JP6329083B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
野菜や果物等の植物の生産量・供給量は気候変動、害虫被害等に起因して減少することがある。また、近年は食の安全、食糧自給率の向上が重視されており、安全な植物を安定的に提供可能とすることが望まれている。そこで太陽光を利用せず、工場施設内で植物を育成する技術が発展してきている。
工場施設（植物工場）内で植物を育成するためには、太陽光の代わりとなる光（光源）が必要である。近年では植物育成用照明装置の光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子が使用される。
ところで、植物工場内で植物を効率的に育成するためには複数の波長領域にピーク波長（スペクトル分布において相対放射強度が極大となる波長）を有する光が有効であることが知られている。具体的には、光合成に必要とされる波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲及び葉の正常な形態形成に必要とされる波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光が有効である。
特許文献１には夫々異なる波長領域にピーク波長を有する複数の発光素子を備える照明装置が開示されている。当該構成によれば複数の波長領域にピーク波長を有する光を植物に照射することが可能である。しかしながら複数の発光素子を備える構成では夫々の発光素子の電気特定・温度特性による駆動回路の複雑化や部品点数の増加によりコストが高くなる。また、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にピーク波長を有する発光素子は湿度に弱いＧａＡｌＰ等の化合物で製作されることが多く、植物育成環境下のような高湿度環境では湿度対策を講ずる必要がある。
特許文献２には青色ＬＥＤ、ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）蛍光体（遠赤色蛍光体）、赤色蛍光体を備える照明装置が開示されている。当該構成によれば青色光に加え、青色ＬＥＤの励起光に励起されて遠赤蛍光体及び赤色蛍光体から遠赤色光、赤色光が発せられる。
特開２０１０−２９０９８号公報 国際公開２０１０／０５３３４１号公報
特許文献２によれば特定の波長領域にピーク波長を有する一の発光素子と複数の蛍光体を組み合わせることで複数の波長領域にピーク波長を有する光を生成している。しかしながら、ＧＧＧ蛍光体はそのメディアン径（平均粒径）が小さいと結晶成長が不十分であって光量が減少して植物の育成効率が低下し、メディアン径が大きいと異常成長した粗大粒子が生成されやすく実用的ではないという問題がある。
本発明は、効率よく植物を育成できる安価な発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の発光装置は、励起光を発光する発光素子と、前記発光素子の励起光に励起されて７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体と、を備え、前記遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
また上記構成の発光装置において、さらに前記発光素子の励起光に励起されて６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備えることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体による前記赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように前記遠赤色蛍光体及び前記赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成することが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記蛍光体層は前記赤色蛍光体の濃度が前記遠赤色蛍光体の濃度よりも高い第１の蛍光体層と前記遠赤色蛍光体の濃度が前記赤色蛍光体の濃度よりも高い第２の蛍光体層と有することが望ましい。
また上記構成の発光装置において、第１の蛍光体層は第２の蛍光体層に比べて前記発光素子の励起光の照射方向に向かって離れた位置に配置されることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とは前記発光素子の励起光の出射方向に対して垂直方向に配置されることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とは第１の蛍光体層及び第２の蛍光体層の一方の蛍光体層から他方の蛍光体層に向かって照射される光の量が抑制されるように上面視帯状に配置されることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体の比重が前記赤色蛍光体の比重よりも大きいことが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体の比重が６．５〜７．５であり、前記赤色蛍光体の比重が２．０〜４．０であることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記発光素子は第１の蛍光体層に対して励起光を発光する第１の発光素子群と第２の蛍光体層に対して励起光を発光する第２の発光素子群とを有し、第１の発光素子群と第２の発光素子群は個別に点灯／消灯制御可能であることが望ましい。
また上記構成の発光装置において、さらに前記発光素子の励起光に励起されて前記遠赤色蛍光体及び前記赤色蛍光体が発する光のピーク波長とは異なる波長をピーク波長に有する蛍光体及び／又は沈降防止剤を含有することが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：（Ｅｕ，Ｃｅ，Ｋ）、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種の元素）の成分を有する赤色蛍光体の少なくとも１種を含むことが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記赤色蛍光体は前記発光素子の励起光に励起されて６２０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発することが望ましい。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体は化学式（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２で示される蛍光体（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）であることが望ましい。
また、上記構成の発光装置は植物栽培用に用いられることが望ましい。
本発明によれば、発光素子の励起光に励起されて遠赤色光を発する遠赤色蛍光体を有し、遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ〜２０μｍと最適化されている。このような遠赤色蛍光体を備えることで適度に結晶成長するので、結晶成長が不十分となったり異常成長した粗大粒子が生成されたりすることがなく、発光装置から発せられる光が明るくなって植物の育成効率が向上する。また、遠赤色蛍光体による赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように遠赤色蛍光体あるいは赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成し、発光装置から発せられる光が明るくなって植物の育成効率が向上する。
第１実施形態の発光装置を示す上面図 図１に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図 第１実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す上面図 第１実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す側面図 第２実施形態の発光装置を示す上面図 図５に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図 第３実施形態の発光装置を示す上面図 図７に示す発光装置のＢ−ＢにおけるＸＹ断面での側面図 第３実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す上面図 蛍光体層とＬＥＤの位置関係を示す模式図 第４実施形態の発光装置を示す上面図 図１１に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図 第５実施形態の発光装置を示す上面図 第６実施形態の発光装置を示す上面図 図１４に示す発光装置のＣ−ＣにおけるＸＹ断面での側面図 第６実施形態においてカップ上に実装されるＬＥＤを示す上面図 第５実施形態に示す発光装置の出射光のスペクトル分布を示す図
