KR101080449B1 - 작물재배용 다층 ｌｅｄ 광원 장치 - Google Patents

작물재배용 다층 ｌｅｄ 광원 장치 Download PDF

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Abstract

작물재배용 다층 LED 광원장치를 제공한다. 상기 작물재배용 다층 LED 광원장치는 작물이 배치되는 제1 작물 기판, 상기 제1 작물 기판 상에 배치되는 제1 라이트 유닛, 상기 제1 라이트 유닛 상에 배치되고, 작물이 배치되는 제2 작물 기판 및 상기 제2 작물 기판 상에 배치되는 제2 라이트 유닛을 구비하되, 상기 각 라이트 유닛은 회로 기판, 및 상기 회로 기판이 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛과 다수개의 LED 유닛들을 구비한다.
발광다이오드, 광원장치, 다층구조, 작물재배용

Description

작물재배용 다층 ＬＥＤ 광원 장치{Multi layers LED light source device for culturing of crops}
본 발명은 광원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작물재배용 다층 LED 광원 장치에 관한 것이다.
버섯과 같은 작물을 재배하기 위해서는 광원이 필수적으로 요구된다. 종래에는 이러한 작물들을 재배하기 위해 백열등 또는 형광등과 같은 산란광들이 사용되었다.
이러한 백열등 또는 형광등은 발열이 심하고, 광의 산란으로 인해 작물의 손상과 더불어 균일한 광 조사가 어려운 문제점이 있다. 특히, 발열의 발생으로 인해, 광원과 작물들은 원거리를 확보해야 하기 때문에 작물들이 요구하는 광량을 충분하게 조사할 수 없고, 광원을 배치시키는 공간을 확보하는데 어려움이 있다. 따라서, 작물 또는 광원을 배치시키는 공간의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 이러한 산란광들은 수명이 짧아 교체에 따른 번거로움 및 경제적인 손실이 야기된다. 이 뿐만 아니라, 작물들은 종류에 따라 파장, 광량 및 광조사 시간이 다르게 요구되는데 종래에는 파장, 광량 및 광조사 시간을 조절하는 장치가 구비되지 않아 단일 공간 내에서 한정된 작물만 재배해야 하는 문제점이 있다. 따라서, 발열이 적고, 공간 효율성이 좋으며, 단일 공간 내에서 다양한 작물 재배가 가능한 광원 장치가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 발열이 적고, 공간 효율성이 좋으며, 단일 공간 내에서 다양한 작물 재배가 가능한 작물재배용 다층 LED 광원 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 작물재배용 다층 LED 광원장치를 제공한다. 상기 작물재배용 다층 LED 광원장치는 작물이 배치되는 제1 작물 기판, 상기 제1 작물 기판 상에 배치되는 제1 라이트 유닛, 상기 제1 라이트 유닛 상에 배치되고, 작물이 배치되는 제2 작물 기판 및 상기 제2 작물 기판 상에 배치되는 제2 라이트 유닛을 구비하되, 상기 각 라이트 유닛은 회로 기판, 및 상기 회로 기판이 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛과 다수개의 LED 유닛들을 구비한다.
상기 작물재배용 LED 광원장치는 다수개의 LED 유닛의 동작을 개별적으로 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다. 상기 제어장치는 파장 조절부, 광방출 시간 제어부 및 광량 조절부를 포함할 수 있다.
상기 LED 유닛들은 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛을 포함할 수 있다. 상기 LED 유닛들은 상기 광전송 유닛의 측부에 위치할 수 있다.
상기 광전송 유닛은 도파관, 광섬유 또는 도광판일 수 있으며, 상기 광전송 유닛은 도광판 상에 위치하는 광확산판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 광원장치는 상기 베이스 기판 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 상기 다수개의 LED 유닛들이 위치하고, 상기 다수개의 LED 유닛들 상에 상기 광전송 유닛이 위치할 수 있다. 상기 광전송 유닛은 광확산판일 수 있다.
상기 다수개의 LED 유닛들은 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛을 포함하고, 상기 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛은 사각형을 이루도록 배열될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 작물재배용 다층 LED 광원장치는 작물이 배치되는 제1 작물 기판, 상기 제1 작물 기판 상에 배치되는 제1 라이트 유닛, 상기 제1 라이트 유닛 상에 배치되고, 작물이 배치되는 제2 작물 기판 및 상기 제2 작물 기판 상에 배치되는 제2 라이트 유닛을 구비하되, 상기 각 라이트 유닛은 회로 기판, 및 상기 회로 기판이 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛과 다수개의 LED 유닛들을 구비한다. 이에 따라 나타날 수 있는 효과는 하기와 같다.
첫째로, 상기 LED 유닛은 산란광에 비해 발열이 매우 적기 때문에 작물들과 광원이 근접하더라도, 열에 대한 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 상기 광원장치를 다층구조로 형성시키는 것이 가능하며, 2차원적 공간에서 3차원적 공간을 활용할 수 있으므로, 공간 효율성이 향상될 수 있다.
둘째로, LED 유닛들과 개별적으로 연결된 제어장치를 구비함으로써 작물들이 요구하는 조건과 부합되는 파장, 광량 및 광조사 시간을 최적화시킬 수 있으므로, 작물들이 성장함에 따라 변화되는 환경조건을 조성할 수 있다.
셋째로, 라이트 유닛 각 층의 파장, 광량 및 광조사 시간을 각각 조절할 수 있으므로, 성장조건이 다른 여러 종류의 작물들을 단일 공간 내에서 재배할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 LED 광원 장치의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 작물재배용 다층 LED 광원 장치는 작물(40)이 배치되는 제1 작물 기판(50A), 상기 제1 작물 기판(50A) 상에 배치되는 제1 라이트 유닛(10A), 상기 제1 라이트 유닛(10A) 상에 배치되고, 작물(40)이 배치되는 제2 작물 기판(50B) 및 상기 제2 작물 기판(50B) 상에 배치되는 제2 라이트 유닛(10B)을 구비하되, 상기 각 라이트 유닛(10)은 회로 기판 및 상기 회로 기판이 하부의 작물 기판(50A, 50B)을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛과 다수개의 LED 유닛들을 구비한다.
상기 작물재배용 LED 광원장치는 상기 다수개의 LED 유닛들의 동작을 개별적으로 제어하는 제어장치(20)를 더 구비할 수 있다. 상기 제어장치(20)는 회로(30)를 통해 상기 LED 유닛들과 연결될 수 있다.
