(57)【要約】本発明は、植物栽培用の人工的光を発生させる改善された方法に関する。より詳細には、本発明は、半導体発光解決策および温室環境における植物栽培に適した装置を有する照明装置に関連する。本発明の最良のモードは、光合成有効放射（ＰＡＲ）スペクトルと同様の発光スペクトルを生成する量子ドットの粒度分布を生成するコロイド法により作成した二元合金量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）を備えた照明装置と考えられる。本発明の方法および構成は、植物（３１０、３１１）栽培において使用した光の発光スペクトルのより正確なスペクトル同調を可能とする。したがって、本発明は、植物成長の光形態形成の制御における予期されていない改善、さらに植物生産におけるさらなる改善を表す。【選択図】図１Ｂ
2014509787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の栽培のための照明装置であって、
前記照明装置（１００）が、植物栽培用の光を発生させる異なるサイズの複数の量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）を備えることを特徴とする、植物の栽培のための照明装置。
【請求項２】
前記照明装置が、発光ダイオード用の複数の多重量子ウェル構造を備え、少なくとも１つの量子ウェル構造が、バリア層上の量子ドット構造を備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光スペクトルが、緑黄色（５００〜６００ｎｍ）の非常に低い強度を除去または提供し、かつ赤外色の７００〜８００ｎｍのバンド中の高い強度のスペクトル特性を備えることを除く光合成有効放射（ＰＡＲ）スペクトルと同様の総計発光スペクトルを生成するよう前記複数の量子（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）ドットの前記粒度分布を配置することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記量子ドットの前記サイズが、植物のある光形態形成効果を有する前記光子スペクトル中のプリセットした相対的強度を有するバンドまたは多様なバンド中の光子を発光するよう選択されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記可変光形態形成効果は、重量、葉の数、根の質量、茎の高さ、異なる時点または収穫する成熟期での前記植物の（ビタミン、ミネラルならびに／または養分含量および／または濃縮物などの）化学組成物の生物学的パラメータのいずれかである、請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の内の少なくとも１つが、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ひ化インジウム、リン化インジウムおよび／もしくは硫セレン化カドミウムまたはこれらのいずれかの組み合わせの、合金のいずれかから作成されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の前記粒度分布が、１ｎｍから２０ｎｍの範囲内の異なるサイズの量子ドットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）が、ＭＯＣＶＤ工程により生成されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
少なくとも１つの前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）が、コロイド合成工程により生成されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）のサイズが、７００〜８００ｎｍの赤外光バンド中で発光するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１１】
植物の栽培のための照明方法であって、異なるサイズの複数の量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）により、光を発生させ、かつ少なくとも１つの植物（３１０、３１１）に前記光を照射することを特徴とする、植物の栽培のための照明方法。
【請求項１２】
前記複数の量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の前記粒度分布が、前記発光スペクトルが５００〜６００ｎｍの緑黄色の非常に低い強度を除去または提供し、かつ７００〜８００ｎｍの赤外色のバンド中に高いスペクトル特性を備えることを除く光合成有効放射（ＰＡＲ）スペクトルと同様の総計発光スペクトルを生成することを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）のサイズが、前記光子スペクトル中のプリセットした相対的な強度を有するバンドまたは多様なバンド中の光子発光が、植物において特定の光形態形成効果とともに得られるように選択されることを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１４】
前記可変光形態形成効果が、重量、葉の数、根の質量、茎の高さ、異なる時点または収穫する成熟期の前記植物の（ビタミン、ミネラルならびに／または養分含量および／または濃縮物などの）化学組成物の生物学的パラメータのいずれかであることを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１５】
前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の少なくとも１つが、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＡｓ、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ひ化インジウム、リン化インジウムおよび／もしくは硫セレン化カドミウムまたはこれらのいずれかの組み合わせの合金のいずれかから作成されることを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１６】
前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の前記粒度分布が、２ｎｍから２００ｎｍの範囲内の異なるサイズの量子ドットを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）が、コロイド合成により生成されることを特徴とする、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの量子ドット（１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０）の前記サイズが、前記量子ドットが赤外色の７００ｎｍから８００ｎｍのバンド中で発光するように構成される、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１９】
園芸照明発光構成要素であって、
発光量子ドット半導体チップと、
前記量子ドットチップ直近に配置される光波長アップコンバージョン量子ドットと、
を備え、
前記構成要素が、２つの特徴的な発光ピークを発光することができ、かつ５００〜６００ｎｍの波長の少なくとも部分的または全体の前記発光が、最小化、ならびに／あるいは除去、ならびに／あるいは、４００〜５００ｎｍバンドにおける強度より低く、かつ６００〜７００ｎｍのバンドにおける強度より低く低減されるように構成される
