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WO2009066751A4 - 育成方法、生産方法及び照明装置 - Google Patents

育成方法、生産方法及び照明装置 Download PDF

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WO2009066751A4
WO2009066751A4 PCT/JP2008/071195 JP2008071195W WO2009066751A4 WO 2009066751 A4 WO2009066751 A4 WO 2009066751A4 JP 2008071195 W JP2008071195 W JP 2008071195W WO 2009066751 A4 WO2009066751 A4 WO 2009066751A4
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light
emitting element
led light
light emitting
plant
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聖一 岡崎
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14—Measures for saving energy, e.g. in green houses

Definitions

  • the present invention relates to a breeding method, a production method, and a lighting device, and more particularly to a breeding method by a lighting device in which a light emitter module capable of irradiating a plant with light is disposed on a substrate.
  • Patent Document 1 there is a lighting device used for growing plants.
  • the lighting device specifically described in Patent Document 1 includes a light emitting device such as a fluorescent lamp in which a light source is disposed so as to radiate light of two or more colors radially with respect to the central axis. Is rotated about the central axis as a rotation axis, and it is possible to select the wavelength of light to be irradiated to the object to be irradiated called a plant.
  • Patent Document 1 also shows that an LED is used instead of a fluorescent lamp.
  • the inventor of the present application has created a LED incubator for education site or research site as shown in FIG. 16 in addition to the plant cultivation LED illuminator for education site or research site as shown in FIG. There is.
  • the controller is also shown in FIG. 15 (B) and FIG. 16 (B), respectively.
  • Patent Document 2 As a lighting device using an LED, there is also one as shown in Patent Document 2.
  • the rotation mechanism is indispensable if it is rotated and irradiated with light of different wavelength, and there is not only structural restriction, but also the positional relationship between the light emitting device and the object to be irradiated. The constraints of were also large.
  • the plant-cultured LED illuminator and the LED incubator according to the inventor of the present invention are not for commercial use or mass production because they are devices for education and research.
  • so-called bullet type LEDs are used, and there are still insufficient points. That is, in the case of a bullet type LED, little light from the chip is collected by a dome lens to give directivity. As a result, if the directivity is made narrow because the intensity of light emission is insufficient, the direction of high luminance can be achieved, but in the case where a plurality of shell type LEDs are arranged by enlarging the device for commercial etc. There was also a problem that the unevenness of the light became apparent.
  • LED of the same color is arrange
  • the present invention uses a lighting device that can easily emit light of different wavelengths whose intensity is sufficiently high by the LED with more advanced power saving, and is also suitable for special applications such as cultivation of commercial plants.
  • the purpose is to provide a training method etc.
  • the invention according to claim 1 is a growing method by a lighting device in which a light emitter module capable of irradiating a plant with light is disposed on a substrate, wherein the light emitter module is configured to emit light of a first wavelength range. It has at least a first LED light emitting element that emits light and a second LED light emitting element that emits light in a second wavelength range, and the first LED light emitting element and the second LED light emitting element are adjacent to each other Light emitted from the first LED light emitting element at a predetermined timing, the light being emitted from the second LED light emitting element. Is irradiated to the plant, or the plant is irradiated with light by the first LED light emitting element and the second LED light emitting element emitting light.
  • the invention according to claim 2 is a production method for producing a natural fruit by growing a light emitter module capable of irradiating a light to a plant with a lighting device disposed on a substrate, wherein the light emitter module is At least a first LED light emitting element that emits light in a first wavelength range, and a second LED light emitting element that emits light in a second wavelength range;
  • the second LED light emitting element is disposed adjacent to each other and controlled independently of each other, and light is emitted to the plant by the first LED light emitting element emitting light at a predetermined timing, and the second light emitting element
  • the plant emits light emitted by the LED light-emitting element to the plant, or the plant emits light by emitting light from the first LED light-emitting element and the second LED light-emitting element, and photosynthesis of the plant
  • promote light morphogenesis to produce natural fruits
  • the invention according to claim 3 is a lighting device in which a light emitter module is disposed on a substrate, wherein the light emitter module comprises a first LED light emitting element for emitting light in a first wavelength range and a second wavelength And at least a second LED light emitting element for emitting light in the range, and the first LED light emitting element and the second LED light emitting element are disposed adjacent to each other.
  • the first LED light emitting element emits red light
  • the second LED light emitting element emits blue light and is disposed in the light emitter module.
