KR20100090963A

KR20100090963A - 식물 성장 촉진 장치

Info

Publication number: KR20100090963A
Application number: KR1020090010214A
Authority: KR
Inventors: 홍승탁
Original assignee: 주식회사 우양디지컴
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-18

Abstract

본 발명은 전력 소모가 적고 열 발생율이 적은 LED를 채용하는 식물 성장 촉진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 식물 성장 촉진 장치는, 본체, 상기 본체에 설치되며 적색광을 방사하는 복수개의 적색 LED들, 및 상기 본체에 설치되며 청색 LED와 유사한 파장을 가지며 백색광을 방사하는 복수개의 백색 LED들을 구비하는 식물 성장 촉진 장치를 제공한다.

Description

식물 성장 촉진 장치{Apparatus for accelerating plant growth}

본 발명은 식물의 성장을 촉진시키는 장치에 관한 것으로서, 특히 엘이디(LED)를 이용하여 식물의 성장을 촉진시키는 장치에 관한 것이다.

식물이 성장하는데 있어서 반드시 필요한 조건은 온도, 습도 및 조도이다. 온도, 습도 및 조도의 양의 많고 적음에 따라 식물의 성장 속도나 열매의 발육 상태가 달라지며, 또한, 이들 조건들이 식물에 얼마나 균일하게 영향을 주느냐에 따라 식물의 배양 상태가 달라지게 된다.

여기서, 조도 즉, 식물에 빛을 공급하는 광원에 대한 조건은 여타 조건에 비해 공급 상태가 매우 까다롭다. 식물에 빛을 공급하는 수단으로 대부분 형광등과 같은 전등을 이용하고 있는데, 이러한 전등은 식물에 적정한 빛을 공급해주지 못하고 있다. 그 이유는 빛의 특성이 다른 조건들에 비해 매우 복잡한데서 기인한다. 즉, 우리 주위에 있는 빛은 대부분 열을 발생하면서 직진성을 가지고 있으므로, 상기 열에 의해 배양실 내의 온도 조절이 어려우며, 빛의 직진성 때문에 음지에 해당하는 부분은 빛을 받지 못한다. 따라서, 식물이 골고루 생육하지 못하는 문제가 발생하고 있다.

또한, 식물을 재배하는 배양실에 전등을 사용할 경우에 전력 소모가 매우 클 뿐만 아니라 전등 교체 비용도 많이 소요된다.

본 발명의 목적은 전력 소모가 적고 열 발생율이 적은 LED를 채용하는 식물 성장 촉진 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

식물의 성장을 촉진하기 위한 식물 성장 촉진 장치에 있어서, 본체; 상기 본체에 설치되며, 적색광을 방사하는 복수개의 적색 LED들; 및 상기 본체에 설치되며, 청색 LED와 유사한 파장을 가지며, 백색광을 방사하는 복수개의 백색 LED들을 구비하는 식물 성장 촉진 장치를 제공한다.

바람직하기는, 상기 복수개의 백색 LED들은 각각 청색 LED의 표면에 백색을 칠하여 구성된다.

바람직하기는 또한, 상기 식물의 성장시에는 상기 복수개의 적색 LED들과 상기 복수개의 백색 LED들을 모두 사용하며, 상기 식물의 탐색시에는 상기 복수개의 백색 LED들만 점등시킨다.

바람직하기는 또한, 상기 본체에는 콘트롤러가 더 설치되며, 상기 콘트롤러는 상기 식물의 성장 단계에 따라 상기 복수개의 적색 LED들과 복수개의 백색 LED들의 빛의 세기를 조절하며, 또한, 상기 콘트롤러는 외부 장치와 통신하며, 상기 외부 장치로부터 식물의 성장 단계에 맞도록 설정된 데이터를 받아서 저장하며, 상기 데이터에 따라 복수개의 적색 LED들과 복수개의 백색 LED들에 인가되는 전력과 이들의 점등 시기 및 시간을 조절한다.

본 발명에 따른 식물 성장 촉진 장치는 복수개의 적색 LED들과 청색 파장과 유사한 파장을 갖는 복수개의 백색 LED들을 구비함으로써, 식물의 성장시에는 복수개의 적색 LED들과 복수개의 백색 LED들을 점등시키고, 사람이 식물에 관련된 작업을 할 경우에는 복수개의 백색 LED들만 점등시킬 수가 있다.

