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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-09
(54)【発明の名称】植物栽培用光源
(51)【国際特許分類】
A01G 7/00 20060101AFI20230302BHJP
【ＦＩ】
A01G7/00 601A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022539659
(86)(22)【出願日】2021-01-04
(85)【翻訳文提出日】2022-08-26
(86)【国際出願番号】 KR2021000027
(87)【国際公開番号】W WO2021137676
(87)【国際公開日】2021-07-08
(31)【優先権主張番号】62/956,959
(32)【優先日】2020-01-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/137,898
(32)【優先日】2020-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520408054
【氏名又は名称】インダストリー－ユニヴァーシティ コーポレーション ファウンデーション オブ チュンブク ナショナル ユニヴァーシティ
(71)【出願人】
【識別番号】506029004
【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】６５－１６，Ｓａｎｄａｎ－ｒｏ １６３ Ｂｅｏｎ－ｇｉｌ，Ｄａｎｗｏｎ－ｇｕ，Ａｎｓａｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】オ，ミョン ミン
(72)【発明者】
【氏名】チェ，ユン ソン
【テーマコード（参考）】
2B022
【Ｆターム（参考）】
2B022AA03
2B022AB11
2B022AB13
2B022DA03
(57)【要約】
植物に光を照射する植物栽培用光源は、植物に光を提供する少なくとも２個以上の発光素子を含み、前記各発光素子のそれぞれは、第１導電型ドーパントがドーピングされた第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられ、前記第１導電型ドーパントと異なる第２導電型ドーパントがドーピングされた第２半導体層と、前記第１及び第２半導体層の間に設けられた活性層とを含み、前記各発光素子は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つが互いに同一でない条件で植物に光を照射することによって前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節する。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
植物に光を照射する植物栽培用光源において、植物栽培用光源は、植物に光を提供する少なくとも２個以上の発光素子を含み、前記各発光素子のそれぞれは、
第１導電型ドーパントがドーピングされた第１半導体層、
前記第１半導体層上に設けられ、前記第１導電型ドーパントと異なる第２導電型ドーパントがドーピングされた第２半導体層、及び
前記第１及び第２半導体層の間に設けられた活性層、を含み、
前記各発光素子は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つが互いに同一でない条件で植物に光を照射することによって、前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節する植物栽培用光源。
【請求項2】
前記各発光素子は、第１及び第２発光素子を含み、前記第１発光素子は第１光を出射し、前記第１発光素子は第２光を出射するとき、前記第１及び第２光は、それぞれ互いに異なる波長帯域でピーク波長を有する、請求項１に記載の植物栽培用光源。
【請求項3】
前記有効成分は、第１有効成分と、前記第１有効成分とは異なる第２有効成分と、を含み、前記第１有効成分が前記第２有効成分と異なる程度に前記植物内に含有されるように、前記第１光と前記第２光の波長、照射強度及び光の照射時期のうち少なくとも一つが調節される、請求項２に記載の植物栽培用光源。
【請求項4】
前記第１光は第１区間に照射され、前記第２光は第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第１有効成分の量が前記第２有効成分の量より多くなるように前記第２区間が前記第１区間より先行する、請求項３に記載の植物栽培用光源。
【請求項5】
前記第１光は第１区間に照射され、前記第２光は第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第２有効成分の量が前記第１有効成分の量より多くなるように前記第１区間が前記第２区間より先行する、請求項３に記載の植物栽培用光源。
【請求項6】
前記有効成分は、ケンペロール類、ヒドロケイ皮酸類、フラボノール、及びアントシアニンのうち少なくとも一つである、請求項２に記載の植物栽培用光源。
【請求項7】
前記有効成分は、ケンペロール類及びヒドロケイ皮酸類のうち少なくとも一つである、請求項２に記載の植物栽培用光源。
【請求項8】
前記第１及び第２発光素子はそれぞれ発光ダイオードである、請求項２に記載の植物栽培用光源。
【請求項9】
前記第１光は、紫外線Ｂに対応する波長を有する、請求項２に記載の植物栽培用光源。
【請求項10】
前記第１光は、ピークが約２８０ｎｍから約３００ｎｍの波長帯域内にある、請求項９に記載の植物栽培用光源。
【請求項11】
前記第２光は、前記第１光と互いに異なる波長を有する、請求項１０に記載の植物栽培用光源。
【請求項12】
前記第２光は、ピークが約３１０ｎｍから約３９０ｎｍの波長帯域内にある、請求項１１に記載の植物栽培用光源。
【請求項13】
前記植物はアブラナ科の植物である、請求項１に記載の植物栽培用光源。
【請求項14】
前記アブラナ科の植物は、キャベツ、白菜、ケール、ブロッコリー、大根、ナズナ、菜の花、からし菜、及びチンゲン菜のうち少なくとも一つである、請求項１３に記載の植物栽培用光源。
【請求項15】
オン又はオフになり、植物に光を照射することによって植物を栽培する植物栽培用光源において、植物栽培用光源は、第１導電型ドーパントがドーピングされた第１半導体層、
前記第１半導体層上に設けられ、前記第１導電型ドーパントと異なる第２導電型ドーパントがドーピングされた第２半導体層；及び
前記第１及び第２半導体層の間に設けられた活性層、を含み、
前記光源は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つを変更する条件で植物に光を照射することによって、前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節する植物栽培用光源。
【請求項16】
植物に光を照射する光源を用いて植物を栽培する植物栽培方法において、前記植物栽培用光源は、植物に光を提供する少なくとも２個以上の発光素子を含み、前記各発光素子は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つが互いに同一でない条件で植物に光を照射することによって、前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節する植物栽培方法。
【請求項17】
前記各発光素子は、互いに異なるピーク波長を有する第１及び第２光を出射し、前記有効成分は、第１有効成分と、前記第１有効成分とは異なる第２有効成分と、を含み、前記第１有効成分が前記第２有効成分と異なる程度に前記植物内に含有されるように、前記第１光と前記第２光の波長、照射強度及び光の照射時期のうち少なくとも一つが調節される、請求項１６に記載の植物栽培方法。
【請求項18】
前記第１光は、ピークが約２８０ｎｍから約３００ｎｍの波長帯域内にあり、前記第２光は、ピークが前記第１光と異なる波長帯域内にある、請求項１７に記載の植物栽培用植物栽培方法。
【請求項19】
前記第１光が第１区間に照射され、前記第２光が第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第１有効成分の量が前記第２有効成分の量より多くなるように前記第２区間が前記第１区間より先行する、請求項１７に記載の植物栽培方法。
【請求項20】
前記第１光が第１区間に照射され、前記第２光が第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第２有効成分の量が前記第１有効成分の量より多くなるように前記第１区間が前記第２区間より先行する、請求項１７に記載の植物栽培方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、植物栽培用光源に関し、より詳細には、植物における有用物質の合成に最適化された光を出射する光源に関する。
