TWI487139B - 培育植物用多色發光二極體燈、照明裝置及培育植物方法 - Google Patents

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Description

培育植物用多色發光二極體燈、照明裝置及培育植物方法
本發明係有關培育植物用多色發光二極體燈、照明裝置及培育植物方法。
本案根據2009年8月7日於日本提出申請之特願2009-184569號，主張優先權並沿用其內容。
近年來，正進行研究採用人工光源的植物培育。而採用單色性優異、省能源、壽命長且可小型化的發光二極體(英文簡稱：LED)之照明的栽培方法特別受到矚目。
截至目前為止的研究結果，在適於培育植物(光合成)用的光源之發光波長方面，確認了波長450nm附近的藍色光及波長600~700nm區域的紅色光之效果。特別是針對光合成之波長660~670nm附近的紅色光是反應效率高的較佳光源。
以植物栽培而言，係使用光合成有效量子束密度做為光強度。此乃表示對光合成有效用的可視光區域之光的每單位時間‧單位面積的光子數目。紅色及藍色是對光合成具有效用的可視光區域之光。
培育植物用途的光源之光強度，係以光子的數量，亦即光子束(μmol/s)來評估。又，與照明裝置的性能相當之照射面的光強度，係以射入照射面之每單位面積的光子束之光子束密度(μmol/s‧m2 )來評估。
且弄清楚了紅色和藍色的光之強度平衡對植物的成長是重要的要素。具體而言，雖因植物而異，但多數的植物而言，是以紅色的光子對藍色的光子是高過數倍(例如2~10倍)左右的平衡者較佳。
在以往的發光二極體燈中，為將藍色和紅色的光以均等的強度比對植物作照射，係檢討了混合配置複數個紅色燈和藍色燈的方法、和在配光特性上下工夫的方法、以及作成具有紅和藍的發光層之發光二極體等(例如專利文獻1~3)。
然而，以往的紅色LED的發光層利用了Alx Ga1-x As，由於發光效率相對於藍色LED來的低，故期望提升發光效率。又，在使用發光效率低的紅色LED之情況，為獲得適於植物成長的較佳混色，針對1個藍色LED是需要多個紅色LED。所以，因為紅色和藍色的燈數不同，成為在藍色LED的周圍散布有多個紅色LED的配置，難以進行混色的均一照射。又，為將混色均一地照射，在以限制藍色速率的模組單位中，有需要點亮全部的LED。
對此，有關發光效率高的LED方面，已知有具備由磷化鋁鎵銦(組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P;0≦X≦1，0<Y≦1)所成的發光層之LED。然而，具有Ga0.5 In0.5 P的組成之發光層的波長是最長，峰值波長為650nm附近，具備上述發光層的LED在較之於655nm還長波長的區域要實用化、高輸出化是有困難的。所以，具備上述發光層的LED係具有所謂不適用於培育植物用的光源之問題。
【先前技術】
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平8-1013167號公報
[專利文獻2]日本特開2001-86860號公報
[專利文獻3]日本特開2002-27831號公報
作為培育植物用的照明光源，重要的是配合植物之培育而以最適當的平衡且均一地照射藍色和紅色的光。又，從省能源的觀點來看，最好不要進行效率差的光之照射。又，紅色的光子束多於藍色的光子束者較佳。而且，其結果以被照射的面之紅色的光子束密度比藍色的光子束密度還大者較佳。此紅和藍的光子束密度之比係以在照射面中呈均一者較佳。以往，將AlGaAs用作發光層的發光二極體的光子束其相對於藍色的發光二極體要來得少。藉此，為作成最適合的培育植物用光源，會成為使少數藍色發光二極體散布在多個紅色發光二極體上的狀態，故難以均一地照射藍色和紅色。例如，專利文獻2所記載般，規劃了使燈的指向特性與配置最佳化的技術。為了將光、空間作有效率地利用，宜讓光源和植物的距離接近，但在專利文獻2所載的技術中，具有所謂難以均一地照射藍色和紅色的問題。且有需要將紅色LED和藍色LED個別地封裝。
另一方面，從省能源、成本面而言，有必要使用發光效率高的紅色LED藉以削減使用電力及LED的使用數量。特別是為了讓培育植物用LED照明實用化而被強烈企盼著可降低使用電力、小型化及降低成本，企盼對以往屬660nm波長帶的發光二極體之AlGaAs系的LED提升高輸出化/高效率化的發光特性。
又，依近年來的研究，確認了培育植物用的照明藉由在光照射後，於光合成的反應時間中熄燈是可節省能源。針對點燈方法亦檢討了以高速脈衝方式、交流方式來削減使用電力，活用響應速度快的發光二極體之優點。但要均一地照射藍色和紅色的光時，以藍色LED呈散布那樣的照明裝置而言，由於燈是紅、藍色個別封裝，且燈數、配置亦不規則，所以為了最適合地控制點燈時間及電流，會需要複雜的點燈電路，且因高度技術及高價的點燈裝置而衍生高成本的課題。又，亦有無法節省空間的課題。
本發明乃有鑒於上述情事而完成者，目的在於提供一種培育植物用多色發光二極體燈、照明裝置及培育植物方法，其高輸出、高效率且無需複雜的點燈電路，即使是在讓光源和植物的距離接近的情況，亦能以最適當的平衡並均一地照射藍色和紅色的光。
本案發明者為解決前述課題而經銳意檢討的結果，以培育植物用而言，以往，就注意到透過於未實際使用的同一封裝內同時搭載藍色及紅色的發光元件能獲得均一的混色。然後，透過採用具有和藍色的發光二極體相同或以上的光子束之紅色發光二極體，發現可將藍色和紅色發光二極體搭載於同一封裝。又，作為發光效率高的紅色LED，經檢討由(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦1，0<Y≦1)所構成之適於培育植物用途的660nm的發光層之結果，找到可獲得和藍色相同或以上的光量者，設計出將此紅色LED和藍色LED同時搭載於小尺寸的同一封裝。
此外，確認了具有AlGaInP系的發光層之發光二極體在660nm的波長域中，具有相對於AlGaAs發光層的LED是3倍以上的發光輸出。因此，採用此發光二極體，發明了適合於培育植物的多色發光二極體燈(封裝)。而且，由於在小型封裝內會發出均一的藍和紅的混色光，所以發現可獨立地控制封裝之適合於省能源的照明裝置及培育植物方法。
亦即，本發明與以下有關。
[1]一種培育植物用多色發光二極體燈，其特徵為具備：配備含有峰值發光波長是655nm以上675nm以下由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0<Y≦1)所成的發光層之pn接合型發光部的第1發光二極體；及具有峰值發光波長是420nm以上470nm以下的組成式GaX In1-X N(0≦X≦1)之發光層的第2發光二極體，且1個以上的前述第1發光二極體和1個以上的前述第2發光二極體被搭載於同一封裝內的培育植物用多色發光二極體燈，在同一電流下，搭載於前述多色發光二極體燈的前述1個以上的第1發光二極體的光子束R[μmol‧s-1 ]與前述1個以上的第2發光二極體的光子束B[μmol‧s-1 ]係滿足R>B的關係。
[2]如前項1之培育植物用多色發光二極體燈，其中前述第1發光二極體的搭載個數比前述第2發光二極體的搭載個數還多。
[3]如前項1或2之培育植物用多色發光二極體燈，其中鄰接的前述第1發光二極體和前述第2發光二極體的距離是在10mm以內。
[4]一種培育植物用照明裝置，其特徵為具備2個以上的前項1至3中任一項之培育植物用多色發光二極體燈，前述培育植物用多色發光二極體燈被配置成略等間隔，並且可獨立地控制。
[5]如前項4之培育植物用照明裝置，其中可因應植物的生育面積來控制前述培育植物用多色發光二極體燈的點亮個數。
[6]如前項4或5之培育植物用照明裝置，其中可因應前述發光二極體燈和植物的距離，調整前述培育植物用多色發光二極體燈的光子束。
[7]如前項4至6中任一項之培育植物用照明裝置，其中施加於前述培育植物用多色發光二極體燈的電流是脈衝驅動，可因應植物的生育狀態來調整前述培育植物用多色發光二極體燈的點燈時間。
[8]如前項4至7中任一項之培育植物用照明裝置，其中配備具有光取出面的導光板，作成可將從前述導光板的側面取入之前述培育植物用多色發光二極體燈的光，從前述光取出面取出。
