KR20140018719A - 원예용 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED칩를 이용하여 형광등 타입의 식물생장촉진용 LED 조명장치를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물의 생장을 촉진시키는 가시광선 중에 주파장이 650nm인 적색광과 450nm인 청색광 파장을 포함하는 자연광과 유사한 백색 LED 조명 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 형광등 타입의 LED 조명장치는 청색 LED칩, 상기 청색 LED칩으로부터 발광하는 청색광의 확산영역에서 이 청색광을 흡수하여 청색광의 파장대와 다른 파장의 빛을 발광하는 실리케이트계 녹색 형광체, 그리고 상기 청색광과 녹색광의 일부를 흡수하여 다른 파장대의 빛을 발광하는 질화물계 적색 형광체로 구성된다.
이렇게 발광하는 패키지를 조명장치로 제작하여 채소류 등의 원예작물에 조사하면 작물의 생장을 촉진시켜 재배 기간을 단축시킬 수가 있고, 청색과 적색의 LED칩의 단순 조합으로 만들어진 조명에 비하여 제조원가를 낮춰 재배농가나 식물공장의 경제성을 높일 수가 있다.
본 발명의 형광등 타입의 LED 조명장치는 청색 LED칩, 상기 청색 LED칩으로부터 발광하는 청색광의 확산영역에서 이 청색광을 흡수하여 청색광의 파장대와 다른 파장의 빛을 발광하는 실리케이트계 녹색 형광체, 그리고 상기 청색광과 녹색광의 일부를 흡수하여 다른 파장대의 빛을 발광하는 질화물계 적색 형광체로 구성된다.
이렇게 발광하는 패키지를 조명장치로 제작하여 채소류 등의 원예작물에 조사하면 작물의 생장을 촉진시켜 재배 기간을 단축시킬 수가 있고, 청색과 적색의 LED칩의 단순 조합으로 만들어진 조명에 비하여 제조원가를 낮춰 재배농가나 식물공장의 경제성을 높일 수가 있다.
Description
본 발명은 식물공장에서 작물을 키울 때 인위적으로 조명하기 위한 원예용 LED 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색 LED칩의 청색광을 기본광원으로 하고, 상기 청색광의 파장을 변환시키는 형광체의 특성을 이용하여 자연광에 가까운 LED 조명장치를 제작하는 것이다.
식물공장에 사용되는 조명의 광원으로는 백색형광등, 3파장형광등, 메탈할라이드, 고압나트륨 및 LED 램프 조명이 사용되고 있으며, 고압나트륨 조명은 적색과 청색의 가시광선 변환율이 약 30%정도 높아 많은 식물공장에서 사용되고 있지만 피크파장이 589nm이고, 적색과 청색파장이 적게 들어 있어 광합성 효율이 낮다.
메탈할아이드는 근접조명이 가능하나 유효광합성 파장이 20% 정도 적어 부적하며, 백색형광등은 램프의 수명이 짧아 유지보수에 어려움이 있다.
LED 조명은 단색파장과 복합파장을 선택할 수 있어 식물광합성 유효파장이 91%로 높고, 조명의 발열도 적고 수명도 길어 농업용으로 사용하기 적합하지만, 가격이 비싸다는 문제점이 있다. LED 조명의 특정 단색광을 이용하면 광합성 촉진, 개화조절, 착색증진, 당도와 사포닌 증가 및 곰팡이 발생억제 등의 기능을 수행할 수 있으며, 본원 발명에서는 610~700nm의 주피크와 400~470nm의 부피크를 포함한 가시광선 380~700nm의 자연광과 유사한 빛을 발생시키는 LED 조명장치를 제작하고, 이 조명장치를 이용하여 작물의 생육을 촉진시키는 것이다.
LED 램프는 식물공장 등 바이오 산업 분야에서 최근 크게 각광을 받고 있으며, LED 램프를 이용하여 시설 내 또는 식물공장에서 작물의 광합성을 유도하고 생장을 촉진시키는 광원으로 활용한다.
종래 이러한 LED 램프를 이용하여 식물 생장을 촉진시키는 발명이 국내특허 제10-879711호에 개시되어 있다. 상기 발명에서는 적색광과 청색광을 발생시키는 LED를 복수개 설치하고 적색광 및 청색광을 각각 별개로 발광시킴으로써 식물 생장을 촉진하는 형태로 구현되고 있다.