【背景技術】
【0002】
植物栽培用照明器具として、太陽光に取って代わる多様な光源が開発されて使用されている。従来は、植物栽培用照明器具として白熱灯、蛍光灯などが主に使用されていた。しかし、従来の植物栽培用照明器具は、単純に植物の光合成のみのために所定波長の光のみを植物に提供し、それ以外の追加的な機能を有していない場合がほとんどである。
【0003】
植物は、多様なストレスに抵抗する過程で人間に有用な各物質を合成できるので、人間に有用な物質が多量に含有された植物を栽培できる光源、栽培装置、栽培方法などが多様に要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、人間に有用な物質が多量に含有された植物を栽培することができる光源を提供することを目的とする。
【0005】
本発明は、前記光源を用いて植物を容易に栽培することができる栽培方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態によると、植物栽培用光源は、植物に光を提供する少なくとも２個以上の発光素子を含み、前記各発光素子のそれぞれは、第１導電型ドーパントがドーピングされた第１半導体層、前記第１半導体層上に設けられ、前記第１導電型ドーパントと異なる第２導電型ドーパントがドーピングされた第２半導体層、及び前記第１及び第２半導体層の間に設けられた活性層、を含む。前記各発光素子は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つが互いに同一でない条件で植物に光を照射することによって、前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節する。
【0007】
本発明の一実施形態において、前記各発光素子は、第１及び第２発光素子を含み、前記第１発光素子は第１光を出射し、前記第２発光素子は第２光を出射するとき、前記第１及び第２光は、それぞれ互いに異なる波長帯域でピーク波長を有することができる。
【0008】
本発明の一実施形態において、前記有効成分は、第１有効成分と、前記第１有効成分とは異なる第２有効成分とを含み、前記第１有効成分が前記第２有効成分と異なる程度で前記植物内に含有されるように前記第１光と前記第２光の波長、照射強度及び光の照射時期のうち少なくとも一つを調節することができる。
【0009】
本発明の一実施形態において、前記第１光は第１区間に照射され、前記第２光は第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第１有効成分の量が前記第２有効成分の量より多くなるように前記第２区間が前記第１区間より先行することができる。
【0010】
本発明の一実施形態において、前記第１光は第１区間に照射され、前記第２光は第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第２有効成分の量が前記第１有効成分の量より多くなるように前記第１区間が前記第２区間より先行することができる。
【0011】
本発明の一実施形態において、前記有効成分は、ケンペロール類、ヒドロケイ皮酸類、フラボノール、アントシアニンなどであってもよく、特に、前記有効成分は、ケンペロール類及びヒドロケイ皮酸類のうち少なくとも一つであってもよい。
【0012】
本発明の一実施形態において、前記第１及び第２発光素子は、それぞれ発光ダイオードであってもよい。ここで、前記第１光は、紫外線Ｂに対応する波長を有してもよく、ピークが約２８０ｎｍから約３００ｎｍの波長帯域内にあってもよい。
【0013】
本発明の一実施形態において、前記第２光は、前記第１光と互いに異なる波長を有することができる。前記第２光は、ピークが約３１０ｎｍから約３９０ｎｍの波長帯域内にあってもよい。
【0014】
本発明の一実施形態において、前記植物は、アブラナ科の植物であってもよく、前記アブラナ科の植物は、キャベツ、白菜、ケール、ブロッコリー、大根、ナズナ、菜の花、からし菜、及びチンゲン菜のうち少なくとも一つであってもよい。
【0015】
本発明の一実施形態は、前記光源を用いて植物を栽培する植物栽培方法を含む。このとき、前記各発光素子は、光の波長、光の照射強度、及び光の照射時期のうち少なくとも一つが互いに同一でない条件で植物に光を照射することによって、前記植物内の有効成分の種類及び含量を調節することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一実施形態に係る光源を用いると、効率的な植物栽培が可能であり、植物内の人に有益な有効成分の含量を容易に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有し得るので、特定の実施形態を図面に例示し、これを本文で詳細に説明する。しかしながら、これは、本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物及び代替物を含むものと理解しなければならない。
【0019】
各図面を説明する際、類似する参照符号を類似する構成要素に対して使用した。添付の図面において、各構造物の寸法は、本発明の明確性のために実際より拡大して示したものである。「第１」及び「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用され得るが、前記各構成要素は、前記各用語によって限定されてはならない。前記各用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲で、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、これと同様に、第２構成要素も第１構成要素と命名することができる。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味を有していない限り、複数の表現を含む。
【0020】
本出願において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせなどの存在又は付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【0021】
本発明は、植物の栽培時に使用される光源に関する。本発明の一実施形態に係る光源は、植物工場に使用され、植物工場内の植物に光を提供することができる。植物工場とは、「施設内で作物の地上部の環境（光、温度、湿度、二酸化炭素の濃度など）及び地下部の環境（培養液の酸度、濃度、養分の構成など）を人工的に制御し、作業の自動化を通じて季節や場所と関係なく自動的に年中作物を生産するシステム」と定義することができる。植物工場の最大の長所は、作物が育つ地上部及び地下部の環境を完璧に制御できる点にある。
【0022】
植物は、可視光線波長帯域の光を用いて光合成を行い、光合成を通じてエネルギーを得る。植物は、可視光線波長帯域の光以外に他の光に照射されると、摂取時に人又は植物の健康に肯定的な影響を及ぼし得る成分（以下では、有効成分と称する）の含量が増加し得る。そこで、本発明の一実施形態では、可視光線波長帯域の光以外に有効成分を増加させるための波長帯域の光を提供するための光源を開示する。ここで、有効成分は、人に必要であると言われている物質であって、例えば、ケンペロール系化合物、ヒドロケイ皮酸などの抗酸化性物質である。
【0023】
本発明の一実施形態に係る光源が適用される植物の種類は多様に変更可能である。ただし、種によって、光源から出射された光の光合成効率や前記有効成分の含量増加程度などに差があり得る。本発明の一実施形態に係る光源の場合、アブラナ科の植物に適用され得る。アブラナ科の植物としては、キャベツ、白菜、ケール、ブロッコリー、大根、ナズナ、菜の花、からし菜、チンゲン菜などがある。また、本発明の一実施形態に係る光源の場合、アブラナ科の植物のうちケールに適用され得る。本発明の一実施形態に係る植物の種類は、これにのみ限定されるのではなく、他の種にも適用可能であることは当然である。以下では、説明の便宜のために、アブラナ科の植物のうち、特にケールに本発明の一実施形態に係る光源を適用したことを一例として説明する。
【0024】
【0025】
本発明は、植物栽培用光源に関するものであって、植物栽培用光源は、植物に光を提供する複数個の発光素子を含む。本発明の一実施形態において、光源は、２個以上の発光素子を含み得るが、以下では、光源が２個である場合を一例として説明する。しかし、各発光素子の個数は、これに限定されず、３個以上で提供されてもよい。
【0026】