[9]一種培育植物方法，其特徵為因應植物的生育狀態，將前項4至8中任一項之培育植物用照明裝置的點亮個數、光子束、施加電流及脈衝驅動時間等當中的1個以上作組合並進行控制。
根據本發明之培育植物用多色發光二極體燈，建構成：峰值發光波長是655nm以上675nm以下的第1發光二極體(紅色)和峰值發光波長是420nm以上470nm以下的第2發光二極體(藍色)係在同一封裝內各自搭載1個以上。依此，由於可簡化點燈電路，故可提供高輸出‧高效率且低成本的培育植物用光源。
又，由於建構成在同一電流下，本發明的培育植物用多色發光二極體燈所搭載的第1發光二極體的光子束R和第2發光二極體的光子束B係滿足R>B的關係，所以能維持適合於培育植物之紅色和藍色的強度比的狀態進行均一照射。
又，根據本發明的培育植物用照明裝置，由於是使用培育植物用多色發光二極體燈，所以可從各個多色發光二極體供給最適合於培育植物的混色光。藉此，在照明裝置之照射面的中心部和周邊部，可維持紅色和藍色的平衡。因而能在維持適合於培育植物之紅色和藍色的強度比的狀態進行均一照射。又，將上述多色發光二極體作略等間隔配置，同時可獨立地控制，因而成為容易地設計能從多方向供給光之照明裝置。
又，可因應植物的生育面積，調整上述多色發光二極體燈的點亮個數，且可因應上述多色發光二極體燈和植物的距離，調整上述多色發光二極體燈的光子束，因而可圖謀降低消耗電力。
再者，以施加於多色發光二極體燈的電流進行脈衝驅動的構成而言，由於可因應植物的生育狀態來控制多色發光二極體燈的點燈時間，因而可圖謀降低消耗電力。
而且，根據本發明的培育植物用照明裝置，由於是使用在封裝內作混色的上述多色發光二極體燈，所以可利用導光板作成均一發光的光源。又，上述多色發光二極體燈可進行多色發光，因而可作成把自導光板側面取入的多色發光二極體燈的光由光取出面取出之側邊型背光構造的照明裝置。
根據本發明的培育植物方法，可將上述培育植物用照明裝置的點亮個數、光子束、施加電流及脈衝驅動時間等作組合並進行控制。藉此，可因應植物的生育狀態，將藍色和紅色的光以最適當的平衡進行均一地照射。
以下，針對適用本發明的一實施形態之培育植物用多色發光二極體及使用該多色發光二極體的培育植物用照明裝置，連同培育植物方法一起使用圖面作詳細說明。此外，在以下的說明所用的圖面，為了容易了解特徵，方便起見會有將特徵的部分放大作顯示的情況，各構成要素的尺寸比率等不限定是與實際相同。
<第1實施形態>
茲針對適用本發明的一實施形態之培育植物用多色發光二極體燈(以下，僅記載成「發光二極體燈」)的構成作說明。
如圖1(a)及圖1(b)所示，本實施形態的發光二極體燈10係概略建構成：在安裝基板11的表面上分別獨立搭載有3個發光二極體20A、20B、30A。更具體說來，發光二極體20A、20B(第1發光二極體)係峰值發光波長為655nm以上675nm以下的紅色發光二極體，發光二極體30A(第2發光二極體)係峰值發光波長為420nm以上470nm以下的藍色發光二極體。
(紅色發光二極體)
在此，針對本實施形態所用的屬第1發光二極體的紅色發光二極體20A、20B之構成作說明。圖2(a)及圖2(b)係用以說明本實施形態所用的紅色發光二極體20(20A、20B)之圖，圖2(a)是平面圖，圖2(b)是順著圖2(a)中所示的B-B’線之剖面圖。
如圖2(a)及圖2(b)所示，紅色發光二極體20係接合有化合物半導體層21和機能性基板22的發光二極體。且，紅色發光二極體20係概略建構成：具備設置於主要光取出面的n型歐姆電極23及p型歐姆電極24。此外，本實施形態中的主光取出面係指在化合物半導體層21中，貼附機能性基板22的面之相反側的面。
化合物半導體層22係具有依序積層峰值發光波長是655nm以上675nm以下的pn接合型的發光部25、和讓元件驅動電流以平面方式對發光部全面擴散用的電流擴散層26的構造。
如圖2(b)所示，發光部25係建構成：在電流擴散層26上至少依序積層有p型的下部包覆層25A、發光層25B、及n型的上部包覆層25C。亦即，發光部25係包含有為了把造成輻射復合的載子(載體；carrier)及發光關入發光層25B而與發光層25B的下側及上側呈對峙配置的下部包覆(clad)層25A及上部包覆層25C，作成所謂的雙異質(英文簡稱：DH)構造能獲得高強度的發光，是理想的態樣。
發光層25B係以由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0<Y≦1)所成的半導體層所構成。此發光層25B雖可為雙異質構造、單一(single)量子井(英文簡稱：SQW)構造、或多重(multi)量子井(英文簡稱：MQW)構造當中任一者，但為獲得單色性優異的發光，以作成MQW構造為宜。
發光層25B的層厚以0.02~2μm的範圍為宜。又，發光層25B的傳導型未特別限定，未摻雜的p型及n型皆可選擇。在為了提升發光效率時，以作成結晶性良好的未摻雜或載子濃度未滿3×1017 cm-3 者為宜。
具有由組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0<Y≦1)而成的發光層25B之發光二極體1，比起以往的AlGaAs系的發光二極體有較高的輸出，655nm以上675nm以下的波長域可適合用作促進培育植物之光合成的照明(發光二極體燈或照明裝置)。
下部包覆層25A及上部包覆層25C，係如圖2(b)所示，分別設在發光層25B的下面及上面。下部包覆層25A和上部包覆層25C係以極性不同的方式構成。又，下部包覆層25A及上部包覆層25C的載子濃度及厚度可採用公知的適當範圍，且宜以提高發光層25B的發光效率的方式將條件最佳化。
具體而言，作成下部包覆層25A，宜使用例如，由摻雜Mg之p型的(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.3≦X≦1，0<Y≦1)所成的半導體材料。又，載子濃度宜在2×1017 ~2×1018 cm-3 的範圍，層厚則以0.5~5μm的範圍較佳。
一方面，作為上部包覆層25C，宜使用例如，由摻雜Si之n型的(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0.3≦X≦1，0<Y≦1)所成的半導體材料。又，載子濃度宜在1×1017 ~1×1018 cm-3 的範圍，層厚則以0.5~2μm的範圍較佳。此外，下部包覆層25A及上部包覆層25C的極性係可考慮從化合物半導體層21的元件構造作適宜選擇。
又，在下部包覆層25A和發光層25B之間、發光層25B和上部包覆層25C之間、及下部包覆層25A和電流擴散層26之間，亦可設置中間層，用以使兩層間之頻帶(band)不連續性和緩地變化。在此情況，各中間層係以分別由具有上述兩層的中間之禁帶寬度的半導體材料所構成者為宜。
又，在發光部25之構成層的上方，可設置用以降低歐姆(Ohmic)電極之接觸阻抗的接觸層、限制元件驅動電流之通流的區域用的電流阻止層或電流侷限層等之公知的層構造。
電流擴散層26係如圖2(b)所示，為讓元件驅動電流平面擴散於發光部25全面，係設置在發光部25的下方。藉此，紅色發光二極體20可從發光部25均一地發光。
作為電流擴散層26，可應用具有(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.7，0≦Y≦1)的組成之材料。作為電流擴散層26，以使用未含Al的GaP最佳。
機能性基板22係如圖2(b)所示，接合於構成化合物半導體層21的電流擴散層26側。此機能性基板22係由具有機械性地支持發光部25的充分強度、且能讓發光部25所射出的發光透射的禁帶寛度大、且相對於來自發光層25B的發光波長是光學透明的材料所構成。例如，可由磷化鎵(GaP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)等之III-V族化合物半導體結晶體、硫化鋅(ZnS)或硒化鋅(ZnSe)等之II-VI族化合物半導體結晶體，或六方晶或立方晶的碳化矽(SiC)等之IV族半導體結晶體、玻璃、藍寶石等的絶緣基板所構成。