  • the area ratio of the light emitting surface is adjusted to be 3 to 1 with respect to the number of the first LED light emitting elements and the number of the second LED light emitting elements.
  • the invention according to claim 5 is the device according to claim 3 or 4, further comprising control means for independently controlling the light emission of the first LED light emitting element and the light emission of the second LED light emitting element.
  • the directivity of light emission of the first LED light emitting element and the light emission of the second LED light emitting element is planar directivity.
  • the substrate has a substantially U-shaped cross section with a predetermined taper angle, and the light emitting module is disposed on the bottom of the substrate. Be placed.
  • the substrate is a metal base substrate.
  • the wavelength range in which the first LED light emitting element emits light is preferably in the range of 625 nm to 690 nm, further preferably 640 nm, from the viewpoint of photosynthesis and formation of light morphology.
  • the range of 660 nm is more preferable, and the wavelength range in which the second LED light emitting element emits is preferably in the range of 420 nm to 490 nm, and more preferably in the range of 460 nm to 470 nm.
  • the plant can be irradiated with red light having a large effect on photosynthesis, and the plant can be irradiated with blue light having a large effect on normal morphogenesis of leaves.
  • the light emitting module includes a first LED light emitting element for emitting light in a first wavelength range and a second LED light emitting element for emitting light in a second wavelength range. At least the first LED light emitting element and the second LED light emitting element are disposed adjacent to each other and controlled independently of each other, and the first LED light emitting element emits light at a predetermined timing. Irradiating a plant with light, irradiating the plant with light emitted by the second LED light emitting element, or irradiating the plant with light due to the first LED light emitting element and the second LED light emitting element emitting light; Thus, it is possible to easily obtain results in special applications such as cultivation of commercial plants by light of sufficiently different wavelengths with sufficient strength.
  • the plants are irradiated with light by emitting light from the first LED light emitting element and the second LED light emitting element to promote photomorphogenesis in addition to the photosynthesis of the plant to thereby produce a natural fruit. Can be produced, and a great effect can be obtained in commercial plant cultivation.
  • the first LED light emitting element for emitting the light of the first wavelength range and the second LED light emitting element for emitting the light of the second wavelength range to the light emitter module
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
  • FIG. 2 illustrates the role of light in regulating the life cycle of plants. It is the figure which showed the principle prototype of the plant cultivation LED illuminating device for light correction. It is the figure which showed the difference between the used red LED and another illuminating device. It is the figure which showed the table which put together the experimental result.
  • FIG. 1 is a view for explaining a growth apparatus as a usage example of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part of FIG.
  • the growing device 5 is used in a vinyl house 1 as a facility.
  • the vinyl house 1 there are cultivated plants 3 extending in a row in the depth direction, and the necessary number of cultivating devices 5 are arranged above the corresponding rows of the cultivated plants 3.
  • the growing device 5 is supported by the support mechanism 6 for its arrangement.
  • the support mechanism 6 has a height adjustment unit 7, and the intensity of light to be compensated separately from natural light is adjusted so as to achieve a brightness of 80 Lux or more at a position 1.5 m away from a light emitter module described later .
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of a light emitter module of the growth apparatus of FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • the light emitter module 9 includes four surface-oriented LED light emitting elements 11a, 11b, 11c and 11d.
  • the size of this light emitter module 9 is about 1 cm square.
  • the surface-oriented LED light emitting elements 11a to 11c can emit red light, and the surface-oriented LED light emitting element 11d can emit blue light.
  • the wavelength of red light is usually adjusted to 660 nm, and the wavelength of blue light is usually adjusted to 470 nm. In addition, it mutually controls independently by the controller which abbreviate
  • the wavelength range of the red wavelength is preferably in the range of 625 nm to 690 nm, and more preferably in the range of 640 nm to 660 nm.
  • the wavelength range of the blue wavelength is preferably in the range of 420 nm to 490 nm, more preferably in the range of 460 nm to 470 nm, and is adjustable here in the range of 460 nm to 470 nm.
  • lenses 13a and 13b (the illustration of 13c and 13d is omitted in FIG. 4) for adjusting directivity are attached to each of the surface-oriented LED light emitting elements 11a to 11d. .
  • an aluminum housing 15 as a metal base substrate may be used, and the light emitter module 9 is attached to the bottom 15 a thereof via the circuit board 16.
