出典：劉浩成. LED工場照明産業の発展状況と動向[J].照明工学ジャーナル,2018,29(04):8-9.
記事ソース: Material Once Deep

光は植物の成長と発育にとって基本的な環境要因です。光は光合成を通じて植物の成長にエネルギーを供給するだけでなく、植物の成長と発育を調節する重要な因子でもあります。人工光による補助、あるいは完全な人工光照射は、植物の成長を促進し、収量を増加させ、製品の形状や色を改善し、機能性成分を強化し、病害虫の発生を抑制することができます。本日は、植物照明業界の発展状況と動向についてお話しします。
人工光源技術は、植物照明分野でますます広く利用されています。LEDは、高い光効率、低発熱、小型、長寿命など、多くの利点を有しており、特に植物育成照明分野では大きなメリットがあります。植物育成照明業界では、植物栽培用のLED照明器具が徐々に導入されるでしょう。

A.LED栽培照明産業の発展状況 

1.栽培照明用LEDパッケージ

栽培照明LEDパッケージング分野においては、多種多様なパッケージングデバイスが存在し、統一された測定・評価基準システムが存在しないため、海外メーカーは国産品と比較して、主にハイパワー、COB、モジュールといった方向性に注力しています。特に、白色光シリーズの栽培照明は、植物の生育特性と人間工学に基づいた照明環境を考慮し、信頼性、光効率、様々な生育周期における様々な植物の光合成放射特性において、より大きな技術的優位性を有しています。高出力、中出力、低出力の各種製品と様々なサイズの植物製品を取り揃え、様々な生育環境における様々な植物のニーズに対応し、植物の成長と省エネの最大化という目標を達成することが期待されています。

チップエピタキシャルウエハーに関するコア特許の多くは、日本の日亜化学工業やアメリカンキャリアといった先行企業が依然として保有しています。国内のチップメーカーには、市場競争力のある特許製品がまだ不足しています。同時に、多くの企業が栽培照明用チップのパッケージング分野で新技術の開発に取り組んでいます。例えば、オスラムの薄膜チップ技術は、チップを高密度にパッケージングすることで大面積の照明面を実現しています。この技術に基づくと、波長660nmの高効率LED照明システムは、栽培エリアのエネルギー消費量を40%削減できます。

2. 照明スペクトルとデバイスの成長
植物照明のスペクトルはより複雑で多様です。植物によって成長サイクルや生育環境が異なると、必要なスペクトルも大きく異なります。このような異なるニーズに対応するため、現在、業界では以下の方式が存在します。 ①複数の単色光の組み合わせ方式。植物の光合成に最も効果的な3つのスペクトルは、主に450nmと660nmにピークを持つスペクトル、植物の開花を誘導する730nm帯、そして525nmの緑色光と380nm以下の紫外線帯です。植物のさまざまなニーズに応じてこれらのスペクトルを組み合わせて、最適なスペクトルを形成します。 ②植物の要求スペクトルを完全にカバーするためのフルスペクトル方式。ソウル半導体とサムスンが代表するSUNLIKEチップに対応するこのタイプのスペクトルは、最も効率的ではないかもしれませんが、すべての植物に適しており、コストは単色光の組み合わせソリューションよりもはるかに低くなります。 ③フルスペクトル白色光を主として、660nm赤色光と組み合わせることでスペクトル効率を高めます。この方式はより経済的で実用的です。

植物育成照明用単色光LEDチップ（主な波長は450nm、660nm、730nm）のパッケージングデバイスは、国内外の多くの企業がカバーしていますが、国産品はより多様で仕様も豊富であり、海外メーカーの製品はより標準化されています。同時に、光合成光子束、光効率などの面では、国内外のパッケージングメーカーの間には依然として大きな隔たりがあります。植物育成照明用単色光パッケージングデバイスについては、450nm、660nm、730nmを主な波長帯とする製品に加えて、多くのメーカーが他の波長帯の新製品も開発し、光合成有効放射（PAR）波長（450～730nm）を完全にカバーすることを実現しています。