図１及び図２を参照すると、植物栽培用光源モジュール１００は、植物が必要な光を出射する光源３０と、前記光源３０を制御する制御部４０と、前記光源３０及び／又は制御部４０に電源を提供する電源供給部５０とを含む。
【0027】
光源３０は、互いに異なる波長にスペクトルのピークを有する第１及び第２光源３１、３３を含むことができる。前記第１及び第２光源３１、３３のうち少なくとも一つは、植物の有効成分の合成のためにスペクトルのピークが紫外線波長帯域に位置し得る。以下では、第１光源３１が紫外線波長帯域に位置することを一例として説明する。
【0028】
第１光源３１は、紫外線波長帯域の光を出射することができる。前記第１光は、ピークが約２８０ｎｍから約３００ｎｍの波長帯域内にあってもよい。本発明の一実施形態において、前記第１光は、半値幅が約３０ｎｍ以下の値を有するシャープなピーク波長を有することができる。
【0029】
第１光源３１は、第２光源３３と異なる波長帯域の光を出射することができる。本発明の一実施形態において、第１光源３１は、紫外線波長帯域、特に、紫外線Ｂ波長帯域の光を出射することができる。第１光源３１は、植物内の有効成分の含量を増加させるための光に該当する。第１光源３１も、必要によって単数又は複数個の発光ダイオードを含むことができる。
【0030】
第２光源３３は、第１光源３１と異なる波長帯域の光を出射することができる。前記第２光は、ピークが約３１０ｎｍから約３９０ｎｍの波長帯域内にあってもよい。例えば、前記第２光は、ピークが約３１５ｎｍにあってもよく、又は約３８５ｎｍにあってもよい。本発明の一実施形態において、前記第２光は、半値幅が約３０ｎｍ以下の値を有するシャープなピーク波長を有することができる。
【0031】
本発明の一実施形態において、第２光源３３は、紫外線波長帯域の光を出射し、紫外線Ａや、紫外線Ａと紫外線Ｂの境界と隣接した波長帯域の光を出射することができる。第２光源３３も、植物内の有効成分の含量を増加させるための光に該当し、また、必要によって単数又は複数個の発光ダイオードを含むことができる。
【0032】
第１光源３１と第２光源３３は独立して駆動してもよい。これによって、第１光源３１及び第２光源３３のうちいずれか一つの光源のみがオンになってもよく、又は第１及び第２光源３１、３３の全てがオン又はオフになってもよい。本発明の一実施形態において、第１光源３１及び第２光源３３は、独立してオン／オフして、所定のスペクトルを有する光を植物に提供することができる。植物は、生長時期によって、明周期であるのか、それとも暗周期であるのかによって、又は収穫時期によって、光源から、すなわち、第１及び第２光源３１、３３から多様な形態で光を受ける。第１及び第２光源３１、３３を含む光源から出射された光は、有効成分の種類や含量によって多様な形態に調節され得る。
【0033】
ここで、有効成分は、植物に照射する光の波長帯域、強度、及び照射時期によってその種類及び含量が多様に変わり得る。例えば、有効成分が第１有効成分と、前記第１有効成分と異なる第２有効成分とを含むとしたとき、前記第１有効成分が前記第２有効成分と異なる程度で前記植物内に含有されるように前記第１光及び前記第２光の波長、照射強度及び光の照射時期のうち少なくとも一つが調節され得る。
【0034】
このとき、前記第１光は第１区間に照射され、前記第２光は第２区間に照射されるとき、前記植物内に前記第１有効成分の量が前記第２有効成分の量より多くなるように前記第２区間が前記第１区間より先行したり、前記植物内に前記第２有効成分の量が前記第１有効成分の量より多くなるように前記第１区間が前記第２区間より先行し得る。言い換えると、まず、所定の波長帯域の光（例えば、第１光）を一定時期に植物に照射し、次に、他の波長帯域の光（例えば、第２光）を照射する場合、光が照射された植物内に所定の有効成分（例えば、第２有効成分）の量が他の有効成分の量より多く合成可能であり、その逆も可能である。
【0035】
本発明の一実施形態において、前記有効成分は、ケンペロール類、ヒドロケイ皮酸類、フラボノール、アントシアニンなどの物質であってもよい。本発明の一実施形態では、特に、前記有効成分は、ケンペロール類及びヒドロケイ皮酸類のうちいずれか一つであってもよい。
【0036】
第１光源３１及び第２光源３３は基板２０上に配置されてもよい。基板２０は、第１光源３１及び第２光源３３が直接実装され得る配線や回路などが形成された印刷回路基板であってもよいが、これに限定されない。基板は、第１光源３１及び第２光源３３が配置され得るものであれば十分であり、その形状や構造は特に限定されず、省略されてもよい。
【0037】
本発明の一実施形態において、制御部４０は、第１及び／又は第２光源３１、３３に接続され、第１光源３１及び第２光源３３の動作有無を制御する。制御部４０は、第１及び／又は第２光源３１、３３に有線又は無線で接続されてもよい。制御部４０には、制御部４０に電源を供給する電源供給部５０が接続される。電源供給部５０は、制御部４０を介して、又は光源に直接接続され、光源に電源を供給することができる。
【0038】
制御部４０は、第１光源３１及び第２光源３３が所定区間に所定の強度で光を出射するように第１光源３１及び／又は第２光源３３のオン／オフを制御することができる。植物が光合成を最大限効率的に行うように、第１光源３１及び第２光源３３がそれぞれ個別に動作してもよい。制御部４０は、第１及び第２光源３１、３３からの光の出射強度や出射時間などをそれぞれ独立して制御することができる。また、第１光源３１及び／又は第２光源３３が複数個の発光ダイオードを含む場合、個別の発光ダイオードを独立して制御することができる。
【0039】
制御部４０は、第１光源３１及び第２光源３３の動作を、先にセッティングされたプロセスによって、又はユーザーの入力によって制御することができる。第１光源３１及び第２光源３３の動作は、植物の種類、植物の生長時期などによって多様に変更可能である。
【0040】
図示してはいないが、本発明の一実施形態に係る植物栽培用光源は、前記光合成に使用される波長帯域の光を照射する可視光線光源をさらに含むことができる。本発明の一実施形態に係る光源が、外部光（例えば、太陽光）が提供される温室などの場所に提供される場合は、別途の可視光線光源が必要でないこともあるが、別途の外部光が提供されていない暗室などの場所に提供される場合は、別途の可視光線光源が必要である。この場合、前記光源が可視光線光源を含むことによって、植物の光合成に適切な光を提供することができる。可視光線光源が出射する光は、植物の光合成に主に使用される波長帯域の光であって、ＰＡＲ領域（Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｃｔｉｖｅ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）内の光であってもよい。ＰＡＲは、太陽光スペクトルの一部を占めており、約４００ナノメートルから約７００ナノメートルの帯域に該当する。
【0041】
可視光線光源は、光合成が可能な可視光線波長帯域の光を出射する限度内で、一つ又は複数個の発光ダイオードで具現され得る。又は、後述する所定のスペクトルの光を出射する限度内で、一つ又は複数個の発光ダイオードで具現され得る。例えば、可視光線光源は、青色と赤色を同時に出射する発光ダイオードから構成されてもよく、又は、青色波長帯域の光を出射する発光ダイオード及び赤色波長帯域の光を出射する複数個の発光ダイオードから構成されてもよい。
【0042】
図３は、本発明の一実施形態に係る発光素子として、発光ダイオードを示した図である。
【0043】
図３を参照すると、発光ダイオードは、第１半導体層２２３、活性層２２５、及び第２半導体層２２７を含む発光構造体と、発光構造体に接続された第１電極２２１及び第２電極２２９とを含むことができる。
【0044】
第１半導体層２２３は、第１導電型ドーパントがドーピングされた半導体層である。第１導電型ドーパントはｐ型ドーパントであってもよい。第１導電型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどであってもよい。本発明の一実施形態において、第１半導体層２２３は、窒化物系半導体材料を含むことができる。本発明の一実施形態において、第１半導体層２２３の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどを挙げることがきる。
【0045】
活性層２２５は、第１半導体層２２３上に設けられ、発光層に該当する。活性層２２５は、第１半導体層２２３を介して注入される電子（又は正孔）と、第２半導体層２２７を介して注入される正孔（又は電子）とが互いに出合い、活性層２２５の形成物質によるエネルギーバンド（Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｎｄ）のバンドギャップ（Ｂａｎｄ Ｇａｐ）差によって光を放出する層である。
