KR200247079Y1 - 발광다이오드를 이용한 원예식물 생장용 보광장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 발광다이오드를 인공 광원으로 하여 식물 생장을 촉진하기 위한 식물생장용 보광장치에 관한 것으로, 인공 광원을 이용하여 식물 생장을 촉진하기 위한 광조사장치에 있어서, 다수의 지지부(11)에 의해 지지되어 상측에 이송레일(12)이 구비되는 프레임(10)과; 다수의 발광다이오드가 구비되어 상기 이송레일(12)을 따라 이동 가능한 발광부(20)와; 전원과 연결되어 상기 발광부(20)를 수평 구동하기 위한 이송부(30)와; 전원과 연결되어 상기 이송부(30)와, 상기 발광부(20)를 제어하기 위한 제어부(40)로 구성되어, 종래의 나트륨등이나, 백열등, 형광등과 비교하여 각 대상 식물에 따라 적합한 파장의 빛을 선택하여 보광해 줄 수가 있으므로 보다 효율적이며, 또한 불필요한 전력소모를 방지할 수가 있는 경제성이 있는 보광장치인 것이다.

Description

발광다이오드를 이용한 원예식물 생장용 보광장치{Supplementary lighting apparatus using Light-Emitting Diodes for growth in horticultural plants}

본 고안은 인공 광원을 이용하여 식물 생장을 촉진하기 위한 광조사장치에 관한 것으로, 특히 발광다이오드를 이용한 식물생장용 보광장치에 관한 것이다.

일반적으로 식물의 생장 및 형태 형성에 미치는 물리적인 환경요인으로는 습도, 온도, 이산화탄소의 농도, 광강도 및 광질 등이 있으며, 이러한 환경요인들은 각각 또는 각 환경요인 간의 상호작용에 의하여 식물의 생육에 영향을 미친다.

이와 같은 다양한 환경요인 중에서도 광질은 식물의 줄기신장, 측지발생, 엽면적 확대, 화경신장, 잎의 색소형성, 지상부나 잎의 출현 및 생장에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

예를 들어 장미의 경우에 장미의 생육을 지배하는 환경요인에는 광의 영향이 가장 크다. 장미는 햇빛을 좋아하는 식물로서 우수한 생육 및 개화를 위해서는 충분한 광강도가 필요하다. 따라서 겨울의 흐린 날이나 비, 눈으로 말미암아 일조시간이 부족할 때는 수은등이나 나트륨 등으로 보광(補光)해 주면 품질이 좋아지고 수량이 늘어난다. 현재 아메리카의 북부, 캐나다에서 장미재배에 보광을 하는 경우 광도는 3,200~11,000 lx의 범위로 조사한다. 보광의 효과는 수량증대에 있는데 그 원인은 첫 번째는 절화수확 후 눈발생이 촉진되고, 두 번째는 개화소요일수가 단축되며(3~10일), 세 번째는 블라인드지 발생이 감소하고 다섯 번째는 생장지 발생수가 증가하는데 있다.

그러나, 이와 같이 고압나트륨 램프, 백열등 또는 형광등을 이용한 보광장치를 이용하는 경우에는 인공 광원으로부터의 발열에 의한 온도 상승과 함께 전열비용이 상승하는 문제점이 발생하게 된다.

본 고안은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 전력소모가 적은 발광다이오드를 이용한 식물생장용 보광장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 고안은 인공 광원을 이용하여 식물 생장을 촉진하기 위한 광조사장치에 있어서, 다수의 지지부에 의해 지지되어 상측에 이송레일이 구비되는 프레임과; 다수의 발광다이오드가 구비되어 상기 이송레일을 따라 이동 가능한 발광부와; 전원과 연결되어 상기 발광부를 수평 구동하기 위한 이송부와; 전원과 연결되어 상기 이송부와, 상기 발광부를 제어하기 위한 제어부로써 달성된다.

