植物栽培用の照明装置および植物栽培システム
【課題】半導体発光素子を水等の冷媒により効率よく冷却する際の結露、吸湿による不具合を解決するものであり、長寿命かつ高効率維持の半導体発光素子を光源として用いる植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムを提供する。
【解決手段】照明装置１０は、コ字型の外装カバー１１、コ字の空いた部分に蓋をするように設けられた透明カバー１２、左側面に設けられる第１側面カバー１３、右側面に設けられる第２側面カバー１４から構成される筐体を備える。さらに、照明装置１０は、筐体内に半導体発光素子を搭載した発光素子パッケージ２１、発光素子パッケージ２１を搭載する回路基板２２、回路基板２２が固定されるとともに冷媒導管２５が密着して設けられた放熱基板２４、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するフィルム状の絶縁性放熱材２３、光を反射させる反射器２６を備える。筐体の内部は密閉されている。
【解決手段】照明装置１０は、コ字型の外装カバー１１、コ字の空いた部分に蓋をするように設けられた透明カバー１２、左側面に設けられる第１側面カバー１３、右側面に設けられる第２側面カバー１４から構成される筐体を備える。さらに、照明装置１０は、筐体内に半導体発光素子を搭載した発光素子パッケージ２１、発光素子パッケージ２１を搭載する回路基板２２、回路基板２２が固定されるとともに冷媒導管２５が密着して設けられた放熱基板２４、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するフィルム状の絶縁性放熱材２３、光を反射させる反射器２６を備える。筐体の内部は密閉されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然条件の変動に左右されない農業環境づくりとして、栽培環境の光、温度、湿度、炭酸ガス濃度など、植物成長に影響を及ぼすあらゆる条件を制御して農作物などを生産する植物工場、野菜工場などが実用化されつつある。
これらの植物工場には、完全人工光型と太陽光併用型のものがあるが、両者とも人工光を照射する照明装置を設置することが必須となっている。そして、照明装置からは、赤色と青色との光を植物に照射することが必要とされている。これらの照明装置の光源には、半導体発光素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられるようになってきている。
このような植物工場等の植物栽培を行う栽培室の環境は、予め定められた温度および湿度に維持管理されている。したがって、そこに設置される照明装置からの発熱は、栽培室の温度管理に影響するため好ましくない。さらに、栽培室は、一般に高温高湿であるので、そこに照明装置を設置すると劣化が激しく、寿命が短くなるなど、照明装置を設置する環境としては好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、熱冷媒を用いた強制冷却装置を備えたパネル状の光半導体ユニットからなる光源を、植物栽培面に近接させて設置した植物栽培装置が記載されている。
特許文献２には、湿度が高い環境においても植物栽培用の照明パネルの耐久性を高くするため、ベースと、そのベースに密着した金属薄板製の基板と、その基板上に配列された多数の発光ダイオードと、ベースとの間に空間をあけて配置されるカバーと、ベースとカバーとの間に介在され、空間を外部に対して気密に維持するためのシール材とを備えており、空間に乾燥空気が充填されると共に、枠材内に乾燥剤が収容されている植物栽培用の照明パネルが記載されている。
特許文献３には、植物栽培用の半導体発光照明装置の半導体発光素子の放熱を促し、大電流印加による高輝度化を行うため、上側に冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁と、金属壁の下部に取り付けられる光源ユニットとを有する半導体発光照明装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９８６６５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０７９３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１１０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、半導体発光素子を光源として用いる植物栽培においては、植物育成に必要な光量子密度を得る為に、定格電流を上回る電流を印加していた。これに伴い、半導体発光素子の発熱量は増加し、半導体発光素子のジャンクション温度は増大していた。半導体発光素子の温度増は、半導体発光素子自体の発光効率の減小と、半導体発光素子周辺部材であるエポキシ樹脂などの樹脂材料の黄変を引き起こす問題を抱えていた。これを解決するには半導体発光素子を水冷することが効果的であるが、半導体発光素子や半導体発光素子周辺部材に、結露や吸湿を引き起こし、半導体発光素子自体の劣化や不点灯、半導体発光素子周辺の銀メッキ、半田、銅箔の酸化による発光強度の減小や不点灯が急速に進むことが問題であった。特に、ピーク波長６６０ｎｍの赤色発光素子については、従来Ａｌ組成の高いＧａ1-xＡｌｘＡｓ系の化合物半導体発光素子であったため、高湿環境ではＡｌ原子に酸素が容易に結合し半導体発光素子自体が急速に変質、発光強度が急速に減小し、ついには不点灯に至っていた。
本発明の目的は、半導体発光素子を水等の冷媒により効率よく冷却する際の結露、吸湿による不具合を解決するものであり、長寿命かつ高効率維持の半導体発光素子を光源として用いる植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明が適用される照明装置は、複数の発光素子と、発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、発光素子を覆うように設けられた筐体と、筐体の内部に配置され、発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、筐体は、筐体の内部に冷媒導管を含むとともに、筐体の内部が外気の流入を抑制するように構成されている植物栽培用の照明装置である。
このような植物栽培用の照明装置において、筐体は、筐体の内部が乾燥空気または乾燥窒素で充填されているように構成されていることを特徴とすることができる。
さらに、植物栽培用の照明装置は、冷媒導管と、隣接する照明装置が備える隣接冷媒導管とを連結し、隣接冷媒導管と冷媒導管との間で冷媒の流路を形成する連結手段をさらに備えることを特徴とすることができる。
【０００７】
一方、筐体は、長尺の箱形であって、長尺方向の１つの面が透光性窓部を構成し、長尺方向の他の３つの面は連なった外装部を構成し、残りの２面は側面部を構成することを特徴とすることができる。
その外装部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作されることを特徴とすることができる。
放熱基板は、冷媒導管を挿入する部分を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作され、挿入される冷媒導管と一体に構成されることを特徴とすることができる。
そして、発光素子は、発光素子パッケージに設置され、発光素子パッケージが回路基板に固着され、回路基板が放熱基板に固定されることを特徴とすることができる。
また、発光素子は、金属ベースの回路基板の金属ベース部に直付けされ、回路基板が放熱基板に固定されることを特徴とすることもできる。
また、発光素子は、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍの発光素子と、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍの発光素子とを含むことを特徴とすることができる。
その発光素子は、ｐｎ接合型の発光部と、発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有し、歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に歪発光層およびバリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有することを特徴とすることができる。
さらに、本発明が適用される植物栽培用の照明装置は、発光素子と透光性窓部との間に、発光素子の光の方向を設定する反射器をさらに備えることを特徴とすることができる。
【０００８】
そして、他の観点から捉えると、本発明が適用される植物栽培システムは、複数の発光素子と、発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、発光素子を覆うように設けられた筐体と、筐体の内部に配置され、発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、隣接する冷媒導管を相互に連結して冷媒の流路を形成する複数の植物栽培用の照明装置と、複数の植物栽培用の照明装置の、連結された冷媒導管に冷媒を供給する冷媒供給部と、複数の植物栽培用の照明装置の発光素子の点灯と消灯とを制御する照明制御部とを備えることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体発光素子を水等の冷媒により効率よく冷却する際の結露、吸湿による不具合を解決するものであり、長寿命かつ高効率維持の半導体発光素子を光源として用いる植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態が適用される植物栽培システムの一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態が適用される照明装置の外形の一例を示す図である。
【図３】第１配管カップラと第２配管カップラの一例を説明する図である。
【図４】照明装置の内部の一例を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態で用いられる発光素子パッケージの構成の一例を説明する図である。
【図６】本実施の形態において用いられる青色発光の半導体発光素子の構成の一例を説明する断面図である。
【図７】青色発光の半導体発光素子の上面図である。
【図８】本実施の形態において用いられる赤色発光の半導体発光素子の構成の一例を説明する断面図である。
【図９】赤色発光の半導体発光素子の上面図である。
【図１０】第２の実施の形態が適用される照明装置の一例の断面図である。
【図１１】チップオンボード式の回路基板に設けられた接続配線と半導体発光素子との接続関係の一例を説明するための平面図である。
【図１２】半導体発光素子を直接搭載したチップオンボード式の回路基板をさらに説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態が適用される植物栽培システム１の一例を示す図である。
植物栽培システム１は、栽培室６０内に設置され、植物を栽培する複数の栽培容器５０と、同じく栽培室６０内に、栽培容器５０に近接して設置され、栽培する植物に光を照射する複数の照明装置１０とを備える。照明装置１０には冷媒導管２５がそれぞれ設けられている。そして、連結手段により、複数の照明装置１０が連結されている。すなわち、ある照明装置１０の冷媒導管２５と、それに隣接する照明装置１０の冷媒導管２５（隣接冷媒導管）とが連結され、冷媒の流路を形成している。
さらに、植物栽培システム１は、栽培室６０外に設置され、照明装置１０の照明の点灯／消灯を制御する照明制御部３０と、同じく栽培室６０外に設置され、照明装置１０を冷却する水などの冷媒を冷媒導管２５に供給する冷媒供給部４０とを備えている。
【００１２】
栽培室６０は、温度、湿度、採光などが制御できる環境であれば、どのような構成であってもよい。そして、栽培室６０は、外部からの光や空気の流通が遮断された環境であってもよく、外部の光や空気の流通を許容する窓などを備えた環境であってもよい。
栽培容器５０は、土壌を入れて植物を育成する容器であってもよい。また、水耕栽培のように、植物に栄養を与える養液を保持する容器であってもよい。
そして、図１には図示していないが、植物栽培システム１は、栽培容器５０の植物に散水するための散水部を備えていてもよい。また、植物が水耕栽培の場合には、水耕栽培のための養液を供給または循環する養液供給部を備えていてもよい。
【００１３】
照明装置１０は、後述するように、発光素子として複数の半導体発光素子（例えば、後述する図５の発光素子パッケージ２１では、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの複数の半導体発光素子が収納されている。）を備えている。この場合、複数の半導体発光素子が発生する光を、栽培容器５０において栽培する植物に照射する。このため、それぞれの照明装置１０は、半導体発光素子に発光のための電力を供給するとともに、半導体発光素子の点灯／消灯を制御する照明制御配線３１を備えている。これらの照明制御配線３１は、照明制御部３０に接続されている。
なお、それぞれの照明制御配線３１は、その照明制御配線３１が接続された照明装置１０内のすべての半導体発光素子を同時に点灯／消灯するように結線してもよい。また、１つの照明装置１０内の半導体発光素子を、例えば発光色などによりグループ分けして、グループ毎に点灯／消灯を制御しうるように結線してもよい。
【００１４】
照明制御部３０は、照明装置１０の点灯／消灯を制御しうるものであればよい。よって、照明装置１０毎に電力の供給をオン／オフするスイッチを並べたスイッチアレイであってよい。また、スイッチアレイのオン／オフは、コンピュータなどで制御されてもよい。照明制御部３０は赤や青などの半導体発光素子の印加電流値を設定制御しうるものであれば良い。また、パルス点灯として、赤や青などの半導体発光素子の周期とデューティを制御するものが望ましい。点灯時間と非点灯時間をタイマー制御するものが望ましい。
【００１５】
さらに、それぞれの照明装置１０は、図１中に破線で示すように、半導体発光素子から発生する熱を栽培室６０外に排出するため、照明装置１０を長手方向に貫いて設けられた冷媒導管２５を備えている。そして、それぞれの照明装置１０は、冷媒導管２５の端部に接続された配管カップラ（後述する図２の第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７）により相互に連結されている。他の照明装置１０に接続されていない冷媒導管２５の２つの端部は、冷媒配管４１を介して冷媒供給部４０に接続されている。このように、冷媒導管２５は、冷媒供給部４０を介して一本に連なった導管の一部となるので、液体（冷媒）を循環させることができる。
冷媒供給部４０は、冷媒が複数の照明装置１０を循環する（冷媒の流れる方向を矢印で示す）ように制御する。冷媒供給部４０は、例えばモータで駆動されるポンプであってよい。そして、モータへの電力供給は、半導体発光素子を点灯させるときに冷媒を供給するように、照明制御部３０と連動させてもよい。
【００１６】
なお、図１では、すべての照明装置１０を直列に連結した場合を示しているが、直列に連結した照明装置１０の列を複数並列に設けてもよい。また、直列の部分と並列の部分とを混在させてもよい。すなわち、冷媒供給部４０により、冷媒が照明装置１０の冷媒導管２５を循環するように流れることで照明装置１０を冷却し、半導体発光素子によって発生する熱を栽培室６０外に排出できればよい。
なお、図１の照明装置１０では、植物栽培システム１における冷媒の流れを明らかにするため、照明装置１０内の冷媒導管２５を破線で示したが、後述するように、照明装置１０内には、冷媒導管２５以外に発光素子パッケージ（後述する図５の発光素子パッケージ２１）などが含まれている。
【００１７】
図２は、本実施の形態が適用される照明装置１０の外形の一例を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は下面図、図２（ｃ）は左側面図、そして図２（ｄ）は右側面図である。
照明装置１０は、外装部の一例としてのコ字型の外装カバー１１と、コ字の空いた部分に蓋をするように設けられた透光性窓部の一例としての透明カバー１２と、左側面に設けられる側面部の一例としての第１側面カバー１３と、右側面に設けられる側面部の一例としての第２側面カバー１４とを備える。
第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１に透明カバー１２を取り付けた両端部に蓋をするように設けられている。
すなわち、照明装置１０の外形は、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４によって囲まれた箱形をなしている。この箱形の形状としては、長尺の箱形形状が使用環境上好ましく使用されるが、本発明では、特に箱形形状に制限されない。そして、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４は、照明装置１０の筐体を構成する。これらのカバーが構成する筐体の内部を照明装置１０の内側または内部、筐体の外側を照明装置１０の外側または外部と呼ぶ。
【００１８】
照明装置１０の左側面に設けられた第１側面カバー１３の外側には、配管継手１５を介して、照明装置１０の内部の冷媒導管２５と接続された連結手段の一例としての雌型の配管部材である第２配管カップラ１７が設けられている。
第２側面カバー１４の外側には、配管継手１５を介して、冷媒導管２５と接続された連結手段の一例としての雄型の配管部材である第１配管カップラ１６が設けられている。すなわち、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とは、照明装置１０の筐体の対向する位置に設けられている。
さらに、第２側面カバー１４から、照明制御配線３１が外部に出されている。なお、照明制御配線３１は、栽培室６０内の高温・高湿の環境に耐える被覆コードが選ばれる。
【００１９】
外装カバー１１は、照明装置１０に剛性を与え変形を防ぐものであればいずれの材質のものも使用できる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料、ＡＢＳ樹脂などのプラスチック材料が用いうる。この中で、重量及びコストの点で優れるＡｌまたはアルミニウム合金による押し出し成型品が好ましく使用される。この場合、表面はＡｌの腐食を防ぐため、アルマイト加工されているのがさらに好ましい。また、反射率を高め光の有効利用を図る観点から、アルマイト加工は白色アルマイトやさらにその上にクリア塗装するのがより好ましい。
透明カバー１２は、照明装置１０に設けられる半導体発光素子の発光波長を効率よく透過するものであればいずれの材質のものも使用できる。透明カバー１２は、例えばガラスが好ましい。また、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル重合体、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）なども好適に用いうる。さらに、透明カバー１２の照明装置１０内側には、半導体発光素子の発光波長に対する反射防止膜が設けられているのがより好ましい。
【００２０】
第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１と同様に、照明装置１０に剛性を与え変形を防ぐものであればいずれの材質のものも使用できる。すなわち、第１側面カバー１３は、それを間に挟んで冷媒導管２５と第２配管カップラ１７とを接続しても変形が抑制できるものであればよい。また、同様に、第２側面カバー１４は、それを間に挟んで冷媒導管２５と第１配管カップラ１６とを接続しても変形が抑制できるものであればよい。これらには、例えばＡｌ、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏなどの金属材料、またはＡＢＳなどのプラスチック材料が用いうる。重量の点で優れるＡｌのダイキャストであってもよい。そして、第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１および透明カバー１２の端部が差し込めるように凹みが設けられていることが好ましい。
【００２１】
そして、照明装置１０内に外部から湿気を含んだ空気（外気）が入り込まないように、照明装置１０内に乾燥空気、乾燥窒素などが充填されるとともに、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４の境となる部分は、充填材でシールされているのが好ましい。
このようにすることで、栽培室６０内の高温・高湿の環境から、半導体発光素子の劣化や、後述する半導体発光素子を搭載する回路基板（後述する図４（ｂ）の回路基板２２）の銅箔や銅箔上の銀メッキ、半田の腐食などを抑制することができる。
なお、充填材にはシリコーンなどのコーキング材が用いうる。
【００２２】
図３は、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７の一例を説明する図である。本実施の形態が適用される植物栽培システム１では、図１に示したように、複数の照明装置１０が、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とを嵌合させて連結されている。
図３では、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが嵌合している状態を示している。
なお、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７は共に回転対称体である。そこで、図３に示す第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７の上側は、対称の軸を含む面での断面を示している。そして、図３の下側は、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７の外形を示している。
【００２３】
第１配管カップラ１６は、内部が空洞の筒状の回転対称体であって、その一端部には、六角ナットが形成され、冷媒導管２５と接続できるように雌ネジが切られている。そして、第１配管カップラ１６の他端部は、第１配管カップラ本体１６ａに組み込まれ、軸方向にスライドする可動リング１６ｂと、第１配管カップラ本体１６ａと可動リング１６ｂとの間に挟み込まれたバネ作用を有する爪１６ｃと、第１配管カップラ本体１６ａと可動リング１６ｂとの間に設けられ可動リング１６ｂの動きを抑制するスプリングコイル１６ｄとを備えている。
