KR20160139520A - 식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법{PHOSPHOR FOR PROMOTING GROWTH OF PLANT AND PREPARING METHOD THEREOF}
본원은 식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
식물 성장에는 빛, 이산화탄소, 온도, 및 물이 필요한데, 그 중에서도 광합성 산물(탄수화물)을 생산하고 이를 식물 성장의 에너지원으로서 이용하는 광합성 반응에는 빛 에너지가 필수적이다. 또한, 광합성 반응은 이산화탄소의 양과 광량의 수준에 따라 광합성 속도가 결정되는데, 공기 중 이산화탄소의 농도가 낮을 때에는 광합성 속도가 이산화탄소의 양에 의해 지배되나, 그 양이 충분할 때에는 광합성 속도는 빛의 세기에 지배된다.
근래 공기 중 이산화탄소 등의 농도가 높아짐에 따라 지구온난화가 심각한 상태이며, 이에 따라 급격한 환경 변화로 인하여 이상 고온 현상, 가뭄, 홍수 등의 자연재해가 빈발해 지는 상황에서 안전하고 우수한 품질의 농산물을 재배하기 위해서는 식물 성장에 최적화되도록 환경요소를 제어하여 외부의 기후 변화에 관계없이 친환경 작물을 생산하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
대한민국공개특허 제2004-0010426호에 따르면, 광효율이 높은 적외선광, 적색광, 청색광 개별적인 LED 램프를 광원으로 사용한 식물 재배 시스템에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 종래 식물 생육을 위한 LED 램프들은 고온 다습한 지역에서 형광체의 성능이 저하되는 단점을 갖는다.
이에, 본원은 식물 성장 촉진용 형광체 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 일 측면은, 적색 형광체 및 상기 적색 형광체에 형성된 광학파장필터를 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체를 제공한다.
본원의 다른 측면은, 적색 형광체를 제조하고, 상기 적색 형광체에 광학파장필터를 형성하는 것을 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 의하면, 고온 다습한 환경에서도 성능이 저하되지 않고, LED 인공광원으로서 이용될 수 있는 형광체를 제공할 수 있다. 특히, 본원의 일 구현예에 따른 형광체는 적색광을 방출하는 형광체 상에 약 720 nm 이상의 파장의 빛을 차단하는 층을 도입함으로써, 인공광원에 적용되는 광원의 구조를 단순화시킬 수 있으며, 식물 성장에 이로운 적색광을 방출하는 동시에 식물 성장에 방해가 되는 파장 영역의 빛의 방출을 차단할 수 있어 최적화된 식물 재배 환경을 구현할 수 있다.
도 1은, 본원의 일 실시예에 따른 형광체의 스펙트럼을 나타낸다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따라 형광체의 사진 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 적색 형광체 및 상기 적색 형광체에 형성된 광학파장필터를 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체를 제공한다.
형광체는 외부로부터 에너지를 흡수해 고유의 가시광선을 방출하는 물질로서, 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 광원에 도입되어 광원의 색을 변환하는 역할을 한다. 본원의 일 구현예에 따른　형광체는 적색광을 방출하는 동시에 약 720 nm 이상의 빛을 차단함으로써, 식물 성장에 최적화된 광원을 제공할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 Ca14Zn6Al10 - xMnxO35, (Y1 - xEux)2O3 (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu, ZnS:SmF3, GdCaAl3O7:Eu, (Y1 - xGdx)(Al1 -yGay)3(BO3)4:Eu　(여기서, x는 0.01 내지 0.3이고, y는 0.4 내지 0.6임), Y1-xCa3(MO)3(BO3)4:Eux (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), (Ca1-xMx)S:Eu (여기서, M은　 알칼리토금속이고, x는 0 .01 내지 0.9임) 및 CaAlSiN3로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 입자 또는 플레이트 형상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 약 650 nm 내지 약 750 nm의 파장에서 발광되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 본원의 일 구현예에 따른 형광체는 적색 영역의 빛에 의해 여기되어 적생광을 방출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 파장은 약 650 nm 내지 약 750 nm, 예를 들어, 약 650 nm 내지 약 720 nm, 약 650 nm 내지 약 700 nm, 약 650 nm 내지 약 680 nm, 약 650 nm 내지 약 660 nm, 약 660 nm 내지 약 750 nm, 약 680 nm 내지 약 750 nm, 약 700 nm 내지 약 750 nm, 또는 약 720 nm 내지 약 750 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학파장필터는 식물 성장에 방해되는 파장을 차단하는 것일 수 있다. 상기 광학파장필터는 상기 적색 형광체 상에 또는 하부에 형성된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학파장필터는 약 720 nm 이상의 파장을 차단하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 약 720 nm 이상의 파장의 빛은 식물 성장에 방해가 될 수 있어 이를 차단하여 식물 성장을 촉진할 수 있다.