園芸照明発光構成要素。
【請求項２０】
前記光波長アップコンバージョン量子ドットが、前記量子ドットチップの前記表面の真上に配置されるか、または他の光学材料により離間されている、請求項１９に記載の発光構成要素。
【請求項２１】
前記発光量子ドット半導体チップが、４４０〜５００ｎｍの範囲内の発光ピークを有する、請求項１９または２０のいずれか１項に記載の発光構成要素。
【請求項２２】
前記波長アップコンバージョン量子ドットを、前記量子ドット半導体チップにより照射した前記発光エネルギーの一部を６００〜７００ｎｍの高い波長へと変換するよう構成する、請求項１９から２１のいずれか１項に記載の発光構成要素。
【請求項２３】
前記２つの特徴的な発光ピークが、４４０ｎｍ〜５００ｎｍおよび６００〜７００ｎｍである、請求項１９から２２のいずれか１項に記載の発光構成要素。
【請求項２４】
前記２つの特徴的な発光ピークが、少なくとも５０ｎｍの半値全幅および別の最大値である５０ｎｍの半値全幅および異なる波長範囲の両方の値であるスペクトル特性を除去する、請求項１９から２３のいずれか１項に記載の発光構成要素。
【請求項２５】
環境光中または前記単一の光源として前記照明装置または照明器具を備えた暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備える前記少なくとも１つの植物用の光を提供する、請求項１に記載の照明装置または照明器具の使用。
【請求項２６】
環境光中または前記単一の光源として前記照明装置または照明器具を備えた暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備える前記少なくとも１つの植物用の光を提供する、請求項１９に記載の発光構成要素の使用。
【請求項２７】
請求項１に記載の少なくとも１つの照明装置または照明器具が、環境光中または前記単一の光源として前記照明装置または照明器具を備える暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備える前記少なくとも１つの植物に光を発光する、植物の成長を強化する方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の少なくとも１つの発光構成要素が、環境光中または前記単一の光源として前記照明装置または照明器具を備える暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備える前記少なくとも1つの植物に光を発光する、植物の成長を強化する方法。
【請求項２９】
前記発光装置、器具および／または構成要素が、任意にふたで閉鎖された遮光キャビティにより囲まれている、請求項１および／または１９のいずれか１項に記載の発光装置、器具、および／または構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培用の人工光を発生させる改善された方法に関する。より詳細には、本発明は、温室環境における植物栽培に適した半導体発光解決策を備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地表に到達する放射線の約５０％のみが、光合成有効放射（ＰＡＲ）である。ＰＡＲは、電磁スペクトルの３００ｎｍおよび８００ｎｍの間の波長領域を備えるものと解釈される。光周性、屈光性およ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つの代表的な工程である。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
【０００３】
クロロフィルａ、クロロフィルｂおよびベータカロテンならびに２つに相互変換可能な形態（ＰｆｒおよびＰｒ）であるフィトクロムなどの最も一般的な光合成および光形態形成の光受容体の典型的な吸収スペクトルを図１Ａに示す。
【０００４】
光合成とは対照的に、光形態形成反応は、非常に少ない光量で達成されることができる。この異なる種類の光合成および光形態形成の光受容体は、光合成、フィトクロム、およびクリプトクロムまたは青／ＵＶ−Ａ（紫外線―Ａ）の、３つの知られた光化学系に分類することができる。
【０００５】
光合成の光化学系において存在する色素は、クロロフィルおよびカロテノイドである。クロロフィルは、植物の葉の葉肉細胞中に位置するクロロプラストのチラコイド中に位置する。これらの色素の活性が集光に密接に関連するため、放射線の量およびエネルギーは最も重要な側面を有する。この２つの最も重要なクロロフィルの吸収ピークは、それぞれ６２５から６７５ｎｍおよび４２５から４７５ｎｍの赤色および青色領域中に位置する。さらに、近紫外線（３００〜４００ｎｍ）および遠赤外領域（７００〜８００ｎｍ）に局在した他のピークも存在する。キサントフィルおよびカロテンなどのカロテノイドは、植物細胞上の有色体の色素体である細胞小器官中に位置し、かつ、主に青色領域を吸収する。
【０００６】
フィトクロムの光化学系は、２つの相互変換可能な形態のフィトクロムであるＰｒおよびＰｆｒを含む。これら２つのフィトクロムは、それぞれ６６０ｎｍでの赤色領域および７３０ｎｍでの赤外領域中に感度ピークを有する。このフィトクロムにより媒介した光形態形成反応は、通常、赤外色光（ＦＲ）に対する赤色光（Ｒ）の比（Ｒ／ＦＲ）を介した光質の検出に関連する。葉部拡大、隣接知覚（ｎｅｉｇｈｂｏｕｒ  ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）、日陰回避、茎成長、種子発芽、および開花誘導などが含まれる異なる生理反応によりフィトクロムの重要性を評価することができる。日蔭回避反応は、通常、Ｒ／ＦＲ比の検出を介したフィトクロムにより制御されるにも関わらず、青色光およびＰＡＲ値も同様に、関連した適応型形態学的反応中に含まれる。
【０００７】
青色光―およびＵＶ−Ａ（紫外線Ａ）−感応性光受容体は、クリプトクロムの光合成中にて発見される。青色吸収色素は、クリプトクロムおよびフォトトロピンの両方を含む。これらは、光の量、質、方向および周期性を管理するなどのいくつかの異なる役割を果たす。青色光およびＵＣ−Ａ感応性光受容体の異なる群は、内因性リズム、組織配向（ｏｒｇａｎ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、茎成長、気孔開口、発芽、葉部拡大、根成長および屈光性などの重要な形態学的反応を媒介する。フォトトロピンは、光合成器官および細胞小器官の色素含有量および位置を調節して集光および光抑制を最適化する。同様に、赤外線、青色光の連続的な照射にさらすことにより、クリプトクロムの光受容体の媒介を介して開花を促進させる。さらに、青色光―感応性光受容体（たとえば、フラビンおよびカロテノイド）は、近紫外線照射に感応性があり、３７０ｎｍ周辺の位置に感度ピークを見いだすことができる。
【０００８】
クリプトクロムは、全ての植物種に共通して存在するわけではない。クリプトクロムは、シロイヌナズナなどの植物の開花の概日リズムの同調を含む様々な光反応を媒介する。３００ｎｍ未満の波長の照射が、分子の化学結合およびＤＮＡ構造に非常に有害であるが、植物にこの領域が照射されることも同様に有害である。ＰＡＲ領域内の照射量は、ＵＶ照射の有害な影響を低減させるために重要であってもよい。これらの光受容体は大方研究されており、したがって、これらの光合成制御における役割および成長は、当然よく知られている。しかしながら、他の光受容体が存在する証拠があり、これらの活性が、植物の重要な生理反応を媒介する重要な役割を有し得る。さらに、ある群の受容体間の相互反応および相互依存の性質は、あまり理解されていない。
