KR20170139551A - 근적외선 및 가시 광선을 이용한 식물 성장 및 발달 촉진 방법 및 장치 - Google Patents

근적외선 및 가시 광선을 이용한 식물 성장 및 발달 촉진 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 농작물의 성장과 생산의 향상을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 이러한 식물들은 광합성 활성광(photosynthetically active light)과 근적외선의 조합에 노출된다.

Description

근적외선과 가시광선을 이용한 식물 성장 및 발달 자극 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR STIMULATION OF PLANT GROWTH AND DEVELOPMENT WITH NEAR INFRARED AND VISIBLE LIGHTS}
본 출원은 2015년 3월 25일에 출원한 미국 가출원 번호 62/138,132를 우선권으로 갖는다.
본 발명은 원예 식물 및 농작 식물을 위한 성장 광을 제공하는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 식물의 성장, 생산 및 건강 증진을 위한 근적외선의 사용에 관한 것이다.
적외선은 눈에 보이지 않는“검은색”광으로서, 태양광 스펙트럼의 일부를 차지한다. 적외선은 전자기 스펙트럼의 가시광선 부분과 극초단파 부분 사이에 위치한다. 가시광선이 적색에서 보라색에 이르는 범위의 파장을 갖듯, 적외선도 파장들로 이루어진 범위를 갖는다. 적외선은 '근적외선' 영역과 '원적외선' 영역으로 나뉠 수 있다.“근적외선"의 파장은 가시광선에 가장 근접하고,“원적외선"은 전자기 스펙트럼의 극초단파 영역에 더 근접하다. 근적외선은, 적색 가시광선을 지난, 750 nm - 1400 nm의 파장 영역 내의 광으로 이루어진다. 원적외선 파들은 열을 발생하나, 근적외선 파들은 열을 발생하지 않는다. 다시 말해, 우리는 매일, 열의 형태로 적외선을 경험한다. 사람, 동물 그리고 많은 살아 있는 것들은 적외선을 발광한다 - 지구, 태양, 그리고 별과 은하계와 같이 멀리 떨어진 물체들도 적외선을 발광한다. 그러나, 지구상의 근적외선(near infrared radiation, NIR)의 중요성은 오늘날까지 과학자들에게도 미스터리로 남아 있다.
본 발명자는 지난 20년 가까이, 생물, 농업, 식량 생산 및 부패하기 쉬운 제품의 저장 등 다양한 분야에 대한 적외선 적용의 이론과 실전에 대한 개발을 이어왔다. 본 발명자의 최근의 성과는, NIR이 생명이 있는 유기체에 미치는 영향을 이해하는데 새로운 시각을 열고 있다. 동식물의 일부 중요한 정보 과정에서 NIR이 메신저 역할을 한다는 점이 이제 분명해지고 있다.
NIR은, 여러 준위에서 생물-유기체에 영향을 미친다. NIR의 전자기적 영향은, 조직과 기관 준위에서 영향을 미치며, 다음과 같은 효과를 일으킨다:
1. 알려지지 않은 적외선 수용체 및 그 형질 도입 사슬(transduction chain) 유발;
2. 세포 내 이온의 유입;
3. 호흡수 증가;
4. 식물 호르몬 수치의 변화; 및
5. 유전자 발현 변화- 신진대사, 성장 및 그 외 거시적 영향.
NIR은 양자 준위(원자 준위와 분자 준위에 영향을 미침)뿐만 아니라, 식물 내 세포와 조직 준위에서도 작용한다.
근적외선을 사용하면 종자 발아를 향상시키는 것으로 알려져 있다. 영국 특허 GB 2 303533에서는 근적외선을 이용한 종자 처리 방법을 기재하고 있는데, 여기서 근적외선은 선택적으로 적색광과 조합하여 사용할 수 있다. 일반적으로, 800 내지 1000 nm 범위의 파장에서 종자를 처리할 경우, 다양한 원예 식물 종들의 종자 발아가 개선되는 것으로 나타났다. 또한, 종자에 NIR을 조사(illumination)하는 경우, 묘목의 활력도 향상되었다. 일반적인 조사 시간은 1 내지 10 분이었다.
아베나(Avena) 묘목을 심은 후 935 nm 내지 880 nm의 NIR을 120 시간 동안 지속적으로 조사하는 경우에도 식물 발달에 영향을 주는 것으로 나타났다 (C. F. 존슨 외.; Photochem. Photobiol. 1996, 63(2): 238-242). 880 nm의 조사를 받으며 성장한 묘목의 경우, 어둠(조사 없이)속에서 성장한 묘목에 비해 중배측(mesocotyl) 조직이 더 짧고 백분율도 더 낮은 반면, 935 nm의 조사를 받으며 성장한 묘목의 경우, 조사 없이 성장한 묘목에 비해 중배측 조직은 적고 초엽(coleoptile) 조직은 많았다.
따라서, 전자기 스펙트럼에서, 근적외선 영역은 가시광선 영역과 원적외선 영역 바깥에 위치하기 때문에 식물에는 영향이 없을 것이라고 추정되어 왔음에도 불구하고, 근적외선은 식물 발달에 활발한 역할을 할 수 있는 것으로 보인다. 사실상, 근적외선은 식물에 유해한 것으로 제시되어 왔고 (JP 2011000012), 이에 따라 가령 일본 특허 출원 JP 2011000012에서는 스펙트럼의 근적외선 부분이 특히 식물에서 떨어진 곳에 배치되는 채광 시스템을 기재하고 있다.
근적외선은 식물 조직의 온도에는 큰 영향을 주지 않기 때문에, 온도와 NIR이 식물에 미치는 영향 사이에는 직접적인 관계가 없다. 건강한 초목은 청색광과 적색광 에너지를 흡수하여 광합성에 동력을 제공하고 엽록소를 생성한다. 엽록소를 더 많이 가진 식물은 건강하지 않은 식물보다 더 많은 근적외선 에너지를 반사하게 된다.
이에 따라, 가시광선 파장과 적외선 파장에서의 식물의 흡수와 반사 스펙트럼을 분석하는 것은, 식물의 건강과 생산성에 대한 정보를 제공할 수 있다.