  • the aluminum housing 15 not only dissipates heat emitted from the surface-oriented LED elements 11a to 11d, but also plays a role as a reflector. Therefore, not only the surface treatment for reflection is applied to the aluminum housing 15, but the side wall 15b is inclined so as to form a taper angle indicated by ⁇ .
  • the taper angle is the light intensity necessary for emitting light from the surface-oriented LED light emitting elements 11a to 11d, the distance to the cultivation plant 3, the spread of leaves of the cultivation plant 3, and the light necessary for the position of the cultivation plant 3. It is determined from the strength of
  • the surface-oriented LED light emitting device has a heat slug portion, and copper tungsten (CuW), aluminum nitride (AlN), diamond or the like may be used.
  • CuW copper tungsten
  • AlN aluminum nitride
  • diamond diamond
  • the directivity width is narrow, collecting and reflecting the cylindrical glass rod in the lower part
  • the device used for the purpose may be performed.
  • the red surface-oriented LED light emitting element may be disposed at the vertex position of the equilateral triangle, and the blue surface-oriented LED light emitting element may be disposed at the barycentric position thereof.
  • the ratio is set to 3: 1 as described above, but is not limited thereto.
  • the wavelength may be selected.
  • red and blue are shown as two colors, it may be a combination including other colors such as far-red, white, purple (red + blue), or may be capable of emitting three or more colors. .
  • FIG. 5 shows the role of light in regulating the life cycle of plants.
  • Red light ⁇ Far red light is effective light "action to induce germination, germination inhibition, growth regulation, morphogenesis such as stem extension ⁇ leaf area expansion, germination formation, pigment synthesis”, each The action and each phase of “germination, vegetative growth, reproductive growth, aging” are related.
  • “blue” becomes effective light “morphogenesis like stem extension, leaf emergence rate, leaf thickness, phototropism, stomatal opening, movement of chloroplast, flower bud formation such as flowering, It is an action called synchronization of the day-to-day rhythm and pigment synthesis, and each action is related to each period described above.
  • the corresponding ones of "phytochrome, cryptochrome, phototropin” are involved.
  • phytochrome plants such as seed germination, flower bud differentiation, flowering, cotyledon development, chlorophyll synthesis internode elongation etc via the function of pigment called phytochrome. It is said that the light morphogenesis, which is a qualitative change of the light, is induced by the weak light reaction and the strong light reaction. It is also said that chlorophyll synthesis under strong light is promoted by blue light and tends to be inhibited by red light.
  • red light of 640 nm to 690 nm is the largest for photosynthesis, and blue light of 420 nm to 470 nm is required for normal morphogenesis of leaves, and red light may be used depending on the plant species and growth stage. It is believed that there is an optimal ratio of blue light (R / B).
  • the inventor of the present application has made the R / B ratio to be a standard for plant cultivation 3: 1 as described above by the following experiment, in consideration of such a concept.
  • LH and PLT adopted a different illumination mechanism from the difference in the directivity of the surface-oriented LED light-emitting element (and also a reflector such as an aluminum plate).
  • the "PLT” side has broad directivity, and the “LH” side has narrow directivity, and a device to use a cylindrical glass rod for light collection and reflection is provided at the lower part.
  • the supplementary light went at night and at dawn.
  • 6 kinds of other LED irradiation areas LH red area, LH blue area, LH white area, PLT red area, PLT blue area, PLT white area
  • the distance is 5 m away from each other as a distance not affected by disturbances.
  • FIG. 7 shows the difference between the red LED used and other lighting devices.
  • a red LED is a preferable LED light emitting element when used for a lighting device suitable for plant cultivation as compared to other lighting devices.
  • lighting of 50,000 hours has also been confirmed in the experiment, and unlike the other light sources, there is also an effect that there is little fear of the ball breakage.
  • FIG. 8 is a table summarizing the experimental results.
  • FIG. 9 is a graph of data on the petiole length of FIG. 8
  • FIG. 10 is a graph of data on the petiole diameter of FIG. 8
  • FIG. 11 is a leaf of FIG.
  • FIG. 12 is a graph of data on height
  • FIG. 12 is a graph of data on leaf width in FIG. 8
  • FIG. 13 is data on leaf circumference (leaf size) in FIG.
  • FIG. 14 is a graph of the sugar content of FIG. 8.
  • the green color of the leaves was darkened in the red and blue irradiation areas. Therefore, it can be said that photosynthesis has been activated.
