(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
第一蛍光体が、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有する、Eu2+賦活アルミナイトライド蛍光体、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+賦活フッ化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の第一蛍光体をさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置。
前記第一蛍光体と、前記第二蛍光体と、樹脂とを含む蛍光部材を備え、前記蛍光部材は、前記樹脂100質量部に対して、前記第二蛍光体を0.5質量部以上100質量部以下含有されてなる、請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置。
前記第一蛍光体と、前記第二蛍光体と、樹脂とを含む蛍光部材を備え、前記蛍光部材は、前記樹脂100質量部に対して、前記第二蛍光体を0.5質量部以上50質量部以下含有されてなる、請求項1から5のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に係る発光装置、照明装置及び植物栽培方法の一実施形態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、照明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。
【0016】
発光装置
本発明の第一の実施形態は、380nm以上490nm以下の波長範囲(以下、「近紫外から青色領域」と称する場合もある。)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未満の波長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第一蛍光体と、前記発光素子からの光により励起されて680nm以上800nm以下の波長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第二蛍光体を備え、400nm以上490nm以下の波長範囲における青色光の光量子束B(以下、400nm以上490nm以下の波長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」ともいう。)に対する620nm以上700nm未満の波長範囲における赤色光の光量子束R(以下、620nm以上700nm未満の波長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」ともいう。)の比R/Bが4を超えて50以下であり、700nm以上780nm以下の波長範囲における遠赤色光の光量子束Fr(以下、700nm以上780nm以下の波長範囲における遠赤色光の光量子束Frを「遠赤色光の光量子束Fr」ともいう。)に対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下であり、前記第二蛍光体が、Alと、Crを含む組成を有する第一のアルミン酸塩蛍光体、及び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元素を含む第一元素Lnと、Alと、必要に応じて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を含む第二元素Mと、Ceと、Crとを含む組成を有し、Alと第二元素Mの合計のモル組成比を5としたときに、Ceのモル組成比が変数xと3の積であり、Crのモル組成比が変数yと3の積であり、前記変数xが0.0002を超えて0.50未満の数であり、前記変数yが0.0001を超えて0.05未満の数である第二のアルミン酸塩蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体である、発光装置である。本明細書において、「モル組成比」とは、蛍光体を表す化学組成1モル中の各元素のモル比を表す。
【0017】
本発明の第一の実施形態に係る発光装置の一例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る発光装置の一例である発光装置100を示す概略断面図である。
【0018】
発光装置
発光装置100は、
図1に示されるように、支持体として、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が配置されている。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と樹脂を含む。この蛍光体70は、第一蛍光体71と第二蛍光体72とを含む。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、それら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。
【0019】
発光装置100は、380nm以上490nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子10と、発光素子10からの光により励起されて580nm以上680nm未満の波長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第一蛍光体71と、発光素子10からの光により励起されて680nm以上800nm以下の波長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第二蛍光体72を備える。
【0020】
植物は、その葉緑体の中に存在する光受容体(クロロフィルa及びクロロフィルb)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以下の赤色領域と、425nm以上475nm以下の青色領域に吸収ピークを有する。植物のクロロフィルによる光合成は、主に400nm以上700nm以下の波長範囲内で起こるが、さらに、クロロフィルa及びクロロフィルbは、700nm以上800nm以下の領域においても、局所的な吸収ピークを有する。例えば、クロロフィルaの赤色領域の吸収ピーク(680nm付近)よりも長波長の光を当てると、光合成の活性は急に下がるレッド・ドロップと呼ばれる現象が生じる。しかし、赤色領域の光とともに、700nm以上の遠赤色領域を含む光を照射すると、これら2種類の光による相乗効果により光合成を活性化させることが知られている。この現象は、エマーソン効果と呼ばれている。
【0021】
また、植物には、光受容体(色素)として、赤色光及び遠赤色光の光受容体であるフィトクロムが存在する。フィトクロムの中でも、660nm付近に発光ピーク波長を有する赤色光を吸収する赤色光吸収型(Pr型)のフィトクロムと、730nm付近に発光ピーク波長を有する遠赤色光吸収型(Pfr型)のフィトクロムが存在する。赤色光吸収型(Pr型)フィトクロムは不活性型であり、遠赤色光吸収型(Pfr型)のフィトクロムは活性型であり、これら二つの立体構造の間を相互変化し、赤色光と遠赤色光によって分子機能が可逆的に変換されて、様々な光応答が引き起こされ、種子発芽の誘導、子葉の展開、茎の伸張などの様々な植物の光形態形成が促進される。
【0022】
前述のとおり、植物栽培用の光源から放射されるエネルギーの指標は、光量子束(Photon Flux)で表される。また、植物に照射される光量の指標は、光量子束密度(Photon Flux Density)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。植物の光形態形成に作用する赤色光及び遠赤色光の大きさは、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(3×10
8m/s)、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。
【0023】
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4を超えて50以下であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下である。前記発光装置から照射される光の前記比R/Bの範囲と前記比R/Frの範囲が前記範囲内であると、前記発光装置から照射された光によって、植物に含まれる赤色光吸収型(Pr型)のフィトクロムと遠赤色光吸収型(Pfr)のフィトクロムの2つの光受容体に赤色光及び遠赤色光が吸収されて、光応答が引き起こされる。そして、前記発光装置から照射された光によって、前記光を照射された植物の光形態形成の反応が促進され、植物の育成が助長される。また、発光装置から照射される光の比R/Frが前記範囲であることによって、前記発光装置から光を照射された植物には、赤色領域の光とともに、700nm以上の遠赤色領域を含む光が照射される。前記発光装置から光を照射された植物は、赤色領域の光及び近赤外領域の光の2種類の光による相乗効果(エマーソン効果)により、光合成が活性化し、植物の育成が促進される。