另一方面，亦可選擇在接合面具有反射率高的表面的機能性基板。例如，亦可選擇在表面形成有屬銀、金、銅、鋁等的金屬基板或合金基板、抑或在半導體上形成有金屬反射鏡構造的複合基板等。最好是從與不受因接合所致歪斜的影響之歪斜調整層相同的材質來選擇。
機能性基板22為了以足夠的強度機械性地支持發光部25，例如宜作成約50μm以上的厚度。又，為了在對化合物半導體層21接合後可容易對機能性基板22進行機械加工，宜作成約不超過300μm的厚度。
又，如圖2(b)所示，機能性基板22的側面係作成在化合物半導體層21近側且對主光取出面大致垂直的垂直面22a，及在化合物半導體層21遠側且相對於主光取出面朝內側傾斜的傾斜面22b。藉此，可有效率地把從發光層25B放出於機能性基板22側的光取出於外部。又，從發光層25B放出於機能性基板22側的光當中，一部份在垂直面22a反射而可在傾斜面22b取出。一方面，在傾斜面22b反射的光能在垂直面22a取出。如此一來，透過垂直面22a和傾斜面22b的相乘效果，可提高光的取出效率。
又，在本實施形態中，如圖2(b)所示，傾斜面22b和平行於發光面的面所成的角度α以55度~80度的範圍內者較佳。透過設定這樣的範圍，可有效率地把在機能性基板22底部反射的光取出於外部。
又，將垂直面22a的寬度(厚度方向)設在30μm~100μm的範圍內者較佳。透過將垂直面22a的寬度設在上述範圍內，可讓在機能性基板22底部反射的光，在垂直面22a有效率地返回發光面，更可從主光取出面放出。所以可提高紅色發光二極體20的發光效率。
又，機能性基板22的傾斜面22b以被粗面化者較佳。透過使傾斜面22b被粗面化，可讓在此傾斜面22b的光取出效率獲得提升之效果。亦即，透過將傾斜面22b粗面化，可抑制在傾斜面22b的全反射，提升光取出效率。
化合物半導體層21和機能性基板22的接合界面會有成為高阻抗層的情況。亦即，會有在化合物半導體層21和機能性基板22之間設置未圖示的高阻抗層之情況。此高阻抗層係具有比機能性基板22還高的阻抗值，在設有高阻抗層的情況，具有降低從化合物半導體層21的電流擴散層26側朝向機能性基板22側的逆向電流之機能。又，雖建構成可針對從機能性基板22側朝向電流擴散層26側不慎施加的逆向電壓發揮耐電壓性的接合構造，但以建構成其降伏電壓是成為比pn接合型的發光部25之逆向電壓還低值的形態者為宜。
n型歐姆電極23及p型歐姆電極24係設置在紅色發光二極體20的主光取出面之低阻抗的歐姆接觸電極。在此，n型歐姆電極23設在上部包覆層25C的上方，例如，可使用由AuGe、Ni合金/Au所成的合金。一方面，p型歐姆電極24乃如圖2(b)所示，露出的電流擴散層26之表面可使用由AuBe/Au所成的合金。
在此，以本實施形態的紅色發光二極體20而言，為降低作動電壓以圖謀高效率化，p型歐姆電極24宜形成在電流擴散層26上。透過這樣的構成，可獲得功效。
又，以紅色發光二極體20而言，如圖2(a)所示，宜配置成n型歐姆電極23和p型歐姆電極24是位在對角的位置。又，最好作成利用化合物半導體層21包圍p型歐姆電極24的周圍之構成。透過作成這樣的構成，可獲得降低作動電壓的效果。又，透過利用n型歐姆電極23包圍p型歐姆電極24的四方，使得電流變得容易朝四方流通，其結果係讓作動電壓降低。
又，以紅色發光二極體20而言，如圖2(a)所示，宜將n型歐姆電極23作為蜂窩、格子形狀等之網目。透過這樣的構成，能獲得讓可靠性提升的效果。又，透過作成格子狀，可對發光層25B均一地注入電流，其結果為，能獲得使可靠性提升的效果。此外，在本實施形態的紅色發光二極體20中，以襯墊狀的電極(墊電極)和寬度10μm以下之線狀的電極(線狀電極)構成n型歐姆電極23是理想的態樣。透過這樣的構成，可圖謀高亮度化。再者，透過縮小線狀電極的寬度，能增加光取出面的開口面積，可達成高亮度化。
此外，如圖2(b)所示，在機能性基板22的底面，宜設置連接層27。作為此連接層27，可使用例如由反射層、阻隔層、連接層所成的積層構造體。作為上述反射層，可使用反射率高的金屬，例如，銀、金、鋁、白金及此等金屬的合金。又，機能性基板3和反射層之間可設置例如，由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)等之透明導電膜所成的氧化膜。又，作為阻隔層，可使用例如，鎢、鉬、鈦、白金、鉻、鉭等之高融點金屬。又，作為連接層，可使用例如，AuSn、AuGe、AuSi等之低融點的共晶金屬。
(藍色發光二極體)
其次，針對本實施形態所使用之屬第2發光二極體的藍色發光二極體30A之構成作說明。圖3(a)及圖3(b)係用以說明本實施形態所用的藍色發光二極體30(30A)之圖，圖3(a)是平面圖，圖3(b)是順著圖3(a)中所示的B-B’線之剖面圖。
如圖3(a)及圖3(b)所示，藍色發光二極體30係概略建構成：於基板31上形成有依序積層n型半導體層32、發光層33及p型半導體層34而成的半導體層35，而在p型半導體層34上形成有未圖示的透明導電膜。又，基板31上依序形成有未圖示的緩衝層及基底層，基底層上積層有構成半導體層35用的n型半導體層32。又，透明導電膜上設有正極36，並且在除去半導體層35的一部分而露出的n型半導體層32之露出區域上設有負極37。
在有關可用於本實施形態的藍色發光二極體30中的基板31之材料方面，只要是表面可磊晶成長III族氮化物半導體結晶等的基板材料則未特別限定，可選用各種材料。作為基板31的材料可舉出例如，藍寶石、SiC、矽等。又，在上述各基板材料當中，特別是使用藍寶石者較佳，又，在是藍寶石作成的基板31的c面所構成的主面上，形成有緩衝層(詳如後述)更佳。
緩衝層，係設置成作為將基板31和由III族氮化物半導體所成的層之間的晶格常數差異進行匹配的層，例如，是由單結晶的AlGaN或AlN等的III族氮化物所構成。透過具備這樣的緩衝層，成膜在其上的III族氮化物半導體係能成為擁有良好配向性及結晶性的結晶膜。
設於緩衝層上的基底層、n型半導體層32、發光層33及p型半導體層34各層，例如是由III族氮化物系半導體所成，可無任何制限地使用以組成式Gax In1-x N(0≦X≦1)表示的氮化鎵系化合物半導體。
作為基底層，例如，使用含Ga的III族氮化物化合物，即GaN系化合物半導體，特別是可適當使用單結晶的GaN。
n型半導體層32係依序積層未圖示的n型接觸層及n型包覆層而成。作為n型接觸層，例如可使用和基底層同樣的Gax In1-x N(0≦X≦1)，又，以摻雜Si、Ge或Sn等的n型雜質者較佳。又，作為n型包覆層，可利用例如GaN、GaInN等進行成膜，亦可作成此等構造之異質連接或作複數次積層的超晶格構造。
發光層33係活性層，其積層於n型半導體層32上，同時其上積層有p型半導體層34，例如，係未圖示的障壁層和井層呈交互地積層，而在n型半導體層32側及p型半導體層34側配置障壁層的順序積層而成。作為障壁層，例如，可適當使用頻帶隙能量是比由含銦的氮化鎵系化合物半導體所成的井層還大的Alc Ga1-c N(0≦c<0.3)等的氮化鎵系化合物半導體。又，在井層上，在含有銦的氮化鎵系化合物半導體方面，例如，可使用Ga1-s Ins N(0<s<0.4)等的氮化鎵銦。
p型半導體層34係形成於發光層33上，通常是作成依序積層有p型包覆層及p型接觸層的構成(未圖示)。作為p型包覆層，宜使用比發光層33的頻帶隙能量還大的組成且能將載子關入發光層33的材料(詳述如後)，例如，Ald Ga1-d N(0<d≦0.4，較佳為0.1≦d≦0.3)所成之組成。又，作為p型包覆層，以至少含有Ale Ga1-e N(0≦e<0.5，較佳為0≦e≦0.2，更佳為0≦e≦0.1)所成的材料來構成者較佳。如此一來，當p型包覆層的Al組成是上述範圍時，在良好結晶性之維持以及和其上的透明導電膜之良好的歐姆接觸方面是理想的。又，由上述組成所成的p型半導體層34宜作成摻雜Mg等的p型雜質之構成。
透明導電膜係設於p型接觸層上之透光性的p型電極。
作為透明導電膜，例如可將含有選自ITO(In2 O3 -SnO2 )、AZO(ZnO-Al2 O3 )、IZO(In2 O3 -ZnO)、GZO(ZnO-Ga2 O3 )的至少一種的材料，以此技術領域中習知的慣用手段進行設置。又，透明導電膜的構造亦可無任何制限地使用包含有以往公知構造之任何構造者。又，透明導電膜能以覆蓋p型接觸層上的大致全面的方式形成，或是以空出間隙而形成格子狀或樹狀。又，在將透明導電膜成膜後，亦可施予以合金化、透明化為目的的熱處理，不施作亦無妨。