＜第１実施形態＞
本発明の発光装置の第１実施形態について説明する前に、植物の育成について簡潔に説明を行う。光は発芽や開花、茎の伸長等の刺激源、情報源として作用する。植物の光合成作用はクロロフィル（葉緑素）が光を吸収することによって行われる。クロロフィルによる光の吸収がピークになる波長領域は２箇所あり、第１の領域は波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲（より詳細には波長４５０ｎｍ付近）、第２の領域は波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ（より詳細には波長６６０ｎｍ付近）の範囲である。
第１の領域の光（青色光）は葉等の正常な形態形成に必要な光であり、第２の領域の光（赤色光）は光合成に必要な光である。また、植物に対して混合光を照射する場合に、節間の伸長や発芽形成には遠赤色光が必要とされる。植物に含まれるフィトクロムは、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の赤色光に光受容域を有するフィトクロムＰｒ型と、波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の遠赤色光に光受容域を有するフィトクロムＰｆｒ型との間を可逆的に光変換して各光を受容する。つまり、受容する光を調整することで節間の伸長や発芽形成などの光形態形成機能が抑制され或いは促進される。
また、伸長作用は赤色光の光強度（Ｒ）と遠赤色光の光強度（ＦＲ）の比率Ｒ／ＦＲによっても左右され、赤色光と遠赤色光を選択的或いは任意に比率調整することで伸長抑制や伸長促進等の制御が可能である。詳説すると、赤色光の光強度（Ｒ）と遠赤色光の光強度（ＦＲ）の比率Ｒ／ＦＲが自然光環境（１．１〜１．２）よりも高くなると伸長が抑制され、低くなると伸長が促進される。
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の発光装置を示す上面図である。図２は図１に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図である。図３は第１実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す上面図である。図４は第１実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す側面図である。図３及び図４は夫々図１及び図２において蛍光体層及び樹脂枠を除いた構成を示す図に等しい。
なお、図の簡略化のため図１では図２、図３及び図４に示すＬＥＤが図示されていないが、後述するシリコーン樹脂は透明性を有しており、図１においてＬＥＤが視認可能であってもよい。後述する図５、図７、図１１、図１３、図１４においても同様である。
本実施形態の発光装置１は基板２、配線パターン３、電極ランド４、発光素子（ＬＥＤ）５、蛍光体層６、樹脂枠７を備える。基板２は上面視略矩形状のセラミック基板である。但し基板２はセラミック基板に限られるものではなく、ガラス基板、プリント基板等であってもよい。配線パターン３（３ａ、３ｋ）は相互に対向するように基板２上にスクリーン印刷方法等により形成される。配線パターン３ａ、３ｋは夫々上面視略矩形状を構成する。なお、配線パターンの形状はこれに限られるものではなく、例えば上面視で円環の一部を切りだした円弧形状を構成することとしてもよい。
基板２には後述するＬＥＤ５が実装されて配線パターン３に接続されるため、発光装置１はいわゆるチップ・オン・ボード型の発光装置である。
電極ランド４（４ａ、４ｋ）は電源供給用の電極として基板２上にＡｇ−Ｐｔ等の材質でスクリーン印刷方法等により形成される。電極ランド４ａはアノード電極ランドであり、電極ランド４ｋはカソード電極ランドである。電極ランド４ａは配線パターン３ａに引出用配線を介して接続され、電極ランド４ｋは配線パターン３ｋに引出用配線を介して接続される。
ＬＥＤ５は基板２上に実装される発光素子（半導体発光素子）である。ＬＥＤ５は波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲、より詳細には波長４５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発光し、温度及び湿度特性が良好な窒化ガリウム系の青色ＬＥＤチップ５１で構成される。ＬＥＤ５を構成するＬＥＤチップ５１の数は特に限られるものではなく単一のＬＥＤチップ５１から構成されることとしてもよいが、本実施形態では複数のＬＥＤチップ５１から構成されることとする。
ＬＥＤ５は基板２の一辺（Ｘ方向）に略平行になるように電気的に直列接続された３個のＬＥＤチップ５１を並列に６列並べ、各列を電気的に並列接続して構成される。すなわちＬＥＤ５は合計１８個のＬＥＤチップ５１から構成される。なお、ＬＥＤ５におけるＬＥＤチップ５１の電気的な接続方法や並べ方はこれに限られるものではない。
各列のＬＥＤチップ５１は互いに導電性ワイヤ５２で接続され、また、各列の両端のＬＥＤチップ５１は配線パターン３と導電性ワイヤ５２で接続される。なお、本実施形態ではＬＥＤ５が波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発光することとしたがこれに限られるものではなく、紫外光を含む４００ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発光することとしてもよい。
蛍光体層６は後述する樹脂枠７の内側に充填されてＬＥＤ５を被覆する樹脂層である。蛍光体層６はＬＥＤ５から発せられる光（励起光）に励起されて所定範囲にピーク波長を有する光を発する。蛍光体層６はシリコーン樹脂からなる封止樹脂にＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体（図１等で符号１１を付して○印で示す蛍光体）が含有されてなる。
本実施形態は遠赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７１５ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体を用いることとするが、遠赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。なお、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体としては化学式Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ或いはその一般式である（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２（Ｌｎは３価の金属元素でありＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍは３価の金属元素でありＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）に記載したものに限定されるものではなく、その性質を維持する範囲内において、組成の比率（例えばＭ：Ｏ＝５：１２）を変化させたり、構成元素を類似の元素に置き換えたり、他の元素を加えたりしてもよく、それにより信頼性を向上させたり、発光スペクトル・吸収スペクトルを調整・増減させてもよい。本実施形態では遠赤蛍光体がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒであることとする。
遠赤色蛍光体の粒径は、メディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であるのが好ましく、メディアン径が２μｍ〜１８μｍの範囲内であるのがさらに好ましく、メディアン径が３μｍ〜１５μｍの範囲内であるのが最も好ましい。ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系蛍光体のメディアン径が２０μｍを超えると異常成長した粗大粒子が生成されやすく利用が困難となるからである。
樹脂枠７は蛍光体層６が一定の範囲から漏れ出さないように蛍光体層６の周囲を囲む樹脂である。樹脂枠７は配線パターン３を覆うように矩形環状に形成される（図１では樹脂枠７に覆われているため配線パターン３を破線で示している）。なお樹脂枠の形状はこれに限られるものではなく、例えば配線パターン３の形状に応じて配線パターン３を覆うことができる形状としてもよい。すなわち上述したように配線パターン３が円環の一部を切りだした円弧形状であれば、樹脂枠７は円環状に形成することとすればよい。ＬＥＤ５は樹脂枠７の内側に配され、電極ランド４は樹脂枠７の外側に配される。
以下、ＬＥＤ５が発する光を青色光、ＬＥＤ５の励起光に励起されて遠赤色蛍光体１１が発する光を遠赤色光と称することがある。
ＬＥＤ５を発光させたときの青色光、遠赤色光の光強度の割合は封止樹脂における遠赤色蛍光体１１の含有割合を調整することで調整可能である。