【0024】
発光装置から照射される光の比R/Bは、好ましくは5以上48以下であり、より好ましくは6以上45以下であり、さらに好ましくは7以上40以下であり、よりさらに好ましくは8を超えて38以下であり、特に好ましくは10を超えて38以下である。比R/Bは、発光装置から照射される光の青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束Rの比である。発光装置から照射される光の比R/Bが前記範囲であると、光形態形成を行なう植物の光受容体に前記発光装置から照射された光が効率よく吸収される。発光装置から照射される光の比R/Frは、好ましくは0.2以上8以下であり、より好ましくは0.3以上7以下であり、さらに好ましくは0.4以上6以下であり、よりさらに好ましくは0.5以上5以下であり、よりさらに好ましくは1.5以上4.2以下であり、よりさらに好ましくは1.5以上4.12以下であり、特に好ましくは1.5以上4.0以下である。比R/Frは、発光装置から照射される光の遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比である。発光装置から照射される光の比R/Frが前記範囲内であると、光形態形成を行なう植物の光受容体に、前記発光装置からの光が効率よく吸収される。
【0025】
光量子束(μmol・s
−1又はmol・s
−1)は、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(mol・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)
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。400nm以上490nm以下の波長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。また、発光装置から得られる620nm以上700nm未満の波長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。また、発光装置から得られる700nm以上780nm以下の波長範囲における光量子束を積算して、遠赤色光の光量子束Frを算出することができる。
【0026】
発光素子
発光素子は、励起光源として用いられており、380nm以上490nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有する光を発する発光素子である。
発光素子の発光ピーク波長は、より好ましくは390nm以上480nm以下、さらに好ましくは420nm以上470nm以下、よりさらに好ましくは440nm以上460nm以下、特に好ましくは445nm以上455nm以下の波長範囲内にある。このような発光素子としては、窒化物半導体(In
XAl
YGa
1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を含む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。
【0027】
発光装置は、前記発光素子からの光により励起されて580nm以上680nm未満の波長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第一蛍光体と、前記発光素子からの光により励起されて680nm以上800nm以下の波長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第二蛍光体を備える。以下の説明は、便宜上、第二蛍光体、第一蛍光体の順序で行う。
【0028】
第二蛍光体
第二蛍光体は、発光素子からの光により励起されて680nm以上800nm以下の波長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。
第二蛍光体は、Alと、Crを含む組成を有する第一のアルミン酸塩蛍光体、及び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元素を含む第一元素Lnと、Alと、必要に応じて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を含む第二元素Mと、Ceと、Crとを含む組成を有し、Alと第二元素Mの合計のモル組成比を5としたときに、Ceのモル組成比が変数xと3の積であり、Crのモル組成比が変数yと3の積であり、前記変数xが0.0002を超えて0.50未満の数であり、前記変数yが0.0001を超えて0.05未満の数である第二のアルミン酸塩蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含む。
第一のアルミン酸塩蛍光体において、Crは賦活元素である。第二のアルミン酸塩蛍光体において、CeとCrは賦活元素である。第二のアルミン酸塩蛍光体の組成において、Alと第二元素Mの合計のモル組成比を5としたときに、Ceのモル組成比が変数xと3の積で表され、Crのモル組成比が変数yと3の積で表される場合、変数xが0.0002を超えて0.50未満(0.0002<x<0.50)を満たす数であり、変数yが0.0001を超えて0.05未満(0.0001<y<0.05)を満たす数であることによって、第二のアルミン酸塩蛍光体の結晶構造中に含まれる発光中心となるCeの賦活量及びCrの賦活量が最適な範囲となり、発光中心が少なくなることによる発光強度の低下を抑制することができ、逆に賦活量が多くなることによって生じる濃度消光による発光強度の低下を抑制し、発光強度を高くすることができる。
【0029】
第二蛍光体は、下記式(I)で表される組成を有する第一のアルミン酸塩蛍光体及び下記式(II)で表される組成を有する第二のアルミン酸塩蛍光体からなる群から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。
(Al
1−wCr
w)
2O
3 (I)
(式(I)中、wは、0<w<1を満たす数である。)
(Ln
1−x−yCe
xCr
y)
3(Al
1―zM
z)
5O
12 (II)
(式(II)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、M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。)
【0030】
第二蛍光体は、少なくとも一種のアルミン酸塩蛍光体を含み、二種以上のアルミン酸塩蛍光体を含んでいてもよい。前記式(I)で表される組成を有する第一のアルミン酸塩蛍光体に含まれるCrは、賦活元素である。前記式(I)中、変数wと2の積は、前記式(I)で表される組成における賦活元素Crのモル組成比である。変数wは、好ましくは0<w<1、より好ましくは0.00005≦w≦0.25、さらに好ましくは0.0005≦w≦0.15、よりさらに好ましくは0.001≦w≦0.07である。変数wが0を超えて1未満であることによって、発光中心となる賦活元素であるCrが含まれ、発光強度を高くすることができる。
【0031】
前記式(II)中のCe及びCrは、前記式(II)で表される組成を有する第二のアルミン酸塩蛍光体の賦活元素である。前記式(II)中、変数xと3の積は、前記式(II)で表される組成における賦活元素Ceのモル組成比である。変数xは、好ましくは0.0002<x<0.50、より好ましくは0.001≦x≦0.35、さらに好ましくは0.0015≦x≦0.30である。前記式(II)中、変数yと3の積は、前記式(II)で表される組成における賦活元素Crのモル組成比である。変数yは、好ましくは0.0001<y<0.05、より好ましくは0.0005≦y≦0.04、さらに好ましくは0.001≦y≦0.026である。
【0032】
前記式(II)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、より好ましくはY、Gd、Lu、La、Tb及びPrからなる群から選択される少なくとも一種であり、さらに好ましくはY、Gd及びLuからなる群から選択される少なくとも一種である。
【0033】
前記式(II)中、Mは、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも一種の元素であることが好ましくは、Mは、Gaを含むことが好ましい。前記式(II)中、変数zと5の積は、前記式(II)中、Alに置き換わる前記元素Mのモル組成比である。前記式(II)中、変数zは、好ましくは0≦z≦0.8であり、より好ましくは0.001≦z≦0.6であり、さらに好ましくは0.01≦z≦0.4である。