【０００９】
多くの植物は、人工光を使用した温室栽培といった手段により、自然の生息地と異なる地理的位置にて成長することができる。Ｚｕｋａｕｓｋａｓ  ｅｔ  ａｌによる国際出願第２０１０／０５３３４１号から、植物に光形態形成が必要な場合を満たすために、蛍光体変換器を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用できることが知られている。蛍光体変換器は、より長い波長の照射を吸収し、かつ最照射する蛍光体構成要素に隣接する短い波長で発光するＬＥＤなどの光が存在するように作動する。この光子がたとえば、茎の高さなどの、いくつかの形態学的な目的を満たすためのある方法において、植物を成長させることを提供するように、この照明装置の総計発光スペクトルを変更することができる。この文献は、参照として本明細書に引用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、日々一般化されている。ＬＥＤで使用される特有の構造は、励起子が、すべての３次元に閉じ込めた半導体である量子ドットである。量子ドットは、量子ドットを含む多重量子ウェル構造（ＭＱＷ）を記載する国際出願第２００９／０４８４２５号において、蛍光体を除去するために使用されることが示唆されてきた。この公開によると、ＭＱＷを、赤色のない蛍光体および白色の窒化物系ＬＥＤを生成するために使用することができる。この文献も、同様に参照として本明細書に引用される。
【００１１】
この従来技術は大きな欠点を有する。従来技術の蛍光管、ＬＥＤ、および蛍光体の配置は、十分に高分解能である発光スペクトルの調整をすることが可能ではない。さらに、この従来技術の蛍光管、ＬＥＤ、および蛍光体の配置は、植物用の光の主要源として非常に乏しいものであり、建物の地下室などの暗い成長キャビティにおいて乏しい量の収穫を得ることとなる。
【００１２】
従来技術のＭＱＷおよび量子ドットの照明装置は、（リンなどの）建築的に欠点のある機構の代替物であることに主に焦点を当てられており、このことは、園芸家にとってほとんど有益ではない。
【００１３】
先進国における食物および植物生産の環境影響と同様に、発展途上国における世界的な飢餓と立ち向かうために、より明確に洗練された植物栽培が必要であることが言える。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
研究下での本発明は、以前と比較してより高精度であり、光形態形成の必要のある植物を扱う、量子閉じ込め半導体照明装置を効率的に実行するシステムおよび方法に関連する。
【００１５】
本発明の１つの実施態様において、量子閉じ込めは、量子ドット、すなわち、３次元すべてにおける閉じ込めまたは複数の量子ドットとしてとして認識される。量子ドットを使用する他に、いくつかの実施形態において、たとえば、この実施形態から１つ以上の量子ドットを交換することにより、量子細線（２Ｄ空間の閉じ込め）および量子ウェル（１Ｄ空間の閉じ込め）を使用して本発明を実行することができる。
【００１６】
本発明の１つの実施態様により、量子ドット―発光ダイオードは、異なるサイズの量子ドットを特徴とする。量子ドットにおいて、このサイズは、発光エネルギー、すなわち、より高いエネルギーを発するより小さな量子ドットであるエネルギー排出と逆比例して相関する。本発明の１つの実施態様において、本発明の量子ドット―発光ダイオードにより発せられた人工光により栽培される植物に有益な光形態形成効果を有する総計発光スペクトルを生成するために、量子ドットの粒度分布を選択する。
【００１７】
本発明の目的は、この技術に関連する問題の少なくとも一部を除去し、かつ量子ドットを使用して植物の成長を促進させる新規の方法を提供することである。
【００１８】
本発明の第１の目的は、良好に光合成工程が反応する単一の発光源系量子ドット装置を提供することである。
【００１９】
本発明の第２の目的は、光合成光量子束（ＰＰＦ）を最適化した量子ドット装置に基づく温室栽培の照明器具を提供することである。
【００２０】
本発明の第３の目的は、３００〜８００ｎｍの波長の範囲内の少なくとも２つの発光ピークで提供し、かつこの発光ピークのうちの少なくとも１つが、少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する量子ドット装置を得ることである。
【００２１】
本発明の第４の目的は、３００〜５００ｎｍおよび６００〜８００ｎｍといった２つの発光周波数の発光強度の比が、１０，０００時間の動作中、２０％未満低減する、量子ドット系温室栽培照明器具を提供することである。
【００２２】
本発明の第５の目的は、通常温室栽培に使用される従来の高圧ナトリウムおよびＬＥＤランプにより得られる値より良いＷａｔｔあたりのＰＰＦ値（すなわち、使用した電源のワット数に対するＰＰＦ）を取得し、それにより、その中で使用した温室栽培工程および人口照明の効率的なエネルギー光源を提供する技術的解決策を提供することである。
【００２３】
本発明の第６の目的は、単一の発光源を提供することであって、３００〜５００ｎｍの周波数の発光が、半導体の量子ドットチップにより生成され、かつ６００〜８００ｎｍの周波数の発光が、別の量子ドットチップを使用して生成されることである。本発明者は、たとえば、キュウリまたはレタスなどの植物が、赤外光（７００〜８００ｎｍ）を含む独創的な園芸用の光が照射した場合、この植物がより長い長さおよび／またはより大きな質量に達することを発見した。
【００２４】
本発明の第７の目的は、単一の発光源を提供することであり、半導体量子ドットチップにより３００〜５００ｎｍの周波数の発光を発生させ、かつ、第２の量子ドットチップを使用して６００〜８００ｎｍの周波数の発光を発生させ、これにより発光用の電流をそれぞれ駆動し、または、先に記載した量子ドットの波長アップコンバーターとして作動させることである。６００〜８００ｎｍの照射するための波長のアップコンバージョンは、第１の量子ドット発光源付近の１つ以上の波長アップコンバージョン量子ドットを使用することにより得られる。
【００２５】
この使用における「アップコンバージョン」は、流入する吸収光の波長をより長い波長の照射光に変えることと解釈される。
【００２６】
本発明の第８の目的は、４００〜５００ｎｍ、６００〜８００ｎｍ、または両方の周波数の部分的または完全な範囲を提供し、または半導体量子ドットチップの波長のアップコンバージョンを完成させることであって、このチップは、３００〜５００ｎｍの範囲の発光を有することである。この波長のアップコンバージョンは、有機材料、無機材料、または両方の種類の材料の組み合わせを使用することにより認識される。
【００２７】
本発明の第９の目的は、アップコンバージョンのためのナノサイズの粒子材料を使用した波長のアップコンバージョンを提供することである。
【００２８】
本発明の第１０の目的は、アップコンバージョンのための分子を使用した波長のアップコンバージョンを提供することである。
【００２９】
本発明の第１１の目的は、アップコンバージョンの材料が、波長の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と共有結合するポリマー材料を使用した波長アップコンバージョンを提供することである。
【００３０】
