TWI424808B - Plant lighting and plant cultivation system - Google Patents

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TWI424808B
TWI424808B TW099119290A TW99119290A TWI424808B TW I424808 B TWI424808 B TW I424808B TW 099119290 A TW099119290 A TW 099119290A TW 99119290 A TW99119290 A TW 99119290A TW I424808 B TWI424808 B TW I424808B
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Takaki Yasuda
Hiroyuki Watanabe
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Showa Denko Kk
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Description

植物栽培用的照明裝置及植物栽培系統
本發明係關於植物栽培用的照明裝置及使用該照明裝置之植物栽培系統。
近年來，以不受自然條件變動左右的農業環境建構而言，控制栽培環境的光、溫度、濕度、二氧化碳濃度等對植物成長造成影響的所有條件來生產農作物等的植物工廠、蔬菜工廠等已被實用化。
在該等植物工廠係有完全人工光型與太陽光併用型者，惟兩者均必須設置照射人工光的照明裝置。而由照明裝置必須對植物照射紅色與藍色的光。在該等照明裝置的光源係採用半導體發光元件(LED：Light Emitting Diode)。
如上所示之植物工廠等進行植物栽培的栽培室的環境係被維持管理在預先訂定的溫度及濕度。因此，來自設置於此的照明裝置的發熱會影響栽培室的溫度管理，故較不理想。此外，栽培室一般為高溫高濕，因此若在該栽培室設置照明裝置，則會劣化較為劇烈，壽命變短等，以設置照明裝置的環境而言，較不理想。
在專利文獻1係記載一種使由具備有使用熱冷媒之強制冷卻裝置的面板狀光半導體單元所構成的光源，與植物栽培面近接設置的植物栽培裝置。
在專利文獻2係記載一種為了即使在濕度較高的環境下亦提高植物栽培用的照明面板的耐久性，具備有：基座、與該基座相密接的金屬薄板製基板；配列在該基板上的多數發光二極體；與基座之間隔出空間予以配置的蓋件；及介在於基座與蓋件之間，用以相對外部以氣密維持空間的密封材，在空間填充乾燥空氣，並且在框材內收容有乾燥劑的植物栽培用的照明面板。
在專利文獻3係記載一種促使植物栽培用之半導體發光照明裝置的半導體發光元件的放熱，進行藉由大電流施加所致之高亮度化，具有：可在上側通過冷卻水，而且可在內部通電的金屬壁；及安裝在金屬壁下部的光源單元的半導體發光照明裝置。
(先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開平9-98665號公報
(專利文獻2)日本特開2000-207933號公報
(專利文獻3)日本特開2003-110143號公報
以往，在使用半導體發光元件作為光源的植物栽培中，為了獲得植物育成所需的光量子密度而施加超過額定電流的電流。伴隨於此，半導體發光元件的發熱量會增加，半導體發光元件的接面溫度會增大。半導體發光元件的溫度增加係存在有引起半導體發光元件本身的發光效率減小、及作為半導體發光元件周邊構件之環氧樹脂等樹脂材料黃變的問題。為了解決該問題，將半導體發光元件進行水冷乃具有效果，但是在半導體發光元件或半導體發光元件周邊構件引起結露或吸濕，半導體發光元件本身劣化或不亮燈、因半導體發光元件周邊的銀鍍敷、焊料、銅箔氧化所造成的發光強度減小或不亮燈急速進展會造成問題。尤其，關於峰值波長660nm的紅色發光元件，以往由於為Al組成較高的Ga1-x Alx As系化合物半導體發光元件，因此在高濕環境下，氧容易與Al原子結合，而使半導體發光元件本身急速變質、發光強度急速減小，以致不亮燈。
本發明之目的在提供一種解決藉由水等冷媒將半導體發光元件效率佳地進行冷卻時因結露、吸濕所造成的不良情形，且使用長壽命且高效率維持的半導體發光元件作為光源的植物栽培用的照明裝置及使用該照明裝置的植物栽培系統。
根據該目的，適用本發明之照明裝置係一種植物栽培用的照明裝置，其特徵為具備有：複數發光元件；具有透過發光元件所發出的光的透光性窗部，以覆蓋發光元件的方式而設的框體；被配置在框體的內部，藉由傳導而將發光元件所發生的熱作放熱的放熱基板；及被安裝在放熱基板，作為冷媒流路的冷媒導管，框體係構成為：在框體的內部包含冷媒導管，並且該框體的內部抑制外氣流入。
在如上所示之植物栽培用的照明裝置中，可形成特徵為構成為：框體係以乾燥空氣或乾燥氮填充框體的內部。
此外，可形成特徵為：植物栽培用的照明裝置係另外具備有：將冷媒導管與鄰接照明裝置所具備的鄰接冷媒導管相連結，在鄰接冷媒導管與冷媒導管之間形成冷媒流路的連結手段。
另一方面，可形成特徵為：框體為長形箱形，長形方向的1個面構成透光性窗部，長形方向的其他3個面係構成相連的外裝部，剩餘的2面係構成側面部。
可形成特徵為：該外裝部係藉由鋁或鋁合金的押出成型所製作。
可形成特徵為：放熱基板係具有***冷媒導管的部分，藉由鋁或鋁合金的押出成型所製作，與所被***的冷媒導管一體構成。
接著，可形成特徵為：發光元件係被設置在發光元件封裝體，發光元件封裝體被固接在電路基板，電路基板被固定在放熱基板。
此外，亦可形成特徵為：發光元件係直接接在金屬基座的電路基板的金屬基座部，電路基板被固定在放熱基板。
此外，可形成特徵為：發光元件係包含：發光峰值波長為400～500nm的發光元件、及發光峰值波長為655～675nm的發光元件。
可形成特徵為：該發光元件係具備有至少包含pn接合型發光部、及層積在發光部的變形調整層的化合物半導體層，發光部係具有由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1、0.37≦Y≦0.46)所構成的變形發光層與阻障層的層積構造，變形調整層係相對發光波長為透明，並且具有小於變形發光層及阻障層之晶格常數的晶格常數。
此外，可形成特徵為：適用本發明的植物栽培用的照明裝置係在發光元件與透光性窗部之間另外具備有設定發光元件之光的方向的反射器。
接著，若由其他觀點來看，適用本發明之植物栽培系統之特徵為具備有：複數發光元件、具有透過發光元件所發出的光的透光性窗部，以覆蓋發光元件的方式而設的框體、被配置在框體的內部，且藉由傳導而將發光元件所發生的熱作放熱的放熱基板、及被安裝在放熱基板，作為冷媒流路的冷媒導管，且將鄰接的該冷媒導管相互連結而形成冷媒流路的複數植物栽培用的照明裝置；對複數植物栽培用的照明裝置所被連結的冷媒導管供給冷媒的冷媒供給部；及控制複數植物栽培用的照明裝置之發光元件的亮燈與滅燈的照明控制部。
藉由本發明，可提供解決藉由水等冷媒，將半導體發光元件效率佳地進行冷卻時因結露、吸濕所造成的不良情形者，且使用長壽命且高效率維持的半導體發光元件作為光源之植物栽培用的照明裝置及使用其之植物栽培系統。
以下，參照所附圖示，針對本發明之實施形態詳加說明。
(第1實施形態)
第1圖係顯示適用本實施形態之植物栽培系統1之一例圖。
植物栽培系統1係具備有：設置在栽培室60內用以栽培植物的複數栽培容器50；及相同地在栽培室60內，與栽培容器50近接設置，對所栽培的植物照射光的複數照明裝置10。在照明裝置10分別設有冷媒導管25。接著，藉由連結手段，連結有複數照明裝置10。亦即，某照明裝置10的冷媒導管25及與其相鄰接的照明裝置10的冷媒導管25(鄰接冷媒導管)相連結，而形成冷媒的流路。
此外，植物栽培系統1係具備有：設置在栽培室60外，用以控制照明裝置10之照明的亮燈/滅燈的照明控制部30；及相同地設置在栽培室60外，將用以冷卻照明裝置10的水等冷媒供給至冷媒導管25的冷媒供給部40。
栽培室60若為可控制溫度、濕度、採光等的環境，則可為任何構成。接著，栽培室60可為遮斷來自外部的光或空氣流通的環境，亦可為具備有容許外部的光或空氣流通的窗等的環境。
栽培容器50可為放入土壤來育成植物的容器。此外，亦可為如水耕栽培般，用以保持對植物供予營養的營養液的容器。
接著，雖在第1圖中並未圖示，但是植物栽培系統1亦可具備有用以噴水至栽培容器50之植物的噴水部。此外，若植物為水耕栽培的情形，亦可具備有將供水耕栽培之用的營養液進行供給或循環的營養液供給部。
照明裝置10係如後所述，具備有複數半導體發光元件(例如，在後述第5圖的發光元件封裝體21中，收納有第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b的複數半導體發光元件)作為發光元件。此時，將複數半導體發光元件所發生的光，照射在栽培容器50中所栽培的植物。因此，各自的照明裝置10係具備有對半導體發光元件供給供發光之用的電力，並且控制半導體發光元件之亮燈/滅燈的照明控制配線31。該等照明控制配線31係與照明控制部30相連接。