이에 따라, 근적외선이 식물의 성장과 발달에 영향을 미칠 수 있다는 지표가 있어도, 근적외선이 식물의 성장과 발달에 미치는 역할을 다소 불분명하다. 많은 사람들은 NIR이 식물 성장을 억제할 수도 있다고 믿고 있는데, 이는 본 명세서에서 발견한 놀라운 사실들과는 반대이다. 결과적으로, 근적외선은 상업적인 식물 성장 채광 시스템에는 사용되지 않는다. 또한, 가시광선과 근적외선의 조합에 대한 실험도 수행된 바 없다. 지속적인 NIR 조사 또한 옵션으로 간주되지 않아왔는데, 이는 일부는 지속적인 NIR 조사가 '쓸모 없는' 또는 심지어 '유해하다'라는 통상적인 관념 때문일 수 있다.
온실 내 상업 식물 재배는 오늘날 전 세계적인 주요 산업 활동이다. 야채, 과일 및 꽃의 연간 생산량은 예상 표준이다. 지역 생산량 또한 오늘날 크게 인정되고 있다. 이에 따라, 소비자들을 만족시키기 위해 온실이나 인공광을 사용해 식물을 생산하는 것이 필요하게 되었다. 에너지 비용이 높은 것을 감안하면, 생산자들은 품질을 저해하지 않으면서도 생산량을 늘릴 수 있는 어떠한 해결책이라도 환영한다. 이러한 이유로, 식물 생산성과 건강을 향상시키기 위한 채광 시스템이 지속적으로 요구된다.
본 발명은 온실 및 그 외 인공광을 이용한 성장 환경에서 식물의 생산을 늘릴 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
일반적으로 본 발명은 본 명세서에 기재된 방법 및 장치를 사용하여 상술한 문제점들 및 그 외 구체적으로 명시되지 않은 문제점들을 해결한다.
이에 따라, 본 발명은 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 하나 이상의 LED/OLED (유기발광 다이오드) 요소들 또는 그 외 광 생성 기술에서 획득한 근적외선을 식물에 조사하는 단계를 포함하고, 여기서 근적외선(NIR)은 800 nm 내지 1000 nm, 특정 측면에서는 800 nm 및 950 nm, 또 다른 측면에서는 800 nm 및 900 nm, 일부 측면에서는 840 nm 내지 960 nm의 범위를 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 하나 이상의 LED 요소들로부터 획득한 근적외선(NIR)을 식물에 조사하는 단계를 포함하고, 여기서 근적외선 파장은 바람직하게는 840 nm 내지 960 nm의 범위를 갖고, 바람직하게는 하루에 적어도 2시간 동안 조사되고, 더 바람직하게는 8, 12 또는 16 시간 주기로 조사된다. 지속적인 NIR 조사 또한 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 하나 이상의 LED 요소들로부터 획득한 근적외선을 식물에 조사하는 단계를 포함하고, 이와 동시에 광합성 활성광(photosynthetically active radiation, PAR), 그리고 선택적으로 하나 이상의 LED 요소들로부터 방출된 380 nm - 700 nm의 백색광 스펙트럼에서 선택된 다양한 파장들의 조합을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 하나 이상의 LED 요소들로부터 획득한 근적외선을 식물에 조사하는 단계를 포함하고, 여기서 근적외선의 범위는 800 nm 내지 1000 nm, 800 내지 950 nm, 또는 840 내지 960 nm이고, 이와 동시에 400 nm - 700 nm 파장 범위의 따뜻한 백색광(3000-3500K) 및 차가운 백색광 또는 일광(5000-7000K)의 조합에 의한 조사를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 근적외선, 및 380 nm, 450 nm, 600 nm 그리고 660 nm 등의 백색광 스펙트럼으로부터 획득한 파장들의 선택적 조합에 의한 조사를 포함하고, 여기서 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은 총 방사 출력의 적어도 5%이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식물 성장 및 생산 자극 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 근적외선 및 백색광 스펙트럼으로부터 획득한 파장들의 선택적 조합에 의한 조사를 포함하고, 여기서 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은 총 방사 출력의 적어도 5%이고, 선택된 파장들은 A 자외선, B 자외선, 400 nm 내지 700 nm 범위 파장의 보라색광, 청색광, 녹색광, 주황색광 및 적색광의 조합이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배양 매체에 이동된 외식편(explant)에, 450 nm, 660 nm 및 730 nm 등의 근적외선 및 백색광 스펙트럼으로부터 획득한 파장들의 선택된 조합을 조사함으로써 체외 식물 증식 개선을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. A 자외선 및/또는 B 자외선이 이 조합에 추가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 근적외선 및 백색광 스펙트럼으로부터 획득한 파장들의 선택적 조합을 식물에 조사함으로써 식물 개화를 증진, 자극 및 연장하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 근적외선, 적색광 및 청색광의 조합을 식물에 조사함으로써 의료용 대마초의 성장 및 생산을 자극하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이러한 광 선택은 또한 B 자외선 및/또는 A 조사로 보정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스펙트럼 내 NIR 파장들을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 하나 이상의 LED 요소, 및 LED 요소들을 위한 전력을 포함하고, 상기 LED-요소들은 근적외선 LED 요소, 바람직하게는 840 nm 내지 960 nm 범위 내의 적외선 LED 요소를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은, NIR과, 백색광 스펙트럼으로부터 획득한 파장들의 선택적 조합을 조합하여 체외 묘목들에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, NIR 광을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 하나 이상의 LED 요소들과 LED 요소들을 위한 전력을 포함하고, 상기 LED-요소들은 근적외선 LED 요소들 및 백색광 요소들을 포함하고, 백색광 및 근적외선 LED-요소들은 바람직하게는 길쭉한 패널 또는 스트링(string) 안에 길이 방향으로 교번적으로 포함된다.
본 발명의 또 다른 목적은, NIR을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 하나 이상의 LED 요소들과 LED 요소들을 위한 전력을 포함하고, 상기 LED-요소들은 근적외선 LED 요소들 및 백색광 요소들을 포함하고, 백색광 및 근적외선 LED-요소들은 바람직하게는 길쭉한 패널 또는 스트링(string) 안에 길이 방향으로 교번적으로 포함되고, 장치 내 백색광 LED 요소들의 개수는 근적외선 요소들의 개수보다 크다.