単色LED植物育成ライトは、すべての植物の育成に適しているわけではありません。そのため、フルスペクトルLEDの利点が強調されています。フルスペクトルは、まず可視光（400〜700nm）の全スペクトルを完全にカバーすることを達成し、青緑色光（470〜510nm）、深赤色光（660〜700nm）の2つの帯域の性能を向上させる必要があります。通常の青色LEDまたは蛍光体付き紫外線LEDチップを使用して「フル」スペクトルを実現し、その光合成効率にはそれぞれ高低があります。植物照明用白色LEDパッケージングデバイスのほとんどのメーカーは、青色チップ+蛍光体を使用してフルスペクトルを実現しています。単色光と青色光、または紫外線チップ+蛍光体による白色光を実現するパッケージングモードに加えて、植物照明パッケージングデバイスには、赤青/紫外線、RGB、RGBWなどの2つ以上の波長チップを使用する複合パッケージングモードもあります。このパッケージングモードは、調光に大きな利点があります。

狭波長LED製品に関しては、ほとんどのパッケージングサプライヤーが365～740nm帯の様々な波長製品を顧客に提供できます。蛍光体変換による植物照明スペクトルに関しても、ほとんどのパッケージングメーカーが多様なスペクトルを顧客に提供しており、2016年と比較して2017年の売上高成長率は大幅に増加しました。その中でも、660nm LED光源の成長率は20～50%に集中しており、蛍光体変換型植物照明LED光源の成長率は50～200%に達しています。つまり、蛍光体変換型植物照明LED光源の売上高成長率はより速いペースで伸びているということです。

すべてのパッケージング企業は、0.2～0.9Wおよび1～3Wの汎用パッケージ製品を提供できます。これらの光源により、照明メーカーは照明設計において優れた柔軟性を得ることができます。さらに、一部のメーカーは、より高出力の統合パッケージ製品も提供しています。現在、ほとんどのメーカーの出荷の80%以上が0.2～0.9Wまたは1～3Wです。中でも、大手国際パッケージング企業の出荷は1～3Wに集中しており、中小規模のパッケージング企業の出荷は0.2～0.9Wに集中しています。

3.植物育成照明の応用分野

応用分野から見ると、植物栽培照明器具は主に温室照明、全人工照明植物工場、植物組織培養、屋外農業フィールド照明、家庭用野菜や花の栽培、実験室研究に使用されています。

①ソーラー温室や連棟温室では、補助照明としての人工光の割合はまだ低く、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプが主流です。LED栽培照明システムの普及率は比較的低いものの、コストの低下に伴い成長率が加速し始めています。その主な理由は、ユーザーがメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプを長年使用してきた経験があり、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプを使用することで、植物の火傷を防ぎながら、温室の熱エネルギーの約6％から8％を供給できることです。LED栽培照明システムは、具体的かつ効果的な使用方法やデータサポートを提供していなかったため、昼光温室や連棟温室への適用が遅れました。現在は、小規模な実証アプリケーションが依然として主流です。LEDは冷光源であるため、植物の樹冠に比較的近い位置で光を照射できるため、温度への影響が少なくなります。昼光温室や連棟温室では、LED栽培照明は株間栽培でより一般的に使用されています。

②露地農業への応用。施設農業における植物照明の普及と応用は比較的遅れているが、経済価値の高い露地長日作物（ドラゴンフルーツなど）へのLED植物照明システム（光周期制御）の応用は急速に発展している。

③植物工場。現在、最も普及している植物照明システムは全人工光型植物工場であり、集中型多層型と分散型移動型植物工場に分類されます。中国における人工光型植物工場の発展は急速に進んでいます。集中型多層型全人工光型植物工場の主な投資主体は、伝統的な農業企業ではなく、中科三安、鴻海、蘇州パナソニック、京東などの半導体や家電製品を扱う企業、そしてCOFCOや西崔などの新興現代農業企業です。分散型および移動型植物工場では、輸送コンテナ（新品コンテナまたは中古コンテナの改造）が依然として標準的な運搬手段となっています。すべての人工植物の植物照明システムは、主に線状または平面アレイ照明システムを採用しており、栽培品種は拡大を続けています。様々な実験的な光方式のLED光源が広く普及し始めており、市場に出回っている製品は主に緑葉野菜です。