其中，各自的照明控制配線31亦可以將連接有該照明控制配線31的照明裝置10內的所有半導體發光元件同時亮燈/滅燈的方式進行結線。此外，亦可將1個照明裝置10內的半導體發光元件，藉由例如發光色等予以分組，以可按每個群組來控制亮燈/滅燈的方式進行結線。
照明控制部30若為可控制照明裝置10之亮燈/滅燈者即可。因此，若為按每個照明裝置10將電力供給作導通/關斷的開關作排列的開關陣列即可。此外，開關陣列的導通/關斷亦可利用電腦等來控制。照明控制部30若可對紅或藍等半導體發光元件的施加電流值進行設定控制者即可。此外，以脈衝亮燈而言，以對紅或藍等半導體發光元件的周期與能率(duty)進行控制者為宜。以將亮燈時間與非亮燈時間進行計時器控制者為宜。
此外，如第1圖中虛線所示，各自的照明裝置10係具備有將由半導體發光元件所發生的熱排出至栽培室60外，且將照明裝置10朝長邊方向貫穿而設的冷媒導管25。接著，各自的照明裝置10係藉由與冷媒導管25的端部相連接的配管耦合器(後述第2圖的第1配管耦合器16與第2配管耦合器17)而相互連結。未與其他照明裝置10相連接的冷媒導管25的2個端部係透過冷媒配管41而與冷媒供給部40相連接。如上所示，冷媒導管25係形成為透過冷媒供給部40而連成一條的導管的一部分，因此可使液體(冷媒)作循環。
冷媒供給部40係以冷媒在複數照明裝置10作循環(以箭號表示冷媒流動方向)的方式進行控制。冷媒供給部40可為例如利用馬達予以驅動的泵。接著，對於馬達供給電力係亦可以當使半導體發光元件亮燈時即供給冷媒的方式，使其與照明控制部30連動。
其中，在第1圖中係顯示將所有照明裝置10作串聯連結的情形，但是亦可複數並聯設置串聯連結的照明裝置10的列。此外，亦可使串聯的部分與並聯的部分混合存在。亦即，若可藉由冷媒供給部40，冷媒以在照明裝置10的冷媒導管25循環的方式流動，藉此冷卻照明裝置10，將藉由半導體發光元件所發生的熱排出至栽培室60外即可。
其中，在第1圖的照明裝置10中，為了使植物栽培系統1中的冷媒流動較為明確，而以虛線表示照明裝置10內的冷媒導管25，但是如後所述，在照明裝置10內，除了冷媒導管25以外，另外包含有發光元件封裝體(後述第5圖的發光元件封裝體21)等。
第2圖係顯示適用本實施形態之照明裝置10之外形之一例圖。第2圖(a)係上視圖，第2圖(b)係底視圖，第2圖(c)係左側視圖，而第2圖(d)係右側視圖。
照明裝置10係具備有：作為外裝部之一例的字型外裝蓋件11；以在字空出的部分加蓋的方式而設之作為透光性窗部之一例的透明蓋件12；作為設在左側面之側面部之一例的第1側面蓋件13；及作為設在右側面之側面部之一例的第2側面蓋件14。
第1側面蓋件13及第2側面蓋件14係以在外裝蓋件11安裝有透明蓋件12的兩端部加蓋的方式而設。
亦即，照明裝置10的外形係呈藉由外裝蓋件11、透明蓋件12、第1側面蓋件13、第2側面蓋件14所包圍的箱形。以該箱形的形狀而言，以長形的箱形形狀在使用環境上較適於被使用，但是在本發明中並未特別限制為箱形形狀。接著，外裝蓋件11、透明蓋件12、第1側面蓋件13、第2側面蓋件14係構成照明裝置10的框體。將該等蓋件所構成的框體內部稱為照明裝置10的內側或內部，將框體的外側稱為照明裝置10的外側或外部。
在被設在照明裝置10之左側面的第1側面蓋件13的外側，係隔著配管接頭15，設有作為與照明裝置10內部的冷媒導管25相連接的連結手段之一例的雌型配管構件的第2配管耦合器17。
在第2側面蓋件14的外側，係隔著配管接頭15設有與冷媒導管25相連接之作為連結手段之一例的屬於雄型配管構件的第1配管耦合器16。亦即，第1配管耦合器16與第2配管耦合器17係設在與照明裝置10的框體相對向的位置。
此外，照明控制配線31係由第2側面蓋件14突出於外部。其中，照明控制配線31係選擇可承受栽培室60內之高溫高濕環境的被覆線。
外裝蓋件11若為對照明裝置10賦予剛性而防止變形者，亦可使用任何材質者。例如可使用鋁(Al)、不銹鋼(SUS)、銅(Cu)、鈦(Ti)等金屬材料、ABS樹脂等塑膠材料。其中，較佳為使用藉由以重量及成本方面來說較為優異的Al或鋁合金所得的押出成型品。此時，表面為了防止Al腐蝕，因此以進行耐酸鋁(alumite)加工為更佳。此外，由提高反射率而達成光之有效利用的觀點來看，耐酸鋁加工係以白色耐酸鋁或另外在其上進行透明塗裝為更佳。
透明蓋件12若為有效率地透過設在照明裝置10之半導體發光元件的發光波長者，亦可使用任何材質者。透明蓋件12較佳為例如玻璃。此外，丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(PMMA)等丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)等亦可適於使用。此外，以在透明蓋件12的照明裝置10的內側，設有相對半導體發光元件之發光波長的反射防止膜為更佳。
第1側面蓋件13及第2側面蓋件14係與外裝蓋件11同樣地，若為對照明裝置10賦予剛性而防止變形者，則亦可使用任何材質者。亦即，第1側面蓋件13若為即使將其夾在其間而將冷媒導管25與第2配管耦合器17相連接亦可抑制變形者即可。此外，同樣地，第2側面蓋件14若為即使將夾在其間而將冷媒導管25與第1配管耦合器16相連接亦可抑制變形者即可。在該等係可使用例如Al、SUS、Cu、Ti、Mo等金屬材料、或ABS等塑膠材料。亦可為以重量方面較為優異的Al的壓鑄(die casting)。接著，第1側面蓋件13及第2側面蓋件14係以外裝蓋件11及透明蓋件12的端部可***的方式設有凹部為佳。
接著，較佳為以含有濕氣的空氣(外氣)不會由外部進入至照明裝置10內的方式，在照明裝置10內填充乾燥空氣、乾燥氮等，並且成為外裝蓋件11、透明蓋件12、第1側面蓋件13、第2側面蓋件14之交界的部分以填充材予以密封。
如上所示，可抑制由栽培室60內的高溫高濕環境，半導體發光元件的劣化、或搭載後述半導體發光元件之電路基板(後述第4圖(b)的電路基板22)的銅箔或銅箔上的銀鍍敷、焊料腐蝕等。
其中，在填充材係可使用矽酮等填縫材(caulking material)。
第3圖係用以說明第1配管耦合器16與第2配管耦合器17之一例圖。在適用本實施形態的植物栽培系統1中，如第1圖所示，複數照明裝置10使第1配管耦合器16與第2配管耦合器17相嵌合而予以連結。
在第3圖中，係顯示第1配管耦合器16與第2配管耦合器17相嵌合的狀態。
其中，第1配管耦合器16及第2配管耦合器17均為旋轉對稱體。因此，第3圖所示之第1配管耦合器16及第2配管耦合器17的上側係顯示包含對稱軸的面的剖面。接著，第3圖的下側係顯示第1配管耦合器16及第2配管耦合器17的外形。
第1配管耦合器16係內部為空洞的筒狀旋轉對稱體，在其一端部形成有六角螺帽，以可與冷媒導管25相連接的方式使母螺絲被轉動。接著，第1配管耦合器16的另一端部係具備有：被組入第1配管耦合器本體16a，朝軸向滑動的可動環16b；被夾在第1配管耦合器本體16a與可動環16b之間具有彈簧作用的爪部16c；及設在第1配管耦合器本體16a與可動環16b之間抑制可動環16b動作的彈簧線圈16d。
另一方面，第2配管耦合器17係內部為空洞的筒狀旋轉對稱體，在第2配管耦合器本體17a的一端部係形成有六角螺帽，以可與冷媒導管25相連接的方式使母螺絲被轉動。接著，第2配管耦合器本體17a的另一端部係形成為可與第1配管耦合器本體16a的內側相嵌合之粗細的部分，在其前端部具備有以與第1配管耦合器本體16a內的壁面相接的方式朝外周方向圍繞的O型環17b。此外，在形成在第2配管耦合器本體17a的六角螺帽與O型環17b之間的第2配管耦合器本體17a變細的部分，形成有朝外周方向圍繞的溝槽17c。
若在第1配管耦合器16之筒部內部***第2配管耦合器17變細的部分，第2配管耦合器17的O型環17b會與第1配管耦合器16的內壁相密接，而抑制冷媒漏洩。接著，第1配管耦合器16的爪部16c、與第2配管耦合器17的溝槽17c相咬合，防止第1配管耦合器16與第2配管耦合器17脫落。
接著，若將可動環16b抵抗彈簧線圈16d的推斥力而朝軸向移動時，爪部16c會因彈簧作用而變形，爪部16c與溝槽17c的咬合會鬆緩，由此使第1配管耦合器16與第2配管耦合器17容易脫落。
藉此，複數照明裝置10的連結變得較為容易，並且解除連結，改變植物栽培系統1之構成變得較為容易。
以第1配管耦合器16、第2配管耦合器17而言，係可使用藉由SUS、銅合金等金屬材料所得者、藉由ABS樹脂等所得之塑膠材料者。
其中，以連結手段而言，在本實施形態中，係使用第1配管耦合器16與第2配管耦合器17，但是並非限定於此。例如，亦可在將冷媒導管25延長的端部設置軟管安裝口，利用軟管而與鄰接的照明裝置10的冷媒導管25(鄰接冷媒導管)相連結。此外，亦可使冷媒導管25與鄰接冷媒導管夾著襯墊對頂而加以固定。
第4圖係用以說明照明裝置10內部之一例圖。第4圖(a)係顯示將第2圖(b)所示照明裝置10的透明蓋件12卸除後之照明裝置10的內部。第4圖(b)係第4圖(a)之IVB-IVB線中的剖面圖。
