導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法
【課題】植物を効率的に育成可能な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法を提供すること。
【解決手段】本発明の導光フィルムは、光源からの入射光を入光させる光入射部と、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することとする。前記波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有することが好ましい。
【解決手段】本発明の導光フィルムは、光源からの入射光を入光させる光入射部と、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することとする。前記波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成による植物の育成に好適な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油などの化石燃料使用により放出された二酸化炭素が大気中に増加すると、地球の温暖化など地球環境が悪化し、自然環境破壊のみならず、干ばつ、大雨、洪水などが多発し、自然災害の発生や農作物にも多大な被害が発生し、人類社会にも大きな影響が生じることから、環境に対しての意識が高まりつつある。
【０００３】
このため、大気中に放出される二酸化炭素を減少させる方法として、藻などの植物に太陽光を照射することにより、その光合成を利用して大気中の二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置が検討されている。
【０００４】
ところで、上述した二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置においては、光源からの光を導光フィルムの入射部を通じて導光フィルムの内部へ入射させることが検討されている。この導光フィルムの内部に入射した光は、導光フィルムの出射面（上面）と反射面（下面）との間で反射を繰り返し、その反射光と、出射面の法線とのなす角度が臨界角より小さくなると、その反射光が出射面を透過して出射される。
【０００５】
このような導光フィルムでは、一般的に、入射部と逆側に位置する反入射部が平坦性を有するので、光源から出射された光のうち、入射面に対し直交する方向に出射される平行光又は反入射面への入射角が臨界角より小さい光は、それぞれ反入射面側からそのまま外部へ出射されてしまい、光の損失が生じる。
【０００６】
このため、二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置において、ある程度植物の光合成を進行させることができても、光合成に必要な光が十分に届かないという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、例えば、光を閉じ込めて面部を導光させ、目的エリアに出射させるために、装置の端部から光を入射させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、装置の端部に対して垂直に入射しない光は、出射部の手前で漏れてしまい、出射部まで導光せず、光取出し効率が減少するという問題がある。
また、光を閉じ込めて面部を導光させ、目的エリアに出射させる方法が提案されている（特許文献２参照）
【０００８】
また、例えば、光合成担体などの光を有効物に変換する部材において、有効物に変換する効率の高い波長に変換して光を活用する方法が提案されている（特許文献３参照）。
しかし、変換物質にいたる屈折率界面において、界面反射が生じ、目的の場所に光を導く光取出し効率が低くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実登２６０１４４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５３４８号公報
【特許文献３】特開平６−３８６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、植物を効率的に育成可能な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 光源からの入射光を入光させる光入射部と、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することを特徴とする導光フィルムである。
＜２＞ 波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有する前記＜１＞に記載の導光フィルムである。
＜３＞ λ１が３００ｎｍ〜７００ｎｍであり、λ２が４００ｎｍ〜１，０００ｎｍである前記＜２＞に記載の導光フィルムである。
＜４＞ 波長変換部が蛍光体を有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜５＞ 蛍光体が、ペリレン化合物を含む前記＜４＞に記載の導光フィルムである。
＜６＞ 光入射部が光入射面を有し、該光入射面と反対側の面に波長変換部を有する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜７＞ 光入射部と光出射部との間に波長変換された光を導光させる導光部を有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜８＞ 光入射部と導光部における、フィルムの厚み方向をなす面に対して反射層が形成される前記＜７＞に記載の導光フィルムである。
＜９＞ 光入射部の屈折率が、１．０５〜１．８である前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１０＞ 波長変換部の屈折率が、１．５以上である前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１１＞ 波長変換部と光入射部との屈折率差が、０．０１〜２．０である前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１２＞ 光出射部が、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有する前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１３＞ 前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の導光フィルムを用いて植物を育成する植物育成方法であって、前記導光フィルムにおける光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することを特徴とする植物育成方法である。
＜１４＞ 植物が、微細藻類を含む藻類である前記＜１３＞に記載の植物育成方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、植物を効率的に育成可能な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る導光フィルムの平面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における導光フィルムの断面図である。
【図３】図３は、第２の実施形態の導光フィルムの断面図である。
【図４】図４は、光出射部の表面に形成された微細凹凸の拡大図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る導光フィルムの断面図である。
【図６】図６は、光入射部と波長変換部との界面に形成された微細凹凸の拡大図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係る導光フィルムの平面図である。
【図８】図８は、第４の実施形態における導光フィルムの断面図である。
【図９】図９は、本発明の植物育成方法の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施例及び比較例における植物育成を評価するための装置を示す図である。
【図１１】図１１は、光入射部における波長と、波長変換された光出射部から出射される光の波長との関係、及び光入射部から入射される光の光量と、光出射部から出射される光の光量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（導光フィルム）
本発明の導光フィルムは、少なくとも光入射部と、波長変換部と、光出射部とを有し、必要に応じて、導光部を有する。
【００１５】
前記導光フィルムの形状としては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができ、例えば、長方形状、正方形状、円状等が挙げられるが、低コストで加工が容易であることから長方形状が好ましい。
また、前記導光フィルムとしては、特に制限はなく、前記光入射部と、前記導光部と、前記光出射部とが、それぞれ別部材により形成されていてもよいが、低コストで製造可能な観点から、一連の部材から形成されることが好ましい。本明細書では、前記一連の部材をフィルム本体と称することがある。該フィルム本体としては、折り曲げ可能であることが好ましい。
【００１６】
前記導光フィルムにおけるフィルム本体の形成材料としては、透明であり、ある程度の強度を有するものであれば、特に制限はなく、例えば、樹脂、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、柔軟性があり、軽量であることから、樹脂が好ましい。
【００１７】
前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、例えば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、（メタ）アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂（ＡＲＴＯＮ）、脂環式アクリル樹脂（オプトレッツ）、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴムなどの透明材料が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、透明性、屈折率等の光学特性、加工性などの面から、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル含有樹脂、ＰＥＴ、スチレン−（メタ）アクリル共重合体（ＭＳポリマー）などが好ましい。
【００１８】
前記導光フィルムのヘイズとしては、１０％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましく、０．５％以下であることが特に好ましい。前記ヘイズが１０％を超えると、入射光を制御して採光する集光効率や導光効率が著しく低下することがある。
ここで、前記「ヘイズ」とは、曇り度合いの値を指し、例えば、ＪＩＳ ７１０５に準拠したヘイズメータ（型番：ＨＺ−１、スガ試験機（株）製）等の測定装置により評価される値である。
【００１９】
＜光入射部＞
前記光入射部は、光源からの入射光を入光させることとしてなる。
前記光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、太陽（自然光）、並びにＬＥＤ及びハロゲンランプ等の人工光源が挙げられる。
【００２０】
前記光入射部としては、特に制限はないが、フィルムの面上にフィルムの長さ方向で画成される光入射面を有することが好ましい。
前記光入射面から前記入射光を受光することで、大面積での受光が可能となる。
【００２１】