본 발명의 또 다른 목적은, NIR을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 하나 이상의 LED 요소들과 LED 요소들을 위한 전력을 포함하고, 상기 LED-요소들은 적외선 LED 요소들과 백색광 요소들을 포함하고, 상기 백색광 및 근적외선 LED-요소들은 바람직하게는 길쭉한 패널 또는 스트링(string) 안에 길이 방향으로 교번적으로 포함되고, 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은 총 방사 출력의 5% 내지 25% 범위를 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광합성 활성광(PAR)의 다른 색들과 조합한 스펙트럼 내 NIR 파장들을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 발달 단계 또는 어둠/광 주기의 시간을 바탕으로 식물의 필요에 따라 광 스펙트럼을 세부적으로 조정할 수 있도록 함으로써, 스펙트럼 내 더 많은 적색광 또는 청색광 또는 근적외선을 허용한다.
본 발명의 또 다른 목적은, PAR의 다른 색들과 조합한 스펙트럼 내 NIR 파장들을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 태양광 스펙트럼의 자연적인 일별 변화에 따라 광 스펙트럼을 세부적으로 조정함으로써, 24 시간 주기 내 하루 중 시간에 따라 스펙트럼 내 적색광, 청색광, 녹색광 또는 적외선 파장들의 백분율을 자동으로 변경하거나 광을 온/오프 한다.
상술한 실시 예들 및 그 외 실시 예들은 아래 도면 및 설명을 참조로 더 잘 이해되어질 것이다.
아래 첨부된 도면을 예시적으로 참고하여 본 발명의 다양한 측면들을 더 자세히 설명한다.
도 1은 건강한 초목과 건강하지 않은 초목의 반사율을 도시한 것이다. NIR 영역에서는, 건강하지 않은 식물이 건강한 식물보다 반사율이 훨씬 낮은 것을 볼 수 있다. 이는, 건강한 식물보다 건강하지 않은 식물에 의한 NIR 파장의 흡수가 더 높다는 것을 의미한다. 건강하지 않은 식물은, 그 손상 정도에 따라 NIR 영역 광의 60%까지 흡수할 수 있다.
도 2는 상업적으로 이용 가능한 성장 광의 일반적인 스펙트럼을 도시한 것이다. 현재의 기술 수준에서는 녹색광과 황색광이 없는 채광 시스템을 제공하고 있고, 현재 어떤 시스템도 NIR을 포함하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 성장 광의 스펙트럼의 일 예를 도시한 것이다. 이 스펙트럼은 차가운 백색(5000K) 및 따뜻한 백색(3500K) LED, 그리고 875 및 975 nm 사이에서 발광하고 930 nm에서 정점을 이루는 근적외선 LED 요소들을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 근적외선 LED 요소들의 스펙트럼 및 방사 출력의 일 예를 도시한 것이다. 이 LED는 775 및 925 nm 사이에서 발광하고 850 nm에서 정점을 이룬다.
도 5는 표준 근적외선 LED와 점광원 발광기(point source emitter)의 스펙트럼 및 방사 출력의 일 예를 도시한 것으로, 둘 다 880 nm에서 정점을 이루고, 둘 다 본 발명의 장치 및 방법에 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 차가운 백색 LED 요소의 일 실시 예의 스펙트럼 및 방사 출력의 일 예를 도시한 것이다. 이 요소들은 근적외선 LED 요소들(도 4 및 도 5 참조) 및/또는 따뜻한 백색 LED 요소들(도 7 참조)와 조합하여 사용된다.
도 7은 본 발명의 따뜻한 백색 LED 요소의 일 실시 예의 스펙트럼 및 방사 출력의 일 예를 도시한 것이다. 이 요소들은 근적외선 LED 요소들(도 4 및 도 5 참조) 및/또는 차가운 백색 LED 요소들(도 6 참조)와 조합하여 사용된다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예의 일 예를 도시한 것으로, 백색광은 PAR 스펙트럼의 다양한 색의 다수의 LED 요소들로부터 발광되는 스펙트럼들을 포함하고 NIR은 서로 다른 파장에서 몇몇 근적외선 LED 요소들로부터 발광된다.
도 9는 본 발명에 따른 성장 광 장치의 일 예를 도시한 것이다. 이 장치는 근적외선 LED 요소들과 백색 LED 요소들로 이루어지는데, 이 백색 LED 요소들은 동일하거나 서로 다른 파장을 발광할 수 있고, 도 6에 도시된 것과 같은 스펙트럼들을 발광하는 차가운 백색 LED 요소들이거나, 도 7에 도시된 것과 같은 스펙트럼들을 발광하는 따뜻한 백색 LED일 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 성장 광 장치의 일 실시 예를 도시한 것이다. 이 장치는 근적외선 LED 요소들 및 백색 LED 요소들을 포함하고, 이 장치는 유연한 장치이다.
도 11은 후크시아(Fuchsia) 식물의 캐노피(canopy) 내부의 도 9에 도시된 것과 같은 하이브리드 NIR/LED를 도시한 것이다.
도 12는 다양한 식물 종 묘목들의 성장률에 대한 NIR 및 광합성 활성광의 영향을 도시한 것이다. 여기서 곡선은 토마토, 밀, 옥수수, 제라늄 및 후크시아 묘목들에서 획득한 일반적인 결과들을 나타낸다.
원적외선이라 함은 1400 nm이 넘는 파장을 의미한다.
근적외선이라 함은 750-1400 nm의 파장을 의미한다.
가시광선이라 함은 390-750 nm의 파장을 의미한다.
광합성 활성광(photosynthetically active radiation, PAR)이라 함은 400-700 nm의 파장을 의미한다.
청색광이라 함은 380-495 nm의 파장을 의미한다.
자외선이라 함은 10-380 nm의 파장을 의미한다.
A 자외선이라 함은 350-400 nm의 파장을 의미한다.
B 자외선이라 함은 280-315 nm의 파장을 의미한다.
주황색광이라 함은 590-620 nm의 파장을 의미한다.
적색광이라 함은 600-700 nm의 파장을 의미한다.
원적색광이라 함은 700-750 nm의 파장을 의미한다.