따라서, 식물의 성장을 촉진시킬 뿐만 아니라, 복수개의 백색 LED들만 점등시켜서 식물에 관련된 작업을 충분히 진행할 수가 있다.

또한, 작업시 복수개의 백색 LED들만을 점등하더라도 작업에 충분한 빛의 밝기를 제공하기 때문에 다른 전등이 필요없게 되어 전력 소모가 감소되며, 열 발생율이 낮아서 식물의 성장을 조절하는 것이 매우 용이하다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 식물 성장 촉진 장치의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치의 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 식물 성장 촉진 장치(101)는 본체(105), 유리판(107), 회로 기판(131), 복수개의 적색 LED(Light Emitting Diode)들(121,122) 및 복수개의 백색 LED들(111)을 구비한다.

본체(105)는 회로 기판(131), 복수개의 적색 LED들(121,122) 및 복수개의 백 색 LED들(111)을 내부에 포함한다. 본체(105)는 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)로부터 발생되는 열을 외부로 잘 발산시키는 방열 성능이 우수하며, 가격이 저렴한 금속, 예컨대 알루미늄으로 구성된다. 본체(105)는 또한 내부 부재들이 움직이지 않고 고정될 수 있도록 단단한 소재로 구성된다.

유리판(107)은 본체(105)의 정면에 설치되며, 투명한 부재, 예컨대 유리로 형성된다. 유리 기판을 통해서 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)로부터 방사되는 빛은 외부로 조사된다.

회로 기판(131)은 본체(105)의 내부에 수직으로 설치된다. 회로 기판(131)에는 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111) 및 복수개의 회로 소자들이 설치된다. 회로 기판(131)에는 배선들이 인쇄되어 있어서, 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111) 및 회로 소자들을 전기적으로 연결한다. 회로 기판(131)은 일반적인 인쇄 회로 기판((Printed Circuit Board)으로 구성될 수 있다.

복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)은 회로 기판(131)의 정면 즉, 회로 기판(131)과 유리판(107) 사이에 위치하도록 설치된다. 복수개의 적색 LED들(121,122)은 2개의 그룹들로 구분하고, 제1 그룹은 회로 기판(131)의 상부에 설치되고, 제2 그룹은 회로 기판(131)의 하부에 설치된다. 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 복수개의 백색 LED들(111)이 설치된다.

복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)은 최대 1와트 이상의 정격 소비 전력을 갖는 파워 LED들로 구성된다.

여기서, 백색 LED는 백색광을 방사하지만, 청색 LED와 동일하거나 유사한 파장을 가지고 있어야 한다. 이에 대해서는 도 4를 통해서 상세히 설명하기로 한다.

적색 LED의 정격 전력과 백색 LED의 정격 전력이 비슷할 경우에, 복수개의 적색 LED들(121,122)의 전체 수가 복수개의 백색 LED들(111)의 전체 수보다 많도록 구성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 적색 LED가 백색 LED에 비해 식물의 성장에 더 많은 영향을 주기 때문이다. 즉, 적색 LED는 식물의 성장을 촉진시키지만, 백색 LED는 식물의 성장을 억제시킨다. 적색 LED의 수와 백색 LED의 수는 3:1로 구성하는 것이 바람직하다.

복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)은 식물의 성장 시기에는 모두 점등시키고, 식물의 성장이 아닌 사람이 작업을 할 경우, 예컨대 꽃이나 열매를 따는 경우, 잎을 솎아주고 가지를 쳐주는 경우, 물이나 비료를 주는 경우, 식물에 열린 열매를 살펴보거나 잎 또는 꽃의 상태를 살펴볼 경우 등등, 이 때는 복수개의 백색 LED들(111)만 점등시킨다. 백색의 LED만 점등시키는 경우, 이것은 자연광과 동일하기 때문이다.

