JPH08103167A - 植物栽培用光源 - Google Patents

植物栽培用光源

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JPH08103167A
JPH08103167A JP27822094A JP27822094A JPH08103167A JP H08103167 A JPH08103167 A JP H08103167A JP 27822094 A JP27822094 A JP 27822094A JP 27822094 A JP27822094 A JP 27822094A JP H08103167 A JPH08103167 A JP H08103167A
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Kensei Okamoto
研正 岡本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】植物は、その葉の中に存在する葉緑素（クロロ
フィル）の働きにより、根から吸収した水や無機物、気
孔から吸収した空気中の二酸化炭素を原料とし、光をエ
ネルギー源として光合成反応を行って植物体を構成する
有機物を合成し、生活・増殖する。一般に、この葉緑素
は、波長４５０ｎｍ付近の青色光と６６０ｎｍ付近の赤
色光に光吸収曲線のピークを持つ。したがって、波長４
５０ｎｍ近傍に発光の中心波長を持つ青色発光ダイオー
ドと、波長６６０ｎｍ近傍に発光の中心波長を持つ赤色
発光ダイオードを同じ基板（ボード）上に多数均等分布
で配置した面状光源とすれば、効果的かつ簡便な植物栽
培用光源となる。 【構成】電気的接続においては独立している２組の配線
回路が印刷された一つのプリント基板上に、青色発光ダ
イオード群と赤色発光ダイオード群を各回路に装着した
ユニット光源を、１枚または複数枚使用したパネル状光
源と、青、赤の二つのダイオード群を別々に駆動できる
電源から構成される。青色光と赤色光の強度は各発光ダ
イオード群に流す電流の大きさで自由に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色発光ダイオードと赤
色を発光ダイオードを用いた植物栽培用光源に関するも
ので、本発明による光源は、（１）電力消費量少くかつ
効率がよい、（２）発熱がほとんどない、（３）コンパ
クトである、などの特長を有しており、農業（園芸）や
バイオテクノジー、植物生理学実験における野菜、花
卉、樹木などの植物栽培用人工光源として利用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来の植物栽培用人工光放射源には、大
別して（１）電熱灯（タングステン・フィラメント通
電）タイプ、（２）放電ランプタイプ、および、（３）
蛍光灯タイプの３つのタイプがある。例えば（１）には
白熱電球やハロゲン電球、（２）にはメタルハライドラ
ンプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ、（３）
には野菜栽培用蛍光ランプなどがある。このようなラン
プは、その放射光のスペクトルが太陽光のそれになるべ
く近くなるように、あるいは、植物の生育に必要な光成
分を多く含むように工夫されている。
【０００３】これらの従来型の栽培用人工光源には、
（１）の電熱灯場合、電力効率が悪く寿命が短い、
（２）の場合、調光が困難、価格が高い、（３）の場
合、光の制御が困難、といった難点がある。さらに
（１）の電熱灯や（２）放電ランプは熱放射が大きいた
め植物を光源に近接できない、またランプ発熱のため空
調においてしばしば冷房を要する、といった問題もあ
る。（１）、（２）、（３）のいずれのランプも植物の
生育に不必要な光スペクトル成分まで放射するので、放
射光の質に関して言えば効率は必ずしもよいとはいえな
い。また、いずれのランプも形状の小型化には限度があ
り、コンパクトな栽培空間を作ることは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は（１）植物が
生育するのに必要な光波長のみを放射し、（２）消費電
