KR102612710B1 - 지향각이 조절되는 식물재배용 led모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물재배영역으로 LED칩의 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 협각으로 구조 개선하여, 에너지 절감 및 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있고, 특히, 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 LED칩의 지향각을 현장에서 맞춤형으로 조절할 수 있는 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈에 관한 것이다.

Description

지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈{LED module for plant cultivation with adjustable orientation angle}
본 발명은 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈에 관련되며, 보다 상세하게는 식물재배영역으로 LED칩의 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 협각으로 구조 개선하여, 에너지 절감 및 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있고, 특히, 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 LED칩의 지향각을 현장에서 맞춤형으로 조절할 수 있는 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈에 관한 것이다.
통상 농업 분야는 반도체 발광다이오드 LED의 출현과 함께 또 다른 전환점을 맞이하고 있다. 백열등, 형광등을 포함하는 일반적인 조명은 넓은 파장대의 영역을 가지고 인간의 시각에 맞춰진 조명인 반면, LED는 식물이나 곤충 등이 필요로 하는 정확하고 짧은 파장을 구현할 수 있기 때문에 컴퓨터처럼 정확한 식물재배가 가능하게 된 것이다.
근자에는 기후 변화와 산업화로 인한 농작물 수확량 감소로 인하여 식량위기에 직면해 있으며, 향후 기후변화는 더욱 심해질 것으로 예측된다. 이에 그리고 백열등 대비 80% 이상 에너지를 절감할 수 있으며, 에너지 절감 효율을 개선하기 위한 재배 방법이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
이에 종래에 개시된 등록특허 10-1133725호에서, 식물의 성장을 촉진하는 적색LED램프와 식물의 성장을 억제하는 청색LED램프의 빛을 2:1 또는 3:1 또는 4:1의 비율로 혼합한 상태로 식물에 비춰주어 광량 및 광양자밀도(PPFD)가 식물에 영양공급을 충분히 전달되도록 하여 고품질의 식물을 재배할 수 있도록 한 LED조명부;가 구비되되, 상기 LED조명부는, 길이 방향으로 길게 형성되며, 상단에 열을 외부로 방출하도록 복수개의 방열핀이 돌출 형성된 알루미늄 재질의 케이스; 상기 케이스의 내부에 고정 설치되는 하나 또는 적어도 둘 이상의 PCB기판; 및 상기 PCB기판의 하단에 일정 간격으로 고정 설치되는 복수개의 적색LED와 청색LED;가 포함된 식물 재배용 ＬＥＤ 조명장치에 있어서, 상기 케이스의 상단 양측에는 보강부가 돌출 형성되되, 이 보강부의 측면에는 탄성을 갖는 걸림편이 끼어 들어가 LED조명부를 긴밀히 걸 수 있도록 걸림턱(13)이 더 형성되는 기술이 선 제시된 바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 식물의 성장을 촉진하는 적색LED램프와 식물의 성장을 억제하는 청색LED램프의 빛을 적절히 혼합하여 식물에 비춰주게 되면 광량 및 광양자밀도(PPFD)가 식물에 영양공급을 충분히 전달되어 고품질의 식물을 재배하려는 것이나, LED조명부에서 출력되는 광원이 식물 재배영역 외측으로 손실되어 에너지 효율 및 식물 재배를 필요한 광양자밀도(PPFD)가 저하되는 문제점이 따랐다.
KR 10-1133725 B1 (2012.03.29.)