本発明の第１２の目的は、５００〜６００ｎｍのスペクトルバンドを抑制する量子ドット系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、ほとんどまたは全く発光せず、または隣接する４００〜５００ｎｍ、６００〜７００ｎｍのどちらかのバンドの発光よりも少ない。この抑制は、４００〜５００ｎｍのバンド中の少量の主要の発光を有するまたは全く有さないことにより、かついずれかのアップコンバージョンが６００ｎｍを超える波長を変える波長シフトを引き起こすことを確かめることにより本発明にしたがって達成することができる。一般的に、この照射が、光合成の変換のために吸収されるというよりも植物から単に反射されるため、隣接するバンド中の照射と同様に緑色（５００〜６００ｎｍ）の照射を緑色植物が利用することができないことが知られている。
【００３１】
本発明の第１３の目的は、望ましい赤外光を提供することにより、植物の同化成長を最大限にし、これにより、植物栽培が、エネルギーを浪費する照射の見込みから緑色光を最小限にする。この目的は、発光した青色光（３００〜５００）ｎｍの一部を、赤外構成要素を有するが、緑色構成要素（５００〜６００ｎｍ）を除くかつ／または最小限にした広い範囲の赤色光スペクトル構成要素（６００〜８００ｎｍ）にアップコンバートする波長のアップコンバージョン装置を有する青色量子ドット光エミッタにより本発明の一態様を理解する。
【００３２】
本発明は、温室栽培に適した量子ドットおよび関連照明器具を提供する。本発明に係ると、この量子ドットは、特有の発光周波数パターン、すなわち、少なくとも２つのスペクトル特性、少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅を有し、かつ６００〜７００ｎｍの範囲内のピーク波長を有する１つの発光ピーク、および５００ｎｍの範囲未満のピーク波長を有する第２のスペクトル特性を有する。この量子ドットの発光ピークは、植物の光合成反応スペクトルと一致し、したがって、特に非常に効率的な人工照明に適している。
【００３３】
上述した本発明の利点のいくつかまたはすべては、この植物が、異なる時点または収穫の成熟期に有する、重量、葉の数、根の質量、茎の高さ、（ビタミン、ミネラルならびに／または養分含量および／または濃縮物などの）化学組成物の生物学的パラメータのいずれかである、影響を受ける光形態形成の変数のために、発光スペクトルを最適化する量子ドット粒度分布が生じることである。
【００３４】
植物栽培用の照明装置は、本発明に係り、かつこの照明装置が異なるサイズの複数の量子ドットを含むことにおいて特徴付けられる。
【００３５】
植物の栽培のための照明方法は、本発明に係り、かつ、異なるサイズの複数の量子ドットにより光が生じ、かつこの光が、少なくとも１つの植物を照射することにおいて特徴付けられる。
【００３６】
温室および／またはグロースチャンバ光装置は、本発明に係り、かつ、この光装置が少なくとも１つの量子ドットを含むことにおいて特徴付けられる。
【００３７】
本発明に係る園芸用照明装置は、少なくとも１つの量子ドットを含み、この量子ドットが、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長の範囲にピークを含み、かつ少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅を示すよう配置される、第１のスペクトル特性と、
ｂ）半値全幅が５０ｎｍの最大値を有し、かつ４４０〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を示すように配置される第２のスペクトル特性と、を含み、任意に、
ｃ）６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全てまたは一部が、量子ドットチップ照射電力の全体または部分的な波長アップコンバージョンを使用して、かつ／または別の電力の量子ドットにより、生成されること
を含む
【００３８】
本発明に係る園芸用照明装置は、少なくとも１つの量子ドットを含み、この量子ドットが、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長の範囲内にピークを含み、かつ少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅を示すよう配置される、第１のスペクトル特性と、
ｂ）５０ｎｍの半値全幅の最大値を有し、かつ、４４０〜５００ｎｍの範囲内にピーク波長を示すように配置される第２のスペクトル特性と、を有し、
ｃ）５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全体が、最小化、ならびに／あるいは除去、ならびに／あるいは、４００〜５００ｎｍバンドにおける強度未満であり、かつ６００〜７００ｎｍｎの強度未満に低減されるように配置される。
【００３９】
先行する５つの段落のいずれかの照明装置の使用または器具は本発明に係り、本発明は、環境光中、または単一の光源としての光装置または照明装置を備えた暗室キャビティ（ｄａｒｋ  ｃａｖｉｔｙ）中の少なくとも１つの植物を備えた少なくとも１つの植物に光を提供する。同様に、先行する５つの段落の植物の成長を高める方法は、本発明に係り、少なくとも１つの照明装置または照明器具が、環境光中、または単一の光源としての照明装置または器具を有する暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備えた少なくとも１つの植物に光を照射することが、本発明に関連する。
【００４０】
園芸用の光の発光構成要素は、本発明に係り、かつ
発光量子ドット半導体チップと、
この量子ドットチップに直近に配置した光波長アップコンバージョン量子ドットと、を含み、この構成要素が、２つの特徴的な発光ピークを発光することができ、かつ５００〜６００ｎｍの波長での発光の少なくとも一部または全体が、最小化、ならびに／あるいは除去、ならびに／あるいは、４００〜５００ｎｍのバンドにおける強度未満かつ６００〜７００ｎｍのバンドにおける強度未満に低減されるように配置される。
【００４１】
環境光中、または単一の発光源としての照明装置または器具を有する暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物に光を提供することにおいて、先行する段落の発光構成要素の使用は本発明に関連する。同様に、植物の成長を高める方法は本発明に関連するものであり、この先行する段落の少なくとも１つの発光構成要素は、環境光中、または単一の発光源としての照明装置または器具を有する暗室キャビティ中の少なくとも１つの植物を備えた少なくとも１つの植物に光を発する。
【００４２】
暗室キャビティまたは遮蔽されたキャビティ中の園芸の照明器具は、本発明に係り、かつ、
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲内にピークを含み、かつ少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅を示すように配置した第１のスペクトル特性と、
ｂ）５０ｎｍの半値全幅の最大値を有し、かつ４４０〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を示すように配置した第２のスペクトル特性と、
を有する少なくとも１つのＬＥＤを含み、
ｃ）６００〜８００ｎｍの周波数の発光の全てまたは一部が、このＬＥＤチップ照射電力の全体または部分的な波長のアップコンバージョンを使用して生成される。
【００４３】
暗室キャビティまたは遮蔽されたキャビティ中の園芸の照明器具は、本発明に係り、かつ
ａ）６００〜７００ｎｍの波長範囲内にピークを含み、かつ少なくとも５０ｎｍ以上の半値全幅の最大値を示すように配置した第１のスペクトル特性と、
ｂ）５０ｎｍの半値全幅の最大値を有し、かつ４４０〜５００ｎｍの範囲内のピーク波長を示すよう配置した第２のスペクトル特性と、