  • the red light made the flower bunch rise faster.
  • red light was quick to color the fruit.
  • red light produced large and full fruit.
  • the blue light was in a low stock condition. Sixth, sugar content increased in all the irradiated areas. Seventh, it was effective in preventing stock fatigue.
  • acceleration of the photosynthetic rate makes it possible to shorten the time to harvest, which makes it possible to control the time of flowering, which is caused by morphogenesis. Because the growth is good, energy of the stock is increased, flower thinning is reduced, the number of harvested fruits is increased, and the yield is increased even in the same period. Furthermore, because photosynthesis is promoted, the amount of sugars from carbon dioxide and water also increases, and the sugar content of harvested strawberries also increases.
  • the above-mentioned embodiment demonstrated the breeding apparatus as an illuminating device, you may be used as an illuminating device for special applications, such as a fish catching lamp in a squid fishing rod.

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Abstract

省電力をより進めたLEDによって、簡易に、強さが十分な異なる波長の光を発光でき、さらに商用の植物の育成等の特殊な用途にも適した照明装置を用いた育成方法等を提供する。栽培植物３に光を照射することが可能な発光体モジュール９がアルミハウジング１５の底部１５ａに取り付けられた回路基板１６を介して配置される照明装置による育成方法であって、発光体モジュール９は、赤色の第１の波長域の光を発光する３つの面指向型LED発光素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、青色の第２の波長域の光を発光するLED発光素子１１ｄとを有し、面指向型LED発光素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは互いに隣接して配置されて互いに独立して制御され、予め定められたタイミングに、補光として植物に照射される。  

Description

育成方法、生産方法及び照明装置
　本発明は、育成方法、生産方法及び照明装置に関し、特に植物に光を照射することが可能な発光体モジュールが基板に配置された照明装置による育成方法等に関する。
　特許文献１に記載のように植物の生育のために用いられる照明装置がある。特許文献１に具体的に記載されている照明装置では中心軸に対して放射状に２色以上の光を放射するように光源が配設された蛍光ランプのような発光装置が備えられ、発光装置は中心軸を回転軸として回転し、植物という被照射物へ照射する光の波長の選択を行えるものとしている。特許文献１では、蛍光ランプの代わりにLEDを用いることも示されている。
　また、本願の発明者は、図１５に示すような教育現場用或いは研究現場用の植物栽培LED照明器の他、図１６に示すような教育現場用或いは研究現場用のLEDインキュベータを創出している。図１５（Ｂ）及び図１６（Ｂ）には、それぞれコントローラも示している。
　なお、LEDを用いた照明装置としては、特許文献２に示すようなものもある。
特開２００７－１８８７９９号公報 特開２００７－４１６２２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、回転させて異なる波長の光を照射するとすれば回転機構が不可欠であり、構造上の制約があるばかりか、発光装置と被照射物との位置関係の制約も大きかった。
　また、本願の発明者による植物栽培LED照明器とLEDインキュベータでは、教育用・研究用の装置なため商用や量産用のものではなかった。また商用や量産用という点からすれば、所謂砲弾型LEDを使用しており、まだ不十分な点もあった。すなわち、砲弾型LEDではチップからの少ない光をドームレンズで集光して指向性を持たせている。その結果、発光の強さが不十分なために指向性を狭くすれば高輝度化が可能な方向となるが、商用等のために装置を大型化して複数の砲弾型LEDを配置した場合には光のムラが顕在化してしまうという問題もあった。
