＤ照明器具が、以下のＰＰＦ測定手段及び配置を使用し、上記商用のＬＥＤデバイスに対して試験された。
【００８７】
ＰＡＲ放射照度（４００ｎｍ〜７００ｎｍの間の放射照度値）及びＰＰＦ−値が、３００ｎｍ〜８００ｎｍの照明器具スペクトル及び３８５ｎｍ〜７１５ｎｍのバンドでの絶対放射照度値を測定することにより計算された。各ランプのスペクトルが、ある距離で、ＩＬＴ７００Ａ分光放射計を用いて測定された。絶対放射照度−値が、ある距離で、精密全天日射計を用いて測定され、これらの距離に対して絶対スペクトルを計算するために後に使用された。これらの絶対スペクトルが、ＰＡＲ−及びＰＰＦ計算を計算するために使用された。ＰＡＲ−放射照度（Ｗ／ｍ２）が、４００ｎｍ〜７００ｎｍの絶対スペクトルを積分することにより計算された。ＰＰＦ−値が、第一に、スペクトルの各“チャンネル”の放射照度値を、Ｗ／ｍ２からマイクロアインシュタインに変換し、次に、所望の波長バンドにわたってこのスペクトルを積分することにより計算された。
【００８８】
これらの２つの商用の温室ランプ器具と本発明によるＬＥＤ器具との比較結果が、以下の表に表される。また、この結果が、商用のＨＰＳ照明器具に対して正規化される。
【００８９】
【表１】
2013505009.tif 000003
【００９０】
示された試験結果から明らかとなるように、本発明によるＬＥＤ照明器具が、ＨＰＳと比較して３．２７倍高いＰＰＦ効率を提供し、並びに個別の青色及び赤色ＬＥＤデバイスに基づく商用のＬＥＤ温室器具と比較して１．１８倍優れたＰＰＦ効率を提供する。当然、全てのＬＥＤまたは照明器具が、特に、本発明の多くの実施形態において温室の光として、植物栽培用の温室内で使用されるように配置される。
【００９１】
上記実施例が、指示されたスペクトル特性を有する一つの発光ダイオード（ＬＥＤ）が存在する実施形態を説明している。当然、本照明器具が、複数のＬＥＤを備えてよく、その少なくともいくらか（約１０％またはそれ以上）または好ましくはその大部分（５０％以上）が、指示された特性及び特徴を有する。従って、従来型のＬＥＤとこの種類のＬＥＤとの組み合わせを備えた器具を有することも可能である。ＬＥＤの数に特に上限はない。従って、この種類の照明器具が、おおよそ１〜最大１０，０００個のＬＥＤを有することが可能であり、典型的には、１〜１０００個のＬＥＤを有し、特に、１〜１００個のＬＥＤを有する。
【００９２】
本発明によると、決められた成長結果または生理学的反応を達成するような所望のスペクトル放出物を提供するために、これが、一つの照明器具内に異なるピーク放出を有するＬＥＤを備え、これらを制御する。この方法において、照明システムが、照明強度及びスペクトルの多用途の制御を可能にする。最終的に、ＣＯ２濃度、温度、日光可用性及び湿度等の他の非生物パラメータの制御が、照明とともに、同じ制御システム内に組み込まれることが可能であり、作物生産性及び温室の全体の操作を最適化する。
【図６ｃ】
2013505009.tif 000004
【図１】
2013505009.tif 000005
【図２】
2013505009.tif 000006
【図３】
2013505009.tif 000007
【図４】
2013505009.tif 000008
【図５】
2013505009.tif 000009
【図６ａ】
2013505009.tif 000010
【図６ｂ】
2013505009.tif 000011
【国際調査報告】
2013505009.tif 000012
2013505009.tif 000013
2013505009.tif 000014
2013505009.tif 000015
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2013505009.tif 000017