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 식물재배영역으로 LED칩의 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 협각으로 구조 개선하여, 에너지 절감 및 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있고, 특히, 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 LED칩의 지향각을 현장에서 맞춤형으로 조절할 수 있는 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 방열케이스(1)와, 방열케이스(1)에 설치되는 PCB기판(2)에 이격 배치되어 광원을 출력하는 LED칩(3)과, 방열케이스(1)에 설치되어 LED칩(3)을 보호하는 투명커버(4)를 포함하고, 상기 LED칩(3)에 독립적으로 설치되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각렌즈(10)가 구비되고, 상기 협각렌즈(10)에 의해 LED칩(3)의 지향각이 축소되어 식물재배영역(L)으로 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈은, 방열케이스(1)와, 방열케이스(1)에 설치되는 PCB기판(2)에 이격 배치되어 광원을 출력하는 LED칩(3)과, 방열케이스(1)에 설치되어 LED칩(3)을 보호하는 투명커버(4)를 포함하고, 상기 투명커버(4)에 형성되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각커버(20)가 구비되고, 상기 협각커버(20)에 의해 LED칩(3)의 지향각이 축소되어 식물재배영역(L)으로 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열케이스(1)는 한 쌍의 PCB기판(2)이 'V'자형으로 설치되도록 한 쌍의 스테이지(30)가 'V'자형으로 형성되고, 상기 스테이지(30)에 설치되는 한 쌍의 PCB기판(2)에 설치된 LED칩(3)은 서로 대칭되는 방향으로 광원을 출력하도록 구비되며, 상기 방열케이스(1)는 복열로 배치되는 식물재배영역(L) 사이에 배치되어, 식물재배영역(L)에 대해 사선방향으로 광원을 출력하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스테이지(30)는 캠모듈(40)에 의해 각도 조절되도록 구비되고, 상기 캠모듈(40)은, 방열케이스(1)에 가장자리부가 구속되고, 저면에 한 쌍의 스테이지(30)가 장착되는 탄성시트(41)와, 탄성시트(41) 상면 중앙에 접지되도록 설치되고, 상면에 하부캠레일(42a)이 형성되는 밀편(42)과, 방열케이스(1) 길이 방향으로 이송 가능하게 설치되고, 일단에 요철홈(43b)이 형성되어 볼플랜저(43c)에 의해 임시 구속되며, 하부캠레일(42a)과 맞물려 캠운동되도록 상부캠레일(43a)이 구비되는 샤프트(43)를 포함하고, 상기 샤프트(43)를 길이 방향으로 이송하면, 상, 하부캠레일(42a)(43a) 간에 캠운동에 의해 밀편(42)이 상, 하방향으로 이송되면서 탄성시트(41)를 가압하여 한 쌍의 스테이지(30) 각도를 상호 역방향으로 가변하고, 한 쌍의 스테이지(30) 각도에 의해 한 쌍의 PCB기판(2)이 상호 역방향으로 원호운동되면서 LED칩(3) 지향각이 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스테이지(30)는 유량제어모듈(50)에 의해 각도 조절되도록 구비되고, 상기 유량제어모듈(50)은, 방열케이스(1)에 가장자리부가 구속되고, 저면에 한 쌍의 스테이지(30)가 장착되는 탄성방수시트(51)와, 방열케이스(1) 내에 형성되고, 탄성방수시트(51)에 의해 밀폐된 구획으로 형성되는 격실(52)과, 격실(52) 내부공간으로 연통되도록 설치되는 유체라인(53)과, 유체라인(53)에 연결되어, 냉각수를 포함하는 유체를 주입 및 배출하는 유체펌프(54)를 포함하고, 상기 유체라인(53)을 통하여 격실(52) 내부로 주입되는 유체 양에 대응하여 탄성방수시트(51)의 하향 팽창거리가 가변되면서 한 쌍의 스테이지(30) 각도가 상호 역방향으로 변경되고, 한 쌍의 스테이지(30) 각도에 의해 한 쌍의 PCB기판(2)이 상호 역방향으로 원호운동되면서 LED칩(3) 지향각이 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 식물재배영역으로 LED칩의 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 협각으로 구조 개선하여, 에너지 절감 및 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있고, 특히, 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 LED칩의 지향각을 현장에서 맞춤형으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈을 나타내는 구성도.
도 2는 도 1의 작동상태를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈을 나타내는 구성도.