녹색광이라 함은 495-590 nm의 파장을 의미한다.
황색광이라 함은 570-590 nm의 파장을 의미한다.
차가운 백색광이라 함은 상관 색 온도*가 5000-6000K인 광을 의미한다.
따뜻한 백색광이라 함은 상관 색 온도가 2700-3500K인 광을 의미한다.
*상관 색 온도(Correlated Color temperature, CCT)는 광의 색이 전등에서 어떻게 나타나는가를 캘빈(Kelvins, K) 단위로 측정하여 나타낸 것이다.
본 명세서에서는, 무기물, 유기물, 점, 또는 선 등 형태와 상관 없이 발광 다이오드를 지칭하는 것으로 'LED', 'LED 요소' 및 '발광 다이오드' 등의 용어가 호환 가능하게 사용된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, LED는 광각(wide angle) 요소로서, 점광 보다는 균등하게 퍼지는 광을 전달하는 LED를 가리킨다. LED는 고출력용으로 사용될 수 있고, 지속적으로 발광한다.
본 발명은 인공 LED 광을 사용하여 식물을 성장시키기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 근적외선과 가시광선의 조합을 식물에 조사하는 채광 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 본 발명의 방법 및 장치는, 다른 종류의 성장 광들에 비해, 식물이 훨씬 더 빠르게 성장하도록 돕는데, 이는 본 발명의 방법 및 장치 특유의 스펙트럼들 때문이다. 엽록소, 카로테노이드(carotenoid) 및 피토크롬(phytochrome)에 대한 다수의 흡수 정점이 존재하고, 본 발명의 광 및 장치(여기서는, 비타빔(Vitabeam) GROWTM이라 함)는 이러한 정점들과 중첩되는 특수 파장 광선들을 사용한다. 상기 장치는 식물의 일반적인 광화학 과정의 흡수 정점들에 해당하는 광의 파장들을 발광한다.
근적외선은 원거리 감지에 널리 사용되어 왔다. 원거리 감지는, 초목, 성장 단계 및 초목의 건강을 탐지하는데 사용되어 왔다. 건강한 식물은 근적외선 스펙트럼을 사용하여 식별 가능한데, 이는 건강한 식물은 NIR의 대부분(80% 가까이)을 반사하는데 반해, 건강하지 않은 식물은 훨씬 더 적은 양의 NIR을 반사하기 때문이다. 따라서, 식물의 스트레스는, NIR 반사율의 점진적 감소로 나타낼 수 있다. 이는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 정보를 바탕으로 볼 때, 초록 식물들은 그들의 성장, 발달 및 손상된 조직의 복구와 관련된 특정한 생리적 과정 및 생화학 과정을 위해 NIR 광이 필요한 것으로 보인다. 그렇기 때문에 건강하지 않은 식물은 발광하는 양이 적기에, 더 많은 근적외선이 필요한 것이다. NIR은, 동물이나 인간의 조직에서와 마찬가지로 식물과 그 손상된 조직에서 신진대사를 활성화한다. NIR 활동에서 하나의 메커니즘은, 미토콘드리아에 위치한 세포의 호흡 시스템과 관계된다. 그러나, 앞서 논의한 바대로, NIR은 식물에게는 '쓸모 없는' 또는 심지어 '유해한' 것으로 간주되어 왔다.
광합성 활성 색소들은 600 및 700 nm 사이에서 적색광을 흡수한다. 피토크롬은 식물이 광을 감지하는데 필수적인 것으로 알려져 왔고, 적색광 및 원적외선(약 750 nm)을 흡수한다. 일부 식물 색소들은 청색광 영역에서 광을 흡수한다. 녹색광은 가시광선 중에서 가장 활동성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 식물에게 제공되는 성장 광들의 스펙트럼은 보통은 청색광과 적색광, 어떤 경유에는 원적외선을 포함하고, 보통은 녹색광 파장은 포함하지 않는다. 도 2에서는 상업적으로 이용 가능한 채광 시스템의 일반적인 스펙트럼을 도시한 것이다. NIR을 흡수하는 것으로 알려진 특정 색소는 없다.
더 최근에는, 식물의 발달 단계마다 더 잘 자라게 하는 적색광/청색광 비율이 다르다는 연구 결과가 나왔다. WO 2013/188303에서는 식물의 발달 단계에 따라 적색광과 청색광의 비율이 변경될 수 있는 채광 시스템을 기재하고 있다.
어떤 상업적으로 이용 가능한 채광 시스템이나 그 외 기재에도 백색광 스페트럼에서 선택된 색 스펙트럼과 NIR 발광을 조합하여 사용하는 것을 보여준 예는 없었다. 또한, 조사 기간 내내 또는 조사 기간 중 선택된 기간 동안 NIR 수준을 유지하면서 하루 동안 색 스펙트럼이 변화하는 시스템을 보여주는 기재도 없다.
본 발명은 NIR이 스펙트럼의 필수 부분인 채광 시스템을 제공한다. 도 3을 참조로, 본 발명에 따른 성장 광의 스펙트럼의 일 예가 제공된다. 이 스펙트럼은 차가운 일광 백색광(5000-7000K) 및 따뜻한 백색광(3000-3500K) LED, 그리고 875 및 975 nm 사이에서 발광하고 930 nm 근처에서 정점을 이루는 근적외선 LED 요소들을 포함한다. 이 NIR 파장들은 또한 800 nm 및 900 nm 사이 또는 800 nm 및 950 nm 사이일 수 있다.
NIR 발광은, 850 nm에서 정점을 갖는 도 4에 도시된 바와 같은 발광 스펙트럼을 갖는 근적외선 LED 요소에 의해 제공될 수 있다. NIR 발광은, 도 5에 도시된 바와 같은, 880 nm에서 정점을 이루는 근적외선 LED 또는 역시 880 nm에서 정점을 이루는 점광원 발광기에 의해 제공될 수 있다.
NIR 발광은 850 및 960 nm 파장 사이에서 정점을 이룰 수 있다.