【0034】
第二蛍光体に含まれる少なくとも一種のアルミン酸塩蛍光体は、ガーネット構造を構成する組成であるため、熱、光及び水分に強い。第二蛍光体に含まれる少なくとも一種のアルミン酸塩蛍光体は、励起吸収スペクトルの吸収ピーク波長が420nm以上470nm付近であり、発光素子からの光を十分に吸収して、第二蛍光体の発光強度を高めることができる。第二蛍光体に含まれる少なくとも一種のアルミン酸塩蛍光体は、具体的には、例えば、(Al
0.09Cr
0.01)
2O
3、(Al
0.9943Cr
0.0057)
2O
3、(Y
0.977Ce
0.009Cr
0.014)
3Al
5O
12、(Lu
0.983Ce
0.009Cr
0.008)
3Al
5O
12、(Lu
0.9725Ce
0.0175Cr
0.01)
3Al
5O
12、(Y
0.9735Ce
0.0125Cr
0.014)
3(Al
0.8Ga
0.2)
5O
12、(Y
0.7836Gd
0.1959Ce
0.0125Cr
0.008)
3Al
5O
12、(Gd
0.9675Ce
0.0125Cr
0.02)
3Al
5O
12等が挙げられる。
【0035】
第二蛍光体の製造方法
第二蛍光体に含まれる少なくとも一種のアルミン酸塩蛍光体を製造する方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。
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Lnを含む化合物と、Alを含む化合物と、必要に応じて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Mを含む化合物と、Ceを含む化合物、Crを含む化合物とを、Alと元素Mの合計のモル組成比5を基準としたときに、希土類元素LnとCeとCrとの合計モル組成比が3であり、Ceのモル組成比が変数xと3の積であり、Crのモル組成比が変数yと3の積である場合に、変数xが0.0002を超えて0.50未満の数であり、変数yが0.0001を超えて0.05未満の数となるように各原料を秤量する。元素Mのモル組成比が変数zと5の積である場合、変数zが0以上0.8以下となるように元素Mを含む化合物を秤量することが好ましい。前記各原料を混合して、原料混合物を得る。この原料混合物を熱処理し、その後、必要に応じて、洗浄、ろ過等の方法による固液分離、真空乾燥等の方法による乾燥、乾式ふるい等による分級等の後処理工程を行ない、第二のアルミン酸塩蛍光体が得られる。この第二のアルミン酸塩蛍光体の製造方法としては、本出願人が先に特許出願した特願2014−260421号を参照してよい。
【0036】
原料となる化合物としては、酸化物、水酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物、塩化物等が挙げられる。これらの化合物は、水和物であってもよい。前記各化合物は、他の材料と比較して、目的とする組成以外の他の元素を含んでおらず、目的とする組成の蛍光体を得易いため、酸化物であることが好ましい。具体的には、Y
2O
3、Gd
2O
3、Lu
2O
3、La
2O
3、Tb
4O
7、Pr
6O
11、Al
2O
3、Ga
2O
3、In
2O
3、CeO
2、Cr
2O
3等が挙げられる。原料混合物には、必要に応じてハロゲン化物等のフラックスを含んでいてもよい。原料混合物にフラックスが含有されることにより、原料同士の反応が促進され、固相反応がより均一に進行しやすい。フラックスとして具体的には、例えば、BaF
2、CaF
2等が挙げられる。BaF
2が好ましい。フラックスにフッ化バリウムを用いることにより、ガーネット結晶構造が安定し、ガーネット結晶構造に成りやすいからである。
熱処理する温度は、結晶構造の安定性の観点から、好ましくは1000℃以上2100℃以下である。熱処理時間は、昇温速度、熱処理雰囲気等によって異なり、熱処理温度に達してから、好ましくは1時間以上20時間以下である。原料混合物を熱処理する雰囲気は、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気、水素等を含む還元雰囲気、又は大気中等の酸化雰囲気にて行なうことができる。
【0037】
第一蛍光体
第一蛍光体は、発光素子からの光により励起されて580nm以上680nm未満の波長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蛍光体である。
第一蛍光体は、Eu
2+賦活窒化物蛍光体、Mn
4+賦活フルオロジャーマネート蛍光体、Eu
2+賦活アルカリ土類硫化物蛍光体、及びMn
4+賦活ハロゲン化物蛍光体からなる群から選ばれる少なくとも一種の第一蛍光体を含むことが好ましい。第一蛍光体は、一種の蛍光体を単独で用いてもよく、二種以上の蛍光体を組み合わせてもよい。第一蛍光体は、例えば、下記式(III)乃至(VIII)で表されるいずれかの組成を有する蛍光体からなる群から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。
【0038】
第一蛍光体は、Sr及びCaから選択される少なくとも一種の元素と、Euと、Alと、Siとを含む組成を有する窒化物蛍光体を含むことが好ましい。例えば、第一蛍光体としては、組成式として、(Sr,Ca)AlSiN
3:Euで表される窒化物蛍光体が挙げられる。本明細書において、組成式中、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、前記複数の元素のから二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。
【0039】
第一蛍光体は、下記式(III)で表される組成を有する窒化物蛍光体を含むことが好ましい。
(Ca
1−p−qSr
pEu
q)AlSiN
3 (III)
(式(III)中、p及びqは、0≦p≦1.0、0<q<0.5、0<p+q≦1.0を満たす数である。)
【0040】
前記式(III)中、Euは、窒化物蛍光体の賦活元素である。前記式(III)中、変数qは、前記式(III)で表される組成における賦活元素Euのモル組成比である。変数qは、好ましくは0.0001≦q≦0.4、より好ましくは0.001≦q≦0.3、さらに好ましくは0.0015≦q≦0.2である。前記式(III)中、変数pは、前記式(III)で表される組成におけるSrのモル組成比である。変数pは、好ましくは0.001≦p<0.9、より好ましくは0.002≦p≦0.8、さらに好ましくは0.003≦p≦0.76である。
【0041】
第一蛍光体は、前記式(III)で表される組成を有する窒化物蛍光体とは別のEu
2+賦活窒化物蛍光体を含んでいてもよい。
Eu
2+賦活窒化物蛍光体は、Sr及びCaから選択される少なくとも一種の元素と、Eu、Alと、Siとを含む組成を有する窒化物蛍光体の他に、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、Eu
2+で賦活されるアルミナイトライドを含む蛍光体が挙げられる。
Mn
4+で賦活されるハロゲン化物蛍光体は、アルカリ金属元素及びアンモニウムイオン(NH
4+)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とを組成に有し、Mn
4+で賦活されるフッ化物を含む蛍光体であることが好ましい。
【0042】
第一蛍光体は、下記式(IV)乃至(VIII)で表されるいずれかの組成を有する蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含んでいてもよい。
【0043】
(i-j)MgO・(j/2)Sc
2O
3・kMgF
2・mCaF
2・(1-n)GeO
2・(n/2)M
1O
3:vMn
4+ (IV)
式(IV)中、M
1はAl、Ga及Inからなる群から選択される少なくとも一種であり、i、j、k、m、n及びv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<v<0.05を満たす数である。
【0044】
M
2dM
3eM
4fAl
3−gSi
gN
h (V)
式(V)中、M
2は、Ca、Sr、Ba及びMg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、M
3は、Li、Na及びK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、M