如第4圖(b)所示，照明裝置10係具備有：搭載半導體發光元件(後述第5圖中的第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b)的發光元件封裝體21；搭載發光元件封裝體21的電路基板22；固定電路基板22的放熱基板24；及將電路基板22與放熱基板24作電性絕緣，並且熱傳導性優異的薄膜狀絕緣性放熱材23。接著，發光元件封裝體21係以由透明蓋件12放出所發生的光的方式，與透明蓋件12相對向而設。
此外，照明裝置10係具備有以來自發光元件封裝體21之半導體發光元件的光由照明裝置10的透明蓋件12朝垂直方向放出的方式，設定放出光的方向的反射器26。
在電路基板22，以一例而言，如第4圖(a)所示，朝長邊方向使複數發光元件封裝體21排列3列而作配置。接著，以包圍該等發光元件封裝體21的方式，例如形成有屬於旋轉拋物面的反射面27的反射器26，與發光元件封裝體21之列相對應設有3列。
其中，在第4圖中，係在電路基板22排列3列發光元件封裝體21，但是並非限定於該數量。接著，電路基板22係由一枚基板所構成，但是亦可為被分成各列的基板。此外，電路基板22係形成為朝照明裝置10的長邊方向相連的一枚基板，但是亦可為朝長邊方向分割成複數的基板。
在電路基板22係可使用：在使環氧樹脂含浸在玻璃布的玻璃環氧設有銅箔配線的玻璃環氧基板、或設有藉由Ag等所得之厚膜配線的陶瓷等。其中，以成本面來看，以玻璃環氧為佳。
發光元件封裝體21亦可藉由例如焊料而搭載於電路基板22。
照明控制配線31係以對半導體發光元件供給供發光之用之電力的方式連接於電路基板22的表面(半導體發光元件安裝面)。照明控制配線31係通過被設在放熱基板24之一部分的開口，被拉出至放熱基板24的背面。接著，照明控制配線31係在放熱基板24的背面作結線，作為照明控制配線31而被拉出至框體外部，與被設在栽培室60之外的照明控制部30相連接。
照明控制配線31可為乙烯樹脂被覆的銅線。
在第4圖中，反射器26係與照明裝置10的長邊方向相連，按3列發光元件封裝體21的毎一列而設。但是，反射器26亦可按每個發光元件封裝體21而設。此外，亦可為朝長邊方向作分割的複數反射器26。接著，在第4圖中，係將反射器26按3列發光元件封裝體21的每一列而設，但是亦可為未分割而將3列形成為一體者。亦即，反射器26係使由照明裝置10的半導體發光元件所發生的光可相對照明裝置10的透明蓋件12呈垂直方向放出即可。
以反射器26而言，係可使用設有例如剖面成為拋物線的開口的Al區塊。開口的壁部成為反射面27。此外，亦可使用在設有壁部成為反射面27之開口的丙烯酸等樹脂，藉由蒸鍍法等而形成有Al、Ag等金屬膜者。
其中，藉由反射器26而以相對透明蓋件12呈垂直方向放出係指相較於未設有反射器26的情形，垂直方向的光量為較多。
放熱基板24係用以將伴隨著半導體發光元件的發光所發生的熱排出至栽培室60外的基板，以熱傳導率佳的材質所構成，並且具備有冷媒導管25。
冷媒導管25係與放熱基板24的導管挿入部相密接所構成。若僅作挿入，由於傳熱效率較差，因此經由使所挿入的導管利用壓縮空氣使管徑膨脹，而與放熱基板24之導管挿入部相密接的導管抽拔工程而形成。因此，來自搭載於電路基板22之半導體發光元件的熱經由放熱基板24而傳至冷媒導管25，藉由冷媒而被排出至栽培室60外。相反言之，在冷媒導管25流通的冷媒係將放熱基板24冷卻，且將被搭載於與放熱基板24相密接配設的電路基板22的發光元件封裝體21冷卻。因此，由於不會將來自半導體發光元件的熱排出至栽培室60內，因此得以將栽培室60內的溫度、濕度與由半導體發光元件所發生的熱無關係地進行控制。
因此，可搭載於電路基板22的發光元件封裝體21的數量係依由冷媒溫度、流量等所決定的冷卻能力及半導體發光元件的發熱量來決定。尤其，與冷媒導管25的冷媒流通方向呈垂直的方向的長度(電路基板22的寬幅)係受到放熱基板24的熱阻抗等放熱特性所限制。
以放熱基板24而言，係可使用熱傳導率優異的Al、Cu。尤其，冷媒導管25係以不易腐蝕的Cu為佳。
為了改善放熱，在焊接有發光元件封裝體21之搭載有晶片的引線的電路基板22的接合焊墊，形成貫穿至電路基板22背面的貫穿孔，透過鍍敷金屬而與電路基板22背面的銅箔相連接為宜。當然應以半導體發光元件不會短路的方式，連電路基板22的背面亦予以圖案化。
其中，如第4圖(b)所示，冷媒導管25係不會與外裝蓋件11等相接觸而作配置。接著，在照明裝置10內係如前所述，填充有乾燥空氣、乾燥氮等。因此，即使對冷媒導管25供給溫度比栽培室60的溫度為低的冷媒，亦可以冷媒導管25及安裝有該冷媒導管25的放熱基板24為首，抑制電路基板22、發光元件封裝體21、其他零件結露。藉此，以冷媒導管25及放熱基板24為首，可抑制電路基板22、發光元件封裝體21、其他零件因濕氣或結露所造成的腐蝕。
絕緣性放熱材23係分別相密接配設在電路基板22與放熱基板24之間，保持電性絕緣，並且用以將由電路基板22所發生的熱傳導至放熱基板24而設。此係與放熱基板24相密接而設的冷媒導管25係如前所述與第1配管耦合器16及第2配管耦合器17相連接。第1配管耦合器16及第2配管耦合器17係設在照明裝置10的外側。因此，從事植物栽培的作業者等會有接觸到第1配管耦合器16或第2配管耦合器17之虞。因此，為了防止觸電，在第1配管耦合器16及第2配管耦合器17並不可以流通電流。因此，必須將放熱基板24與電路基板22作電性絕緣。
絕緣性放熱材23係將電路基板22與放熱基板24作電性絕緣，並且使由電路基板22上的半導體發光元件所發生的熱傳導至放熱基板24。因此，絕緣性放熱材23係以電路基板22與放熱基板24易於相密接的方式，以具有柔軟性且電性絕緣阻抗高、熱阻抗低的薄膜為佳。以如上所示之薄膜而言，可使用聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚乙烯(PE)等。
電路基板22與放熱基板24係在未設有電路基板22之配線的部分，藉由螺絲等予以固定即可。
反射器26亦透過電路基板22，而藉由螺絲等固定在放熱基板24即可。此時亦關於電路基板22的圖案與安裝螺絲的絕緣距離應加以留意，俾以不會漏電至安裝螺絲。
接著，如第4圖(b)所示，放熱基板24若藉由***在設在外裝蓋件11之開縫等加以固定即可。
第4圖(b)所示之冷媒導管25係連接於第1配管耦合器16及第2配管耦合器17。此時，在由放熱基板24至第1配管耦合器16及第2配管耦合器17之間必須要有配管時，亦可在例如Cu等配管設置添加螺絲。若構成為不會有冷媒漏洩的情形，且冷媒在複數照明裝置10作循環即可。
照明裝置10以一例而言，長度為1200mm、寬幅為100mm、深度為45mm。接著，冷媒導管25的管徑為12mm。其中，並非限定於該形狀，亦可形成為其他值。
第5圖係說明在本實施形態中所使用之發光元件封裝體21之構成之一例圖。在此，第5圖(a)係顯示發光元件封裝體21的上視圖，第5圖(b)係顯示第5圖(a)的VB-VB剖面圖。
該發光元件封裝體21係具備有：在以平面狀形成的開口面71形成有凹部61a的樹脂容器61、由與樹脂容器61一體化的引線框架所構成的陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b、及被安裝在凹部61a的底面70之作為發光元件之一例的第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b。亦即，該發光元件封裝體21係將第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b安裝成1個的2in1封裝體。接著，以一例而言，第1半導體發光元件64a係發光峰值波長為450nm的藍色發光元件。另一方面，第2半導體發光元件64b係發光峰值波長為660nm的紅色發光元件。
其中，以第1半導體發光元件64a而言，係可使用發光峰值波長為400～500nm者。此外，以第2半導體發光元件64b而言，係可使用發光峰值波長為655～675nm者。在此，發光峰值波長係指光強度為最大的波長。
樹脂容器61係藉由將含有白色顏料的熱塑性樹脂(在以下說明中係稱為白色樹脂)進行射出成型而形成在包含陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b的金屬引線部。
此外，為了可與施加焊料回焊等之溫度的工程相對應，白色樹脂係選定充分考慮到耐熱性的材質。以作為基材的樹脂而言，以PPA(polyphthalamide)最為一般，但是若為液晶聚合物、環氧樹脂、聚苯乙烯等亦可。其中亦在本實施形態中，以PPA而言，屬於二胺與間苯二甲酸或對苯二甲酸之共聚物的尼龍4T、尼龍6T、尼龍6I、尼龍9T、尼龍M5T尤其可適於使用。