　なお、特許文献２では、砲弾型LEDと表面実装型LEDの場合が示されているが、同一色のLEDが配置されて単に発光させるものであり、植物の育成等などの用途には不十分であった。
　ゆえに、本発明は、省電力をより進めたLEDによって、簡易に、強さが十分な異なる波長の光を発光でき、さらに商用の植物の育成等の特殊な用途にも適した照明装置を用いた育成方法等を提供することを目的とする。
　請求項１に係る発明は、植物に光を照射することが可能な発光体モジュールが基板に配置された照明装置による育成方法であって、前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と、第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されて互いに独立して制御され、予め定められたタイミングに、前記第１のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記第２のLED発光素子が発光する光を前記植物に照射し、又は前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射する。
　請求項２に係る発明は、植物に光を照射することが可能な発光体モジュールが基板に配置された照明装置によって育成して天然果実を生産する生産方法であって、前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と、第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されて互いに独立して制御され、予め定められたタイミングに、前記第１のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記第２のLED発光素子が発光する光を前記植物に照射し、又は、前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記植物の光合成に加えて光形態形成を促進させて天然果実を生産する。
　請求項３に係る発明は、発光体モジュールが基板に配置された照明装置であって、前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されていることを特徴とする。
　請求項４に係る発明では、請求項３において、前記第１のLED発光素子は赤色の光を発光し、前記第２のLED発光素子は青色の光を発光し、前記発光体モジュール内に配置される前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子の数について発光面の面積比が３対１となるように調整されている。
　請求項５に係る発明は、請求項３又は４において、前記第１のLED発光素子の発光と前記第２のLED発光素子の発光を独立して制御する制御手段を備える。
　請求項６に係る発明では、請求項３から５のいずれかにおいて、前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子の発光の指向性は面指向性である。
　請求項７に係る発明では、請求項３から６のいずれかにおいて、前記基板はその断面が所定のテーパ角を有する略コの字状をしており、前記発光体モジュールは当該基板の底部に配置される。
　請求項８に係る発明では、請求項３又は７において、前記基板は金属ベース基板である。
　請求項９に係る発明では、請求項３において、前記第１のLED発光素子が発光する光の波長域内に６６０nmが含まれ、前記第２のLED発光素子が発光する第２の波長域内に４７０nmが含まれる。なお、照明装置が植物の育成に用いられる場合において、光合成と光形態形成という観点からすれば、前記第１のLED発光素子が発光する波長域は６２５nm～６９０nmの範囲内が好ましく、さらには６４０ｎｍ～６６０nmの範囲内がより好ましく、前記第２のLED発光素子が発光する波長域は４２０nm～４９０nmの範囲内が好ましく、さらには４６０nm～４７０nmの範囲がより好ましい。これにより、光合成に対する効果が大きな赤色光を植物に照射でき、葉の正常な形態形成に対する効果が大きな青色光を植物に照射できる。
　請求項１に係る発明によれば、発光体モジュールに、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有させて第１のLED発光素子と第２のLED発光素子とを隣接して配置させ、互いに独立して制御し、予め定められたタイミングに、第１のLED発光素子が発光することによる光を植物に照射し、第２のLED発光素子が発光する光を植物に照射し、又は、第１のLED発光素子及び第２のLED発光素子が発光することによる光を植物に照射することにより、簡易に、強さの十分な異なる波長の光による商用の植物の育成といった特殊な用途における成果を得ることができる。
　請求項２に係る発明によれば、第１のLED発光素子と第２のLED発光素子が発光することによる光を植物に照射し、植物の光合成に加えて光形態形成を促進させて天然果実を生産でき、商用の植物育成における大きな効果を得ることができる。