一方、第２配管カップラ１７は、内部が空洞の筒状の回転対称体であって、第２配管カップラ本体１７ａの一端部には、六角ナットが形成され、冷媒導管２５と接続できるように雌ネジが切られている。そして、第２配管カップラ本体１７ａの他端部は、第１配管カップラ本体１６ａの内側と嵌合できる細さの部分となっており、その先端部に、第１配管カップラ本体１６ａ内の壁面に接するように外周方向に取り巻くＯリング１７ｂを備えている。また、第２配管カップラ本体１７ａに形成された六角ナットとＯリング１７ｂとの間の第２配管カップラ本体１７ａの細くなった部分に、外周方向に取り巻く溝１７ｃが形成されている。
【００２４】
第１配管カップラ１６の筒の内部に第２配管カップラ１７の細くなった部分を差し込むと、第２配管カップラ１７のＯリング１７ｂが第１配管カップラ１６の内壁に密着し、冷媒の漏洩を抑制する。そして、第１配管カップラ１６の爪１６ｃと、第２配管カップラ１７の溝１７ｃとがかみ合って、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが外れることを防ぐ。
そして、可動リング１６ｂを、スプリングコイル１６ｄの反発力に抗して軸方向に移動すると、爪１６ｃがバネ作用により変形して、爪１６ｃと溝１７ｃとのかみ合わせがゆるむことで、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが容易に外れるようになっている。
これにより、複数の照明装置１０の連結が容易になるとともに、連結を解除して、植物栽培システム１の構成を変更することが容易になる。
第１配管カップラ１６、第２配管カップラ１７としては、ＳＵＳ、銅合金などの金属材料によるもの、ＡＢＳ樹脂などによるプラスチック材料によるものを用いうる。
【００２５】
なお、連結手段として、本実施の形態では、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とを用いたが、これに限定されない。例えば、冷媒導管２５を延長した端部にホース取り付け口を設けて、隣接する照明装置１０の冷媒導管２５（隣接冷媒導管）とホースにて連結してもよい。また、冷媒導管２５と隣接冷媒導管とをパッキングを挟んで突合させて固定してもよい。
【００２６】
図４は、照明装置１０の内部の一例を説明する図である。図４（ａ）は、図２（ｂ）に示した照明装置１０の透明カバー１２を外した照明装置１０の内部を示している。図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。
照明装置１０は、図４（ｂ）に示すように、半導体発光素子（後述する図５における第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）を搭載した発光素子パッケージ２１、発光素子パッケージ２１を搭載する回路基板２２、回路基板２２が固定される放熱基板２４、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するとともに、熱伝導性に優れるフィルム状の絶縁性放熱材２３を備える。そして、発光素子パッケージ２１は、発生する光が透明カバー１２から放出されるように、透明カバー１２に対向して設けられている。
さらに、照明装置１０は、発光素子パッケージ２１の半導体発光素子からの光が照明装置１０の透明カバー１２から垂直方向に放出されるように、光の放出される方向を設定する反射器２６を備える。
【００２７】
回路基板２２には、一例として、図４（ａ）に示すように、長手方向に複数の発光素子パッケージ２１が３列に並んで配置されている。そして、それらの発光素子パッケージ２１を取り囲むように、例えば回転放物面である反射面２７が形成された反射器２６が、発光素子パッケージ２１の列に対応して３列設けられている。
なお、図４では、回路基板２２に発光素子パッケージ２１を３列配列したが、この数に限定されることはない。そして、回路基板２２は一枚の基板から構成されているとしたが、列毎に分かれた基板であってもよい。また、回路基板２２は照明装置１０の長手方向に連なった一枚の基板としたが、長手方向に複数に分割された基板であってもよい。
回路基板２２には、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシに銅箔の配線が設けられたガラスエポキシ基板や、Ａｇなどによる厚膜配線が設けられたセラミックなどが用いうる。なお、コストの面ではガラスエポキシが好ましい。
発光素子パッケージ２１は、例えばハンダにより、回路基板２２に搭載されてもよい。
【００２８】
照明制御配線３１は、半導体発光素子に発光のための電力が供給されるよう回路基板２２の表面（半導体発光素子実装面）に接続されている。照明制御配線３１は、放熱基板２４の一部に設けられた開口を通して、放熱基板２４の裏面に引き出される。そして、照明制御配線３１は、放熱基板２４の裏面で結線され、照明制御配線３１として筐体外部に出され、栽培室６０の外に設けられた照明制御部３０に接続されている。
照明制御配線３１はビニール被覆の銅線であってよい。
【００２９】
図４では、反射器２６は、照明装置１０の長手方向に連なって、３列の発光素子パッケージ２１の列毎に設けている。しかし、反射器２６は、発光素子パッケージ２１毎に設けられてもよい。また、長手方向に分割された複数の反射器２６であってもよい。そして、図４では、反射器２６を３列の発光素子パッケージ２１の列毎に設けているが、分割せず３列を一体としたものであってもよい。すなわち、反射器２６は、照明装置１０の半導体発光素子から発生した光が、照明装置１０の透明カバー１２に対して垂直方向に放出されるようできればよい。
反射器２６としては、例えば断面が放物線となるような開口を設けたＡｌのブロックが用いうる。開口の壁が反射面２７となる。また、壁が反射面２７となる開口を設けたアクリルなどの樹脂に、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜を蒸着法などにより形成したものも用いうる。
なお、反射器２６によって透明カバー１２に対して垂直方向に放出されるとは、反射器２６を設けない場合に比較して、垂直方向の光量が多いことをいう。
【００３０】
放熱基板２４は、半導体発光素子の発光に伴って発生した熱を栽培室６０外に排出するための基板であって、熱伝導率がよい材質で構成されるとともに、冷媒導管２５を備えている。
冷媒導管２５は、放熱基板２４の導管挿入部に密着して構成されている。単に挿入しただけでは伝熱効率が悪いので、挿入した導管を圧縮空気にて管径を膨張させ、放熱基板２４の導管挿入部に密着させる導管引き抜き工程を経て形成される。よって、配線基板２２に搭載された半導体発光素子からの熱が、放熱基板２４を経て、冷媒導管２５に伝わり、冷媒によって、栽培室６０外に排出される。逆に言うと、冷媒導管２５を流れる冷媒は、放熱基板２４を冷却し、放熱基板２４に密着して配設された回路基板２２に搭載された発光素子パッケージ２１を冷却する。したがって、半導体発光素子からの熱を栽培室６０内に排出しないため、栽培室６０内の温度・湿度が、半導体発光素子から発生する熱とは無関係に制御しうる。
【００３１】
よって、回路基板２２に搭載可能な発光素子パッケージ２１の数は、冷媒の温度、流量などによって決まる冷却能力および半導体発光素子の発熱量によって定められる。特に、冷媒導管２５の冷媒の流れる方向とは垂直な方向の長さ（回路基板２２の幅）は、放熱基板２４の熱抵抗などの放熱特性によって制限される。
放熱基板２４としては、熱伝導率に優れたＡｌ、Ｃｕが用いうる。特に、冷媒導管２５は、腐食しにくいＣｕが好ましい。
放熱を良くするため、発光素子パッケージ２１のチップが搭載されているリードが半田付けされている回路基板２２のボンディングパッドに回路基板２２の裏面まで貫通するスルーホールを開け、回路基板２２の裏面の銅箔とメッキ金属とを介して接続することが望ましい。もちろん半導体発光素子が短絡しないよう、回路基板２２の裏面もパターンニングされるべきである。
なお、冷媒導管２５は、図４（ｂ）に示すように、外装カバー１１などに接触することなく配置されている。そして、照明装置１０内には、前述したように、乾燥空気、乾燥窒素などが充填されている。よって、冷媒導管２５に栽培室６０の温度より温度の低い冷媒を供給しても、冷媒導管２５およびそれが取り付けられた放熱基板２４をはじめ、回路基板２２、発光素子パッケージ２１、その他部品は結露することが抑制される。これにより、冷媒導管２５および放熱基板２４をはじめ、回路基板２２、発光素子パッケージ２１、その他部品の湿気や結露による腐食を抑制することができる。
【００３２】
絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４との間に、それぞれに密着して配設され、電気的な絶縁を保つとともに回路基板２２から発生した熱を放熱基板２４に伝導するために設けられている。これは、放熱基板２４に密着して設けられた冷媒導管２５は、前述したように、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７に接続される。第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７は、照明装置１０の外側に設けられている。このため、植物栽培に従事する作業者などが、第１配管カップラ１６または第２配管カップラ１７に触れるおそれがある。そこで、感電を防止するため、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７には電流が流れてはいけない。そのため、放熱基板２４と回路基板２２とを電気的に絶縁することが必要となる。
絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するとともに、回路基板２２上の半導体発光素子から発生した熱を放熱基板２４に伝導させる。このため、絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４とが密着しやすいように、柔軟性があって、電気絶縁抵抗が高く、熱抵抗が低いフィルムが好ましい。このようなフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが用いうる。
【００３３】
回路基板２２と放熱基板２４とは、回路基板２２の配線が設けられていない部分において、ねじなどにより固定すればよい。
反射器２６も、回路基板２２を介して、放熱基板２４に、ねじなどにより固定すればよい。この際も、取り付けネジに漏電しないよう、回路基板２２のパターンと取り付けネジとの絶縁距離について注意すべきである。
そして、放熱基板２４は、図４（ｂ）に示すように、外装カバー１１に設けられたスリットに挿入するなどにより、固定すればよい。
【００３４】
さて、図４（ｂ）に示した冷媒導管２５は、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７に接続される。このとき、放熱基板２５から第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７までの間に配管が必要なときは、例えばＣｕなどの配管にねじを設けて継ぎ足してもよい。冷媒が漏洩することなく、冷媒が複数の照明装置１０を循環するように構成すればよい。
【００３５】
照明装置１０は、一例として、長さが１２００ｍｍ、幅が１００ｍｍ、深さが４５ｍｍである。そして、冷媒導管２５の径は１２ｍｍである。なお、この形状に限定されず、他の値としてもよい。
【００３６】
図５は、本実施の形態で用いられる発光素子パッケージ２１の構成の一例を説明する図である。ここで、図５（ａ）は発光素子パッケージ２１の上面図を、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図を、それぞれ示している。
【００３７】
この発光素子パッケージ２１は、平面状に形成された開口面７１に凹部６１ａが形成された樹脂容器６１、樹脂容器６１と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂと、凹部６１ａの底面７０に取り付けられた発光素子の一例としての第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂとを備えている。すなわち、この発光素子パッケージ２１は、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを１つに実装した２ｉｎ１パッケージである。そして、一例として、第１半導体発光素子６４ａは、発光ピーク波長が４５０ｎｍの青色発光素子である。一方、第２半導体発光素子６４ｂは、発光ピーク波長が６６０ｎｍの赤色発光素子である。
なお、第１半導体発光素子６４ａとしては、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍのものを用いうる。また、第２半導体発光素子６４ｂとしては、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍのものを用いうる。ここで、発光ピーク波長とは光強度が最も大きい波長をいう。
【００３８】
樹脂容器６１は、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂを含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂（以下の説明では白色樹脂と呼ぶ）を射出成型することによって形成されている。
【００３９】
また、ハンダリフローなどの温度がかかる工程に対応できるよう、白色樹脂は、耐熱性が十分考慮された材質が選定されている。基材となる樹脂としてはＰＰＡ（polyphthalamide）が最も一般的であるが、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリスチレンなどでもよい。中でも、本実施の形態では、ＰＰＡとして、ジアミンとイソフタル酸またはテレフタル酸との共重合体であるナイロン４Ｔ、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔが特に好ましく用いることができる。
【００４０】
樹脂容器６１に設けられる凹部６１ａは、円形状を有する底面７０と、同じく円形状を有する開口部７１と、底面７０の周縁から開口部７１に向けて拡開するように立ち上がる壁面８０とを備えている。ここで、底面７０は、凹部６１ａに露出するアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂと、アノード用リード部６２ａ、６２ｂとカソード用リード部６３ａ、６３ｂとの間の隙間の樹脂容器６１の白色樹脂とによって構成されている。一方、壁面８０は、樹脂容器６１を構成する白色樹脂によって構成されている。なお、底面７０の形状については、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよい。また、開口部７１の形状については、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよく、底面形状と同一でもよい。
【００４１】
アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂは、それぞれの一部が樹脂容器６１内に挟まれて保持されるとともに、他の一部が樹脂容器６１の外部に露出されており、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに電流を印加するための端子となっている。表面実装を前提とするときは、図５に示すように、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂをそれぞれ樹脂容器６１の裏側に折り曲げて樹脂容器６１の底部にその先端を配設することがある。
【００４２】
また、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂ、すなわちリードフレームは、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、銅合金等の金属導体をベースとし、その表面には銀メッキが施されることによって銀メッキ層が形成されている。
【００４３】
第１半導体発光素子６４ａは、凹部６１ａの底面７０に配設されたカソード用リード部６３ａ上に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂは、凹部６１ａの底面７０に配設されたアノード用リード部６２ｂ上に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。
また、第１半導体発光素子６４ａの裏面に、Ａｌ、Ｎｉなどの金属層を介して、ＡｕＳｎ層が形成され、凹部６１ａの底面７０に配設されたカソード用リード部６３ａ上に熱溶融により固定されるとより好ましい。第２半導体発光素子６４ｂについても、同様である。
第１半導体発光素子６４ａは、ｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極を有しており、ボンディングワイヤ６５を介して、ｐ型パッド電極がアノード用リード部６２ａに、ｎ型パッド電極がカソード用リード部６３ａに、それぞれ接続されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂも、ｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極を有しており、ｐ型パッド電極がアノード用リード部６２ｂに、ｎ型パッド電極がカソード用リード部６３ｂに、ボンディングワイヤ６５を介して接続されている。
【００４４】
なお、発光素子パッケージ２１は、凹部６１ａを充填するように封止樹脂にて封止される。封止樹脂は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂが発光する光を透過する透明樹脂から構成されていればよい。
例えば、透明樹脂としては、凹部を覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。
硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシシリコーン混成樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好ましく、特にシリコーン樹脂が特によい。
また、ここでは、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとに、それぞれアノード用リード部（６２ａ、６２ｂ）、カソード用リード部（６３ａ、６３ｂ）を設けたが、一方を共通にしてもよい。
ここでは、発光素子パッケージ２１は、２つの第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを１つに実装した２ｉｎ１パッケージとしたが、単一チップを搭載した１ｉｎ１パッケージでも、マルチチップを搭載のパッケージでもよい。マルチチップの場合のパッケージ内の配線は、共通端子を片端もしくは両端に有する並列回路としても良いし、チップごとに独立の正極、負極を有してもよい。また、パッケージ内でチップ間を直列接続した直列回路としてもよい。
【００４５】
次に、第１半導体発光素子６４ａ（青色発光素子）および第２半導体発光素子６４ｂ（赤色発光素子）の一例を説明する。なお、下記に示す構造および数値は、代表的な構造および数値であって、ここで示す構造および数値に限られない。
＜青色発光素子＞
図６は、本実施の形態において用いられる青色発光の第１半導体発光素子６４ａの構成の一例を説明する断面図である。図７は、青色発光の半導体発光素子６４ａの上面図である。ここでは、発光ピーク波長が４５０ｎｍの青色発光の半導体発光素子６４ａについて説明する。
図６に示すように、第１半導体発光素子６４ａは、第１基板１１０と、第１基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、第１半導体発光素子６４ａは、下地層１３０上に積層される第１ｎ型半導体層１４０と、第１ｎ型半導体層１４０上に積層される第１発光層１５０と、第１発光層１５０上に積層される第１ｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これら第１ｎ型半導体層１４０、第１発光層１５０および第１ｐ型半導体層１６０を、まとめて第１積層半導体層１００と呼ぶ。さらに、第１半導体発光素子６４ａは、第１ｐ型半導体層１６０上に積層され、第１発光層１５０が発生する光を透過する透明電極１７０を備える。そして、第１半導体発光素子６４ａは、透明電極１７０の上面１７０ｃに積層され、ｐ型パッド電極となる第１ボンディングパッド電極２１０を備える。さらにまた、第１半導体発光素子６４ａは、第１ｐ型半導体層１６０、第１発光層１５０および第１ｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上の一部に積層され、ｎ型パッド電極となる第２ボンディングパッド電極２４０を備える。
さらに、第１半導体発光素子６４ａは、第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０の表面の一部を除いて、第１ｎ型半導体層１４０、第１発光層１５０、第１ｐ型半導体層１６０および透明電極１７０を覆う第１保護層１８０を備える。
【００４６】
この第１半導体発光素子６４ａは、前述したようにカソード用リード部６３ａ上に接着固定され、第１ボンディングパッド電極２１０は、ボンディングワイヤ６５により、リードフレームのアノード用リード部６２ａと接続される。そして、第２ボンディングパッド電極２４０は、ボンディングワイヤ６５により、リードフレームのカソード用リード部６３ａと接続される。
第１ボンディングパッド電極２１０を正極、第２ボンディングパッド電極２４０を負極とし、第１積層半導体層１００（具体的には、第１ｐ型半導体層１６０、第１発光層１５０および第１ｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、第１発光層１５０が発光するようになっている。そして、発生した光は、第１ボンディングパッド電極２１０が設けられていない透明電極１７０の上面より、半導体発光素子６４ａの外部に取り出される。
【００４７】
なお、第１半導体発光素子６４ａの構成及びその製造方法等については、例えば特開２００９−１２３７１８号公報を参照して実施することができる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、図６に示すように、ＳｉＯ２のようなシリコン酸化物からなる第１保護層１８０を、透明電極１７０、第１ｐ型半導体層１６０、第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１ボンディングパッド電極２１０の周辺部分、第２ボンディングパッド電極２４０の周辺部分等の表面に覆うように形成されていてもよい。