도 4는 도 3의 작동상태를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈의 LED칩이 서로 대칭되는 방향으로 적용된 상태를 나타내는 구성도.
도 6은 도 5에 협각렌즈가 적용된 상태를 나타내는 작동상태도.
도 7은 도 5에 협각커버가 적용된 상태를 나타내는 작동상태도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모의 캠모듈을 나타내는 구성도.
도 9는 도 8의 작동상태를 나타내는 구성도.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈의 유량제어모듈을 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈을 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1의 작동상태를 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈을 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 3의 작동상태를 나타내는 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈의 LED칩이 서로 대칭되는 방향으로 적용된 상태를 나타내는 구성도이고, 도 6은 도 5에 협각렌즈가 적용된 상태를 나타내는 작동상태도이며, 도 7은 도 5에 협각커버가 적용된 상태를 나타내는 작동상태도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모의 캠모듈을 나타내는 구성도이며, 도 9는 도 8의 작동상태를 나타내는 구성도이고, 도 10 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈의 유량제어모듈을 나타내는 구성도이다.
본 발명은 식물재배영역으로 LED칩의 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 협각으로 구조 개선하여, 에너지 절감 및 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있고, 특히, 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 LED칩의 지향각을 현장에서 맞춤형으로 조절할 수 있는 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈은, 방열케이스(1)와, 방열케이스(1)에 설치되는 PCB기판(2)에 이격 배치되어 광원을 출력하는 LED칩(3)과, 방열케이스(1)에 설치되어 LED칩(3)을 보호하는 투명커버(4)를 포함한다.
도 1에서, 상기 LED칩(3)에 독립적으로 설치되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각렌즈(10)가 구비된다.
통상 LED 칩(3)은 110~120˚의 지향 각을 형성함에 따라 식물재배용으로 적용시, 식물재배영역(L) 외측으로 20~50%의 광손실이 발생하는 문제점이 있다.
이에 본원은 상기 협각렌즈(10)을 이용하여 LED칩(3) 고유의 지향각을 축소하여, LED칩(3)에서 출력되는 광원 손실이 최소화함과 더불어 식물재배영역(L)으로 전달되는 광량 및 광양자밀도(PPFD)가 효과적으로 향상된다.
즉, 상기 협각렌즈(10)는 LED칩(3)에서 출력되는 광원을 협각(예컨대, 50~90˚)으로 축소시켜, 식물재배영역(L)에 생육하는 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 맞춤형으로 조절할 수 있도록 구비된다.
이때, 상기 협각렌즈(10)는 일면에 LED칩(3)이 수용되도록 음각홈이 형성되고, 음각홈을 통하여 LED칩(3)에 끼움 결합하거나, PCB기판(2)에 접착고정되도록 구비된다.
이처럼, 도 2와 같이, 상기 협각렌즈(10)에 의해 LED칩(3)의 지향각이 축소되어 식물재배영역(L)으로 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비됨에 따라 에너지 절감과 더불어 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.
도 3에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈은, 방열케이스(1)와, 방열케이스(1)에 설치되는 PCB기판(2)에 이격 배치되어 광원을 출력하는 LED칩(3)과, 방열케이스(1)에 설치되어 LED칩(3)을 보호하는 투명커버(4)를 포함한다.
상기 투명커버(4)에 형성되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각커버(20)가 구비된다.
통상 LED칩(3)은 110~120˚의 지향각을 형성함에 따라 식물재배용으로 적용시, 식물재배영역(L) 외측으로 20~50%의 광손실이 발생한다.
본원은 상기 협각커버(20)를 이용하여 LED칩(3) 고유의 지향각을 축소하여, LED칩(3)에서 출력되는 광원 손실을 최소화함과 더불어 식물재배영역(L)으로 전달되는 광량 및 광양자밀도(PPFD)가 효과적으로 향상된다.
즉, 도 4처럼 상기 협각커버(20)에 의해 LED칩(3)의 지향각이 축소(예컨대, 50~90˚)되어 식물재배영역(L)으로 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비됨에 따라 에너지 절감과 더불어 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있다.