또한, 식물의 성장시기에는 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)은 모두 동일한 세기의 빛을 방사하도록 설정하며, 사람이 식물 관련 작업을 할 때에는 복수개의 백색 LED들(111)은 식물의 성장시에 비해 더 강한 빛을 방사하도록 설정한다. 예컨대, 식물의 성장시기에 복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)이 1와트의 전력을 소모한다면 작업시에는 복수개의 백색 LED들(111)은 2와트 이상의 전력을 소모하도록 설정된다. 복수개의 백색 LED 들(111)만을 점등하더라도 사람이 작업하기에 충분한 밝기를 제공하기 때문에 이 때는 다른 전등이 필요없다. 따라서, 전력 소모가 감소된다. 이에 대해서는 도 5 및 도 6을 통해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

복수개의 적색 LED들(121,122)과 복수개의 백색 LED들(111)이 회로 기판(131)에 배치되는 위치와 그 숫자는 변경이 가능하며 상기 구성으로 한정되지는 않는다.

도 3은 도 1에 도시된 회로 기판(131)에 장착되는 회로 소자들의 블록도 및 이에 연결된 복수개의 LED들을 보여준다. 도 3을 참조하면, 식물 성장 촉진 장치(101)의 회로 기판(131)에는 전원부(311), 콘트롤러(331), 통신부(321) 및 LED 드라이버(341)가 장착된다. 회로 기판(131)의 정면에는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들이 설치되며, 회로 기판(131)의 후면에 전원부(311), 콘트롤러(331), 통신부(321) 및 LED 드라이버(341)가 장착된다.

전원부(311)는 외부로부터 전압(Px)을 공급받으며, 이를 콘트롤러(331)가 동작하는데 필요한 전압 레벨로 변환하여 콘트롤러(331)에 공급한다.

통신부(321)는 외부 장치(도시 안됨)로부터 전기 신호를 받아서 이를 콘트롤러(331)의 동작에 적합한 신호 레벨로 변환하여 콘트롤러(331)에 공급하며, 콘트롤러(331)로부터 출력되는 신호를 외부 장치의 동작에 적합한 신호 레벨로 변환하여 상기 외부 장치로 공급한다. 통신부(321)는 상기 외부 장치와 유선을 통해서 통신할 수도 있고, 무선을 통해서 통신할 수도 있다. 통신부(321)는 콘트롤러(331) 내부에 포함될 수도 있다.

콘트롤러(331)는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들의 동작을 제어하는 신호를 출력하여 LED 드라이버(341)에 제공한다. 모든 식물은 일반적으로 씨앗을 심으면 싹이 나고 자라서 열매를 맺게 된다. 이 때, 씨앗 단계일 때와 싹이 나서 떡잎이 자라는 단계를 포함하여 최종적으로 열매가 열리는 단계까지 여러 단계의 성장 과정을 거치게 된다. 각 성장 단계마다 식물이 필요로 하는 빛의 파장은 서로 다르다. 따라서, 콘트롤러(331)는 이러한 식물의 성장 단계에 맞추어서 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들이 빛을 방사할 수 있도록 LED 드라이버(341)를 제어한다. 또한, 식물은 잎이 자라는 시기와 열매가 자라는 시기에 따라 필요로 하는 파장이 서로 다르며, 식물의 종류에 따라서 성장 속도도 서로 다르기 때문에, 콘트롤러(331)는 식물의 종류에 따라서 식물의 성장 단계에 맞도록 설정된 데이터를 외부 장치로부터 받아서 저장한 상태에서 상기 데이터에 따라 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들에 인가되는 전력과 이들의 점등 시기, 시간 등을 조절해준다.

또한, 콘트롤러(331)에는 식물의 성장 상태를 촬영하는 카메라(도시 안됨)가 연결될 수 있다. 이 경우에, 콘트롤러(331)는 카메로부터 식물의 성장 상태에 대한 데이터를 받아서, 이를 내부에 저장된 식물의 성장에 필요한 파장과 관련된 데이터와 조합하여 식물의 성장을 최적화시킬 수도 있다.