これにより、前記ボンディングパッド電極（２１０、２４０）の上面を除き、第１半導体発光素子６４ａをシールドして、外部の空気や水分が第１半導体発光素子６４ａに浸入する可能性を大幅に低減して、第１半導体発光素子６４ａの透明電極１７０やボンディングパッド電極（２１０、２４０）の剥がれの防止にも寄与することができる。
第１保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることが好ましく、１００〜５００ｎｍとすることがより好ましく、１５０〜４５０ｎｍとすることが更に好ましい。
第１保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることにより、外部の空気や水分が第１半導体発光素子６４ａの第１発光層１０５まで浸入する可能性を大幅に低減して、第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０や第２ボンディングパッド電極２４０の剥がれを防止することができる。
【００４９】
そして、第１保護層１８０の形成方法は、例えば、先ず透明電極１７０、第１ｐ型半導体層１６０、第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１ボンディングパッド電極２１０の表面、第２ボンディングパッド電極２４０の表面にＳｉＯ2からなる第１保護層１８０を形成した後、第１保護層１８０上に図示しないレジストを塗布する。
そして、第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０の表面の一部のレジストを除去し、公知のエッチング手法によって第１保護層１８０を除去することで、それぞれの電極の表面の一部を露出させる。
以上のようにして、第１半導体発光素子６４ａが製造される。
【００５０】
＜赤色発光素子＞
図８は、本実施の形態において用いられる赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの構成の一例を説明する断面図である。図９は、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの上面図である。ここでは、発光ピーク波長が６６０ｎｍの赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂについて説明する。なお、図８に示す第２半導体発光素子６４ｂの断面図は、図９における上面図のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での断面図にあたる。
【００５１】
図８に示すように、第２半導体発光素子６４ｂは、第２積層半導体層３００と第２基板３１０とが接合されて構成されている。そして、第２積層半導体層３００は、歪調整層３２０、下部クラッド層として働く第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０、上部クラッド層として働く第２ｎ型半導体層３５０が、順に積層されて構成されている。
そして、第２半導体発光素子６４ｂは、第２ｎ型半導体層３５０の上面３５０ｃに形成され、ｎ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００と、第２積層半導体層３００の第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０の一部を切り欠くことによって露出した歪調整層３２０の上面３２０ｃに形成され、ｐ型パッド電極として働く第４ボンディングパッド電極４１０を備える。
なお、図９に示すように、第３ボンディングパッド電極４００は、第２ｎ型半導体層３５０上に、例えば格子状に形成された配線４０１と接続されている。配線４０１は、第３ボンディングパッド電極４００と同一材料により、第２ｎ型半導体層３５０からの光の取り出しに影響を与えないよう、細線にて形成されている。これにより、第２ｎ型半導体層３５０の電位分布を、配線４０１を設けない場合に比べ、より均一にし、第２発光層３４０の発光分布を均一化している。
【００５２】
さらに、第２半導体発光素子６４ｂは、第３ボンディングパッド電極４００および第４ボンディングパッド電極４１０の表面の一部を除いて、歪調整層３２０、第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０、第２ｎ型半導体層３５０を覆う第２保護層３６０を備える。
【００５３】
この第２半導体発光素子６４ｂにおいては、第３ボンディングパッド電極４００を負極、第４ボンディングパッド電極４１０を正極とし、両者を介して第２積層半導体層３００（より具体的には第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０および第２ｎ型半導体層３５０）に電流を流すことで、第２発光層３４０が発光するようになっている。そして、発生した光は、第３ボンディングパッド電極４００および配線４１０が設けられていない第２ｎ型半導体層３５０の上面や、第２基板３１０の側面より、第２半導体発光素子６４ｂの外部に取り出される。
【００５４】
以下では、第２半導体発光素子６４ｂの構成をより詳細に説明する。
（第２基板）
第２基板３１０は、図８に示すように、第２積層半導体層３００を構成する歪調整層３２０に接合されている。この第２基板３１０は、第２発光層３４０を機械的に支持するのに充分な強度を有するとともに、第２発光層３４０から出射される光を透過できるように、バンドギャップエネルギが広く、第２発光層３４０からの発光波長に対して光学的に透明な材料から構成されている。例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶体、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体、ガラス、サファイアなど絶縁基板から構成することができる。
一方、接合面に反射率の高い表面を有する機能性基板も選択できる。例えば、表面に銀、金、銅、アルミニウムなどである金属基板または合金基板や、半導体に金属ミラー構造を形成した複合基板なども選択できる。
【００５５】
そして、第２基板３１０は、第２発光層３４０を機械的に充分な強度で支持するために、例えば５０μｍ以上の厚みとすることが好ましい。また、第２積層半導体層３００と接合した後に第２基板３１０への機械的な加工を容易にするため、３００μｍの厚さを超えないものとすることが好ましい。すなわち、第２基板３１０は、５０μｍ以上且つ３００μｍ以下の厚さを有するｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００５６】
また、図８に示すように、第２基板３１０の側面は、第２積層半導体層３００に近い側において、光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０の上面に対して略垂直である垂直面３１０ａを構成し、第２積層半導体層３００に遠い側において、第２基板３１０の内側に傾斜した傾斜面３１０ｂを構成している。これにより、第２発光層３４０から第２基板３１０側に放出された光を効率よく外部に取り出すことができる。すなわち、第２発光層３４０から第２基板３１０側に放出された光のうち、垂直面３１０ａで反射された光は、傾斜面３１０ｂから取り出すことができる。一方、傾斜面３１０ｂで反射された光は、垂直面３１０ａから取り出すことができる。このように、垂直面３１０ａと傾斜面３１０ｂとの相乗効果により、光の取り出し効率を高めることができる。
【００５７】
そして、本実施の形態においては、傾斜面３１０ｂと光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０の上面に平行な面とのなす角度αを、５５度〜８０度の範囲内とすることが好ましい。このような範囲とすることで、第２基板３１０の底面３１０ｃで反射された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、第２基板３１０の垂直面３１０ａの部分の厚さを、３０〜１００μｍとすることが好ましい。垂直面３１０ａの厚さをこの範囲内にすることで、第２基板３１０の底面３１０ｃで反射された光を垂直面３１０ａにおいて効率よく発光面に戻すことができ、光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０（第３ボンディングパッド電極４００が形成されていない部分）の上面から放出させることが可能となる。これにより、第２半導体発光素子６４ｂの発光効率を高めることができる。
【００５８】
また、第２基板３１０の傾斜面３１０ｂは、粗面化されることが好ましい。傾斜面３１０ｂが粗面化されると、傾斜面３１０ｂでの全反射を抑制し、この傾斜面３１０ｂからの光取り出し効率を上げる効果が得られる。
【００５９】
（歪調整層）
本実施の形態においては、第２基板３１０と第２ｐ型半導体層３３０との間に歪調整層３２０が設けられている。この歪調整層３２０は、第２発光層３４０からの発光波長に対して透明であるため、発光を吸収することなく高出力・高効率の第２半導体発光素子６４ｂとすることができる。
なお、この歪調整層３２０は、第２積層半導体層３００を形成する際に使用されるＧａＡｓ基板（図示せず）の格子定数よりも小さい格子定数を有している。このため、第２積層半導体層３００の反りの発生を抑制することができる。これにより、第２発光層３４０内に設けられた歪発光層の歪量の第２発光層３４０内でのばらつきを低減するため、単色性に優れた第２半導体発光素子６４ｂとすることができる。
なお、歪調整層３２０は、例えばＭｇドープしたキャリア濃度が約３×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約９μｍのｐ型ＧａＰである。
【００６０】
（第２ｐ型半導体層）
下部クラッド層として働く第２ｐ型半導体層３３０は、歪調整層３２０と第２発光層３４０との間に設けられている。第２ｐ型半導体層３３０は、例えばＭｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐで、キャリア濃度が約８×１０１７／ｃｍ３、厚さが約０．５μｍである。
また、歪調整層３２０と第２ｐ型半導体層３３０との間に、例えば（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐで、キャリア濃度が約８×１０１７／ｃｍ３、厚さが約０．０５μｍの中間層を設けてもよい。
【００６１】
（第２発光層）
第２ｐ型半導体層３３０と第２ｎ型半導体層３５０の間に、光を出射する第２発光層３４０が設けられている。第２発光層３４０は、その発光スペクトルのピーク発光波長が６５５〜６７５ｎｍの範囲とすることが好ましく、６６０〜６７０ｎｍの範囲とすることがより好ましい。上記範囲の発光波長は、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つであり、光合成に対して反応効率が高い。
一方、７００ｎｍ以上の長波長は、植物の育成を抑制する反応が起こる。このため、長波長域の光量は少ない方が望ましい。よって、効率的に植物育成するためには、光合成反応に対して最適な６５５〜６７５ｎｍの波長領域の光が強く、７００ｎｍ以上の長波長の光を含まない赤色光源が最も好ましい。このことから、好ましい赤色光源にするためには、半値幅は狭い必要がある。
これらのことから、発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍであることが好ましく、さらに、発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることが好ましい。
【００６２】
第２発光層３４０は、歪発光層とバリア層を交互に積層して構成されている。歪発光層は、例えばアンドープで厚さが約１７ｎｍのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐ、バリア層は、例えばアンドープで厚さが約１９ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐである。そして、歪発光層とバリア層とを交互に、例えば２２対積層している。
【００６３】
（第２ｎ型半導体層）
上部クラッド層として働く第２ｎ型半導体層３５０は、第２発光層３４０の上面に設けられている。
第２ｎ型半導体層３５０は、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度が約１×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約０．５μｍの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐである。
なお、第２ｎ型半導体層３５０の上面に、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度が約２×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約３．５μｍの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層を設けてもよい。
【００６４】
（第３ボンディングパッド電極および第４ボンディングパッド電極）
ｎ型パッド電極である第３ボンディングパッド電極４００は、第２ｎ型半導体層３５０の上面３５０ｃに設けられており、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。
一方、ｐ型パッド電極である第４ボンディングパッド電極４１０は、露出させた歪調整層３２０の上面３２０ｃに設けられており、例えばＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００６５】
上記した第２半導体発光素子６４ｂは、次のようにして製造することができる。
先ず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上に、第２積層半導体層３００を順次積層する。ＧａＡｓ基板は、例えば（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度が２×１０１８／ｃｍ３である。
このＧａＡｓ基板上に、第２積層半導体層３００を、第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０、歪調整層３２０の順に形成する。
なお、ＧａＡｓ基板上と第２積層半導体層３００との間に、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度を約２×１０１８／ｃｍ３、厚さを約０．５μｍのＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層を設けてもよい。
【００６６】
本実施の形態では、減圧有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法を用い、直径７６ｍｍ、厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板に第２積層半導体層３００をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）が使用できる。また、Ｍｇのドーピング原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）が使用できる。さらに、Ｓｉのドーピング原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が使用できる。そして、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）が使用できる。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる歪調整層３２０は、７５０℃、その他の各層は７００℃で成長させる。
【００６７】
次に、歪調整層３２０を表面から約１μｍの深さに至るまで研磨して、鏡面加工する。一方、上記の歪調整層３２０の鏡面研磨した表面に貼付するｎ型ＧａＰからなる第２基板３１０を用意する。第２基板３１０は、例えば直径は７６ｍｍで、厚さが２５０μｍである。そして、第２基板３１０は、キャリア濃度が約２×１０１７／ｃｍ３となるように、Ｓｉをドープされた（１１１）面の単結晶の基板である。また、第２基板３１０の表面は、歪調整層３２０に接合させる前に、鏡面に研磨しておく。
【００６８】
引き続いて、一般の半導体材料貼付装置に、第２基板３１０と、第２積層半導体層３００が形成されたＧａＡｓ基板とを搬入し、例えば３×１０−５Ｐａとなるまで半導体材料貼付装置内を真空に排気する。
【００６９】
その後、第２基板３１０、および第２積層半導体層３００の歪調整層３２０の表面を、例えば電子を衝突させて中性（ニュートラル）化したＡｒビームを３分間に亘り照射して、双方の表面に吸着したガスなどを除去した。
その後、真空を維持した半導体材料貼付装置内において、第２基板３１０と第２積層半導体層３００の歪調整層３２０の表面を重ね合わせ、例えば圧力が５０ｇ／ｃｍ２となるように荷重を掛けて、室温で接合する。
【００７０】
さらに、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。次に、コンタクト層の表面に第３ボンディングパッド電極４００として、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜した。その後、公知のフォトリソグラフィを利用してパターニングを施し、ｎ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００を形成した。
【００７１】
次に、第４ボンディングパッド電極４１０を形成する領域の第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０を選択的に除去し、歪調整層３２０を露出させた。この露出した歪調整層３２０の上面３２０ｃに、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法でｐ形パッド電極として働く第４ボンディングパッド電極４１０を形成する。
その後、４５０℃で１０分間熱処理を行って合金化し、それぞれが低抵抗のｎ型およびｐ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００および第４ボンディングパッド電極４１０を形成する。
【００７２】
上記のようにして製造した第２半導体発光素子６４ｂは、図５（ａ）に示すように、発光素子パッケージ２１に組み込まれる。すなわち、第２半導体発光素子６４ｂの底面３１０ｃがリードフレームのアノード用リード部６２ｂ上に設置され、第３ボンディングパッド電極４００は、例えば金のボンディングワイヤ６５により、カソード用リード部６３ｂと接続され、第４ボンディングパッド電極４１０は、金のボンディングワイヤ６５により、アノード用リード部６２ａと接続されている。このことにより、ｎ型ＧａＰの第２基板３１０と、第３ボンディングパッド電極４００とは、同電位になっている。
なお、発光素子パッケージ２１の凹部６１ａは、ワイヤボンディングの後、一般的なエポキシ樹脂で封止されてもよい。
【００７３】
なお、本実施の形態における赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂは、ＡｌＧａＩｎＰからなる４元の化合物半導体を用いている。本明細書中では、ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰ等の記述は、各元素の組成比を簡略して記載することもある。一方、６６０ｎｍの光を発する半導体発光素子として、ＡｌＧａＡｓの３元の化合物半導体を用いたものが知られている。
本実施の形態におけるＡｌＧａＩｎＰを用いた第２半導体発光素子６４ｂは、ＡｌＧａＡｓを用いたものに比べて、Ａｌの比率が低いので、湿気による腐食に対して強いという特性を有している。
【００７４】
上記した第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、一例であって、これ以外の構造の半導体発光素子、これら以外の発光ピーク波長を有する半導体発光素子が用いうることは明らかである。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態においては、植物育成に必要とされる青色発光の第１半導体発光素子６４ａおよび赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂを実装した発光素子パッケージ２１を用いているので、照明装置１０の製造が容易である。
また、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂのそれぞれをオン／オフできるように、リードフレームのアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂが個別に設けられている。よって、照明制御配線３１を第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとで分けて設けることにより、植物の種類などによって、赤色と青色との光子の密度（光量子密度）を独立に制御することができる。
このように作製した照明装置１０において、２０ｃｍ直下の光量子密度は、青色発光の第１半導体発光素子６４ａの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、３００μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、２００μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃであった。
さらに、半導体発光素子を不点灯で、（Ｉ）５℃にて１５分間放置、（ＩＩ）１５分間で６０℃に昇温、（ＩＩＩ）６０℃にて１５分間放置、（ＩＶ）１５分間で５℃に降温、そして（Ｉ）に戻るという温度サイクルを１０００サイクル繰り返して行った温度サイクル試験において、照明装置１０の透明カバー１２（ガラス）内面に曇り、結露は見られなかった。また、３０℃、９５％ＲＨ（相対湿度）の環境下において、青色発光の第１半導体発光素子６４ａに１０ｍＡ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂに３０ｍＡを流して行った１０００時間の連続点灯試験において、照明装置１０内部に錆や半導体発光素子の不点灯は見られず、光量子密度は初期値の９８％を維持することができた。