그러나 이러한 구성은 적색광과 청색광의 파장으로 한정되어 있어 일정한 형태의 식물 생장에만 유효하기 때문에 원예작물 등의 생육이 균일하지 않을 수 있다.
| 파장(nm) | 광선종류 | 주 요 작 용 | |
| 자외선 |
100-280 | UV-A | 주방기구 소독, 인체에 유해 |
| 280-315 | UV-B | 식물 생육 억제 및 형태 변화 | |
| 315-380 | UV-C | 항산화 물질 강화, 색소 형성 | |
| 가시 광선 |
380-400 | 보라색 | 파장이 가장 짧은 가시광선, 항산화 물질 강화 |
| 400-420 | 남색 | 작물 신장 촉진 | |
| 420-470 | 청색 | 작물 형태 및 생육변화에 영향, 웃자람 억제 개화유도, 광합성 유효 |
|
| 470-570 | 녹색 | 안전광, 광합성 유효 | |
| 570-610 | 황색 | 광합성 유효, 해충 회피 | |
| 610-650 | 주황색 | 생육촉진 작용, 광합성 유효 | |
| 650-700 | 적색 | 생육촉진, 광합성 유효, 웃자람 억제 | |
| 적외선 |
700-800 | 근적외선 | 웃자람 촉진(줄기신장), 발아억제 |
| 800 이상 | 원적외선 | 열선 | |
상기 표 1의 가시광선의 스펙트럼에 따라 작물에 미치는 영향이 달라지는 것을 알 수 있다. 400~420nm의 남색은 작물의 신장을 촉진하고, 420~470nm의 청색은 작물의 웃자람을 억제하거나 개화유도 등의 영향을 하며, 470~570nm의 녹색은 광합성에 유효한 역할을 한다. 또한 또한 610~650nm의 주황색은 작물 생육을 촉진시키고, 650~700nm의 적색은 광합성에 유효한 광이며, 작물의 생육을 촉진시키고, 작물의 웃자람을 억제하는 역할을 한다.
| 항 목 | 단 위 | 쌀 | 딸기 | 상추 | 토마토 |
| 재 배 기 간 | 일 | 100 | 90 | 30 | 90 |
| PPFD (광량자) |
μmolm-2/day | 800 | 300 | 200 | 600 |
| 일간 조명시간 | hour/day | 12 | 16 | 16 | 12 |
| 일간 광합성량 | μmolm-2/day | 34.6 | 17.3 | 11.5 | 25.9 |
상기 표 2에서 보면 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density; 광합성 광량자밀도)의 수치가 크게 되면 일간 광합성량이 크게 증가하고 있다. 따라서 광량자 밀도가 높은 조명장치가 작물의 광합성을 증진시키고 작물의 생육을 촉진하게 된다.
<광원별 작물의 생육효과(상추 정식 후 25일 기준)>
상기 표 3에서는 태양광과 LED 조명, 형광등을 이용하여 상추를 정식한 후 25일 되었을 때의 생육 및 비타민의 함량을 측정하였다. 위 표 3에서 보는 바와 같이 LED 조명의 경우 생체중, 초장 및 엽장의 길이가 태양광 및 형광등 조명의 경우보다 훨씬 컸으며, 비타민의 함량도 크게 증가한 것을 알 수 있다.
종래와 같이 적색광과 청색광으로 조명등을 제작하여 식물에 조사하게 되면 사람의 시각으로 느껴지는 식물의 반사 색감은 청색광과 적색광의 광도에 따라 갈색 혹은 보라색과 유사한 색감으로 보이게 된다. 또한 작물을 재배할 때 식물 생장을 관측함으로써 잎의 병해나 성장 등 식물 생장의 유효성을 시각적으로 판단하게 되지만, 청색광과 적색광만으로 조명하는 경우 식물 생장의 유효성을 판단하기가 쉽지 않다. 그리고 적색광이 강하게 조사되는 경우 재배지에서 작업자의 피로도가 증가하고 정신적인 안정을 해치는 요인이 되기도 한다. 이러한 단점을 해소하기 위해 녹색 LED를 추가하여 사용하기도 하지만 녹색 LED는 가격이 비싸기 때문에 경제적이지 않다.