光入射部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１ｍｍ〜５，０００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１，０００ｍｍがより好ましく、２０ｍｍ〜５００ｍｍが特に好ましい。
前記長さが、１ｍｍ未満であると、入射する光が少なくなりすぎることがあり、５，０００ｍｍを超えると、フィルムによる光吸収の損失が大きくなりすぎることがある。
【００２２】
前記光入射部における光の屈折率としては、特に制限はないが、１．０５〜１．８が好ましく、１．１〜１．７５がより好ましく、１．２〜１．７が特に好ましく、１．３〜１．６５が最も好ましい。
前記屈折率が、１．０５未満であると、臨界角が大きすぎ、フィルム内部を伝播する光の多くが漏れてしまうことがあり、１．８を超えると、界面反射が大きく、光のフィルム内部への入射光量が低下しすぎることがある。
【００２３】
前記導光フィルムの端部を含む部材を前記光入射部とする場合には、該端部における面（前記導光フィルムの厚み方向をなす面）に対して、前記光入射部から入射された光を閉じ込める観点から、反射層を形成することが好ましい。
また、光入射部における側面（及び前記導光部を含む場合には前記導光部を含む側面）には、反射層を有するようにしてもよい。
前記反射層形成材料としては、高い反射率を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銀、アルミニウム、金、銅、マグネシウムなどの金属、高屈折率のＴｉＯ２、ＺｎＳ、シリコンなどの誘電体や半導体が挙げられる。
【００２４】
＜波長変換部＞
前記波長変換部は、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させることとしてなる。
【００２５】
前記波長変換部の形成位置としては、前記光入射部から入射される光の光路上に配される限り特に制限はないが、前記光入射部における光入射面と反対側の面に形成されることが好ましい。
【００２６】
前記波長変換部における変換波長として、特に制限はないが、前記波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、前記波長変換された光のピーク波長をλ２としたとき、λ１＜λ２の関係を有することが好ましい。
前記太陽等を光源とする入射光は、植物における光合成に必要な光の波長よりも短波長側にピーク波長を有し、この入射光に対して吸収効率が高く、波長変換される光がより長波長側にピーク波長を有すると、植物における光合成に必要な光の波長にピーク波長を有し、効率的な植物の育成をすることができる。
更に、前記λ１（ｎｍ）としては、３００ｎｍ〜７００ｎｍが好ましく、前記λ２（ｎｍ）としては、４００ｎｍ〜１，０００ｎｍが好ましい。
即ち、一般に植物に含まれ、光エネルギーを吸収する役割を持つクロロフィルαは、４２０ｎｍ及び６６０ｎｍの近傍に光吸収のピーク波長を有し、光合成については６６０ｎｍ近傍にピーク波長を有する光が利用される。太陽等の光源からの光を直接吸収する場合、６６０ｎｍ近傍の波長以外で短波の波長領域における光は、光合成の効率が低い。本発明は、このような入射光を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換して、植物の育成に用いることを技術の重要な核としている。
【００２７】
前記波長変換部における波長変更手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光を発光する蛍光体が好ましい。
【００２８】
前記蛍光体としては、必要とする波長を増強させることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＣＭ、ＤＭＥＴＣＩ、ＤＯＣＩ、ＤＯＤＣＩ、ＤＱＯＣＩ、ＤＱＴＣＩ、ＨＩＤＣＩ等の蛍光化合物、インドレニン、クマリン、クレジルバイオレット、シアニン、フルオレセイン、マラカイトグリーン、ナイルブルー、オキサジン、ペリレン化合物、フェノキサゾン、フェニルアラニン、フタロシアニン、ピナシアニン、ポルフィン、プロフラビン、ピリジン、ピロメテン、ローダミン、リボフラビン、スチルベン、スチリル化合物、スルホローダミン、ウラニンなどが挙げられる。中でも、ペリレン化合物が好ましく、該ペリレン化合物としては、蛍光発光するものであれば特に制限はなく、ペリレン、ペリレンレッド、ペリレンオレンジ等が挙げられる。
【００２９】
前記蛍光体としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【００３０】
なお、前記波長変換手段として、前記蛍光体を用いる場合、前記光入射部中に前記蛍光体を含有させることで、前記波長変換手段と、前記光入射部とを一体として構成することもできる。
【００３１】
前記波長変換部としては、特に制限はないが、更に高屈折率材料を含むことが好ましい。
前記波長変換部は、前記光入射部から入射される入射光の光路上に配され、前記入射光光を閉じ込め、光の利用効率を向上させるためには光の反射の臨界角を小さくする必要がある、即ち、前記波長変換部における屈折率としては、光入射部における屈折率よりも大きいことが好ましい。
このような観点から、前記波長変換部における光の屈折率としては、１．５以上が好ましく、１．５５以上がより好ましく、１．６以上が特に好ましい。
また、前記高屈折率材料としては、前記光入射部（フィルム本体）における屈折率よりも高く、ある程度の強度を有するものが好ましく、例えば、ＴｉＯ２やＺｎＳ等の高屈折率微粒子が含有された樹脂、高屈折率樹脂等が挙げられる。
【００３２】
また、前記波長変換部における屈折率Ａと、前記光入射部（前記フィルム本体）における屈折率Ｂとの屈折率差（Ａ−Ｂ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、０．０１〜２であることが好ましく、０．０５〜１．５であることがより好ましく、０．１〜１であることが特に好ましい。前記差が、０．０１未満であると、光を閉じ込める効果が殆ど得られないことがあり、２を超えると、高屈折率層１１１への光入射が低くなりすぎることがある
【００３３】
前記波長変換部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記高屈折率材料及び前記蛍光体を溶剤に溶解させた塗工液を、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等で前記光入射面と反対側の面に塗布した後、乾燥させることが挙げられる。
【００３４】
前記蛍光体の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記高屈折率材料１００ｍｇに対して０．００１ｍｇ〜２０ｍｇであることが好ましく、０．０１ｍｇ〜１０ｍｇであることがより好ましく、０．１ｍｇ〜５ｍｇであることが特に好ましい。
前記含有量が０．００１ｍｇ未満であると、光入射部から入射した光を効果的に蛍光変換することができないことがあり、２０ｍｇを超えると、形状を保つことが困難となることがある。
【００３５】
前記光入射部と前記波長変換部との界面には、微細凹凸を形成してもよい。このような微細凹凸を有すると、前記界面における界面反射が起こることによる光の利用効率の減少を抑制することができる。
【００３６】
前記微細凹凸の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、切削法、ナノインプリント法、レーザ微細加工、エッチング法が挙げられる。
【００３７】
前記微細凹凸のピッチ間隔Ｐ１の主要発光波長に対する下限としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その下限は、光量向上の観点から、光源の主要発光波長をλとして０．０１λ以上が好ましく、０．０５λ以上がより好ましく、０．１λ以上が更により好ましく、０．２λ以上が特に好ましい。
また、上限としては、光量向上の観点から、１０λ以下が好ましく、５λ以下がより好ましく、２λ以下がより更に好ましく、１λ以下が特に好ましい。
【００３８】
前記微細凹凸の隣接する凸部間の最短距離Ｐ１（ピッチ間隔）の下限としては、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．１５μｍ以上であることがより好ましく、０．２μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限が０．１μｍ未満であると、加工が困難で均一性が得られないことがある。
また、上限としては、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記上限が、１００μｍを超えると、光を閉じ込める効果が下がってしまうことがある。
【００３９】
前記微細凹凸の凸部の高さＨ１の下限としては、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがより好ましく、０．１５μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限は、０．０５μｍ未満であると、界面反射低減効果が得られないことがある。
前記微細凹凸構造の凸部の高さＨ１の上限としては、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記下限は、１００μｍを超えると、光を閉じ込める効果が低減してしまうことがある。
【００４０】
＜光出射部＞
前記光出射部は、前記波長変換された光を出射させることとしてなる。
【００４１】
前記光出射部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１ｍｍ〜５，０００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１，０００ｍｍがより好ましく、２０ｍｍ〜５００ｍｍが特に好ましい。
前記長さが、１ｍｍ未満であると、出射する光が少なくなりすぎることがあり、５，０００ｍｍを超えると、フィルムによる光吸収の損失が大きくなりすぎることがある。
【００４２】
前記光出射部としては、特に制限はないが、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有することが好ましい。
このような微細凹凸を有すると、光の出射効率が向上するとともに、光の出射方向が制御され、光の指向性が向上する。このため、より遠くに光を届けることができる。
【００４３】
前記微細凹凸の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、サンドブラスト法、切削法、ナノインプリント法、レーザ微細加工、エッチング法が挙げられる。
【００４４】
前記サンドブラスト法による場合、微細凹凸としての表面粗さＲａとしては、特に制限はないが、０．００１μｍ〜１，０００μｍとすることが好ましく、０．０１μｍ〜１００μｍとすることがより好ましく、０．１μｍ〜１０μｍとすることが特に好ましい。
前記表面粗さＲａが０．００１μｍ未満であると、光を様々な方向に出射させることができないことがあったり、重なると密着してはがれ難く、取り扱いが難しいことがあり、１，０００μｍを超えると、導光効果が低くなりすぎることがある。
【００４５】
前記ナノインプリント法による場合、前記微細凹凸の形状としては、断面形状が前記光入射部が存する側の表面に起伏する凹凸形状を有するものであれば、特に制限はなく、円錐形状、角錐形状、のこぎり状、蛇腹状、方形状などの凹凸形状とすることができる。前記微細凹凸の形状を適宜変化させることで、例えば、特定の方向の輝度を向上させ、光の出射方向を制御することができる。
【００４６】
前記微細凹凸の隣接する凸部間の最短距離Ｐ２（ピッチ間隔）としては、前記波長変換された光の波長によって適宜変更することができるが、光の発光波長をλ、前記光出射部（前記フィルム本体）の屈折率をｎとしたとき、０．５×（λ／２ｎ）〜１．５×（λ／２ｎ）の範囲内とすることが好ましく、０．６×（λ／２ｎ）〜１．４×（λ／２ｎ）の範囲内とすることがより好ましく、０．７×（λ／２ｎ）〜１．３×（λ／２ｎ）の範囲内とすることが特に好ましい。前記ピッチ間隔Ｐが０．５×（λ／２ｎ）未満であると
