KR20200036102A - Led 조명 - Google Patents

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KR20200036102A
KR20200036102A KR1020180114599A KR20180114599A KR20200036102A KR 20200036102 A KR20200036102 A KR 20200036102A KR 1020180114599 A KR1020180114599 A KR 1020180114599A KR 20180114599 A KR20180114599 A KR 20180114599A KR 20200036102 A KR20200036102 A KR 20200036102A
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조휘원
이주영
박찬혁
김영훈
박수조
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 자외선 LED 칩을 이용하여 식물의 생장을 돕는 LED 조명을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 조명은 기판, 상기 기판 상에 실장되며 적외선을 발광하는 적외선 LED 칩을 포함하는 적외선 LED부, 및 상기 기판 상에 실장되며 자외선을 발광하는 자외선 LED 칩을 포함하는 자외선 LED부를 포함하고, 상기 자외선 LED부는 식물의 생장 파장 대역인 제1 대역의 자외선, 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 제2 대역의 자외선, 식물의 살균 대역인 제3 파장 대역의 자외선 중 적어도 어느 하나를 발광할 수 있다.

Description

LED 조명{LED LIGHTING}
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선 LED부를 포함하는 LED 조명에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광장치는 발광 다이오드 칩과 형광체 몰드를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 예를 들어, 청색을 발광하는 발광다이오드 칩 상부에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색을 발광하는 형광체 몰드를 배치시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 즉, 430nm 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색 발광 다이오드 칩과 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.s
즉, 종래의 백색 발광장치는 고휘도의 청색 LED에서 방출되는 충분히 높은 에너지를 갖는 광이 황색 YAG계 형광체를 여기시켜 황색영역의 광을 방출시킴으로써 LED의 청색 및 형광체의 황색의 조합으로 백색을 유도하는 방법을 이용하였다.
최근에는 자외선을 조사하는 LED 칩이 널리 적용되는고 있는데 자외선 LED 칩은 살균 등의 영역에 제한적으로 사용되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자외선 LED 칩을 이용하여 식물의 생장을 돕는 LED 조명을 제공함에 있다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 조명은 기판, 상기 기판 상에 실장되며 적외선을 발광하는 적외선 LED 칩을 포함하는 적외선 LED부, 및 상기 기판 상에 실장되며 자외선을 발광하는 자외선 LED 칩을 포함하는 자외선 LED부를 포함하고, 상기 자외선 LED부는 식물의 생장 파장 대역인 제1 대역의 자외선, 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 제2 대역의 자외선, 식물의 살균 대역인 제3 파장 대역의 자외선 중 적어도 어느 하나를 발광할 수 있다.
여기서, 상기 자외선 LED부는 식물의 생장 파장 대역인 390nm~410nm의 광을 조사하는 제1 자외선 LED 칩을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자외선 LED부는 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 320nm~330nm의 광을 조사하는 제2 자외선 LED 칩을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자외선 LED부는 살균 파장인 180nm~280nm의 광을 조사하는 제3 자외선 LED 칩을 포함할 수 있다.
또한, 제1 자외선 LED 칩과 상기 제2 자외선 LED 칩은 연속으로 광을 조사하고, 상기 제3 자외선 LED 칩은 펄스 형태로 광을 조사할 수 있다.
또한, 상기 제3 자외선 LED 칩은 6mJ/cm2~9 mJ/cm2의 광량을 조사할 수 있다.
또한, 상기 적외선 LED 칩은 630nm~660nm 파장의 광을 조사할 수 있다.
또한, 상기 자외선 LED부는 상기 제1 대역, 상기 제2 대역, 및 제3 대역의 자외선을 시간의 경과에 따라 순차적으로 조사할 수 있다.
또한, 상기 LED 조명은 가시광 LED부를 더 포함하고, 상기 가시광 LED부는 상기 자외선 LED부 또는 상기 적외선 LED부와 동시에 발광할 수 있다.
본 발명의 LED 조명은 자외선 LED부가 제1 대역, 제2 대역, 또는 제3 대역의 자외선을 발광하므로 식물의 생장을 촉진시키고, 항산화 물질의 생산을 촉진하며, 살균할 수 있다.
또한, LED 표시부가 조사되는 자외선의 종류에 따라 서로 다른 색을 발광하므로 사용자는 현재 식물의 생장 단계 및 조사되는 자외선의 종류를 용이하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명이 화분에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원을 도시한 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원을 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 LED 조명(100)은 LED 광원(20), LED 표시부(30), 제어부(60), 하우징(10), 및 장착 로드(50)를 포함한다. 또한, LED 광원(20)은 자외선 LED부(25)와 적외선 LED부(23)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 대략 내부 공간을 갖는 원형 판 형상으로 이루어지며 장착 로드(50)는 하우징(10)의 하면에 고정 설치된다. 하우징(10)의 하부에는 LED 광원(20)이 설치되며 하우징(10)의 상부에는 LED 표시부(30)가 설치될 수 있다. 하우징(10)의 내부에는 프레임(미도시)이 설치될 수 있으며, LED 광원(20)은 프레임의 하면에 고정되고, LED 표시부(30)는 프레임의 상면에 고정 설치될 수 있다.