【0046】
活性層２２５は、化合物半導体で具現され得る。活性層２２５は、例として、３族－５族又は２族－６族の化合物半導体のうち少なくとも一つで具現され得る。
【0047】
第２半導体層２２７は、活性層２２５上に設けられる。第２半導体層２２７は、第１導電型ドーパントと反対の極性を有する第２導電型ドーパントを有する半導体層である。第２導電型ドーパントはｎ型ドーパントであってもよいので、第２導電型ドーパントは、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ、Ｃなどを含むことができる。
【0048】
本発明の一実施形態において、第２半導体層２２７は、窒化物系半導体材料を含むことができる。第２半導体層２２７の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮなどを挙げることができる。
【0049】
第１電極２２１及び第２電極２２９は、それぞれ第１半導体層２２３及び第２半導体層２２７と接続されるように多様な形態で設けられ得る。本実施形態では、第１半導体層２２３の下部に第１電極２２１が設けられ、第２半導体層２２７の上部に第２電極２２９が設けられた場合を示したが、これに限定されない。本発明の一実施形態において、第１電極２２１及び第２電極２２９は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｕなどの多様な金属又はこれらの合金からなってもよい。第１電極２２１及び第２電極２２９は、単一層又は多重層で形成されてもよい。
【0050】
本発明の一実施形態において、発光ダイオードが縦型で提供された場合を説明したが、発光ダイオードが必ず縦型である必要はなく、本発明の概念に符合する限り、他のタイプで提供されてもよい。
【0051】
本発明の一実施形態によると、試料に光を照射するために光源として、既存の一般的なランプでない発光ダイオードを使用することによって、次のような効果を得ることができる。
【0052】
本発明の一実施形態によって発光ダイオードを光源として使用する場合、既存の一般ランプ（例えば、既存の紫外線ランプ）から出射された光に比べて特定の波長の光を用いて植物を処理することができる。既存のランプから出射された光は、発光ダイオードから出射された光に比べて広い領域でブロードなスペクトルを有する。これによって、既存の紫外線ランプの場合、出射された光の波長帯域のうち一部の帯域の光のみを分離することが容易でない。これに比べて、発光ダイオードから出射された光は、特定の波長でのシャープなピークを有するように製造可能であり、既存のランプからの光に比べて半値幅が非常に狭い特定の波長の光を提供する。これによって、特定の波長の光のみが必要である場合、特定の波長の光を選択することが容易であり、その選択された特定の波長の光のみを試料に提供することができる。結果的に、ブロードな波長の光や特定の波長の光を選択できる幅が広くなる。
【0053】
また、既存のランプの場合、試料に光を提供し、光量の正確な限定が難しいことがあるが、発光ダイオードの場合、光量を明確に限定して提供することができる。また、既存のランプの場合、光量の正確な限定が難しいことがあるので、照射時間も広い範囲で設定され得るが、発光ダイオードの場合、相対的に短時間で、明確な時間内に試料に必要な光を提供することができる。
【0054】
上述したように、既存のランプの場合、相対的に広い範囲の波長、広い範囲の光量、及び広い範囲の照射時間によって光照射量の明確な判断が難しい。これに比べて、発光ダイオードの場合、相対的に狭い範囲の波長、狭い範囲の光量、及び狭い範囲の照射時間によって明確な光照射量を提供することができる。
【0055】
これに加えて、既存のランプの場合、電源をオンにした後、最大光量まで到逹するのに相当の時間がかかっていた。これに比べて、発光ダイオードを使用する場合、電源をオンにした後、ウォーミングアップ時間が実質的にほとんどなく、直ぐに最大光量まで到逹する。よって、発光ダイオード光源の場合、植物に特定の波長の光を照射するとき、光の照射時間を明確に制御することができる。
【0056】
また、発光ダイオードは、既存の蛍光灯に比べて発熱量が少なく、電力消耗が少ないだけでなく、寿命が長いので、経済的な側面で既存の蛍光灯より有利である。
【0057】
前記のような植物栽培用光源を用いて植物を栽培する場合、有効成分で表示される二次代謝産物が増進する。ここで、二次代謝産物は、多様な生理活性を帯びており、人によって摂取され、抗酸化性、坑癌性、抗炎症、抗菌性などの多様な機能を示すことができる。本実施形態では、このような有効成分を多量に含む植物を食品や医薬品に加工したり、加工せずに人間が摂取したりすることができるようにするという効果がある。
【0058】
実験例１：光照射条件１
【0059】
ケールで二次代謝産物の増進のための光の照射条件を設定するために実験を行った。
【0060】
実験は、温度２０℃、湿度６０％、可視光線発光ダイオード（Ｒｅｄ：Ｗｈｉｔｅ、９：１）、１３０μｍｏｌ／ｍ２／ｓＰＰＦＤ条件の植物工場で行った。種子成長パックに播種されたケール（「Ｍａｎｃｈｏｏ Ｃｏｌｌａｒｄ」）は、２週間栽培した後、上で言及した環境でのＤＦＴ（ｄｅｅｐ－ｆｌｏｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）水耕栽培システムに定植し、３週間栽培した。
【0061】
定植してから３週目に発光ダイオードで紫外線処理を開始した。
【0062】
光周期は、１２時間の暗周期と１２時間の明周期の順に行われ、明周期の間に紫外線の照射が行われた。
【0063】
図５Ａは、本実験例で使用した２９５ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードのスペクトルを示し、図５Ｂは、本実験例で使用した３１５ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードのスペクトルを示し、図５Ｃは、本実験例で使用した３８５ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードのスペクトルを示す。図４は、図５Ａから図５Ｃの発光ダイオードのスペクトルを共に示した図である。紫外線Ａ発光ダイオードは、３８５ｎｍのピーク波長を有し、３０Ｗ／ｍ２の強さで２日間連続的に照射した。紫外線Ｂ発光ダイオードは、３１５ｎｍと２９５ｎｍのピーク波長を有し、３１５ｎｍでは１Ｗ／ｍ２、０．３Ｗ／ｍ２の強さで照射し、２９５ｎｍでは０．３Ｗ／ｍ２、１Ｗ／ｍ２の強さで下記の表１の条件で照射した。紫外線Ｂ発光ダイオードの照射は、毎日６時間ずつ２日間行われた。
【0064】
【表1】
【0065】
実験例２：光照射後の生体重及び乾物重
【0066】
実験例１での処理条件による結果の差を確認するために、植物体の生体重を測定した。
【0067】
図６は、各条件、すなわち、処理区１から処理区６、及び対照区による生体重を示したグラフである。グラフにおいて、ｘ軸は経過時間（ｄａｙ）で、ｙ軸は生体重（ｇ）である。各グラフは、対照区（Ｃｏｎｔｒｏｌ）、処理区１（２９５－０．３Ｗ）、処理区２（２９５－１Ｗ）、処理区３（３１５－０．３Ｗ）、処理区４（３１５－１Ｗ）、処理区５（３８５－３０Ｗ）、処理区６（３８５－１Ｗ）で示した。
【0068】
図７ａから図７ｄは、対照区及び処理区による地上部と地下部の生体重及び乾物重を測定した結果のグラフであって、対照区、処理区１、処理区３から６の地上部と地下部の生体重及び乾物重を測定した図である。図７ａ及び図７ｂは、それぞれ地上部と地下部の生体重（ｇ）で、図７ｃ及び図７ｄは、それぞれ地上部と地下部の乾物重（ｇ）である。
【0069】
図６を参照すると、処理区１から処理区６の全てを対照区と比較すると、有意な差が見られなかった。ただし、処理区２（２９５－１Ｗ）の場合、３６時間が経過した後、ケールが枯死することによって追加的なデータを得ることができなかった。これに比べて、同一の波長であっても、強度を０．３に低下させた処理区１（２９５－０．３Ｗ）の場合、枯死現象が見られなかった。
【0070】
図７ａから図７ｄを参照すると、地上部の場合、対照区と比較したとき、処理区５（３８５－３０Ｗ）で有意に高い値を示し、紫外線Ｂ処理区（処理区１）で有意に低い値を示した。地下部の場合、対照区と比較したとき、処理区５（３８５－３０Ｗ）で有意に高い値を示し、処理区３や４では有意な差がなかった。
【0071】
実験例３：光照射後の有効成分含量の測定
【0072】
実験例１での処理条件による有効成分の生成結果の差を確認するために、植物体ｇ当たりのフェノール含量、植物体当たりのフェノール含量、ｇ当たりの抗酸化度、及び植物体当たりの抗酸化度を測定した。
【0073】