細かすぎて光の相互作用が低く効果が小さくなることがあり、１．５×（λ／２ｎ）を超えると、光の変化する角度が小さく効果が小さくなることがある。
【００４７】
前記微細凹凸の凸部の高さＨ２の下限としては、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがより好ましく、０．１５μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限が０．０５μｍ未満であると、相互作用が小さくなりすぎ、効果が低くなることがある。
また、上限としては、１０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記上限が１０μｍを超えると、強度が低く形状が保たれないことがある。
【００４８】
前記光入射部及び前記光出射部における微細凹凸の形成方法としての前記ナノインプリント法としては、予め所望の凹凸形状を備えるスタンパ（金型）で転写することで微細凹凸構造を形成させることができる。具体的には、スタンパ原版（シリコン基板）上にフォトレジスト材料からなるフォトレジスト層をスピンコート法などで塗布し、光学系レンズでレーザ光をフォトレジスト層に集光して照射することで複数の微細孔を形成させ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチング処理を行い、原版上に形成された複数の微細孔の深さを調整した後、フォトレジスト層を除去することで所望の凹凸形状を有するスタンパを作製する。
光を入光させる光入射部の面の反対側の面にナノインプリント材料からなるナノインプリント層を形成させ、このナノインプリント層を前記スタンパで押圧し、必要に応じて加熱又は光照射することで前記微細凹凸構造を形成させる。
【００４９】
前記フォトレジスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、通常の光反応を利用するフォトレジスト材料、熱反応を利用するフォトレジスト材料など挙げられるが、高精細で、凹凸周囲に細かな構造ができ、より光相互作用に高い効果を発現できる点で熱反応を利用できるフォトレジスト材料が好ましい。
前記熱反応を利用できるフォトレジスト材料としては、例えば、メチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、経皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。
【００５０】
前記ナノインプリント材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂の少なくともいずれかを含有するインプリントレジスト組成物などが挙げられる。
前記インプリントレジスト組成物としては、例えば、ノボラック系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、有機ガラス樹脂、無機ガラス樹脂などが挙げられる。
【００５１】
前記フォトレジスト層の厚みとしては、前記スタンパの表面上に形成される凸部の高さに対して５％以上、２００％未満であることが好ましい。
前記厚みが、５％未満であると、レジスト量が不足し、所望の微細凹凸構造を形成することができないことがある。
【００５２】
前記フォトレジスト層の厚みとしては、例えば、該フォトレジスト層を形成した前記光入射部から該フォトレジスト層を一部剥離し、剥離後の段差（高さ）をＡＦＭ装置（ＯＬＳ、オリンパス株式会社製）にて測定することができる。
【００５３】
前記インプリントレジスト組成物の粘度としては、２５℃で、１ｍＰａ・ｓ〜２００ｍＰａ・ｓが好ましく、１ｍＰａ・ｓ〜１００ｍＰａ・ｓがより好ましい。
前記インプリントレジスト組成物の粘度としては、例えば、超音波式粘度計などを用いて測定することができる。
【００５４】
前記波長変換部としては、前記微細凹凸構造を形成させた後、微細凹凸構造上に高屈折率材料及び蛍光体を溶媒に溶解させ、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等で塗布することで波長変換部を形成することができる。
【００５５】
＜導光部＞
前記導光部は、前記光入射部と前記光出射部との間に配され、前記波長変換部で波長変換された光を前記光出射部に導波させるとともに、前記導光フィルムの長さを適宜変更するものとしてなる。
【００５６】
前記導光部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１０ｍｍ〜１０，０００ｍｍであることが好ましく、１００ｍｍ〜５，０００ｍｍであることがより好ましく、５００ｍｍ〜２，０００ｍｍであることが特に好ましい。前記長さが１０ｍｍ未満であると、導光する長さに比して、導光できる光量が少なく効率が低くなることがあり、１０，０００ｍｍを超えると、導光中の光のロスにより光量が低下することがある。
【００５７】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る導光フィルムの平面図であり、図２は、第１の実施形態における導光フィルムの断面図である。
第１の実施形態に係る導光フィルム１は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部２と、光入射部２と反対側の面に配され、光入射部２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部６と、波長変換部６で波長変換された光を外部に出射する光出射部３と、光入射部２と光出射部３との間に、波長変換部６で波長変換された光を光出射部３に導波させる導光部５と、導光フィルム１の光入射部２側の端部に、導光フィルム１内の光を閉じ込め、効率的に光出射部３からの光出射を可能とする反射層４とを有する。反射層４は、更に光入射部２及び導光部５におけるフィルム側面に配されていてもよい。また、ここでは、波長変換部６における波長変換手段として、蛍光体を用いている。
【００５８】
光入射部２の光入射面から入光された入射光は、その光路上に位置する波長変換部６に導波される。波長変換部６に導波された入射光により、前記蛍光体が励起され、前記入射光が植物の成長に利用可能な波長（６６０ｎｍ近傍）の光に波長変換されて蛍光発光される。蛍光発光された光は、光入射部２、導波部３を介して光出射部３に導波される。この際、光入射部２及び導波部３を形成する材料が高屈折材料であると、外部（大気）との屈折率差による全反射により光を閉じ込め、光漏れを抑制することができる。光出射部３に導波された光は、光出射部３の外部に出射される。光出射部３の外部が水相であると、光出射部３の形成材料と外部との屈折率差に基づき、外部に光を出射させることができ、藻類の育成を行う場合、該光出射部３を藻類を有する水相に入水させて用いる。
このようにしてなる第１の実施形態に係る導光フィルム１によれば、光源からの入射光の波長を植物の成長に利用可能な光の波長に変換して植物の成長に必要な光のみを出射することで、成長阻害を生ずることなく植物の育成を促進することができ、更に、入射光に対して、高効率に植物の成長に必要な光を出射することができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態の導光フィルムの断面図であり、図４は、光出射部の表面に形成された微細凹凸の拡大図である。
第２の実施形態に係る導光フィルム１０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部１２と、光入射部１２と反対側の面に配され、光入射部１２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部１６と、波長変換部１６で波長変換された光を外部に出射する光出射部１３と、光入射部１２と光出射部１３との間に、波長変換部１６で波長変換された光を光出射部１３に導波させる導光部１５と、導光フィルム１０の光入射部１２側の端部に、導光フィルム１０内の光を閉じ込め、効率的に光出射部１３からの光出射を可能とする反射層１４とを有し、更に、光出射部１３からの光出射を高効率で行い、また、より遠くへ光を届けるために、光の出射方向を制御し、光の指向性を向上させるため、光出射部１３の少なくとも表面の一部に微細凹凸１３１が形成されている。
【００６０】
ここで、微細凹凸１３１は、前記サンドブラスト法による表面処理により表面粗さＲａを前述の所望の値とした形状として形成することができ、また、前記ナノインプリント法によりピッチ間隔（Ｐ２）、凹凸の高さ（Ｈ２）を前記所望の形状として形成することができる。
このようにしてなる第２の実施形態に係る導光フィルム１０によれば、光出射部１３からの光出射を高効率で行うことができ、また、より遠くへ光を届けるために、光の出射方向を制御し、光の指向性を向上させることができ、植物の育成用途に対して、より好適に用いることができる。
これ以外は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る導光フィルムの断面図であり、図６は、光入射部と波長変換部との界面に形成された微細凹凸の拡大図である。
第３の実施形態に係る導光フィルム２０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部２２と、光入射部２２と反対側の面に配され、光入射部２２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部２６と、波長変換部２６で波長変換された光を外部に出射する光出射部２３と、光入射部２２と光出射部２３との間に、波長変換部２６で波長変換された光を光出射部２３に導波させる導光部２５と、導光フィルム２０の光入射部２２側の端部に、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、効率的に光出射部２３からの光出射を可能とする反射層２４とを有し、光出射部２３の少なくとも表面の一部に微細凹凸２３１が形成され、更に、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、高効率で出射部２３からの光の出射を可能とするために、光入射部２２と波長変換部２６との間の界面に微細凹凸２２１が形成されている。また、必要に応じて、波長変換部２６に高屈折率材料が含有されている。
ここで、微細凹凸２２１は、前記ナノインプリント法によりピッチ間隔（Ｐ１）、凹凸の高さ（Ｈ１）を前記所望の形状として形成することができる。
このようにしてなる第３の実施形態に係る導光フィルム２０によれば、導光フィルム２０に入射された光の光路を調整して、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、高効率で出射部２３からの光の出射を可能であり、植物の育成用途に対して、より好適に用いることができる。
これ以外は、第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
図７は、第４の実施形態に係る導光フィルムの平面図であり、図８は、第４の実施形態における導光フィルムの断面図である。
第４の実施形態に係る導光フィルム３０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部３２と、光入射部３２と反対側の面に配され、光入射部３２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部３６と、波長変換部３６で波長変換された光を外部に出射する光出射部３３と、光入射部３２と光出射部３３との間に、波長変換部３６で波長変換された光を光出射部３３に導波させる導光部３５とを有し、光出射部３３と導光部３５とが、フィルムの長さ方向における光入射部３２の両側に配されている。また、この光入射部３２と導光部３５におけるフィルム側面に反射層３４が配されている。