なお、本実施形態において発光装置１から発せられる光は青色光と遠赤色光である。しかし、遠赤色光は比視感度が極めて低くヒトの目では明るさを感じにくい光であり、青色光は遠赤色光に比べると数十倍比視感度が高く、本発光装置からの発光はヒトの目には青色光に見える。この光を直視することは困難で目を逸らす等の防御反応が生じる。従って遠赤色光のみを発光する光源と比較して、遠赤色光によるヒトの目に対する悪影響を防ぐことができる。
本実施形態によれば、発光素子の励起光に励起されて遠赤色光を発する遠赤色蛍光体を有し、遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ〜２０μｍと最適化されている。このような遠赤色蛍光体は結晶成長が不十分だったり、異常成長した粗大粒子を有したりすることがなく、本実施形態の発光装置から発せられる光が明るくなって植物の育成効率が向上する。
これにより発光装置は容易な構成で遠赤色光を発する発光装置になり、植物の開花促進及び開花抑制等の開花制御を行うことができる。また、明期終了後に短時間遠赤色光を照射することができるので、利用利便性が高い。従って完全閉鎖型工場に用いる人工光源に好適に利用できるのに加え、太陽光利用型植物工場でも補助光源として利用可能である。
また発光素子が４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発するＬＥＤ素子なので、植物の育成に重要な青色光を植物に照射することができる。ここで、ＬＥＤ５は一つでもよい。また、ＬＥＤ５は複数個であって接続方法は直列接続、並列接続でもよい。発光装置１は搭載基板上に少なくとも一つ搭載される。
蛍光体層６にはＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体（図１等で○印で示す蛍光体）とＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体）が混合されていてもよい。さらに、ＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６２０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体）が混合されていてもよい。
蛍光体層６に含有される赤色蛍光体から発せられた赤色光（波長が６２０ｎｍ付近の赤色光）の一部が、混合含有されている遠赤色蛍光体１１（図１等で○印で示す蛍光体）に吸収される。しかしながら、波長６２０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体）が蛍光体層６に含有されているので赤色光の光強度の減少を最小限に抑えることができる。以下、蛍光体層６に赤色蛍光体が含有される実施形態について記載する。
＜第２実施形態＞
図５は第２実施形態の発光装置を示す上面図である。図６は図５に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図である。基板上に実装されるＬＥＤは第１実施形態と同様であるため図示を省略する。また、第１実施形態と構成が同一である部分については説明を一部省略する。
蛍光体層６は後述する樹脂枠７の内側に充填されてＬＥＤ５を被覆する樹脂層である。蛍光体層６はＬＥＤ５から発せられる光（励起光）に励起されて所定範囲にピーク波長を有する光を発する。蛍光体層６は第１の蛍光体層６１と第２の蛍光体層６２からなる。第１の蛍光体層６１はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第１の蛍光体１０（図５等で△印で示す蛍光体）が含有されてなり、第２の蛍光体層６２はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第２の蛍光体１１（図５等で○印で示す蛍光体）が含有されてなる。
第１の蛍光体層６１と第２の蛍光体層６２は基板２の実装面に対して垂直方向（Ｙ方向）に２層に積層され、第１の蛍光体層６１が第２の蛍光体層６２の上方に形成される。第１の蛍光体１０はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体である。第２の蛍光体１１はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体である。
本実施形態は赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体を用いることとするが、赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。
また、遠赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７１５ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体を用いることとするが、遠赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。なお、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体としては化学式Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ或いはその一般式である（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２（Ｌｎは３価の金属元素でありＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍは３価の金属元素でありＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）に記載したものに限定されるものではなく、その性質を維持する範囲内において、組成の比率（例えばＭ：Ｏ＝５：１２）を変化させたり、構成元素を類似の元素に置き換えたり、他の元素を加えたりしてもよく、それにより信頼性を向上させたり、発光スペクトル・吸収スペクトルを調整・増減させてもよい。本実施形態では遠赤蛍光体がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒであることとする。
遠赤色蛍光体の粒径は、メディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であるのが好ましく、メディアン径が２μｍ〜１８μｍの範囲内であることがさらに好ましく、メディアン径が３μｍ〜１５μｍの範囲内であるのが最も好ましい。ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系蛍光体のメディアン径が２０μｍを超えると異常成長した粗大粒子が生成されやすく利用が困難となるからである。
以下、第１の蛍光体１０を赤色蛍光体１０と称し、第２の蛍光体１１を遠赤色蛍光体１１と称することがある。また、ＬＥＤ５が発する光を青色光、ＬＥＤ５の励起光に励起されて赤色蛍光体１０が発する光を赤色光、ＬＥＤ５の励起光に励起されて遠赤色蛍光体１１が発する光を遠赤色光と称することがある。
ＬＥＤ５を発光させたときの青色光、赤色光、遠赤色光の光強度の割合は封止樹脂における赤色蛍光体１０及び遠赤色蛍光体１１の含有割合を調整することで調整可能である。
上述したように遠赤色蛍光体１１は赤色光領域に強い吸収ピークを有するが本実施形態のように第１の蛍光体層６１を第２の蛍光体層６２の上方に形成することで遠赤蛍光体１１に吸収される赤色光を低減できる。すなわち第１の蛍光体層６１は、第２の蛍光体層６２に比べてＬＥＤ５からＬＥＤ５の光の照射方向に向かって離れた位置に配されているので、第２の蛍光体層６２によって吸収される第１の蛍光体層６１から発せられた光の光量を抑制することができる。
第１の蛍光体層６１と第２の蛍光体層６２を上述したような２層構造として蛍光体層６を形成する方法は特に限られるものではないが以下に形成方法を例示する。蛍光体層６の第１の形成方法は、蛍光体含有樹脂の塗布工程を複数回に分ける方法である。すなわち、まず基板２上にＬＥＤ５を被覆するように第２の蛍光体層６２を形成し、その後、第２の蛍光体層６２の上方に第１の蛍光体層６１を形成する。
蛍光体層６の第２の形成方法は比重差を利用した方法である。すなわち、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒの比重は６．５〜７．５であり、これに対してＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕの比重は２．０〜４．０（本実施形態では３．２）である。このように赤色蛍光体の比重よりも重い遠赤色蛍光体を使用することで製造時に両蛍光体を封止樹脂に含有すると共に図６に示すように載置（基板２を下にして載置）することで未硬化の封止樹脂内で蛍光体の沈降速度に差が生じ、２層に分離することができる。なお、この場合、２層を完全に分離することは困難であり、第１の蛍光体層６１及び第２の蛍光体層６２が共に赤色蛍光体１０、遠赤色蛍光体１１を含有することになるが、完全に分離されていなくてもよい。