図８ａから図８ｄは、時間の経過（ｄ）による植物体ｇ当たりのフェノール含量（ｍｇ ＧＡＥ／ｇ ＦＷ）、植物体当たりのフェノール含量（ｍｇ ＧＡＥ／ｐｌａｎｔ）、ｇ当たりの抗酸化度（ｍＭ ＴＥＡＣ／ｇ ＦＷ）、及び植物体当たりの抗酸化度（ｍＭ ＴＥＡＣ／ｐｌａｎｔ）を示したグラフである。
【0074】
図８ａを参照すると、ほとんどの処理区では、対照区に比べて総フェノール含量で大きな差を示さなかったが、３６時間の経過後、処理区４～６（３１５－１Ｗ、３８５－３０Ｗ、３８５－Ｗ）でｇ当たりのフェノール含量が増加したことが観察された。しかし、処理区２（２９５－１Ｗ）では、３６時間の経過後に枯死し、フェノール含量を測定できなかった。
【0075】
図８ｂを参照すると、処理区２を除いた全体の処理区では、時間によって植物体当たりの総フェノール含量が増加した。ここで、３１５ｎｍ波長の光に該当する処理区３と４において、処理区３の場合は、総フェノール含量がゆっくり増加する一方で、処理区４の場合は、総フェノール含量が速く増加した。
【0076】
図８ｃを参照すると、ｇ当たりの抗酸化度は、時間によって増加する傾向を示した。ここで、紫外線Ａに該当する処理区６は、他の処理区に比べてｇ当たりの抗酸化度が低く測定された。
【0077】
図８ｄを参照すると、全体的に見たとき、対照区に比べて植物体に提供する光のエネルギーが強いほど、植物体当たりの抗酸化度が増加することを確認できた。特に、処理区５（３１５－１Ｗ）の場合、他の処理区に比べて３６時間の経過後に有意に高い植物体当たりの抗酸化度を示した。
【0078】
実験例４：光照射後のイメージ蛍光測定
【0079】
紫外線発光ダイオードで植物を処理したとき、このような処理が植物体にストレスを与えたのかどうかを間接的に評価するためにイメージ蛍光（Ｆｖ／Ｆｍ、最大光量子収率）を測定した。
【0080】
図９は、紫外線処理区６日目と８日目に測定したイメージ蛍光値である。
【0081】
図９を参照すると、蛍光値が０．８以上である場合、植物体がストレスを受けていないことを示すが、６日目に処理区２及び３を除いた処理区及び対照区で０．８以上の値を示すことによって、植物体に害になる程度のストレスを未だに受けていないことを示した。処理区２及び３の場合は、０．８以下の値を示したので、植物体に害を与える程度のエネルギー強さであることが分かり、処理区２の場合は、１Ｗのエネルギー強度で８日目以前に枯死することによって蛍光を測定することができなかった。
【0082】
実験例５：光照射条件２
【0083】
ケールで二次代謝産物の増進のための光の照射条件を設定するために実験を行った。
【0084】
実験は、温度２０℃、湿度６０％、可視光線発光ダイオード（Ｒｅｄ：Ｗｈｉｔｅ、９：１）、１３０μｍｏｌ／ｍ２／ｓＰＰＦＤ条件の植物工場で行った。種子成長パックに播種されたケール（「Ｍａｎｃｈｏｏ Ｃｏｌｌａｒｄ」）は、２週間栽培した後、上記で言及した環境でのＤＦＴ（ｄｅｅｐ－ｆｌｏｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）水耕栽培システムに定植し、３週間栽培した。
【0085】
定植してから３週目に発光ダイオードで紫外線処理を開始した。
【0086】
紫外線Ａ発光ダイオードは、３８５ｎｍのピーク波長を有し、３０Ｗ／ｍ２の強さで８日間連続的に照射した。紫外線Ｂ発光ダイオードは、３１５ｎｍと２９５ｎｍのピーク波長を有し、３１５ｎｍでは０．７Ｗ／ｍ２、０．３Ｗ／ｍ２の強さで照射し、２９５ｎｍでは０．３Ｗ／ｍ２、０．１Ｗ／ｍ２の強さで下記の表２の条件で照射した。紫外線Ｂ発光ダイオードの照射は、毎日６時間ずつ８日間行われた。
【0087】
【表2】
【0088】
実験例６：光照射後の生体重
【0089】
実験例５での処理条件による結果の差を確認するために、植物体の生体重を測定した。
【0090】
図１０は、各条件、すなわち、処理区１から処理区５、及び対照区による生体重を示したグラフである。グラフにおいて、ｘ軸は経過時間（ｄａｙ）で、各グラフは、対照区（Ｃｏｎｔｒｏｌ）、処理区１（２９５－０．１Ｗ）、処理区２（２９５－０．３Ｗ）、処理区３（３１５－０．３Ｗ）、処理区４（３１５－０．７Ｗ）、処理区５（３８５－３０Ｗ）で示した。
【0091】
図１０を参照すると、処理区１から処理区５では、いずれも対照区と比較して６日目までは有意な差がほとんど見られなかった。ただし、８日目の場合、処理区２の生体重が残りの処理区１、処理区３から処理区５、及び対照区に比べて減少したことが見いだされ、残りの処理区１、処理区３から処理区５、及び対照区では有意な差が見られなかった。
【0092】
結果的に、処理８日目を基準にして２９５ｎｍの高エネルギー（０．３Ｗ／ｍ２）が照射された処理区２を除いた残りの処理区で対照区に比べてケールの生体重の減少がないことから、２９５ｎｍ－０．１Ｗ／ｍ２、３１５ｎｍの紫外線Ｂは、生長を阻害する程度の強さで照射されていないと判断された。
【0093】
実験例７：光照射後の有効成分含量の測定
【0094】
実験例５での処理条件による有効成分の生成結果の差を確認するために、植物体ｇ当たりのフェノール含量、植物体当たりのフェノール含量、ｇ当たりの抗酸化度、及び植物体当たりの抗酸化度を測定した。
【0095】
【0096】
図１１ａを参照すると、ほとんどの処理区では、対照区に比べて総フェノール含量が高く、特に、紫外線Ｂに対応する処理区１で総フェノール含量が高く表れた。言い換えると、総フェノール含量の場合、植物体の生体重単位ｇ当たりのフェノール含量が、処理区２日目、４日目及び８日目に対照区に比べて紫外線Ｂ処理区で高い値を示すことを確認した。植物体全体の総フェノール含量は、処理６日目と８日目にはストレスを強く受けた処理区２を除いた残りの処理区のフェノール含量が増加した。
【0097】
図１１ｂを参照すると、６日目を基準にして対照区に比べて全ての処理区で高い処理値を示した。ただし、処理区２において、生体重の減少によって８日目（４８ｈ）で有意に低い植物体当たりのフェノール含量値を示した。
【0098】
図１１ｃを参照すると、各波長及びエネルギー強度が異なる場合、時間の経過によるｇ当たりの抗酸化度の推移が異なる形に表れた。植物体単位ｇ当たりの抗酸化度の場合、紫外線Ａ処理を受けたケール（処理区３から５）を対照区と比較したとき、紫外線Ｂ処理を受けるケール（処理区１、２）の処理区でより速い時間内に増加することを確認できた。より詳細には、処理区２の場合、２日目でｇ当たりの抗酸化度が最も高く表れたが、４日目や６日目には２日目よりｇ当たりの抗酸化度が減少した。処理区１の場合も、２日目と４日目の場合、相対的に高く表れた後、６日目や８日目にはｇ当たりの抗酸化度が相対的に低く表れた。これと異なり、処理区５の場合、２日目と４日目には相対的に低く表れたが、６日目と８日目にｇ当たりの抗酸化度が高く表れた。
【0099】
図１１ｄを参照すると、全体的に見たとき、対照区に比べて植物体に提供する光のエネルギーが強いほど植物体当たりの抗酸化度が増加することを確認できた。特に、処理区１の場合、２日目に植物体当たりの抗酸化度が最も高く表れた。
【0100】
図１１ａから図１１ｄを参照すると、ｇ当たりのフェノール含量及び抗酸化度は、植物体当たりのフェノール含量及び抗酸化度と照射日によって異なる様相を示した。例えば、処理区１と２を比較すると、ｇ当たりの抗酸化度は、２日目に処理区２で最も高い値を示し、処理区１では処理区２より低い値を示した。これと異なり、植物体当たりの抗酸化度の場合、２日目に処理区１で最も高い値を示し、処理区２では処理区１より低い値を示した。これに加えて、８日目には、更に異なる様相を示したが、ｇ当たりの抗酸化度は、処理区１で最も高い値を示し、処理区２では処理区１より遥かに低い値を示した。その一方で、植物体当たりの抗酸化度の場合、８日目に処理区２より高い値を示した。このように、ｇ当たりの有効成分の含量と植物体当たりの有効成分の含量が光照射時間及び光照射強度によって互いに異なる値を示すことを確認できた。本実施例において、ｇ当たりの有効成分の含量と植物体当たりの有効成分の含量とが互いに異なる点を考慮すると、個体が小さくても単位ｇ当たりの有効成分の生産量がさらに高い場合がある。狭い面積でより多い個体を収穫できるので、状況によっては、個体が小さい植物における有効成分の含量が高い場合は、有効成分を収得することが、個体が大きい場合よりも容易になり得る。
【0101】
実験例８：光照射後のイメージ蛍光測定
【0102】
紫外線発光ダイオードで植物を処理したとき、このような処理が植物体にストレスを与えたかどうかを間接的に評価するためにイメージ蛍光（Ｆｖ／Ｆｍ、最大光量子収率）を測定した。
【0103】
図１２は、紫外線処理区２日目、４日目、及び８日目に測定したイメージ蛍光値である。
【0104】