본 발명에서는 청색광을 여기광원으로 하고, 투명한 실리콘 봉지재에 적색형광체와 녹색형광체를 중량비로 혼합하여 단일 광원체로 패키징하여 식물생장에 꼭 필요로 하는 청색광과 적색 형광체로부터 여기된 적색광 및 녹색 형광체로부터 여기된 녹색광이 발광되도록 광원을 제조하여 자연광과 유사한 광 스펙트럼을 구현함으로써 상기에서 서술된 문제점을 개선하였다.
국내 등록특허 제10-1050504호에 개시된 발광 스펙트럼 형태(도 1c)를 보면 제1피크가 450nm 영역에 있고, 제2피크가 600nm임을 나타내고 있다. 그러나 상기 종래기술에 표현된 적색 형광체인 (Ca(1-x)Mx)AaBbSs:Eu², Q계열의 형광체를 사용한 LED칩은 650nm의 피크를 실제로 구현하지 못하기 때문에 본 발명에서는 상기 종래 기술과 상이한 형광체를 사용하여 650nm의 피크를 구현하는 LED칩을 만들었다.
본 발명에서는 도 1a와 같은 자연광과 유사한 발광특성을 갖는 LED 칩을 제조하기 위하여 적색 형광체와 녹색 형광체를 사용한 것이 특징이다.
종래 원예농가에서는 MH등, 나트륨등, 수은등, 삼파장FL 조명식물 조명장치의 광원 종류를 보면 전자식 형광등, 백열등, 메탈할라이드램프, 나트륨램프 및 수은램프 등이 사용되고 있으나 대부분 전기소모량이 많다는 문제점이 있다. 이와 같은 종래의 조명장치는 넓은 재배공간에 전력을 공급하기 위해서는 전력시설을 대규모로 증설하여야 하며, 고온 다습한 환경에 조명장치가 항상 노출되어 있어 LED 램프 교체 작업시 감전의 위험성이 크고, 시설물의 천장 등 높은 위치에 설치된 LED 램프의 교체작업이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 그렇다고 수명이 다한 LED 램프를 제때 교체하여 주지 않으면 그 LED 램프 아래에서 자라는 작물은 생육이 더디고, 광량이 부족하여 웃자람 현상이 나타나거나 꽃대가 일찍 출현하여 상품성을 크게 저하시키게 된다.
더구나 종래 식물생장을 촉진시키기 위한 LED 램프를 이용한 조명장치는 각 LED 램프를 하나의 패키지에 다수개 설치함으로써 설치 및 제어, 관리가 복잡하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 관리가 용이하면서 적은 소비전력으로 다양한 작물을 건실하게 키울 수 있도록 하는 식물생장용 LED 조명장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 LED 램프를 작동시키기 위해 DC 구동을 위한 별도의 컨버터 없이 외부의 교류 전원을 공급받아 발광하는 컨버터리스(Converterless) LED 조명장치를 제공한다. 일반적으로 LED 램프를 구동시키는 컨버터는 알려진 바와 같이 수명이 3만 시간 정도로서 짧아 유지관리에 많은 비용이 들게 된다. 본원발명에서는 LED 램프를 구동시키는데 필요한 컨버터를 없애고, 외부의 교류 전원을 이용하는 회로 기술을 구현함으로서 LED 램프의 수명을 3배 이상 증가시켰다.
또한 본원발명의 LED 램프는 작물을 재배할 때 광원으로 사용되는 종래의 백열전구, 전자식 형광램프, 다운라이트 형태의 종래 조명, 메탈램프타입의 갓등 등에 비하여 작물의 생육을 증지시키면서 동시에 에너지 효율을 80% ~ 40% 정도 절감시키는 원예작물 재배용 LED 조명장치를 제공하는데 있다.
본 발명에서는 자연광에 가까운 LED 조명장치를 제공하기 위하여 단일 청색광을 여기광원으로 하고 녹색형광체와 적색형광체를 조합하여 적색광과 함께 녹색광도 발광되는 광원을 제조하게 되었다.
본 발명의 원예용 LED 조명장치는 상기 형광체가 도포된 다수의 LED칩으로 만들어지고, 상기 각 LED칩은 전원과 연결되어 복수의 서로 다른 파장 영역의 광을 발생시킨다. 상기 LED 조명장치는 가시광선 영역과 근적외선 영역까지 광원을 방출하게 되며, 주피크는 640~690nm이고, 부피크는 440~460nm이다.