　請求項３～９に係る発明によれば、発光体モジュールに、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有させて第１のLED発光素子と第２のLED発光素子とを隣接して配置させることにより、請求項１に係る発明による植物育成も可能になる。
本発明の実施の形態に係る照明装置の利用例としての育成装置を説明するための図である。 図１の一部を拡大した斜視図である。 図１及び図２の育成装置の発光体モジュールの部分を下方から拡大した図である。 図３のIV-IVライン断面図である。 植物の生活環調節における光の役割を示した図である。 補光用植物栽培LED照明器の原理試作器を示した図である。 使用した赤色LEDと他の照明装置との相違点を示した図である。 実験結果をまとめた表を示した図である。 図８の葉柄長についてのデータをグラフ化した図である。 図８の葉柄径（葉柄断面径）についてのデータをグラフ化した図である。 図８の葉身長についてのデータをグラフ化した図である。 図８の葉身幅についてのデータをグラフ化した図である。 図８の葉円周（葉の大きさ）についてのデータをグラフ化した図である。 図８の糖度についてデータをグラフ化した図である。 発明者によって提案されている教育現場用或いは研究現場用の植物栽培LED照明器を示した図である。 発明者によって提案されている教育現場用或いは研究現場用のLEDインキュベータを示した図である。
符号の説明
　５　　育成装置
　図１は、本発明の実施の形態に係る照明装置の利用例としての育成装置を説明するための図である。図２は、図１の一部を拡大した斜視図である。
　この育成装置５は施設としてのビニールハウス１内に用いられている。ビニールハウス１には、奥行き方向に列をなして延びる栽培植物３があり、その栽培植物３の各列に対応してその上方に必要な数の育成装置５が配置される。その配置のために育成装置５は支持機構６によって支持される。支持機構６には高さ調節部７があり、後述する発光体モジュールから１．５m離れた位置において８０Lux以上の明るさとなるように自然光とは別に補光される光の強さが調節される。
　図３は図１及び図２の育成装置の発光体モジュールの部分を下方から拡大した図であり、図４は図３のIV-IVライン断面図である。
　図３に示すように発光体モジュール９には、４つの面指向型LED発光素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが含まれている。この発光体モジュール９のサイズは約１cm四方である。面指向型LED発光素子１１ａ～１１ｃは赤色の発光が可能であり、面指向型LED発光素子１１ｄは青色の発光が可能である。赤色の光の波長は通常は６６０nmに調整されており、青色の波長は通常は４７０nmに調整されている。なお、図示を省略したコントローラにより互いに独立に制御される。そして、赤色の波長の波長域は６２５nm～６９０nmの範囲内が好ましく、さらには６４０ｎｍ～６６０nmの範囲内がより好ましいが、ここでは６２５nm～６６０nmの範囲で調整可能としている。青色の波長の波長域は４２０nm～４９０nmの範囲内が好ましく、さらには４６０nm～４７０nmの範囲内がより好ましく、ここでは４６０nm～４７０nmの範囲で調整可能としている。各面指向型LED発光素子１１ａ～１１ｄには、図４に示すように、指向性を調整するためのガラスによるレンズ１３ａ，１３ｂ（図４では１３ｃ，１３ｄの図示を省略）が装着されている。
　ここで、発光体モジュール９の量子化率は３０％～４０％なため放射機能をどのようにするかが重要である。そのため、金属ベース基板としての例えばアルミハウジング１５が用いられればよく、発光体モジュール９は回路基板１６を介してその底部１５ａに取り付けられている。このアルミハウジング１５は各面指向型LED発光素子１１ａ～１１ｄから発せられる熱を放熱するだけでなく、反射板としての役割も果たす。そのため、アルミハウジング１５は、反射のための表面処理が施されるだけなく、αで示されるテーパ角が形成されるように側壁１５ｂが傾斜している。このテーパ角は、面指向型LED発光素子１１ａ～１１ｄから発光される光の強さと栽培植物３までの距離他、栽培植物３の葉のなどの広がり具合、栽培植物３の位置において必要な光の強さなどから定められる。
　なお、詳しい図示はしないが、面指向型LED発光素子にはヒートスラッグ部分があり、銅タングステン（CuW）、窒化アルミニウム（AlN）、ダイヤモンドなどが使われればよい。
　また、面指向型LED発光素子（及びアルミ板のような反射板も含めて）の指向性にもよるが、指向幅が狭いものであれば、その下部に円柱のガラス棒を集光と反射用に用いる工夫が行われてもよい。
　さらに、上記では、赤色の面指向型LED発光素子の青色の面指向型LED発光素子の数を３：１としたが、数ではなく、発光面の面積比を３：１とするようにしたものであってもよい。そのため、赤色の面指向型LED発光素子を正三角形の頂点位置に配置し、その重心位置に青色面指向型LED発光素子を配置するようにしてもよい。
　さらに、上記では、赤色と青色の２色とし、その割合を上記のように３：１としたが、これに限られず、対象とする植物の種類や生育状況、その他気候といった時期等に応じて割合の比率の他、波長の選択も行えばよい。