蛍光値が０．８以上である場合、植物体がストレスを受けていないことを示すが、２日目には全ての処理区と対照区で０．８以上の値を示すことによって、植物体に害になる程度のストレスを未だに受けていないことを示した。しかし、４日目と８日目の場合、処理区２と処理区５で０．８以下の値を示したので、植物体に害を与える程度のエネルギー強さであることが分かった。
【0105】
実験例９：光照射後の代謝体分析（２日目）
【0106】
紫外線Ａと紫外線Ｂをそれぞれ処理したとき、紫外線Ｂの刺激でのみ生成される特定の生理活性物質を確認するために代謝体分析を実施した。
【0107】
ここで、処理区及び対照区の条件は、次の表３の通りであり、他の条件は上述した各実施例と同一であった。
【0108】
【表3】
【0109】
処理が持続されるにつれて処理区別にグループ化され、これは、他のグループの代謝産物が生合成されたことを意味する。
【0110】
図１３は、代謝体分析結果を示した図であって、図１３ａは、ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を示し、図１３ｂは、ＰＬＳ－ＤＡ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を示した図である。２日目でのグループ間のＰＣＡ（主成分分析）結果、ＰＣ１（９．５％）によって［対照区、処理区１（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ）、処理区２（２９５ｎｍ＋０．３Ｗ）］と［処理区４（３１５＋０．７Ｗ）、処理区５（ＵＶ－Ａ）］とに区分されることを確認できた。また、ＰＬＳ－ＤＡを通じて５つのグループ内の相違する代謝体を確認できた。（ＶＩＰ＞１．０）本実験例において、ＬＴＱ－ＩＴ－ＭＳ分析が行われ、このために、合計１５０個のケール（個体当たり約０．５ｇ）を用いた。
【0111】
実験例１０：光照射後の植物体内の代謝体同定結果（２日目）
【0112】
実験例９で説明したように、ＰＬＳ－ＤＡを通じて２日内に５つの処理区の相違する代謝体を確認（ＶＩＰ＞１．０、ｐ－ｖａｌｕｅ＜０．０５）し、次に、ケンペロールグリコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ ｇｌｙｃｏｓｉｄｅｓ）、ヒドロケイ皮酸（ｈｙｄｒｏｘｙｃｉｎｎａｍｉｃ ａｃｉｄｓ）系列を含む合計２１個の代謝体を同定した。表４は、代謝体の同定結果である。
【0113】
【表4】
【0114】
実験例１１：光照射後の植物体内の代謝体分析（２日目）
【0115】
【0116】
以下の各実施例において、各グラフのｘ軸は、対照区、処理区１、処理区２、処理区３、及び処理区４を順次に示したものであって、対照区、処理区１、処理区２、処理区３、処理区４は、それぞれＣｏｎｔｒｏｌ、２９５ｎｍ＋０．１Ｗ、２９５ｎｍ＋０．３Ｗ、３１５ｎｍ＋０．７Ｗ、及びＵＶ－Ａで表示した。
【0117】
ＰＬＳ－Ｄを通じて相違する代謝体を分析した結果、ケンペロール（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ）系列のケンペロール－３－Ｏ－カフェオイル－ソホロシド－７－Ｏ－Ｋ－グルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－Ｏ－ｃａｆｆｅｏｙｌ－ｓｏｐｈｏｒｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－Ｋ－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）は、対照区に比べて２９５ｎｍ処理区と紫外線Ａ処理区で、ケンペロール－３－Ｏ－トリグルコシド－７－Ｏ－Ｄ－ジグルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－Ｏ－ｔｒｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－Ｄ－ｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）は、２９５ｎｍ処理区でのみ増加した。ケンペロール－３－Ｏ－ソホロトリオシド－７－Ｏ－ソホロシド－ジ－シナピン酸（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－Ｏ－ｓｏｐｈｏｒｏｔｒｉｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－ｓｏｐｈｏｒｏｓｉｄｅ－ｄｉ－ｓｉｎａｐｉｃ ａｃｉｄ）は、一部の処理区（処理区１）では対照区に比べて含量が高い傾向を示したが、残りの一部の処理区では、対照区に比べて含量が類似したり低い傾向も共に示した。ケンペロール－３－Ｏ－ソホロトリオシド－７－Ｏ－グルコシド－フェルラ酸／シナピン酸（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－Ｏ－ｓｏｐｈｏｒｏｔｒｉｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－ｆｅｒｕｌｉｃ／ｓｉｎａｐｉｃ ａｃｉｄ）は、２９５ｎｍ＋０．１Ｗで含量の高い傾向があり、ケンペロール－３－Ｏ－シナポイルフェルロイルトリグルコシド－７－Ｏ－グルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－Ｏ－ｓｉｎａｐｏｙｌｆｅｒｕｌｏｙｌｔｒｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）は、２９５ｎｍ＋０．１Ｗで対照区に比べて増加したことを確認した。ヒドロキシケイ皮酸（Ｈｙｄｒｏｘｙｃｉｎｎａｍｉｃ ａｃｉｄｓ）系列の場合、１，２－ジシナポイルゲンチオビオシド（１，２－Ｄｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｉｄｅ）、１－シナポイル－２－フェルロイルゲンチオビオース（１－ｓｉｎａｐｏｙｌ－２－ｆｅｒｕｌｏｙｌ ｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）、１，２－ジフェルロイルゲンチオビオース（１，２－ｄｉｆｅｒｕｌｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）、１，２，２'－トリシナポイルゲンチオビオシド（１，２，２'－Ｔｒｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｉｄｅ）、２－フェルロイル－１，２'－ジシナポイルゲンチオビオース（２－Ｆｅｒｕｌｏｙ１－１，２'－ｄｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）は、いずれも紫外線Ｂの２９５ｎｍ処理区で対照区に比べて増加する傾向を示したが、３１５ｎｍ＋０．７Ｗ、ＵＶ－Ａでは対照区に比べて減少したり類似する結果を示した。
【0118】
＜２日目の代謝体分析結果評価＞
【0119】
前記のように、ケンペロール系列は、概して紫外線Ｂ処理区（処理区１（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ）及び処理区２（２９５ｎｍ＋０．３Ｗ））では、対照区に比べて増加する傾向を示し、残りの二つの処理区（処理区３（３１５ｎｍ＋０．７Ｗ）及び処理区４（ＵＶ－Ａ））では、対照区に比べて減少したり類似する結果を示した。
【0120】
ヒドロケイ皮酸系列は、ケンペロール系列と同様に、紫外線Ｂ処理区では対照区に比べて増加する結果を示し、残りの二つの処理区では対照区に比べて減少したり類似する傾向を示すことを確認した。
【0121】
実験例１２：光照射後の代謝体分析（８日目）
【0122】
紫外線Ａと紫外線Ｂをそれぞれ処理したとき、紫外線Ｂの刺激でのみ生成される特定の生理活性物質を確認するために８日目に代謝体分析を実施した。ここで、処理区及び対照区の条件は、８日目であることのみが異なり、２日目の代謝体分析と同一であった。
【0123】
図１７は、代謝体分析結果を示した図であって、図１７ａは、ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を示し、図１７ｂは、ＰＬＳ－ＤＡ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を示した図である。８日目でのグループ間のＰＣＡ（主成分分析）結果、ＰＣ１（１５．９％）によって［対照区（ｃｏｎｔｒｏｌ）、処理区１（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ）］と［（処理区３（３１５ｎｍ＋０．７Ｗ）、処理区４（紫外線Ａ）］とに区分されることを確認できた。また、ＰＬＳ－ＤＡを通じて、４つのグループ内の相違する代謝体を確認（ＶＩＰ＞１．０）できた。本実験例において、ＬＴＱ－ＩＴ－ＭＳ分析が行われ、このために、合計１５０個のケール（個体当たり約０．５ｇ）を用いた。