設在樹脂容器61的凹部61a係具備有：具有圓形狀的底面70；同樣地具有圓形狀的開口面71；及以由底面70的周緣朝向開口面71擴開的方式豎起的壁面80。在此，底面70係藉由：露出於凹部61a的陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b；及陽極用引線部62a、62b與陰極用引線部63a、63b之間之間隙的樹脂容器61的白色樹脂所構成。另一方面，壁面80係藉由構成樹脂容器61的白色樹脂所構成。其中，關於底面70的形狀，可為圓形、矩形、橢圓形、多角形之任一者。此外，關於開口面71的形狀，可為圓形、矩形、橢圓形、多角形之任一者，亦可與底面形狀相同。
陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b係各自的一部分被夾在樹脂容器61內予以保持，並且其他一部分露出於樹脂容器61的外部，形成為用以對第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b施加電流的端子。當以表面安裝為前提時，會有如第5圖所示，將陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b分別朝樹脂容器61的背側彎曲而將其前端配設在樹脂容器61的底部的情形。
此外，陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b、亦即引線框架係具有0.1～0.5mm程度的厚度的金屬板，以銅合金等金屬導體為基座，在其表面藉由被施行銀鍍敷而形成有銀鍍敷層。
第1半導體發光元件64a係在被配設在凹部61a之底面70的陰極用引線部63a上，利用由矽酮樹脂或環氧樹脂所構成的黏晶劑予以接著而固定。同樣地，第2半導體發光元件64b係在被配設在凹部61a之底面70的陽極用引線部62b上，利用由矽酮樹脂或環氧樹脂所構成的黏晶劑予以接著而固定。
此外，在第1半導體發光元件64a的背面，隔著Al、Ni等金屬層形成有AuSn層，藉由熱熔融被固定在被配設在凹部61a之底面70的陰極用引線部63a上為更佳。關於第2半導體發光元件64b亦同。
第1半導體發光元件64a係具有n型焊墊電極及p型焊墊電極，透過接合導線65，分別使p型焊墊電極連接於陽極用引線部62a、n型焊墊電極連接於陰極用引線部63a。同樣地，第2半導體發光元件64b亦具有n型焊墊電極及p型焊墊電極，透過接合導線65，p型焊墊電極被連接於陽極用引線部62b，n型焊墊電極被連接於陰極用引線部63b。
其中，發光元件封裝體21係以填充凹部61a的方式利用密封樹脂予以密封。密封樹脂若由透過第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b所發出的光的透明樹脂所構成即可。
例如，以透明樹脂而言，含有以覆蓋凹部的方式予以密封的硬化性樹脂、使其硬化的硬化劑、及另外依需要所摻合之例如抗氧化劑、變色防止劑、光劣化防止劑、反應性稀釋劑、無機填充劑、阻燃劑、有機溶劑等者為佳。
以硬化性樹脂而言，具體而言列舉如：矽酮樹脂、環氧樹脂、環氧矽酮混成樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醯亞胺樹脂等。其中，由耐熱性的觀點來看，以矽酮樹脂或環氧樹脂為佳，尤其以矽酮樹脂為特佳。
此外，在此，在第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b分別設有陽極用引線部(62a、62b)、陰極用引線部(63a、63b)，但是亦可將其中一方設為共通。
在此，發光元件封裝體21係形成為將2個第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b安裝成1個的2in1封裝體，但是亦可為搭載有單一晶片的1in1封裝體，或亦可為搭載多晶片的封裝體。多晶片時之封裝體內的配線係可形成為在單端或兩端具有共通端子的並聯電路，亦可按每個晶片具有獨立的正極、負極。此外，亦可形成為在封裝體內將晶片間作串聯連接的串聯電路。
接著，說明第1半導體發光元件64a(藍色發光元件)及第2半導體發光元件64b(紅色發光元件)之一例。其中，以下所示構造及數值為具代表性的構造及數值，並不限於在此所示之構造及數值。
＜藍色發光元件＞
第6圖係說明在本實施形態中所使用之藍色發光之第1半導體發光元件64a之構成之一例的剖面圖。第7圖係藍色發光之第1半導體發光元件64a的上視圖。在此，針對發光峰值波長為450nm之藍色發光的第1半導體發光元件64a加以說明。
如第6圖所示，第1半導體發光元件64a係具備有：第1基板110、層積在第1基板110上的中間層120、及層積在中間層120上的基底層130。此外，第1半導體發光元件64a係具備有：層積在基底層130上的第1n型半導體層140、層積在第1n型半導體層140上的第1發光層150、及層積在第1發光層150上的第1p型半導體層160。其中，在以下說明中，視需要，將該等第1n型半導體層140、第1發光層150及第1p型半導體層160彙總稱為第1層積半導體層100。此外，第1半導體發光元件64a係具有被層積在第1p型半導體層160上，且透過第1發光層150所發生的光的透明電極170。接著，第1半導體發光元件64a係具備有：層積在透明電極170的上面170c且作為p型焊墊電極的第1接合焊墊電極210。再者此外，第1半導體發光元件64a係具備有：被層積在藉由將第1p型半導體層160、第1發光層150及第1n型半導體層140的一部分形成切口所露出的第1n型半導體層140的半導體層露出面140c上的一部分，作為n型焊墊電極的第2接合焊墊電極240。
此外，第1半導體發光元件64a係具備有：除了第1接合焊墊電極210及第2接合焊墊電極240的表面的一部分以外，覆蓋第1n型半導體層140、第1發光層150、第1p型半導體層160及透明電極170的第1保護層180。
該第1半導體發光元件64a係如前所述被接著固定在陰極用引線部63a上，第1接合焊墊電極210係藉由接合導線65而與引線框架的陽極用引線部62a相連接。接著，第2接合焊墊電極240係藉由接合導線65而與引線框架的陰極用引線部63a相連接。
將第1接合焊墊電極210設為正極、第2接合焊墊電極240設為負極，在第1層積半導體層100(具體而言為第1p型半導體層160、第1發光層150及第1n型半導體層140)流通電流，藉此使第1發光層150發光。接著，所發生的光係由未設有第1接合焊墊電極210之透明電極170的上面被取出至第1半導體發光元件64a的外部。
其中，關於第1半導體發光元件64a之構成及其製造方法等，例如可參照日本特開2009-123718號公報加以實施。
此外，在本實施形態中，如第6圖所示，亦可將由如SiO2 般的矽氧化物所構成的第1保護層180，以覆蓋於透明電極170、第1p型半導體層160、第1n型半導體層140之半導體層露出面140c的上面(亦包含被蝕刻的側壁)、第1接合焊墊電極210之周邊部分、第2接合焊墊電極240之周邊部分等的表面的方式所形成。
藉此，除了前述接合焊墊電極(210、240)的上面以外，可將第1半導體發光元件64a作屏蔽，大幅減低外部的空氣或水分浸入至第1半導體發光元件64a的可能性，亦有助於防止第1半導體發光元件64a的透明電極170或接合焊墊電極(210、240)剝落。
第1保護層180的厚度係以50～1000nm為佳，以100～500nm為較佳，以150～450nm為更佳。
第1保護層180的厚度係藉由形成為50～1000nm，大幅減低外部的空氣或水分浸入至第1半導體發光元件64a的第1發光層150的可能性，可防止第1半導體發光元件64a的第1接合焊墊電極210或第2接合焊墊電極240剝落。
接著，第1保護層180的形成方法係例如首先在透明電極170、第1p型半導體層160、第1n型半導體層140之半導體層露出面140c的上面(亦包含被蝕刻的側壁)、第1接合焊墊電極210的表面、第2接合焊墊電極240的表面形成由SiO2 所構成的第1保護層180後，在第1保護層180上塗佈未圖示的阻劑。
接著，將第1接合焊墊電極210及第2接合焊墊電極240的表面的一部分的阻劑去除，藉由周知的蝕刻手法來去除第1保護層180，藉此使各自的電極的表面的一部分露出。
如以上所示製造第1半導體發光元件64a。
＜紅色發光元件＞
第8圖係說明在本實施形態中所使用之紅色發光之第2半導體發光元件64b之構成之一例的剖面圖。第9圖係紅色發光之第2半導體發光元件64b的上視圖。在此，針對發光峰值波長為660nm之紅色發光的第2半導體發光元件64b加以說明。其中，第8圖所示之第2半導體發光元件64b的剖面圖係相當於第9圖中之上視圖的VIII-VIII線的剖面圖。
如第8圖所示，第2半導體發光元件64b係接合第2層積半導體層300與第2基板310而構成。接著，第2層積半導體層300係依序層積有：變形調整層320、作為下部包覆層發揮作用的第2p型半導體層330、第2發光層340、及作為上部包覆層發揮作用的第2n型半導體層350所構成。
接著，第2半導體發光元件64b係具備有：形成在第2n型半導體層350的上面350c，且作為n型焊墊電極發揮作用的第3接合焊墊電極400；及形成在藉由將第2層積半導體層300的第2n型半導體層350、第2發光層340、第2p型半導體層330的一部分作切口所露出的變形調整層320的上面320c，作為p型焊墊電極發揮作用的第4接合焊墊電極410。