正極36係形成於透明導電膜上的電極。作為正極36，使用Au、Al、Ni及Cu等的各種構造是習知的，能無任何制限地使用此等習知的材料、構造。
負極37係以與n型半導體層32的n型接觸層4b相接的方式形成的電極。在設置負極37之際，除去p型半導體層34、發光層33及n型半導體層32的一部分而形成n型接觸層4b的露出區域，在該露出區域上形成負極37。作為負極37的材料，各種組成及構造的負極是習知的，能無任何制限地使用此等習知的負極。
此外，如圖3(b)所示，在基板31的底面宜設置連接層38。作為此連接層38，可使用例如由反射層、阻隔層、連接層所成的積層構造體。作為上述反射層，可使用反射率高的金屬，例如，銀、金、鋁、白金及此等金屬的合金。又，在基板31和反射層之間，可設置例如由氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)等的透明導電膜所成的氧化膜。又，作為阻隔層，可使用例如，鎢、鉬、鈦、白金、鉻、鉭等的高融點金屬。又，作為連接層，例如，可使用AuSn、AuGe、AuSi等之低融點的共晶金屬。
(多色發光二極體燈)
其次，針對本實施形態的發光二極體燈10之構成作說明。
如圖1(a)及圖1(b)所示，本實施形態的發光二極體燈10係概略建構成：在安裝基板11的表面上分別獨立搭載3個發光二極體20A、20B、30A。又，在安裝基板11的表面上設有複數個n電極端子12及p電極端子13，紅色發光二極體20A、20B係藉連接層27或銀(Ag)膠被固定、保持(安裝)於安裝基板11的p電極端子13上。而且，紅色發光二極體20A、20B的n型歐姆電極23和安裝基板11的n電極端子12係由金線15連接(引線接合)，p型歐姆電極24和安裝基板11的p電極端子13係由金線15連接。
同樣地，藍色發光二極體30A係藉連接層38或銀(Ag)膠而被固定、保持(安裝)於p電極端子13上。而且，藍色發光二極體30A的負極37和安裝基板11的n電極端子12係使用金線15連接，正極36和安裝基板11的p電極端子13係使用金線15連接。
此外，所謂分別獨立搭載3個發光二極體20A、20B、30A，亦即，3個發光二極體20A、20B、30A被搭載成並聯地電連接之意。
在安裝基板11的表面，以覆蓋此等發光二極體20A、20B、30A周圍的方式立設反射壁14。在此反射壁14內側且為安裝基板11上方的空間，充填有矽樹脂或環氧樹脂等之一般的密封材16。藉此，發光二極體20A、20B、30A被密封於封裝內。如此一來，本實施形態的發光二極體燈10係成為同一封裝內搭載有紅‧藍色的發光二極體之構成。
其次，針對使用了上述發光二極體20A、20B、30A的發光二極體燈10之製造方法，亦即發光二極體20A、20B、30A的安裝方法作說明。
首先，如圖1(a)及圖1(b)所示，在安裝基板11表面安裝指定數量的紅色發光二極體20(20A、20B)。紅色發光二極體20的安裝為，首先，進行安裝基板11和紅色發光二極體20的對位，以於安裝基板11的表面之指定位置上配置紅色發光二極體20。其次，利用紅色發光二極體20底面所設的連接層27，黏晶於安裝基板11的表面。其次，紅色發光二極體20的n型歐姆電極23和安裝基板11的n電極端子12使用金線15連接(引線接合)。其次，紅色發光二極體20的p型歐姆電極24和安裝基板11的p電極端子13使用金線15連接。
其次，在安裝基板11的表面安裝指定數量的藍色發光二極體30(30A)。藍色發光二極體30的安裝為，首先，進行安裝基板11和藍色發光二極體30的對位，以於安裝基板11的表面之指定位置上配置藍色發光二極體30。其次，利用藍色發光二極體30底面所設的連接層38，黏晶於安裝基板11的表面。其次，藍色發光二極體30的負極37和安裝基板11的n電極端子12使用金線15連接。其次，藍色發光二極體30的正極36和安裝基板11的p電極端子13使用金線15連接。
最後，利用密封材16對安裝基板11之安裝有發光二極體20A、20B、30A的表面進行密封。照這樣來製造本實施形態的發光二極體燈10。
茲針對讓具有以上那樣構成的發光二極體燈10發光的情況作說明。如圖1(b)所示，由各發光二極體20A、20B、30A的發光部朝向上側的發光，係來自主光取出面的發光。因此，可朝發光二極體燈10外側直接取出。又，由各發光二極體20A、20B、30A的發光部朝下側的發光無法朝發光二極體燈10外側直接取出。在此，在發光二極體20A、20B、30A設有反射層27、38的情況，由於反射層27、38會反射，故可將各發光二極體20A、20B、30A的內部光朝發光二極體燈10的外側有效率地取出。又，從各發光二極體20A、20B、30A的發光部朝周方向的發光雖無法直接取出於發光二極體燈10的外側，但能在安裝基板11的表面藉由反射壁14朝上側反射。如此一來，發光二極體燈10係提升光取出效率且高亮度的發光二極體燈。
通常，在LED光源使用於培育植物的情況，具有可照射特定波長之發熱少且小型等很多的優點。又，在有關近年來培育植物的研究中指出：照射峰值波長660nm附近的紅色和峰值波長460nm附近的藍色的混色對培育植物是較佳的。
在此，在照射紅色和藍色的混色之情況，每1個LED光源的在同一電流下之紅色的光子束(R)和藍色的光子束(B)的比率對培育植物的影響很大，是重要的參數。雖依植物的種類而異，但發現R較多者是較理想的結果。
亦即，本實施形態的發光二極體燈10較佳為，係紅色發光二極體20(20A和20B的總量)在電流20mA附近的光子束R=0.2[μmol‧s-1 ]和藍色發光二極體30(30A)在電流20mA附近的光子束B=0.06[μmol‧s-1 ]滿足R>B之關係的光源。特別是以紅色的光子束R對藍色的光子束B之比(R/B比)的值是2~10倍者較佳。
在此，光子束R及光子束B[μmol‧s-1 ]可藉由收集並計測由發光二極體燈所放射的光而算出。
又，光子束密度[μmol‧m-2 ‧s-1 ]係例如，設和光源的距離0.2m且以來自光源的方向作為正面而使用光子計作測定。
此外，上述光子束密度係被用作為培育植物的一般光強度指標。在螢光燈等的白色光源中，以150μmol/s‧m2 以上者較佳。本發明的LED光源之情況為，由於未包含以植物的光合成之效率差的綠色為中心的色成分，故能以較少的光子進行植物培育，推定100μmol/s‧m2 以上是較佳範圍。
因此，在本實施形態的發光二極體燈10方面，封裝內之紅色發光二極體20的搭載個數需要比藍色發光二極體30的搭載個數還多。然而，本實施形態的發光二極體燈10由於可簡單地變更紅色發光二極體20及藍色發光二極體30的搭載個數，所以可容易地提供能成為上述所期望的R/B比之發光二極體燈。
但在以往的LED光源方面，由於使用是採用AlGaAs系的發光層之紅色發光二極體，所以相對於GaInN系的藍色發光二極體，有光子束不足的情形。所以，為滿足上述R/B>1的關係，相對於1個藍色發光二極體，有必要6個以上的紅色發光二極體，故有所謂在1個發光二極體燈的封裝內難以搭載多個LED之問題。
但如圖10(a)及圖10(b)所示，在以往的混色光源110方面，係建構成：在邊長是60mm的印刷基板111表面上分別以20mm間隔個別配置砲彈型(Φ 5mm)的紅色發光二極體燈120及藍色發光二極體燈130。
而且，為滿足上述R/B>1的關係，例如，形成如圖10(a)所示搭載有8個紅色發光二極體燈120及1個藍色發光二極體燈130合計9個的個體光源。所以具有所謂引發燈的製作成本上昇、光源尺寸大型化的問題。特別是因為紅色光源和藍色光源的距離是至少分離10mm以上，所以在接近被照射體亦即植物的狀況下作使用時，有所謂難以維持均一性良好的混色(R/B)之問題。因此，以往的混色光源110為維持混色的均一性而需與植物確保充分的距離，有所謂無法活用作為LED光源的優點之課題。
針對此課題，在本實施形態的發光二極體燈10方面，由於是使用AlGaInP系的發光層之紅色二極體20，所以可達成和GaInN系的藍色發光二極體30大致相同程度的光子束。所以，要滿足上述R/B>1的關係時，針對1個藍色發光二極體，只要設1個以上的紅色發光二極體即可，故可在1個發光二極體燈的封裝內同時搭載紅色及藍色LED。亦即，本實施形態的發光二極體燈10係成為混色的發光二極體。