한편, 상기 협각커버(20)는 다양한 규격으로 준비되고, 식물재배영역(L)에 생육하는 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 교체 적용할 수 있도록 구비된다.
도 5 내지 도 6에서, 상기 방열케이스(1)는 한 쌍의 PCB기판(2)이 'V'자형으로 설치되도록 한 쌍의 스테이지(30)가 'V'자형으로 형성된다.
그리고, 상기 스테이지(30)에 설치되는 한 쌍의 PCB기판(2)에 설치된 LED칩(3)은 서로 대칭되는 방향으로 광원을 출력하도록 구비된다.
이에 상기 방열케이스(1)는 복열로 배치되는 식물재배영역(L) 사이에 배치되어, 식물재배영역(L)에 대해 사선방향으로 광원을 출력하도록 구비됨에 따라 광원이 식물의 잎에 간섭없이 효과적으로 전달되어 광합성작용이 촉진되는 이점이 있다.
도 8 내지 도 9에서, 상기 스테이지(30)는 캠모듈(40)에 의해 각도 조절되도록 구비된다.
상기 캠모듈(40)은, 방열케이스(1)에 가장자리부가 구속되고, 저면에 한 쌍의 스테이지(30)가 장착되는 탄성시트(41)와, 탄성시트(41) 상면 중앙에 접지되도록 설치되고, 상면에 하부캠레일(42a)이 형성되는 밀편(42)과, 방열케이스(1) 길이 방향으로 이송 가능하게 설치되고, 일단에 요철홈(43b)이 형성되어 볼플랜저(43c)에 의해 임시 구속되며, 하부캠레일(42a)과 맞물려 캠운동되도록 상부캠레일(43a)이 구비되는 샤프트(43)를 포함한다.
상기 샤프트(43)는 방열케이스(1)에 형성되는 로드홀에 삽입되어 길이 방향으로 이동가능하게 구비되고, 상기 요철홈(43b)은 치형 구조로 샤프트(43) 길이 방향으로 배치되며, 요철홈(43b)과 대응하는 방열케이스(1) 상에 볼플랜저(43c)가 설치된다.
그리고, 상기 상, 하부캠레일(42a)(43a)은 T형 홈과 T형 돌기로 형성되어 서로 맞물려 캠운동되도록 구비된다.
작동상태를 살펴보면, 상기 샤프트(43)를 길이 방향으로 당기거나 밀어서 이송하면, 도 9처럼, 하부캠레일(42a)(43a) 간에 캠운동에 의해 밀편(42)이 상, 하방향으로 이송되면서 탄성시트(41)를 가압하고, 밀편(42)에 의해 한 쌍의 스테이지(30) 각도가 상호 역방향으로 가변하며, 한 쌍의 스테이지(30) 각도 변화에 의해 LED칩(3)이 상호 역방향으로 원호운동되면서 지향각이 조절되도록 구비된다.
이에 식물재배영역(L)에 생육하는 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 샤프트(43)를 밀거나 당기는 간단한 조작에 의해 LED칩(3) 지향각을 조절하여, 식물재배영역(L)으로 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비됨에 따라 에너지 절감과 더불어 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.
도 10 내지 도 11에서, 상기 스테이지(30)는 유량제어모듈(50)에 의해 각도 조절되도록 구비된다.
상기 유량제어모듈(50)은, 방열케이스(1)에 가장자리부가 구속되고, 저면에 한 쌍의 스테이지(30)가 장착되는 탄성방수시트(51)와, 방열케이스(1) 내에 형성되고, 탄성방수시트(51)에 의해 밀폐된 구획으로 형성되는 격실(52)과, 격실(52) 내부공간으로 연통되도록 설치되는 유체라인(53)과, 유체라인(53)에 연결되어, 냉각수를 포함하는 유체를 주입 및 배출하는 유체펌프(54)를 포함한다.