第１の蛍光体層６１における赤色蛍光体１０の濃度が遠赤色蛍光体１１の濃度よりも高く、第２の蛍光体層６２における遠赤色蛍光体１１の濃度が赤色蛍光体１０の濃度よりも高ければよい。当該構成によれば第２の蛍光体層６２に少量含有される赤色蛍光体１０から発せられた赤色光の一部が、第１の蛍光体層６１に少量含有される遠赤色蛍光体１１に吸収される。しかしながら大部分の赤色蛍光体１０は第１の蛍光体層６１に含有されるので赤色光の光強度の減少を最小限に抑えることができる。
なお、本実施形態において発光装置１から発せられる光は赤色光と青色光と遠赤色光である。遠赤色光は比視感度が極めて低くヒトの目では明るさを感じにくい光であるが、赤色光と青色光が存在する事から、この光を直視することは困難で目を逸らす等の防御反応が生じる。従って遠赤色光のみを発光する光源と比較して、遠赤色光によるヒトの目に対する悪影響を防ぐことができる。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。加えて、発光素子の励起光に励起されて赤色光を発する赤色蛍光体を備える。従って容易な構成で遠赤色光と赤色光を発する発光装置になり、エマーソン効果（光合成の作用スペクトルは、長波長側では急激に低下するが、遠赤色光を赤色光及び／または青色光と同時照射することで、植物の光合成が促進される効果）を利用した効率的な光合成を促すことができる。従ってさらに、完全閉鎖型工場に用いる人工光源に好適に利用できるのに加え、太陽光利用型植物工場でも補助光源として利用可能である。
また、遠赤色蛍光体による赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように遠赤色蛍光体及び赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成したので、赤色光が遠赤色蛍光体によって吸収されることが抑制される。
また、蛍光体層は赤色蛍光体の濃度が遠赤色蛍光体の濃度よりも高い第１の蛍光体層と遠赤色蛍光体の濃度が赤色蛍光体の濃度よりも高い第２の蛍光体層と有する。従って第２の蛍光体層から発せられる赤色光の光強度は０或いは少量であり、第１の蛍光体層に含まれないか少量含まれる遠赤色蛍光体による赤色光の吸収による赤色光の光強度の減衰は極めて限定的である。
また、第１の蛍光体層を第２の蛍光体層に比べて発光素子の励起光の照射方向に向かって離れた位置に配置されることで、第１の蛍光体層から第２の蛍光体層に向かって照射される光の量を抑制することができる。当該構成によってさらに、第２の蛍光体層による赤色光の吸収を抑制することができる。
＜第３実施形態＞
図７は第３実施形態の発光装置を示す上面図である。図８は図７に示す発光装置のＢ−ＢにおけるＸＹ断面での側面図である。図９は第３実施形態において基板上に実装されるＬＥＤを示す上面図である。図１０は蛍光体層とＬＥＤの位置関係を示す模式図である。なお、図１０は蛍光体層とＬＥＤの位置関係が分かりやすくなるよう、第１の蛍光体１０を示す△印及び第２の蛍光体１１を示す○印を省略している。
上記第２実施形態では第１の蛍光体層６１を第２の蛍光体層６２の上方に積層することで第２の蛍光体層６２による赤色光の吸収を抑制することとした。本実施形態では第１の蛍光体層と第２の蛍光体層を積層させずに、第２の蛍光体層による赤色光の吸収を抑制する。
本実施形態の発光装置１は基板２、配線パターン３、電極ランド４、発光素子（ＬＥＤ）５、蛍光体層６、樹脂枠７を備える。基板２は上面視略矩形状のセラミック基板である。但し基板２はセラミック基板に限られるものではなく、ガラス基板、プリント基板等であってもよい。配線パターン３は配線パターン３１ａ、３１ｋ、３２ａ、３２ｋからなり、配線パターン３１ａと３１ｋ、配線パターン３２ａと３２ｋは夫々相互に対向するように基板２上にスクリーン印刷方法等により形成される。配線パターン３１ａ、３１ｋ、３２ａ、３２ｋは夫々上面視で円環の一部を切りだした円弧形状を構成する。なお、配線パターンの形状はこれに限られるものではなく、例えば第１実施形態で示したように上面視略矩形状を構成することとしてもよい。
基板２には後述するＬＥＤ５が実装されて配線パターン３に接続されるため、発光装置１はいわゆるチップ・オン・ボード型の発光装置である。
電極ランド４（４１ａ、４１ｋ、４２ａ、４２ｋ）は電源供給用の電極として基板２上にＡｇ−Ｐｔ等の材質でスクリーン印刷方法等により形成される。電極ランド４１ａ、４２ａはアノード電極ランドであり、電極ランド４１ｋ、４２ｋはカソード電極ランドである。電極ランド４１ａは配線パターン３１ａに引出用配線を介して接続され、電極ランド４１ｋは配線パターン３１ｋに引出用配線を介して接続される。また、電極ランド４２ａは配線パターン３２ａに引出用配線を介して接続され、電極ランド４２ｋは配線パターン３２ｋに引出用配線を介して接続される。
ＬＥＤ５は基板２上に実装される発光素子（半導体発光素子）である。ＬＥＤ５は波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲、より詳細には波長４５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発光し、温度及び湿度特性が良好な窒化ガリウム系の青色ＬＥＤチップ５１で構成される。ＬＥＤ５を構成するＬＥＤチップ５１の数は特に限られるものではなく単一のＬＥＤチップ５１から構成されることとしてもよいが、本実施形態では複数のＬＥＤチップ５１から構成されることとする。
ＬＥＤ５は基板２の一辺（Ｘ方向）に略平行になるように電気的に直列接続されたＮ個（Ｎは自然数）のＬＥＤチップ５１を並列に１４列並べ、各列を電気的に並列接続して構成される。以下、「電気的に直列接続されたＮ個のＬＥＤチップ５１」を「ＬＥＤチップ列５１１」と称することがある。本実施形態ではＬＥＤチップ列５１１が１４列並列に並べられており、各列をＬＥＤチップ列５１１＃１〜５１１＃１４とする（図１０参照）。
各列のＬＥＤチップ５１は互いに導電性ワイヤ５２で接続され、また、各列の両端のＬＥＤチップ５１は配線パターン３と導電性ワイヤ５２で接続される。なお、本実施形態ではＬＥＤ５が波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発光することとしたがこれに限られるものではなく、紫外光を含む４００ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発光することとしてもよい。
蛍光体層６は後述する樹脂枠７の内側に充填されてＬＥＤ５を被覆する樹脂層である。蛍光体層６はＬＥＤ５から発せられる光（励起光）に励起されて所定範囲にピーク波長を有する光を発する。蛍光体層６は第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４からなる。第１の蛍光体層６３はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第１の蛍光体１０（図７等で△印で示す蛍光体）が含有されてなり、第２の蛍光体層６４はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第２の蛍光体１１（図７等で○印で示す蛍光体）が含有されてなる。
第１の蛍光体１０はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体である。第１の蛍光体１１はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体である。
本実施形態は赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体を用いることとするが、赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。
また、遠赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７１５ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体を用いることとするが、遠赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。なお、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体としては化学式Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ或いはその一般式である（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２（Ｌｎは３価の金属元素でありＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍは３価の金属元素でありＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）に記載したものに限定されるものではなく、その性質を維持する範囲内において、組成の比率（例えばＭ：Ｏ＝５：１２）を変化させたり、構成元素を類似の元素に置き換えたり、他の元素を加えたりしてもよく、それにより信頼性を向上させたり、発光スペクトル・吸収スペクトルを調整・増減させてもよい。本実施形態では遠赤蛍光体がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒであることとする。