又，根據本實施形態的發光二極體燈10，在同一封裝內鄰接之紅色發光二極體20和藍色發光二極體30之距離可容易地設定在5mm以內。因此，就算是讓發光二極體燈10接近植物來作使用的情況，亦可維持R/B比的均一性。
(培育植物用照明裝置)
其次，針對使用了上述發光二極體燈10的照明裝置之構成作說明。
通常，照明裝置(未圖示)是指至少具備：形成有配線或通孔等的基板、安裝於基板表面的複數個發光二極體燈、以及具凹字狀的斷面形狀且以凹部內側的底部安裝有發光二極體燈的方式建構的反射板或燈罩之照明裝置。
又，作為培育植物用的照明裝置，可例示圖4所示那種態樣的照明裝置40。
照明裝置40係概略具備有2個以上的上述發光二極體燈10、及具有光取出面41a的導光板41之構成。在此，藉由使用導光板41可擴大照射面積。更具體來說，各發光二極體燈10係在導光板41的側面41b呈略等間隔地配置。又，導光板41係作成可把從側面41b取入之發光二極體燈10的光自光取出面41a取出。此外，各發光二極體燈10係可獨立地控制。
當各發光二極體燈10點亮時，射入導光板41的側面41b的光從光取出面41a照射。在此，本實施形態的照明裝置40中，由於將發光二極體燈10作略等間隔地配置，因而可讓光取出面41a面內的照度大致均一。又，各發光二極體燈10如上述那樣，由於在封裝內同時搭載有紅色及藍色LED，故R/B比的均一性良好。因此，根據本實施形態的照明裝置40，導光板41的光取出面41a的整體可維持R/B比的均一性。
在此，有關照明裝置中之R/B比的均一性之具體評估方法，例如，可藉由測定在照明裝置之照射面的中心位置之R/B比與自此中心位置偏離任意距離的1個以上的位置之R/B比來進行比較評估。
但是，如圖11所示，以使用了導光板41之以往的照明裝置140而言，4個紅色發光二極體燈120和1個藍色發光二極體燈130係在導光板41的側面41b配置成略等間隔。然而，不同於本實施形態，因為各發光二極體燈並非混色，因而會產生所謂無法在導光板41的光取出面41a的整體維持R/B比的均一性之問題。具體而言，如圖11所示，在導光板41的側面41b之略中央部分配置有藍色發光二極體燈130，而在側面41b的上側及下側配置有紅色發光二極體燈12，因而在讓各發光二極體燈點亮的情況，在光取出面41a的上下方向之中央部分，相對於藍色的光子束B，紅色的光子束R是不足的。另一方面，在光取出面41a的上側部分及下側部分，相對於藍色的光子束B，紅色的光子束R有過剩的情形。
相對地，在本實施形態的照明裝置40方面，如上述那樣，導光板41的光取出面41a的整體可維持R/B比的均一性。
又，以本實施形態的照明裝置40而言，由於各發光二極體燈10被設成可獨立地控制，故可因應植物的生育面積來控制發光二極體燈10的點亮個數。更可因應照明裝置40和植物的距離來調整發光二極體燈10的光子束。此外，本實施形態的照明裝置40亦可藉由將施加於發光二極體燈10的電流設為脈衝驅動，因應於植物的生育狀態來調整發光二極體燈10的點燈時間。
如上述那樣，藉由使用本實施形態的照明裝置40，可因應植物的生育狀態，將照明裝置40的點亮個數、光子束、施加電流、及脈衝驅動時間其中一者以上作組合而一邊控制一邊培育植物。
如以上所說明，根據本實施形態的發光二極體燈10，係峰值發光波長是655nm以上675nm以下的紅色發光二極體20A、20B和峰值發光波長是420nm以上470nm以下的藍色發光二極體30A在同一封裝內各自搭載1個以上。藉此，由於可簡化點燈電路，故可提供高輸出、高效率且低成本之培育植物用的光源。
又，由於建構成在同一電流下的紅色發光二極體20(20A、20B)的光子束R和藍色發光二極體30的光子束B係滿足R>B的關係，所以能維持適合於培育植物之紅色和藍色的強度比的狀態進行均一照射。
又，根據本實施形態的培育植物用照明裝置40，由於是使用培育植物用多色發光二極體燈10，所以可從各個發光二極體10供給最適合於植物培育之混色光。又，上述發光二極體10被以略等間隔地配置，同時能獨立地控制，因而成為容易設計可從多方向供給光之照明裝置。
又，根據照明裝置40，可因應植物的生育面積，調整發光二極體燈10的點亮個數，並可因應照明裝置和植物的距離來調整發光二極體燈10的光子束，因而可圖謀降低消耗電力。
再者，在以施加於發光二極體燈10的電流作為脈衝而驅動的照明裝置40中，由於可因應植物的生育狀態來控制發光二極體燈10的點燈時間，故可圖謀降低消耗電力。
而且，根據照明裝置40，由於是使用在封裝內進行混色的發光二極體燈10，所以能利用導光板41作成均一發光的光源。又，由於發光二極體燈10可進行多色發光，所以可作成把自導光板41側面41b取入的發光二極體燈10的光從光取出面41a取出的側邊型背光構造的照明裝置40。
根據本實施形態的培育植物方法，可組合上述照明裝置40的點亮個數、光子束、施加電流及脈衝驅動時間進行控制。藉此，可因應植物的生育狀態，以最適當的平衡且均一地照射藍色和紅色的光。
<第2實施形態>
其次，針對適用於本發明的第2實施形態作說明。在本實施形態方面，係成為和第1實施形態的發光二極體燈10不同的構成。所以，針對本實施形態的發光二極體燈之構成，有關與第1實施形態的發光二極體燈10相同的構成部分，係賦與相同符號並省略說明。
如圖5(a)及圖5(b)所示，本實施形態的發光二極體燈210係概略建構成：在安裝基板211的表面上搭載有5個發光二極體220A、220B、220C、220D、230A。
在此，相對於在第1實施形態的發光二極體燈10所搭載的3個發光二極體20A、20B、30A是電性獨立，如圖5(a)及圖5(c)所示，本實施形態的發光二極體燈210係被搭載成4個紅色發光二極體220A、220B、220C、220D及1個藍色發光二極體230A串聯地電連接。
具體而言，如圖5(a)所示，在安裝基板211的表面設有複數個電極端子212a~212g。然後，分別在電極端子212b上安裝紅色發光二極體220A，在電極端子212c上安裝藍色發光二極體230A，在電極端子212d上安裝紅色發光二極體220B，在電極端子212e上安裝紅色發光二極體220C，以及在電極端子212f上安裝紅色發光二極體220D。又，電極端子212a係與設置於安裝基板211之一端側的正極電極213電連接。再者，電極端子212g係與設置於安裝基板211的另一端側的負極電極214電連接。
電極端子212a和紅色發光二極體220A的p型歐姆電極(未圖示)係由金線215a所連接。紅色發光二極體220A的n型歐姆電極和電極端子212b係由金線215b所連接。
電極端子212b和藍色發光二極體230A的正極電極(未圖示)係由金線215c所連接。藍色發光二極體230A的負極電極和電極端子212c係由金線215d所連接。
電極端子212c和紅色發光二極體220B的p型歐姆電極(未圖示)係由金線215e所連接。紅色發光二極體220B的n型歐姆電極和電極端子212d係由金線215f所連接。
電極端子212d和紅色發光二極體220C的p型歐姆電極(未圖示)係由金線215g所連接。紅色發光二極體220C的n型歐姆電極和電極端子212e係由金線215h所連接。
電極端子212e和電極端子212f係由金線215i所連接。
電極端子212f和紅色發光二極體220D的p型歐姆電極(未圖示)係由金線j所連接。紅色發光二極體220D的n型歐姆電極和電極端子212g係由金線215k所連接。
根據本實施形態的發光二極體燈210，透過在正極電極213和負極電極214之間施加順向電壓，可讓呈電性串聯搭載的4個紅色發光二極體220A、220B、220C、220D及1個藍色發光二極體230A全數點亮。另一方面，在正極電極213和負極電極214之間施加逆向電壓的情況，發光二極體燈210不點亮。
<第3實施形態>
其次，針對適用本發明之第3實施形態作說明。本實施形態中，係形成和第1及第2實施形態的發光二極體燈10、210不同的構成。所以，針對本實施形態的發光二極體燈之構成，有關與第1及第2實施形態的發光二極體燈10、210相同的構成部分，係賦與相同符號並省略說明。