본 발명의 LED 조명장치에 사용되는 형광체는 LED칩의 발광층에서 발광된 여기광 및 상기의 여기광이 다른 파장의 녹색 형광체 및 적색 형광체를 투과하면서 자연광과 유사한 LED 조명장치가 된다.
아래 (I)의 구조식은 상기 적색광을 발광하는 질화물 형광체에 관한 것이다.
화학식: Me2-xRxSi5N8-yF3y (I)
아래 (Ⅱ)의 구조식은 녹색광을 발광하는 실리케이트 형광체의 구조식이다.
화학식: BawSrxCaySiO4: zEu (Ⅱ)
본원발명은 상기 질화물 형광체와 실리케이트계 형광체를 이용하여 LED칩을 만들어 작물 및 식물생육을 촉진시키는 파장의 빛을 발광시킬 수 있도록 하는 것이다.
LED칩에 적용되는 상기 질화물 형광체와 실리케이트 형광체는 중량비가 1 내지 2 : 1 내지 2 비율로 혼합되며, 최적화된 sRGB는 1.2 내지 1.8 : 1.3 내지 1.5 범위이다.
본 발명의 LED 조명장치는 LED칩으로부터 발광하는 청색광, 이 청색광과 다른 파장대의 빛을 발산하는 실리케이트계 형광체의 녹색광 및 상기 청색광과 녹색광의 일부를 흡수하여 다른 파장대의 빛을 발광하는 질화물계 형광체의 적색광이 혼합되어 자연광과 유사한 백색광을 발광하게 된다.
본 발명의 실리케이트계 형광체와 질화물계 형광체를 활용한 리드타입 LED칩의 구조를 보면 플라스틱 프레임(7) 내부에 반사판 구조(8)가 형성되어 있고, 그 중앙부에 청색 LED칩(1)이 착설된다. 상기 청색 LED칩은 금선(Au wire)에 의해 양극성 단자(Anode Lead, 2) 및 음극성 단자(Cathode Lead, 3)에 전기적으로 연결되고, 상기 청색 LED칩(1)에 녹색 형광체와 적색 형광체가 혼합된 몰드 수지층(6)으로 몰드한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 원예용 LED 조명장치는 단일 조명 패키지에 다양한 파장으로 발광하는 형광체로 몰딩한 발광칩(LED 칩)을 착설하였다. 따라서 단일 파장으로 발광하는 칩을 파장별로 여러개 설치하는 것에 비하여 제조원가를 35% 이상 절감할 수 있고, 집적도는 44% 이상 향상시킬 수 있으며, 조립비용을 50% 절감할 수 있게 된다. 또한 한 종류의 칩으로 여러 파장대의 광을 발생시킬 수 있으므로 설치면적 감소, 생산단가 및 전력소모를 줄일 수 있다. 또한 배경기술에서 언급되었듯이 일반적인 청색과 녹색 LED를 이용한 조명장치에 비하여 본 발명의 조명장치를 사용함으로서 엽채류의 반사색인 녹색을 직접적으로 확인하므로서 재배 식물의 생육 상태와 화훼류 식물의 꽃의 색감을 생산 현장에서 즉시 판단할 수 있고, 보라색감이 강한 청색녹색 조명장치에 비하여 재배 생산을 하는 생산자의 정신적 안정에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 식물 생장촉진용 LED 조명장치는 형광체로 몰딩된 칩으로부터 발생된 여러 파장대의 광을 적절히 조합하여 백열전구에 근접한 색상의 광을 발생시켜 줌으로써 식물생장에 최적인 파장대의 광을 발생시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 식물전용 LED 스펙트럼의 광 효율
도 1b는 본 발명의 청색광 및 적색광의 스펙트럼
도 1c는 종래 백색 LED의 파장에 따른 광강도
도 1d는 본 발명의 형광등의 발광스펙트럼
도 1e는 적색 형광체의 발광스펙트럼
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치의 상세도.
도 3은 종래 형광등을 사용하여 재배한 상추의 반사색 사진
도 4는 본원발명의 청색과 녹색 LED 조명으로 재배한 상추의 반사색 사진
도 1b는 본 발명의 청색광 및 적색광의 스펙트럼
도 1c는 종래 백색 LED의 파장에 따른 광강도
도 1d는 본 발명의 형광등의 발광스펙트럼
도 1e는 적색 형광체의 발광스펙트럼
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치의 상세도.