본원의 다른 측면은, 적색 형광체를 제조하고, 상기 적색 형광체에 광학파장필터를 형성하는 것을 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 Ca14Zn6Al10 - xMnxO35, (Y1 - xEux)2O3 (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu, ZnS:SmF3, GdCaAl3O7:Eu, (Y1 - xGdx)(Al1 -yGay)3(BO3)4:Eu　(여기서, x는 0.01 내지 0.3이고, y는 0.4 내지 0.6임), Y1-xCa3(MO)3(BO3)4:Eux (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), (Ca1-xMx)S:Eu (여기서, M은　 알칼리토금속이고, x는 0 .01 내지 0.9임) 및 CaAlSiN3로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 고상반응법 또는 액상 전구체법을 이용하여 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 적색 형광체는 고상반응을 통해 제조되거나, 또는 액상의 전구체 용액으로부터 제조될 수 있다. 상기 적색 형광체는 기재 상에 도포된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 아울러, 상기 적색 형광체는 상기 기재 상에 도포된 뒤에 상기 기재가 제거된 것일 수 있으며, 또는 기재 없이 제조된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 입자 또는 플레이트 형상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색 형광체는 약 650 nm 내지 약 750 nm에서 발광되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 본원의 일 구현예에 따른 형광체는 적색 영역의 빛에 의해 여기되어 적생광을 방출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 파장은 약 650 nm 내지 약 750 nm, 예를 들어, 약 650 nm 내지 약 720 nm, 약 650 nm 내지 약 700 nm, 약 650 nm 내지 약 680 nm, 약 650 nm 내지 약 660 nm, 약 660 nm 내지 약 750 nm, 약 680 nm 내지 약 750 nm, 약 700 nm 내지 약 750 nm, 또는 약 720 nm 내지 약 750 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학파장필터는 식물 성장에 방해되는 파장을 차단하는 것일 수 있다. 상기 광학파장필터는 상기 적색 형광체 상부에 또는 하부에 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 광학파장필터는 상기 적색 형광체 상부 또는 하부에 도포된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학파장필터는 약 720 nm 이상의 파장을 차단하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 약 720 nm 이상의 파장의 빛은 식물 성장에 방해가 될 수 있어 이를 차단하여 식물 성장을 촉진할 수 있다.
종래 방식과 같이 식물 재배에 있어서 필요한 영역의 파장의 빛을 얻기 위해 여러 가지 발광 반도체 칩을 사용할 경우, 각각의 반도체 칩을 구동하기 위한 복잡한 제어시스템이 필요하며 구동전압이 달라 회로가 복잡해지고 장치가 커지는 문제가 있다. 그러나 본원의 일 구현예에 따른 형광체는 적색광을 방출하는 형광체 위 또는 아래에 약 720 nm 이상의 파장의 빛을 차단하는 층을 도입함으로써, 인공광원의 구조를 단순화시킬 수 있으며, 식물 성장에 방해가 되는 빛의 방출을 차단할 수 있어 최적화된 식물 재배 환경을 구현할 수 있다. 또한, 본원의 일 구현예에 따른 형광체는 4 계절 내내 식물 성장을 촉진할 수 있다
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
< 실시예 1>
고상법을 이용하여, CaCO3, ZnO, Al2O3, 및 MnCO3 를 약 1000℃ 내지 약 1600℃의 공기 중에서 약 1 시간 내지 약 12 시간 동안 유지하여 Ca14Zn6Al10 - xMnxO35 형광체를 합성하였다.
< 실험예 1>
상기 실시예 1에 의해 제조된 형광체에 대한 형광 스펙트럼을 관찰하였으며(FS-2, SINCO, 대한민국), 그 결과는 도 1에 나타내었다.
도 1은, 본원의 일 실시예에 따른 형광체의 스펙트럼을 나타낸다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 형광체는 약 650 nm 내지 약 750 nm의 영역에서 빛을 방출하고 약 720 nm 이상의 영역의 빛이 차단되고 있음을 알 수 있다. 특히, 1600℃에서 제조된 형광체의 경우 우수한 발광 강도를 나타냄을 알 수 있다.
< 실험예 2>
상기 실시예 1에 의해 제조된 형광체에 대한 발광 실험을 수행하였으며, 그 결과는 도 2에 나타내었다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따른 형광체의 사진 이미지이다. 도 2 에 나타나 바와 같이, 1300℃, 1400℃, 1500℃, 1600℃ 및 1630℃에서 각각 제조된 형광체는 적생광을 방출함을 확인할 수 있으며, 특히 1400℃, 1500℃, 및 1600℃에서 제조된 형광체는 더욱 강한 형광을 띔을 알 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 적색 형광체 및
    상기 적색 형광체 상에 형성된 광학파장필터를 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 Ca14Zn6Al10 - xMnxO35, (Y1 - xEux)2O3 (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu, ZnS:SmF3, GdCaAl3O7:Eu, (Y1 - xGdx)(Al1 -yGay)3(BO3)4:Eu　(여기서, x는 0.01 내지 0.3이고, y는 0.4 내지 0.6임), Y1 -xCa3(MO)3(BO3)4:Eux (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), (Ca1 - xMx)S:Eu (여기서, M은　 알칼리토금속이고, x는 0 .01 내지 0.9임) 및 CaAlSiN3로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 입자 또는 플레이트의 형상을 포함하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 650 nm 내지 750 nm에서 발광되는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학파장필터는 식물 성장에 방해되는 파장을 차단하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학파장필터는 720 nm 이상의 파장을 차단하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체.
  7. 적색 형광체를 제조하고,
    상기 적색 형광체 상에 광학파장필터를 형성하는 것
    을 포함하는, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 Ca14Zn6Al10 - xMnxO35, (Y1 - xEux)2O3 (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), SrTiO3:Pr, Y2O3:Eu, Y2O3S:Eu, ZnS:SmF3, GdCaAl3O7:Eu, (Y1 - xGdx)(Al1 -yGay)3(BO3)4:Eu　(여기서, x는 0.01 내지 0.3이고, y는 0.4 내지 0.6임), Y1 -xCa3(MO)3(BO3)4:Eux (여기서, x는 0.01 내지 0.9임), (Ca1 - xMx)S:Eu (여기서, M은　 알칼리토금속이고, x는 0 .01 내지 0.9임) 및 CaAlSiN3로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 고상반응법 또는 액상 전구체법을 이용하여 제조된 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 입자 또는 플레이트의 형상을 포함하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 650 nm 내지 750 nm에서 발광되는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학파장필터는 식물 성장에 방해되는 파장을 차단하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학파장필터는 720 nm 이상의 파장을 차단하는 것인, 식물 성장 촉진용 형광체의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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