力が小さくかつ電力／光変換効率の良い、（３）ランプ
寿命が長く、さらに（４）コンパクトな栽培空間が作れ
る栽培用人工光源の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】植物は、水、窒素、リン
酸、カリウム、マグネシウム、硫黄などの無機物の存在
下で、空気中の二酸化炭素を炭素源とし、光をエネルギ
ー源とする光合成反応を利用して植物体を構成する有機
物を合成し、生活・増殖することができる。この光合成
反応をになうのが葉に含まれる葉緑素（クロロフィル）
である。このため葉緑素は光を吸収するが、あらゆる波
長の光を吸収するわけではない。葉緑素の光吸収波長域
は４００ｎｍから７００ｎｍのちょうど人間の可視光域
にあり、そのピークは図１のように、赤色領域の６６０
ｎｍ近傍と青色領域の４５０ｎｍ付近の２か所にある。
また、光合成に作用する光波長の二つのピークも葉緑素
の光吸収ピークのそれとほぼ一致する（図１）。したが
って、この二つの光波長を放射する光源があれば植物は
生育可能であると考えられる。ところで６６０ｎｍの赤
色光は、現在最も高輝度化が進んでいるＧａＡｌＡｓ
（ガリウム アルミニウム・ひ素）半導体系赤色発光ダ
イオードの放射光のピーク波長である。一方、青色発光
ダイオードは、従来高輝度化が技術的に難しく、１９９
３年秋頃までに発表された最高輝度のものでも２０ｍｃ
ｄ（ミリカンデラ）と同時期の赤色発光ダイオードの光
度（明るさ）の１／１００以下であり、植物栽培のため
の光源として利用するのは不可能であった。ところが、
１９９３年１２月に日亜化学株式会社（徳島県阿南市）
が突如、光度１ｃｄ（カンデラ）のＧａＮ（ガリウム・
窒素）半導体系青色超高輝度発光ダイオードの開発と翌
年春からの生産を発表し、国内外の光半導体研究者、技
術者に衝撃を与えた。本研究の発明者は、この青色超高
輝度発光ダイオードの発光のピークが４５０ｎｍにある
事実（図１右）に注目、直ちにこの青色超高輝度発光ダ
イオードと６６０ｎｍ赤色超高輝度発光ダイオードを多
数個購入し一つの基板上に交互に均等配列することによ
り、葉緑素の活動に必要な上記２つの光をともに十分な
強度で放射する本発明の光源を考案・製作した。
【０００６】さらに、植物（たとえば野菜）のなかのあ
るものは、人工光源照明栽培において間欠照明（ランプ
を点滅させたり有穴遮蔽板をモーターで回転することに
より間欠光を照射すること）を行うことにより光合成を
増長させることができ、これを利用して促成栽培を行っ
たり、電力消費量を低減させることが可能である。しか
し、従来の白熱灯タイプや蛍光灯タイプの光源の場合、
点滅方式による高速間欠照明は原理的に不可能であり、
放電ランプ型光源の場合、ある程度の速度の間欠照明は
可能ではあるが、特殊な駆動回路が必要であり高速点滅
はさほど容易ではない。一方、有穴遮蔽板を回転させる
間欠照明方式は、一個のランプについては有効である
が、ランプが多数ある場合には、事実上その適用は困難
である。本発明における光源は、発光ダイオードという
半導体素子を用いているので、原理上、数メガヘルツ
（ＭＨｚ）以上もの高い周波数で点滅駆動が可能であ
り、簡単な電気回路できわめて高速な間欠光を植物に与
えることができる。
【０００７】
【作用】この光源は、回路接続において青色発光ダイオ
ードと赤色発光ダイオードのそれぞれのグループ（青グ
ループ、赤グループ）を別の電源で点灯・駆動すること
により、青色発光ダイオードと赤色発光ダイオードの各
１個あたりの駆動電流の大きさを調整・変化することが
でき、これにより光源の全体的な光強度、および青色光
と赤色光の強度比率を調整・変化することができる。植
物はその種類により、葉緑素の短波長（青色）側の光吸
収ピークと長波長（赤色）側の光吸収ピークの強度比
（図１における２つの吸収ピークの高さの比）には違い
があると考えられるので、このように駆動電源において
青色光と赤色光の強度比率を変えられるような電気回路
構成にすれば、いろいろな種類の植物および葉緑素の働
きにより光合成を行うその他の様々な生物（海藻や淡水
藻、光合成細菌など）を栽培、生育、培養することが可
能な光源装置としうる。
【０００８】
【実施例】図２は本発明の実施例であり、青色発光ダイ