도 3은 종래 형광등을 사용하여 재배한 상추의 반사색 사진
도 4는 본원발명의 청색과 녹색 LED 조명으로 재배한 상추의 반사색 사진
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 식물전용 LED 스펙트럼의 광 효율을 나타낸 그래프로서 주피크는 650nm 부근이고, 부피크는 450nm 부근임을 나타내고 있으며, 도 1b는 본 발명의 청색광 및 적색광의 스펙트럼을 나타낸 그래프로서 460nm 주위에 청색광이, 650nm 주위에 적색광이 발광되고 있음을 보여주고 있고, 도 1c는 종래 백색 LED 조명의 파장에 따른 광강도를 나타낸 그래프이다. 도 1d는 본 발명의 형광등의 발광스펙트럼를 나타낸 그래프로서 440nm, 550nm 및 610nm에서 강하게 발광하고 있음을 보여주고 있으며, 도 1e는 적색 형광체의 발광스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예에 따른 단일 LED 칩의 상세도로서 플라스틱 프레임(7) 내부에 LED칩(1)이 위치하고, 상기 LED칩은 애노드 리드(2)와 캐소드 리드(3)에 연결되며, 실리콘과 형광체가 혼합된 몰드층(6)으로 피복되게 된다.
도 3은 종래 형광등을 사용하여 재배한 상추의 반사색 사진이고, 도 4는 본원발명의 청색과 녹색 LED 조명으로 재배한 상추의 반사색 사진이다.
종래 LED 조명장치를 이용하여 비닐하우스재배, 수경재배방식의 의한 농작물이나, 화훼류, 과수 등의 생장을 촉진시키는 방법이 다양하게 개발되었으며, 본 발명에서는 청색을 발생시키는 LED칩에 녹색과 적색 형광체를 혼합하여 이로부터 발색되는 혼색광원을 발광시키는 방법이다.
본 발명의 식물 생장촉진 LED 조명장치는 가시광영역과 근적외선영역까지 광원을 방출하게 되며, 주피크는 640~690nm, 바람직하게는 650nm 파장의 광을 발생시키며, 부피크는 440~460nm, 바람직하게는 450nm 파장의 광을 발생시키는 LED칩을 이용한 식물생장 촉진용 LED 조명장치를 제조하는 것이다.
상기 LED 조명장치는 청색 LED칩과 상기 청색 LED칩으로부터 발광하는 청색광의 확산영역에서 이 청색광을 흡수하여 청색광의 파장대와 다른 파장의 빛을 발광하는 실리케이트 형광체, 그리고 상기 청색 LED칩으로부터의 청색광을 흡수하여 다른 파장대의 빛을 발광하는 질화물 형광체로 구성된다. 상기 LED 조명장치에서 발산되는 빛은 청색 LED칩으로부터 발광하는 청색광과 녹색 형광체로부터 발광하는 녹색광 및 적색 형광체로부터 발광하는 적색광의 혼색에 의하여 자연광과 유사한 백색의 발광스펙트럼을 갖게 된다.
아래 (I)의 구조식은 적색광을 발광시키는 질화물 형광체에 관한 것이다.
구조식: Me2-xRxSi5N8-yF3y (I)
상기 구조식에서 Me는 알칼리 토금속이고, R은 희토류 금속이며, Si는 실리콘원소, N은 질소 원소이며, 0<x<1, 0≤y<1를 만족한다.
보다 구체적으로 상기 구조에서 0<x<0.3, 0<y<0.5를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 질화물 형광체는 분말크기가 평균크기가 10㎛이하이며, 바람직 하게는 0.01~2㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 질화물 형광체 분말은 희토류 금속이 도핑된 알칼리 토금속 실리콘 질화물 형광체 분말(Me2-xRxSi5N8-yF3y(0<x<0.5, 0<y<1))의 물리적 특성 및 광학적 특성을 개선시키기 위하여 반응 혼합물에 소량의 무기불소염을 포함하는 불소원(FS)를 추가로 제공함으로써 불소가 도입된 질화물계 형광체 분말을 제공한다. 상기 질화물계 형광체는 입자의 크기가 작아 총 표면적은 넓으며, 개선된 화학적 특성을 가지고, 또한 UV 및 블루광을 강하게 흡수하고 이를 효율적으로 적색광으로 변환시킬 수 있어 효과적인 형광체로 사용할 수 있게 된다. 또한 LED칩에 침강이 없어 균일하게 층을 형성시킬 수 있어 원예용 LED 조명장치에 유용하게 사용할 수 있다.