このような第４の実施形態に係る導光フィルム３０によれば、植物の育成場の形態に応じて、光出射部３３を植物の育成場に適宜配することが可能となる。
これ以外は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、第４の実施形態における光入射部３２、波長変換部３６、及び光出射部３３の各部における構成を第２の実施形態及び第３の実施形態におけるこれらの部材の構成に適宜変更して用いることができる。
【００６３】
（植物育成方法）
本発明の植物育成方法は、本発明の前記導光フィルムを用いて植物を育成する方法であって、前記導光フィルムにおける前記光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける前記光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することとしてなる。
【００６４】
前記植物の育成場としては、特に制限はなく、野菜などを栽培するビニールハウス、微細藻類を含む藻類を育成する水域などが挙げられるが、中でも、前記微細藻類を含む藻類を育成する水域に好適に用いられる。
即ち、前記微細藻類を含む藻類を育成する水域においては、水面が前記藻類で満たされると、前記水面付近の前記藻類に過剰に光源からの光が入射され、その成長が阻害される一方、水面下における前記藻類には、光源からの光が届かず、その成長が阻害される問題がある。
本発明は、このような問題に対して、前記藻類で満たされた水面に前記導光フィルムにおける前記光出射部を入水させ、この状態で、前記導光フィルムにおける前記光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させて導波させ、前記光出射部から出射させることで、前記水面下における前記藻類の成長を著しく促進させることができる。
【００６５】
前記微細藻類を含む藻類を育成する水域における前記植物育成方法を図を用いて説明する。
図９は、本発明の植物育成方法の一例を示す模式図である。ここでは、本発明の前記導光フィルムの第２の実施形態に係る導光フィルム１０を用いた説明を行うが、本発明の植物育成方法に用いられる導光フィルムは、この例に限られない。
端部が固定された光入射部１２、波長変換部１６、及び導光部１５を水面１７上に配し、光源からの入射光を光入射部１２、波長変換部１６、導光部１５を介して、植物の成長に利用可能な波長の光に変換して、光出射部１３から出射させる。このとき、光出射部１３は、植物の育成場である、微細藻類を含む藻類で満たされた水面下に入水させるように配される。また、光出射部１３から出射される光が水面下の藻類全体に行き届くように、所定の間隔をもって、複数の導光フィルム１０が配される。
このような植物育成方法によれば、水面付近の前記藻類に過剰に光源からの光が入射されて成長が阻害される問題を解消することができ、また水面下における前記藻類に光源からの光が届かず成長が阻害される問題を解消することができ、水面下における前記藻類の成長を著しく促進させることができる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
−光入射部及び光出射部−
長さ１００ｍｍ、幅４０ｍｍ及び厚みが０．２ｍｍであり、屈折率が１．５のアクリルフィルム（ソフトアクリル 新光エージー社製）を用い、該フィルムの一の端部から長さ方向に３０ｍｍの領域を光入射部とし、他方の端部から５０ｍｍの領域を光出射部とした。
光出射部を除く領域において、厚み方向の各端面にアルミテープを貼着し、反射層を形成した。
【００６８】
−波長変換部の形成−
光入射部の光入射面と反対側の面に、蛍光体として、ペリレンレッド（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３０５、ＢＡＳＦ社製）２質量％と、高屈折率材料として屈折率が１．６のＢＰＥＦＡ（大阪ガス化学社製）２０質量％を溶剤であるメチルエチルケトンに溶解させ、これを刷毛を用いて、約５０μｍの厚さに塗布、乾燥させて波長変換部を形成した。
【００６９】
−光出射部の微細凹凸の形成−
光出射部における各面に対して、サンドブラストし、微細凹凸を形成した。
以上により、実施例１における導光フィルムを製造した。
【００７０】
（実施例２）
実施例１において、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２における導光フィルムを製造した。
【００７１】
（実施例３）
実施例１において、光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３における導光フィルムを製造した。
【００７２】
（実施例４）
実施例１において、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと、及び光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例４における導光フィルムを製造した。
【００７３】
（実施例５）
実施例１において、蛍光体としてペリレンレッド（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３０５、ＢＡＳＦ社製）に代えて、ペリレンオレンジ（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｏｒａｎｇｅ２４０：ＢＡＳＦ社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例５における導光フィルムを製造した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１において、光入射面と反対側の面に波長変換部を形成しないこと、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと、及び光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１における導光フィルムを製造した。
【００７５】
（比較例２）
実施例１において、光入射面と反対側の面に波長変換部を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１における導光フィルムを製造した。
【００７６】
（植物の育成促進の評価方法）
実施例１〜５及び比較例１、２における導光フィルムを用いて、以下のように植物の育成促進の評価を行った。
即ち、図１０に示すように遮光板６０で遮光された暗室に水槽５０を配し、この水槽５０中に５０万個／ｍＬの濃度のクロレラを満たした。遮光板６０の切り欠き部６５に対して、導光フィルム１００を光の漏れがないように光出射部７５側から挿通させるとともに、導光フィルム１００の長さ方向の略中央部付近に曲率半径２０ｍｍにて、導光フィルム１００を折曲げ、光入射部７０にランプ８０からの光を入射可能としつつ、光出射部７５が水槽５０中に含浸されるように導光フィルム１００を配した。
ここで、実施例１における導光フィルムに対して、光出射部をクロレラを満たしていない状態の水槽側に配して、予めＬＥＤランプ（エコランプ９５Ｗ、ＮＩＨＯＮ ＹＵＳＡＣ社製）を用いて入射光及び出射光の光量、及び入射光及び出射光の波長の関係をＵＳＢ２０００装置（オーシャンフォトニクス社製）で測定した結果を図７に示す。
この図１１に示すように、光入射部は、波長が４００ｎｍ〜６００ｎｍを中心とする光を受け、光出射部において、波長ピークが約６５０ｎｍである光を出射している。また、導光フィルムは、光入射部で受けた光量のうち、半分以上の光量の光を光出射部から出射することができている。
ランプ８０として、ＬＥＤランプより光量の大きな１００Ｗハロゲンランプを用い、前記の通り、光入射部７０にランプ８０からの光を入射可能としつつ、光出射部７５が水槽５０中に含浸されるように配された導光フィルム１００の光入射部７０に対して、光を照射して、水槽５０中のクロレラの培養を行った。
ランプ８０による光の照射を２４時間継続し、その後、光学顕微鏡を用いて個数を測定し、該個数を試験前の個数と比較して、増減率を算出し、下記評価基準に基づき評価した。結果を下記表１に示す。
なお、下記表１において、導光フィルム１００を用いず、水槽５０に対して、直接ランプ８０による光の照射を２４時間継続して行ったときの植物の育成促進の評価を参考例１として示す。
【００７７】
＜評価基準＞
◎◎：クロレラの増加率が、２０％以上
◎ ：クロレラの増加率が、１０％以上２０％未満
○ ：クロレラの増加率が、０％以上１０％未満
× ：クロレラの増加率が、０％未満
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１から理解されるように、光入射面と反対側の面に波長変換部を配した実施例１〜５における導光フィルムは、該波長変換部を有しない比較例１、２における導光フィルムに対して、大幅に植物育成の促進を図ることができている。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０、２０、３０、１００ 導光フィルム
２、１２、２２、３２、７０ 光入射部
３、１３、２３、３３、７５ 光出射部
４、１４、２４、３４ 反射層
５、１５、２５、３５ 導光部
６、１６、２６、３６ 波長変換部
１３１、２３１、３３１ 微細凹凸（光出射部）
２２１ 微細凹凸（光入射部）
１７ 水面
５０ 水槽
６０ 遮光板
６５ 切り欠き部
８０ ランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成による植物の育成に好適な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油などの化石燃料使用により放出された二酸化炭素が大気中に増加すると、地球の温暖化など地球環境が悪化し、自然環境破壊のみならず、干ばつ、大雨、洪水などが多発し、自然災害の発生や農作物にも多大な被害が発生し、人類社会にも大きな影響が生じることから、環境に対しての意識が高まりつつある。
【０００３】
このため、大気中に放出される二酸化炭素を減少させる方法として、藻などの植物に太陽光を照射することにより、その光合成を利用して大気中の二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置が検討されている。
【０００４】
ところで、上述した二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置においては、光源からの光を導光フィルムの入射部を通じて導光フィルムの内部へ入射させることが検討されている。この導光フィルムの内部に入射した光は、導光フィルムの出射面（上面）と反射面（下面）との間で反射を繰り返し、その反射光と、出射面の法線とのなす角度が臨界角より小さくなると、その反射光が出射面を透過して出射される。
【０００５】
このような導光フィルムでは、一般的に、入射部と逆側に位置する反入射部が平坦性を有するので、光源から出射された光のうち、入射面に対し直交する方向に出射される平行光又は反入射面への入射角が臨界角より小さい光は、それぞれ反入射面側からそのまま外部へ出射されてしまい、光の損失が生じる。
【０００６】
このため、二酸化炭素を減少させる方法及び植物の光合成を促進させる装置において、ある程度植物の光合成を進行させることができても、光合成に必要な光が十分に届かないという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、例えば、光を閉じ込めて面部を導光させ、目的エリアに出射させるために、装置の端部から光を入射させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、装置の端部に対して垂直に入射しない光は、出射部の手前で漏れてしまい、出射部まで導光せず、光取出し効率が減少するという問題がある。