如圖6(a)及圖6(b)所示，本實施形態的發光二極體燈310係概略建構成：在安裝基板311的表面搭載有5個發光二極體320A、320B、320C、330A、330B。
在此，第1及第2實施形態的發光二極體燈10、210是由直流電源進行驅動，相對地，本實施形態的發光二極體燈310則是如圖6(a)及圖6(c)所示，作成可透過交流電源進行驅動。
具體而言，如圖6(a)所示，在安裝基板311的表面設有複數個電極端子312a~312g。而且，分別在電極端子312b上安裝有藍色發光二極體330A，在電極端子312c上安裝有紅色發光二極體320B，在電極端子312d上安裝有紅色發光二極體320A，在電極端312e上安裝有紅色發光二極體320C，以及在電極端子212f上安裝有藍色發光二極體330B。又，電極端子312a係與設置於安裝基板311之一端側置的電極313電連接。而且，電極端子312g係與設置於安裝基板311的另一端側的電極314電連接。
在本實施形態的發光二極體燈310中，電極端子312a和紅色發光二極體320A的p型歐姆電極(未圖示)係由金線315a所連接。紅色發光二極體320A的n型歐姆電極和電極端子312d係由金線315b所連接。
電極端子312d和紅色發光二極體320B的p型歐姆電極係由金線315c所連接。紅色發光二極體320B的n型歐姆電極和電極端子312c係由金線315d所連接。
電極端子312c和紅色發光二極體320C的p型歐姆電極係由金線315e所連接。紅色發光二極體320C的n型歐姆電極和電極端子312g係由金線315f所連接。
又，在本實施形態的發光二極體燈310中，電極端子312g和藍色發光二極體330B的正極電極(未圖示)係由金線315g所連接。藍色發光二極體330B的負極電極和電極端子312f係由金線315h所連接。
電極端子312f和藍色發光二極體330A的正極電極係由金線315i所連接。藍色發光二極體330A的負極電極和電極端子312a係由金線j所連接。
如此一來，本實施形態的發光二極體燈310係3個紅色發光二極體320A、320B、320C被串聯地電連接，會在對電極313施加正電壓且對電極314施加負電壓的情況下點亮。
同時，本實施形態的發光二極體燈310係2個藍色發光二極體330A、330B被串聯地電連接，會在對電極314施加正電壓且對電極313施加負電壓的情況，亦即會在流通有和紅色發光二極體要點亮之際呈相反朝向的電流之情況下點亮。
然而，發光二極體通常是以直流電源驅動，所消耗之電力可比其他光源還小，但以交流電源進行驅動者可削減從交流變換成直流所產生的變換損失。又亦有報告指出，在培育植物用的照明中，由於根據光所引起的化學反應耗費時間，所以在進行光照射之際，在反應效率上，脈衝照射優於連續照射。所以，利用光的強度在短時間變化的交流電源之驅動，省能源的效果較大。
然而，在以往的混色光源(例如，圖10所示的混色光源110)中，具有所謂電路、配線變複雜的問題。
針對此問題，根據本實施形態的發光二極體燈310，透過將紅色發光二極體320和藍色發光二極體330作在同一封裝且各自逆向地配線，可容易地因應交流驅動。
<第4實施形態>
其次，針對適用本發明之第4實施形態作說明。本實施形態中，係形成和第3實施形態的發光二極體燈310不同的構成。所以，針對本實施形態的發光二極體燈之構成，有關與第3實施形態的發光二極體燈310相同的構成部分，係賦與相同符號並省略說明。
如圖7(a)及圖7(b)所示，本實施形態的發光二極體燈410係概略建構成：在安裝基板411的表面搭載有4個發光二極體420A、420B、420C、430A。
在此，第3實施形態的發光二極體燈310為，紅色及藍色發光二極體分別串聯連接而利用交流電源進行驅動，相對地，本實施形態的發光二極體燈410係如圖7(a)所示，所有的紅色發光二極體被作成並聯連接而可利用交流電源進行驅動。若將4端子連接至其他電路，則可獨立地控制藍色、紅色。
具體而言，如圖7(a)所示，在安裝基板411的表面係設有4個電極端子412a~412d。而且，在各電極端子上分別安裝有發光二極體。亦即，分別在電極端子412a上安裝紅色發光二極體420A，電極端子412b上安裝藍色發光二極體420A，電極端子412c上安裝紅色發光二極體420B，以及在電極端412d上安裝紅色發光二極體420C。又，在安裝基板411的一端側設有電極413A及電極413B，且分別在電極413A上電連接電極端子412a，在電極413B上電連接電極端子412b。再者，在安裝基板411的另一端側設有電極414A及414B，且分別在電極414A上電連接電極端子414c，在電極414B上電連接電極端子414d。
在本實施形態的發光二極體燈410中，電極端子412c和紅色發光二極體420A的p型歐姆電極(未圖示)係由金線415a所連接。紅色發光二極體420A的n型歐姆電極和電極端子412a係由金線415b所連接。
電極端子412c和紅色發光二極體420B的p型歐姆電極係由金線415c所連接。紅色發光二極體420B的n型歐姆電極和電極端子412a係由金線415d所連接。
電極端子412c和紅色發光二極體420C的p型歐姆電極係由金線415e所連接。紅色發光二極體420C的n型歐姆電極和電極端子412a係由金線415f所連接。
又，在本實施形態的發光二極體燈410中，電極端子412b和藍色發光二極體430A的正極電極(未圖示)係由金線315g所連接。藍色發光二極體430A的負極電極和電極端子412d係由金線415h所連接。
如此一來，本實施形態的發光二極體燈410係4個發光二極體420A、420B、420C、430A被並聯地電連接。因此，發光二極體燈410係在電極413A及電極413B上有正電壓施加的情況，僅藍色發光二極體430A點亮。相對地，在電極414A及電極414B上有正電壓施加的情況，僅紅色發光二極體420A、420B、420C點亮。
根據本實施形態的發光二極體燈410，係與第3實施形態的發光二極體燈310地可藉交流驅動及脈衝驅動方式節省能源，同時透過獨立地連接各發光二極體而可圖謀高亮度化。
<第5實施形態>
其次，針對適用本發明之第5實施形態作說明。本實施形態中，係形成和第1至第4實施形態的發光二極體燈不同的構成。所以，針對本實施形態的發光二極體燈之構成，有關與第1至第4實施形態的發光二極體燈相同的構成部分，係賦與相同符號並省略說明。
如圖8所示，本實施形態的發光二極體燈510係概略建構成：在安裝基板511的表面搭載有3個發光二極體520A、520B、530A。
在此，以第2至第4實施形態的發光二極體燈而言，一對電極被設置成隔著安裝基板呈對向配置，相對地，本實施形態的發光二極體燈510則如圖8所示，一對電極513、514係在安裝基板511的任一端側排列設置。
具體而言，如圖8所示，安裝基板511的表面係設有4個電極端子512a~512d。而且，分別在電極端子512b上安裝紅色發光二極體520A，電極端子512c上安裝藍色發光二極體530A，以及在電極端子512d上安裝紅色發光二極體520B。又，在安裝基板511的一端側設置正極電極513及負極電極514。且分別在正極電極513上電連接電極端子512a，在負極電極514電連接電極端子512d。
在本實施形態的發光二極體燈510中，電極端子512a和紅色發光二極體520A的p型歐姆電極(未圖示)係由金線515a所連接。紅色發光二極體520A的n型歐姆電極和電極端子512b係由金線515b所連接。
電極端子512b和藍色發光二極體530A的正極電極係由金線515c所連接。藍色發光二極體530A的負極電極和電極端子512c係由金線515d所連接。
電極端子512c和紅色發光二極體520B的p型歐姆電極係由金線515e所連接。紅色發光二極體520B的n型歐姆電極和電極端子512d係由金線515f所連接。
如此一來，本實施形態的發光二極體燈510係3個發光二極體520A、520B、530A被串聯地電連接。因此，發光二極體燈510係在正極電極513有正電壓施加的情況，會點亮所有的發光二極體520A、520B、530A。
根據本實施形態的發光二極體燈510，由於一對電極513、514在安裝基板511的任一端側排列設置，故可適當使用在例如圖4所示那種態樣的照明裝置40的側光型(側邊型)之背光。