LED 드라이버(341)는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들을 구동한다. 즉, LED 드라이버(341)는 콘트롤러(331)로부터 구동 신 호를 받아서 이를 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들을 점등시키는데 필요한 전류 또는 전압으로 변환하여 공급한다. LED 드라이버(341)의 구동 능력은 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들의 수에 따라 조정될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 적색 LED(도 1의 121a,122a)와 백색 LED(도 1의 111a)의 파장과 투과율의 상관 관계를 보여준다. 도 4를 참조하면, 적색 LED(도 1의 121a,122a)의 파장(u1)은 650[nm]에서 최고의 투과율 즉, 최고의 빛의 세기를 나타내며, 백색 LED(도 1의 111a)의 파장(u3)은 400[nm]에서 최고의 투과율을 나타낸다. 여기서 청색 LED의 파장(u2)은 410[nm]에서 최고의 투과율을 나타내며, 백색 LED(도 1의 111a)는 청색 LED와 거의 비슷한 파장을 갖는다. 적색 LED(도 1의 121a,122a)의 최고 투과율과 백색 LED(도 1의 111a)의 최고 투과율은 실제와 약간의 차이를 가질 수도 있으며, 식물의 성장에 필요한 범위 내에서 조절할 수 있다.

백색 LED(도 1의 111a)의 조건은 백색광을 방사하면서도 청색 LED의 파장과 동일하거나 유사해야만 한다. 그러기 위해서는 청색 LED의 표면에 백색을 칠하여 사용하는 것이 바람직하다. 이럴 경우에, 도 4에 나타난 바와 같이, 백색 LED(도 1의 111a)의 파장(u3)은 청색 LED의 파장(u2)과 거의 유사한 파장을 가지면서 적색 LED(도 1의 121a,122a)의 파장(u1)과 같이 650[nm]에서 특정치의 투과율, 예컨대 적색 LED(도 1의 121a,122a)의 30%에 해당하는 투과율을 나타낸다. 가장 바람직한 것은 백색 LED(도 1의 111a)의 파장(u3)이 청색 LED의 파장(u2)과 동일하고, 빛은 백색광을 방사하는 것이다.

복수개의 적색 LED들(도 1의 121a,122a)과 복수개의 백색 LED들(도 1의 111)의 광합성 광속밀도는 식물의 광합성 작용에 영향을 줄 수 있도록 1제곱미터당 100[uMOL] 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 5는 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치(101)가 식물(511)에 적색광과 백색광을 방사하는 상태를 보여준다. 도 5에서는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 청색 LED들이 모두 점등되어 적색광과 백색광을 식물(511)에 방사하고 있다. 이와 같이, 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들이 동시에 빛을 방사함으로써, 식물(511)은 적색의 파장과 청색의 파장을 받아서 잎에서 광합성 작용을 하여 성장하게 된다.

여기서, 초기에 씨앗이 심겨진 단계와 최종적으로 열매를 따기 전 또는 식물(511)을 수확하기 전 단계까지 여러 단계, 예컨대 50단계로 구분하고, 각 단계별로 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들의 빛의 세기를 구분하는 것이 필요하다. 예컨대, 씨앗이 심겨진 때에는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)은 최대의 빛의 세기로 빛을 발하고 복수개의 백색 LED(111a)들은 소등되며, 떡잎이 나기 시작할 때에는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)은 복수개의 백색 LED(111a)들은 최대의 빛의 세기로 빛을 발하고, 떡잎이 나서 2주가 지난 후에는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)의 빛의 세기는 80%의 세기로 발하고 복수개의 백색 LED(111a)들은 최대의 빛의 세기를 발하며, 꽃이 피려고 할 때에는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)은 20%의 빛의 세기를 발하고, 복수개의 백색 LED(111a)들은 최대의 빛의 세기로 발하도록 설정할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치(101)가 백색광만을 방사하는 상태를 보여준다. 식물(511)이 식물 성장 촉진 장치(101)로부터 적색광을 받거나 적색광과 백색광을 동시에 받게 되면, 사람은 식물(511)의 상태를 구분하는 것이 매우 어렵게 된다. 뿐만 아니라 적색광이 열매에 비치게 되면, 식물을 구분하기도 어려울 뿐만 아니라 식물의 상태 예컨대, 꽃이나 잎 또는 열매의 표면에 벌레가 먹었거나 상처가 나 있거나 썩은 부분이 있는지 여부를 가려내는 것도 매우 어렵게 된다. 사람이 식물을 가장 잘 구분할 수 있는 경우는 자연광이 비칠 때이다. 따라서, 식물에 관련된 작업을 하고자 할 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 복수개의 적색 LED들(121a,122a)은 소등시키고, 복수개의 백색 LED(111a)들만 점등시킨다. 복수개의 백색 LED들만을 점등할 경우에 자연광과 거의 유사하기 때문에, 사람은 식물에 관련된 작업을 용이하게 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 식물 성장 촉진 장치(101)는 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들을 구비함으로써, 복수개의 적색 LED들(121a,122a)과 복수개의 백색 LED(111a)들을 동시에 점등시켜서 식물(511)의 성장을 도와주며, 복수개의 백색 LED(111a)들만 점등시켜서 식물(511)에 관련된 작업을 용이하게 할 수가 있다.