도 1은 본 고안에 따른 식물생장용 보광장치의 구성을 보여주는 도면,

도 2는 본 고안에 따른 식물생장용 보광장치의 회로의 구성을 보여주는

도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 온실 2 : 전원

10 : 프레임 11 : 지지부

12 : 이송레일 20 : 발광부

30 : 이송부 40 : 제어부

41 : 입력부 42 : 중앙처리부

43 : LED드라이버 44 : 모터드라이버

도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 보광장치에 관한 것으로, 도 1은 본 고안에 따른 식물생장용 보광장치의 구성을 보여주는 도면이며, 도 2는 본 고안에 따른 식물생장용 보광장치의 회로의 구성을 보여주는 도면이다.

본 고안의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 식물생장용 보광장치는 온실(1) 내의 식물재배용 벤치에 식물체(3)의 상부에 발광부(20)가 위치하도록 설치가 된다.

발광부(20)는 인공광을 식물체(3)에 조사하기 위한 것으로, 다수의 지지부(11)에 지지되는 프레임(10)의 상부에 구비된 이송레일(12)을 따라 왕복 이송이 가능하며 경우에 따라서는 조사각도를 조절할 수 있도록 장착이 된다.

상기 각각의 지지부(11)는 높이를 조절 가능하도록 구성하여 발광부(20)가 경사면을 따라 이송되도록 함으로써 발광다이오드의 조사각도를 조절할 수가 있다.

이와 같이 각각의 지지부의 높이를 조절할 수 있는 수단으로는 당업자의 의해 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이 지지부(11)의 하단부와 볼트 결합되는 디딤부를 구비하여 지지부의 회동방향에 따라 지지부의 하단부가 디딤부 내로 인입 또는 인출되도록 함으로써 지지부의 높이를 조절할 수가 있으며, 또는 양 단부에 마디가 형성되어 서로 끼워 맞춤가능한 다수의 연결봉으로 구성함으로써 필요한 높이가 되도록 연결봉을 서로 연결함으로써 지지부를 구성할 수가 있다.

발광부(20)는 다수의 발광다이오드(Light-Emitting Diodes: LED)로 구성이 되며, 식물체가 필요로 하는 파장역에 따라 적색(red), 청색(blue), 녹색(green) 등의 발광다이오드를 조합하여 2차원 배열(array)로 구성될 수가 있으나, 바람직하게는 적색(red), 청색(blue)의 발광다이오드만의 조합으로 구성된다. 이는 자연광을 이용한 식물 재배의 경우에 가시광선 중에서 청색광역과 적색광역 만이 식물의 생장 및 형태 형성에 영향을 미치며, 그 밖의 다른 파장 영역의 빛은 식물의 생장에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있기 때문이다.

또한, 상기 발광부(20)는 2차원 배열의 발광다이오드로 구성될 수도 있으나, 적색(red) 및 청색(blue) 발광다이오드 각각을 모듈화하여 전원단자와 연결이 용이하도록 커넥터를 구비함으로써 대상 식물에 필요한 파장역에 해당하는 발광다이오드 모듈을 선택적으로 발광부(20)에 장착 가능하도록 할 수가 있다.

이와 같이 발광부(20)를 구성함으로써 적색 또는 청색 발광다이오드만으로 발광부를 구성할 필요가 있는 경우에는 발광부 전체를 교체할 필요없이 불필요한 발광다이오드 모듈을 다른 발광다이오드 모듈로 교체하여 사용하도록 할 수가 있다.

이는 식물에 따라 생장을 촉진하는 빛의 파장역이 다르므로 적용 식물에 따라 용이하게 발광다이오드를 교체할 수 있도록 발광다이오드를 모듈화함으로써 본 고안의 보광장치를 보다 효과적으로 활용할 수가 있다.