4は、Eu、Ce、Tb及びMn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、d、e、f、g及びhは、それぞれ0.80≦d≦1.05、0.80≦e≦1.05、0.001<f≦0.1、0≦g≦0.5、3.0≦h≦5.0を満たす数である。
【0045】
(Ca
1−r−s−tSr
rBa
sEu
t)
2Si
5N
8 (VI)
式(VI)中、r、s及びtは、0≦r≦1.0、0≦s≦1.0、0<t<1.0及びr+s+t≦1.0を満たす数である。
【0047】
A
2[M
51−uMn
4+uF
6] (VIII)
式(VIII)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH
4+からなる群から選択される少なくとも一種であり、M
5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一種の元素であり、uは0<u<0.2を満たす数である。
【0048】
第一蛍光体と第二蛍光体の質量比
第一蛍光体と第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比は、発光装置から照射される光の比R/Bが4を超えて50以下となる量であり、発光装置から照射される光の比R/Frが0.1以上10以下となる量である。発光装置から照射される光は、発光素子からの光により励起された第一蛍光体及び第二蛍光体から発せられる光と発光素子からの光を混合した光である。発光装置から照射される光の比R/Bは、青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束Rの比である。発光装置から照射される光の比R/Frは、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比である。前記第一蛍光体と前記第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比は、好ましくは0.5質量%以上99.5質量%以下の範囲であり、より好ましくは1質量%以上99質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは1質量%以上90質量%以下の範囲であり、よりさらに好ましくは2質量%以上80質量%以下の範囲であり、よりさらに好ましくは5質量%以上78質量%以下の範囲であり、特に好ましくは10質量%を超えて75質量%以下の範囲である。第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比が前記範囲内であると、380nm以上490nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子からの光とともに、前記発光素子からの光に励起された第一蛍光体及び第二蛍光体から発せられる光により、比R/Bが4を超えて50以下、比R/Frが0.1以上10以下の光を照射するように、混色光を制御することができる。前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比が2質量%以上80質量%以下の範囲であると、比R/Bを10を超えて38以下にすることができ、比R/Frを1.5以上4.12以下にすることができ、植物の光受容体がより吸収しやすく、光形態形成を促進させやすい光を照射する発光装置を提供することができる。第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比が10質量%を超えて75質量%以下の範囲であると、比R/Bを10を超えて38以下にすることができ、比R/Frを1.5以上4.0以下にすることができ、植物の光受容体がさらに吸収しやすく、光形態形成をより促進させやすい光を照射する発光装置を提供することができる。
【0049】
蛍光部材
蛍光部材は、第一蛍光体及び第二蛍光体を含む蛍光体と、樹脂とを含む。
図1に示すように、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。蛍光部材50中の蛍光体70は、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を含む。
蛍光体70が含有された蛍光部材50は、成形体40の凹部内に載置された発光素子10を覆うように形成される。製造のし易さを考慮すると、蛍光部材50に含まれる樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂を用いることができる。
図1において、蛍光体70は、第一蛍光体71及び第二蛍光体72が混合された状態で蛍光部材50に存在し、発光素子10を覆うように蛍光部材用の組成物を配置して、蛍光部材を形成する。これにより、発光素子10からの光を蛍光体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することができる。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、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。
図1において、蛍光体70は、第一蛍光体71及び第二蛍光体72が混合されて配置されているが、例えば、蛍光部材50を複数の部位に分け、第一蛍光体71を主に含む部位の上に第二蛍光体72を主に含む部位が配置されていてもよく、その順番が逆でもよい。
【0050】
蛍光部材は、樹脂100質量部に対して、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量が5質量部以上150質量部以下含有されてなるものであることが好ましい。蛍光部材中の樹脂に対する第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量が前記範囲内であると、発光素子から発せられた光を効率よく波長変換して、植物の光形態形成を引き起こす赤色光吸収型(Pr型)のフィトクロム及び遠赤色光吸収型(Pfr型)のフィトクロムの光受容体に吸収されやすい波長範囲の赤色光及び遠赤色光を発光装置から照射することができる。
蛍光部材中の第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量は、蛍光部材中に含まれる樹脂100質量部に対して、より好ましくは10質量部以上140質量部以下、さらに好ましくは15質量部以上120質量部以下、よりさらに好ましくは20質量部以上100質量部以下である。
【0051】
蛍光部材は、樹脂100質量部に対して、第二蛍光体を0.5質量部以上100質量部以下含有されてなるものであることが好ましい。蛍光部材は、樹脂100質量部に対して第二蛍光体を0.5質量部以上100質量部以下含有されてなるものであると、この蛍光部材を備える発光装置から発せられる光は、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4を超えて50以下であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下とすることができる。蛍光部材中の樹脂に対する第二蛍光体の含有量が前記範囲内であると、前記比R/Bが4を超えて50以下であり、前記比R/Frが0.1以上10以下である、植物の光形態形成を促進する光を発光装置から照射することができる。
蛍光部材中の第二蛍光体の含有量は、蛍光部材中の樹脂100質量部に対して、より好ましくは1質量部以上95質量部以下、さらに好ましくは2質量部以上90質量部以下、よりさらに好ましくは3質量部以上80質量部以下である。
【0052】
蛍光部材中の第一蛍光体の含有量は、蛍光部材を備えた発光装置から発せられる光の青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束Rの比R/Bが4を超えて50以下となる量であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下となる量であれば特に限定されない。蛍光部材中の第一蛍光体の含有量は、蛍光部材中の樹脂100質量部に対して、例えば1質量部以上であり、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、さらに好ましくは15質量部以上であり、好ましくは149質量部以下、より好ましくは140質量部以下、さらに好ましくは100質量部以下である。蛍光部材中の第一蛍光体の含有量が前記範囲内であると、発光素子から発せられた光を第一蛍光体で効率よく波長変換することができ、植物の光形態形成を促進する光を発光装置から照射することができる。
【0053】
蛍光部材には、第一蛍光体、第二蛍光体、及び樹脂の他に、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。蛍光部材に含まれるその他の成分は、蛍光部材中に含まれる樹脂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。