遠赤色蛍光体の粒径については特に制限されるものではないが、メディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であるのが好ましく、メディアン径が２μｍ〜１８μｍの範囲内であるのがさらに好ましく、メディアン径が３μｍ〜１５μｍの範囲内であるのが最も好ましい。ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系蛍光体のメディアン径が２０μｍを超えると異常成長した粗大粒子が生成されやすく利用が困難となるからである。
第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４は上面視で配線パターン３の長手方向（Ｚ方向、或いは、ＬＥＤ５の励起光の出射方向（Ｙ方向）に垂直な方向）に交互に帯状に形成される。つまり第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４の一方の蛍光体層は他方の蛍光体層と樹脂枠７に仕切られた領域に形成され、第１の蛍光体層６３は４個の領域に形成される第１の蛍光体層６３＃１〜６３＃４からなり、第２の蛍光体層６４は３個の領域に形成される第２の蛍光体層６４＃１〜６４＃３からなる。
図１０に示すようにＬＥＤチップ列５１１は２列が一組となって、第１の蛍光体層６３＃１〜６３＃４及び第２の蛍光体層６４＃１〜６４＃３の各蛍光体層に対して励起光を照射するように配される。言い換えれば各蛍光体層の直下に２列のＬＥＤチップ列５１１が配される。例えば図１０に示すように第１の蛍光体層６３＃１に対しては主にＬＥＤチップ列５１１＃１及びＬＥＤチップ列５１１＃２からの励起光が照射される。他の蛍光体層に対しても同様に２列のＬＥＤチップ列５１１が一組となって各蛍光体層に励起光を照射する。
同一の蛍光体層に励起光を照射する２列のＬＥＤチップ列５１１において一方のＬＥＤチップ列５１１のＬＥＤチップ５１と他方のＬＥＤチップ列５１１の導電性ワイヤ５２とは、ＬＥＤチップ列５１１におけるＬＥＤチップ５１の並び方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｚ方向）に重なるようにジグザグ状に配される。当該構成により発光装置１から発せられる光のムラを抑制することができる。
なお、本実施形態では４個の領域に第１の蛍光体層６３が形成され、３個の領域に第２の蛍光体層６４が形成されているが、夫々何個の領域に第１の蛍光体層６３、第２の蛍光体層６４を形成するかは限られるものではない。また、各第１の蛍光体層及び第２の蛍光体層の直下に何列のＬＥＤチップ列５１１を配するかは限られるものではなく、１列又は３列以上であってもよい。
樹脂枠７は蛍光体層６が一定の範囲から漏れ出さないように蛍光体層６の周囲を囲む樹脂である。樹脂枠７は配線パターン３を覆うように略円環状に形成される（図７では樹脂枠７に覆われているため配線パターン３を破線で示している）。なお樹脂枠の形状はこれに限られるものではなく、例えば配線パターン３の形状に応じて配線パターン３を覆うことができる形状としてもよい。すなわち上述したように配線パターン３が略矩形状であれば、樹脂枠７は矩形環状に形成することとすればよい。ＬＥＤ５は樹脂枠７の内側に配され、電極ランド４は樹脂枠７の外側に配される。
以下、第２実施形態と同様に、第１の蛍光体１０を赤色蛍光体１０と称し、第２の蛍光体１１を遠赤色蛍光体１１と称することがある。また、ＬＥＤ５が発する光を青色光、ＬＥＤ５の励起光に励起されて赤色蛍光体１０が発する光を赤色光、ＬＥＤ５の励起光に励起されて遠赤色蛍光体１１が発する光を遠赤色光と称することがある。
上述したように遠赤色蛍光体１１は赤色光領域に強い吸収ピークを有するが本実施形態のように第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４とを帯状に配置することで赤色光が遠赤蛍光体１１に吸収される量が抑制される。すなわち、第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４とは、一方の蛍光体層から他方の蛍光体層に向かって照射される光の量が抑制されるので、第２の蛍光体層６４による第１の蛍光体層６３から発せられた光の吸収が抑制され、すなわち遠赤色蛍光体１１による赤色光の吸収が抑制される。
第１の蛍光体層６３と第２の蛍光体層６４とを上述したような帯状に配置して形成する方法は特に限られるものではないが以下に形成方法を例示する。本実施形態では赤色蛍光体１０及び／又は遠赤色蛍光体１１を含有する封止樹脂としてチクソ性が高く流動性のないシリコーン樹脂を使用する。以下、遠赤色蛍光体１１を含有する封止樹脂としてチクソ性が高く流動性のないシリコーン樹脂を使用した場合について詳説する。
まず基板２上にＬＥＤ５の一部を被覆するように所定の間隔をあけて３領域に帯状の第２の蛍光体層６４を形成する。この３領域は型等を使用して領域を特定して形成することとしてもよいが、上述したように第２の蛍光体層６４はチクソ性が高く流動性のないシリコーン樹脂からなるため、型等を使用しない任意の３領域であってもよい。そして、形成された第２の蛍光体層６４を形成する際の樹脂壁として機能し、樹脂枠７と第２の蛍光体層６４によって第１の蛍光体層６３を形成するための領域が形成される。
そして樹脂枠７と第２の蛍光体層６４との間に形成される３領域に赤色蛍光体１０を含有するシリコーン樹脂が充填され、第１の蛍光体層６３が形成される。
第２実施形態と同様に、第１の蛍光体層６３及び第２の蛍光体層６４が共に赤色蛍光体１０、遠赤色蛍光体１１を含有することとしてもよいが、その場合には第１の蛍光体層６３における赤色蛍光体１０の濃度が遠赤色蛍光体１１の濃度よりも高く、第２の蛍光体層６４における遠赤色蛍光体１１の濃度が赤色蛍光体１０の濃度よりも高ければよい。
ＬＥＤ５を発光させたときの青色光、赤色光、遠赤色光の光強度の割合は封止樹脂における赤色蛍光体１０及び遠赤色蛍光体１１の含有割合を調整することで調整可能である。加えて本実施形態では、２個のアノード電極ランド（４１ａ、４２ａ）及び２個のカソード電極ランド（４１ｋ、４２ｋ）を備え、第１の蛍光体層６３＃１〜６３＃４の直下に配されたＬＥＤチップ列５１１の両端のＬＥＤ５１の一方は同一の配線パターン３２ａに接続され、他方は同一の配線パターン３２ｋに接続される。また、第２蛍光体層６４＃１〜６４＃３の直下に配されたＬＥＤチップ列５１１の両端のＬＥＤ５１の一方は同一の配線パターン３１ａに接続され、他方は同一の配線パターン３１ｋに接続される。
当該構成により、第１の蛍光体層６３＃１〜６３＃４の直下に配されたＬＥＤチップ列５１１（第１のＬＥＤ群）と、第２の蛍光体層６４＃１〜６４＃３の直下に配されたＬＥＤチップ列５１１（第２のＬＥＤ群）を独立して駆動することができる。従って、青色光の光強度を調整すると共に、赤色光と遠赤色光の光強度の割合を適宜調整することができる。植物の種類や育成状況等に応じて適宜最適な光強度及び光強度の割合を実現することができるので植物の生育が行いやすい。
なお、本実施形態において発光装置１から発せられる光は赤色光と青色光と遠赤色光である。遠赤色光は比視感度が極めて低くヒトの目では明るさを感じにくい光であるが、赤色光と青色光が存在する事から、この光を直視することは困難で目を逸らす等の防御反応が生じる。従って遠赤色光のみを発光する光源と比較して、遠赤色光によるヒトの目に対する悪影響を防ぐことができる。
また、図９及び図１０では各列のＬＥＤを全て直列で５個ずつ配列しているが、電源供給ライン毎（例えば図９では電極ランド４１ａ〜４１ｋ間と４２ａ〜４５ｋ間とで）に異なる数量のＬＥＤを直列に配置しても構わない。
本実施形態によれば第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。加えて、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とは、一方の蛍光体層から他方の蛍光体層に向かって照射される光の量が抑制されるように上面視で帯状に配置されるので、赤色光と遠赤色光を効率よく発する発光装置となる。
また、第１の蛍光体層に励起光を照射する発光素子と第２の蛍光体層に励起光を照射する発光素子とを独立して駆動することができるので、異なる波長をピーク波長として有する複数の光（青色光、赤色光、遠赤色光）の光強度及び光強度の割合を容易に調整できる。従って、植物の種類や育成状況等に応じて適宜最適な光強度及び光強度の割合を実現することができるので植物の生育が行いやすい。
＜第４実施形態＞