본 발명의 채광 시스템은 또한, 가시광선 스펙트럼을 갖는데, 이 가시광선 스펙트럼은 도 6에 도시된 바와 같이 차가운 백색 스펙트럼(파장은 380 nm 및 750 nm 사이)이거나 도 7에 도시된 바와 같이 따뜻한 백색 스펙트럼(파장은 420 및 720 nm 사이)일 수 있다. 가령, 두 가지(두 종류의 백색 LED 광) 스펙트럼의 조합은, 식물의 광합성, 최적 성장 및 수확의 대부분의 요건들에 부합하는“보편적인" 스펙트럼을 제공한다.
상기 가시광선 스펙트럼은 또한, 도 8에 도시된 바와 같은 PAR 스펙트럼의 다양한 색의 다수의 LED 요소들로부터 발광되는 스펙트럼들로 구성될 수 있다. 마찬가지로, NIR 스펙트럼은 가령 8에 도시된 바와 같은 서로 다른 정점 파장을 갖는 다양한 근적외선 LED들로부터 발광된 NIR로 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 측면에 따르면, 본 발명의 채광 시스템은 또한, 자외선을 포함할 수 있다. 이 자외선의 파장은 350 내지 400 nm일 수 있다. 일부 측면에 따르면, B 자외선은, A 자외선과 함께, 또는 A 자외선 없이 포함될 수 있다.
도 9를 참조로, 본 발명에 따른 성장 광 장치는, 하나 이상의 근적외선 LED 및 하나 이상의 백색 LED로 이루어진 LED 튜브일 수 있다.
바람직하게는, 백색 LED들의 개수는 근적외선 LED들의 개수보다 크다.
도 10에서는 유연한 물질에 형성된 성장 광 장치의 변화를 도시한 것이다. 이로 인해, 식물 캐노피(canopy) 안에 광을 배치할 수 있고, 본 장치를 작은 공간 또는 불규칙적인 공간에서도 사용할 수 있다. 일 측면에 따르면, 색 LED들과 근적외선 LED 요소들은 길쭉한 패널 또는 스트링(string) 안에 길이 방향으로 교번적으로 포함된다.
본 장치 내의 근적외선 LED 요소들의 개수와 백색 LED 요소들의 개수는 본 장치의 형태 및 그들이 사용될 적용 장치의 형태에 따라 달라질 수 있다. 일 측면에 따르면, 백색 LED 요소들의 개수는 근적외선 LED 요소들의 개수보다 크다.
백색광 LED 요소들의 근적외선 LED 요소들에 대한 비율은, 장치의 적용 분야 및 장치의 형태에 따라 달라진다. 바람직하게는, 백색 LED의 개수는 근적외선 LED 요소들의 개수보다 4 내지 20배 크다. 일부 측면에 따르면, 백색 LED의 개수는 근적외선 LED 요소들의 개수보다 5-15배 크다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 청색광, 황색광, 녹색광 및 적색광 등 유색 LED 요소들의 개수는 근적외선 LED 요소들의 개수보다 4 내지 20배 크다. 일부 측면에 따르면, 유색 LED의 개수는 근적외선 LED 요소들의 개수보다 5-15배 크다.
LED들의 전력 출력은 어떠한 편리한 방식으로도 조정 가능하다. 일 실시 예에 따르면, LED들의 전력 출력은 특정 파장 유형별로 조정 가능하다. LED들의 방사 출력은 바람직하게는 적어도 10 mW, 더 바람직하게는 적어도 50 mW, 적어도 100 mW, 적어도 500 mW, 또는 적어도 1W이다. 더 바람직하게는, LED들은 방사 출력이 적어도 5 W, 적어도 10 W, 적어도 15 W, 적어도 20 W, 적어도 25 W, 적어도 30 W, 적어도 35 W, 또는 적어도 40 W인 고출력 LED들이다. 일 실시 예에 따르면, LED들은, 연속 모드에서 광 강도가 적어도 100 mW/cm2, 적어도 200 mW/cm2, 적어도 300 mW/cm2, 적어도 400 mW/cm2, 적어도 500 mW/cm2 또는 적어도 1000 mW/cm2인 고출력 LED 요소들이다. 온실에서는, 보완 PAR 수치는 바람직하게는 양치식물 및 그 외 저 광 작물에 대해 3 W/m2에서부터, 초목 작물과 증식 지역에 대해 20 W/m2의 범위를 갖는다. 가령, 상기 장치는 작물에 18 시간 동안 적어도 2 W/m2, 더 바람직하게는 5 W/m2 또는 10 W/m2, 또는 적어도 15 W/m2, 적어도 20 W/m2, 적어도 50 W/m2 또는 적어도 100 W/m2을 조사한다. 광 노출 시간은 적어도 2 시간, 바람직하게는 적어도 8 시간, 더 바람직하게는 적어도 12 시간, 가장 바람직하게는 16 시간, 18 시간 또는 24 시간이다.
백색 LED들은 서로 다른 파장을 발광할 수 있다. 도 6에서와 같은 스펙트럼들을 발광하는 차가운 백색 LED들일 수 있고, 또는 도 7에서와 같은 스펙트럼들을 발광하는 따뜻한 백색 LED들일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 발광된 NIR은 800 내지 1000 nm의 범위 내에 있다.
바람직하게는, NIR은 840 및 960 nm의 범위 내에 있다. 본 발명의 일부 측면에 따르면, NIR은 860 내지 900 nm의 범위 내에 있다.
일 실시 예에 따르면, NIR은, 400 내지 700 nm의 파장에서 따뜻한 백색광 (3000-3500K) 및 차가운 백색광(5000-7000K)과의 조합으로 제공된다. 백색광을 생성하는데는 두 가지 접근 방식이 있다. 그 중 한 가지는 몇몇 유색 LED들에서 광을 혼합하여 (도 8) 백색으로 보이는 스펙트럼 전력 분포를 생성하는 것이다.