장착 로드(50)는 하우징(10)의 하면에서 아래로 이어진 막대 형상으로 이루어지며 토양에 삽입 설치될 수 있다. 장착 로드(50)의 내부에는 이차 전지가 설치되거나 단자가 설치되어 LED 조명에 전원을 공급할 수 있다.
LED 광원(20)은 기판(21)과 기판(21)에 실장된 적외선 LED부(23), 자외선 LED부(25)를 포함할 수 있다. 기판(21)은 LED 칩을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 기판(21)은 원형 또는 다각형상의 판으로 이루어질 수 있으며, 기판(21)에는 LED 칩에 전원을 공급하기 위한 단자가 설치되고 단자에는 와이어가 연결 설치될 수 있다.
자외선 LED부(25)는 식물의 생장 파장 대역인 제1 대역의 자외선을 발광하는 제1 자외선 LED 칩(251)과 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 제2 대역의 자외선을 발광하는 제2 자외선 LED 칩(252)과 식물의 살균 대역인 제3 파장 대역의 자외선을 발광하는 제3 자외선 LED 칩(253)을 포함할 수 있다.
자외선 LED부(25)는 제1 대역, 제2 대역, 및 제3 대역의 자외선을 시간의 경과에 따라 순차적으로 조사할 수 있다. 즉, 자외선 LED부(25)는 식물의 발아와 생장 단계에서 제1 대역의 자외선을 조사하다가 식물의 생장이 완료되고 항산화 물질이 생성되는 단계에서는 제2 대역의 자외선을 조사하며 수확 전에는 제3 대역의 자외선을 조사한다. 각각의 대역의 자외선이 조사되는 기간은 식물의 생장 기간에 따라 달라진다.
제1 자외선 LED 칩(251)은 식물의 생장 파장 대역인 390nm~410nm의 광을 조사하고, 제2 자외선 LED 칩(252)은 항산화물질 생산 파장 대역인 320nm~330nm의 광을 조사하며, 제3 자외선 LED 칩(253)은 살균 파장인 180nm~280nm의 광을 조사한다.
한편, 적외선 LED부(23)는 기판(21) 상에 실장되며 적외선을 발광하는 적외선 LED 칩(231)을 포함한다. 여기서 적외선 LED 칩(231)은 630nm~660nm의 광을 조사할 수 있다.
식물의 생장 단계에서는 적외선 LED 칩(231)과 제1 자외선 LED 칩(251)이 발광한다. 적외선 LED 칩(231)에서 조사되는 630nm~660nm의 파장의 빛은 엽록소 작용 최대화하고, 발아작용과 잎과 꽃 형성에 도움을 준다. 적외선 LED 칩(231)에서 조사되는 빛은 광 수용체의 일종인 피토크롬(phytochrome)에 의하여 식물에 수용된다.
한편, 제1 자외선 LED 칩(251)에서 조사된 빛은 식물의 잎을 두껍게 하고 색소의 발색 촉진 작용을 하며, 연속적으로 조사된다. 제1 자외선 LED 칩(251)에서 조사된 빛은 광 수용체의 일종인 크립토크롬(cryptochrome)에 의하여 식물에 수용된다.
식물의 생장 단계에서는 적외선 LED 칩(231)과 제1 자외선 LED 칩(251)에서 1:1 비율로 빛이 조사된다. 다만, 광조사량은 식물에 따라 달라지는데 식물의 광 포화점과 유사한 광조사량이 조사될 수 있다. 또한 빛의 조사 시간은 식물의 종류에 따라 달라지며 식물의 생장 기간에 따라 설정될 수 있다.
한편, 식물의 항산화물질 생성 단계에서는 적외선 LED 칩(231)과 제2 자외선 LED 칩(252)이 발광한다. 식물의 항산화물질 생성 단계는 상추와 같은 일반 식물에서는 식물의 생장 단계 이후에 발생되나, 식물의 종류에 따라 달라질 수 있다.
제2 자외선 LED 칩(252)에서 조사된 빛은 광 수용체의 일종인 UVR8에 의하여 식물에 수용된다. 제2 자외선 LED 칩(252)은 빛을 연속적으로 조사하며, 제2 자외선 LED 칩(252)에서 조사되는 320nm~330nm의 파장의 빛은 항산화물질 생성을 촉진한다.
제2 자외선 LED 칩(252)은 식물의 광 포화점에 따라 서로 다른 세기로 빛을 조사하며, 상추의 경우에는 광플럭스밀도 170 μmol·m-2·s-1 세기로 조사한다. 또한, 제2 자외선 LED 칩(252)은 항산화물질 생산의 극대화를 위해서 2일 내지 6일 동안 하루에 4시간씩 연속으로 자외선을 조사할 수 있다.
한편, 살균 단계에서는 제3 자외선 LED 칩(253)만 발광할 수 있다. 식물의 살균 단계는 식물의 생장이 완료된 후, 수확 전에 이루어진다.
제3 자외선 LED 칩(253)은 자외선을 펄스 형태로 조사할 수 있다. 제3 자외선 LED 칩(253)은 180nm~280nm의 광을 2pps(pulse per second)로 조사할 수 있다.