아래 (Ⅱ)의 구조식은 녹색광을 발광시키는 실리케이트 형광체의 구조식이다.
구조식: BawSrxCaySiO4: zEu (Ⅱ)
상기 구조식에서 w+x+y+z = 2이고, 상기 실리케이트 형광체는 구형 입자, 다각형 또는 판형의 형태를 가지며, 크기는 0.1㎛ 내지 5㎛의 범위다.
상기 실리케이트 형광체는 녹색으로 발광하며, 실리케이트 형광체는 화학식 (Ⅱ)에 따른 실리케이트, Ce-도핑된 루테튬-함유 가닛(garnet), Eu-도핑된 술포셀레나이드, 티오갈레이트 및/또는 Ce- 및/또는 Eu-도핑된 니트라이드를 함유하는 형광체에서 선택된다.
상기 질화물 형광체와 실리케이트계 형광체로 LED칩을 만들어 작물 및 식물생육에 유용한 자연광과 유사한 파장의 빛을 발광시킬 수 있도록 하는 것이다. 이 때 청색광이 발광되는 LED 칩에 질화물 형광체를 집적시켜 적색광을 발광시키고, 또 그 위에 실리케이트계 형광체를 집적시키게 되면 녹색광을 발산하게 되며, 이들 파장의 광이 식물생육에 유리하게 되는 것이다.
LED칩에 적용되는 상기 질화물 형광체와 실리케이트 형광체는 중량비가 1 내지 2 : 1 내지 2 비율로 혼합되며, 최적화된 sRGB는 1.2 내지 1.8 : 1.3 내지 1.5 범위이다.
본 발명의 LED칩으로부터 발광하는 청색광, 이 청색광과 다른 파장대, 즉 녹색광의 빛을 발산하는 실리케이트 형광체 및 상기 청색광과 녹색광의 일부를 흡수하여 다른 파장대, 즉 적색광의 빛을 발광하는 질화물 형광체에 의해 LED 조명장치는 자연광과 유사한 백색광을 발광하게 된다.
또한 상기 질화물 형광체 분말은 LED칩의 특성을 확인하기 위해 고분자 수지와 적당량을 혼합하여 청색광에 사용되는 InGaN계열의 물질과 함께 사용되어 발광소자로 제조된다. 이 경우 UV-블루 광원을 포함하는 발광소자의 표면에 본 발명의 형광체가 패키징될 수 있다.
본 발명의 식물 생장촉진 LED 조명장치는 가시광선 영역과 근적외선영역까지 광원을 방출하게 되며, 주피크는 640~690nm, 바람직하게는 650nm 파장의 광을 발생시키고, 부피크는 440~460nm, 바람직하게는 450nm 파장의 광을 포함하지만 상기 주피크 및 부피크의 광을 포함하여 자연광과 유사한 백색광을 발광시키게 된다.
본 발명의 실리케이트 형광체와 질화물 형광체를 활용한 리드타입 LED칩의 구조를 보면 플라스틱 프레임(7) 내부에 반사판 구조(8)가 형성되어 있고, 그 중앙부에 청색 LED칩(1)이 착설된다. 상기 청색 LED칩은 금선(Au wire)에 의해 양극성 단자(Anode Lead, 2) 및 음극성 단자(Cathode Lead, 3)에 전기적으로 연결되고, 상기 청색 LED칩(1)에 녹색 형광체와 적색 형광체가 혼합된 몰드 수지층(6)으로 몰드한다.
상기 몰드 수지는 액상의 에폭시 또는 실리콘에 녹색 형광체와 적색 형광체를 혼합시켜 만들고, 상기 몰드 수지를 청색 LED칩 또는 녹색광을 발산시키는 LED칩 상부에 몰딩하게 된다.
본원 발명의 원예용 LED 조명장치의 구조는 식물 위에서 서로 거리를 두고 배열되어 일반적인 조명장치와 같게 전원부(내장형 또는 외장형)와 광원부가 전기적으로 연결되는 소켓단자로 구성된다.
본원 발명의 원예용 LED 조명장치는 구조와 형태에 제한을 받지 않으며, 대표적인 형태로는 벌브타입, 형광등타입, 다운라이트, PAR타입, 갓등, 직관형 등기구, 메탈할라이드램프 및 공장등 타입 등이 있다.