また、光を閉じ込めて面部を導光させ、目的エリアに出射させる方法が提案されている（特許文献２参照）
【０００８】
また、例えば、光合成担体などの光を有効物に変換する部材において、有効物に変換する効率の高い波長に変換して光を活用する方法が提案されている（特許文献３参照）。
しかし、変換物質にいたる屈折率界面において、界面反射が生じ、目的の場所に光を導く光取出し効率が低くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実登２６０１４４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５３４８号公報
【特許文献３】特開平６−３８６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、植物を効率的に育成可能な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 光源からの入射光を入光させる光入射部と、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することを特徴とする導光フィルムである。
＜２＞ 波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有する前記＜１＞に記載の導光フィルムである。
＜３＞ λ１が３００ｎｍ〜７００ｎｍであり、λ２が４００ｎｍ〜１，０００ｎｍである前記＜２＞に記載の導光フィルムである。
＜４＞ 波長変換部が蛍光体を有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜５＞ 蛍光体が、ペリレン化合物を含む前記＜４＞に記載の導光フィルムである。
＜６＞ 光入射部が光入射面を有し、該光入射面と反対側の面に波長変換部を有する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜７＞ 光入射部と光出射部との間に波長変換された光を導光させる導光部を有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜８＞ 光入射部と導光部における、フィルムの厚み方向をなす面に対して反射層が形成される前記＜７＞に記載の導光フィルムである。
＜９＞ 光入射部の屈折率が、１．０５〜１．８である前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１０＞ 波長変換部の屈折率が、１．５以上である前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１１＞ 波長変換部と光入射部との屈折率差が、０．０１〜２．０である前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１２＞ 光出射部が、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有する前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の導光フィルムである。
＜１３＞ 前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の導光フィルムを用いて植物を育成する植物育成方法であって、前記導光フィルムにおける光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することを特徴とする植物育成方法である。
＜１４＞ 植物が、微細藻類を含む藻類である前記＜１３＞に記載の植物育成方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、植物を効率的に育成可能な導光フィルム及び該導光フィルムを用いた植物育成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る導光フィルムの平面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における導光フィルムの断面図である。
【図３】図３は、第２の実施形態の導光フィルムの断面図である。
【図４】図４は、光出射部の表面に形成された微細凹凸の拡大図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る導光フィルムの断面図である。
【図６】図６は、光入射部と波長変換部との界面に形成された微細凹凸の拡大図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係る導光フィルムの平面図である。
【図８】図８は、第４の実施形態における導光フィルムの断面図である。
【図９】図９は、本発明の植物育成方法の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施例及び比較例における植物育成を評価するための装置を示す図である。
【図１１】図１１は、光入射部における波長と、波長変換された光出射部から出射される光の波長との関係、及び光入射部から入射される光の光量と、光出射部から出射される光の光量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（導光フィルム）
本発明の導光フィルムは、少なくとも光入射部と、波長変換部と、光出射部とを有し、必要に応じて、導光部を有する。
【００１５】
前記導光フィルムの形状としては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができ、例えば、長方形状、正方形状、円状等が挙げられるが、低コストで加工が容易であることから長方形状が好ましい。
また、前記導光フィルムとしては、特に制限はなく、前記光入射部と、前記導光部と、前記光出射部とが、それぞれ別部材により形成されていてもよいが、低コストで製造可能な観点から、一連の部材から形成されることが好ましい。本明細書では、前記一連の部材をフィルム本体と称することがある。該フィルム本体としては、折り曲げ可能であることが好ましい。
【００１６】
前記導光フィルムにおけるフィルム本体の形成材料としては、透明であり、ある程度の強度を有するものであれば、特に制限はなく、例えば、樹脂、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、柔軟性があり、軽量であることから、樹脂が好ましい。
【００１７】
前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、例えば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、（メタ）アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂（ＡＲＴＯＮ）、脂環式アクリル樹脂（オプトレッツ）、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴムなどの透明材料が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、透明性、屈折率等の光学特性、加工性などの面から、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル含有樹脂、ＰＥＴ、スチレン−（メタ）アクリル共重合体（ＭＳポリマー）などが好ましい。
【００１８】
前記導光フィルムのヘイズとしては、１０％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましく、０．５％以下であることが特に好ましい。前記ヘイズが１０％を超えると、入射光を制御して採光する集光効率や導光効率が著しく低下することがある。
ここで、前記「ヘイズ」とは、曇り度合いの値を指し、例えば、ＪＩＳ ７１０５に準拠したヘイズメータ（型番：ＨＺ−１、スガ試験機（株）製）等の測定装置により評価される値である。
【００１９】
＜光入射部＞
前記光入射部は、光源からの入射光を入光させることとしてなる。
前記光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、太陽（自然光）、並びにＬＥＤ及びハロゲンランプ等の人工光源が挙げられる。
【００２０】
前記光入射部としては、特に制限はないが、フィルムの面上にフィルムの長さ方向で画成される光入射面を有することが好ましい。
前記光入射面から前記入射光を受光することで、大面積での受光が可能となる。
【００２１】
光入射部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１ｍｍ〜５，０００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１，０００ｍｍがより好ましく、２０ｍｍ〜５００ｍｍが特に好ましい。
前記長さが、１ｍｍ未満であると、入射する光が少なくなりすぎることがあり、５，０００ｍｍを超えると、フィルムによる光吸収の損失が大きくなりすぎることがある。
【００２２】
前記光入射部における光の屈折率としては、特に制限はないが、１．０５〜１．８が好ましく、１．１〜１．７５がより好ましく、１．２〜１．７が特に好ましく、１．３〜１．６５が最も好ましい。
前記屈折率が、１．０５未満であると、臨界角が大きすぎ、フィルム内部を伝播する光の多くが漏れてしまうことがあり、１．８を超えると、界面反射が大きく、光のフィルム内部への入射光量が低下しすぎることがある。
【００２３】
前記導光フィルムの端部を含む部材を前記光入射部とする場合には、該端部における面（前記導光フィルムの厚み方向をなす面）に対して、前記光入射部から入射された光を閉じ込める観点から、反射層を形成することが好ましい。
また、光入射部における側面（及び前記導光部を含む場合には前記導光部を含む側面）には、反射層を有するようにしてもよい。
前記反射層形成材料としては、高い反射率を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銀、アルミニウム、金、銅、マグネシウムなどの金属、高屈折率のＴｉＯ２、ＺｎＳ、シリコンなどの誘電体や半導体が挙げられる。
【００２４】
＜波長変換部＞
前記波長変換部は、前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させることとしてなる。
【００２５】
前記波長変換部の形成位置としては、前記光入射部から入射される光の光路上に配される限り特に制限はないが、前記光入射部における光入射面と反対側の面に形成されることが好ましい。
【００２６】
前記波長変換部における変換波長として、特に制限はないが、前記波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、前記波長変換された光のピーク波長をλ２としたとき、λ１＜λ２の関係を有することが好ましい。
前記太陽等を光源とする入射光は、植物における光合成に必要な光の波長よりも短波長側にピーク波長を有し、この入射光に対して吸収効率が高く、波長変換される光がより長波長側にピーク波長を有すると、植物における光合成に必要な光の波長にピーク波長を有し、効率的な植物の育成をすることができる。
更に、前記λ１（ｎｍ）としては、３００ｎｍ〜７００ｎｍが好ましく、前記λ２（ｎｍ）としては、４００ｎｍ〜１，０００ｎｍが好ましい。
即ち、一般に植物に含まれ、光エネルギーを吸収する役割を持つクロロフィルαは、４２０ｎｍ及び６６０ｎｍの近傍に光吸収のピーク波長を有し、光合成については６６０ｎｍ近傍にピーク波長を有する光が利用される。太陽等の光源からの光を直接吸収する場合、６６０ｎｍ近傍の波長以外で短波の波長領域における光は、光合成の効率が低い。本発明は、このような入射光を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換して、植物の育成に用いることを技術の重要な核としている。