상기 제어장치(20)는 LED 유닛의 파장을 가변시키는 파장 조절부(22), 설정된 시간에 따라 LED 유닛의 광방출 시간을 제어하는 광방출 시간 제어부(24) 및 LED 유닛의 광량을 조절하는 광량 조절부(26)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 LED 유닛으로부터 방출되는 광의 파장, 시간 및 광량 각각이 조절될 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 LED 유닛은 산란광에 비해 발열이 매우 적기 때문에 상기 작물들과 상기 LED 유닛들이 근접하더라도, 열에 대한 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 상기 LED 광원장치를 다층구조로 형성시키는 것이 가능하며, 2차원적 공간에서 3차원적 공간을 활용할 수 있으므로, 공간 효율성이 향상될 수 있다. 이와 더불어 상기 LED 유닛은 수명이 길기 때문에 교체에 따른 번거로움이 해소될 수 있다.
상기 작물재배용 LED 광원장치는 상기 작물 기판들(50A, 50B) 상에 라이트 유닛들(10A, 10B)을 배치시키기 위해 상기 작물기판들(50A, 50B)과 라이트 유닛들(10A, 10B) 사이를 지탱하는 별도의 지지대들(18)이 구비될 수 있다. 상기 지지대(18)는 스테인레스, 아크릴, 또는 플라스틱의 재질로 구비될 수 있다.
상기 작물(40)은 새송이 버섯, 표고 버섯, 동충하초, 잎새 버섯 또는 팽이 버섯과 같은 버섯류를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이트 유닛의 구조를 나타내는 단면도들이다. 상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 LED 광원장치의 단면은 도 1의 절단선 I-I'을 따라 취해진 단면에 대응한다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원장치의 작동원리를 나타내기 위한 개략도들이다.
도 2a 및 도 3a를 참조하면, 상기 각 라이트 유닛(10)은 회로 기판(11), 및 상기 회로 기판(11)이 하부의 작물 기판(도 1의 50)을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛(13)과 다수개의 LED 유닛들(15)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 LED 유닛들(15)은 상기 광전송 유닛(13)의 측부에 위치할 수 있다.
상기 광전송 유닛(13)은 도파관, 광섬유 또는 도광판일 수 있다. 상기 광전송 유닛(13)이 도광판인 경우에 상기 도광판 상에 광확산판(17)이 배치될 수 있다. 그러나, 상기 광확산판(17)은 생략될 수도 있다.
상기 LED 유닛들(15)은 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛을 포함할 수 있다. 상기 각각의 LED 유닛들(15) 은 파장 조절부(도 1의 22), 광방출 시간 제어부(도 1의 24) 및 광량 조절부(도 1의 26)에 의해 각각 광의 파장, 시간 및 광량이 조절될 수 있다.
일 예로서, 자외선 파장을 확보하기 위해서 파장 조절부(22)가 사용될 수 있다. 상기 자외선 파장은 LED 유닛들 중 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛 및 청색 LED 유닛의 파장강도에 비해 자외선 LED 유닛의 파장강도를 높여줌으로써 확보할 수 있다.
또한, 적외선 파장을 확보하기 위해서는 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛의 파장강도에 비해 적외선 LED 유닛의 파장강도를 높일 수 있다. 이와 같이 상기 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛 및 청색 LED 유닛 파장강도를 조절함으로써 300nm 내지 900nm 파장 범위의 파장을 다양하게 가변시킬 수 있다.
상기 광방출 시간 제어부(24)는 회로에 의해 연결된 각각의 LED 유닛들(15)에 설정된 광조사 시간을 리드(read)하여 상기 LED 유닛들(15)의 광방출 시간을 제어할 수 있다. 즉, 상기 LED 유닛들(15) 각각에 1분, 3분 및 5분의 시간을 설정하는 경우, 상기 시간이 경과되면, 그에 대응되는 LED 유닛(15)의 작동이 정지될 수 있다.
상기 광량 조절부(26)는 각각의 회로(30)에 의해 연결된 LED 유닛들(15)의 광량을 변화시켜, 작물들이 요구하는 광량을 일정하게 조사할 수 있다.
상술한 바와 같이, LED 유닛들과 개별적으로 연결된 제어장치를 구비함으로써 작물들이 요구하는 조건과 부합되는 파장, 광량 및 광조사 시간을 최적화시킬 수 있으므로, 작물들이 성장함에 따라 변화되는 환경조건을 조성할 수 있다.
또한, 라이트 유닛들 각 층의 파장, 광량 및 광조사 시간을 각각 조절할 수 있으므로, 성장조건이 다른 여러 종류의 작물들을 단일 공간 내에서 재배할 수 있다.
일 예로서, 새송이 버섯의 갓은 생육시의 광양에 따라 다소 차이는 있으나 연회색 또는 연분홍색을 띄며, 100~200 Lux의 광량을 필요로 한다. 또한, 표고버섯은 370nm 내지 420nm의 파장범위에서 하루에 20분 정도의 광을 필요로 하며, 균사 생장시에는 550Lux를 필요로 한다. 눈꽃동충하초는 1,000~3,000 LUX에서 5~10일간 광을 필요로 하며, 신령버섯은 광에 의해 균사생장이 촉진되는 특징을 갖고 있다. 상황버섯은 균사때 빛이 필요로 하지 않으며, 성장시 4~8시간의 광을 필요로 한다. 팽이버섯은 균사배양 단계에 광을 필요로 하지 않으며, 생육시는 100~500Lux의 광을 필요로 한다.
도 2b 및 도 3b를 참조하면, 상기 각 라이트 유닛(10)은 회로 기판(11), 및 상기 회로 기판(11)이 하부의 작물 기판(50)을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛(13)과 다수개의 LED 유닛들(15)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 광전송 유닛(13)은 광확산판일 수 있다.
상기 LED 유닛들(15)은 자외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 적외선 LED 유닛을 포함하고, 상기 자외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 적외선 LED 유닛은 사각형을 이루도록 배열 될 수 있다.
상기와 같이 LED 유닛들과 개별적으로 연결된 제어장치를 구비함으로써 작물들이 요구하는 조건과 부합되는 파장, 광량 및 광조사 시간을 최적화시킬 수 있으므로, 작물들이 성장함에 따라 변화되는 환경조건을 조성할 수 있다.
상기 제어장치의 동작원리는 상기 도 2a 및 도 3a를 참조하여 설명한 제어장치의 동작원리와 동일하다.
본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 LED 광원 장치의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이트 유닛의 구조를 나타내는 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원장치의 작동원리를 나타내기 위한 개략도들이다.