【0124】
実験例１３：光照射後の植物体内の代謝体同定結果（８日目）
【0125】
ＰＬＳ－ＤＡを通じて８日内に４つの処理区（Ｃｏｎ／２９５＋０．１Ｗ／３１５＋０．７Ｗ／ＵＶ－Ａ）の相違する代謝体を確認（ＶＩＰ＞１．０、ｐ－ｖａｌｕｅ＜０．０５）し、次に、ケンペロールグリコシド及びヒドロケイ皮酸系列を含む合計１８個の代謝体を同定した。表５は、代謝体の同定結果である。
【0126】
【表5】
【0127】
実験例１４：光照射後の植物体内の代謝体同定結果（８日目）
【0128】
【0129】
図１８ａから図１８ｇを参照すると、紫外線Ｂ処理をした処理区２（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ）では、対照区に比べてケンペロールの含量が増加する傾向を示し、処理区３（３１５ｎｍ＋０．７Ｗ）では、対照区と類似したり減少し、処理区３（ＵＶ－Ａ）では、対照区に比べてケンペロールの含量が減少した。
【0130】
【0131】
より詳細には、８日目には、［対照区、２９５ｎｍ＋０．１Ｗ］と［３１５＋０．７Ｗ、ＵＶ－Ａ］とに区分され、代謝体を分析した結果、ケンペロール（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ）系列では、ケンペロール－３－カフェオイルジグルコシド－７－Ｏ－ジグルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－ｃａｆｆｅｏｙｌｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－ｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、ケンペロール－３－（２－カフェオイルソホロシド）７－グルコシド （Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－（２－ｃａｆｆｅｏｙｌｓｏｐｈｏｒｏｓｉｄｅ）７－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、ケンペロール－３－シナポイル－ジグルコシド－７－ジグルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－ｓｉｎａｐｏｙｌ－ｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－ｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、ケンペロール－３－シナポイル－ジグルコシド－７－グルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－ｓｉｎａｐｏｙｌ－ｄｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、ケンペロール－３－（２－フェルロイルソホロシド）７－グルコシド（Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－（２－ｆｅｒｕｌｏｙｌｓｏｐｈｏｒｏｓｉｄｅ）７－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、ケンペロール－３－Ｏ－ソホロトリオシド－７－Ｏ－ソホロシド－フェルラ酸／シナピン酸（Ｋａｅｍｐｆｒｏｌ－３－Ｏ－ｓｏｐｈｏｒｏｔｒｉｏｓｉｄｅ－７－Ｏ－ｓｏｐｈｏｒｏｓｉｄｅ－ｆｅｒｕｌｉｃ／ｓｉｎａｐｉｃ ａｃｉｄ）、ケンペロール－３－ジシナポイルトリグルコシド－７－グルコシド （Ｋａｅｍｐｆｅｒｏｌ－３－ｄｉｓｉｎａｐｏｙｌｔｒｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ－７－ｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）の７つの物質は、いずれも２９５ｎｍ＋０．１Ｗで対照区に比べて増加する傾向を示した。ヒドロキシケイ皮酸（Ｈｙｄｒｏｘｙｃｉｎｎａｍｉｃ ａｃｉｄｓ）系列では、シナポイル－フェルロイル－トリグルコシド （ｓｉｎａｐｏｙｌ－ｆｅｒｕｌｏｙｌ－ｔｒｉｇｌｕｃｏｓｉｄｅ）、１，２－ジシナポイルゲンチオビオース（１，２－Ｄｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）、２－フェルロイル－１－シナポイルゲンチオビオース（２－Ｆｅｒｕｌｏｙｌ－１－ｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）、１，２，２'－トリシナポイルゲンチオビオシド（１，２，２'－Ｔｒｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｉｄｅ）、２－フェルロイル－１，２'－ジシナポイルゲンチオビオース（２－Ｆｅｒｕｌｏｙｌ－１，２'－ｄｉｓｉｎａｐｏｙｌｇｅｎｔｉｏｂｉｏｓｅ）は、紫外線波長が長いほど減少する傾向を確認できた。
【0132】
＜８日目の代謝体分析結果評価>
【0133】
前記のように、ケールの全体ＰＣＡ結果、時間別の流れによって変化する様相が確認され、８日目の時期の処理区で他の時期に比べて発光ダイオード処理によって区分される結果を示した。８日目の４つの処理区間のＰＣＡ結果、ＰＣ１（１５．９％）によって［ｃｏｎｔｒｏｌ、２９５ｎｍ＋０．１Ｗ］と［３１５ｎｍ＋０．７Ｗ、ＵＶ－Ａ］に区分された。
【0134】
ＰＬＳ－ＤＡを通じて相違する代謝体を分析し、合計１８個の代謝体を同定した。ケンペロール系列は、紫外線Ｂ処理区（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ）で対照区に比べて増加する傾向を示し、残りの二つの処理区［３１５ｎｍ＋０．７Ｗ、ＵＶ－Ａ］では、対照区に比べて減少したり類似する結果を示した。ヒドロケイ皮酸系列は、発光ダイオード処理及び強度によって対照区で全体的に減少することを確認した。
【0135】
上述した全体の実験例を見ると、栽培中のケールに紫外線Ｂを照射したとき、一部の処理区（２９５ｎｍ＋０．１Ｗ、３１５ｎｍ＋０．３Ｗ、３１５ｎｍ＋０．７Ｗ）でケールの生長が減少することなく、機能性物質（総フェノール含量、抗酸化度）が増大する結果を得ることができ、特に、紫外線Ｂ領域で２９５ｎｍを照射する場合、紫外線Ａと異なる生理活性物質が生成されることを確認できた。これを通じて、紫外線Ｂが照射されたケールのみの機能性物質が増大する結果を得ることができた。
【0136】
また、紫外線Ｂ発光ダイオードを照射する場合、２９５ｎｍの波長帯で０．３Ｗの強さが植物体に害を与えるストレスになった一方で、０．１Ｗの強さは、植物の生理活性物質の生合成増進のための照射条件であることを確立できた。
【0137】
＜本発明の一実施例に係る光源の活用＞
【0138】
本発明の一実施形態に係る光源は、植物栽培用に使用され得るので、光源が設置された植物工場、植物栽培装置、温室などに適用され得る。
【0139】
図２１は、本発明の一実施形態に係る栽培装置を概念的に示した図である。図２１に示した栽培装置は、一例として小型栽培装置を示したものであって、これに限定されない。特に、本発明の一実施形態に係る栽培装置は、大規模植物工場にも使用され得るが、本実施形態では、一例として小型栽培装置を説明する。
【0140】
図２１を参考にすると、本発明の一実施形態に係る栽培装置１００は、植物を育てることができる内部空間を有するハウジング６０と、前記ハウジング６０内に設けられ、光を出射する光源３０とを含む。
【0141】
ハウジング６０は、内部に植物が提供され、育ち得る空間をその内部に提供する。ハウジング６０は、外部の光を遮断できるボックス形態で提供されてもよい。本発明の一実施形態において、ハウジング６０は、上部方向に開口された下部ケース６１と、下部方向に開口された上部ケース６３とを含むことができる。下部ケース６１と上部ケース６３は、外部光を遮断するボックス形態になるように締結されてもよい。
【0142】
下部ケース６１は、底部と、底部から上向きに延長された側壁部とを含む。上部ケース６３は、カバー部と、カバー部から下向きに延長された側壁部とを含む。下部ケース６１と上部ケース６３の各側壁部は、互いに噛み合って締結される構造を有することができる。下部ケース６１と上部ケース６３は、ユーザーの意図によって締結又は分離することができ、これによって、ユーザーがハウジング６０を開放又は閉鎖することができる。
【0143】
ハウジング６０は、多様な形状、例えば、大体直方体の形状を有することができ、又は円筒形状を有することができる。しかし、ハウジング６０の形状は、これに限定されなく、これと異なる形状で提供されてもよい。
【0144】