【0054】
その他の蛍光体
蛍光部材は、発光装置から照射される光が、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4を超えて50以下であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下であれば、第一蛍光体及び第二蛍光体以外に、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を超える波長範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体等が挙げられる。
【0055】
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、いずれかの組成を有する蛍光体が挙げられる。
M
118MgSi
4O
16X
11:Eu (i)
式(i)中、M
11はCa、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも一種であり、X
11はF、Cl、Br及びIからなる群から選択される少なくとも一種である。
【0056】
Si
6−aAl
aO
aN
8−a:Eu (ii)
式(ii)中、aは0<a<4.2を満たす。
【0057】
M
13Ga
2S
4:Eu (iii)
式(iii)中、M
13は、Mg,Ca,Sr及びBaからなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【0058】
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、いずれかの組成を有する蛍光体が挙げられる。
M
14b/cSi
12−(b+c)Al
(b+c)O
cN
(16−c):Eu (iv)
式(iv)中、M
14は、Sr、Ca、Li及びYからなる群から選ばれる少なくとも一種である。bは0.5から5であり、cは0から2.5であり、cはM
14の電荷である。
【0059】
M
153Al
5O
12:Ce (v)
式(v)中、M
15は、Y、Lu、Tb及びGdからなる群から選ばれる少なくとも一種である。なお、Alの一部がGaで置換されてもよい。
【0060】
680nmを超える波長範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体としては、具体的には、下記式(vi)乃至(ix)で表される、いずれかの組成を有する蛍光体が挙げられる。
(Ca,Sr,Ba)(Y,Gd,La)(Al,Ga)
1−a1Mg
a1O
4:Mn(0≦a1≦0.2) (vi)
Li(Al,Ga)O
2:Fe (vii)
CdS:Fe (viii)
(Gd,Y,La,Tb)(Al,Sc,Ga)O
3:Cr(ix)
【0061】
蛍光部材用の組成物
前記組成物は、樹脂100質量部に対して、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計が5質量部以上150質量部以下含む。前記組成物において第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量に対する第二蛍光体の質量比は、発光素子からの光により励起された第一蛍光体及び第二蛍光体から発せられる光と発光素子からの光を混合した光の青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束Rの比R/Bが4を超えて50以下となる量であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下となる量である。前記組成物中に含まれる前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比は、好ましくは0.5質量%以上99.5質量%以下の範囲であり、より好ましくは1質量%以上99質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは1質量%以上90質量%以下の範囲であり、よりさらに好ましくは2質量%以上80質量%以下の範囲であり、よりさらに好ましくは5質量%以上78質量%以下の範囲であり、特に好ましくは10質量%を超えて75質量%以下の範囲である。記組成物に含まれる第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量に対する第二蛍光体の質量比が前記範囲内であると、380nm以上490nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子からの光とともに、前記発光素子からの光に励起された第一蛍光体及び第二蛍光体から発せられる光により、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4を超えて50以下、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが0.1以上10以下の光を照射するように、混色光を制御することができる。前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比が2質量%以上80質量%以下の範囲であると、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を10を超えて38以下にすることができ、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frを1.5以上4.12以下にすることができ、植物の光受容体がより吸収しやすく、光形態形成を促進させやすい光を照射する発光装置を製造することができる。また、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する第二蛍光体の質量比が10質量%を超えて75質量%以下の範囲であると、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を10を超えて38以下にすることができ、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frを1.5以上4.0以下にすることができ、植物の光受容体がさらに吸収しやすく、光形態形成をより促進させやすい光を照射する発光装置を提供することができる。
【0062】
このような発光装置を用いた場合は、光形態形成を行なう植物の光受容体に前記発光装置から照射された光が吸収されやすく、植物の光形態形成が促進され、植物の育成を促進することができる。前記発光装置は、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。白色光は、植物のクロロフィルなどの光合成を行なう植物の光受容体に吸収されやすい。例えば、白色光を発光する光源と、発光装置を組み合わせて用いることにより、植物の光合成を活性化させ、また、植物の光形態形成をより促進することができ、植物の育成をより促進することができる。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ランプから選ばれる少なくとも一種の光源を用いることができる。
【0063】
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る補光用の発光装置として用いることができる。発光装置と、白色光を発光する光源と組み合わせて用いた場合は、発光装置から発せられる光と、前記光源から発光する白色光とを混合した光の青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束Rの比R/Bは好ましくは1.0以上10以下、より好ましくは1.5以上8以下、さらに好ましくは2.0以上6以下であってもよい。また、発光装置から発光する光と、前記光源から発光する白色光とを混合した光の遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが、好ましくは0.1以上10以下、より好ましくは、0.2以上8以下、さらに好ましくは0.3以上7以下、よりさらに好ましくは0.4以上6以下、特に好ましくは0.5以上5以下であってもよい。
【0064】
照明装置
発光装置は、こ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であってもよい。また、前記光源は、白色光以外の光を発光する光源であってもよく、例えば、青色光を発光する光源等が挙げられる。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、植物の成長の程度に応じて、最適な光エネルギーを植物に照射することができる。