상기 격실(52) 내부로 연장되는 유체라인(53)은 유연한 튜브로 형성되고, 단부에 중량체가 설치되어 격실(52) 바닥에 안착되도록 구비된다.
작동 상에 있어서, 도 10처럼 상기 유체라인(53)을 통하여 격실(52) 내부로 주입되는 유체 양에 대응하여 탄성방수시트(51)의 하향 팽창거리가 가변되면서 한 쌍의 스테이지(30) 각도가 상호 역방향으로 변경되고, 한 쌍의 스테이지(30) 각도에 의해 한 쌍의 PCB기판(2)이 상호 역방향으로 원호운동되면서 LED칩(3) 지향각이 조절되도록 구비된다.
이에 식물재배영역(L)에 생육하는 식물의 높이 및 LED모듈 설치 위치를 포함하는 식물재배환경을 고려하여 격실(52) 내부에 수용되는 유체 양을 제어하는 방식으로 LED칩(3) 지향각을 조절되고, 이로 인해 식물재배영역(L)으로 광량 및 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비됨에 따라 에너지 절감과 더불어 식물 생장을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 격실(52) 내부로 주입되는 유체에 의해 LED칩(3)이 신속하게 수냉각되어 과열이 방지되므로, LED칩(3)의 수명이 장구히 연장되는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 협각렌즈 20: 협각커버
30: 스테이지 40: 캠모듈
50: 유량제어모듈

Claims (5)

  1. 방열케이스(1)와, 방열케이스(1)에 설치되는 PCB기판(2)에 이격 배치되어 광원을 출력하는 LED칩(3)과, 방열케이스(1)에 설치되어 LED칩(3)을 보호하는 투명커버(4)를 포함하고,
    상기 LED칩(3)에 독립적으로 설치되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각렌즈(10)가 구비되거나, 상기 투명커버(4)에 형성되어, LED칩(3)의 지향각을 축소 제어하는 협각커버(20)가 구비되며,
    상기 협각렌즈(10) 또는 협각커버(20)에 의해 LED칩(3)의 지향각이 축소되어 식물재배영역(L)으로 PPFD(광합성 광량자속밀도)가 집중되도록 구비되고,
    상기 방열케이스(1)는 한 쌍의 PCB기판(2)이 'V'자형으로 설치되도록 한 쌍의 스테이지(30)가 'V'자형으로 형성되고,
    상기 스테이지(30)에 설치되는 한 쌍의 PCB기판(2)에 설치된 LED칩(3)은 서로 대칭되는 방향으로 광원을 출력하도록 구비되며,
    상기 방열케이스(1)는 복열로 배치되는 식물재배영역(L) 사이에 배치되어, 식물재배영역(L)에 대해 사선방향으로 광원을 출력하도록 구비되고,
    상기 스테이지(30)는 유량제어모듈(50)에 의해 각도 조절되도록 구비되고,
    상기 유량제어모듈(50)은, 방열케이스(1)에 가장자리부가 구속되고, 저면에 한 쌍의 스테이지(30)가 장착되는 탄성방수시트(51)와, 방열케이스(1) 내에 형성되고, 탄성방수시트(51)에 의해 밀폐된 구획으로 형성되는 격실(52)과, 격실(52) 내부공간으로 연통되도록 설치되는 유체라인(53)과, 유체라인(53)에 연결되어, 냉각수를 포함하는 유체를 주입 및 배출하는 유체펌프(54)를 포함하고,
    상기 유체라인(53)을 통하여 격실(52) 내부로 주입되는 유체 양에 대응하여 탄성방수시트(51)의 하향 팽창거리가 가변되면서 한 쌍의 스테이지(30) 각도가 상호 역방향으로 변경되고, 한 쌍의 스테이지(30) 각도에 의해 한 쌍의 PCB기판(2)이 상호 역방향으로 원호운동되면서 LED칩(3) 지향각이 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 지향각이 조절되는 식물재배용 LED모듈.
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