を有する少なくとも１つのＬＤを含み、かつ
ｃ）５００〜６００ｎｍの波長の発光の少なくとも一部または全体が、最小化、ならびに／あるいは除去、ならびに／あるいは、４００〜５００ｎｍバンドにおける強度未満かつ６００〜７００ｎｍバンドにおける強度未満に低減されるよう配置される。
【００４４】
量子ドットおよび／またはＬＥＤに基づく本発明の器具は、非常に明確な発光スペクトルのスペクトル変化を可能にし、したがって、人工光に依存した植物栽培の非常に良好なエネルギー効率および改良した光形態形成制御を可能にする。この利点は、量子ドットを使用した時にのみ、これらにより提供されたスペクトル変化を、従来のＬＥＤより優れていることから、さらに提言される。さらに、この収穫量が、本発明の照明装置でかなり改善し、かつこのことが、暗室成長チャンバーまたは非常に制限された環境光を備えたチャンバーでの栽培に関連する多くの利点を引き起こす。第１に、植物は、消費する場所により近く、たとえば、大都市の住居の地下室で成長してもよく、それにより、輸送コストを除去することができる。第２に、植物は、たとえば、夏の砂漠の条件など、農業が伝統的に不可能な地形で成長してもよい。第３に、植物の量を改良するために、個々の植物の間の整合性が、改善され、より簡易に収穫することができる。このことは、個人の関与がより少なくなり、かつ機械に基づく収穫装置が、一貫した量、サイズまたは色を有する植物を認識することができるようになるためである。第４に、ほぼ全ての成長パラメータを制御することができ、それにより、特に、栽培する花または装飾用植物である場合に特に有利であるため、この植物の特性を制御した形式で変動してもよい。第５に、一定の光子線量を植物に毎日照射することにより、栄養量を毎年維持することができるため、栄養を管理することに役立つ。第６に、非常に晴れて暑い地形において、日光を反射する、暗く不透明な成長チャンバー中で植物を生育してもよい。本発明の人工的な照射で使用するエネルギーは、日光の下での空気調節または冷却において消費するであろうエネルギーよりも十分に少ない。
【００４５】
暗室キャビティとは、光子を発する本発明の人工光源がない状態で、日光および／または環境光が０または低いレベルを有する光が限定された空間として構成されるが、このキャビティは、顕微鏡を用いるほど小さい大きさ、植木鉢のサイズ、１０ｍ２の住居／ビジネスの地下室、船舶の荷物用コンテナ、たとえばサッカー場の地下室などのサッカー場なみの大きさ、および／または１つ以上のフロアで都市全体用の野菜を生育するのに十分である２０のフロアを備えた超高層ビルなど、どのような大きさとすることもできる。
【００４６】
さらに上述の実施形態で生じる利益に関して、本発明の最も最良のモードは、発光スペクトルが、緑黄色（５００〜６００）ｎｍにおける非常に低い強度を除去または提供し、かつ７００〜８００ｎｍの赤外色における高い強度のスペクトルの形態を含むことを除く光合成有効放射（ＰＡＲ）と同様の他の発光スペクトルを生成する量子ドットの粒度分布を生成するコロイド法により作成される二元合金量子ドットを有する照明装置と考えられる。
【００４７】
以下において、本発明は、添付される図面にしたがって例示的な実施形態をより詳細に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】緑色植物における最も一般的な光合成の光受容体および光形態形成の光受容体の相対的な吸収スペクトルを示す。
【図１Ｂ】ブロック図として本発明の照明装置１０の実施形態を説明する。
【図２】流れ図として本発明に関する照明装置の実施形態２０を説明する。
【図３】ブロック図として本発明の照明装置の使用の実施形態３０を説明する。
【図４】本発明に係る第１の単一発光源量子ドット装置の発光ピークを有する実施形態４０を示す。
【図５】本発明に係る第２の単一発光源量子ドット装置の発光ピークを有する実施形態５０を示す。
【図６】本発明に係る第３の単一発光源量子ドット装置の発光ピークを有する実施形態６０を示す。
【図７】本発明に係る第４の単一発光源量子ドット装置の発光ピークを有する実施形態７０を示す。
【図８】本発明に係る植物のバイオマスを最大限することが発見されたスペクトルを有する実施形態８０を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
実施形態の中には、独立請求項に記載されているものがある。
図１Ｂは、複数の異なるサイズの量子ドット１１０、１２０、１３０、１４０、１５０および１６０を含む照明装置を示す。この量子ドットの粒度分布は、２ｎｍから２００ｎｍの範囲内の異なるサイズの量子ドット、すなわち、概して２００ｎｍの直径を有する量子ドット１１０および約２ｎｍの直径を有する量子ドット１６０を含む。
【００５０】
電力および電極（不図示）を、通常の方法における量子ドット中の電子を励起する電場を生成するために使用する。この電子は、より低いエネルギー状態まで緩和するため、励起状態および緩和状態の間のエネルギー際により検知された波長を有する電子を発光する。これらの発光した光子は、照明装置１００の発光スペクトルを生成する。
【００５１】
いくつかの実施形態において、量子ドット１５０、１６０は、２５０〜４００ｎｍ
の範囲内のＵＶ／青色光を伝達するよう配置され、この量子ドット１４０および１３０は、４００〜６００ｎｍの緑色光および／または黄色光を伝達するよう配置され、かつ量子ドット１２０は、６００〜７００ｎｍの赤色光を伝達するよう配置され、かつ量子ドット１１０は、７００〜８００ｎｍのバンド中の赤外光を伝達するよう配置される。
【００５２】
相対的な発光強度およびあるサイズの量子ドット１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および１６０の数は、いくつかの実施形態において光合成有効放射（ＰＡＲ）スペクトルと類似および／または同一の発光スペクトルの総計発光スペクトルを生成するために変動する。より好ましくは、ＰＡＲスペクトルと類似するこの発光スペクトルは、（５００〜６００ｎｍの）緑黄色の非常に低い強度を除去または提供し、かつ本発明に関する７００〜８００ｎｍの赤外色のバンドの高い強度である特定の形態を含む。
【００５３】
量子ドット１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および１６０の全てまたは一部は、通常、いくつかの実施形態において、以下の、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ひ化インジウム、リン化インジウム、および／または硫セレン化カドミウムの合金のいずれかから製造される。
【００５４】
より詳細な実施形態において、この量子ドットが、植物におけるある光形態形成効果を有する光子スペクトルにおけるバンド中の光子発光を生成するように、少なくとも１つの量子ドット１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および／または１６０のサイズを選択する。この変動する光形態形成の効果は、植物が、本発明のいくつかの実施形態において異なる時点または収穫成熟期において有する、以下の、重量、葉の数、根の質量、茎の高さ、（ビタミン、ミネラルならびに／または養分含量および／または濃縮物などの）化学組成物の生物学的パラメータのいずれかであり得る。