【００７６】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、青色発光の第１半導体発光素子６４ａおよび赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂを含む発光素子パッケージ２１を回路基板２２に搭載し、この回路基板２２をさらに放熱基板２４に搭載していた。この方法では、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂから発生する熱は、発光素子パッケージ２１の金属リード、および回路基板２２のスルーホールを介して、回路基板２２の裏面から放熱基板２４に伝えられる。
この内、発光素子パッケージ２１の金属リードは厚さ０．１５ｍｍと薄く、発光素子パッケージ２１の熱抵抗は１００℃／Ｗとそれほど低くはない。
本実施の形態では、冷却効率をさらに向上させるため、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂを金属ベースの回路基板３２の金属ベース部に直接接着する方式（ＣＯＢ式：Chip on Board式）を採用した。
【００７７】
図１０は、本実施の形態が適用される照明装置２０の一例の断面図である。なお、照明装置２０は、筐体を構成する外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４を、第１の実施の形態と同様に備えている。さらに、本実施の形態でも、青色発光の第１半導体発光素子６４ａと赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂとを用いている。
本実施の形態では、放熱基板２４の一方の面に、第１の実施の形態と同様に、冷媒配管２５が設けられている。そして、放熱基板２４の他方の面に、絶縁性放熱材２３を介してＣＯＢ式の回路基板３２がネジ止めされている。なお、図１０では、反射器２６を設けているが、設けなくともよい。
【００７８】
図１１は、チップオンボード（ＣＯＢ）式の回路基板３２に設けられた接続配線５２０と半導体発光素子（第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）との接続関係の一例を説明するための平面図である。ここで、図１１（ａ）は、放熱基板２４に絶縁性放熱材２３を介してネジ止めされたＣＯＢ式の回路基板３２上の回路パターンの例を説明する平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の破線で囲んだ部分の拡大図であって、回路基板３２上に配置された第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂと、接続配線５２０との接続関係を示している。
なお、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態において説明した構成と同じ構成には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
まず、図１１（ａ）において、接続配線５２０が形成された回路基板３２について説明する。
回路基板３２は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの発光に伴って発生した熱を栽培室６０外に排出するための基板である。そこで、回路基板３２は、熱伝導率がよい材質で構成されている。
回路基板３２としては、熱伝導率に優れたＡｌ、Ｃｕが用いうる。
【００８０】
一方、回路基板３２の表面には、両面に接続配線５２０が形成された絶縁層５１０が設けられている。そして、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂを回路基板３２上に直接搭載できるように、回路基板３２の表面が露出するように絶縁層５１０が除去され、複数の半導体発光素子設置部５３０が設けられている。図１１（ａ）では、一例として、複数の半導体発光素子設置部５３０が回路基板３２の長手方向に等間隔に２列に、列当たり１５個配置されている。
そして、複数の半導体発光素子設置部５３０のそれぞれには、例えば第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとをペアにして配置されている。第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、接続配線５２０を介して給電される。接続配線５２０は、図１１（ａ）に示すように、具体的には複数に分割された配線から構成されている。
【００８１】
次に、図１１（ｂ）において、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂと、接続配線５２０との接続関係の一例を説明する。
第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとはペアを構成し、そのペアが半導体発光素子設置部５３０内に配置されている。第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、回路基板３２の短手方向に並べて配置され、第１半導体発光素子６４ａが回路基板３２の外側に、第２半導体発光素子６４ｂが回路基板３２の内側に配置されている。
そして、ある第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０がそれに隣接して配置された他の第１半導体発光素子６４ａの第２ボンディングパッド電極２４０に、絶縁層５１０上の接続配線５２０を介して接続されている。第１ボンディングパッド電極２１０または第２ボンディングパッド電極２４０と接続配線５２０とは、ボンディングワイヤ６５で接続されている。
また、接続配線５２０を跨いで他の２つの接続配線５２０を接続することが必要な部分には、低抵抗のチップ抵抗６６にて渡り配線がされている。
【００８２】
このように、複数の第１半導体発光素子６４ａが、接続配線５２０によって直列に接続されている。同様に、複数の第２半導体発光素子６４ｂが、接続配線５２０によって直列に接続されている。ただし、複数の第１半導体発光素子６４ａと複数の第２半導体発光素子６４ｂとは、相いに接続されていない。これは、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを個別に点灯制御しうるようにするためである。
つまり、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間には、回路基板３２の内側に配列された第２半導体発光素子６４ｂのみが直列に１０個接続されている。一方、接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間には、回路基板３２の外側に配列された第１半導体発光素子６４ａのみが直列に１０個接続されている。これにより、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間に、照明制御部３０が第２半導体発光素子６４ｂの順方向電圧を直列に接続された個数倍した電圧を印加して、第２半導体発光素子６４ｂに順方向電流を流すことにより、直列に接続された複数の第２半導体発光素子６４ｂを同時に点灯させることができる。接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間においても同様である。
【００８３】
なお、本実施の形態では、図１１（ａ）に示すように、回路基板３２の図中右側、中央、左側に配置され、それぞれが直列に接続された１０個の第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂが、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間または接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間に並列に接続されている。このように、直列接続した第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂの列を複数並列に接続することで、回路基板３２上のすべての第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂを直列に接続する場合に比べ、第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂに供給する電圧を低く抑えることができる。
【００８４】
図１２は、本実施の形態における半導体発光素子（第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）を直接搭載したチップオンボード（ＣＯＢ）式の回路基板３２をさらに説明する図である。図１２（ａ）は、一つの半導体発光素子設置部５３０の部分を拡大して示した平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線での断面図である。
回路基板３２の両面には、接続配線５２０が形成された絶縁層５１０が設けられている。そして、絶縁層５１０は、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを設置する半導体発光素子設置部５３０において、回路基板３２が露出するように除去されている。
【００８５】
半導体発光素子設置部５３０の露出した回路基板３２上には、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとが配置されている。そして、第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０と第２ボンディングパッド電極２４０とは、絶縁層５１０上に形成された接続配線５２０にボンディングワイヤ６５で接続されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂの第３ボンディングパッド電極４００と第４ボンディングパッド電極４１０とは、それぞれ接続配線５２０にボンディングワイヤ６５で接続されている。
【００８６】
図１２（ｂ）に示すように、絶縁層５１０（絶縁層５１０の両面に形成された接続配線５２０を含む）は接着層５４０を介して回路基板３２に積層されている。そして、絶縁層５１０の半導体発光素子設置部５３０となる部分が、その側面が例えば円錐状になるように除去され、回路基板３２が露出するようになっている。
絶縁層５１０の材料は限定されず、樹脂、セラミック等の周知のものを任意に用いることができる。特に、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシが好ましい。
接続配線５２０の材料も限定されず、Ｃｕ、Ａｌ等の周知のものを任意に用いることができる。
接着層５４０もまた、回路基板３２および絶縁層５１０の両者に接合可能なものであれば材質は限定されない。エポキシ樹脂等のホットメルト接着剤を用いて熱プレスにより回路基板３２に接合してもよい。粘着性の接着剤を用いて回路基板３２に貼付してもよい。
なお、ここでは、絶縁層５１０の両面に接続配線５２０が形成されているとしたが、片面にのみ接続配線５２０が形成されていてもよい。
【００８７】
第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとは、例えば樹脂で回路基板３２に固定されている。また、第１半導体発光素子６４ａの裏面に、Ａｌ、Ｎｉなどの金属層を介して、ＡｕＳｎ層が形成され、回路基板３２の表面に熱溶融により固定されるとより好ましい。第２半導体発光素子６４ｂについても、同様である。
そして、それぞれのｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極と接続配線５２０とが、金等のボンディングワイヤ６５で接続されている。
そして、半導体発光素子設置部５３０に、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂとボンディングワイヤ６５とを覆い包むように封止樹脂５５０を設けている。封止樹脂５５０は、前述したように、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂが発光する光を透過する透明樹脂から構成されていればよい。透明樹脂としては、例えば、凹部を覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシシリコーン混成樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好ましく、特にシリコーン樹脂が特によい。
【００８８】
このような構造は、例えば次のようにして製造することができる。
板状の絶縁層５１０として、０．１ｍｍ厚のガラスエポキシの両面側に、厚さ１８μｍの全面銅箔を形成し、この銅箔をエッチング加工して接続配線５２０を形成する。電界メッキ法にて回路パターンの銅箔表面に厚さ２μｍ以上の銀メッキを施すため、表面の回路パターンはスルーホールを介して裏面の回路パターンで全て導通しており、銀メッキの形成後は、回路基板３２の端部を切り落とすことで、回路パターンの縁切りをする。そして、裏面側にホットメルト接着剤による厚さ５０μｍの接着層５４０を形成する。
次に、板状の絶縁層５１０の半導体発光素子設置部５３０となる部分の絶縁層５１０をパンチング等で除去する。
そして、厚さ０．７ｍｍの高反射アルミニウム板と板状の絶縁層５１０とを予め定められた位置で重ね合わせ、熱プレスする。これにより、高反射アルミニウム板と板状の絶縁層５１０とが強固に接合され、ＣＯＢ式の回路基板３２が形成される。
【００８９】
次いで、回路基板３２の金属ベースの露出部に第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを接着する。第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０と接続配線５２０とをボンディングワイヤ６５で接続する。
これにより、回路基板３２に第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを直接搭載した構造、いわゆるＣＯＢができる。
【００９０】
このように作製した照明装置２０において、２０ｃｍ直下の光子の密度（光量子密度）は、青色発光の第１半導体発光素子６４ａの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、２５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、１５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃであった。
【００９１】
さらに、半導体発光素子を不点灯で、（Ｉ）５℃にて１５分間放置、（ＩＩ）１５分間で６０℃に昇温、（ＩＩＩ）６０℃にて１５分間放置、（ＩＶ）１５分間で５℃に降温、そして（Ｉ）に戻るという温度サイクルを１０００サイクル繰り返して行った温度サイクル試験において、照明装置２０の透明カバー１２（ガラス）内面に曇り、結露は見られなかった。また、３０℃、９５％ＲＨ（相対湿度）の環境下において、青色発光の第１半導体発光素子６４ａに１０ｍＡ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂに３０ｍＡを流して行った１０００時間の連続点灯試験において、照明装置２０内部に錆や半導体発光素子の不点灯は見られず、光量子密度は初期値の９８％を維持することができた。
【００９２】
なお、本実施の形態において、光を効率よく取り出すために、半導体発光素子設置部５３０を取り囲む絶縁層５１０の側面に反射面を設けてもよい。反射面は、Ａｌ等の反射率の高い金属膜で形成してもよく、半導体発光素子設置部５３０の形状に嵌合するＡｌ等で構成された金属リングを嵌めこんでもよい。
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態においてと同様に、回路基板３２上の第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとから発する光の方向を設定するための反射器２６を設けてもよい。なお、反射器２６は、半導体発光素子設置部５３０に対応して、例えば放物線状の反射面が形成されるようにしてよい。ペアを構成する第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに対して、それぞれに反射器２６を設けてもよく、ペア毎に反射器２６を設けてもよい。さらに、回路基板３２の短手又は長手方向のみ、光の方向を制御するときは、スリット状の反射器２６としてもよい。
【００９３】
また、本実施の形態では、接続配線５２０を跨いで他の２つの接続配線５２０を接続する部分に、低抵抗のチップ抵抗６６を用いたが、接続配線５２０を多層に構成してもよい。
【００９４】
本実施の形態が適用される照明装置１０、２０は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの発する熱が放熱基板２４および放熱基板２４に設けられた冷媒導管２５中の冷媒により栽培室６０の外部に放出される。このため、発光効率の減少無く、また、劣化のおそれなく、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに大電流を供給し高光出力で稼働させうる。
照明装置１０、２０の内部は、密閉されて、外気の流入を抑制しているので、湿気の侵入による第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの湿気による腐食を抑制することができる。さらに、照明装置１０、２０の内部が乾燥空気または乾燥窒素が充填されていれば、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの湿気による腐食をより抑制することができる。このため、湿気で腐食しやすいＧａＡｌＡｓ系の半導体発光素子であっても植物栽培用の照明装置１０、２０として使用することができる。
また、照明装置１０、２０は、乾燥空気または乾燥窒素が充填されるとともに、外気の流入を抑制した内部に、冷媒導管２５を配設しているので、高温・高湿の栽培室６０に冷媒を流通させても結露することがなく、放熱基板２４および冷媒導管２５の結露水による腐食が抑制できる。
【００９５】
そして、本実施の形態においては、雄型の第１配管カップラ１６と雌型の第２配管カップラ１７とにより簡単な操作で連結できるので、複数の照明装置１０、２０の連結や取り外しが容易で、植物栽培システム１の構築や変更が容易にできる。そして、複数の照明装置１０、２０を冷媒の通路となる配管部材（雄型の第１配管カップラ１６と雌型の第２配管カップラ１７）により連結するので、連結のための部材を別に設ける必要がない。さらに、複数の照明装置１０、２０を近接して配置することができ、栽培室６０のスペースを有効に活用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１…植物栽培システム、１０、２０…照明装置、１１…外装カバー、１２…透明カバー、１３…第１側面カバー、１４…第２側面カバー、１５…配管継手、１６…第１配管カップラ、１７…第２配管カップラ、２１…発光素子パッケージ、２２、３２…回路基板、２３…絶縁性放熱材、２４…放熱基板、２５…冷媒導管、２６…反射器、３０…照明制御部、３１…照明制御配線、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…アノード用リード部、６３ａ、６３ｂ…カソード用リード部、６４ａ…第１半導体発光素子、６４ｂ…第２半導体発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然条件の変動に左右されない農業環境づくりとして、栽培環境の光、温度、湿度、炭酸ガス濃度など、植物成長に影響を及ぼすあらゆる条件を制御して農作物などを生産する植物工場、野菜工場などが実用化されつつある。
これらの植物工場には、完全人工光型と太陽光併用型のものがあるが、両者とも人工光を照射する照明装置を設置することが必須となっている。そして、照明装置からは、赤色と青色との光を植物に照射することが必要とされている。これらの照明装置の光源には、半導体発光素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられるようになってきている。
このような植物工場等の植物栽培を行う栽培室の環境は、予め定められた温度および湿度に維持管理されている。したがって、そこに設置される照明装置からの発熱は、栽培室の温度管理に影響するため好ましくない。さらに、栽培室は、一般に高温高湿であるので、そこに照明装置を設置すると劣化が激しく、寿命が短くなるなど、照明装置を設置する環境としては好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、熱冷媒を用いた強制冷却装置を備えたパネル状の光半導体ユニットからなる光源を、植物栽培面に近接させて設置した植物栽培装置が記載されている。
特許文献２には、湿度が高い環境においても植物栽培用の照明パネルの耐久性を高くするため、ベースと、そのベースに密着した金属薄板製の基板と、その基板上に配列された多数の発光ダイオードと、ベースとの間に空間をあけて配置されるカバーと、ベースとカバーとの間に介在され、空間を外部に対して気密に維持するためのシール材とを備えており、空間に乾燥空気が充填されると共に、枠材内に乾燥剤が収容されている植物栽培用の照明パネルが記載されている。
特許文献３には、植物栽培用の半導体発光照明装置の半導体発光素子の放熱を促し、大電流印加による高輝度化を行うため、上側に冷却水を通水可能で、且つ内部に通電可能な金属壁と、金属壁の下部に取り付けられる光源ユニットとを有する半導体発光照明装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９８６６５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０７９３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１１０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、半導体発光素子を光源として用いる植物栽培においては、植物育成に必要な光量子密度を得る為に、定格電流を上回る電流を印加していた。これに伴い、半導体発光素子の発熱量は増加し、半導体発光素子のジャンクション温度は増大していた。半導体発光素子の温度増は、半導体発光素子自体の発光効率の減小と、半導体発光素子周辺部材であるエポキシ樹脂などの樹脂材料の黄変を引き起こす問題を抱えていた。これを解決するには半導体発光素子を水冷することが効果的であるが、半導体発光素子や半導体発光素子周辺部材に、結露や吸湿を引き起こし、半導体発光素子自体の劣化や不点灯、半導体発光素子周辺の銀メッキ、半田、銅箔の酸化による発光強度の減小や不点灯が急速に進むことが問題であった。特に、ピーク波長６６０ｎｍの赤色発光素子については、従来Ａｌ組成の高いＧａ1-xＡｌｘＡｓ系の化合物半導体発光素子であったため、高湿環境ではＡｌ原子に酸素が容易に結合し半導体発光素子自体が急速に変質、発光強度が急速に減小し、ついには不点灯に至っていた。