上記第１実施形態では、蛍光体層が遠赤色蛍光体を含有して成り、第２実施形態及び第３実施形態では、第１の蛍光体層が封止樹脂であるシリコーン樹脂に第１の蛍光体（赤色蛍光体）を含有してなり、第２の蛍光体層が封止樹脂であるシリコーン樹脂に第２の蛍光体（遠赤色蛍光体）を含有してなることとしたがこれに限られるものではなく、他の物質を含むものであってもよい。本実施形態は第２実施形態の変形例として以下説明を行うが、第１実施形態又は第３実施形態に適用することとしてもよい。
図１１は第４実施形態の発光装置を示す上面図である。図１２は図１１に示す発光装置のＡ−ＡにおけるＸＹ断面での側面図である。図１１及び図１２において沈降防止剤１２は☆印で示す。沈降防止剤１２はシリコーン樹脂内における蛍光体の沈降を防止する効果を有する。すなわち、シリコーン樹脂内で蛍光体が沈降するとシリコーン樹脂内で蛍光体の濃度にバラツキが生じ、色むらが発生することがある。そこで本実施形態ではシリコーン樹脂に蛍光体と共に沈降防止剤１２を含有することでシリコーン樹脂内における蛍光体の沈降を防ぐ。
沈降防止剤１２は少なくとも第２の蛍光体層６２内に含有されていればよい。遠赤色蛍光体１１であるＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒは赤色蛍光体１０であるＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕよりも比重が重く、シリコーン樹脂内における沈降速度が速いからである。第２の蛍光体層６２内に沈降防止剤１２が含有されることで第２の蛍光体層６２内における遠赤色蛍光体１１の濃度が略均一となり（第２の蛍光体層６２全体に遠赤色蛍光体１１が分散され）、色むらの発生を防止することができる。なお、図１１及び図１２は第２の蛍光体層６２のみに沈降防止剤１２が含有されている場合の発光装置１を示している。
なお、沈降防止剤１２としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）を使用すればよい。
本実施形態によれば第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。加えて、シリコーン樹脂内に沈降防止剤を含有して蛍光体層を形成することにより、蛍光体層内における蛍光体の濃度が均一になる。従って、色むらの発生を防止することができる。
＜第５実施形態＞
上記第１実施形態では蛍光体層が封止樹脂であるシリコーン樹脂に遠赤色蛍光体を含有してなり、第２実施形態及び第３実施形態では、第１の蛍光体層が封止樹脂であるシリコーン樹脂に第１の蛍光体（赤色蛍光体）を含有してなり、第２の蛍光体層が封止樹脂であるシリコーン樹脂に第２の蛍光体（遠赤色蛍光体）を含有してなることとしたがこれに限られるものではなく、他の蛍光体（第３の蛍光体）を含むものであってもよい。本実施形態は第３実施形態の変形例として以下説明を行うが、第１実施形態又は第２実施形態に適用することとしてもよい。
図１３は第５実施形態の発光装置を示す上面図である。図１３において第３の蛍光体１３は□印で示す。第３の蛍光体１３は第１の蛍光体層６３及び第２の蛍光体層６４の一方又は双方に含有されることとすればよい。なお、図１３は第２の蛍光体層６４のみに第３の蛍光体１３が含有されている場合の発光装置１を示している。
第３の蛍光体１３としてはＬＥＤ５の励起光に励起されて赤色光及び遠赤色光以外の色の光を発する蛍光体であればよい。例えばＬＥＤ５の励起光に励起されて黄色光を発するＹＡＧ：Ｃｅ（（Ｙ１−ｘＧｄｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、０≦ｘ≦１）を使用してもよいし、ＬＥＤ５の励起光に励起されて緑色光を発するＬｕＡＧ：Ｃｅ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕの一部がＹ，Ｇｄ，Ｔｂなどに置き換わってもよい）を使用してもよい。
第１の蛍光体層６３及び第２の蛍光体層６４の一方又は双方に第３の蛍光体１３が含有されることで、青色光、赤色光、遠赤色光に加えて、黄色光や緑色光が発され、発光装置１から発せられる光がより白色光に近い色になる。これにより植物を自然環境に近い環境で育てることができ、育成中の植物の葉の様子など育成状況を確認する場合や、観賞用の植物を育成する場合に好適である。
本実施形態によれば第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。加えて第１の蛍光体層及び第２の蛍光体層の一方又は双方に第３の蛍光体を含有することで発光装置から発せられる光が白色光に近づくため植物を本来の色（自然環境下での色）に近い状態で確認・鑑賞することができる。
なお、第４実施形態と第５実施形態を組み合わせることとしてもよい。すなわち第１の蛍光体層６３及び第２の蛍光体層６４の一方又は双方に沈降防止剤１２及び第３の蛍光体１３が含有されることとしてもよい。
＜第６実施形態＞
上記第１実施形態〜第５実施形態ではチップ・オン・ボード型の発光装置を示したが、これに限られるものではない。そこで第６実施形態ではマウント・リード・カップ型の発光装置を示す。本実施形態は第２実施形態の変形例として以下説明を行うが、第１実施形態又は第３実施形態〜第５実施形態に適用することとしてもよい。
図１４は第６実施形態の発光装置を示す上面図である。図１５は図１４に示す発光装置のＣ−ＣにおけるＸＹ断面での側面図である。図１６は第６実施形態においてカップ上に実装されるＬＥＤを示す上面図である。図１６は図１４において蛍光体層及び封止樹脂を除いた構成を示す図に等しい。
本実施形態の発光装置１はリードフレーム１００、ＬＥＤ５、蛍光体層６、ヒートシンク１１０、封止樹脂１２０を備える。リードフレーム１００は発光素子が実装される実装部品である。リードフレーム１００はカソードリード１０１、アノードリード１０２、カップ１０３を有する。アノードリード１０２は絶縁層１０４によって周囲が覆われてカップ１０３に対して絶縁状態となることでカソードリード１０１とアノードリード１０２が短絡しないようにされる。なお、本実施形態ではアノードリード１０２を絶縁層１０４で覆っているがカソードリード１０１を絶縁層で覆うこととしてもよいし、共に絶縁層で覆うこととしてもよい。カップ１０３は上部が開口した凹状体部であり、例えば金属製のカップが使用される。
ＬＥＤ５はカップ１０３の内側の底面１０３ａに実装される発光素子である。ＬＥＤ５は波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲、より詳細には波長４５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発光し、温度及び湿度特性が良好な窒化ガリウム系の青色ＬＥＤチップ５１で構成される。ＬＥＤ５を構成するＬＥＤチップ５１の数は特に限られるものではなく単一のＬＥＤチップ５１から構成されることとしてもよいが、本実施形態では複数のＬＥＤチップ５１から構成されることとする。
ＬＥＤ５は電気的に直列接続された４個のＬＥＤチップ５１を４列並べ、各列を電気的に並列接続して構成される。すなわちＬＥＤ５は合計１６個のＬＥＤチップ５１から構成される。なお、ＬＥＤ５におけるＬＥＤチップ５１の電気的な接続方法や並べ方はこれに限られるものではない。
各列のＬＥＤチップ５１は互いに導電性ワイヤ５２で接続され、また、各列の両端のＬＥＤチップ５１は夫々カソードリード１０１、アノードリード１０２と導電性ワイヤ５２で接続される。なお、本実施形態ではＬＥＤ５が波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発光することとしたがこれに限られるものではなく、紫外色を含む青紫外色領域にピーク波長を有する光を発光することとしてもよい。
蛍光体層６はＬＥＤ５を被覆する樹脂層である。蛍光体層６はＬＥＤ５から発せられる光（励起光）に励起されて所定範囲にピーク波長を有する光を発する。蛍光体層６は第１の蛍光体層６５と第２の蛍光体層６６からなる。第１の蛍光体層６５はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第１の蛍光体１０（図１４等で△印で示す蛍光体）が含有されてなり、第２の蛍光体層６６はシリコーン樹脂からなる封止樹脂に第２の蛍光体１１（図１４等で○印で示す蛍光体）が含有されてなる。
第１の蛍光体層６５と第２の蛍光体層６６はカップ１０３の内側の底面１０３ａに対して垂直方向（Ｙ方向）に２層に積層され、第１の蛍光体層６５が第２の蛍光体層６６の上方に形成される。第１の蛍光体１０はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体である。第１の蛍光体１１はＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体である。
本実施形態は赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長６５０ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体を用いることとするが、赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。