【0065】
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、外部環境から隔離され、人為的に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。また、太陽光を利用するハウスで栽培する植物に対して、太陽光の補光のために、発光装置を用いて、この発光装置からの光を植物に照射することもできる。植物の種類は特に限定されないが、発光装置は、植物の光合成を活性化し、光形態形成を行う植物の光受容体に吸収されやすい光を発することができ、茎、葉、根又は果実等を良好な形態又は重量を有するように植物の育成を促進することができるため、野菜、花卉類等の栽培に適用することが好ましい。野菜としては、リーフレタス、ガーデンレタス、カールレタス、ラムズレタス、ロメインレタス、エンダイブ、ロロロッサ、ルッコラレタス、フリルレタス、グリーンリーフ、サンチュ等のレタス、春菊等のキク科の野菜、ホウレンソウ等のアサガオ科の野菜、イチゴ等のバラ科の野菜、キク、ガーベラ、バラ、チューリップ等の花卉類が挙げられる。
【実施例】
【0066】
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。
【0067】
実施例1乃至5及び比較例1
第一蛍光体
第一蛍光体として、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670nmに発光ピーク波長を有するCaAlSiN
3:Eu(以下、「670CASN」と記載する場合がある。)を用いた。
【0068】
第二蛍光体
第二蛍光体として、以下の製造方法により得られる蛍光体を用いた。
原料として、Y
2O
3、CeO
2、Cr
2O
3、Al
2O
3を用いて、所望の仕込み組成比となるように秤量し、フラックスを含まない各原料の合計量100質量部に対し、フラックスとして5質量部のBaF
2を添加して、1時間、ボールミルにより、乾式混合し、原料混合物を得た。得られた原料混合物をアルミナ坩堝に充填し、蓋をして、H
2が3体積%、N
2が97体積%の還元雰囲気で、1500℃、10時間熱処理することで、焼成物を得た。この焼成物を乾式ふるいに通し、第二蛍光体を得た。得られた第二蛍光体について、誘導結合プラズマ発光分析装置(Perkin Elmer(パーキンエルマー)社製)を用いて、ICP−AES発光分析法により、組成分析を行なった。得られた第二蛍光体の組成は、(Y
0.977Ce
0.009Cr
0.014)
3Al
5O
12(以下、「YAG:Ce,Cr」と記載する場合がある。)であった。この第二蛍光体は、450nmの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707nmに発光ピーク波長を有する。
【0069】
発光装置
図1に示す発光装置と同様に発光装置を製造した。
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を構成する樹脂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、第一蛍光体71又は第二蛍光体72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樹脂組成物を得た。実施例1から5の各樹脂組成物において、表1に示すように、第一蛍光体71と第二蛍光体72の配合比(質量部)を調節した。この樹脂組成物を、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4時間加熱し、樹脂組成物を硬化させ、蛍光部材50を形成し、実施例1乃至5の各実施例について
図1に示されるような発光装置100を製造した。比較例1は、第二蛍光体を用いることなく、蛍光部材50に第一蛍光体71のみを含む樹脂組成物を用いて発光装置を製造した。得られた発光装置において、第一蛍光体71及び第二蛍光体72の合計量100質量%に対する、第一蛍光体71の質量比(質量%)及び第二蛍光体72の質量比(質量%)を表1に示す。
【0070】
実施例6乃至10及び比較例2
実施例6乃至10及び比較例2は、第一蛍光体として、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CaAlSiN
3:Eu(以下、「660CASN」と記載する場合がある。)を用いた。実施例6乃至10において、前記第一蛍光体と、実施例1と同様の第二蛍光体を、表2に示す配合比(質量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。比較例2において、第二蛍光体を用いることなく、前記第一蛍光体のみを含む樹脂組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして発光装置を製造した。表2に、実施例6乃至10及び比較例2の各樹脂組成物において、樹脂100質量部に対する、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量(質量部)と、第一蛍光体の配合比(質量部)と、第二蛍光体の配合比(質量部)を示す。また、表2に、実施例6乃至10及び比較例2の発光装置における、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する、第一蛍光体の質量比(質量%)と、第二蛍光体の質量比(質量%)を示す。
【0071】
実施例11乃至15及び比較例3
実施例11乃至15及び比較例3は、第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Eu(以下、「640SCASN」と記載する場合がある。)を用いた。実施例11乃至15において、前記第一蛍光体と、実施例1と同様の第二蛍光体を、表3に示す配合比(質量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。比較例3において、第二蛍光体を用いることなく、前記第一蛍光体のみを含む樹脂組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして発光装置を製造した。表3に、実施例11乃至15及び比較例3の各樹脂組成物において、樹脂100質量部に対する第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量(質量部)と、第一蛍光体の配合比(質量部)と、第二蛍光体の配合比(質量部)を示す。また、表3に、実施例11乃至15及び比較例3の発光装置における第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する、第一蛍光体の質量比(質量%)、第二蛍光体の質量比(質量%)を示す。
【0072】
実施例16乃至20
実施例16乃至20は、第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Euを用い、第二蛍光体として、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692nmに発光ピーク波長を有する(Al
0.9943Cr
0.0057)
2O
3を用いた。実施例16乃至20において、前記第一蛍光体と、前記第二蛍光体を、表4に示す配合比(質量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。表4に、実施例16乃至20の各樹脂組成物において、樹脂100質量部に対する、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量(質量部)と、第一蛍光体の配合比(質量部)と、第二蛍光体の配合比(質量部)を示す。また、表4に、実施例16乃至20の発光装置における、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する、第一蛍光体の質量比(%)と、第二蛍光体の質量比(%)を示す。表4には、比較例3の樹脂組成物における、樹脂100質量部に対する蛍光体の各配合比(質量部)と、比較例3の発光装置における各蛍光体の質量比(質量%)も記載した。
【0073】
実施例21乃至23
第一蛍光体
第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Euを用いた。
【0074】
第二蛍光体
第二蛍光体として、以下の製造方法により得られる蛍光体を用いた。
まず、原料として、Lu
2O
3、CeO
2、Cr
2O
3、Al
2O
3を用いて、所望の仕込み組成比となるように秤量して、フラックスを含まない各原料の合計量100質量部に対して、フラックスとして5質量部のBaF
2を添加して、1時間、ボールミルにより、乾式混合し、原料混合物を得た。得られた原料混合物をアルミナ坩堝に充填し、蓋をして、H