本発明の目的は、半導体発光素子を水等の冷媒により効率よく冷却する際の結露、吸湿による不具合を解決するものであり、長寿命かつ高効率維持の半導体発光素子を光源として用いる植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明が適用される照明装置は、複数の発光素子と、発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、発光素子を覆うように設けられた筐体と、筐体の内部に配置され、発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、筐体は、筐体の内部に冷媒導管を含むとともに、筐体の内部が外気の流入を抑制するように構成されている植物栽培用の照明装置である。
このような植物栽培用の照明装置において、筐体は、筐体の内部が乾燥空気または乾燥窒素で充填されているように構成されていることを特徴とすることができる。
さらに、植物栽培用の照明装置は、冷媒導管と、隣接する照明装置が備える隣接冷媒導管とを連結し、隣接冷媒導管と冷媒導管との間で冷媒の流路を形成する連結手段をさらに備えることを特徴とすることができる。
【０００７】
一方、筐体は、長尺の箱形であって、長尺方向の１つの面が透光性窓部を構成し、長尺方向の他の３つの面は連なった外装部を構成し、残りの２面は側面部を構成することを特徴とすることができる。
その外装部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作されることを特徴とすることができる。
放熱基板は、冷媒導管を挿入する部分を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作され、挿入される冷媒導管と一体に構成されることを特徴とすることができる。
そして、発光素子は、発光素子パッケージに設置され、発光素子パッケージが回路基板に固着され、回路基板が放熱基板に固定されることを特徴とすることができる。
また、発光素子は、金属ベースの回路基板の金属ベース部に直付けされ、回路基板が放熱基板に固定されることを特徴とすることもできる。
また、発光素子は、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍの発光素子と、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍの発光素子とを含むことを特徴とすることができる。
その発光素子は、ｐｎ接合型の発光部と、発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有し、歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に歪発光層およびバリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有することを特徴とすることができる。
さらに、本発明が適用される植物栽培用の照明装置は、発光素子と透光性窓部との間に、発光素子の光の方向を設定する反射器をさらに備えることを特徴とすることができる。
【０００８】
そして、他の観点から捉えると、本発明が適用される植物栽培システムは、複数の発光素子と、発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、発光素子を覆うように設けられた筐体と、筐体の内部に配置され、発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、隣接する冷媒導管を相互に連結して冷媒の流路を形成する複数の植物栽培用の照明装置と、複数の植物栽培用の照明装置の、連結された冷媒導管に冷媒を供給する冷媒供給部と、複数の植物栽培用の照明装置の発光素子の点灯と消灯とを制御する照明制御部とを備えることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体発光素子を水等の冷媒により効率よく冷却する際の結露、吸湿による不具合を解決するものであり、長寿命かつ高効率維持の半導体発光素子を光源として用いる植物栽培用の照明装置およびそれを用いた植物栽培システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態が適用される植物栽培システムの一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態が適用される照明装置の外形の一例を示す図である。
【図３】第１配管カップラと第２配管カップラの一例を説明する図である。
【図４】照明装置の内部の一例を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態で用いられる発光素子パッケージの構成の一例を説明する図である。
【図６】本実施の形態において用いられる青色発光の半導体発光素子の構成の一例を説明する断面図である。
【図７】青色発光の半導体発光素子の上面図である。
【図８】本実施の形態において用いられる赤色発光の半導体発光素子の構成の一例を説明する断面図である。
【図９】赤色発光の半導体発光素子の上面図である。
【図１０】第２の実施の形態が適用される照明装置の一例の断面図である。
【図１１】チップオンボード式の回路基板に設けられた接続配線と半導体発光素子との接続関係の一例を説明するための平面図である。
【図１２】半導体発光素子を直接搭載したチップオンボード式の回路基板をさらに説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態が適用される植物栽培システム１の一例を示す図である。
植物栽培システム１は、栽培室６０内に設置され、植物を栽培する複数の栽培容器５０と、同じく栽培室６０内に、栽培容器５０に近接して設置され、栽培する植物に光を照射する複数の照明装置１０とを備える。照明装置１０には冷媒導管２５がそれぞれ設けられている。そして、連結手段により、複数の照明装置１０が連結されている。すなわち、ある照明装置１０の冷媒導管２５と、それに隣接する照明装置１０の冷媒導管２５（隣接冷媒導管）とが連結され、冷媒の流路を形成している。
さらに、植物栽培システム１は、栽培室６０外に設置され、照明装置１０の照明の点灯／消灯を制御する照明制御部３０と、同じく栽培室６０外に設置され、照明装置１０を冷却する水などの冷媒を冷媒導管２５に供給する冷媒供給部４０とを備えている。
【００１２】
栽培室６０は、温度、湿度、採光などが制御できる環境であれば、どのような構成であってもよい。そして、栽培室６０は、外部からの光や空気の流通が遮断された環境であってもよく、外部の光や空気の流通を許容する窓などを備えた環境であってもよい。
栽培容器５０は、土壌を入れて植物を育成する容器であってもよい。また、水耕栽培のように、植物に栄養を与える養液を保持する容器であってもよい。
そして、図１には図示していないが、植物栽培システム１は、栽培容器５０の植物に散水するための散水部を備えていてもよい。また、植物が水耕栽培の場合には、水耕栽培のための養液を供給または循環する養液供給部を備えていてもよい。
【００１３】
照明装置１０は、後述するように、発光素子として複数の半導体発光素子（例えば、後述する図５の発光素子パッケージ２１では、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの複数の半導体発光素子が収納されている。）を備えている。この場合、複数の半導体発光素子が発生する光を、栽培容器５０において栽培する植物に照射する。このため、それぞれの照明装置１０は、半導体発光素子に発光のための電力を供給するとともに、半導体発光素子の点灯／消灯を制御する照明制御配線３１を備えている。これらの照明制御配線３１は、照明制御部３０に接続されている。
なお、それぞれの照明制御配線３１は、その照明制御配線３１が接続された照明装置１０内のすべての半導体発光素子を同時に点灯／消灯するように結線してもよい。また、１つの照明装置１０内の半導体発光素子を、例えば発光色などによりグループ分けして、グループ毎に点灯／消灯を制御しうるように結線してもよい。
【００１４】
照明制御部３０は、照明装置１０の点灯／消灯を制御しうるものであればよい。よって、照明装置１０毎に電力の供給をオン／オフするスイッチを並べたスイッチアレイであってよい。また、スイッチアレイのオン／オフは、コンピュータなどで制御されてもよい。照明制御部３０は赤や青などの半導体発光素子の印加電流値を設定制御しうるものであれば良い。また、パルス点灯として、赤や青などの半導体発光素子の周期とデューティを制御するものが望ましい。点灯時間と非点灯時間をタイマー制御するものが望ましい。
【００１５】
さらに、それぞれの照明装置１０は、図１中に破線で示すように、半導体発光素子から発生する熱を栽培室６０外に排出するため、照明装置１０を長手方向に貫いて設けられた冷媒導管２５を備えている。そして、それぞれの照明装置１０は、冷媒導管２５の端部に接続された配管カップラ（後述する図２の第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７）により相互に連結されている。他の照明装置１０に接続されていない冷媒導管２５の２つの端部は、冷媒配管４１を介して冷媒供給部４０に接続されている。このように、冷媒導管２５は、冷媒供給部４０を介して一本に連なった導管の一部となるので、液体（冷媒）を循環させることができる。
冷媒供給部４０は、冷媒が複数の照明装置１０を循環する（冷媒の流れる方向を矢印で示す）ように制御する。冷媒供給部４０は、例えばモータで駆動されるポンプであってよい。そして、モータへの電力供給は、半導体発光素子を点灯させるときに冷媒を供給するように、照明制御部３０と連動させてもよい。
【００１６】
なお、図１では、すべての照明装置１０を直列に連結した場合を示しているが、直列に連結した照明装置１０の列を複数並列に設けてもよい。また、直列の部分と並列の部分とを混在させてもよい。すなわち、冷媒供給部４０により、冷媒が照明装置１０の冷媒導管２５を循環するように流れることで照明装置１０を冷却し、半導体発光素子によって発生する熱を栽培室６０外に排出できればよい。
なお、図１の照明装置１０では、植物栽培システム１における冷媒の流れを明らかにするため、照明装置１０内の冷媒導管２５を破線で示したが、後述するように、照明装置１０内には、冷媒導管２５以外に発光素子パッケージ（後述する図５の発光素子パッケージ２１）などが含まれている。
【００１７】
図２は、本実施の形態が適用される照明装置１０の外形の一例を示す図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は下面図、図２（ｃ）は左側面図、そして図２（ｄ）は右側面図である。
照明装置１０は、外装部の一例としてのコ字型の外装カバー１１と、コ字の空いた部分に蓋をするように設けられた透光性窓部の一例としての透明カバー１２と、左側面に設けられる側面部の一例としての第１側面カバー１３と、右側面に設けられる側面部の一例としての第２側面カバー１４とを備える。
第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１に透明カバー１２を取り付けた両端部に蓋をするように設けられている。
すなわち、照明装置１０の外形は、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４によって囲まれた箱形をなしている。この箱形の形状としては、長尺の箱形形状が使用環境上好ましく使用されるが、本発明では、特に箱形形状に制限されない。そして、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４は、照明装置１０の筐体を構成する。これらのカバーが構成する筐体の内部を照明装置１０の内側または内部、筐体の外側を照明装置１０の外側または外部と呼ぶ。
【００１８】
照明装置１０の左側面に設けられた第１側面カバー１３の外側には、配管継手１５を介して、照明装置１０の内部の冷媒導管２５と接続された連結手段の一例としての雌型の配管部材である第２配管カップラ１７が設けられている。
第２側面カバー１４の外側には、配管継手１５を介して、冷媒導管２５と接続された連結手段の一例としての雄型の配管部材である第１配管カップラ１６が設けられている。すなわち、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とは、照明装置１０の筐体の対向する位置に設けられている。
さらに、第２側面カバー１４から、照明制御配線３１が外部に出されている。なお、照明制御配線３１は、栽培室６０内の高温・高湿の環境に耐える被覆コードが選ばれる。
【００１９】
外装カバー１１は、照明装置１０に剛性を与え変形を防ぐものであればいずれの材質のものも使用できる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料、ＡＢＳ樹脂などのプラスチック材料が用いうる。この中で、重量及びコストの点で優れるＡｌまたはアルミニウム合金による押し出し成型品が好ましく使用される。この場合、表面はＡｌの腐食を防ぐため、アルマイト加工されているのがさらに好ましい。また、反射率を高め光の有効利用を図る観点から、アルマイト加工は白色アルマイトやさらにその上にクリア塗装するのがより好ましい。
透明カバー１２は、照明装置１０に設けられる半導体発光素子の発光波長を効率よく透過するものであればいずれの材質のものも使用できる。透明カバー１２は、例えばガラスが好ましい。また、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル重合体、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）なども好適に用いうる。さらに、透明カバー１２の照明装置１０内側には、半導体発光素子の発光波長に対する反射防止膜が設けられているのがより好ましい。
【００２０】
第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１と同様に、照明装置１０に剛性を与え変形を防ぐものであればいずれの材質のものも使用できる。すなわち、第１側面カバー１３は、それを間に挟んで冷媒導管２５と第２配管カップラ１７とを接続しても変形が抑制できるものであればよい。また、同様に、第２側面カバー１４は、それを間に挟んで冷媒導管２５と第１配管カップラ１６とを接続しても変形が抑制できるものであればよい。これらには、例えばＡｌ、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏなどの金属材料、またはＡＢＳなどのプラスチック材料が用いうる。重量の点で優れるＡｌのダイキャストであってもよい。そして、第１側面カバー１３および第２側面カバー１４は、外装カバー１１および透明カバー１２の端部が差し込めるように凹みが設けられていることが好ましい。
【００２１】
そして、照明装置１０内に外部から湿気を含んだ空気（外気）が入り込まないように、照明装置１０内に乾燥空気、乾燥窒素などが充填されるとともに、外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４の境となる部分は、充填材でシールされているのが好ましい。
このようにすることで、栽培室６０内の高温・高湿の環境から、半導体発光素子の劣化や、後述する半導体発光素子を搭載する回路基板（後述する図４（ｂ）の回路基板２２）の銅箔や銅箔上の銀メッキ、半田の腐食などを抑制することができる。
なお、充填材にはシリコーンなどのコーキング材が用いうる。
【００２２】
図３は、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７の一例を説明する図である。本実施の形態が適用される植物栽培システム１では、図１に示したように、複数の照明装置１０が、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とを嵌合させて連結されている。
図３では、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが嵌合している状態を示している。
なお、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７は共に回転対称体である。そこで、図３に示す第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７の上側は、対称の軸を含む面での断面を示している。そして、図３の下側は、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７の外形を示している。
【００２３】
第１配管カップラ１６は、内部が空洞の筒状の回転対称体であって、その一端部には、六角ナットが形成され、冷媒導管２５と接続できるように雌ネジが切られている。そして、第１配管カップラ１６の他端部は、第１配管カップラ本体１６ａに組み込まれ、軸方向にスライドする可動リング１６ｂと、第１配管カップラ本体１６ａと可動リング１６ｂとの間に挟み込まれたバネ作用を有する爪１６ｃと、第１配管カップラ本体１６ａと可動リング１６ｂとの間に設けられ可動リング１６ｂの動きを抑制するスプリングコイル１６ｄとを備えている。
一方、第２配管カップラ１７は、内部が空洞の筒状の回転対称体であって、第２配管カップラ本体１７ａの一端部には、六角ナットが形成され、冷媒導管２５と接続できるように雌ネジが切られている。そして、第２配管カップラ本体１７ａの他端部は、第１配管カップラ本体１６ａの内側と嵌合できる細さの部分となっており、その先端部に、第１配管カップラ本体１６ａ内の壁面に接するように外周方向に取り巻くＯリング１７ｂを備えている。また、第２配管カップラ本体１７ａに形成された六角ナットとＯリング１７ｂとの間の第２配管カップラ本体１７ａの細くなった部分に、外周方向に取り巻く溝１７ｃが形成されている。
【００２４】
第１配管カップラ１６の筒の内部に第２配管カップラ１７の細くなった部分を差し込むと、第２配管カップラ１７のＯリング１７ｂが第１配管カップラ１６の内壁に密着し、冷媒の漏洩を抑制する。そして、第１配管カップラ１６の爪１６ｃと、第２配管カップラ１７の溝１７ｃとがかみ合って、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが外れることを防ぐ。
そして、可動リング１６ｂを、スプリングコイル１６ｄの反発力に抗して軸方向に移動すると、爪１６ｃがバネ作用により変形して、爪１６ｃと溝１７ｃとのかみ合わせがゆるむことで、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とが容易に外れるようになっている。
これにより、複数の照明装置１０の連結が容易になるとともに、連結を解除して、植物栽培システム１の構成を変更することが容易になる。
第１配管カップラ１６、第２配管カップラ１７としては、ＳＵＳ、銅合金などの金属材料によるもの、ＡＢＳ樹脂などによるプラスチック材料によるものを用いうる。
【００２５】
なお、連結手段として、本実施の形態では、第１配管カップラ１６と第２配管カップラ１７とを用いたが、これに限定されない。例えば、冷媒導管２５を延長した端部にホース取り付け口を設けて、隣接する照明装置１０の冷媒導管２５（隣接冷媒導管）とホースにて連結してもよい。また、冷媒導管２５と隣接冷媒導管とをパッキングを挟んで突合させて固定してもよい。
【００２６】
図４は、照明装置１０の内部の一例を説明する図である。図４（ａ）は、図２（ｂ）に示した照明装置１０の透明カバー１２を外した照明装置１０の内部を示している。図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。
照明装置１０は、図４（ｂ）に示すように、半導体発光素子（後述する図５における第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）を搭載した発光素子パッケージ２１、発光素子パッケージ２１を搭載する回路基板２２、回路基板２２が固定される放熱基板２４、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するとともに、熱伝導性に優れるフィルム状の絶縁性放熱材２３を備える。そして、発光素子パッケージ２１は、発生する光が透明カバー１２から放出されるように、透明カバー１２に対向して設けられている。
さらに、照明装置１０は、発光素子パッケージ２１の半導体発光素子からの光が照明装置１０の透明カバー１２から垂直方向に放出されるように、光の放出される方向を設定する反射器２６を備える。
【００２７】
回路基板２２には、一例として、図４（ａ）に示すように、長手方向に複数の発光素子パッケージ２１が３列に並んで配置されている。そして、それらの発光素子パッケージ２１を取り囲むように、例えば回転放物面である反射面２７が形成された反射器２６が、発光素子パッケージ２１の列に対応して３列設けられている。
なお、図４では、回路基板２２に発光素子パッケージ２１を３列配列したが、この数に限定されることはない。そして、回路基板２２は一枚の基板から構成されているとしたが、列毎に分かれた基板であってもよい。また、回路基板２２は照明装置１０の長手方向に連なった一枚の基板としたが、長手方向に複数に分割された基板であってもよい。
回路基板２２には、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシに銅箔の配線が設けられたガラスエポキシ基板や、Ａｇなどによる厚膜配線が設けられたセラミックなどが用いうる。なお、コストの面ではガラスエポキシが好ましい。
発光素子パッケージ２１は、例えばハンダにより、回路基板２２に搭載されてもよい。
【００２８】
照明制御配線３１は、半導体発光素子に発光のための電力が供給されるよう回路基板２２の表面（半導体発光素子実装面）に接続されている。照明制御配線３１は、放熱基板２４の一部に設けられた開口を通して、放熱基板２４の裏面に引き出される。そして、照明制御配線３１は、放熱基板２４の裏面で結線され、照明制御配線３１として筐体外部に出され、栽培室６０の外に設けられた照明制御部３０に接続されている。
照明制御配線３１はビニール被覆の銅線であってよい。
【００２９】