도 5 및 도 6에는 식물 성장 촉진 장치(101)가 바닥에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나 천정이나 측벽에도 설치가 가능함으로 식물 성장 촉진 장치(101)의 설치 장소는 어느 한 곳에 한정되지 않는다.

식물 성장 촉진 장치(101)는 이동이 용이하다. 따라서, 작업자는 식물(511) 의 성장을 최대로 촉진시키거나 억제시킬 수 있도록 식물 성장 촉진 장치(101)와 식물(511) 사이의 거리를 필요한 만큼 조절할 수가 있다.

식물 성장 촉진 장치(101)의 본체(105)의 설치 각도는 조정이 매우 용이하다. 따라서, 식물(511)의 성장을 촉진시키거나 억제시키기에 적합하도록 식물 성장 촉진 장치(101)로부터 방사되는 빛이 식물(511)에 조사되는 각도를 얼마든지 조절할 수가 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 식물 성장 촉진 장치(101)와 식물(511)은 폐쇄 공간, 예컨대 비닐 하우스와 같은 재배실의 내부에 설치될 수 있으며, 이 경우에 식물(511)의 온도 및 습도 조절이 용이하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 식물 성장 촉진 장치의 정면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치의 측면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 회로 기판에 장착되는 회로 소자들의 블록도 및 이에 연결된 복수개의 LED들을 보여준다.

도 4는 도 1에 도시된 적색 LED와 백색 LED의 파장과 투과율의 상관 관계를 보여준다.

도 5는 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치가 식물에 적색광과 백색광을 방사하는 상태를 보여준다.

도 6은 도 1에 도시된 식물 성장 촉진 장치가 백색광만을 방사하는 상태를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101; 식물 성장 촉진 장치, 105; 본체

111; 복수개의 백색 LED들, 121/122;복수개의 적색 LED들

131; 회로 기판, 141; 회로 소자

311; 전원부, 321; 통신부

331; 콘트롤러, 341; LED 드라이버

511; 식물

Claims

식물의 성장을 촉진하기 위한 식물 성장 촉진 장치에 있어서,

본체;

상기 본체에 설치되며, 적색광을 방사하는 복수개의 적색 LED들; 및

상기 본체에 설치되며, 청색 LED와 유사한 파장을 가지며, 백색광을 방사하는 복수개의 백색 LED들을 구비하는 것을 특징으로 하는 식물 성장 촉진 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 백색 LED들은 각각 청색 LED의 표면에 백색을 칠하여 구성된 것을 특징으로 하는 식물 성장 촉진 장치.
제1항에 있어서, 상기 본체에는 콘트롤러가 더 설치되며, 상기 콘트롤러는 상기 식물의 성장 단계에 따라 상기 복수개의 적색 LED들과 복수개의 백색 LED들의 빛의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물 성장 촉진 장치.
제1항에 있어서, 상기 식물의 성장시에는 상기 복수개의 적색 LED들과 상기 복수개의 백색 LED들을 모두 사용하며, 상기 식물에 관련된 작업을 할 경우에는 상기 복수개의 백색 LED들만 점등시키는 것을 특징으로 하는 식물 성장 촉진 장치.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러는 외부 장치와 통신하며, 상기 외부 장치로 부터 식물의 성장 단계에 맞도록 설정된 데이터를 받아서 저장하며, 상기 데이터에 따라 복수개의 적색 LED들과 복수개의 백색 LED들에 인가되는 전력과 이들의 점등 시기 및 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 식물 성장 촉진 장치.