Claims (10)

  1. 작물이 배치되는 제1 작물 기판;
    상기 제1 작물 기판 상에 배치되는 제1 라이트 유닛;
    상기 제1 라이트 유닛 상에 배치되고, 작물이 배치되는 제2 작물 기판; 및
    상기 제2 작물 기판 상에 배치되는 제2 라이트 유닛을 구비하고,
    상기 각 라이트 유닛은 회로 기판, 및 상기 회로 기판이 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 위치하는 광전송 유닛과 다수개의 LED 유닛들을 구비하며,
    상기 다수개의 LED 유닛들은 적외선 LED 유닛, 적색 LED 유닛, 녹색 LED 유닛, 청색 LED 유닛 및 자외선 LED 유닛을 포함하는 작물재배용 LED 광원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수개의 LED 유닛의 동작을 개별적으로 제어하는 제어장치를 더 포함하는 작물재배용 LED 광원장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어장치는 파장 조절부, 광방출 시간 제어부 및 광량 조절부를 포함하는 작물재배용 LED 광원장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LED 유닛들은 상기 광전송 유닛의 측부에 위치하는 작물재배용 LED 광원장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광전송 유닛은 도파관, 광섬유 또는 도광판인 작물재배용 LED 광원장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도광판 상에 위치하는 광확산판을 더 포함하는 작물재배용 LED 광원장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판 하부의 작물 기판을 바라보는 면 상에 상기 다수개의 LED 유닛들이 위치하고,
    상기 다수개의 LED 유닛들 상에 상기 광전송 유닛이 위치하는 작물재배용 LED 광원장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광전송 유닛은 광확산판인 작물재배용 LED 광원장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다수개의 LED 유닛들은 사각형을 이루도록 배열되는 작물재배용 LED 광원장치.
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