図４では、反射器２６は、照明装置１０の長手方向に連なって、３列の発光素子パッケージ２１の列毎に設けている。しかし、反射器２６は、発光素子パッケージ２１毎に設けられてもよい。また、長手方向に分割された複数の反射器２６であってもよい。そして、図４では、反射器２６を３列の発光素子パッケージ２１の列毎に設けているが、分割せず３列を一体としたものであってもよい。すなわち、反射器２６は、照明装置１０の半導体発光素子から発生した光が、照明装置１０の透明カバー１２に対して垂直方向に放出されるようできればよい。
反射器２６としては、例えば断面が放物線となるような開口を設けたＡｌのブロックが用いうる。開口の壁が反射面２７となる。また、壁が反射面２７となる開口を設けたアクリルなどの樹脂に、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜を蒸着法などにより形成したものも用いうる。
なお、反射器２６によって透明カバー１２に対して垂直方向に放出されるとは、反射器２６を設けない場合に比較して、垂直方向の光量が多いことをいう。
【００３０】
放熱基板２４は、半導体発光素子の発光に伴って発生した熱を栽培室６０外に排出するための基板であって、熱伝導率がよい材質で構成されるとともに、冷媒導管２５を備えている。
冷媒導管２５は、放熱基板２４の導管挿入部に密着して構成されている。単に挿入しただけでは伝熱効率が悪いので、挿入した導管を圧縮空気にて管径を膨張させ、放熱基板２４の導管挿入部に密着させる導管引き抜き工程を経て形成される。よって、配線基板２２に搭載された半導体発光素子からの熱が、放熱基板２４を経て、冷媒導管２５に伝わり、冷媒によって、栽培室６０外に排出される。逆に言うと、冷媒導管２５を流れる冷媒は、放熱基板２４を冷却し、放熱基板２４に密着して配設された回路基板２２に搭載された発光素子パッケージ２１を冷却する。したがって、半導体発光素子からの熱を栽培室６０内に排出しないため、栽培室６０内の温度・湿度が、半導体発光素子から発生する熱とは無関係に制御しうる。
【００３１】
よって、回路基板２２に搭載可能な発光素子パッケージ２１の数は、冷媒の温度、流量などによって決まる冷却能力および半導体発光素子の発熱量によって定められる。特に、冷媒導管２５の冷媒の流れる方向とは垂直な方向の長さ（回路基板２２の幅）は、放熱基板２４の熱抵抗などの放熱特性によって制限される。
放熱基板２４としては、熱伝導率に優れたＡｌ、Ｃｕが用いうる。特に、冷媒導管２５は、腐食しにくいＣｕが好ましい。
放熱を良くするため、発光素子パッケージ２１のチップが搭載されているリードが半田付けされている回路基板２２のボンディングパッドに回路基板２２の裏面まで貫通するスルーホールを開け、回路基板２２の裏面の銅箔とメッキ金属とを介して接続することが望ましい。もちろん半導体発光素子が短絡しないよう、回路基板２２の裏面もパターンニングされるべきである。
なお、冷媒導管２５は、図４（ｂ）に示すように、外装カバー１１などに接触することなく配置されている。そして、照明装置１０内には、前述したように、乾燥空気、乾燥窒素などが充填されている。よって、冷媒導管２５に栽培室６０の温度より温度の低い冷媒を供給しても、冷媒導管２５およびそれが取り付けられた放熱基板２４をはじめ、回路基板２２、発光素子パッケージ２１、その他部品は結露することが抑制される。これにより、冷媒導管２５および放熱基板２４をはじめ、回路基板２２、発光素子パッケージ２１、その他部品の湿気や結露による腐食を抑制することができる。
【００３２】
絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４との間に、それぞれに密着して配設され、電気的な絶縁を保つとともに回路基板２２から発生した熱を放熱基板２４に伝導するために設けられている。これは、放熱基板２４に密着して設けられた冷媒導管２５は、前述したように、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７に接続される。第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７は、照明装置１０の外側に設けられている。このため、植物栽培に従事する作業者などが、第１配管カップラ１６または第２配管カップラ１７に触れるおそれがある。そこで、感電を防止するため、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７には電流が流れてはいけない。そのため、放熱基板２４と回路基板２２とを電気的に絶縁することが必要となる。
絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４とを電気的に絶縁するとともに、回路基板２２上の半導体発光素子から発生した熱を放熱基板２４に伝導させる。このため、絶縁性放熱材２３は、回路基板２２と放熱基板２４とが密着しやすいように、柔軟性があって、電気絶縁抵抗が高く、熱抵抗が低いフィルムが好ましい。このようなフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが用いうる。
【００３３】
回路基板２２と放熱基板２４とは、回路基板２２の配線が設けられていない部分において、ねじなどにより固定すればよい。
反射器２６も、回路基板２２を介して、放熱基板２４に、ねじなどにより固定すればよい。この際も、取り付けネジに漏電しないよう、回路基板２２のパターンと取り付けネジとの絶縁距離について注意すべきである。
そして、放熱基板２４は、図４（ｂ）に示すように、外装カバー１１に設けられたスリットに挿入するなどにより、固定すればよい。
【００３４】
さて、図４（ｂ）に示した冷媒導管２５は、第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７に接続される。このとき、放熱基板２５から第１配管カップラ１６および第２配管カップラ１７までの間に配管が必要なときは、例えばＣｕなどの配管にねじを設けて継ぎ足してもよい。冷媒が漏洩することなく、冷媒が複数の照明装置１０を循環するように構成すればよい。
【００３５】
照明装置１０は、一例として、長さが１２００ｍｍ、幅が１００ｍｍ、深さが４５ｍｍである。そして、冷媒導管２５の径は１２ｍｍである。なお、この形状に限定されず、他の値としてもよい。
【００３６】
図５は、本実施の形態で用いられる発光素子パッケージ２１の構成の一例を説明する図である。ここで、図５（ａ）は発光素子パッケージ２１の上面図を、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図を、それぞれ示している。
【００３７】
この発光素子パッケージ２１は、平面状に形成された開口面７１に凹部６１ａが形成された樹脂容器６１、樹脂容器６１と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂと、凹部６１ａの底面７０に取り付けられた発光素子の一例としての第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂとを備えている。すなわち、この発光素子パッケージ２１は、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを１つに実装した２ｉｎ１パッケージである。そして、一例として、第１半導体発光素子６４ａは、発光ピーク波長が４５０ｎｍの青色発光素子である。一方、第２半導体発光素子６４ｂは、発光ピーク波長が６６０ｎｍの赤色発光素子である。
なお、第１半導体発光素子６４ａとしては、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍのものを用いうる。また、第２半導体発光素子６４ｂとしては、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍのものを用いうる。ここで、発光ピーク波長とは光強度が最も大きい波長をいう。
【００３８】
樹脂容器６１は、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂを含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂（以下の説明では白色樹脂と呼ぶ）を射出成型することによって形成されている。
【００３９】
また、ハンダリフローなどの温度がかかる工程に対応できるよう、白色樹脂は、耐熱性が十分考慮された材質が選定されている。基材となる樹脂としてはＰＰＡ（polyphthalamide）が最も一般的であるが、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリスチレンなどでもよい。中でも、本実施の形態では、ＰＰＡとして、ジアミンとイソフタル酸またはテレフタル酸との共重合体であるナイロン４Ｔ、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔが特に好ましく用いることができる。
【００４０】
樹脂容器６１に設けられる凹部６１ａは、円形状を有する底面７０と、同じく円形状を有する開口部７１と、底面７０の周縁から開口部７１に向けて拡開するように立ち上がる壁面８０とを備えている。ここで、底面７０は、凹部６１ａに露出するアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂと、アノード用リード部６２ａ、６２ｂとカソード用リード部６３ａ、６３ｂとの間の隙間の樹脂容器６１の白色樹脂とによって構成されている。一方、壁面８０は、樹脂容器６１を構成する白色樹脂によって構成されている。なお、底面７０の形状については、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよい。また、開口部７１の形状については、円形、矩形、楕円形、多角形のいずれでもよく、底面形状と同一でもよい。
【００４１】
アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂは、それぞれの一部が樹脂容器６１内に挟まれて保持されるとともに、他の一部が樹脂容器６１の外部に露出されており、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに電流を印加するための端子となっている。表面実装を前提とするときは、図５に示すように、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂをそれぞれ樹脂容器６１の裏側に折り曲げて樹脂容器６１の底部にその先端を配設することがある。
【００４２】
また、アノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂ、すなわちリードフレームは、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、銅合金等の金属導体をベースとし、その表面には銀メッキが施されることによって銀メッキ層が形成されている。
【００４３】
第１半導体発光素子６４ａは、凹部６１ａの底面７０に配設されたカソード用リード部６３ａ上に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂは、凹部６１ａの底面７０に配設されたアノード用リード部６２ｂ上に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。
また、第１半導体発光素子６４ａの裏面に、Ａｌ、Ｎｉなどの金属層を介して、ＡｕＳｎ層が形成され、凹部６１ａの底面７０に配設されたカソード用リード部６３ａ上に熱溶融により固定されるとより好ましい。第２半導体発光素子６４ｂについても、同様である。
第１半導体発光素子６４ａは、ｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極を有しており、ボンディングワイヤ６５を介して、ｐ型パッド電極がアノード用リード部６２ａに、ｎ型パッド電極がカソード用リード部６３ａに、それぞれ接続されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂも、ｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極を有しており、ｐ型パッド電極がアノード用リード部６２ｂに、ｎ型パッド電極がカソード用リード部６３ｂに、ボンディングワイヤ６５を介して接続されている。
【００４４】
なお、発光素子パッケージ２１は、凹部６１ａを充填するように封止樹脂にて封止される。封止樹脂は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂが発光する光を透過する透明樹脂から構成されていればよい。
例えば、透明樹脂としては、凹部を覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。
硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシシリコーン混成樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好ましく、特にシリコーン樹脂が特によい。
また、ここでは、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとに、それぞれアノード用リード部（６２ａ、６２ｂ）、カソード用リード部（６３ａ、６３ｂ）を設けたが、一方を共通にしてもよい。
ここでは、発光素子パッケージ２１は、２つの第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを１つに実装した２ｉｎ１パッケージとしたが、単一チップを搭載した１ｉｎ１パッケージでも、マルチチップを搭載のパッケージでもよい。マルチチップの場合のパッケージ内の配線は、共通端子を片端もしくは両端に有する並列回路としても良いし、チップごとに独立の正極、負極を有してもよい。また、パッケージ内でチップ間を直列接続した直列回路としてもよい。
【００４５】
次に、第１半導体発光素子６４ａ（青色発光素子）および第２半導体発光素子６４ｂ（赤色発光素子）の一例を説明する。なお、下記に示す構造および数値は、代表的な構造および数値であって、ここで示す構造および数値に限られない。
＜青色発光素子＞
図６は、本実施の形態において用いられる青色発光の第１半導体発光素子６４ａの構成の一例を説明する断面図である。図７は、青色発光の半導体発光素子６４ａの上面図である。ここでは、発光ピーク波長が４５０ｎｍの青色発光の半導体発光素子６４ａについて説明する。
図６に示すように、第１半導体発光素子６４ａは、第１基板１１０と、第１基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、第１半導体発光素子６４ａは、下地層１３０上に積層される第１ｎ型半導体層１４０と、第１ｎ型半導体層１４０上に積層される第１発光層１５０と、第１発光層１５０上に積層される第１ｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これら第１ｎ型半導体層１４０、第１発光層１５０および第１ｐ型半導体層１６０を、まとめて第１積層半導体層１００と呼ぶ。さらに、第１半導体発光素子６４ａは、第１ｐ型半導体層１６０上に積層され、第１発光層１５０が発生する光を透過する透明電極１７０を備える。そして、第１半導体発光素子６４ａは、透明電極１７０の上面１７０ｃに積層され、ｐ型パッド電極となる第１ボンディングパッド電極２１０を備える。さらにまた、第１半導体発光素子６４ａは、第１ｐ型半導体層１６０、第１発光層１５０および第１ｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上の一部に積層され、ｎ型パッド電極となる第２ボンディングパッド電極２４０を備える。
さらに、第１半導体発光素子６４ａは、第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０の表面の一部を除いて、第１ｎ型半導体層１４０、第１発光層１５０、第１ｐ型半導体層１６０および透明電極１７０を覆う第１保護層１８０を備える。
【００４６】
この第１半導体発光素子６４ａは、前述したようにカソード用リード部６３ａ上に接着固定され、第１ボンディングパッド電極２１０は、ボンディングワイヤ６５により、リードフレームのアノード用リード部６２ａと接続される。そして、第２ボンディングパッド電極２４０は、ボンディングワイヤ６５により、リードフレームのカソード用リード部６３ａと接続される。
第１ボンディングパッド電極２１０を正極、第２ボンディングパッド電極２４０を負極とし、第１積層半導体層１００（具体的には、第１ｐ型半導体層１６０、第１発光層１５０および第１ｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、第１発光層１５０が発光するようになっている。そして、発生した光は、第１ボンディングパッド電極２１０が設けられていない透明電極１７０の上面より、半導体発光素子６４ａの外部に取り出される。
【００４７】
なお、第１半導体発光素子６４ａの構成及びその製造方法等については、例えば特開２００９−１２３７１８号公報を参照して実施することができる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、図６に示すように、ＳｉＯ２のようなシリコン酸化物からなる第１保護層１８０を、透明電極１７０、第１ｐ型半導体層１６０、第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１ボンディングパッド電極２１０の周辺部分、第２ボンディングパッド電極２４０の周辺部分等の表面に覆うように形成されていてもよい。
これにより、前記ボンディングパッド電極（２１０、２４０）の上面を除き、第１半導体発光素子６４ａをシールドして、外部の空気や水分が第１半導体発光素子６４ａに浸入する可能性を大幅に低減して、第１半導体発光素子６４ａの透明電極１７０やボンディングパッド電極（２１０、２４０）の剥がれの防止にも寄与することができる。
第１保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることが好ましく、１００〜５００ｎｍとすることがより好ましく、１５０〜４５０ｎｍとすることが更に好ましい。
第１保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることにより、外部の空気や水分が第１半導体発光素子６４ａの第１発光層１０５まで浸入する可能性を大幅に低減して、第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０や第２ボンディングパッド電極２４０の剥がれを防止することができる。
【００４９】
そして、第１保護層１８０の形成方法は、例えば、先ず透明電極１７０、第１ｐ型半導体層１６０、第１ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１ボンディングパッド電極２１０の表面、第２ボンディングパッド電極２４０の表面にＳｉＯ2からなる第１保護層１８０を形成した後、第１保護層１８０上に図示しないレジストを塗布する。
そして、第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０の表面の一部のレジストを除去し、公知のエッチング手法によって第１保護層１８０を除去することで、それぞれの電極の表面の一部を露出させる。
以上のようにして、第１半導体発光素子６４ａが製造される。
【００５０】
＜赤色発光素子＞
図８は、本実施の形態において用いられる赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの構成の一例を説明する断面図である。図９は、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの上面図である。ここでは、発光ピーク波長が６６０ｎｍの赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂについて説明する。なお、図８に示す第２半導体発光素子６４ｂの断面図は、図９における上面図のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での断面図にあたる。
【００５１】
図８に示すように、第２半導体発光素子６４ｂは、第２積層半導体層３００と第２基板３１０とが接合されて構成されている。そして、第２積層半導体層３００は、歪調整層３２０、下部クラッド層として働く第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０、上部クラッド層として働く第２ｎ型半導体層３５０が、順に積層されて構成されている。
そして、第２半導体発光素子６４ｂは、第２ｎ型半導体層３５０の上面３５０ｃに形成され、ｎ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００と、第２積層半導体層３００の第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０の一部を切り欠くことによって露出した歪調整層３２０の上面３２０ｃに形成され、ｐ型パッド電極として働く第４ボンディングパッド電極４１０を備える。
なお、図９に示すように、第３ボンディングパッド電極４００は、第２ｎ型半導体層３５０上に、例えば格子状に形成された配線４０１と接続されている。配線４０１は、第３ボンディングパッド電極４００と同一材料により、第２ｎ型半導体層３５０からの光の取り出しに影響を与えないよう、細線にて形成されている。これにより、第２ｎ型半導体層３５０の電位分布を、配線４０１を設けない場合に比べ、より均一にし、第２発光層３４０の発光分布を均一化している。
【００５２】
さらに、第２半導体発光素子６４ｂは、第３ボンディングパッド電極４００および第４ボンディングパッド電極４１０の表面の一部を除いて、歪調整層３２０、第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０、第２ｎ型半導体層３５０を覆う第２保護層３６０を備える。
【００５３】
この第２半導体発光素子６４ｂにおいては、第３ボンディングパッド電極４００を負極、第４ボンディングパッド電極４１０を正極とし、両者を介して第２積層半導体層３００（より具体的には第２ｐ型半導体層３３０、第２発光層３４０および第２ｎ型半導体層３５０）に電流を流すことで、第２発光層３４０が発光するようになっている。そして、発生した光は、第３ボンディングパッド電極４００および配線４１０が設けられていない第２ｎ型半導体層３５０の上面や、第２基板３１０の側面より、第２半導体発光素子６４ｂの外部に取り出される。
【００５４】
以下では、第２半導体発光素子６４ｂの構成をより詳細に説明する。
（第２基板）