상기 발광부(20)의 구동은 이송부(30)인 모터와 연결되어 구동이 이루어지게 된다. 발광부(20)와 이송부(30)의 구성은 당업자에 의해 용이하게 이해될 수 있는 것으로, 이송부(30)인 모터와 발광부(20)를 벨트 또는 케이블로 연결하여 동력을 전달할 수가 있으며, 또는 발광부(20)에 이송부(30)를 일체로 장착하도록 구성하여 이송부(30)인 모터에 기어를 구비하며, 이송레일(12)에는 랙기어를 구비하여 수평 구동이 가능하도록 할 수가 있다.

도 2를 참고하면, 상기 발광부(20)와 이송부(30)는 제어부(40)에 연결되어 제어가 이루어진다.

제어부(40)는 입력부(41)와, 이 입력부(41)의 입력신호를 처리하기 위한 중앙처리부(43)와, 이 중앙처리부(43)를 통해 처리된 신호에 따라 발광부(20)와 이송부(30)를 구동할 수 있도록 신호를 변환하기 위한 LED드라이버(43)와, 모터드라이버(44)로 구성된다.

입력부(41)는 발광부(20) 및 이송부(30)의 전원을 단속하기 위한 스위치가구비되며, 적절한 시간에 발광부(20)가 자동으로 구동이 될 수 있도록 시간입력 스위치가 구비될 수가 있다. 또한, 이송부(30)의 출력을 제어하여 발광부(20)의 이송속도를 제어할 수 있도록 할 수가 있다.

중앙처리부(42)를 통해 LED드라이버(43)로 출력된 신호는 발광다이오드에 인가되어 발광다이오드를 '온/오프' 동작하게 된다.

중앙처리부(42)의 출력단에는 펄스폭변조부를 추가로 구성함으로써 발광다이오드의 휘도를 조절할 수가 있다. 즉, 발광다이오드로 인가되는 신호를 일정 주파수의 구형파(square wave)로 입력하며, 이 구형파 펄스의 듀티사이클(duty cycle)을 조절함으로써 발광다이오드의 휘도를 제어할 수 있는 펄스폭변조방식(Pulse Width Modulation: PWM)을 사용할 수가 있다. 이와 같은 펄스폭변조방식을 사용함으로써 발광다이오드의 휘도의 조절과 함께 발광다이오드의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

중앙처리부(42)를 통해 모터드라이버(44)로 출력된 신호는 이송부(30)로 전달되어 발광부(20)를 일정한 속도로 이송하게 된다.

도시되지는 않았으나 제어부(40)에는 중앙처리부(43)에 연결된 디스플레이장치가 구비됨에 따라 입력부(41)를 통해 입력된 정보를 실시간으로 확인할 수 있도록 하며, 발광부(20)와 이송부(30)와 연결되어 동작 중인 발광부(20)와 이송부(30)의 동작 상태를 수시로 확인할 수 있도록 할 수가 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 식물생장용 보광장치는 작업자가 입력부(41)를 통하여 발광부(20)의 동작시간을 설정하게 되면, 제어부(40)는 해당 시간에발광부(20)를 동작하여 일정시간 동안에 일정한 속도로 이송레일(12)을 따라 왕복 구동하면서 식물체(3)에 발광다이오드의 인공광을 조사하게 된다.

본 고안에 따른 보광장치를 식물체에 사용하여 얻은 실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.

(1) 실험예 1

실험에 이용된 식물은 아게라텀, 메리골드, 사루비아의 세 종류의 초화류를 이용하였다. 세 종류의 초화류에는 일몰과 일출 무렵에 하루 2회씩 각각 15분과 30분씩 본 고안의 보광장치를 이용하여 적색, 청색 및 이들의 혼합광을 보광하였다. 비교를 위하여 대조구는 보광을 하지 않은 자연광의 초화류를 사용하였다.

결과를 살펴보면, 메리골드는 청색광을 조사하여 일장을 연장해 줌으로써 지표에서 선단까지의 길이에 해당하는 초장이 짧아진 것을 확인할 수가 있었으며, 자연일장에만 의존하는 것보다는 발광다이오드를 이용한 보광에서 플러그묘의 초세를 결정하는 측지발생이 촉진되었다.