【００２７】
前記波長変換部における波長変更手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光を発光する蛍光体が好ましい。
【００２８】
前記蛍光体としては、必要とする波長を増強させることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＣＭ、ＤＭＥＴＣＩ、ＤＯＣＩ、ＤＯＤＣＩ、ＤＱＯＣＩ、ＤＱＴＣＩ、ＨＩＤＣＩ等の蛍光化合物、インドレニン、クマリン、クレジルバイオレット、シアニン、フルオレセイン、マラカイトグリーン、ナイルブルー、オキサジン、ペリレン化合物、フェノキサゾン、フェニルアラニン、フタロシアニン、ピナシアニン、ポルフィン、プロフラビン、ピリジン、ピロメテン、ローダミン、リボフラビン、スチルベン、スチリル化合物、スルホローダミン、ウラニンなどが挙げられる。中でも、ペリレン化合物が好ましく、該ペリレン化合物としては、蛍光発光するものであれば特に制限はなく、ペリレン、ペリレンレッド、ペリレンオレンジ等が挙げられる。
【００２９】
前記蛍光体としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【００３０】
なお、前記波長変換手段として、前記蛍光体を用いる場合、前記光入射部中に前記蛍光体を含有させることで、前記波長変換手段と、前記光入射部とを一体として構成することもできる。
【００３１】
前記波長変換部としては、特に制限はないが、更に高屈折率材料を含むことが好ましい。
前記波長変換部は、前記光入射部から入射される入射光の光路上に配され、前記入射光光を閉じ込め、光の利用効率を向上させるためには光の反射の臨界角を小さくする必要がある、即ち、前記波長変換部における屈折率としては、光入射部における屈折率よりも大きいことが好ましい。
このような観点から、前記波長変換部における光の屈折率としては、１．５以上が好ましく、１．５５以上がより好ましく、１．６以上が特に好ましい。
また、前記高屈折率材料としては、前記光入射部（フィルム本体）における屈折率よりも高く、ある程度の強度を有するものが好ましく、例えば、ＴｉＯ２やＺｎＳ等の高屈折率微粒子が含有された樹脂、高屈折率樹脂等が挙げられる。
【００３２】
また、前記波長変換部における屈折率Ａと、前記光入射部（前記フィルム本体）における屈折率Ｂとの屈折率差（Ａ−Ｂ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、０．０１〜２であることが好ましく、０．０５〜１．５であることがより好ましく、０．１〜１であることが特に好ましい。前記差が、０．０１未満であると、光を閉じ込める効果が殆ど得られないことがあり、２を超えると、高屈折率層１１１への光入射が低くなりすぎることがある
【００３３】
前記波長変換部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記高屈折率材料及び前記蛍光体を溶剤に溶解させた塗工液を、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等で前記光入射面と反対側の面に塗布した後、乾燥させることが挙げられる。
【００３４】
前記蛍光体の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記高屈折率材料１００ｍｇに対して０．００１ｍｇ〜２０ｍｇであることが好ましく、０．０１ｍｇ〜１０ｍｇであることがより好ましく、０．１ｍｇ〜５ｍｇであることが特に好ましい。
前記含有量が０．００１ｍｇ未満であると、光入射部から入射した光を効果的に蛍光変換することができないことがあり、２０ｍｇを超えると、形状を保つことが困難となることがある。
【００３５】
前記光入射部と前記波長変換部との界面には、微細凹凸を形成してもよい。このような微細凹凸を有すると、前記界面における界面反射が起こることによる光の利用効率の減少を抑制することができる。
【００３６】
前記微細凹凸の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、切削法、ナノインプリント法、レーザ微細加工、エッチング法が挙げられる。
【００３７】
前記微細凹凸のピッチ間隔Ｐ１の主要発光波長に対する下限としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その下限は、光量向上の観点から、光源の主要発光波長をλとして０．０１λ以上が好ましく、０．０５λ以上がより好ましく、０．１λ以上が更により好ましく、０．２λ以上が特に好ましい。
また、上限としては、光量向上の観点から、１０λ以下が好ましく、５λ以下がより好ましく、２λ以下がより更に好ましく、１λ以下が特に好ましい。
【００３８】
前記微細凹凸の隣接する凸部間の最短距離Ｐ１（ピッチ間隔）の下限としては、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．１５μｍ以上であることがより好ましく、０．２μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限が０．１μｍ未満であると、加工が困難で均一性が得られないことがある。
また、上限としては、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記上限が、１００μｍを超えると、光を閉じ込める効果が下がってしまうことがある。
【００３９】
前記微細凹凸の凸部の高さＨ１の下限としては、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがより好ましく、０．１５μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限は、０．０５μｍ未満であると、界面反射低減効果が得られないことがある。
前記微細凹凸構造の凸部の高さＨ１の上限としては、１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記下限は、１００μｍを超えると、光を閉じ込める効果が低減してしまうことがある。
【００４０】
＜光出射部＞
前記光出射部は、前記波長変換された光を出射させることとしてなる。
【００４１】
前記光出射部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１ｍｍ〜５，０００ｍｍが好ましく、５ｍｍ〜１，０００ｍｍがより好ましく、２０ｍｍ〜５００ｍｍが特に好ましい。
前記長さが、１ｍｍ未満であると、出射する光が少なくなりすぎることがあり、５，０００ｍｍを超えると、フィルムによる光吸収の損失が大きくなりすぎることがある。
【００４２】
前記光出射部としては、特に制限はないが、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有することが好ましい。
このような微細凹凸を有すると、光の出射効率が向上するとともに、光の出射方向が制御され、光の指向性が向上する。このため、より遠くに光を届けることができる。
【００４３】
前記微細凹凸の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、サンドブラスト法、切削法、ナノインプリント法、レーザ微細加工、エッチング法が挙げられる。
【００４４】
前記サンドブラスト法による場合、微細凹凸としての表面粗さＲａとしては、特に制限はないが、０．００１μｍ〜１，０００μｍとすることが好ましく、０．０１μｍ〜１００μｍとすることがより好ましく、０．１μｍ〜１０μｍとすることが特に好ましい。
前記表面粗さＲａが０．００１μｍ未満であると、光を様々な方向に出射させることができないことがあったり、重なると密着してはがれ難く、取り扱いが難しいことがあり、１，０００μｍを超えると、導光効果が低くなりすぎることがある。
【００４５】
前記ナノインプリント法による場合、前記微細凹凸の形状としては、断面形状が前記光入射部が存する側の表面に起伏する凹凸形状を有するものであれば、特に制限はなく、円錐形状、角錐形状、のこぎり状、蛇腹状、方形状などの凹凸形状とすることができる。前記微細凹凸の形状を適宜変化させることで、例えば、特定の方向の輝度を向上させ、光の出射方向を制御することができる。
【００４６】
前記微細凹凸の隣接する凸部間の最短距離Ｐ２（ピッチ間隔）としては、前記波長変換された光の波長によって適宜変更することができるが、光の発光波長をλ、前記光出射部（前記フィルム本体）の屈折率をｎとしたとき、０．５×（λ／２ｎ）〜１．５×（λ／２ｎ）の範囲内とすることが好ましく、０．６×（λ／２ｎ）〜１．４×（λ／２ｎ）の範囲内とすることがより好ましく、０．７×（λ／２ｎ）〜１．３×（λ／２ｎ）の範囲内とすることが特に好ましい。前記ピッチ間隔Ｐが０．５×（λ／２ｎ）未満であると
細かすぎて光の相互作用が低く効果が小さくなることがあり、１．５×（λ／２ｎ）を超えると、光の変化する角度が小さく効果が小さくなることがある。
【００４７】
前記微細凹凸の凸部の高さＨ２の下限としては、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがより好ましく、０．１５μｍ以上であることが特に好ましい。前記下限が０．０５μｍ未満であると、相互作用が小さくなりすぎ、効果が低くなることがある。
また、上限としては、１０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。前記上限が１０μｍを超えると、強度が低く形状が保たれないことがある。
【００４８】
前記光入射部及び前記光出射部における微細凹凸の形成方法としての前記ナノインプリント法としては、予め所望の凹凸形状を備えるスタンパ（金型）で転写することで微細凹凸構造を形成させることができる。具体的には、スタンパ原版（シリコン基板）上にフォトレジスト材料からなるフォトレジスト層をスピンコート法などで塗布し、光学系レンズでレーザ光をフォトレジスト層に集光して照射することで複数の微細孔を形成させ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチング処理を行い、原版上に形成された複数の微細孔の深さを調整した後、フォトレジスト層を除去することで所望の凹凸形状を有するスタンパを作製する。
光を入光させる光入射部の面の反対側の面にナノインプリント材料からなるナノインプリント層を形成させ、このナノインプリント層を前記スタンパで押圧し、必要に応じて加熱又は光照射することで前記微細凹凸構造を形成させる。
【００４９】
前記フォトレジスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、通常の光反応を利用するフォトレジスト材料、熱反応を利用するフォトレジスト材料など挙げられるが、高精細で、凹凸周囲に細かな構造ができ、より光相互作用に高い効果を発現できる点で熱反応を利用できるフォトレジスト材料が好ましい。
前記熱反応を利用できるフォトレジスト材料としては、例えば、メチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、経皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。
【００５０】
前記ナノインプリント材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂の少なくともいずれかを含有するインプリントレジスト組成物などが挙げられる。
前記インプリントレジスト組成物としては、例えば、ノボラック系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、有機ガラス樹脂、無機ガラス樹脂などが挙げられる。
【００５１】
前記フォトレジスト層の厚みとしては、前記スタンパの表面上に形成される凸部の高さに対して５％以上、２００％未満であることが好ましい。
前記厚みが、５％未満であると、レジスト量が不足し、所望の微細凹凸構造を形成することができないことがある。