其中，如第9圖所示，第3接合焊墊電極400係在第2n型半導體層350上，與例如形成為格子狀的配線401相連接。配線401係藉由與第3接合焊墊電極400為相同材料，以不會對來自第2n型半導體層350的光的取出造成影響的方式，以細線所形成。藉此，將第2n型半導體層350的電位分布，與未設置配線401的情形相比，形成為更為均一，且將第2發光層340的發光分布均一化。
此外，第2半導體發光元件64b係具備有：除了第3接合焊墊電極400及第4接合焊墊電極410的表面的一部分以外，覆蓋變形調整層320、第2p型半導體層330、第2發光層340、第2n型半導體層350的第2保護層360。
在該第2半導體發光元件64b中，將第3接合焊墊電極400設為負極、第4接合焊墊電極410設為正極，透過兩者而在第2層積半導體層300(更具體而言為第2p型半導體層330、第2發光層340及第2n型半導體層350)流通電流，藉此使第2發光層340發光。接著，所發生的光係由未設有第3接合焊墊電極400及配線401的第2n型半導體層350的上面、或第2基板310的側面，被取出至第2半導體發光元件64b的外部。
以下更加詳細說明第2半導體發光元件64b之構成。
(第2基板)
如第8圖所示，第2基板310係接合在構成第2層積半導體層300的變形調整層320。該第2基板310係具有足以機械性支持第2發光層340之充分強度，並且以可將由第2發光層340所出射的光透過的方式，由帶隙能量寬、對來自第2發光層340的發光波長呈光學上透明的材料所構成。例如可由磷化鎵(GaP)、砒化鋁‧鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)等III-V族化合物半導體結晶體、硫化鋅(ZnS)或硒化鋅(ZnSe)等II-VI族化合物半導體結晶體、或六方晶或立方晶之碳化矽(SiC)等IV族半導體結晶體、玻璃、藍寶石等絕緣基板所構成。
另一方面，亦可選擇在接合面具有反射率高之表面的機能性基板。例如，亦可選擇在表面形成有銀、金、銅、鋁等之金屬基板或合金基板、或在半導體形成有金屬鏡構造的複合基板等。
接著，第2基板310係以形成為例如50μm以上的厚度為佳，俾以機械性充分的強度支持第2發光層340。此外，為了在與第2層積半導體層300接合後，容易對第2基板310進行機械性加工，最好形成為未超過300μm厚度者。亦即，第2基板310係由具有50μm以上且300μm以下的厚度的n型GaP基板所構成較為合適。
此外，如第8圖所示，第2基板310的側面係在接近第2層積半導體層300之側，構成相對屬於光取出面之第2n型半導體層350的上面呈大致垂直的垂直面310a，在遠離第2層積半導體層300之側，構成朝第2基板310的內側呈傾斜的傾斜面310b。藉此，可將由第2發光層340被放出至第2基板310側的光效率佳地取出外部。亦即，由第2發光層340被放出至第2基板310側的光之中，在垂直面310a被反射的光係可由傾斜面310b取出。另一方面，在傾斜面310b被反射的光係可由垂直面310a取出。如上所示，藉由垂直面310a與傾斜面310b的相乘效果，可提高光取出效率。
接著，在本實施形態中，最好將傾斜面310b和與屬於光取出面之第2n型半導體層350的上面呈平行的面所成角度α設在55度～80度的範圍內。藉由形成為如上所示之範圍，可將在第2基板310的底面310c作反射的光效率佳地取出至外部。
此外，最好將第2基板310之垂直面310a之部分的厚度設為30～100μm。藉由將垂直面310a的厚度設在該範圍內，可將在第2基板310的底面310c作反射的光在垂直面310a效率佳地返回至發光面，可由屬於光取出面之第2n型半導體層350(未形成有第3接合焊墊電極400的部分)的上面放出。藉此，可提高第2半導體發光元件64b的發光效率。
此外，第2基板310的傾斜面310b較佳為予以粗面化。若傾斜面310b被粗面化，可得抑制在傾斜面310b的全反射，提升來自該傾斜面310b之光取出效率的效果。
(變形調整層)
在本實施形態中，在第2基板310與第2p型半導體層330之間設有變形調整層320。該變形調整層320由於相對來自第2發光層340的發光波長為透明，因此不會吸收發光，而可形成為高輸出、高效率的第2半導體發光元件64b。
其中，該變形調整層320係具有比在形成第2層積半導體層300時所使用的GaAs基板(未圖示)的晶格常數為小的晶格常數。因此，可抑制第2層積半導體層300發生翹曲。藉此，由於減低設在第2發光層340內之變形發光層之變形量的第2發光層340內的不均，可形成為單色性優異的第2半導體發光元件64b。
其中，變形調整層320係例如作Mg摻雜的載體濃度為約3×1018 /cm3 ，厚度為約9μm的p型GaP。
(第2p型半導體層)
作為下部包覆層發揮作用的第2p型半導體層330係被設在變形調整層320與第2發光層340之間。第2p型半導體層330係例如摻雜有Mg的(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P、載體濃度為約8×1017 /cm3 、厚度為約0.5μm。
此外，在變形調整層320與第2p型半導體層330之間亦可設有例如(Al0.5 Ga0.5 )0.5 In0.5 P、載體濃度為約8×1017 /cm3 、厚度為約0.05μm的中間層。
(第2發光層)
在第2p型半導體層330與第2n型半導體層350之間設有出射光的第2發光層340。第2發光層340係以其發光頻譜的峰值發光波長形成為655～675nm的範圍為佳，以形成為660～670nm的範圍為更佳。上述範圍的發光波長係適於植物育成(光合成)用之光源的發光波長之1個，對光合成的反應效率高。
另一方面，700nm以上的長波長係會發生抑制植物育成的反應。因此，長波長範圍的光量最好為較少。因此，為了有效率地進行植物育成，相對光合成反應之最適655～675nm的波長領域的光較強、未包含700nm以上之長波長的光的紅色光源為最佳。由此，為了形成為較佳紅色光源，半值寬度必須為較窄。
基於該等情形，發光頻譜的半值寬度較佳為10～40nm，此外，發光波長700nm中的發光強度，以未達峰值發光波長中之發光強度的10%為佳。
第2發光層340係將變形發光層與阻障層交替層積所構成。變形發光層例如為未摻雜、厚度為約17nm的Ga0.44 In0.56 P，阻障層例如為未摻雜、厚度為約19nm的(Al0.53 Ga0.47 )0.5 In0.5 P。接著，將變形發光層與阻障層交替層積例如22對。
(第2n型半導體層)
作為上部包覆層發揮作用的第2n型半導體層350係設在第2發光層340的上面。
第2n型半導體層350係例如摻雜有Si之載體濃度為約1×1018 /cm3 、厚度為約0.5μm的(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P。
其中，亦可在第2n型半導體層350的上面設置n型接觸層，其由例如摻雜Si之載體濃度為約2×1018 /cm3 、厚度為約3.5μm的(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 P所構成。
(第3接合焊墊電極及第4接合焊墊電極)
屬於n型焊墊電極的第3接合焊墊電極400係被設在第2n型半導體層350的上面350c，可使用例如由AuGe、Ni合金/Au所構成的合金。
另一方面，屬於p型焊墊電極的第4接合焊墊電極410係被設在露出的變形調整層320的上面320c，可使用例如由AuBe/Au所構成的合金。
上述第2半導體發光元件64b係可製造如下所示。
首先，在摻雜有Si之由n型GaAs單結晶所構成的GaAs基板上依序層積第2層積半導體層300。GaAs基板係將由例如(100)面朝(0-1-1)方向傾斜15°的面作為成長面，載體濃度為2×1018 /cm3 。
在該GaAs基板上，依照第2n型半導體層350、第2發光層340、第2p型半導體層330、變形調整層320的順序形成第2層積半導體層300。
其中，亦可在GaAs基板上與第2層積半導體層300之間設有由例如摻雜有Si之載體濃度為約2×1018 /cm3 、厚度為約0.5μm的GaAs所構成的n型緩衝層。
在本實施形態中，使用減壓有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)法，使第2層積半導體層300作磊晶成長在直徑76mm、厚度350μm的GaAs基板。使其作磊晶成長時，以III族構成元素的原料而言，係可使用三甲基鋁((CH3 )2 Al)、三甲基鎵((CH3 )3 Ga)及三甲基銦((CH3 )3 In)。此外，以Mg的摻雜原料而言，係可使用雙(環戊二烯)鎂(bis-(C5 H5 )2 Mg)。此外，以Si的摻雜原料而言，係可使用二矽烷(Si2 H6 )。接著，以V族構成元素的原料而言，係可使用三氫化磷(PH3 )、三氫化砷(AsH3 )。此外，以各層的成長溫度而言，由p型GaP所構成的變形調整層320係在750℃下使其成長，其他各層係在700℃下使其成長。