　さらに、２色として、赤と青を示したが、遠赤色、白色、パープル（赤色＋青色）のような他の色も含めた組み合わせにしてもよく、３色以上を発光できるものとしてもよい。
　ところで、光と植物との関係は図５に示されるような関係がある。図５は植物の生活環調節における光の役割を示した図である。
　「赤色光・遠赤色光」が有効な光となるのは「発芽誘導、発芽阻害、成長調節、茎伸張・葉面積拡大というような形態形成、発芽形成、色素合成」という作用であり、各作用と「発芽、栄養成長、生殖成長、老化」という各期が関係する。また、「青色」が有効な光となるのは「茎伸張・出葉速度・葉厚というような形態形成、光屈性、気孔開口、葉緑体の運動、花成というような花芽形成、既日リズムの同調、色素合成」という作用であり、各作用と前記した各期が関係する。さらに、これらの各期における各作用との関係では、「フィトクロム、クリプトクロム、フォトトロピン」の対応するものが関係する。
　なお、フィトクロムについてさらに記載すると、植物工場研究所ＨＰにも記載されているが、フィトクロムという色素の働きを介して、種子発芽、花芽分化、開花、子葉の展開、葉緑素合成節間伸長などの植物の質的変化である光形態形成が弱光反応と強光反応によって誘起されると言われている。また、強光下における葉緑素合成は青色光によって促進され、赤色光よって阻害される傾向があると言われている。また、光合成に対しては６４０nm～６９０nmの赤色光の効果がもっとも大きく、葉の正常な形態形成には４２０nm～４７０nmの青色光が必要とされ、植物種や成長段階に応じて、赤色光と青色光の最適な割合（Ｒ／Ｂ）比があると考えられている。
　本願の発明者は、このような考え方も踏まえつつ、下記の実験により、植物栽培用の基準とすべきＲ／Ｂ比は上記したように３：１にした。
　以下、施設園芸栽培の対象として夏イチゴの高設栽培施設における補光用植物栽培LED照明器の原理試作器における実験について示す。ビニールハウスの奥行き６０メートルに対して、９０cm×４０cmのプランターにイチゴ苗を千鳥に１０個定植し、高設を３列に設置して栄養液を灌水チューブで供給している。イチゴ苗の品種はペチカでケーキ用イチゴとして出荷されるものである。実験地は旭川近郊の富良野で行い、期間は２００７年９月１８日～１１月１６日までの約２ヶ月間である。ここで、９月から１１月までの３ヶ月の日照時間は東京と旭川ではかなり差があることを指摘しておく。すなわち、東京では月毎の日照時間変化は小さいが、旭川では９月、１０月と比較すると１１月にはそれらの約４割の日照時間にまで落ちてしまう。また、言うまでもないが、１１月以降ビニールハウスも積雪の影響を受けるために更に日照時間が短くなり、平均気温が低下して行く中でイチゴの株が休眠状態に移行して生産活動を終了することを防ぐために、自然光のみに頼らない補光には大きな意義がある。本実験における補光の効果が表れる地域として旭川近郊の富良野において実験を行ったことを付言する。
　波長毎に比較するため７つの区（ＬＨ赤区、ＬＨ青区、ＬＨ白区、ＰＬＴ赤区、ＰＬＴ青区、ＰＬＴ白区、非処理区）に分けた。ここで、ＬＨ赤区～ＬＨ白区における「赤」「青」「白」はLEDが発光する色の種類を表し、具体的な設置状況は図６に示す状況である。ＰＬＴ赤区～ＰＬＴ白区における「赤」「青」「白」も発光する色の種類を表している。すなわち、波長の特徴を解析するために「赤」「青」「白」の単色光源を用いた。「ＬＨ」と「ＰＬＴ」の区別は、面指向型LED発光素子（及びアルミ板のような反射板も含めて）の指向性の違いから異なる照射機構を採用した。「ＰＬＴ」側は指向性が広いものであり、「ＬＨ」側は指向性が狭くその下部に円柱のガラス棒を集光と反射用に用いる工夫が行われている。補光は夜間と明け方に行った。そして、非処理区では補光は行われていないようにすべく他の６種類のLED照射区（ＬＨ赤区、ＬＨ青区、ＬＨ白区、ＰＬＴ赤区、ＰＬＴ青区、ＰＬＴ白区）から外乱影響を受けない距離としてそれぞれから５m隔てたエリアにしている。
　なお、図７に、使用した赤色LEDと他の照明装置との相違点を示す。消費電力の少なさとＰＡＲ（光合成有効放射）効率を見れば、他の照明装置に比べて赤色LEDが植物栽培に適した照明装置に用いられると好ましいLED発光素子であることも理解できる。また、寿命は実験では５万時間の点灯も確認できており、他の光源と異なって球切れの恐れも少ないという効果もある。
　図８は実験結果をまとめた表である。図９は図８の葉柄長についてのデータをグラフ化した図であり、図１０は図８の葉柄径（葉柄断面径）についてのデータをグラフ化した図であり、図１１は図８の葉身長についてのデータをグラフ化した図であり、図１２は図８の葉身幅についてのデータをグラフ化した図であり、図１３は図８の葉円周（葉の大きさ）についてのデータをグラフ化した図であり、図１４は図８の糖度についてデータをグラフ化した図である。
　実験結果によると、データ全体からすれば、以下のことが言える。第一に、赤色・青色照射区では葉の緑色が濃くなっていた。そのため、光合成が活発化したと言える。第二に、赤色光は花房の上がりが早かった。第三に、赤色光は果実の着色が早かった。第四に、赤色光は果粒が大きく充実した果実が得られた。第五に、青色光は株が低くどっしりした状態になった。第六に、全ての照射区で糖度が上昇した。第七に、株疲れの防止に効果が得られた。