【００５２】
前記フォトレジスト層の厚みとしては、例えば、該フォトレジスト層を形成した前記光入射部から該フォトレジスト層を一部剥離し、剥離後の段差（高さ）をＡＦＭ装置（ＯＬＳ、オリンパス株式会社製）にて測定することができる。
【００５３】
前記インプリントレジスト組成物の粘度としては、２５℃で、１ｍＰａ・ｓ〜２００ｍＰａ・ｓが好ましく、１ｍＰａ・ｓ〜１００ｍＰａ・ｓがより好ましい。
前記インプリントレジスト組成物の粘度としては、例えば、超音波式粘度計などを用いて測定することができる。
【００５４】
前記波長変換部としては、前記微細凹凸構造を形成させた後、微細凹凸構造上に高屈折率材料及び蛍光体を溶媒に溶解させ、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等で塗布することで波長変換部を形成することができる。
【００５５】
＜導光部＞
前記導光部は、前記光入射部と前記光出射部との間に配され、前記波長変換部で波長変換された光を前記光出射部に導波させるとともに、前記導光フィルムの長さを適宜変更するものとしてなる。
【００５６】
前記導光部の長さとしては、特に制限はなく、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、１０ｍｍ〜１０，０００ｍｍであることが好ましく、１００ｍｍ〜５，０００ｍｍであることがより好ましく、５００ｍｍ〜２，０００ｍｍであることが特に好ましい。前記長さが１０ｍｍ未満であると、導光する長さに比して、導光できる光量が少なく効率が低くなることがあり、１０，０００ｍｍを超えると、導光中の光のロスにより光量が低下することがある。
【００５７】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る導光フィルムの平面図であり、図２は、第１の実施形態における導光フィルムの断面図である。
第１の実施形態に係る導光フィルム１は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部２と、光入射部２と反対側の面に配され、光入射部２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部６と、波長変換部６で波長変換された光を外部に出射する光出射部３と、光入射部２と光出射部３との間に、波長変換部６で波長変換された光を光出射部３に導波させる導光部５と、導光フィルム１の光入射部２側の端部に、導光フィルム１内の光を閉じ込め、効率的に光出射部３からの光出射を可能とする反射層４とを有する。反射層４は、更に光入射部２及び導光部５におけるフィルム側面に配されていてもよい。また、ここでは、波長変換部６における波長変換手段として、蛍光体を用いている。
【００５８】
光入射部２の光入射面から入光された入射光は、その光路上に位置する波長変換部６に導波される。波長変換部６に導波された入射光により、前記蛍光体が励起され、前記入射光が植物の成長に利用可能な波長（６６０ｎｍ近傍）の光に波長変換されて蛍光発光される。蛍光発光された光は、光入射部２、導波部３を介して光出射部３に導波される。この際、光入射部２及び導波部３を形成する材料が高屈折材料であると、外部（大気）との屈折率差による全反射により光を閉じ込め、光漏れを抑制することができる。光出射部３に導波された光は、光出射部３の外部に出射される。光出射部３の外部が水相であると、光出射部３の形成材料と外部との屈折率差に基づき、外部に光を出射させることができ、藻類の育成を行う場合、該光出射部３を藻類を有する水相に入水させて用いる。
このようにしてなる第１の実施形態に係る導光フィルム１によれば、光源からの入射光の波長を植物の成長に利用可能な光の波長に変換して植物の成長に必要な光のみを出射することで、成長阻害を生ずることなく植物の育成を促進することができ、更に、入射光に対して、高効率に植物の成長に必要な光を出射することができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態の導光フィルムの断面図であり、図４は、光出射部の表面に形成された微細凹凸の拡大図である。
第２の実施形態に係る導光フィルム１０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部１２と、光入射部１２と反対側の面に配され、光入射部１２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部１６と、波長変換部１６で波長変換された光を外部に出射する光出射部１３と、光入射部１２と光出射部１３との間に、波長変換部１６で波長変換された光を光出射部１３に導波させる導光部１５と、導光フィルム１０の光入射部１２側の端部に、導光フィルム１０内の光を閉じ込め、効率的に光出射部１３からの光出射を可能とする反射層１４とを有し、更に、光出射部１３からの光出射を高効率で行い、また、より遠くへ光を届けるために、光の出射方向を制御し、光の指向性を向上させるため、光出射部１３の少なくとも表面の一部に微細凹凸１３１が形成されている。
【００６０】
ここで、微細凹凸１３１は、前記サンドブラスト法による表面処理により表面粗さＲａを前述の所望の値とした形状として形成することができ、また、前記ナノインプリント法によりピッチ間隔（Ｐ２）、凹凸の高さ（Ｈ２）を前記所望の形状として形成することができる。
このようにしてなる第２の実施形態に係る導光フィルム１０によれば、光出射部１３からの光出射を高効率で行うことができ、また、より遠くへ光を届けるために、光の出射方向を制御し、光の指向性を向上させることができ、植物の育成用途に対して、より好適に用いることができる。
これ以外は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る導光フィルムの断面図であり、図６は、光入射部と波長変換部との界面に形成された微細凹凸の拡大図である。
第３の実施形態に係る導光フィルム２０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部２２と、光入射部２２と反対側の面に配され、光入射部２２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部２６と、波長変換部２６で波長変換された光を外部に出射する光出射部２３と、光入射部２２と光出射部２３との間に、波長変換部２６で波長変換された光を光出射部２３に導波させる導光部２５と、導光フィルム２０の光入射部２２側の端部に、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、効率的に光出射部２３からの光出射を可能とする反射層２４とを有し、光出射部２３の少なくとも表面の一部に微細凹凸２３１が形成され、更に、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、高効率で出射部２３からの光の出射を可能とするために、光入射部２２と波長変換部２６との間の界面に微細凹凸２２１が形成されている。また、必要に応じて、波長変換部２６に高屈折率材料が含有されている。
ここで、微細凹凸２２１は、前記ナノインプリント法によりピッチ間隔（Ｐ１）、凹凸の高さ（Ｈ１）を前記所望の形状として形成することができる。
このようにしてなる第３の実施形態に係る導光フィルム２０によれば、導光フィルム２０に入射された光の光路を調整して、導光フィルム２０内の光を閉じ込め、高効率で出射部２３からの光の出射を可能であり、植物の育成用途に対して、より好適に用いることができる。
これ以外は、第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
図７は、第４の実施形態に係る導光フィルムの平面図であり、図８は、第４の実施形態における導光フィルムの断面図である。
第４の実施形態に係る導光フィルム３０は、同一のフィルムに、光源から入射される光を面全体で入光させる光入射部３２と、光入射部３２と反対側の面に配され、光入射部３２から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換する波長変換部３６と、波長変換部３６で波長変換された光を外部に出射する光出射部３３と、光入射部３２と光出射部３３との間に、波長変換部３６で波長変換された光を光出射部３３に導波させる導光部３５とを有し、光出射部３３と導光部３５とが、フィルムの長さ方向における光入射部３２の両側に配されている。また、この光入射部３２と導光部３５におけるフィルム側面に反射層３４が配されている。
このような第４の実施形態に係る導光フィルム３０によれば、植物の育成場の形態に応じて、光出射部３３を植物の育成場に適宜配することが可能となる。
これ以外は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、第４の実施形態における光入射部３２、波長変換部３６、及び光出射部３３の各部における構成を第２の実施形態及び第３の実施形態におけるこれらの部材の構成に適宜変更して用いることができる。
【００６３】
（植物育成方法）
本発明の植物育成方法は、本発明の前記導光フィルムを用いて植物を育成する方法であって、前記導光フィルムにおける前記光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける前記光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することとしてなる。
【００６４】
前記植物の育成場としては、特に制限はなく、野菜などを栽培するビニールハウス、微細藻類を含む藻類を育成する水域などが挙げられるが、中でも、前記微細藻類を含む藻類を育成する水域に好適に用いられる。
即ち、前記微細藻類を含む藻類を育成する水域においては、水面が前記藻類で満たされると、前記水面付近の前記藻類に過剰に光源からの光が入射され、その成長が阻害される一方、水面下における前記藻類には、光源からの光が届かず、その成長が阻害される問題がある。
本発明は、このような問題に対して、前記藻類で満たされた水面に前記導光フィルムにおける前記光出射部を入水させ、この状態で、前記導光フィルムにおける前記光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させて導波させ、前記光出射部から出射させることで、前記水面下における前記藻類の成長を著しく促進させることができる。
【００６５】
前記微細藻類を含む藻類を育成する水域における前記植物育成方法を図を用いて説明する。
図９は、本発明の植物育成方法の一例を示す模式図である。ここでは、本発明の前記導光フィルムの第２の実施形態に係る導光フィルム１０を用いた説明を行うが、本発明の植物育成方法に用いられる導光フィルムは、この例に限られない。
端部が固定された光入射部１２、波長変換部１６、及び導光部１５を水面１７上に配し、光源からの入射光を光入射部１２、波長変換部１６、導光部１５を介して、植物の成長に利用可能な波長の光に変換して、光出射部１３から出射させる。このとき、光出射部１３は、植物の育成場である、微細藻類を含む藻類で満たされた水面下に入水させるように配される。また、光出射部１３から出射される光が水面下の藻類全体に行き届くように、所定の間隔をもって、複数の導光フィルム１０が配される。
このような植物育成方法によれば、水面付近の前記藻類に過剰に光源からの光が入射されて成長が阻害される問題を解消することができ、また水面下における前記藻類に光源からの光が届かず成長が阻害される問題を解消することができ、水面下における前記藻類の成長を著しく促進させることができる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
−光入射部及び光出射部−
長さ１００ｍｍ、幅４０ｍｍ及び厚みが０．２ｍｍであり、屈折率が１．５のアクリルフィルム（ソフトアクリル 新光エージー社製）を用い、該フィルムの一の端部から長さ方向に３０ｍｍの領域を光入射部とし、他方の端部から５０ｍｍの領域を光出射部とした。