接著，將變形調整層320由表面硏磨至約1μm的深度為止而進行鏡面加工。另一方面，備妥黏貼在上述變形調整層320經鏡面硏磨的表面之由n型GaP所構成的第2基板310。第2基板310係例如直徑為76mm、厚度為250μm。接著，第2基板310係以載體濃度成為約2×1017 /cm3 的方式摻雜有Si之(111)面的單結晶基板。此外，第2基板310的表面係在接合於變形調整層320之前，先硏磨成鏡面。
接著，在一般的半導體材料黏貼裝置搬入第2基板310、及形成有第2層積半導體層300的GaAs基板，至成為例如3×10-5 Pa為止，將半導體材料黏貼裝置內作排氣成真空。
之後，將第2基板310、及第2層積半導體層300的變形調整層320的表面，例如經3分鐘照射使電子衝撞而呈中性(neutral)化的Ar束，將吸附在雙方表面的氣體等去除。
之後，在維持真空的半導體材料黏貼裝置內，將第2基板310與第2層積半導體層300的變形調整層320表面相疊合，以例如壓力成為50g/cm2 的方式施加負載，在室溫下進行接合。
此外，藉由氨系蝕刻劑，將GaAs基板及GaAs緩衝層選擇性去除。接著，在接觸層的表面，將AuGe、Ni合金以厚度成為0.5μm、Pt成為0.2μm、Au成為1μm的方式藉由真空蒸鍍法進行成膜而作為第3接合焊墊電極400。之後，利用周知的光微影施行圖案化，形成有作為n型焊墊電極發揮作用的第3接合焊墊電極400。
接著，將形成第4接合焊墊電極410之領域的第2n型半導體層350、第2發光層340、第2p型半導體層330選擇性去除，而使變形調整層320露出。在該所露出的變形調整層320的上面320c，將AuBe形成為0.2μm、Au形成為1μm的方式利用真空蒸鍍法形成作為p型焊墊電極發揮作用的第4接合焊墊電極410。
之後，在450℃下進行10分鐘熱處理而進行合金化，各自形成低阻抗之作為n型及p型焊墊電極發揮作用的第3接合焊墊電極400及第4接合焊墊電極410。
如上述所製造的第2半導體發光元件64b係如第5圖(a)所示，被組入於發光元件封裝體21。亦即，第2半導體發光元件64b的底面310c被設置在引線框架的陽極用引線部62b上，第3接合焊墊電極400係藉由例如金的接合導線65而與陰極用引線部63b相連接，第4接合焊墊電極410係藉由金的接合導線65而與陽極用引線部62a相連接。藉此，n型GaP的第2基板310與第3接合焊墊電極400係形成為同電位。
其中，發光元件封裝體21的凹部61a亦可在打線接合之後，以一般的環氧樹脂予以密封。
其中，本實施形態中的紅色發光的第2半導體發光元件64b係使用由AlGaInP所構成的4元化合物半導體。在本說明書中，AlGaInP或AlInP等的記述亦有將各元素的組成比簡略記載的情形。另一方面，以發出660nm之光的半導體發光元件而言，已知一種使用AlGaAs之3元化合物半導體者。
本實施形態中使用AlGaInP的第2半導體發光元件64b，與使用AlGaAs者相比，由於Al的比率較低，因此具有抵抗因濕氣所造成的腐蝕的特性。
上述第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b為一例，可知可使用除此以外之構造的半導體發光元件、具有該等以外之發光峰值波長的半導體發光元件。
如以上說明所示，在本實施形態中，係使用安裝有植物育成所需之藍色發光的第1半導體發光元件64a及紅色發光的第2半導體發光元件64b的發光元件封裝體21，因此易於製造照明裝置10。
此外，以可將第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b的各個進行導通/關斷的方式，個別設有引線框架的陽極用引線部62a、62b及陰極用引線部63a、63b。因此，將照明控制配線31以第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b分開設置，藉此可依植物的種類等，獨立控制紅色與藍色的光子密度(光量子密度)。
在如上所示製作的照明裝置10中，20cm正下方之光量子密度係當藍色發光之第1半導體發光元件64a的平均每1個流通20mA時，為300μmol/m2 /sec，當紅色發光之第2半導體發光元件64b的平均每1個流通20mA時，則為200μmol/m2 /sec。
此外，在使半導體發光元件為不亮燈，(I)5℃下放置15分鐘、(II)15分鐘內升溫至60℃、(III)60℃下放置15分鐘、(IV)15分鐘內降溫至5℃，然後將恢復至(I)的溫度週期反覆進行1000週期的溫度週期試驗中，在照明裝置10的透明蓋件12(玻璃)內面模糊不清，並未發現結露。此外，在30℃、95%RH(相對濕度)的環境下，在藍色發光的第1半導體發光元件64a流通10mA、在紅色發光的第2半導體發光元件64b流通30mA所進行的1000小時的連續亮燈試驗中，在照明裝置10內部未發現生銹或半導體發光元件的不亮燈，光量子密度係可維持初期值的98%。
(第2實施形態)
在第1實施形態中，將包含藍色發光的第1半導體發光元件64a及紅色發光的第2半導體發光元件64b的發光元件封裝體21搭載於電路基板22，將該電路基板22另外搭載於放熱基板24。在該方法中，由第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b所發生的熱係透過發光元件封裝體21的金屬引線、及電路基板22的貫穿孔，由電路基板22的背面傳至放熱基板24。
其中，發光元件封裝體21的金屬引線較薄為厚度0.15mm，發光元件封裝體21的熱阻抗為100℃/W，並非那麼低。
在本實施形態中，為了使冷卻效率更加提升，採用將第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b直接接著在金屬基座之電路基板32之金屬基座部的方式(COB式：Chip on Board式)。
第10圖係適用本實施形態的照明裝置20之一例的剖面圖。其中，照明裝置20係與第1實施形態同樣地具備有：構成框體的外裝蓋件11、透明蓋件12、第1側面蓋件13、及第2側面蓋件14。此外，在本實施形態中亦使用藍色發光的第1半導體發光元件64a與紅色發光的第2半導體發光元件64b。
在本實施形態中，在放熱基板24的其中一面，與第1實施形態同樣地，設有冷媒導管25。接著，在放熱基板24的另一面，透過絕緣性放熱材23螺緊有COB式的電路基板32。其中，在第10圖中係設有反射器26，但是不設亦可。
第11圖係用以說明設在COB(Chip On Board)式之電路基板32的連接配線520與半導體發光元件(第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b)之連接關係之一例的俯視圖。在此，第11圖(a)係說明透過絕緣性放熱材23而被螺緊在放熱基板24的COB式的電路基板32上的電路圖案之例的俯視圖。第11圖(b)係以第11圖(a)的虛線所包圍的部分的放大圖，顯示被配置在電路基板32上的第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b與連接配線520的連接關係。
其中，在第2實施形態的說明中，係對與第1實施形態中所說明的構成為相同的構成標註相同的元件符號，並省略詳細說明。
首先，在第11圖(a)中，針對形成有連接配線520的電路基板32加以說明。
電路基板32係用以將伴隨著第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b的發光所發生的熱排出至栽培室60外的基板。因此，電路基板32係以熱傳導率佳的材質所構成。
以電路基板32而言，係可使用熱傳導率優異的Al、Cu。
另一方面，在電路基板32的表面設有在兩面形成有連接配線520的絕緣層510。接著，以可將第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b直接搭載於電路基板32上的方式，以露出電路基板32的表面的方式去除絕緣層510，設有複數半導體發光元件設置部530。在第11圖(a)中，以一例而言，複數半導體發光元件設置部530朝電路基板32的長邊方向以等間隔排2列，平均每列配置有15個。
接著，在複數半導體發光元件設置部530的各個，例如將第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b設為成對予以配置。第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b係透過連接配線520而被供電。如第11圖(a)所示，連接配線520具體而言係由被分割成複數的配線所構成。
接著，在第11圖(b)中，說明第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b、與連接配線520之連接關係之一例。