第２基板３１０は、図８に示すように、第２積層半導体層３００を構成する歪調整層３２０に接合されている。この第２基板３１０は、第２発光層３４０を機械的に支持するのに充分な強度を有するとともに、第２発光層３４０から出射される光を透過できるように、バンドギャップエネルギが広く、第２発光層３４０からの発光波長に対して光学的に透明な材料から構成されている。例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶体、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体、ガラス、サファイアなど絶縁基板から構成することができる。
一方、接合面に反射率の高い表面を有する機能性基板も選択できる。例えば、表面に銀、金、銅、アルミニウムなどである金属基板または合金基板や、半導体に金属ミラー構造を形成した複合基板なども選択できる。
【００５５】
そして、第２基板３１０は、第２発光層３４０を機械的に充分な強度で支持するために、例えば５０μｍ以上の厚みとすることが好ましい。また、第２積層半導体層３００と接合した後に第２基板３１０への機械的な加工を容易にするため、３００μｍの厚さを超えないものとすることが好ましい。すなわち、第２基板３１０は、５０μｍ以上且つ３００μｍ以下の厚さを有するｎ型ＧａＰ基板から構成するのが最適である。
【００５６】
また、図８に示すように、第２基板３１０の側面は、第２積層半導体層３００に近い側において、光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０の上面に対して略垂直である垂直面３１０ａを構成し、第２積層半導体層３００に遠い側において、第２基板３１０の内側に傾斜した傾斜面３１０ｂを構成している。これにより、第２発光層３４０から第２基板３１０側に放出された光を効率よく外部に取り出すことができる。すなわち、第２発光層３４０から第２基板３１０側に放出された光のうち、垂直面３１０ａで反射された光は、傾斜面３１０ｂから取り出すことができる。一方、傾斜面３１０ｂで反射された光は、垂直面３１０ａから取り出すことができる。このように、垂直面３１０ａと傾斜面３１０ｂとの相乗効果により、光の取り出し効率を高めることができる。
【００５７】
そして、本実施の形態においては、傾斜面３１０ｂと光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０の上面に平行な面とのなす角度αを、５５度〜８０度の範囲内とすることが好ましい。このような範囲とすることで、第２基板３１０の底面３１０ｃで反射された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、第２基板３１０の垂直面３１０ａの部分の厚さを、３０〜１００μｍとすることが好ましい。垂直面３１０ａの厚さをこの範囲内にすることで、第２基板３１０の底面３１０ｃで反射された光を垂直面３１０ａにおいて効率よく発光面に戻すことができ、光取り出し面である第２ｎ型半導体層３５０（第３ボンディングパッド電極４００が形成されていない部分）の上面から放出させることが可能となる。これにより、第２半導体発光素子６４ｂの発光効率を高めることができる。
【００５８】
また、第２基板３１０の傾斜面３１０ｂは、粗面化されることが好ましい。傾斜面３１０ｂが粗面化されると、傾斜面３１０ｂでの全反射を抑制し、この傾斜面３１０ｂからの光取り出し効率を上げる効果が得られる。
【００５９】
（歪調整層）
本実施の形態においては、第２基板３１０と第２ｐ型半導体層３３０との間に歪調整層３２０が設けられている。この歪調整層３２０は、第２発光層３４０からの発光波長に対して透明であるため、発光を吸収することなく高出力・高効率の第２半導体発光素子６４ｂとすることができる。
なお、この歪調整層３２０は、第２積層半導体層３００を形成する際に使用されるＧａＡｓ基板（図示せず）の格子定数よりも小さい格子定数を有している。このため、第２積層半導体層３００の反りの発生を抑制することができる。これにより、第２発光層３４０内に設けられた歪発光層の歪量の第２発光層３４０内でのばらつきを低減するため、単色性に優れた第２半導体発光素子６４ｂとすることができる。
なお、歪調整層３２０は、例えばＭｇドープしたキャリア濃度が約３×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約９μｍのｐ型ＧａＰである。
【００６０】
（第２ｐ型半導体層）
下部クラッド層として働く第２ｐ型半導体層３３０は、歪調整層３２０と第２発光層３４０との間に設けられている。第２ｐ型半導体層３３０は、例えばＭｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐで、キャリア濃度が約８×１０１７／ｃｍ３、厚さが約０．５μｍである。
また、歪調整層３２０と第２ｐ型半導体層３３０との間に、例えば（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐで、キャリア濃度が約８×１０１７／ｃｍ３、厚さが約０．０５μｍの中間層を設けてもよい。
【００６１】
（第２発光層）
第２ｐ型半導体層３３０と第２ｎ型半導体層３５０の間に、光を出射する第２発光層３４０が設けられている。第２発光層３４０は、その発光スペクトルのピーク発光波長が６５５〜６７５ｎｍの範囲とすることが好ましく、６６０〜６７０ｎｍの範囲とすることがより好ましい。上記範囲の発光波長は、植物育成（光合成）用の光源に適した発光波長の１つであり、光合成に対して反応効率が高い。
一方、７００ｎｍ以上の長波長は、植物の育成を抑制する反応が起こる。このため、長波長域の光量は少ない方が望ましい。よって、効率的に植物育成するためには、光合成反応に対して最適な６５５〜６７５ｎｍの波長領域の光が強く、７００ｎｍ以上の長波長の光を含まない赤色光源が最も好ましい。このことから、好ましい赤色光源にするためには、半値幅は狭い必要がある。
これらのことから、発光スペクトルの半値幅は、１０〜４０ｎｍであることが好ましく、さらに、発光波長７００ｎｍにおける発光強度が、ピーク発光波長における発光強度の１０％未満であることが好ましい。
【００６２】
第２発光層３４０は、歪発光層とバリア層を交互に積層して構成されている。歪発光層は、例えばアンドープで厚さが約１７ｎｍのＧａ０．４４Ｉｎ０．５６Ｐ、バリア層は、例えばアンドープで厚さが約１９ｎｍの（Ａｌ０．５３Ｇａ０．４７）０．５Ｉｎ０．５Ｐである。そして、歪発光層とバリア層とを交互に、例えば２２対積層している。
【００６３】
（第２ｎ型半導体層）
上部クラッド層として働く第２ｎ型半導体層３５０は、第２発光層３４０の上面に設けられている。
第２ｎ型半導体層３５０は、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度が約１×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約０．５μｍの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐである。
なお、第２ｎ型半導体層３５０の上面に、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度が約２×１０１８／ｃｍ３で、厚さが約３．５μｍの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層を設けてもよい。
【００６４】
（第３ボンディングパッド電極および第４ボンディングパッド電極）
ｎ型パッド電極である第３ボンディングパッド電極４００は、第２ｎ型半導体層３５０の上面３５０ｃに設けられており、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。
一方、ｐ型パッド電極である第４ボンディングパッド電極４１０は、露出させた歪調整層３２０の上面３２０ｃに設けられており、例えばＡｕＢｅ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００６５】
上記した第２半導体発光素子６４ｂは、次のようにして製造することができる。
先ず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上に、第２積層半導体層３００を順次積層する。ＧａＡｓ基板は、例えば（１００）面から（０−１−１）方向に１５°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度が２×１０１８／ｃｍ３である。
このＧａＡｓ基板上に、第２積層半導体層３００を、第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０、歪調整層３２０の順に形成する。
なお、ＧａＡｓ基板上と第２積層半導体層３００との間に、例えばＳｉをドープしたキャリア濃度を約２×１０１８／ｃｍ３、厚さを約０．５μｍのＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層を設けてもよい。
【００６６】
本実施の形態では、減圧有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法を用い、直径７６ｍｍ、厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板に第２積層半導体層３００をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）が使用できる。また、Ｍｇのドーピング原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）が使用できる。さらに、Ｓｉのドーピング原料としては、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が使用できる。そして、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）が使用できる。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰからなる歪調整層３２０は、７５０℃、その他の各層は７００℃で成長させる。
【００６７】
次に、歪調整層３２０を表面から約１μｍの深さに至るまで研磨して、鏡面加工する。一方、上記の歪調整層３２０の鏡面研磨した表面に貼付するｎ型ＧａＰからなる第２基板３１０を用意する。第２基板３１０は、例えば直径は７６ｍｍで、厚さが２５０μｍである。そして、第２基板３１０は、キャリア濃度が約２×１０１７／ｃｍ３となるように、Ｓｉをドープされた（１１１）面の単結晶の基板である。また、第２基板３１０の表面は、歪調整層３２０に接合させる前に、鏡面に研磨しておく。
【００６８】
引き続いて、一般の半導体材料貼付装置に、第２基板３１０と、第２積層半導体層３００が形成されたＧａＡｓ基板とを搬入し、例えば３×１０−５Ｐａとなるまで半導体材料貼付装置内を真空に排気する。
【００６９】
その後、第２基板３１０、および第２積層半導体層３００の歪調整層３２０の表面を、例えば電子を衝突させて中性（ニュートラル）化したＡｒビームを３分間に亘り照射して、双方の表面に吸着したガスなどを除去した。
その後、真空を維持した半導体材料貼付装置内において、第２基板３１０と第２積層半導体層３００の歪調整層３２０の表面を重ね合わせ、例えば圧力が５０ｇ／ｃｍ２となるように荷重を掛けて、室温で接合する。
【００７０】
さらに、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。次に、コンタクト層の表面に第３ボンディングパッド電極４００として、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜した。その後、公知のフォトリソグラフィを利用してパターニングを施し、ｎ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００を形成した。
【００７１】
次に、第４ボンディングパッド電極４１０を形成する領域の第２ｎ型半導体層３５０、第２発光層３４０、第２ｐ型半導体層３３０を選択的に除去し、歪調整層３２０を露出させた。この露出した歪調整層３２０の上面３２０ｃに、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法でｐ形パッド電極として働く第４ボンディングパッド電極４１０を形成する。
その後、４５０℃で１０分間熱処理を行って合金化し、それぞれが低抵抗のｎ型およびｐ型パッド電極として働く第３ボンディングパッド電極４００および第４ボンディングパッド電極４１０を形成する。
【００７２】
上記のようにして製造した第２半導体発光素子６４ｂは、図５（ａ）に示すように、発光素子パッケージ２１に組み込まれる。すなわち、第２半導体発光素子６４ｂの底面３１０ｃがリードフレームのアノード用リード部６２ｂ上に設置され、第３ボンディングパッド電極４００は、例えば金のボンディングワイヤ６５により、カソード用リード部６３ｂと接続され、第４ボンディングパッド電極４１０は、金のボンディングワイヤ６５により、アノード用リード部６２ａと接続されている。このことにより、ｎ型ＧａＰの第２基板３１０と、第３ボンディングパッド電極４００とは、同電位になっている。
なお、発光素子パッケージ２１の凹部６１ａは、ワイヤボンディングの後、一般的なエポキシ樹脂で封止されてもよい。
【００７３】
なお、本実施の形態における赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂは、ＡｌＧａＩｎＰからなる４元の化合物半導体を用いている。本明細書中では、ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰ等の記述は、各元素の組成比を簡略して記載することもある。一方、６６０ｎｍの光を発する半導体発光素子として、ＡｌＧａＡｓの３元の化合物半導体を用いたものが知られている。
本実施の形態におけるＡｌＧａＩｎＰを用いた第２半導体発光素子６４ｂは、ＡｌＧａＡｓを用いたものに比べて、Ａｌの比率が低いので、湿気による腐食に対して強いという特性を有している。
【００７４】
上記した第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、一例であって、これ以外の構造の半導体発光素子、これら以外の発光ピーク波長を有する半導体発光素子が用いうることは明らかである。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態においては、植物育成に必要とされる青色発光の第１半導体発光素子６４ａおよび赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂを実装した発光素子パッケージ２１を用いているので、照明装置１０の製造が容易である。
また、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂのそれぞれをオン／オフできるように、リードフレームのアノード用リード部６２ａ、６２ｂおよびカソード用リード部６３ａ、６３ｂが個別に設けられている。よって、照明制御配線３１を第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとで分けて設けることにより、植物の種類などによって、赤色と青色との光子の密度（光量子密度）を独立に制御することができる。
このように作製した照明装置１０において、２０ｃｍ直下の光量子密度は、青色発光の第１半導体発光素子６４ａの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、３００μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、２００μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃであった。
さらに、半導体発光素子を不点灯で、（Ｉ）５℃にて１５分間放置、（ＩＩ）１５分間で６０℃に昇温、（ＩＩＩ）６０℃にて１５分間放置、（ＩＶ）１５分間で５℃に降温、そして（Ｉ）に戻るという温度サイクルを１０００サイクル繰り返して行った温度サイクル試験において、照明装置１０の透明カバー１２（ガラス）内面に曇り、結露は見られなかった。また、３０℃、９５％ＲＨ（相対湿度）の環境下において、青色発光の第１半導体発光素子６４ａに１０ｍＡ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂに３０ｍＡを流して行った１０００時間の連続点灯試験において、照明装置１０内部に錆や半導体発光素子の不点灯は見られず、光量子密度は初期値の９８％を維持することができた。
【００７６】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、青色発光の第１半導体発光素子６４ａおよび赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂを含む発光素子パッケージ２１を回路基板２２に搭載し、この回路基板２２をさらに放熱基板２４に搭載していた。この方法では、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂから発生する熱は、発光素子パッケージ２１の金属リード、および回路基板２２のスルーホールを介して、回路基板２２の裏面から放熱基板２４に伝えられる。
この内、発光素子パッケージ２１の金属リードは厚さ０．１５ｍｍと薄く、発光素子パッケージ２１の熱抵抗は１００℃／Ｗとそれほど低くはない。
本実施の形態では、冷却効率をさらに向上させるため、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂを金属ベースの回路基板３２の金属ベース部に直接接着する方式（ＣＯＢ式：Chip on Board式）を採用した。
【００７７】
図１０は、本実施の形態が適用される照明装置２０の一例の断面図である。なお、照明装置２０は、筐体を構成する外装カバー１１、透明カバー１２、第１側面カバー１３、第２側面カバー１４を、第１の実施の形態と同様に備えている。さらに、本実施の形態でも、青色発光の第１半導体発光素子６４ａと赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂとを用いている。
本実施の形態では、放熱基板２４の一方の面に、第１の実施の形態と同様に、冷媒配管２５が設けられている。そして、放熱基板２４の他方の面に、絶縁性放熱材２３を介してＣＯＢ式の回路基板３２がネジ止めされている。なお、図１０では、反射器２６を設けているが、設けなくともよい。
【００７８】
図１１は、チップオンボード（ＣＯＢ）式の回路基板３２に設けられた接続配線５２０と半導体発光素子（第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）との接続関係の一例を説明するための平面図である。ここで、図１１（ａ）は、放熱基板２４に絶縁性放熱材２３を介してネジ止めされたＣＯＢ式の回路基板３２上の回路パターンの例を説明する平面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の破線で囲んだ部分の拡大図であって、回路基板３２上に配置された第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂと、接続配線５２０との接続関係を示している。
なお、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態において説明した構成と同じ構成には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
まず、図１１（ａ）において、接続配線５２０が形成された回路基板３２について説明する。
回路基板３２は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの発光に伴って発生した熱を栽培室６０外に排出するための基板である。そこで、回路基板３２は、熱伝導率がよい材質で構成されている。
回路基板３２としては、熱伝導率に優れたＡｌ、Ｃｕが用いうる。
【００８０】
一方、回路基板３２の表面には、両面に接続配線５２０が形成された絶縁層５１０が設けられている。そして、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂを回路基板３２上に直接搭載できるように、回路基板３２の表面が露出するように絶縁層５１０が除去され、複数の半導体発光素子設置部５３０が設けられている。図１１（ａ）では、一例として、複数の半導体発光素子設置部５３０が回路基板３２の長手方向に等間隔に２列に、列当たり１５個配置されている。
そして、複数の半導体発光素子設置部５３０のそれぞれには、例えば第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとをペアにして配置されている。第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、接続配線５２０を介して給電される。接続配線５２０は、図１１（ａ）に示すように、具体的には複数に分割された配線から構成されている。
【００８１】
次に、図１１（ｂ）において、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂと、接続配線５２０との接続関係の一例を説明する。
第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとはペアを構成し、そのペアが半導体発光素子設置部５３０内に配置されている。第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂは、回路基板３２の短手方向に並べて配置され、第１半導体発光素子６４ａが回路基板３２の外側に、第２半導体発光素子６４ｂが回路基板３２の内側に配置されている。
そして、ある第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０がそれに隣接して配置された他の第１半導体発光素子６４ａの第２ボンディングパッド電極２４０に、絶縁層５１０上の接続配線５２０を介して接続されている。第１ボンディングパッド電極２１０または第２ボンディングパッド電極２４０と接続配線５２０とは、ボンディングワイヤ６５で接続されている。
また、接続配線５２０を跨いで他の２つの接続配線５２０を接続することが必要な部分には、低抵抗のチップ抵抗６６にて渡り配線がされている。
【００８２】
このように、複数の第１半導体発光素子６４ａが、接続配線５２０によって直列に接続されている。同様に、複数の第２半導体発光素子６４ｂが、接続配線５２０によって直列に接続されている。ただし、複数の第１半導体発光素子６４ａと複数の第２半導体発光素子６４ｂとは、相いに接続されていない。これは、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを個別に点灯制御しうるようにするためである。