また、遠赤色蛍光体としてＬＥＤ５の励起光に励起されて波長７１５ｎｍ付近にピーク波長を有する光を発するガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体を用いることとするが、遠赤色蛍光体の種類はこれに限られるものではない。なお、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系遠赤色蛍光体としては化学式Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ或いはその一般式である（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２（Ｌｎは３価の金属元素でありＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍは３価の金属元素でありＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）に記載したものに限定されるものではなく、その性質を維持する範囲内において、組成の比率（例えばＭ：Ｏ＝５：１２）を変化させたり、構成元素を類似の元素に置き換えたり、他の元素を加えたりしてもよく、それにより信頼性を向上させたり、発光スペクトル・吸収スペクトルを調整・増減させてもよい。本実施形態では遠赤蛍光体がＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒであることとする。
遠赤色蛍光体の粒径については特に制限されるものではないが、メディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であるのが好ましく、メディアン径が２μｍ〜１８μｍの範囲内であるのがさらに好ましく、メディアン径が３μｍ〜１５μｍの範囲内であるのが最も好ましい。ガドリニウム・ガリウム・ガーネット系蛍光体のメディアン径が２０μｍを超えると異常成長した粗大粒子が生成されやすく利用が困難となるからである。
ヒートシンク１１０は、熱（過渡熱等）を吸収し拡散する機能を備える。ヒートシンク１１０は、銅や銅合金、或いはアルミニウムのような熱拡散性の優れた金属から形成することが好ましい。ヒートシンク１１０は、ＬＥＤ５の駆動に伴って生ずる熱を吸収し拡散する。
封止樹脂１２０はカソードリード１０１及びアノードリード１０２の一端、蛍光体層６等を砲弾型に封止する封止樹脂である。封止樹脂１２０としてはエポキシ樹脂が使用される。
ＬＥＤ５を発光させたときの青色光、赤色光、遠赤色光の光強度の割合の調整や蛍光体層６の形成方法は第４実施形態と同様である。
本実施形態によれば、マウント・リード・カップ型の発光装置として第１実施形態〜第５実施形態と同様の効果を奏する。
＜スペクトル分布と植物育成＞
上記各実施形態の発光装置１から発せられる光のスペクトル分布として、第６実施形態に示す発光装置１のＬＥＤ５を全て点灯させた場合のスペクトル分布を図１７に示す。図１７に示すように発光装置１から発せられる光のスペクトル分布は、波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲に第１のピーク波長を有し、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲に第２のピーク波長を有し、波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に第３のピーク波長を有する。すなわち植物の正常な形態形成や光合成に必要な青色光、赤色光に加えて遠赤色光が含まれる。遠赤色光と赤色光を同時照射すると、エマーソン効果により植物の光合成が促進される。
また、蛍光体層内に含まれる赤色蛍光体や遠赤色蛍光体の含有率を調整したり、主として赤色蛍光体を含有する蛍光体層の直下に配されたＬＥＤと主として遠赤色蛍光体を含有する蛍光体層の直下に配されたＬＥＤとを個別に制御することにより、発光装置１の出射光における赤色光の光強度と遠赤色光の光強度の割合を調整することができるので、光形態形成制御を行うことができる。これにより植物の生産効率が高められるのに加えて、外観品位を向上させることができるので、花卉類などの形態が重要視される農作物に対しても有効に使用できる。
また、上述したように、発光装置１の出射光における赤色光の光強度と遠赤色光の光強度の割合を調整することで開花促進に加えて、開花抑制等、開花制御を行うことができるため、花卉類の効率的な（無駄のない）生産制御が可能になる。
また、植物に対する光の照射時間、発光装置１の出射光における赤色光と遠赤色光の光強度の比率は栽培品種や栽培環境、植物の生育状態、生育段階等に応じて異なるレベルが要求されるが、主として赤色蛍光体を含有する蛍光体層の直下に配されたＬＥＤと主として遠赤色蛍光体を含有する蛍光体層の直下に配されたＬＥＤとを個別に制御可能な発光装置１においては、容易に状況に応じた調整を行うことができる。例えば栽培品種の特定や栽培環境の監視機能、植物の育成状態、生育段階を監視する機能等の管理データを予めコンピュータシステムで構築することで、状況に応じて自動的にＬＥＤの点灯制御を行い、発光装置１の出射光の光質や光強度等を調整することができる。
また、上記各実施形態の発光装置１は小型の発光装置とすることができるので、太陽光利用型植物工場において補助光源として使用する際に、太陽光を遮光する面積を小さくすることができ、効率的に植物を育成できる。
また、農業用光源は広い照射範囲（照射面積）が求められることが多く照射範囲の広い光源を高い位置に設置することになり、高い配光性能が要求されるが、上記各実施形態の発光装置１は照射範囲を狭くすることができるので、レンズや反射板等を使用して効率的な配光設計を行うことができる。その際発光装置１の出射光は青色光、赤色光、遠赤色光が均一に出射されるのでレンズ設計や反射板等による光ムラが発生し難い。
＜補足＞
上記各実施形態では遠赤色蛍光体として、化学式（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２（Ｌｎは３価の金属元素でありＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍは３価の金属元素でありＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）で示される蛍光体でよいとした。具体的には、Ｙ３Ａｌｌ３Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ、Ｇｄ３Ａｌ１５Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ３Ａｌｌ３Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ３Ａｌｌ５Ｏ１２：Ｅｕ、Ｙ３Ａｌｌ５Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ３Ａｌｌ２Ｇａ３Ｏ１２：Ｃｒ、Ｙ３Ａｌｌ１Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒが挙げられ、遠赤色蛍光体としてはこれらの中から少なくとも１つを含めばよい。
上記各実施形態で赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系の成分を有する赤色蛍光体を用いることとしたがこれ以外の成分からなる赤色蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：（Ｅｕ，Ｃｅ，Ｋ）、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種の元素）の成分を有する赤色蛍光体が挙げられる。赤色蛍光体としてはこれらの中から少なくとも１種を含めばよい。
＜まとめ＞
以上のことから本発明は以下のようにまとめることができる。
本発明の発光装置は、励起光を発光する発光素子と、前記発光素子の励起光に励起されて７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体と、を備え、前記遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
上記構成によれば、発光素子の励起光に励起されて遠赤色光を発する遠赤色蛍光体を有し、遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ〜２０μｍと最適化されている。このような遠赤色蛍光体を備えることで適度に結晶成長するので、結晶成長が不十分となったり異常成長した粗大粒子が生成されたりすることがなく、発光装置から発せられる光が明るくなって植物の育成効率が向上する。
また上記構成の発光装置は、さらに前記発光素子の励起光に励起されて６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する赤色蛍光体を備えることが望ましい。