백색광을 생성하는 또 다른 방법은 단파장 LED와 함께 인광을 사용하는 것이다. 가령, LED들에 사용된 하나의 인광 물질이 청색광에 의해 조사되면, 이는 비교적 넓은 스펙트럼 전력 분포를 갖는 황색광을 발광한다. 450 내지 470 nm에서 정점 파장을 갖는 청색 LED의 몸체에 인광을 포함함으로써, 청색광의 일부는 인광에 의해 황색광으로 변환된다. 남아 있는 청색광은, 황색광과 혼합되면, 백색광이 된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 연색성(color rendering)을 향상시키기 위한 새로운 인광 물질들이 개발되고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은 총 출력의 1 및 50% 사이이다. 더 바람직하게는, 근적외선 LED 요소의 출력은 적어도 2%, 더 바람직하게는 적어도 5%, 가장 바람직하게는 5 및 25% 사이이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 장치는 식물의 필요에 따라 광선 스펙트럼을 세부적으로 조정할 수 있도록 함으로써, 스펙트럼 내 더 많은 적색광 또는 청색광 또는 NIR 선들을 허용한다. 이러한 세부 조정은 식물의 발달 단계 또는 자연적인 일별 일광 변화, 또는 하루 중 시간을 바탕으로 수동으로 또는 자동으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 릴레이 회로 기판을 프로그래밍 할 수 있는 채광 시스템을 갖춘 소프트웨어가 제공된다. 일 측면에 따르면, 각각의 개별 스펙트럼은 순차적인 이벤트별로 제어가 가능하여, 각각의 특정 스펙트럼의 강도 및 기간에 대한 맞춤 제작이 가능하다. 일 측면에 따르면, 상기 시스템은 24 시간 주기로 하루 중 시간에 따라 적색광, 청색광, 녹색광, 및 NIR 파장들의 백분율을 자동으로 변경한다. 상기 장치에 따르면, 태양광 스펙트럼의 자연적인 일별 일광 변화에 따라 광선 스펙트럼을 세부적으로 조정함으로써, 24 시간 주기 내 하루 중 시간에 따라 스펙트럼 내 적색광, 청색광, 녹색광 또는 근적외선 파장들의 백분율을 자동으로 변경하거나 광을 온/오프 할 수 있다. 일 측면에 따르면, 개별 스펙트럼은 최대 999개의 시간 순차적인 이벤트별로 제어가 가능하여, 각각의 특정 스펙트럼의 필요한 강도와 기간에 최대한으로 부합하는 커스터마이즈(customization)가 가능하다.
본 발명은 NIR과 가시광선의 조합을 식물에 조사함으로써 작물의 성장, 수확 및 건강을 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다. 여기서 식물은 작물 식물, 의약 식물, 또는 개화 식물 중에서 선택될 수 있다. 이 식물들은 외떡잎식물 또는 쌍떡잎식물, 조류 또는 양치식물일 수 있다. 이 식물들은 적어도 보리, 귀리, 호밀, 옥수수, 딸기, 블루베리, 산딸기, 감자, 토마토, 양배추 식물, 콩과 식물, 오이, 후추, 구근 식물, 대마초, 후크시아, 제라늄, 국화, 장미, 튤립 그리고 아마릴리스 등의 종들 중에서 선택될 수 있다. 다른 다양한 식물 종들 또한 본 명세서에 기재된 방법으로부터 혜택을 볼 수 있다. 이 식물들은 체내 또는 체외에서 재배가 가능하고, 수경 재배 또는 토양 재배될 수 있다.
NIR 및 가시광선의 긍정적인 효과로는 가령, 생물량 증가, 꽃 또는 잎의 개수 증가, 과일이나 베리의 개수 증가, 식물 종에서 자연적으로 발생하는 생화학 물질 함량 증가, 조기 개화, 더 긴 개화 기간, 및/또는 조기 작물 생산 등이 있을 수 있다.
이하, 비제한적 도시적 예들을 참조로 본 발명을 설명한다.
예 1. 식물 성장에 대한 NIR과 백색광의 시너지효과
다양한 식물 종(토마토, 밀, 옥수수, 후크시아, 제라늄 등)의 종자들을 어둠 속에서 발아시켰다. 발아된 묘목들을 도 9에 도시된 채광 장치 아래로 이동시켰다. 상기 장치는 PAR 파장 영역 내 백색 LED 요소들 및 근적외선 LED 요소들을 포함하는 것이었다. 가령, 백색 LED들과 근적외선 LED-요소들이 길쭉한 패널 또는 스트링(string) 안에 길이 방향으로 교번적으로 포함되고, 장치 내 백색 LED 요소들의 개수가 근적외선 요소들의 개수보다 큰 장치를 사용했다. 더 구체적으로, 상기 장치는 백색 LED-요소들이 3500 K LED 요소 및 6500 K LED 요소를 포함하고, NIR은 850 nm의 최대 출력(800 nm-900 nm 범위) 또는 880 nm 최대 출력(800 nm-950 nm 범위)을 갖는 장치이다. LED 요소들의 방사 출력은 바람직하게는 적어도 10 mW, 더 바람직하게는, 적어도 50 mW, 적어도 100 mW, 적어도 500 mW, 또는 적어도 1 W이다. 더 바람작히게는, LED들은 방사 출력이 적어도 5 W, 적어도 10 W, 적어도 15 W, 적어도 20 W, 적어도 25W, 적어도 30 W, 적어도 35 W, 또는 적어도 40 W인 고출력 LED들이다. 일 실시 예에 따르면, LED들은, 연속 모드에서 광 강도가 적어도 100 mW/cm2, 적어도 200 mW/cm2, 적어도 300 mW/cm2, 적어도 400 mW/cm2, 적어도 500 mW/cm2 또는 적어도 1000 mW/cm2인 고출력 LED 요소들이다. 온실에서는, 보완 PAR 수치는 양치식물 및 그 외 저 광 작물에 대해 3 W/m2에서부터, 초목 작물과 증식 지역에 대해 20 W/m2의 범위를 갖는다. 가령, 상기 장치는 작물에 18 시간 동안 적어도 2 W/m2, 더 바람직하게는 5 W/m2 또는 10 W/m2, 또는 적어도 15 W/m2, 적어도 20 W/m2, 또는 적어도 50 W/m2 또는 적어도 100 W/m2을 조사한다. 광 노출 기간은 적어도 12 시간, 더 바람직하게는 16 시간, 18 시간 또는 24 시간이다.