第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b係構成成對(pair)，該成對被配置在半導體發光元件設置部530內。第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b係朝電路基板32的短邊方向排列配置，第1半導體發光元件64a被配置在電路基板32的外側，第2半導體發光元件64b被配置在電路基板32的內側。
接著，某一第1半導體發光元件64a的第1接合焊墊電極210透過絕緣層510上的連接配線520而被連接在與其相鄰接配置之其他第1半導體發光元件64a的第2接合焊墊電極240。第1接合焊墊電極210或第2接合焊墊電極240與連接配線520係利用接合導線65予以連接。
此外，必須跨越連接配線520而將其他2個連接配線520相連接的部分，係利用低阻抗的晶片阻抗66作過渡配線。
如上所示，複數第1半導體發光元件64a藉由連接配線520作串聯連接。同樣地，複數第2半導體發光元件64b藉由連接配線520作串聯連接。但是，複數第1半導體發光元件64a與複數第2半導體發光元件64b並不互相連接。此係因為得以使第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b個別作亮燈控制之故。
亦即，在連接配線端子520a與520b之間，僅有被配列在電路基板32內側的第2半導體發光元件64b串聯連接10個。另一方面，在連接配線端子520c與520d之間，僅有被配列在電路基板32外側的第1半導體發光元件64a串聯連接10個。藉此，在連接配線端子520a與520b之間，照明控制部30將第2半導體發光元件64b的順向電壓施加至作串聯連接的個數倍的電壓，在第2半導體發光元件64b流通順向電流，藉此可使串聯連接的複數第2半導體發光元件64b同時亮燈。在連接配線端子520c與520d之間亦同。
其中，在本實施形態中，如第11圖(a)所示，配置在電路基板32的圖中右側、中央、左側，分別作串聯連接的10個第1半導體發光元件64a或第2半導體發光元件64b在連接配線端子520a與520b之間或連接配線端子520c與520d之間作並聯連接。如上所示，將作串聯連接的第1半導體發光元件64a或第2半導體發光元件64b的列作複數並聯連接，藉此與將電路基板32上的所有第1半導體發光元件64a或第2半導體發光元件64b作串聯連接的情形相比，可將供給至第1半導體發光元件64a或第2半導體發光元件64b的電壓抑制為較低。
第12圖係更進一步說明本實施形態中直接搭載有半導體發光元件(第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b)之COB(Chip On Board)(COB)式的電路基板32的圖。第12圖(a)係放大顯示一個半導體發光元件設置部530之部分的俯視圖。第12圖(b)係第12圖(a)之XIIB-XIIB線下的剖面圖。
在電路基板32的兩面設有形成有連接配線520的絕緣層510。接著，絕緣層510係在設置第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b的半導體發光元件設置部530中，以露出電路基板32的方式予以去除。
在露出半導體發光元件設置部530的電路基板32上配置有第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b。接著，第1半導體發光元件64a的第1接合焊墊電極210與第2接合焊墊電極240係以接合導線65而連接在形成於絕緣層510上的連接配線520。同樣地，第2半導體發光元件64b的第3接合焊墊電極400與第4接合焊墊電極410係分別利用接合導線65而與連接配線520相連接。
如第12圖(b)所示，絕緣層510(包含形成在絕緣層510之兩面的連接配線520)係隔著接著層540而層積在電路基板32。接著，絕緣層510之成為半導體發光元件設置部530的部分以其側面成為例如圓錐狀的方式予以去除，而露出電路基板32。
絕緣層510的材料亦未被限定，可任意使用樹脂、陶瓷等周知者。尤其，以使環氧樹脂含浸在玻璃布的玻璃環氧為佳。
連接配線520的材料亦未被限定，可任意使用Cu、Al等周知者。
接著層540亦另外若為可接合在電路基板32及絕緣層510之兩者者，則材質並未被限定。亦可使用環氧樹脂等熱熔接著劑，藉由熱壓而接合在電路基板32。亦可使用黏著性接著劑來貼附在電路基板32。
其中，在此係在絕緣層510的兩面形成有連接配線520，但是亦可僅在單面形成有連接配線520。
第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b係利用例如樹脂而被固定在電路基板32。此外，在第1半導體發光元件64a的背面，隔著Al、Ni等金屬層，形成AuSn層，藉由熱熔融而被固定在電路基板32的表面則為更佳。關於第2半導體發光元件64b亦同。
接著，各自的n型焊墊電極及p型焊墊電極與連接配線520係利用金等接合導線65相連接。
接著，在半導體發光元件設置部530，以包覆第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b與接合導線65的方式設有密封樹脂550。密封樹脂550係如前所述，若由透過第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b所發出的光的透明樹脂所構成即可。以透明樹脂而言，含有以覆蓋凹部的方式予以密封的硬化性樹脂、使其硬化的硬化劑、及另外依需要所摻合之例如抗氧化劑、變色防止劑、光劣化防止劑、反應性稀釋劑、無機填充劑、阻燃劑、有機溶劑等者為佳。以硬化性樹脂而言，具體而言列舉如：矽酮樹脂、環氧樹脂、環氧矽酮混成樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醯亞胺樹脂等。其中，由耐熱性的觀點來看，以矽酮樹脂或環氧樹脂為佳，尤其以矽酮樹脂為特佳。
如上所示之構造係可例如如下所示予以製造。
以板狀絕緣層510而言，在0.1mm厚的玻璃環氧的兩面側形成厚度18μm的全面銅箔，將該銅箔進行蝕刻加工而形成連接配線520。由於利用電場鍍敷法而在電路圖案的銅箔表面施行厚度2μm以上的銀鍍敷，因此表面的電路圖案係透過貫穿孔而在背面的電路圖案全部導通，銀鍍敷形成後係藉由切掉電路基板32的端部，而進行電路圖案的邊緣切割。接著，在背面側形成藉由熱熔接著劑所得之厚度50μm的接著層540。
接著，利用衝孔等將板狀絕緣層510之成為半導體發光元件設置部530的部分的絕緣層510予以去除。
接著，使厚度0.7mm的高反射鋁板與板狀絕緣層510在預先訂定的位置疊合且進行熱壓。藉此，高反射鋁板與板狀絕緣層510強固接合，形成有COB式的電路基板32。
接著，將第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b接著在電路基板32之金屬基座的露出部。利用接合導線65將第1半導體發光元件64a的第1接合焊墊電極210及第2接合焊墊電極240與連接配線520相連接。
藉此，可形成在電路基板32直接搭載有第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b之構造之所謂的COB。
在如上所示製作的照明裝置20中，20cm正下方之光子密度(光量子密度)係當藍色發光之第1半導體發光元件64a的平均每1個流通20mA時，為250μmol/m2 /sec，當紅色發光之第2半導體發光元件64b的平均每1個流通20mA時，則為150μmol/m2 /sec。
此外，在使半導體發光元件為不亮燈，(I)5℃下放置15分鐘、(II)15分鐘內升溫至60℃、(III)60℃下放置15分鐘、(IV)15分鐘內降溫至5℃，然後將恢復至(I)的溫度週期反覆進行1000週期的溫度週期試驗中，在照明裝置20的透明蓋件12(玻璃)內面模糊不清，並未發現結露。此外，在30℃、95%RH(相對濕度)的環境下，在藍色發光的第1半導體發光元件64a流通10mA、在紅色發光的第2半導體發光元件64b流通30mA所進行的1000小時的連續亮燈試驗中，在照明裝置20內部未發現生銹或半導體發光元件的不亮燈，光量子密度係可維持初期值的98%。
其中，在本實施形態中，為了效率佳地取出光，亦可在包圍半導體發光元件設置部530的絕緣層510的側面設置反射面。反射面可由Al等反射率高的金屬膜所形成，亦可嵌入嵌合在半導體發光元件設置部530之形狀之由Al等所構成的金屬環。
此外，在本實施形態中，亦與第1實施形態同樣地，亦可設置用以設定由電路基板32上的第1半導體發光元件64a與第2半導體發光元件64b所發出的光的方向的反射器26。其中，反射器26亦可與半導體發光元件設置部530相對應，形成有例如拋物線狀的反射面。對於構成成對的第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b，可在各自設置反射器26，亦可按每一成對來設置反射器26。此外，當僅在電路基板32的短邊或長邊方向控制光的方向時，亦可形成為開縫狀的反射器26。
此外，在本實施形態中，係在跨越連接配線520而將其他2個連接配線520相連接的部分，使用低阻抗的晶片阻抗66，但是亦可以多層來構成連接配線520。