上記構成によれば、従って容易な構成で遠赤色光と赤色光を発する発光装置になり、エマーソン効果を利用した効率的な光合成を促すことができる。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体による前記赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように前記遠赤色蛍光体及び前記赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成したことが望ましい。
上記構成によれば、遠赤色蛍光体による赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように遠赤色蛍光体及び赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成したので、赤色光が遠赤蛍光体によって吸収されることが抑制される。
また上記構成の発光装置において、前記蛍光体層は前記赤色蛍光体の濃度が前記遠赤色蛍光体の濃度よりも高い第１の蛍光体層と前記遠赤色蛍光体の濃度が前記赤色蛍光体の濃度よりも高い第２の蛍光体層と有することが望ましい。
上記構成によれば、第２の蛍光体層から発せられる赤色光の光強度は０或いは少量であり、第１の蛍光体層に含まれないか少量含まれる遠赤色蛍光体による赤色光の吸収による赤色光の光強度の減衰は極めて限定的である。
また上記構成の発光装置において、第１の蛍光体層を第２の蛍光体層に比べて前記発光素子の励起光の照射方向に向かって離れた位置に配置されることが望ましい。
上記構成によれば、第１の蛍光体層から第２の蛍光体層に向かって照射される光の量を抑制することができる。
また上記構成の発光装置において、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層は前記発光素子の励起光の出射方向に対して垂直方向に配置されることが望ましい。
上記構成によれば、第１の蛍光体層から第２の蛍光体層に向かって照射される光の量を抑制することができる。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体の比重が前記赤色蛍光体の比重よりも重いことが望ましい。
上記構成によれば、沈降速度が遠赤色蛍光体と赤色蛍光体で異なるため、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層を上下方向に配置する際に上方に位置する蛍光体層では遠赤色蛍光体の濃度よりも赤色蛍光体の濃度が高くなり、下方に位置する蛍光体層では赤色蛍光体の濃度よりも遠赤色蛍光体の濃度の方が高くなる。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体の比重が６．５〜７．５であり、前記赤色蛍光体の比重が２．０〜４．０であることが望ましい。
上記構成によれば、遠赤色蛍光体の沈降速度と赤色蛍光体の沈降速度に十分な差異が生じ、短時間で第１の蛍光体層と第２の蛍光体層の積層構造が形成される。
また上記構成の発光装置において、前記発光素子は第１の蛍光体層に対して励起光を発光する第１の発光素子群と第２の蛍光体層に対して励起光を発光する第２の発光素子群とを有し、第１の発光素子群と第２の発光素子群は個別に点灯／消灯制御可能であることが望ましい。
上記構成によれば、第１の蛍光体層に励起光を照射する発光素子と第２の蛍光体層に励起光を照射する発光素子とを独立して駆動することができるので、異なる波長をピーク波長として有する複数の光（青色光、赤色光、遠赤色光）の光強度及び光強度の割合を容易に調整できる。従って、植物の種類や育成状況等に応じて適宜最適な光強度及び光強度の割合を実現することができるので植物の生育が行いやすい。
また上記構成の発光装置において、さらに前記発光素子の励起光に励起されて前記遠赤色蛍光体及び前記赤色蛍光体が発する光のピーク波長とは異なる波長をピーク波長に有する蛍光体及び／又は沈降防止剤を含有することが望ましい。
上記構成によれば、シリコーン樹脂内に沈降防止剤を含有して蛍光体層を形成することにより、蛍光体層内における蛍光体の濃度が均一になる。従って、色むらの発生を防止することができる。また、シリコーン樹脂内に第３の蛍光体を含有することで発光装置から発せられる光が白色光に近づくため植物を本来の色（自然環境下での色）に近い状態で確認・鑑賞することができる。
また上記構成の発光装置において、前記赤色蛍光体はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：（Ｅｕ，Ｃｅ，Ｋ）、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる少なくとも１種の元素）の成分を有する赤色蛍光体の少なくとも１種を含むことが望ましい。
上記構成によれば、植物の育成に好適な赤色蛍光色が使用される。
また上記構成の発光装置において、前記遠赤色蛍光体は化学式（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２で示される蛍光体（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）であることが望ましい。
上記構成によれば、植物の育成に好適な遠赤色蛍光色が使用される。
また上記構成の発光装置において、前記発光素子は４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発するＬＥＤ素子であることが望ましい。
上記構成によれば、植物の育成に重要な青色光を植物に照射することができる。
また、上記構成の発光装置は植物栽培用に用いられることが望ましい。
上記構成によれば、効率よく植物を育成することができる。
本発明は、発光装置に利用できる。
１ 発光装置
２ 基板
３ 配線パターン
４ 電極ランド
５ ＬＥＤ（発光素子）
６ 蛍光体層
７ 樹脂枠
１０ 第１の蛍光体（赤色蛍光体）
１１ 第２の蛍光体（遠赤色蛍光体）
５１ ＬＥＤチップ
５２ 導電性ワイヤ
６１、６３、６５ 第１の蛍光体層
６２、６４、６６ 第２の蛍光体層

Claims (3)

  1. ４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にピーク波長を有する少なくとも１個以上の発光素子と、前記発光素子を覆う樹脂封止層と、を備え、
    前記樹脂封止層は、
    前記発光素子の励起光に励起されて７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体と、
    前記発光素子の励起光に励起されて６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する少なくとも１種類以上の赤色蛍光体と、
    を含み、
    前記遠赤色蛍光体による前記赤色蛍光体から発せられる光の吸収が抑制されるように前記遠赤色蛍光体及び前記赤色蛍光体を含む蛍光体層を形成し、
    前記蛍光体層は前記赤色蛍光体の濃度が前記遠赤色蛍光体の濃度よりも高い第１の蛍光体層と前記遠赤色蛍光体の濃度が前記赤色蛍光体の濃度よりも高い第２の蛍光体層と有し、
    前記発光素子は第１の蛍光体層に対して励起光を発光する第１の発光素子群と第２の蛍光体層に対して励起光を発光する第２の発光素子群とを有し、第１の発光素子群と第２の発光素子群は個別に点灯／消灯制御可能であり、
    前記遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ以上７μｍ未満の範囲内である発光装置。
  2. ４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内にピーク波長を有する少なくとも１個以上の発光素子と、前記発光素子を覆う樹脂封止層と、を備え、
    前記樹脂封止層は、
    前記発光素子の励起光に励起されて７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する遠赤色蛍光体（Ｌｎ１−ｘＣｒｘ）３Ｍ５Ｏ１２で示される蛍光体（ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも１種の元素、ｘは次式０．００５≦ｘ≦０．２を満たす数）と、
    前記発光素子の励起光に励起されて６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光を発する第一赤色蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体と、
    前記発光素子の励起光に励起されて６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内かつ前記第一赤色蛍光体よりも発光ピーク波長が短い光を発する第二赤色蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ系蛍光体を含み、
    前記遠赤色蛍光体のメディアン径が１μｍ以上７μｍ未満の範囲内である発光装置。
  3. 植物栽培用に用いられる請求項１または請求項２に記載の発光装置。
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