　まとめると、図８の非処理区を見ると分かるように自然光のみで行った場合には、展葉は休眠状態になり、株疲れが起こり、１０月頃には収穫が終了して休眠状態になるのに対し、補光を行った各区では非処理区に比べて光合成が活発になる結果が得られ（特にＰＬＴ赤区という赤色照射区では草型が盛り上がり、株の勢いを感じられる結果が得られ）、１１月以降にまで収穫が可能になった。つまり、LEDによる光を照射することにより株疲れが起こりにくくなり、収穫期間を延ばすことができた。また、収穫期間が延びたことによる収穫量が多くなっただけでなく、光合成速度の加速により収穫までの期間を短縮化でき、花芽形成時期の調節というようなことも可能になり、形態形成による成長がよいことから株のエネルギーが増して摘花が減り収穫果数が増加し、同一期間でも収穫量が多くなった。さらに、光合成が促進されることから二酸化炭素と水から糖類の量も多くなり、収穫されるイチゴの糖度も高くなった。
　以上のような実験結果に基づく植物栽培の育成のための補光用LED照明器によって自然光のみでは栽培が困難な状況下においても栽培が可能になる上に、収穫量の増加に加えて糖度上昇のような新たな効果を奏させることもできる。
　なお、上記の実施の形態における実験ではイチゴについて説明したが、装置自体が小型なため防除作業の邪魔にならず、キク、バラ、トルコキキョウなどの他の高設栽培にも適しているばかりか、適用範囲は高設栽培以外の他の施設園芸に用いられてもよい。
　さらに、上記した実施の形態では、照明装置としての育成装置を説明したが、イカ釣り舟における集魚灯のような特殊な用途用の照明装置として使用されてもよい。

Claims (9)

  1. 　植物に光を照射することが可能な発光体モジュールが基板に配置された照明装置による育成方法であって、
    　前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と、第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、
    　前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されて互いに独立して制御され、
    　予め定められたタイミングに、前記第１のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記第２のLED発光素子が発光する光を前記植物に照射し、又は、前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射する、育成方法。
  2. 　植物に光を照射することが可能な発光体モジュールが基板に配置された照明装置によって育成して天然果実を生産する生産方法であって、
    　前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と、第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、
    　前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されて互いに独立して制御され、
    　予め定められたタイミングに、前記第１のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記第２のLED発光素子が発光する光を前記植物に照射し、又は、前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子が発光することによる光を前記植物に照射し、前記植物の光合成に加えて光形態形成を促進させて天然果実を生産する、生産方法。
  3. 　発光体モジュールが基板に配置された照明装置であって、
    　前記発光体モジュールは、第１の波長域の光を発光する第１のLED発光素子と第２の波長域の光を発光する第２のLED発光素子とを少なくとも有し、
    　前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子とは隣接して配置されていることを特徴とする、照明装置。
  4. 　前記第１のLED発光素子は赤色の光を発光し、前記第２のLED発光素子は青色の光を発光し、前記発光体モジュール内に配置される前記第１のLED発光素子と前記第２のLED発光素子の数について発光面の面積比が３対１となるように調整されている、請求項３記載の照明装置。
  5. 　前記第１のLED発光素子の発光と前記第２のLED発光素子の発光を独立して制御する制御手段を備えた、請求項３又は４記載の照明装置。
  6. 　前記第１のLED発光素子及び前記第２のLED発光素子の発光の指向性は面指向性である、請求項３から５のいずれかに記載の照明装置。
  7. 　前記基板はその断面が所定のテーパ角を有する略コの字状をしており、前記発光体モジュールは当該基板の底部に配置される、請求項３から６のいずれかに記載の照明装置。
  8. 　前記基板は金属ベース基板である、請求項３又は７記載の照明装置。
  9. 　前記第１のLED発光素子が発光する光の波長域内に６６０nmが含まれ、前記第２のLED発光素子が発光する第２の波長域内に４７０nmが含まれる、請求項３記載の照明装置。
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