【００５５】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの量子ドット１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および／または１６０を、コロイド合成により生成する。コロイド合成において、コロイド半導体ナノ結晶を、伝統的な化学工程において溶液中に溶解する前駆化合物から合成する。概して、このコロイド状量子ドットの合成は、前駆体、有機界面活性剤および溶媒から構成される３つの成分系に基づく。この反応媒体を十分に高温となるまで加熱し、この前駆体を化学的にモノマーへと変換する。このモノマーが非常に高い過飽和のレベルに達すると、ナノ結晶が核形成工程と共に開始する。この成長工程の間の温度が、いくつかの実施形態におけるナノ結晶の成長の最適条件を決定する重要な要因の１つである。概して、この温度は、結晶成長を促進するのに十分に低い状態のまま、合成工程の間原子を再配置かつアニーリングすることが可能となるように十分に高い。ナノ結晶成長中に制御される別の重要な要因は、いくつかの実施形態におけるモノマーの濃度である。
【００５６】
ナノ結晶の成長工程は、通常「フォーカス」および「デフォーカス」として記述される２つの異なるレジームにおいて発生し得る。高いモノマー濃度にて、この（ナノ結晶が縮小も成長もしないサイズである）臨界となるサイズは、相対的に小さく、全ての粒子が成長するという結果となる。このレジームにおいて、より大きな結晶は、小さな結晶より成長するためにより多くの原子が必要であるため、小さな粒子程大きな粒子より成長が早く、この結果は、粒度分布の「フォーカス」の結果となり、単分散粒子に近い粒子を得ることとなる。フォーカスのサイズは、平均ナノ結晶サイズが、臨界サイズよりもわずかに大きいようにモノマーの濃度が保たれている場合が概して最適である。このモノマーの濃度が、成長中に消耗する場合、この臨界サイズが、存在する平均のサイズよりも大きくなり、この分布は、オストワルド成長の結果として「デフォーカス」する。
【００５７】
多くの異なる半導体を生成するためのコロイド法がある。本発明の典型的なドットは、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ひ化インジウム、およびリン化インジウムなどの二元合金から作成される。同様に、ドットは、いくつかの実施形態において、硫セレン化カドミウムなどの三元合金から作成される。これらの量子ドットは、１０〜５０の原子の直径を有する量子ドット量内の１００〜１００，０００原子と同じ量を含むことができる。
【００５８】
異なるコロイド合成の方法または他の方法により量子ドットの異なる群を生成し、その後、植物栽培のための望ましい発光スペクトルを提供する粒度分布を得るためにこの群を組み合わせることが、本発明に関連する。
【００５９】
実施形態１０が、本発明に関する従来のＬＥＤと共に使用することが示される。同様に、実施形態１０が、暗室の成長キャビティおよび／またはチャンバー、または低いレベルの環境光を備えたキャビティにおける少なくとも１つの植物用の照明源として使用されるよう相当する。
【００６０】
実施形態１０は、実施形態２０、３０、３１、４０、５０、６０、７０、および／または８０のいずれかの組み合わせと容易に変更または組み合わせることができる。
【００６１】
図２は、たとえば、温室環境における本発明の照明装置の作動を示す。段階２００において、少なくとも１つの植物に向かう照明装置から発光が方向付けられる。
【００６２】
段階２１０における電力は、照明装置および照明装置中の少なくとも１つの量子ドットに提供され、このことにより、電場が生成される。この電場は、段階２２０においてより高いエネルギー状態まで量子ドット中の電子を励起する。
【００６３】
この電子がより低いエネルギー状態に緩和するため、状態２３０および２４０における励起状態および緩和状態の間のエネルギー際によりある波長を有する光子が発光する。これらの照射された光子は、照明装置から伝送する発光スペクトルを生成する。
【００６４】
いくつかの実施形態において、２５０〜４００ｎｍの範囲内のＵＶ／青色光、４００〜６００ｎｍの範囲内の緑および／または黄色光、６００〜７００ｎｍの赤色光、ならびにまたは７００〜８００ｎｍのバンドの赤外光は、本発明の方法において異なるサイズの量子ドットにより照射される。概して、いくつかの実施形態において、大きい量子ドットが照射されると、より波長の長い赤色光を照射し、かつより小さい量子ドットは、より短い波長の青色光を照射する。
【００６５】
実施形態２０は、本発明に関する従来のＬＥＤと共に使用されてもよいことが示される同様に、実施形態２０は、暗室成長キャビティ、または低いレベルの環境光を有するキャビティの照明方法として使用するために適応する。
【００６６】
さらに同様に、実施形態２０は、実施形態１０、３０、３１、４０、５０、６０、７０、および／または８０のいずれかと容易に変更しかつ／または組み合わせることができる。
【００６７】
図３は、本発明の人工的温室照明装置および方法である、実施形態３０．３１の構成の異なる使用を示す。１つの実施形態３０において、透明な壁３１０を有する温室の床上で
植物３１１が栽培される。複数の量子ドットを備えた照明装置３２２は、照明装置から照射した光子が、照射の束の最大値を可能な限り多くの植物３１１に到達させることができる位置に配置される。いくつかの実施形態において、この照明装置の発光スペクトル３５０は、壁３０１を介して伝達される日光である補完的な天然の光スペクトルに近い。いくつかの実施形態において、照明装置３２２は、本発明に係る温室の壁に藻で出したまたは弱められた波長が伝達するよう配置された量子ドットを含んでも良い。
【００６８】
実施形態３１において、栽培される植物は、温室３００内の成長室３６０に重ねられる。いくつかの実施形態において、それぞれの成長キャビティは、照明装置３２１を有する。たとえ、植物が透明な成長室中に重ねられていたとしても、１つ以上の透明な壁を介して伝達する必要のある光子として、場合によっては実施形態３０における状態以上の日光の低減および／または希薄化となる。したがって、量子ドットを有する照明装置３２１は、上述の複合的な伝達である天然光のスペクルを補完し、または不透明なチャンバーの場合には、植物３１０にすべての光照射を提供する。いくつかの実施形態において、成長チャンバ３１０のための専用の照明装置および１つ以上の成長チャンバー３６０における１つ以上の植物３１０により共有される少なくとも１つの照明装置３２０が両方存在する。
【００６９】
いくつかの実施形態において、量子ドットは、伝達されたスペクトル３４０との組み合わせが、光合成有効放射（ＰＡＲ）と同様のものである場合に発光スペクトルを生成するよう配置される。好ましくは、この生成した発光スペクトルは、緑黄色（５００〜６００ｎｍ）の非常に低い強度を除くまたは提供し、かついくつかの実施形態において、７００〜８００ｎｍの赤外光のバンド中の高い強度の特定の形態を含む。このことは、暗室成長チャンバー中にて照明装置が使用される場合が特に好ましい。
【００７０】
いくつかの実施形態において、バンドが植物のある光形態形成効果を有する光子スペクトル中のバンドを発するように照明装置中の少なくとも１つの量子ドットが選択される。異なる時点または収穫の成熟期にて、植物３１０、３１１の可変効果のある光形態形成は、以下の、重量、葉の数、根の質量、茎の高さ、（ビタミン、ミネラルならびに／または養分含量および／または濃縮物などの）化学組成物の生物学的パラメータのいずれかであり得る。
【００７１】
本発明に係る従来のＬＥＤと共に実施形態３０を使用できることが示される。同様に、実施形態３０、３１は、不透明または透明ないずれかのレベルの成長チャンバー３６０で実行されるよう適応される。
【００７２】
実施形態３０および３１は、実施形態１０、２０、４０、５０、６０、７０、および／または８０のお互いおよび／またはいずれかと容易に変更および／または組み合わせることができることがさらに示される。
【００７３】