ハウジング６０は、内部に提供された植物が生長できる環境を提供する。ハウジング６０には、複数個の植物が提供されて生長する場合にも、これを収容できる大きさで提供され得る。併せて、ハウジング６０の大きさは、植物栽培装置１００の用途によって変わり得る。例えば、植物栽培装置１００が家庭で使用する小規模植物栽培に用いられる場合、ハウジング６０は相対的に小さくてもよい。植物栽培装置１００が商業的に植物を栽培して販売する際に使用される場合、ハウジング６０は相対的に大きくてもよい。
【0145】
本発明の一実施例において、ハウジング６０は、ハウジング６０の外側の光がハウジング６０の内部に入り込まないように光を遮断することができる。よって、ハウジング６０の内部には、外部と隔離された暗室環境が提供され得る。これによって、外部の光が必要以上にハウジング６０の内部に提供された植物に照射されることを防止することができる。特に、ハウジング６０は、外部の可視光線が植物に照射されることを防止することができる。ただし、場合によっては、ハウジング６０は、一部がオープンになり、外部の光をそのまま受けられるように設計されてもよい。
【0146】
本実施例において、ハウジング６０内の空間は一つで提供されてもよい。しかし、これは、説明の便宜のためのものであって、複数個の区域に分離されてもよい。すなわち、ハウジング６０内には、ハウジング６０内の空間を多数個に分ける各隔壁が設けられてもよい。
【0147】
光源は、ハウジング６０内の空間の植物に光を提供する。光源は、上部ケース６３や下部ケース６１の内面上に設けられる。本発明の一実施例において、光源は、上部ケース６３のカバー部上に提供されてもよい。本実施例では、一例として、上部ケース６３のカバー部の内面上に光源が設けられたことを示したが、これに限定されない。例えば、本発明の他の実施例において、光源は、上部ケース６３の側壁部上に設けられてもよい。又は、本発明の更に他の実施例において、光源は、下部ケース６１の側壁部に設けられてもよく、例えば、側壁部の上端に設けられてもよい。又は、本発明の更に他の実施例において、光源は、上部ケース６３のカバー部、上部ケース６３の側壁部、及び下部ケース６１の側壁部のうち少なくとも１ヶ所に設けられてもよい。
【0148】
ハウジング６０内の空間には、植物が栽培されやすいように、例えば、水耕栽培が容易になるように栽培台７０が設けられてもよい。栽培台７０は、ハウジング６０の底部から上部方向に離隔して配置された板状のプレート７１からなってもよい。プレート７１には、一定の大きさの貫通孔７３が設けられてもよい。栽培台７０は、プレート７１の上面に植物が置かれて育つようにするためのものであって、水を供給したとき、供給された水が排水され得るように複数個の貫通孔７３を有することができる。貫通孔７３は、植物が下部に流されないようにする大きさで設けられてもよい。例えば、貫通孔７３の直径は、植物より小さくてもよい。栽培台７０と下部ケース６１の底部との間の空間は、排水された水が貯蔵される水槽として機能することができる。これによって、栽培台７０の貫通孔７３を介して下部に排水された水は、下部ケース６１の底部と栽培台７０との間の空間に貯蔵され得る。
【0149】
しかし、本発明の一実施例によると、イネ科植物は、水耕栽培以外の方法でも栽培可能であり、この場合、ハウジング６０内の空間には、イネ科植物に必要な水分及び／又は養分が供給できるように水、培地、土などが提供されてもよく、このとき、ハウジング６０はコンテナとして機能することができる。培地や土などには、植物が育つことができる養分、例えば、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉄（Ｆｅ）などを含むことができる。植物は、その種類によって培地内に埋まった形態で提供されてもよく、培地の表面上に置かれた形態で提供されてもよい。
【0150】
栽培台７０の大きさ及び形態は、ハウジング６０の形態及び第１光源と第２光源の提供形態によって変わり得る。栽培台７０の大きさ及び形態は、栽培台７０上に提供された植物が第１光源及び第２光源から照射される光の照射範囲内に入ってくるように構成されてもよい。
【0151】
ハウジング６０内には、植物に水分を供給する水分供給装置が設けられてもよい。水分供給装置は、ハウジング６０の上端、例えば、上部ケース６３のカバー部の内面上に設けられ、ハウジング６０の栽培台７０上に水を噴射する形態で構成されてもよい。ただし、水分供給装置の形態は、上述したものに制限されず、ハウジング６０の形状及び栽培台７０の配置形態によって変わり得る。また、別途の水分供給装置を用いることなく、ユーザーがハウジング６０内に直接水分を供給することもできる。
【0152】
水分供給装置は、一つ又は複数個設けられてもよい。水分供給装置の個数は、ハウジングの大きさによって変わり得る。例えば、相対的に小さい家庭用植物栽培装置の場合、ハウジングが小さいので、一つの水分供給装置が設けられてもよい。その一方で、相対的に大きい商業用植物栽培装置の場合、ハウジングが大きいので、複数個の水分供給装置が設けられてもよい。しかし、水分供給装置の個数は、これに限定されず、多様な個数で多様な位置に設けられ得る。
【0153】
水分供給装置は、ハウジング６０に設けられた水槽又はハウジング６０の外部の水栓に接続されてもよい。併せて、水分供給装置は、水中に浮遊する汚染物質が植物に提供されないようにろ過装置をさらに含むことができる。ろ過装置は、活性炭、不織布などのフィルターを含むことができ、これによって、ろ過装置を経た水は浄水されたものになり得る。ろ過装置は、場合によって光照射フィルターをさらに含むことができるが、光照射フィルターは、紫外線などを水に照射し、水中に存在する細菌、バクテリア、カビ胞子などを除去することができる。水分供給装置が上述した各ろ過装置を含むことによって、水を再活用したり雨水などを直ぐ栽培に使用する場合にも、ハウジング６０の内部及び植物が汚染するおそれがない。
【0154】
水分供給装置から提供される水は、別途の養分がなくても水自体（例えば、精製水）でのみ提供されてもよいが、これに限定されず、植物の生長に必要な養分を含むことができる。例えば、水には、ポタシウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉄（Ｆｅ）などの物質や、ナイトレート（Ｎｉｔｒａｔｅ）、ホスフェート（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、サルフェート（Ｓｕｌｆａｔｅ）、クロライド（Ｃｌ）などが含有されてもよい。例えば、サックス（Ｓａｃｈｓ）液、クノップ（Ｋｎｏｐ）液、ホーグランド（Ｈｏａｇｌａｎｄ）液、ヒューイット（Ｈｅｗｉｔｔ）液などが水分供給装置から供給されてもよい。
【0155】
本発明の一実施形態によると、前記光源を用いて植物を栽培することができる。
【0156】
本発明の一実施形態に係る植物の栽培方法は、植物を発芽させる段階と、前記発芽された植物に可視光線波長帯域の光を提供する段階とを含むことができる。植物に提供される光は、上述した各実施形態による各光源から出射されたものであって、前記可視光線波長帯域の光は、光スペクトルが異なる第１から第４光のうち少なくとも二つの光、又は三つの光を含むことができる。
【0157】
以上では、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野で熟練した当業者又は該当の技術分野で通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更可能であることを理解できるだろう。
【0158】
したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるのではなく、特許請求の範囲によって定められるべきであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図7d】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図8d】
【図9】
【図10】
【図11a】
【図11b】
【図11c】
【図11d】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図14d】
【図14e】
【図15a】
【図15b】
【図15c】
【図15d】
【図15e】
【図16a】
【図16b】
【図16c】
【図16d】
【図16e】
【図16f】
【図16g】
【図16h】
【図16i】
【図16j】
【図16k】
【図17a】
【図17b】
【図18a】
【図18b】
【図18c】
【図18d】
【図18e】
【図18f】
【図18g】
【図19a】
【図19b】
【図19c】
【図19d】
【図19e】
【図20a】
【図20b】
【図20c】
【図20d】
【図20e】
【図20f】
【図21】
【国際調査報告】