光出射部を除く領域において、厚み方向の各端面にアルミテープを貼着し、反射層を形成した。
【００６８】
−波長変換部の形成−
光入射部の光入射面と反対側の面に、蛍光体として、ペリレンレッド（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３０５、ＢＡＳＦ社製）２質量％と、高屈折率材料として屈折率が１．６のＢＰＥＦＡ（大阪ガス化学社製）２０質量％を溶剤であるメチルエチルケトンに溶解させ、これを刷毛を用いて、約５０μｍの厚さに塗布、乾燥させて波長変換部を形成した。
【００６９】
−光出射部の微細凹凸の形成−
光出射部における各面に対して、サンドブラストし、微細凹凸を形成した。
以上により、実施例１における導光フィルムを製造した。
【００７０】
（実施例２）
実施例１において、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２における導光フィルムを製造した。
【００７１】
（実施例３）
実施例１において、光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３における導光フィルムを製造した。
【００７２】
（実施例４）
実施例１において、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと、及び光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実施例４における導光フィルムを製造した。
【００７３】
（実施例５）
実施例１において、蛍光体としてペリレンレッド（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｒｅｄ ３０５、ＢＡＳＦ社製）に代えて、ペリレンオレンジ（Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｆ Ｏｒａｎｇｅ２４０：ＢＡＳＦ社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例５における導光フィルムを製造した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１において、光入射面と反対側の面に波長変換部を形成しないこと、厚み方向の各端面に反射層を形成しないこと、及び光出射部に微細凹凸を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１における導光フィルムを製造した。
【００７５】
（比較例２）
実施例１において、光入射面と反対側の面に波長変換部を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１における導光フィルムを製造した。
【００７６】
（植物の育成促進の評価方法）
実施例１〜５及び比較例１、２における導光フィルムを用いて、以下のように植物の育成促進の評価を行った。
即ち、図１０に示すように遮光板６０で遮光された暗室に水槽５０を配し、この水槽５０中に５０万個／ｍＬの濃度のクロレラを満たした。遮光板６０の切り欠き部６５に対して、導光フィルム１００を光の漏れがないように光出射部７５側から挿通させるとともに、導光フィルム１００の長さ方向の略中央部付近に曲率半径２０ｍｍにて、導光フィルム１００を折曲げ、光入射部７０にランプ８０からの光を入射可能としつつ、光出射部７５が水槽５０中に含浸されるように導光フィルム１００を配した。
ここで、実施例１における導光フィルムに対して、光出射部をクロレラを満たしていない状態の水槽側に配して、予めＬＥＤランプ（エコランプ９５Ｗ、ＮＩＨＯＮ ＹＵＳＡＣ社製）を用いて入射光及び出射光の光量、及び入射光及び出射光の波長の関係をＵＳＢ２０００装置（オーシャンフォトニクス社製）で測定した結果を図７に示す。
この図１１に示すように、光入射部は、波長が４００ｎｍ〜６００ｎｍを中心とする光を受け、光出射部において、波長ピークが約６５０ｎｍである光を出射している。また、導光フィルムは、光入射部で受けた光量のうち、半分以上の光量の光を光出射部から出射することができている。
ランプ８０として、ＬＥＤランプより光量の大きな１００Ｗハロゲンランプを用い、前記の通り、光入射部７０にランプ８０からの光を入射可能としつつ、光出射部７５が水槽５０中に含浸されるように配された導光フィルム１００の光入射部７０に対して、光を照射して、水槽５０中のクロレラの培養を行った。
ランプ８０による光の照射を２４時間継続し、その後、光学顕微鏡を用いて個数を測定し、該個数を試験前の個数と比較して、増減率を算出し、下記評価基準に基づき評価した。結果を下記表１に示す。
なお、下記表１において、導光フィルム１００を用いず、水槽５０に対して、直接ランプ８０による光の照射を２４時間継続して行ったときの植物の育成促進の評価を参考例１として示す。
【００７７】
＜評価基準＞
◎◎：クロレラの増加率が、２０％以上
◎ ：クロレラの増加率が、１０％以上２０％未満
○ ：クロレラの増加率が、０％以上１０％未満
× ：クロレラの増加率が、０％未満
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１から理解されるように、光入射面と反対側の面に波長変換部を配した実施例１〜５における導光フィルムは、該波長変換部を有しない比較例１、２における導光フィルムに対して、大幅に植物育成の促進を図ることができている。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０、２０、３０、１００ 導光フィルム
２、１２、２２、３２、７０ 光入射部
３、１３、２３、３３、７５ 光出射部
４、１４、２４、３４ 反射層
５、１５、２５、３５ 導光部
６、１６、２６、３６ 波長変換部
１３１、２３１、３３１ 微細凹凸（光出射部）
２２１ 微細凹凸（光入射部）
１７ 水面
５０ 水槽
６０ 遮光板
６５ 切り欠き部
８０ ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの入射光を入光させる光入射部と、
前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、
前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することを特徴とする導光フィルム。
【請求項２】
波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有する請求項１に記載の導光フィルム。
【請求項３】
λ１が３００ｎｍ〜７００ｎｍであり、λ２が４００ｎｍ〜１，０００ｎｍである請求項２に記載の導光フィルム。
【請求項４】
波長変換部が蛍光体を有する請求項１から３のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項５】
蛍光体が、ペリレン化合物を含む請求項４に記載の導光フィルム。
【請求項６】
光入射部が光入射面を有し、該光入射面と反対側の面に波長変換部を有する請求項１から５のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項７】
光入射部と光出射部との間に波長変換された光を導光させる導光部を有する請求項１から６のいずれかに記載の導光フィルム
【請求項８】
光入射部と導光部における、フィルムの厚み方向をなす面に対して反射層が形成される請求項７に記載の導光フィルム。
【請求項９】
光入射部の屈折率が、１．０５〜１．８である請求項１から８のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１０】
波長変換部の屈折率が、１．５以上である請求項１から９のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１１】
波長変換部と光入射部との屈折率差が、０．０１〜２．０である請求項１から１０のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１２】
光出射部が、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有する請求項１から１１のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の導光フィルムを用いて植物を育成する植物育成方法であって、前記導光フィルムにおける光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することを特徴とする植物育成方法。
【請求項１４】
植物が、微細藻類を含む藻類である請求項１３に記載の植物育成方法。
【請求項１】
光源からの入射光を入光させる光入射部と、
前記入射光を吸収して植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させる波長変換部と、
前記波長変換された光を出射させる光出射部と、を有することを特徴とする導光フィルム。
【請求項２】
波長変換部が吸収する光のピーク波長をλ１（ｎｍ）とし、波長変換された光のピーク波長をλ２（ｎｍ）としたとき、λ１＜λ２の関係を有する請求項１に記載の導光フィルム。
【請求項３】
λ１が３００ｎｍ〜７００ｎｍであり、λ２が４００ｎｍ〜１，０００ｎｍである請求項２に記載の導光フィルム。
【請求項４】
波長変換部が蛍光体を有する請求項１から３のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項５】
蛍光体が、ペリレン化合物を含む請求項４に記載の導光フィルム。
【請求項６】
光入射部が光入射面を有し、該光入射面と反対側の面に波長変換部を有する請求項１から５のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項７】
光入射部と光出射部との間に波長変換された光を導光させる導光部を有する請求項１から６のいずれかに記載の導光フィルム
【請求項８】
光入射部と導光部における、フィルムの厚み方向をなす面に対して反射層が形成される請求項７に記載の導光フィルム。
【請求項９】
光入射部の屈折率が、１．０５〜１．８である請求項１から８のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１０】
波長変換部の屈折率が、１．５以上である請求項１から９のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１１】
波長変換部と光入射部との屈折率差が、０．０１〜２．０である請求項１から１０のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１２】
光出射部が、少なくとも表面の一部に微細凹凸を有する請求項１から１１のいずれかに記載の導光フィルム。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の導光フィルムを用いて植物を育成する植物育成方法であって、前記導光フィルムにおける光入射部から入射された光の波長を植物の成長に利用可能な波長を有する光に波長変換させ、前記導光フィルムにおける光出射部から植物の育成場に出射させるように、前記光出射部を配することを特徴とする植物育成方法。
【請求項１４】
植物が、微細藻類を含む藻類である請求項１３に記載の植物育成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１６９９９０（Ｐ２０１１−１６９９９０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１７４６（Ｐ２０１０−３１７４６）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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