適用本實施形態的照明裝置10、20係使第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b所發出的熱，藉由放熱基板24及被設在放熱基板24的冷媒導管25中的冷媒，而被放出至栽培室60的外部。因此，不會有發光效率減少，而且不會有劣化之虞，均可對第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b供給大電流，而以高光輸出其運轉。
照明裝置10、20的內部係予以密閉，以抑制外氣流入，因此可抑制因濕氣侵入以致第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b因濕氣而造成腐蝕。此外，照明裝置10、20的內部若填充有乾燥空氣或乾燥氮，可更加抑制第1半導體發光元件64a及第2半導體發光元件64b因濕氣所造成的腐蝕。因此，即使為容易因濕氣而腐蝕的GaAlAs系的半導體發光元件，亦可作為植物栽培用的照明裝置10、20加以使用。
此外，照明裝置10、20係在填充有乾燥空氣或乾燥氮並且抑制外氣流入的內部配設有冷媒導管25，因此即使使冷媒流通至高溫高濕的栽培室60，亦不會有結露的情形，可抑制因放熱基板24及冷媒導管25的結露水所造成的腐蝕。
接著，在本實施形態中，藉由雄型第1配管耦合器16與雌型第2配管耦合器17，以簡單的操作即可相連結，因此複數照明裝置10、20的連結或卸除可較為容易，且植物栽培系統1的構築或變更較為容易。接著，藉由作為冷媒通路的配管構件(雄型第1配管耦合器16與雌型第2配管耦合器17)將複數照明裝置10、20加以連結，因此並不需要另外設置供連結之用的構件。此外，可將複數照明裝置10、20近接配置，可有效活用栽培室60的空間。
1．．．植物栽培系統
10、20．．．照明裝置
11．．．外裝蓋件
12．．．透明蓋件
13．．．第1側面蓋件
14．．．第2側面蓋件
15．．．配管接頭
16．．．第1配管耦合器
16a．．．第1配管耦合器本體
16b．．．可動環
16c．．．爪部
16d．．．彈簧線圈
17．．．第2配管耦合器
17a．．．第2配管耦合器本體
17b．．．O型環
17c．．．溝槽
21．．．發光元件封裝體
22、32．．．電路基板
23．．．絕緣性放熱材
24．．．放熱基板
25．．．冷媒導管
26．．．反射器
27．．．反射面
30．．．照明控制部
31．．．照明控制配線
32．．．電路基板
40．．．冷媒供給部
41．．．冷媒配管
50．．．栽培容器
60．．．栽培室
61．．．樹脂容器
62a、62b．．．陽極用引線部
63a、63b．．．陰極用引線部
64a．．．第1半導體發光元件
64b．．．第2半導體發光元件
65．．．接合導線
66．．．晶片阻抗
70．．．底面
71．．．開口面
80．．．壁面
100．．．第1層積半導體層
110．．．第1基板
120．．．中間層
130．．．基底層
140．．．第1n型半導體層
140c．．．半導體層露出面
150．．．第1發光層
160．．．第1p型半導體層
170．．．透明電極
170c．．．上面
180．．．第1保護層
210．．．第1接合焊墊電極
240．．．第2接合焊墊電極
300．．．第2層積半導體層
310．．．第2基板
310a．．．垂直面
310b．．．傾斜面
310c．．．底面
320．．．變形調整層
320c．．．上面
330．．．第2p型半導體層
340．．．第2發光層
350．．．第2n型半導體層
350c．．．上面
360．．．第2保護層
400．．．第3接合焊墊電極
401．．．配線
410．．．第4接合焊墊電極
510．．．絕緣層
520．．．連接配線
520a、520b、520c、520d．．．連接配線端子
530．．．半導體發光元件設置部
540．．．接著層
550．．．密封樹脂
第1圖係顯示適用本實施形態之植物栽培系統之一例圖。
第2圖係顯示適用第1實施形態之照明裝置之外形之一例圖。
第3圖係說明第1配管耦合器與第2配管耦合器之一例圖。
第4圖係說明照明裝置之內部之一例圖。
第5圖係說明第1實施形態中所使用之發光元件封裝體之構成之一例圖。
第6圖係說明本實施形態中所使用之藍色發光之半導體發光元件之構成之一例的剖面圖。
第7圖係藍色發光之半導體發光元件的上視圖。
第8圖係說明本實施形態中所使用之紅色發光之半導體發光元件之構成之一例的剖面圖。
第9圖係紅色發光之半導體發光元件的上視圖。
第10圖係適用第2實施形態之照明裝置之一例的剖面圖。
第11圖係用以說明設在COB(Chip On Board)式電路基板的連接配線與半導體發光元件之連接關係之一例的俯視圖。
第12圖係更加說明直接搭載有半導體發光元件之COB(Chip On Board)式電路基板的圖。
10．．．照明裝置
11．．．外裝蓋件
12．．．透明蓋件
13．．．第1側面蓋件
14．．．第2側面蓋件
15．．．配管接頭
16．．．第1配管耦合器
17．．．第2配管耦合器
21．．．發光元件封裝體
22．．．電路基板
23．．．絕緣性放熱材
24．．．放熱基板
25．．．冷媒導管
26．．．反射器
27．．．反射面
31．．．照明控制配線

Claims (11)

  1. 一種植物栽培用的照明裝置，其特徵為具備有：複數發光元件；具有透過前述發光元件所發出的光的透光性窗部，以覆蓋該發光元件的方式而設的框體；被配置在前述框體的內部，藉由傳導而將前述發光元件所發生的熱作放熱的放熱基板；及被安裝在前述放熱基板，作為冷媒流路的冷媒導管，前述框體係構成為：在該框體的內部包含前述冷媒導管，並且該框體的內部抑制外氣流入，並且前述放熱基板係具有***前述冷媒導管的部分，而且前述放熱基板係藉由鋁或鋁合金的押出成型所製作，與所被***的前述冷媒導管一體構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述框體係以乾燥空氣或乾燥氮填充該框體的內部。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述植物栽培用的照明裝置係另外具備有：將前述冷媒導管與鄰接照明裝置所具備的鄰接冷媒導管相連結，在該鄰接冷媒導管與該冷媒導管之間形成冷媒流路的連結手段。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述框體為長形箱形，長形方向的1個面構成前述透光性窗部，長形方向的其他3個面係構成相連 的外裝部，剩餘的2面係構成側面部。
  5. 如申請專利範圍第4項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述外裝部係藉由鋁或鋁合金的押出成型所製作。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述發光元件係被設置在發光元件封裝體，該發光元件封裝體被固接在電路基板，該電路基板被固定在前述放熱基板。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述發光元件係直接接在金屬基座的電路基板的金屬基座部，該電路基板被固定在前述放熱基板。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述發光元件係包含：發光峰值波長為400~500nm的發光元件、及發光峰值波長為655~675nm的發光元件。
  9. 如申請專利範圍第8項之植物栽培用的照明裝置，其中，前述發光峰值波長為655~675nm的發光元件係具備有至少包含pn接合型發光部、及層積在該發光部的變形調整層的化合物半導體層，前述發光部係具有由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1、0.37≦Y≦0.46)所構成的變形發光層與阻障層的層積構造，前述變形調整層係相對發光波長為透明，並且具有小於前述變形發光層及前述阻障層之晶格常數的晶格常數。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項之植物栽培用的 照明裝置，其中，在前述發光元件與前述透光性窗部之間另外具備有設定該發光元件之光的方向的反射器。
  11. 一種植物栽培系統，其特徵為具備有：複數植物栽培用的照明裝置，具備有：複數發光元件；具有透過該發光元件所發出的光的透光性窗部，以覆蓋該發光元件的方式而設的框體；被配置在該框體的內部，且藉由傳導而將前述發光元件所發生的熱作放熱的放熱基板；及被安裝在該放熱基板，作為冷媒流路的冷媒導管，前述放熱基板係具有***該冷媒導管的部分，而且該放熱基板係藉由鋁或鋁合金的押出成型所製作，與所被***的該冷媒導管一體構成，將鄰接的該冷媒導管相互連結而形成冷媒流路；冷媒供給部，對前述複數植物栽培用的照明裝置所被連結的前述冷媒導管供給冷媒；及照明控制部，控制前述複數植物栽培用的照明裝置之前述發光元件的亮燈與滅燈。
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