<第6實施形態>
其次，針對適用本發明之第6實施形態作說明。本實施形態中，係形成和第5實施形態的發光二極體燈不同的構成。所以，針對本實施形態的發光二極體燈的構成，有關與第5實施形態的發光二極體燈相同的構成部分，係賦與相同的符號並省略說明。
如圖9所示，本實施形態的發光二極體燈610係概略建構成：在安裝基板611的表面搭載有3個發光二極體620A、620B、630A。
在此，以第5實施形態的發光二極體燈510而言，3個發光二極體520A、520B、530A是被串聯地電連接，相對地，本實施形態的發光二極體燈610則是如圖9所示，3個發光二極體620A、620B、630A被電性獨立(並聯)地連接
具體而言，如圖9所示，安裝基板611的表面係設有4個電極端子612a~612d。此外，在電極端子612a上安裝有紅色發光二極體620A，電極端子612b上安裝有藍色發光二極體620A，電極端子612c上安裝有紅色發光二極體620B。又，在安裝基板611的一端側上設有3個正極電極613A~613C及負極電極614。分別在正極電極613A上電連接電極端子612a、在正極電極613B上有電極端子612b、在正極電極613C上電連接電極端子612c、以及在負極電極614上電連接電極端子612d，分別電連接。
在本實施形態的發光二極體燈610中，電極端子612a和紅色發光二極體620A的p型歐姆電極(未圖示)係由金線615a所連接。紅色發光二極體620A的n型歐姆電極和電極端子612d係由金線615b所連接。
電極端子612b和藍色發光二極體630A的正極電極係由金線615c所連接。藍色發光二極體630A的負極電極和電極端子612d係由金線615d所連接。
電極端子612c和紅色發光二極體620B的p型歐姆電極係由金線615e所連接。紅色發光二極體620B的n型歐姆電極和電極端子612d係由金線615f所連接。
如此一來，本實施形態的發光二極體燈610係3個發光二極體620A、620B、630A被電性獨立(並聯)地連接。因此，發光二極體燈610係在正極電極613A~613C有正電壓施加情況，點亮所有的發光二極體620A、620B、630A。
根據本實施形態的發光二極體燈610，由於電極613A~613C及電極614在安裝基板611的任一端排列設置，所以和第5實施形態的發光二極體燈510同樣地可適當地使用在側光型(側邊型)的背光。又，由於各發光二極體620A、620B、630A被獨立(並聯)地連接，故可提高各發光二極體620A、620B、630A的亮度。
[實施例]
以下，使用實施例具體地說明本發明的效果。此外，本發明未受此等實施例所限定。
本實施例中，係具體地說明本發明所涉及之多色發光二極體燈及培育植物用照明裝置的例子。且，本實施例所製作的發光二極體係具有AlGaInP發光部的紅色發光二極體及具有GaN發光部的藍色發光二極體。
(實施例1)
使用實施形態的發光二極體晶片，製作圖1所示的發光二極體燈，以評估光子束[μmo1‧s-1]等之光學特性。
圖1顯示發光元件封裝的構成之一例的圖。搭載2個圖2所記載的紅色發光二極體晶片(20A、20B)及1個圖3所記載的藍色(30A)發光二極體。封裝10的尺寸為，約3.5mm×2.8mm，厚度1.8mm。紅色發光二極體晶片係具有貼附GaP基板的AlGaInP發光層，峰值波長是660nm。藍色發光二極體晶片係在藍寶石基板上成長的InGaN發光層，以波長450nm發光。
此封裝10具備3個晶片20A、20B、30A，其等被搭載於呈平面狀的開口部中形成有凹部的樹脂容器中的搭載部(金屬)上。
樹脂容器的側面具有6個導線端子(未圖示)。藉此，可獨立地點亮各發光二極體。導線端子係與搭載部連接。容器部係透過將含有反射率高的白色顏料之熱可塑性樹脂(在以下的說明中稱為白色樹脂)射出成型而形成。
又，為能對應施加回焊等之溫度的工程，白色樹脂被選定為耐熱性充分的材質。作為基材的樹脂是使用PPA(polyphthalamide)。
透過從設置於樹脂容器的凹部立起的壁面，將從發光二極體晶片發出的光集光成半值角30度。
半導體發光元件晶片20A、B、30A係利用由矽樹脂所成之黏晶劑接著、固定在搭載部。此時，晶片間隔約為0.5mm。
而且，發光元件封裝10乃如圖1(a)所示，發光二極體晶片的各電極和各端子部利用搭接線15連接。
在此，搭載部係具有0.4mm左右的厚度之金屬板，以銅合金等的金屬為基底，藉由對其表面鍍銀以提高反射率。亦即，搭載部係由熱傳導性及反射優異的金屬所構成。
封裝係以掩埋凹部的方式利用透明的矽樹脂密封而製作成培育植物用燈。
光子束係於3個晶片各流通20mA時，匯集由本燈所取出的光而作實測。紅色(峰值波長=660nm)的光子束為0.177[μmol‧s-1 ]，藍色(峰值波長=450nm)的光子束為0.065[μmol‧s-1 ]。R(紅)和B(藍)的比約為2.7。
(實施例2)
與實施例1不同點在於，使用上下通電形式的發光二極體晶片而製作圖8所示的側光型的發光二極體燈，以評估光子束[μmol‧s-1]。
紅色發光二極體晶片係公知的基板貼附形態的反射構造。在含有660nm的AlGaInP發光層的磊晶層使用貼附具有銀合金的金屬反射層之矽基板的構造之晶片。此晶片的上面和背面(矽基板)具有電極。(圖式省略)
另一方面，藍色發光二極體晶片係使用在公知的n型的SiC基板磊晶成長有450nm的InGaN發光層之構造的元件。此晶片係上面和背面(SiC基板)具有電極之上下通電的構造。封裝的材質、搭載部的金屬材料係和實施例1相同，但形狀是如圖8那樣的形狀，將3個晶片搭載成串聯。封裝的尺寸為3mm×1.4mm，厚度為0.8mm。
發光元件晶片係藉由屬導電性接著劑的銀膠所成的黏晶劑固定於搭載部，而背面電極和搭載部被電連接。此時，晶片間隔約為0.4mm。
而且，發光元件封裝510係如圖8所示，配置了紅和藍的晶片。將發光二極體晶片的表面電極和各端子部利用接合線515連接。由於紅色的表面電極是n型，藍色的表面電極是p型，所以考慮極性，將3個晶片串聯配線。
在此，搭載部係具有0.4mm左右的厚度之金屬板，以銅合金等的金屬為基底，透過在其表面施以鍍銀而提高反射率。亦即，搭載部係由熱傳導性、反射性優異的金屬所構成。
封裝係以掩埋凹部的方式藉由透明的矽樹脂來密封以製作培育植物用燈。
光子束係於3個晶片各流通20mA時，匯集由本燈所取出的光而作實測。紅色(峰值波長=660nm)的光子束為0.13[μmol‧s-1 ]，藍色(峰值波長=450nm)的光子束為0.062[μmol‧s-1 ]。R(紅)和B(藍)的比約為2.1。
(實施例3)
使用圖1所示的發光二極體燈(半值角30度)製作培育植物用的小型照明面板，以評估光子束[μmol‧s-1 ]及混色的均一性的光學特性。
照明面板為，在與圖10所示之燈的位置相同的位置上，將同一封裝搭載著2個紅色LED和1個藍色LED的燈藉由銲接予以固定。
面板的尺寸是12cm的正方形，燈之間隔設為4cm，在距離面板端部2cm處配置了9個角燈。
接著，在前述燈的3個LED流通20mA，以評估在培育植物的面板下方20cm處的光學特性，亦即，光子束密度及混色的均一性。
此外，光子束係於各流通20mA時，匯集由1個燈所取出的光而作實測。紅色的光子束為0.177[μmol‧s-1 ]，藍色的光子束為0.065[μmol‧s-1 ]。R和B的比約為2.7。在LED各1個時，R和B的比約為1.35。
又，在照明面板之混色的均一性方面，比較了與面板相距20cm的面之面板中心C(0，0)其與在X方向離中心3cm及Y方向離中心3cm的位置A(3，3)的2點光子束密度。結果顯示於表1。
此時，鐀入電力為1.26W。
(實施例4)
使用圖8所示的發光二極體燈(半值角30度)，製作培育植物用的側邊型的小型照明面板，以評估光子束[μmol‧s-1 ]及混色的均一性的光學特性。
照明面板為，在與圖4所示之燈的位置相同的位置上，將同一封裝搭載著2個紅色LED和1個藍色LED的燈藉由銲接予以固定。
各LED流通20mA時，收集從1個燈所取出的光以實際量測光子束。紅色的光子束為0.195[μmo1‧s-1 ]，藍色的光子束為0.072[μmo1‧s-1 ]。R和B的比約為2.7。在LED是各為1個時，R和B的比約為1.35。