つまり、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間には、回路基板３２の内側に配列された第２半導体発光素子６４ｂのみが直列に１０個接続されている。一方、接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間には、回路基板３２の外側に配列された第１半導体発光素子６４ａのみが直列に１０個接続されている。これにより、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間に、照明制御部３０が第２半導体発光素子６４ｂの順方向電圧を直列に接続された個数倍した電圧を印加して、第２半導体発光素子６４ｂに順方向電流を流すことにより、直列に接続された複数の第２半導体発光素子６４ｂを同時に点灯させることができる。接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間においても同様である。
【００８３】
なお、本実施の形態では、図１１（ａ）に示すように、回路基板３２の図中右側、中央、左側に配置され、それぞれが直列に接続された１０個の第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂが、接続配線端子５２０ａと５２０ｂとの間または接続配線端子５２０ｃと５２０ｄとの間に並列に接続されている。このように、直列接続した第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂの列を複数並列に接続することで、回路基板３２上のすべての第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂを直列に接続する場合に比べ、第１半導体発光素子６４ａまたは第２半導体発光素子６４ｂに供給する電圧を低く抑えることができる。
【００８４】
図１２は、本実施の形態における半導体発光素子（第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂ）を直接搭載したチップオンボード（ＣＯＢ）式の回路基板３２をさらに説明する図である。図１２（ａ）は、一つの半導体発光素子設置部５３０の部分を拡大して示した平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線での断面図である。
回路基板３２の両面には、接続配線５２０が形成された絶縁層５１０が設けられている。そして、絶縁層５１０は、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを設置する半導体発光素子設置部５３０において、回路基板３２が露出するように除去されている。
【００８５】
半導体発光素子設置部５３０の露出した回路基板３２上には、第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとが配置されている。そして、第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０と第２ボンディングパッド電極２４０とは、絶縁層５１０上に形成された接続配線５２０にボンディングワイヤ６５で接続されている。同様に、第２半導体発光素子６４ｂの第３ボンディングパッド電極４００と第４ボンディングパッド電極４１０とは、それぞれ接続配線５２０にボンディングワイヤ６５で接続されている。
【００８６】
図１２（ｂ）に示すように、絶縁層５１０（絶縁層５１０の両面に形成された接続配線５２０を含む）は接着層５４０を介して回路基板３２に積層されている。そして、絶縁層５１０の半導体発光素子設置部５３０となる部分が、その側面が例えば円錐状になるように除去され、回路基板３２が露出するようになっている。
絶縁層５１０の材料は限定されず、樹脂、セラミック等の周知のものを任意に用いることができる。特に、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシが好ましい。
接続配線５２０の材料も限定されず、Ｃｕ、Ａｌ等の周知のものを任意に用いることができる。
接着層５４０もまた、回路基板３２および絶縁層５１０の両者に接合可能なものであれば材質は限定されない。エポキシ樹脂等のホットメルト接着剤を用いて熱プレスにより回路基板３２に接合してもよい。粘着性の接着剤を用いて回路基板３２に貼付してもよい。
なお、ここでは、絶縁層５１０の両面に接続配線５２０が形成されているとしたが、片面にのみ接続配線５２０が形成されていてもよい。
【００８７】
第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとは、例えば樹脂で回路基板３２に固定されている。また、第１半導体発光素子６４ａの裏面に、Ａｌ、Ｎｉなどの金属層を介して、ＡｕＳｎ層が形成され、回路基板３２の表面に熱溶融により固定されるとより好ましい。第２半導体発光素子６４ｂについても、同様である。
そして、それぞれのｎ型パッド電極およびｐ型パッド電極と接続配線５２０とが、金等のボンディングワイヤ６５で接続されている。
そして、半導体発光素子設置部５３０に、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂとボンディングワイヤ６５とを覆い包むように封止樹脂５５０を設けている。封止樹脂５５０は、前述したように、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂが発光する光を透過する透明樹脂から構成されていればよい。透明樹脂としては、例えば、凹部を覆うように封止する硬化性樹脂と、これを硬化させる硬化剤と、さらに必要により配合される、例えば酸化防止剤、変色防止剤、光劣化防止剤、反応性希釈剤、無機充填剤、難燃剤、有機溶剤等を含むものがよい。硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシシリコーン混成樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好ましく、特にシリコーン樹脂が特によい。
【００８８】
このような構造は、例えば次のようにして製造することができる。
板状の絶縁層５１０として、０．１ｍｍ厚のガラスエポキシの両面側に、厚さ１８μｍの全面銅箔を形成し、この銅箔をエッチング加工して接続配線５２０を形成する。電界メッキ法にて回路パターンの銅箔表面に厚さ２μｍ以上の銀メッキを施すため、表面の回路パターンはスルーホールを介して裏面の回路パターンで全て導通しており、銀メッキの形成後は、回路基板３２の端部を切り落とすことで、回路パターンの縁切りをする。そして、裏面側にホットメルト接着剤による厚さ５０μｍの接着層５４０を形成する。
次に、板状の絶縁層５１０の半導体発光素子設置部５３０となる部分の絶縁層５１０をパンチング等で除去する。
そして、厚さ０．７ｍｍの高反射アルミニウム板と板状の絶縁層５１０とを予め定められた位置で重ね合わせ、熱プレスする。これにより、高反射アルミニウム板と板状の絶縁層５１０とが強固に接合され、ＣＯＢ式の回路基板３２が形成される。
【００８９】
次いで、回路基板３２の金属ベースの露出部に第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを接着する。第１半導体発光素子６４ａの第１ボンディングパッド電極２１０および第２ボンディングパッド電極２４０と接続配線５２０とをボンディングワイヤ６５で接続する。
これにより、回路基板３２に第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとを直接搭載した構造、いわゆるＣＯＢができる。
【００９０】
このように作製した照明装置２０において、２０ｃｍ直下の光子の密度（光量子密度）は、青色発光の第１半導体発光素子６４ａの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、２５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂの１個当たりに２０ｍＡを流した場合、１５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓｅｃであった。
【００９１】
さらに、半導体発光素子を不点灯で、（Ｉ）５℃にて１５分間放置、（ＩＩ）１５分間で６０℃に昇温、（ＩＩＩ）６０℃にて１５分間放置、（ＩＶ）１５分間で５℃に降温、そして（Ｉ）に戻るという温度サイクルを１０００サイクル繰り返して行った温度サイクル試験において、照明装置２０の透明カバー１２（ガラス）内面に曇り、結露は見られなかった。また、３０℃、９５％ＲＨ（相対湿度）の環境下において、青色発光の第１半導体発光素子６４ａに１０ｍＡ、赤色発光の第２半導体発光素子６４ｂに３０ｍＡを流して行った１０００時間の連続点灯試験において、照明装置２０内部に錆や半導体発光素子の不点灯は見られず、光量子密度は初期値の９８％を維持することができた。
【００９２】
なお、本実施の形態において、光を効率よく取り出すために、半導体発光素子設置部５３０を取り囲む絶縁層５１０の側面に反射面を設けてもよい。反射面は、Ａｌ等の反射率の高い金属膜で形成してもよく、半導体発光素子設置部５３０の形状に嵌合するＡｌ等で構成された金属リングを嵌めこんでもよい。
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態においてと同様に、回路基板３２上の第１半導体発光素子６４ａと第２半導体発光素子６４ｂとから発する光の方向を設定するための反射器２６を設けてもよい。なお、反射器２６は、半導体発光素子設置部５３０に対応して、例えば放物線状の反射面が形成されるようにしてよい。ペアを構成する第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに対して、それぞれに反射器２６を設けてもよく、ペア毎に反射器２６を設けてもよい。さらに、回路基板３２の短手又は長手方向のみ、光の方向を制御するときは、スリット状の反射器２６としてもよい。
【００９３】
また、本実施の形態では、接続配線５２０を跨いで他の２つの接続配線５２０を接続する部分に、低抵抗のチップ抵抗６６を用いたが、接続配線５２０を多層に構成してもよい。
【００９４】
本実施の形態が適用される照明装置１０、２０は、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの発する熱が放熱基板２４および放熱基板２４に設けられた冷媒導管２５中の冷媒により栽培室６０の外部に放出される。このため、発光効率の減少無く、また、劣化のおそれなく、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂに大電流を供給し高光出力で稼働させうる。
照明装置１０、２０の内部は、密閉されて、外気の流入を抑制しているので、湿気の侵入による第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの湿気による腐食を抑制することができる。さらに、照明装置１０、２０の内部が乾燥空気または乾燥窒素が充填されていれば、第１半導体発光素子６４ａおよび第２半導体発光素子６４ｂの湿気による腐食をより抑制することができる。このため、湿気で腐食しやすいＧａＡｌＡｓ系の半導体発光素子であっても植物栽培用の照明装置１０、２０として使用することができる。
また、照明装置１０、２０は、乾燥空気または乾燥窒素が充填されるとともに、外気の流入を抑制した内部に、冷媒導管２５を配設しているので、高温・高湿の栽培室６０に冷媒を流通させても結露することがなく、放熱基板２４および冷媒導管２５の結露水による腐食が抑制できる。
【００９５】
そして、本実施の形態においては、雄型の第１配管カップラ１６と雌型の第２配管カップラ１７とにより簡単な操作で連結できるので、複数の照明装置１０、２０の連結や取り外しが容易で、植物栽培システム１の構築や変更が容易にできる。そして、複数の照明装置１０、２０を冷媒の通路となる配管部材（雄型の第１配管カップラ１６と雌型の第２配管カップラ１７）により連結するので、連結のための部材を別に設ける必要がない。さらに、複数の照明装置１０、２０を近接して配置することができ、栽培室６０のスペースを有効に活用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１…植物栽培システム、１０、２０…照明装置、１１…外装カバー、１２…透明カバー、１３…第１側面カバー、１４…第２側面カバー、１５…配管継手、１６…第１配管カップラ、１７…第２配管カップラ、２１…発光素子パッケージ、２２、３２…回路基板、２３…絶縁性放熱材、２４…放熱基板、２５…冷媒導管、２６…反射器、３０…照明制御部、３１…照明制御配線、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…アノード用リード部、６３ａ、６３ｂ…カソード用リード部、６４ａ…第１半導体発光素子、６４ｂ…第２半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子と、
前記発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、当該発光素子を覆うように設けられた筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、
前記放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管と
を備え、
前記筐体は、当該筐体の内部に前記冷媒導管を含むとともに、当該筐体の内部が外気の流入を抑制するように構成されている
ことを特徴とする植物栽培用の照明装置。
【請求項２】
前記筐体は、当該筐体の内部が乾燥空気または乾燥窒素で充填されることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項３】
前記植物栽培用の照明装置は、前記冷媒導管と、隣接する照明装置が備える隣接冷媒導管とを連結し、当該隣接冷媒導管と当該冷媒導管との間で冷媒の流路を形成する連結手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項４】
前記筐体は、長尺の箱形であって、長尺方向の１つの面が前記透光性窓部を構成し、長尺方向の他の３つの面は連なった外装部を構成し、残りの２面は側面部を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項５】
前記外装部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作される
ことを特徴とする請求項４に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項６】
前記放熱基板は、冷媒導管を挿入する部分を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作され、挿入される冷媒導管と一体に構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項７】
前記発光素子は、発光素子パッケージに設置され、当該発光素子パッケージが回路基板に固着され、当該回路基板が前記放熱基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項８】
前記発光素子は、金属ベースの回路基板の金属ベース部に直付けされ、当該回路基板が前記放熱基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項９】
前記発光素子は、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍの発光素子と、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍの発光素子とを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１０】
前記発光素子は、ｐｎ接合型の発光部と、当該発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、
前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有し、
前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に前記歪発光層および前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１１】
前記発光素子と前記透光性窓部との間に、当該発光素子の光の方向を設定する反射器をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１２】
複数の発光素子と、当該発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、当該発光素子を覆うように設けられた筐体と、当該筐体の内部に配置され、前記発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、当該放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、隣接する当該冷媒導管を相互に連結して冷媒の流路を形成する複数の植物栽培用の照明装置と、
前記複数の植物栽培用の照明装置の、連結された前記冷媒導管に冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記複数の植物栽培用の照明装置の前記発光素子の点灯と消灯とを制御する照明制御部と
を備えることを特徴とする植物栽培システム。
【請求項１】
複数の発光素子と、
前記発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、当該発光素子を覆うように設けられた筐体と、
前記筐体の内部に配置され、前記発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、
前記放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管と
を備え、
前記筐体は、当該筐体の内部に前記冷媒導管を含むとともに、当該筐体の内部が外気の流入を抑制するように構成されている
ことを特徴とする植物栽培用の照明装置。
【請求項２】
前記筐体は、当該筐体の内部が乾燥空気または乾燥窒素で充填されることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項３】
前記植物栽培用の照明装置は、前記冷媒導管と、隣接する照明装置が備える隣接冷媒導管とを連結し、当該隣接冷媒導管と当該冷媒導管との間で冷媒の流路を形成する連結手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項４】
前記筐体は、長尺の箱形であって、長尺方向の１つの面が前記透光性窓部を構成し、長尺方向の他の３つの面は連なった外装部を構成し、残りの２面は側面部を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項５】
前記外装部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作される
ことを特徴とする請求項４に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項６】
前記放熱基板は、冷媒導管を挿入する部分を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の押し出し成型により製作され、挿入される冷媒導管と一体に構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項７】
前記発光素子は、発光素子パッケージに設置され、当該発光素子パッケージが回路基板に固着され、当該回路基板が前記放熱基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項８】
前記発光素子は、金属ベースの回路基板の金属ベース部に直付けされ、当該回路基板が前記放熱基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項９】
前記発光素子は、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍの発光素子と、発光ピーク波長が６５５〜６７５ｎｍの発光素子とを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１０】
前記発光素子は、ｐｎ接合型の発光部と、当該発光部に積層された歪調整層とを少なくとも含む化合物半導体層を備え、
前記発光部は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．１、０．３７≦Ｙ≦０．４６）からなる歪発光層とバリア層との積層構造を有し、
前記歪調整層は、発光波長に対して透明であると共に前記歪発光層および前記バリア層の格子定数よりも小さい格子定数を有する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１１】
前記発光素子と前記透光性窓部との間に、当該発光素子の光の方向を設定する反射器をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の植物栽培用の照明装置。
【請求項１２】
複数の発光素子と、当該発光素子の発する光を透過する透光性窓部を有し、当該発光素子を覆うように設けられた筐体と、当該筐体の内部に配置され、前記発光素子が発生する熱を伝導により放熱する放熱基板と、当該放熱基板に取り付けられ、冷媒の流路となる冷媒導管とを備え、隣接する当該冷媒導管を相互に連結して冷媒の流路を形成する複数の植物栽培用の照明装置と、
前記複数の植物栽培用の照明装置の、連結された前記冷媒導管に冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記複数の植物栽培用の照明装置の前記発光素子の点灯と消灯とを制御する照明制御部と
を備えることを特徴とする植物栽培システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２８４１２７（Ｐ２０１０−２８４１２７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１８７６（Ｐ２００９−１４１８７６）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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