オードと赤色発光ダイオードとを均等配置したパネル光
源を、育成床の天井に設置した植物育成槽である。
【０００９】図３は発光ダイオード光源の駆動電源回路
である。青色発光ダイオードグループと赤色発光ダイオ
ードグループは回路的に独立しており、それぞれを別電
源で駆動することにより青色光と、赤色光の強度比を変
えることができる。
【００１０】図４は本発明の発光ダイオード光源を用い
て間欠照明する場合の回路構成である。
【００１１】
【発明の効果】前述したように、植物の生長にはある程
度以上のエネルギー強度をもった赤色光と青色光がとも
に必要である。本発明の装置を実際に用いたレタスの育
苗実験によれば、青色光と赤色光のいずれか一色のみの
定エネルギー照射においては、レタス苗は茎の部分のみ
が異常に長く伸びた、いわゆる徒長苗となる（これは通
常光でも照度不足のときに起きる）など不健全な発育を
示したが、青色光と赤色光の同時照射下で生育したレタ
ス苗は日光下で育成したものと同様、健全に生長するこ
とが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、植物の葉緑素による光吸収特性と光合
成における光波長の作用比である（Ｌｅｏｐｏｌｄ １
９６４、による）。
【図２】図２は、本発明の青色発光ダイオード・赤色発
光ダイオード混合配置光源である。
【図３】図３は、発光ダイオード光源の駆動電源回路で
あり、青色発光ダイオード群と赤色発光ダイオード群が
回路的に独立しているところが特徴である。
【図４】図４は、間欠照明（断続照明）を行う際の回路
構成である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】青色光を放射する発光ダイオードと赤色光
    を放射する発光ダイオードを１つまたは複数の基板（ボ
    ード）上に混合配置し、これらの発光ダイオードを同時
    もしくは交互に点灯することにより、植物の培養、生
    育、栽培、組織培養のための光エネルギーを照射するこ
    とを特徴とする光源。ただし、本特許出願においては、
    青色光とは４００ｎｍ（ナノメータ）から４８０ｎｍま
    での光波長領域にある光とし、赤色光とは６２０ｎｍか
    ら７００ｎｍまでの光波長領域にある光とする。
  2. 【請求項２】青色光を放射する発光ダイオードと赤色光
    を放射する発光ダイオードを１つまたは複数の基板（ボ
    ード）上に混合配置し、これらの発光ダイオードを同時
    もしくは交互に点灯することにより、光合成を行う微生
    物の培養のための光エネルギーを照射することを特徴と
    する光源。
  3. 【請求項３】青色光を放射する発光ダイオードと赤色光
    を放射する発光ダイオードを１つまたは複数の基板（ボ
    ード）上に混合配置し、これらの発光ダイオードを同時
    もしくは交互に点灯することにより、海藻や海草および
    淡水藻や水草を培養、生育、栽培するための光エネルギ
    ーを照射することを特徴とする光源。
  4. 【請求項４】青色光を放射する発光ダイオード結晶チッ
    プと赤色光を放射する発光ダイオード結晶チップとを、
    一つの透明樹脂レンズの中に封入した青赤２色発光ダイ
    オードを基板（ボード）上に複数個配置した構造からな
    る、植物ないしはその他の光合成を行う生物の栽培、培
    養のための光エネルギーを照射することを特徴とする光
    源。
  5. 【請求項５】上記請求項１から請求項５に掲げる青・赤
    ２色照射発光ダイオード光源に、青色発光ダイオード、
    赤色発光ダイオードの各グループの明るさを別々に制御
    できる電気回路を有する電源を組み合わせたことを特徴
    とする光源装置および光源システム。
  6. 【請求項６】上記青・赤２色照射発光ダイオード主光源
    とし、これに、この２色以外の光を放射する発光ダイオ
    ード（赤外発光ダイオードを含む）を副光源として加え
    た構成の発光ダイオード光源。
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