아게라텀과 사루비아에서는 식물체에서 수분을 제거한 상태의 무게에 해당하는 건물중 변화는 각 광질별, 일장시간별 차이에 따라 크게 변화를 보이지 않았으나, 메리골드의 경우에는 일장시간의 연장과 함께 적색광을 조사함으로써 자연광인 경우에 비하여 현저한 건물중 증가를 보였다.

또한, 메리골드에서는 적색광을 보광한 경우에 개화수(꽃수)가 보광하지 않은 대조구에 비하여 2배 이상 증가하였으며, 기공수에 있어서도 인공광의 광도가낮은 아침과 저녁에 적색이나 청색의 광을 보광하여 줌으로써 현저한 증가를 보였다.

(2) 실험예 2

대상은 구근류인 분화 시클라멘을 사용하였으며, 발광다이오드를 보조광원으로 하여 아침과 저녁에 각각 2시간과 4시간 보광하여 자연일장을 조절하였다. 실험은 3월부터 4월 동안 수행하였으며, 자연일장은 10∼12시간 정도이었다. 보광에 사용한 광질은 청색, 적색 및 두 광의 혼합광으로 하여 온실에서 실시하였다. 대조구는 자연광을 사용하였다.

결과를 살펴보면, 재배개시 후 42일째의 시클라멘의 엽수는 청색광을 자연일장보다 2시간 연장하여 보광한 경우에 자연광보다 통계적으로 유의한 증가를 보였다. 또한, 청색과 적색의 단색광으로 일장을 조절한 경우에 엽수 증가는 일장을 4시간으로 설정한 경우에 현저하게 나타났다.

시클라멘의 분화가격을 결정하는 주요 요인의 하나인 꽃수에 있어서는 청색광을 하루에 2시간 보광하여 일장시간을 연장시킨 경우와, 청색광과 적색광을 혼합하여 하루 4시간을 연장시킨 경우에 자연광인 조건보다 약 2배정도 증가된 것을 확인할 수가 있었다.

청색광 및 적색광으로 일장을 연장한 경우에는 개화소요 일수가 자연광인 경우와 비교하여 현저하게 짧아지는 것을 확인할 수가 있었으며, 개화기간 역시 긴 것으로 나타났다.

이와 같이 각 대상 식물에 따라 자연광과 함께 인공광원을 이용하여 보광을해줌으로써 식물 생장을 촉진시킬 수가 있으며, 특히 본 고안에 따른 발광다이오드를 이용한 보광장치를 이용함으로써 종래의 나트륨등이나, 백열등, 형광등과 비교하여 각 대상 식물에 적합한 파장의 빛을 선택하여 보광해 줄 수가 있으므로 보다 효율적이며, 또한 불필요한 전력소모를 방지할 수가 있는 보광장치인 것이다.

이상과 같이 본 고안은 발광다이오드를 이용한 식물생장용 보광장치를 제공함으로써 불필요한 열을 발산하는 것을 방지할 수가 있으며, 전력소모를 최소화하여 비용을 절감할 수가 있다. 또한, 각 식물체의 생장 및 개화에 따라 유효한 파장의 빛을 선택하여 인공광원으로 사용할 수가 있으므로 우수한 품질의 식물체를 얻을 수가 있는 효과가 있는 고안인 것이다.

Claims (2)

1. 인공 광원을 이용하여 식물 생장을 촉진하기 위한 광조사장치에 있어서,

   다수의 높이 조절이 가능한 지지부에 의해 지지되어 상측에 이송레일이 구비되는 프레임과;

   다수의 발광다이오드가 구비되어 상기 이송레일을 따라 이동 가능한 발광부와;

   전원과 연결되어 상기 발광부를 수평 구동하기 위한 이송부와;

   전원과 연결되어 상기 이송부와, 상기 발광부를 제어하기 위한 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 식물생장용 보광장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 발광부는 청색 발광다이오드 모듈과, 적색 발광다이오드 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 식물생장용 보광장치.