図４において、半導体量子ドットチップの発光周波数のピークは、２５ｎｍの半値全幅の発光ピークを有する４５７ｎｍの波長である。この場合、波長のアップコンバージョンは、２つのアップコンバージョン材料により行われる。これら２つのアップコンバージョンの材料は、６６０ｎｍおよび６０４ｎｍの同一の発光ピークを有する。これらの材料は、いくつかの実施形態において量子ドットとすることができる。図４は、１０１ｎｍのＦＷＨＭの発光ピークを有する６５１ｎｍの波長がピークである２つのアップコンバージョン材料から組み合わせられた発光ピークを示す。この場合、（ピーク強度から計算された）約４０％の半導体量子ドットチップの発光は、２つの同一のアップコンバージョン材料により６５１ｎｍの発光へとアップコンバートされる。
【００７４】
いくつかの実施形態において、アップコンバージョンは使用されず、より長い波長のスペクトルの形態が、電力により駆動される少なくとも１つの量子ドットにより照射される。
【００７５】
スペクトル４０を従来のＬＥＤと共に使用しかつ実効できることが示される。本発明と組み合わせて少なくとも１つの量子ドットおよび少なくとも１つのＬＥＤによりスペクトル４０を実行することができる。このスペクトル４０は、特に、暗室成長キャビティまたは低いレベルの環境光を有するキャビティ中の少なくとも１つの植物への照射に使用するよう特に適応されている。
【００７６】
実施形態４０は、容易に変更、ならびに／あるいは実施形態１０、２０、３０、３１、５０、６０、７０および／または８０のいずれかと組み合わせることができる。
【００７７】
図５において、半導体量子ドットチップ発光周波数は、３０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光ピークを有する４７０ｎｍの波長にピークを有する。この場合、波長のアップコンバージョンは、２つのアップコンバージョンの材料を使用することにより行われる。これら２つの波長のアップコンバージョンの材料は、６６０ｎｍおよび６０４ｎｍで同一の発光ピークを有する。これらの材料は、いくつかの実施形態において、量子ドットとすることができる。図５は、１０５ｎｍのＦＷＨＭの発光ピークを有する６６０ｎｍの波長にピークを有するこれら２つの波長のアップコンバージョン材料から組み合わせられた発光ピークを示す。この場合、（ピーク強度から計算された）約６０％の半導体ＬＥＤチップの発光は、２つの同一の「アップコンバージョン」材料による６６０ｎｍの発光へとアップコンバートされる。
【００７８】
いくつかの実施形態において、アップコンバージョンは使用されず、より長い波長のスペクトルの形態が、電力により駆動される少なくとも１つの量子ドットにより照射される。
【００７９】
従来のＬＥＤと共にスペクトル５０が、使用および実施されうることが示される。同様に、本発明に係る組み合わせにおいて少なくとも１つの量子ドットおよび少なくとも１つのＬＥＤにより、スペクトル５０を実行することができる。特に、この暗室成長キャビティまたは低いレベルの環境光を有するキャビティ中の少なくとも１つの植物を照射するために使用されるようにスペクトル５０が特に適応される。
【００８０】
同様に、実施形態５０は、容易に変更、ならびに／あるいは実施形態１０、２０、３０、３１、４０、５０、６０、および／または７０のいずれかと組み合わせることができることがさらに示される。
【００８１】
図６において、半導体ＬＥＤチップ発光周波数は、（図６中には不図示）２５ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光ピークを有する４５２ｎｍの波長にピークがある。この場合、この波長のアップコンバージョンは、１つのアップコンバージョン材料を使用することにより行われる。いくつかの実施形態において、この材料は量子ドットとすることができる。図６は、８０ｎｍのＦＷＨＭの発光ピークを有する６５８ｎｍの波長にピークのあるこのアップコンバージョン材料からの発光ピークを示す。この場合、（ピーク強度から計算した）約１００％の半導体量子ドットチップ発光は、アップコンバージョン材料により６５８ｎｍの発光はアップコンバートされる。このことは、図６から示すことができ、量子ドット装置が励起する４５２ｎｍの発光は存在しない。
【００８２】
いくつかの実施形態において、アップコンバージョンは使用されず、より長い波長の特定の形態は、電力により駆動される少なくとも１つの量子ドットにより発光される。
【００８３】
従来のＬＥＤと共にスペクトル６０を使用しかつ実行することができることが示される。同様に、本発明に関する組み合わせにおいて少なくとも１つの量子ドットおよび少なくとも１つのＬＥＤによりスペクトル６０を実行することができる。特に、このスペクトル６０は、暗室成長キャビティまたは低いレベルの環境光を有するキャビティ中の少なくとも１つの植物を照射の使用に特に適応される。
【００８４】
同様に、実施形態６０は、容易に変更、ならびに／あるいは実施形態１０、２０、３０、３１、４０、５０、７０および／または８０のいずれかと組み合わせることができることが示される。
【００８５】
図７において、半導体量子ドットチップ発光周波数は、２５ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）の発光ピークを有する４５２ｎｍの波長にピークを有する。この場合、波長のアップコンバージョンは、１つのアップコンバージョン材料を使用することにより行われる。この材料は、いくつかの実施形態において、量子ドットとすることができる。図７は、７８ｎｍのＦＷＨＭの発光ピークを有する６０２ｎｍの波長にピークを有するこのアップコンバージョン材料からの発光ピークを示す。この場合、（ピーク強度から計算した）約９５％の半導体量子ドットチップ発光は、波長のアップコンバージョン材料により６０２ｎｍ発光へとアップコンバートされる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、アップコンバージョンは使用されず、より長い波長のスペクトルの形態が、電力により駆動される少なくとも１つの量子ドットにより発光される。
【００８７】
従来のＬＥＤと共にスペクトル７０を使用および実行できることが示される。同様に、本発明に関する組み合わせのける少なくとも１つの量子ドットおよび少なくとも１つのＬＥＤによりスペクトル７０を実行することができる。スペクトル７０は、暗室成長キャビティまたは低いレベルの環境光を有するキャビティ中の少なくとも１つの植物の照射に使用されるよう特に適応される。
【００８８】
さらに同様に、実施形態７０は、容易に変更、ならびに／あるいは実施形態１０、２０、３０、３１、４０、５０、６０、および／または８０のいずれかと組み合わせることができることが示される。
【００８９】
図８は、植物におけるバイオマスの生成を最大限にする最適化されたスペクトル８０を示す。この最適化されたスペクトルは、好ましくは、この使用に記述される本発明の照明装置で生成される。スペクトル８０は、成長チャンバーの栽培に特に有利であり、この成長チャンバーは、暗室チャンバー、すなわち、０または低いレベルの環境光を有する。スペクトル８０を生成する本発明の照明装置を、チャンバー内へと配置し、本発明に係るバイオマスの生成を最大化する。本発明者はスペクトル８０の形態を最大化するバイオマスを、実験的に発見した。
【００９０】
同様に、実施形態８０２は、容易に変更、ならびに／あるいは実施形態１０、２０、３０、３１、４０、５０、６０、および／または７０のいずれかと組み合わせることができることがさらに示される。
【００９１】
使用した量子ドット材料およびサイズは、量子ドット装置からの望ましい発光スペクトルが得られる方法において選択されるべきである。