2が3体積%、N
2が97体積%の還元雰囲気で、1500℃、10時間熱処理することで、焼成物を得た。この焼成物を乾式ふるいに通し、第二蛍光体を得た。得られた第二蛍光体について、誘導結合プラズマ発光分析装置(Perkin Elmer(パーキンエルマー)社製)を用いて、ICP−AES発光分析法により、組成分析を行なった。得られた第二蛍光体の組成は、(Lu
0.9725Ce
0.0175Cr
0.01)
3Al
5O
12(以下、「LAG:Ce,Cr」と記載する場合がある。)であった。この第二蛍光体は、450nmの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687nmに発光ピーク波長を有する。
【0075】
発光装置
実施例21乃至23は、第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Euを用い、第二蛍光体として、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687nmに発光ピーク波長を有するLAG:Ce,Crを用いた。実施例21乃至23は、前記第一蛍光体と、前記第二蛍光体を、表5に示す配合比(質量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。表5に、実施例21乃至23の各樹脂組成物において、樹脂100質量部に対する、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量(質量部)と、第一蛍光体の配合比(質量部)と、第二蛍光体の配合比(質量部)を示す。また、表5に、実施例21乃至23の発光装置における、第一蛍光体71及び第二蛍光体72の合計100質量%に対する、第一蛍光体の質量比(質量%)と、第二蛍光体の質量比(質量%)を示す。表5には、比較例3の樹脂組成物における、樹脂100質量部に対する蛍光体の各配合比(質量部)と、比較例3の発光装置における各蛍光体の質量比(質量%)も記載した。
【0076】
実施例24乃至26
第一蛍光体
第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Euを用いた。
【0077】
第二蛍光体
第二蛍光体として、以下の製造方法により得られる蛍光体を用いた。
まず、原料として、Gd
2O
3、CeO
2、Cr
2O
3、Al
2O
3を用いて、所望の仕込み組成比となるように秤量して、フラックスを含まない各原料の合計量100質量部に対して、フラックスとして5質量部のBaF
2を添加して、1時間、ボールミルにより、乾式混合し、原料混合物を得た。得られた原料混合物をアルミナ坩堝に充填し、蓋をして、H
2が3体積%、N
2が97体積%の還元雰囲気で、1500℃、10時間熱処理することで、焼成物を得た。この焼成物を乾式ふるいに通し、第二蛍光体を得た。得られた第二蛍光体について、誘導結合プラズマ発光分析装置(Perkin Elmer(パーキンエルマー)社製)を用いて、ICP−AES発光分析法により、組成分析を行なった。得られた第二蛍光体の組成は、(Gd
0.9675Ce
0.0125Cr
0.02)
3Al
5O
12(以下、「GAG:Ce,Cr」と記載する場合がある。)であった。この第二蛍光体は、450nmの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727nmに発光ピーク波長を有する。
【0078】
発光装置
実施例24乃至26は、第一蛍光体として、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640nmに発光ピーク波長を有する(Sr,Ca)AlSiN
3:Euを用い、第二蛍光体として、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727nmに発光ピーク波長を有するGAG:Ce,Crを用いた。実施例24乃至26は、前記第一蛍光体と、前記第二蛍光体を、表6に示す配合比(質量部)で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。表6に、実施例24乃至26の各樹脂組成物において、樹脂100質量部に対する、第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量(質量部)と、第一蛍光体の配合比(質量部)と、第二蛍光体の配合比(質量部)を示す。また、表6に、発光装置における第一蛍光体及び第二蛍光体の合計量100質量%に対する、第一蛍光体の質量比(質量%)と、第二蛍光体の質量比(質量%)を示す。表6には、比較例3の樹脂組成物における、樹脂100質量部に対する蛍光体の各配合比(質量部)と、比較例3の発光装置における各蛍光体の質量比(質量%)も記載した。
【0079】
相対光量子束
各実施例及び各比較例に係る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製、PMA−11)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、光量子束のスペクトルを作成した。
図2は、実施例1乃至5及び比較例1の発光装置について、各発光装置の波長670nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。また、
図3は、実施例6乃至10及び比較例2の発光装置について、各発光装置の波長660nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。また、
図4は、実施例11乃至15及び比較例3の発光装置について、各発光装置の波長640nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。
図5は、実施例16乃至20及び比較例3の発光装置について、各発光装置の波長640nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。
図6は、実施例21乃至23及び比較例3の発光装置について、各発光装置の波長640nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。
図7は、実施例24乃至26及び比較例3の発光装置について、各発光装置の波長640nmにおける光量子束のスペクトルを1として、波長に対する相対光量子束として表わした。
放射束(W)=光量子束(mol・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)
【0080】
光量子束
各実施例及び比較例について、前記式(1)から得られる発光装置の光量子束のスペクトルを用いて、各波長範囲における光量子束を算出した。400nm以上490nm以下の波長範囲の光量子束を積算して、青色光の光量子束Bを算出した。また、620nm以上700nm未満の波長範囲の光量子束を積算して、赤色光の光量子束Rを算出した。また、700nm以上780nm以下の波長範囲の光量子束を積算して、遠赤色光の光量子束Frを算出した。各実施例及び比較例の発光装置について求めた光量子束B、R、Frから、光量子束Bに対する光量子束Rの比R/B、光量子束Frに対する光量子束Rの比R/Frを求めた。結果を表1から表6に示す。
【0081】
図8は、実施例1乃至5及び比較例1、実施例6乃至10及び比較例2、実施例11乃至15及び比較例3、実施例16乃至20及び比較例3、実施例21乃至23及び比較例3、実施例24乃至26及び比較例3の各発光装置に備える蛍光部材中の第二蛍光体の含有量と各発光装置の前記光量子束Frに対する前記光量子束Rの比R/Frの関係を示すグラフである。
【0082】
【表1】
【0083】
【表2】
【0084】
【表3】
【0085】
【表4】
【0086】
【表5】
【0087】
【表6】
【0088】
表1乃至6に示すように、実施例1乃至26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の比R/Bが10を超えて12以下であり、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが1.59以上4.12以下であった。
図2乃至
図7に示すように、第一蛍光体と第二蛍光体を備える発光装置は、450nmに発光素子の発光ピーク波長と、前記発光素子からの光により励起されて580nm以上680nm未満の波長範囲内に第一蛍光体の少なくとも一つの発光ピーク波長を有し、前記発光素子からの光により励起されて680nm以上800nm以下の波長範囲内に第二蛍光体の少なくとも一つの発光ピーク波長を有することが確認できた。
【0089】