④家庭用植物の栽培。LEDは家庭用植物テーブルランプ、家庭用植物栽培ラック、家庭用野菜栽培機などに使用できます。

⑤薬用植物の栽培。薬用植物の栽培には、アノエクトキルスやムラサキバレンギクなどの植物が含まれます。これらの市場では、製品はより高い経済的価値を持ち、現在、植物照明の用途が拡大している産業となっています。さらに、北米およびヨーロッパの一部における大麻栽培の合法化は、大麻栽培分野におけるLED栽培照明の適用を促進しました。

⑥開花照明。花卉園芸業界において、花の開花時期を調整するために欠かせないツールである開花照明は、当初は白熱灯が使用され、その後省エネ型の蛍光灯が普及しました。LED産業の発展に伴い、従来の照明器具はLED式開花照明器具に徐々に置き換えられています。

⑦植物組織培養。従来の組織培養光源は主に白色蛍光灯でしたが、発光効率が低く、発熱量が大きいという問題がありました。LEDは、消費電力が少なく、発熱量が少なく、長寿命といった優れた特徴を持つため、効率的で制御性に優れ、コンパクトな植物組織培養に適しています。現在、白色LED管が徐々に白色蛍光灯に取って代わりつつあります。

4. 栽培照明企業の地域分布

統計によると、現在、わが国には300社以上の栽培照明企業があり、珠江デルタ地域の栽培照明企業が50％以上を占め、すでに主要な地位を占めています。長江デルタの栽培照明企業は約30％を占めており、依然として栽培照明製品の重要な生産地域です。従来の栽培ランプ企業は、主に長江デルタ、珠江デルタ、環渤海に分布しており、そのうち長江デルタが53％、珠江デルタと環渤海がそれぞれ24％と22％を占めています。LED栽培照明メーカーの主な分布地域は、珠江デルタ（62％）、長江デルタ（20％）、環渤海（12％）です。

B. LED栽培照明産業の発展動向

1. 専門化

LED栽培照明は、スペクトルと光​​強度を調整でき、全体的な発熱が少なく、防水性に優れているなどの特徴があり、様々なシーンの栽培照明に適しています。同時に、自然環境の変化と人々の食品の品質への追求は、施設型農業と栽培工場の活発な発展を促進し、LED栽培照明業界を急速な発展期へと導きました。今後、LED栽培照明は、農業生産効率の向上、食品の安全性の向上、果物や野菜の品質向上において重要な役割を果たすでしょう。栽培照明用のLED光源は、業界の段階的な専門化に伴い、さらに発展し、よりターゲットを絞った方向へと進んでいくでしょう。

2. 高効率

光効率とエネルギー効率の向上は、植物照明の運用コストを大幅に削減する鍵です。従来のランプをLEDに置き換え、苗床から収穫期まで、植物の光処方の要求に応じて光環境を動的に最適化・調整することは、今後の洗練された農業の必然的な流れです。収量向上の面では、植物の発育特性に応じて光処方と組み合わせた段階的・地域的な栽培が可能になり、各段階の生産効率と収量を向上させることができます。品質向上の面では、栄養調整と光調整によって栄養素などの健康機能成分の含有量を増やすことができます。

推計によると、現在、全国の野菜苗の需要は6,800億ですが、工場苗の生産能力は10％未満です。苗木産業は環境要件が高く、生産シーズンは主に冬と春です。自然光が弱いため、人工の補助光が必要です。植物育成照明は、入出力が比較的高く、入力の受容度も高いです。LEDには独自の利点があります。果物や野菜（トマト、キュウリ、メロンなど）は接ぎ木が必要であり、高湿度条件下での特定のスペクトルの光補充は、接ぎ木された苗の治癒を促進できます。温室野菜栽培補助光は、自然光の不足を補い、植物の光合成効率を向上させ、開花と結実を促進し、収量を増やし、製品の品質を向上させることができます。LED栽培照明は、野菜の苗や温室生産において幅広い応用展望を持っています。

3. インテリジェント

植物育成照明では、光質と光量のリアルタイム制御が強く求められています。インテリジェント制御技術の進歩とIoT（モノのインターネット）の応用により、多様な単色スペクトルとインテリジェント制御システムによって時間制御と光制御が実現され、植物の生育状況に応じて光質と光出力をタイムリーに調整することが、今後の植物育成照明技術の発展における主要なトレンドとなることは間違いありません。