표 1. 상업 온실 작물들(다양한 원천)에 대한 일반적인 보완 조사 처리 (시간)
작물 "장기”처리 범위 “단기”처리 범위
토마토 (증식)
 12-24 8-15
오이 (증식) 12-24 8-15
후추 (증식) 12-24 8-15
관엽 식물 12-24 3-6
화단용 식물 12-24 5-15
국화 12-24 (긴 날) < 12 (짧은 날) 5-15
장미 18-24 5-8
대조 식물들은 백색 LED들 아래에 배치한 반면 실험 식물들은 NIR과 백색광을 조합한 것 아래에 두었다. 백색 LED들의 스펙트럼은 대조 식물과 실험 식물에서 모두 동일했다. 낮/밤 주기는 밤 8 시간 낮 16 시간으로 프로그램했다. 묘목들의 성장은, 14 일의 신선도 및 건조 무게(생물량)를 측정함으로써 모니터링했다. 실험 결과, PAR에서만 백색광을 받으며 성장한 대조 식물들에 비해 NIR + PAR 파장 백색광을 받으며 자란 식물들의 성장이 지속적으로 개선된 것으로 나타났다. 도 12는 이 식물들의 일반적인 성장 곡선을 도시한 것이다.
예 2. NIR과 백색광의 조합은 제라늄의 개화를 향상시킴
제라늄 식물들을 백색광(400 nm - 700 nm의 PAR)에만 노출시키거나, 평균 정점 850 nm - 880 nm을 갖는 800 nm 내지 950 nm의 NIR과 백색광(PAR)에 노출시켰다. 낮/밤 기간은 16시간/8시간이었다. 이 식물들을 60일 동안 이러한 채광 조건에 노출시켰다.
NIR+백색광에 노출된 식물들은, 백색광에만 노출된 식물들보다 평균 3일 일찍 개화를 시작했다. 또한, NIR+백색광의 조사를 받은 식물들의 경우, 백색광의 조사만 받은 식물들에 비해, 꽃들이 평균 3-5일 더 오래 활짝 핀 채로 남아 있었다.
예 3. 수경 재배 딸기에 대한 NIR과 백색광의 조합
딸기 묘목들은 수경 재배된다. 이 식물들에는, 광합성 활성광과 850 nm-880 nm에서 정점을 이루는 800 nm 내지 950 nm의 NIR과의 조합을 조사했다. 낮/밤 주기는 16/8 시간이었다. 건조 생물량은 30일의 기간 동안 하루에 한번씩 측정했다. 예비 실험 결과, PAR과 10%의 NIR 아래에서 성장한 식물들의 경우, 건조 생물량 누적액이 가장 클 것으로 나타났다. PAR + 5% 또는 25%의 NIR 아래에서 성장한 식물들의 경우, PAR만을 받고 자란 식물들보다 건조 생물량 누적율이 더 클 것으로 나타났다. 그러나, PAR + 5% NIR 또는 PAR + 25% NIR 아래에서 성장한 식물들의 경우, PAR + 10%의 NIR 아래에서 성장한 식물들보다 생물량 누적액이 적을 것으로 나타났다. PAR + 50%의 NIR 아래에서 성장한 식물들의 경우, PAR 아래에서 성장한 식물들에 비해 어떠한 향상도 보이지 않았다.
표 2. PAR에 NIR을 추가하는 경우, 수경 재배 딸기 성장에 미치는 영향. 16 시간/8 시간 일조량 주기로 건조 생물량 누적액 기준. 결과치는 실험 기간 종료 후 성장률을 나타낸다.
PAR PAR 및 5-7%의 NIR PAR 및 10%의 NIR PAR 및 25%의 NIR PAR 및 50%의 NIR
100%
 131% 140% 125-130% 100-105%
예 4. NIR , PAR 및 UV 광 조합이 의료용 대마초 재배에 미치는 영향.
10-15%의 A UV선(380 내지 400nm)과 B UV선(280 내지 315 nm), PAR 광(400 내지 700 nm) 및 5-15%의 NIR(850 nm 내지 890 nm의 파장)을 제공하는 광 아래 대마초 식물을 성장시킨다. A UV선의 효과는 대마초 내 THC의 백분율을 늘리는 것이다. NIR의 효과는 식물의 생물량을 늘리는 것이다. 따라서, UV선과 NIR의 조합을 받아 성장한 식물들은 생물량도 더 높을 뿐만 아니라 조직 내 THC의 농도도 더 높을 것이다. 이러한 조합으로 인해, 의료용 마리화나의 생산성도 크게 증가될 것이다.
예 5. 체외 식물 증식에 대한 NIR과 PAR의 조합
NIR과 PAR은, 체외 식물 증식의 경우, 묘목들의 성장 가속화에 도움을 줄 수 있다. 280 내지 315 nm의 B UV선과 5%의 405 nm 보라색광을 추가하면, 어느 정도의 살균(다양한 병원성 박테리아와 균이 2-3 로그 감소) 효과를 발휘하고 식물 물질에서 병원균을 제거한다. 이러한 광 적용의 결과, 묘목들은 더 잘 자라고 더 건강해진다. 이와 같은 NIR과 PAR 채광의 조합은 또한, 유전자 조작 외식배양에서 얻은 묘목의 성장 발달도 향상시킬 것으로 보인다.
예 6. 구근 식물의 조기 성장 단계를 자극
튤립, 아마릴리스 및 수선화의 휴면 구근들을 12/12 시간의 낮/밤 기간 동안 실온에서 NIR과 PAR 광 조합에 노출시킨다. 대조 구근들은 PAR 광에만 노출시킨다. PAR로만 처리된 구근들에 비해 NIR과 PAR의 조합에 의해 처리된 구근들에서 며칠 더 일찍 첫 초록 잎들이 나타난다.
예 7. 작물 식물의 성장을 자극
10일 된 유기 보리, 귀리 및 밀 묘목 또는 '곡물'을 2” x 4” 크기의 화분에 심고 알팔파 싹을 플라스틱 용기에 심었다. 광은 식물의 6” 위로 조정했다. 대조 광은 6000K의 LED T8 튜브(PAR의 원천), NIR 7%의 전력 출력 + PAR, 6000K의 LED T8 튜브 및 NIR 50%의 전력 출력 + PAR(6000K의 LED T8 튜브)였다. 식물 성장은 총 생물량 누적액을 통해 모니터링했다. 성장 자극은 낮은 백분율의 NIR에서 이루어졌다(7% NIR 시 생물량 누적액 31% 증가). 이 실험들에서는 NIR 백분율이 높아도 (약 50%) 식물 성장에는 큰 혜택을 보이지 않았다.