表1乃至6に示すように、比較例1乃至3の発光装置は、前記光量子束Bに対する前記光量子束Rの比R/Bが10以上であったが、比較例1乃至3の発光装置は、第二蛍光体を含む蛍光部材を備えていないため、比較例1の発光装置の比R/Frは、実施例1乃至5の各発光装置の比R/Frよりも大きく、比較例2の発光装置の比R/Frは、実施例6乃至10の各発光装置の比R/Frよりも大きく、比較例3の発光装置の比R/Frは、実施例11乃至26の各発光装置の比R/Frよりも大きくなり、植物の光受容体に吸収されやすく、植物の光形態形成を促進するための、より数値の小さい比R/Frを有する混色光に制御することは困難であった。
【0090】
また、
図2乃至7に示すように、比較例1乃至3の各発光装置は、第二蛍光体を含む蛍光部材を備えていないため、450nmの発光ピーク波長を有する発光素子からの光に励起されても、680nm以上800nm以下の波長範囲内に少なくとも一つ以上の発光ピーク波長の存在が認められなかった。
【0091】
図8に示すように、実施例1乃至26の発光装置は、蛍光部材に含まれる第二蛍光体の量により遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが調節できることが確認できた。
図11に示す非特許文献1に記載されているように、光源の分光分布の違いは、例えばロメインレタスの草丈に影響し、比R/Frが小さいとロメインレタスの草丈が小さくなることが示されている。
図8に示されるように実施例1乃至26の発光装置のように、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と、前記光量子束Frに対する前記光量子束Rの比R/Frが制御された混色光を植物に照射できると、光形態形成を行なう植物の光受容体、例えば赤色光吸収型(Pr型)のフィトクロムと遠赤色光吸収型(Pfr)のフィトクロムの2つの光受容体に吸収しやすい光を照射することができ、植物の光形成形態を促進し、植物の育成をより促進する光を照射できる。
【0092】
次に、前述の実施例又は比較例の発光装置と、白色光を発光する光源である白色LEDとを組み合わせて植物栽培用光源となる発光装置を製造した。以下、実施例又は比較例の発光装置と、白色LEDとを組み合わせた発光装置を、植物栽培用光源という。
【0093】
植物栽培用光源A
比較例2の発光装置と、白色LEDとを組み合わせて、植物栽培用光源Aを製造した。
【0094】
植物栽培用光源B
実施例8の発光装置と、白色LEDとを組み合わせて、植物栽培用光源Bを製造した。
【0095】
植物栽培用光源C
実施例9の発光装置と、白色LEDとを組み合わせて、植物栽培用光源Cを製造した。
【0096】
植物栽培用光源D
実施例10の発光装置と、白色LEDとを組み合わせて、植物栽培用光源Dを製造した。
【0097】
光量子束
植物栽培用光源A乃至Dから発する光の光量子束のスペクトルを、分光放射照度計(コニカミノルタ株式会社製、CL−500A)を用いて測定し、400nm以上490nm以下の波長範囲の光量子束を積算した青色光の光量子束Bと、620nm以上700nm未満の波長範囲の光量子束を積算した赤色光の光量子束Rと、700nm以上780nm以下の波長範囲の光量子束を積算した遠赤色光の光量子束Frを算出し、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、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frを求めた。結果を表7に示す。
図9は、植物栽培用光源A乃至Dの波長に対する光量子束のスペクトルを示す。
図9において、植物栽培用光源A乃至Dの380nm以上490nm以下の波長範囲内にある発光ピーク波長を1として波長に対する相対光量子束のスペクトルとして表した。
【0098】
植物栽培試験
栽培用の植物として、サンチュを用いた。
播種
ウレタンスポンジ(株式会社トクヤマ製作所製、フラット型汎用品)に植物の種を播き、白色LED(日亜化学工業株式会社製)からの光を照射し、発芽、育苗を行った。
室温が25℃、湿度が60%、CO
2濃度が800〜1100ppm、白色LEDの光量子束密度が80μmol・m
−2・s
−1、日長16時間/日の条件で7日間、前記植物を栽培した。
定植
播種から7日後のサンチュの第三葉の大きさを測定し、同程度のサイズの植物を試験に使用した。第三葉の大きさが同程度のサンチュを使用するのは、種子起因によるばらつきをできるだけ抑えて、本来の目的である光源から発せられる光の影響による植物の育成の違いを明らかにするためである。
試験用に選択された植物に、植物栽培用光源A乃至Dの光を照射し、植物を水耕栽培した。室温が25℃、湿度が60%、CO
2濃度が800〜1100ppm、栽培用光源A乃至Dの光量子束密度が310μmol・m
−2・s
−1、日長16時間/日の条件で25日間、植物を栽培した。養液は、NS1号(OATアグリオ株式会社製)と、NS2号(OATアグリオ株式会社製)の質量比(NS1号:NS2号)が2:3となる割合で混合したものを水に溶かして使用した。養液の導電率を2.0mS・cm
−1とした。栽培用光源A乃至Dの光の青色光の光量子束Bに対する赤色光の光量子束の比R/B及び遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frは、定植期間を通じて変化しなかった。
【0099】
新鮮重(可食部)の測定
栽培後の植物を収穫し、収穫した植物から根を取り除き、植物の地上部の湿重量を測定した。植物栽培用光源A乃至Dからのそれぞれの光を、6株の植物に照射して水耕栽培し、水耕栽培した各植物の地上部の湿重量を新鮮重(可食部)(g)として測定した。6株の植物の新鮮重(可食部)(g)の平均値を、表7に示す。
【0100】
草丈の測定
植物栽培用光源A乃至Dからのそれぞれの光を、6株の植物に照射して水耕栽培し、水耕栽培した各植物収穫し、収穫した各植物の株元から最長の葉先までの長さを、草丈(cm)として測定した。6株の植物の草丈(cm)の平均値を、結果を表7に示す。
【0101】
【表7】
【0102】
表7に示すように、実施例8、9及び10の発光装置と白色LEDを用いた植物栽培用光源B乃至Dは、比較例2の発光装置と白色LEDを用いた植物栽培用光源Aと比べて、新鮮重(可食部)が増えており、草丈も伸長していた。この結果から、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、植物の光合成を行う光受容体及び茎の伸長、葉の展開作用等の光形態形成を行う植物の光受容体に吸収されやすい光を発することができ、植物の成長を促進できることが確認できた。
【0103】
図9に示すように、実施例8、9又は10の発光装置と白色LEDを用いた植物栽培用光源B乃至Dは、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frが、比較例2の発光装置と白色LEDを用いた植物栽培用光源Aよりも小さく、Fr成分が増えていることで、遠赤色光と赤色光の2種類の光による相乗効果(エマーソン効果)によっても、光合成が活性化されて、植物の成長が促進されたと推測される。
【0104】
次に、参考例として、前述の比較例2及び実施例8乃至10で第一蛍光体として用いた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た660nmに発光ピーク波長を有するCaAlSiN
3:Eu(660CASN)と、660nm付近に発光ピーク波長を有する赤色LEDの温度とピーク波長との関係を測定した。具体的には、25℃、105℃、140℃において、450nmに発光ピーク波長を有する発光素子からの光を660CASN蛍光体に照射し、660CASN蛍光体から発する光のスペクトルを、分光器を用いて測定し、各温度における発光スペクトルのピーク波長を求めた。また、25℃、85℃、120℃において、前記赤色LEDから発せられる光のスペクトルを、前記分光器を用いて測定し、各温度におけるスペクトルのピーク波長を求めた。結果を表8及び
図10に示す。
【0105】
【表8】
【0106】
表8及び
図10に示すように、実施例6乃至10の発光装置において第一蛍光体として用いた660CASNは、室温程度の25℃から140℃の高温で使用した場合であってもピーク波長の変動が小さい。赤色LEDは、25℃で使用した場合と、120℃の高温で使用した場合には、高温で使用するほど、ピーク波長が長波長側に大きく変動していた。この結果から赤色LEDでは、温度によってピーク波長が変化し、赤色光の光量子束の調整が難しく、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、遠赤色光の光量子束Frに対する赤色光の光量子束Rの比R/Frを調整した場合であっても、温度によって比R/B、比R/Frが変動してしまい、植物の成長が不安定になる可能性があることが分かった。