面板的尺寸是12cm的正方形，燈的間隔設為2cm，在距離面板端部2cm處配置了5個。
考慮燈的搭載個數，於各LED流通36mA，評估了位在培育植物面板下方20cm的位置之光學特性。結果顯示於表1。
此時，鐀入電力為1.37W。
(比較例1)
面板中心配置藍色的5Φ 的砲彈型燈(半值角：30度)，在藍色燈的周邊配置8個半值角是15度的紅色燈。在此，紅色LED是以往的AlGaAs發光層之LED。
面板的尺寸是6cm的正方形，燈之間隔設為2cm，在距離面板端1cm處配置角燈。讓4片該邊長是6cm的面板相互銜接以製作出12cm的小型照明面板。
接著，在4個藍色LED及32個紅色LED的各LED上流通40mA，評估了在培育植物之面板下方20cm處的光學特性。其結果顯示於表1。
此時，鐀入電力為3.35W。
總光子量密度：紅色和藍色點亮時的光子束密度(單位：μmol/s‧m2 )
R：紅色點亮時的光子束密度
B：藍色點亮時的光子束密度
如表1所示，相對於比較例1的照明面板，實施例3及實施例4的照明面板為，經比較照明面板的照射區域之中心位置C點及與此中心位置疏離的A點之結果，確認出光子束密度的紅色/藍色之比(R/B比)是均一的情況。
具體而言，比較例1的照明面板，在照射區域的中心位置之R/B比是3.6，相對地，與此中心位置偏離的A點之R/B比是2.6，確認了在照明面板的照射面內之混色均一性會較低的情形。
相對地，在實施例3及實施例4的照明面板中，照射區域的中心位置之R/B比與自中心位置偏離的A點之R/B比係相同值，確認了混色的均一性較高的情形。
又，本發明相較於比較例，鐀入電力較小，可證實係省能源的照明。
[產業上可利用性]
本發明的發光二極體燈及照明裝置，特別可作為培育植物用途的光源來利用。
4b．．．n型接觸層
10、130、210、310、410、510、610．．．發光二極體燈
11、211、311、411、511、611．．．安裝基板
12．．．n電極端子
13．．．p電極端子
15、215a~215k、315a~315j、415a~415h、515a~515f、615a~615e．．．金線
16．．．密封材
20、120、220A~220D、320A~320C、420A~420C、520A、620A~620B．．．紅色發光二極體
20A、20B、30A．．．發光二極體
21．．．化合物半導體層
22．．．機能性基板
22a．．．垂直面
22b．．．傾斜面
23．．．n型歐姆電極
24．．．p型歐姆電極
25．．．發光部
25A．．．下部包覆層
25B．．．發光層
25C．．．上部包覆層
26．．．電流擴散層
27．．．連接層
30．．．第2發光二極體
31．．．基板
32．．．n型半導體層
33．．．發光層
34．．．p型半導體層
35．．．半導體層
36．．．正極
37．．．負極
38．．．連接層
40．．．照明裝置
41．．．導光板
41a．．．光取出面
41b．．．側面
110．．．混色光源
111．．．印刷基板
220A、220B、220C、220D、230A、320A、320B、320C、330A、330B、420A、420B、420C、430A、520A、520B、530A、620A、620B、630A．．．發光二極體
212a~212g、312a~312g、412a~412d、414a~414d、512a~512c、612a~612d．．．電極端子
213、513、613A~613．．．正極電極
214、614．．．負極電極
313~314、413A~413B、513、514．．．電極
510．．．發光二極體燈
510．．．發光元件封裝
圖1係用以說明本發明的一實施形態之培育植物用多色發光二極體燈的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的A-A’線的剖面圖。
圖2係用以說明本發明的一實施形態之培育植物用多色發光二極體燈所用的紅色發光二極體的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的B-B’線的剖面圖。
圖3係用以說明本發明的一實施形態之培育植物用多色發光二極體燈所用的藍色發光二極體的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的C-C’線的剖面圖。
圖4係顯示本發明的一實施形態的培育植物用照明裝置之斷面示意圖。
圖5係用以說明本發明的第2實施形態之發光二極體燈的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的D-D’線的剖面圖，(c)是電路圖。
圖6係用以說明本發明的第3實施形態之發光二極體燈的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的E-E’線的剖面圖，(c)是電路圖。
圖7係用以說明本發明的第4實施形態之發光二極體燈的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的F-F’線的剖面圖。
圖8係用以說明本發明的第5實施形態之發光二極體燈的平面圖。
圖9係用以說明本發明的第6實施形態之發光二極體燈的平面圖。
圖10係係用以說明以往的混色光源的圖面，(a)是平面圖，(b)是順著(a)中所示的G-G’線的剖面圖。
圖11係顯示以往的培育植物用照明裝置的斷面示意圖。
10．．．發光二極體燈(培育植物用多色發光二極體燈)
40．．．照明裝置(培育植物用照明裝置)
41．．．導光板
41a．．．光取出面
41b．．．側面

Claims (9)

  1. 一種培育植物用多色發光二極體燈，其特徵為具備：配備含有峰值發光波長是655nm以上675nm以下中組成式(AlX Ga1-X )Y In1-Y P(0≦X≦0.1，0<Y≦1)所成的發光層之pn接合型發光部的第1發光二極體；及具有峰值發光波長是420nm以上470nm以下的組成式GaX In1-X N(0≦X≦1)之發光層的第2發光二極體，且1個以上的前述第1發光二極體和1個以上的前述第2發光二極體被搭載於同一封裝內，在同一電流下，搭載於前述多色發光二極體燈的前述1個以上的第1發光二極體的光子束R[μmol‧s-1 ]與前述1個以上的第2發光二極體的光子束B[μmol‧s-1 ]係滿足R>B的關係。
  2. 如申請專利範圍第1項之培育植物用多色發光二極體燈，其中前述第1發光二極體的搭載個數比前述第2發光二極體的搭載個數還多。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之培育植物用多色發光二極體燈，其中鄰接的前述第1發光二極體和前述第2發光二極體的距離是在10mm以內。
  4. 一種培育植物用照明裝置，其特徵為具備2個以上的申請專利範圍第1項至第3項中任一項之培育植物用多色發光二極體燈，前述培育植物用多色發光二極體燈被配置成略等間隔，並且可獨立地控制。
  5. 如申請專利範圍第4項之培育植物用照明裝置，其中可因應植物的生育面積來控制前述培育植物用多色發光二極體燈的點亮個數。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項之培育植物用照明裝置，其中可因應前述發光二極體燈和植物的距離，調整前述培育植物用多色發光二極體燈的光子束。
  7. 如申請專利範圍第4項或第5項之培育植物用照明裝置，其中施加於前述培育植物用多色發光二極體燈的電流是脈衝驅動，可因應植物的生育狀態來調整前述培育植物用多色發光二極體燈的點燈時間。
  8. 如申請專利範圍第4項或第5項之培育植物用照明裝置，其中配備具有光取出面的導光板，作成可將從前述導光板的側面取入之前述培育植物用多色發光二極體燈的光，從前述光取出面取出。
  9. 一種培育植物方法，其特徵為 因應植物的生育狀態，將申請專利範圍第4至8項中任一項之培育植物用照明裝置的點亮個數、光子束、施加電流及脈衝驅動時間其中一者以上作組合並進行控制。
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