예 8. 국화 식물의 성장 자극
식물 조직에서 추출한 국화 묘목과 인공 퇴비 배합토가 담긴 플라스틱 화분을, 성장용 플라스틱으로 덥힌 온실 터널 안에 두었다. 20 cm 거리에서 식물들에게 PAR 및 NIR를 조사했다. 대조 처리는 상기 터널의 별도의 구획에서 수행했다. 세번째 주와 다섯번째 주에, 식물 높이, 식물 한 개당 잎사귀 개수 및 식물 생존율을 바탕으로 식물 성장을 측정했다. 대조 처리 식물과 NIR-PAR 처리 식물 간의 식물 성장 차이를 살펴보면, NIR+PAR 처리된 식물이 25%-30% 높았다.
예 9. 토마토 온실 재배를 위한 채광 시스템
400 및 700 nm 사이의 광합성 활성광 프로파일 및 근적외선(840-960 nm), 적색광(660 nm), 청색광(450nm), 및 백색광을 제공하는 LED 전등을 포함하는 채광 시스템. 이 채광 시스템은 아래와 같이 프로그래밍 된다:
주기 광 LED의 작동
시간
 색
NIR 적색광 청색광 백색광
오전 6시-오전 7시 온 온 오프 오프
오전 7시-오전 9시 온 온 오프 온
오전 9시-오후 6시 오프 온 온 온
오후 6시-오후 8시온 오프 온 온 온
오후 8시-오후 9시 온 온 온 온
오후 9시-오후 11시 온 온 오프 온
오후 11시-오전 12시 온 온 오프
 오프
오전 12시-오전 6시 오프 오프 오프 오프
오전 6시 온 온 오프 오프
이에 따라, 식물들은 이른 아침 시간에는 NIR의 조사를 받고, 늦은 저녁 시간에는 적색광 및/또는 광합성 활성광의 조합의 조사를 받는다. 이 식물들은 늦은 아침, 낮 시간 그리고 이른 저녁 시간에는, 청색광과 광합성 활성 백색광의 조합에 노출된다. 광합성 활성광은 오전 7에서 오전 10시까지 턴-온된다. 오전 12시에서 오전 5시30분까지는 식물들에 어떤 광도 조사하지 않는다. 아침 6시에서 8시30분까지 그리고 오후 8시에서 11시30분까지 식물들을 NIR에 노출시킨다. 이 광 주기는 토마토 식물들의 성장을 향상시킨다. 이 식물들의 경우, NIR을 조사 받지 않는 것을 제외하고는 동일한 광 조건들을 갖는 식물들과 비교해 건조 생물량뿐만 아니라 과일 생산량이 높게 나타난다.

Claims (19)

  1. 식물 성장 자극 방법으로서, 하나 이상의 LED 요소들로부터 획득한 적외선, 바람직하게는 800 nm 내지 1000 nm 범위의 근적외선(NIR)을 식물에 조사하는 단계를 포함하는 식물 성장 자극 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근적외선 파장을 갖는 LED 요소들의 방사 출력은 840 nm 내지 960 nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 식물은, 하나 이상의 LED 요소들로부터 방출된 백색광 및 근적외선에 의해 동시에 조사되는 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 백색광은, 400 nm - 700 nm 범위의 파장을 갖는 차가운 백색광(5000-7000K) 및 따뜻한 백색광(3000-3500K)의 조합인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은, 총 방사 출력의 적어도 2%, 더 바람직하게는 적어도 5%, 가장 바람직하게는 5와 25% 사이인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  6. 제3항, 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 백색광은 A 자외선, B 자외선, 그리고 400 nm - 700 nm 파장의 보라색광, 청색광, 녹색광, 주황색광, 및 적색광 중에서 선택된 것의 조합인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백색광은 A 자외선, 그리고 400 nm - 700 nm 파장의 보라색광, 청색광, 녹색광, 주황색광, 및 적색광 중에서 선택된 것의 조합인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물은 식용 식물인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물은 개화하는 종인 것을 특징으로 하는 식물 성장 자극 방법.
  10. NIR을 사용하여 식물에 조사하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 하나 이상의 LED 요소, 및 상기 LED 요소들을 위한 전력부를 포함하고, 상기 LED 요소들은 400-700 nm의 PAR 광 파장에서 유색 LED들, 그리고 840 nm 내지 960 nm 범위의 근적외선 LED 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 백색광 및 근적외선 LED 요소들은, 길쭉한 패널 또는 스트링 안에 길이방향으로 교번적으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 장치는 가요성 스트링인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치 내 백색광 LED 요소들의 개수는 근적외선 LED-요소들의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 백색광 LED 요소들의 개수는 상기 근적외선 LED 요소들의 개수보다 4배 내지 20배 더 많은 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 근적외선 LED 요소들의 방사 출력은, 총 방사 출력의 5 내지 25% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. NIR 및 그 외 PAR 색들을 사용하여 식물들에 조사하기 위한 장치로서,
    식물의 요구에 따라 광 스펙트럼의 세부적인 조정을 허용함으로써, 상기 스펙트럼 내 더 많은 적색광 또는 청색광 또는 근적외선을 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    태양광 스펙트럼의 자연적인 일별 변화에 따라 상기 광 스펙트럼의 세부적인 조정을 허용하여, 상기 스펙트럼 내 적색광, 청색광, 녹색광 또는 근적외선 파장들의 백분율을 자동으로 변경하거나 24 시간 주기로 하루 중 시간에 따라 상기 광을 턴-온 및 턴-오프하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 세부적인 조정은, 상기 장치 내에 회로 기반 프로그램 가능한 자동화 릴레이 회로 기판을 포함함으로써 자동화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 특정 스펙트럼의 필요한 강도와 기간에 최대한으로 부합하게 변경하도록, 개별 스펙트럼은 최대 999개의 시간 순차적인 이벤트별로 제어가 가능하도록 마련된 것을 특징으로 하는 장치.
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