【００９２】
要約すると、量子ドットの種類および粒度分布を調整ことにより、量子ドット装置からの望ましい発光スペクトルを調整することができ、かつ量子ドットの数を調整することにより、量子ドット装置用の望ましい量子ドットチップ発光量／総計を調整することが可能である。
【００９３】
同様に、本発明は、６００〜７００ｎｍの波長範囲内にピークを含むスペクトル特性を有する少なくとも１つの量子ドットを含む植物成長を促進するための照明器具に関する。
【００９４】
この手法を使用することにより、従来の技術と比較して優れているＰＰＦおよびワット効率あたりのＰＰＦおよび性能および非常に低電力の消費および非常に長い寿命動作に到達するようにこの光源が設計される。
【００９５】
いくつかの実施形態において、３００〜５００ｎｍの周波数での発光は、半導体量子ドットチップにより生成され、かつ４００〜８００ｎｍの周波数での発光は、量子ドットチップ放射電力の波長の完全なまたは部分的なアップコンバージョンを使用して生成される。この部分的な波長のアップバージョンは、半導体量子ドットチップの５から９５％、好ましくは、３５から６５％の範囲内から選択することができる。この４００〜８００ｎｍの照射を生成するための波長のアップコンバージョンは、いくつかの実施形態において、量子ドットに近い１つ以上のアップコンバージョンの材料を使用して得られる。
【００９６】
この手法において、上述の「調節可能な」ピーク波長は、工場での照明器具の組み立ての間に調節することができかつ／または同様に、ピーク波長調節部位上の照明器具の調節可能なダイヤルとして「調節可能な」ピーク波長とみなされる。この装置の製造工程中の量子ドットのピーク波長を調節することが本発明に関連することに加えて、「調節可能である」ということが、量子ドットの製造工程中に作成される調節をも含むとみなされるべきである。上述の全ての実施形態にある調節可能なピーク波長または他のいずれかの調節可能な光源、または可変量子ドットは、本特許出願の範囲内である。
【００９７】
本発明の１つの特別な例示的実施形態において、おおよそ±０．５ｎｍの粒度分布である、平均粒子サイズが６．６ｎｍであるＣｄＳｅ−ＺｎＳ（コアシェル）量子ドットナノ粒子を、２つの構成要素のシリコン封止樹脂と混合した。この混合比は、シリコン樹脂中のナノ粒子が０．２重量％であった。ＰＬＣＣキャビティ中のＩｎＧａＮ発光ダイオードを含む塑性リーデッドチップキャリア（ＰＬＣＣ）内へ封止剤としてナノ粒子を含む樹脂を適用した。４５０ｎｍの波長範囲で電気蛍光発光を有するようにこの発光ダイオードを決定した。
【００９８】
封止材料を含むナノ粒子を備えたＩｎＧａＮ含有ＰＬＣＣパッケージを３．２Ｖの順電圧および３５０ｍＡの電流を有するＤＣ電力源に接続した。この装置の最適な発光スペクトルを４５０ｎｍの波長範囲に第１のピークおよび６６０ｎｍの波長範囲に第２のピークといった２つの発光ピークを得るという結果となった。この６６０ｎｍの波長範囲の発光ピークの半値全幅は、約６０ｎｍより大きいことを観察した。４５０ｎｍおよび６６０ｎｍのピークの強度比は、０．５：１であった。上述の実験は、本出願人により処理された。いくつかの異なるサイズとして上述される量子ドットを生成することが本発明に関連する。これらの量子ドット、１つ以上の量子ドットは、電源からの電流／電圧で駆動されてもよく、またはこの１つ以上の量子ドットが、光励起または光励起および本発明に係る電流／電圧により駆動されてもよい。
【００９９】
１つの照明器具中に異なる発光ピークを有する量子ドットを含むことおよび望ましい特別な発光を提供するためにこれらを制御して所定の成長結果または生理反応を得ることが本発明に関連する。この方法において、照明システムが、照度およびスペクトルの多目的な制御を可能にする。最終的に、ＣＯ２濃度、温度、採光特性および湿度などの他の非生物的パラメータの制御が、作物生産性および温室の総合的管理を最適化する照明を共に備えた同一の制御システム内に統合することができる。
【０１００】
本発明は、上述の実施形態に関しては上述に説明されるものであり、いくつかの商業的かつ工業的利点が記載される。本発明の方法および配置は、植物栽培で使用される光の発光スペクトルを調整するより正確なスペクトルを可能にする。したがって、本発明は、植物成長の光形態形成の制御におけるいままで予期していない改良および植物産生におけるさらなる改良に関する。同様に、本発明は、人工光によって植物栽培のエネルギー効率を格段に改善する。さらに、収穫量が、本発明の光装置を有することにより格段に改善され、かつこのことが、暗室成長チャンバーまたは非常に制限された環境光を有するチャンバー内の栽培に関連した複合的利点を引き起こす。第１に、植物は、たとえば、大都市の住居の地下室などの、消費場所により近い場所にて成長し、このことにより輸送コストを削減してもよい。第２に、農業が伝統的に可能ではない場所、たとえば、夏の暑い砂漠の条件などの地形で植物が成長してもよい。第３に、植物の量が同様に、個々の植物間の整合性が改善されるため、収穫をより早く行うことが可能となる。このことは、一貫した量、寸法および色を有するより良い植物を収穫機械が認識することに基づき、個人および機械の認識による拒絶が少なくなるためである。第４に、ほぼ全ての成長パラメータが制御下におかれるため、植物の特性を形式的に制御するように変動してもよく、このことは、花および装飾植物を栽培する場合に特に有利である。第５に、植物に毎日一定の光子線量を与えることが、栄養の管理を維持することにつながり、この栄養量を毎年維持することができる。第６に、非常に熱く日差しが強い地域において、植物が日光を反射しかつふたで閉鎖された不透明な暗室成長チャンバー中にて成長してもよい。本発明の人工的照明中で使用したエネルギーは、日光中植物を調整したまたは冷却した空気中に放出されるエネルギーよりも非常に少ない。
【０１０１】
本発明は、上述の実施形態に関して説明されてきた。しかしながら、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲を介して全ての可能な実施形態および本発明の範囲を含む。
【０１０２】
参考文献
国際出願第２０１０／０５３３４１号，”Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｆｏｒ  ｍｅｅｔｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ  ｎｅｅｄｓ  ｏｆ  ｐｌａｎｔｓ”，  Ｚｕｋａｕｓｋａｓ  ｅｔ  ａｌ．  ２０１０．
国際出願第２００９／０４８４２５号，  “Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｆｒｅｅ  ｒｅｄ  ａｎｄ  ｗｈｉｔｅ  ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ＬＥＤｓ”，  Ｓｏｈ  ｅｔ  ａｌ．  ２００９．
【図１Ａ】
2014509787.tif 000003
【図１Ｂ】
2014509787.tif 000004
【図２】
2014509787.tif 000005
【図３】
2014509787.tif 000006
【図４】
2014509787.tif 000007
【図５】
2014509787.tif 000008
【図６】
2014509787.tif 000009
【図７】
2014509787.tif 000010
【図８】
2014509787.tif 000011
【国際調査報告】
2014509787.tif 000012
2014509787.tif 000013
2014509787.tif 000014
2014509787.tif 000015