일반적으로 형광등 타입의 LED 조명장치는 소켓과 상기 소켓단자에 끼워져 전기적으로 접속하는 플러그단자를 갖고 형광등 소켓들에 분리되게 결합되는 다수의 베이스로 구성되며, 상기 베이스들과 전기적으로 연결된다. 그리고 베이스들과 형광등 소켓들을 통해서 인가되는 외부 전원을 청색광 발광 LED칩 및 형광체로 몰딩된 LED칩에 공급하도록 한 전원공급수단이 형성된다.
상기 베이스들 사이에 위치하여 LED칩를 전기적으로 배열하기 위한 장소가 되며, 동시에 전원공급수단과 전기적으로 연결되어 전원공급수단의 전원을 LED칩에 공급하도록 한 바(bar) 형상의 회로기판과 상기 회로기판에 1열 이상으로 전기적으로 배열되어 회로기판을 통해서 공급되는 전원공급수단의 전원으로 발광하며, 빛이 조사되도록 구성된 LED칩 및 양단이 개구된 원통형상의 튜브로 구성되고, 전원공급수단 및 LED를 배열한 회로기판을 내부에 넣은 채 좌우 양단이 베이스들에 일체로 결합됨으로써, 형광등 소켓에 분리되게 끼워지는 형광등 타입 LED 조명장치를 구성한다.
상기 광원체를 전원입력회로가 구비된 인쇄회로기판에 표면 실장하여 방열설계된 조명기구물의 방열판에 부착하고 환경에 따라서 확산판 형태 또는 투명형태의 플라스틱류의 커버가 구비된 조명장치를 구성한다.
상기 전원공급수단은 정 전류 방식의 컨버터를 사용하거나 컨버터리스로 구성된다.
상기 튜브의 외주연에는 형광등 소켓과 나사 결합되는 원통체들이 더 설치되고, 원통체들의 내주연에는 튜브와의 사이에 수밀성을 부여하여 소켓단자 쪽으로 물의 유입을 차단하기 위한 패킹부재가 추가로 설치된다.
상기 튜브의 내주연에는 LED에서 조사되는 빛을 확산시켜 빛의 효율을 증대시키기 위한 확산돌기들이 더 돌출 형성시킨다.
빛이 조사되는 상기 튜브의 부위는 투명으로 이루어지고, 그 반대 부위는 불투명으로 이루어진다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1 청색광 LED칩 2 애노드 리드
3 캐소드 리드 5 투명 수지층
6 형광체 몰드층 7 플라스틱 프레임
8 반사판
3 캐소드 리드 5 투명 수지층
6 형광체 몰드층 7 플라스틱 프레임
8 반사판
Claims (5)
- 원예용 LED 조명장치에 있어서,
상기 LED 조명장치는 청색광을 발광시키는 LED칩; 및
상기 청색광을 발광시키는 LED 칩에 실리케이트 형광체가 혼합된 몰드 수지를 몰딩시켜 녹색광을 발광시고,
상기 실리케이트 형광체가 몰딩된 LED 칩에 질화물 형광체가 혼합된 몰드 수지를 몰딩시켜 상기 청색광 및 녹색광의 일부를 흡수하여 적색광을 발광시킴으로써 청색광, 녹색광 및 적색광의 혼색에 의해 백색광을 발광시키는 것을 특징으로 하는 원예용 LED 조명장치.
- 제1항에 있어서,
상기 LED 칩이 배열되고 소켓단자에 전기적으로 접속하는 플러그단자를 갖는 다수의 베이스: 및
상기 LED 칩에 전원공급수단에 의해 전원을 공급하도록 한 회로기판; 및
상기 회로기판을 통해서 공급되는 전원으로 발광하는 LED 칩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원예용 LED 조명장치.
- 제2항에 있어서,
상기 LED 조명장치는 소켓단자 쪽으로 물의 유입을 차단하기 위한 패킹부재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 원예용 LED 조명장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 LED 조명장치는 LED 칩에서 조사되는 빛을 확산시켜 빛의 효율을 증대시키기 위한 확산돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 원예용 LED 조명장치.
- 제4항에 있어서,
상기 LED 조명장치는 벌브타입, 형광등타입, 다운라이트, PAR타입, 갓등, 직관형 등기구, 메탈할라이드램프 및 공장등 타입 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 원예용 LED 조명장치.
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