제3 자외선 LED 칩(253)은 6mJ/cm2~9 mJ/cm2의 광량을 조사할 수 있다. 제3 자외선 LED 칩(253)에서 조사되는 자외선의 광량이 6mJ/cm2보다 적으면 살균이 제대로 이루어지지 않아 세균이 잔류하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 제3 자외선 LED 칩(253)에서 조사되는 자외선의 광량이 9mJ/cm2보다 크면 식물이 손상되는 문제가 발생할 수 잇다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명이 화분에 설치된 상태를 나타낸 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 LED 조명(100)은 식물(300)을 재배하는 화분(200)에 설치될 수 있다. 여기서 식물(300)은 상추, 고추 등의 식용 야채가 될 수 있다.
LED 표시부(30)는 다양한 색을 발광하는 LED 칩을 포함할 수 있다. LED 표시부(30)는 자외선 LED부(25)의 발광 파장에 따라 서로 다른 색의 광을 발광한다. 예를 들어, LED 표시부(30)는 제1 대역의 자외선이 발광할 때에는 녹색 계열의 광을 발광하고, 제2 대역의 자외선이 발광할 때에는 황색 계열의 광을 발광하고, 제3 대역의 자외선이 발광할 때에는 청색 계열의 광을 발광할 수 있다. 이를 위해서 LED 표시부(30)는 녹색 LED 칩, 황색 LED 칩 및 청색 LED 칩을 포함할 수 있다.
LED 표시부(30)는 자외선 LED부(25)의 발광 세기에 비례하여 발광하는 광의 세기를 제어할 수 있다. LED 표시부(30)는 자외선 LED부(25)의 발광 세기가 증가하면 더 밝은 빛을 발광하고, 자외선 LED부의 발광 세기가 감소하면 밝기를 감소시킬 수 있다.
제어부(60)는 자외선 LED부(25)의 광조사량이 기 설정된 값에 도달하는 경우, 자외선 LED부(25)의 발광을 중단하고, LED 표시부(30)가 직전에 발광한 색과 다른 색을 발광하도록 한다. 여기서 기 설정된 값은 식물의 광 포화점에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어 제1 자외선 LED 칩(251)의 광조사량이 기 설정된 값에 도달하는 경우 LED 표시부(30)는 녹색 계열의 광을 발광하다가 흰색 또는 적색을 발광하여 충분한 광조사가 이루어졌음을 표시할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 자외선 LED부(25)가 제1 대역, 제2 대역, 또는 제3 대역의 자외선을 발광하므로 식물의 생장을 촉진시키고, 항산화 물질의 생산을 촉진하며, 살균할 수 있다. 또한, LED 표시부(30)가 조사되는 자외선의 종류에 따라 서로 다른 색을 발광하므로 사용자는 현재 식물의 생장 단계 및 조사되는 자외선의 종류를 용이하게 파악할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원을 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 LED 조명은 LED 광원(80)에 가시광 LED부(28)가 추가된 것을 제외하고는 상기한 일 실시예에 따른 LED 조명과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
LED 광원(80)은 기판(21), 기판(21)에 실장된 자외선 LED부(25), 적외선 LED부(23), 및 가시광 LED부(28)를 포함한다. 가시광 LED부(28)는 가시광선을 조사하는 복수의 가시광 LED 칩(281)을 포함한다.
가시광 LED부(28)는 백색광을 조사하거나 서로 다른 색의 광을 조사할 수 있다. 가시광 LED부(28)는 자외선 LED부(25) 또는 적외선 LED부(23)와 동시에 발광할 수 있다. 또한, 가시광 LED부(28)는 자외선 LED부(25)에서 조사되는 자외선의 파장에 따라 서로 다른 색을 발광할 수도 있다.
본 실시예에 따르면 가시광 LED부(28)를 포함하여 식물의 생장을 더욱 효율적으로 제어할 수 있으며, 자외선 LED부(25)에서 조사되는 광의 종류를 용이하게 표시할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: LED 조명
10: 하우징
20, 80: LED 광원
21: 기판
23: 적외선 LED부
231: 적외선 LED 칩
25: 자외선 LED부
251: 제1 자외선 LED 칩
252: 제2 자외선 LED 칩
253: 제3 자외선 LED 칩
28: 가시광 LED부
281: 가시광 LED 칩
30: LED 표시부
50: 장착 로드
60: 제어부
200: 화분
300: 식물

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 실장되며 적외선을 발광하는 적외선 LED 칩을 포함하는 적외선 LED부; 및
    상기 기판 상에 실장되며 자외선을 발광하는 자외선 LED 칩을 포함하는 자외선 LED부;
    를 포함하고,
    상기 자외선 LED부는 식물의 생장 파장 대역인 제1 대역의 자외선, 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 제2 대역의 자외선, 식물의 살균 대역인 제3 파장 대역의 자외선 중 적어도 어느 하나를 발광하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 LED부는 식물의 생장 파장 대역인 390nm~410nm의 광을 조사하는 제1 자외선 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자외선 LED부는 식물의 항산화물질 생산 파장 대역인 320nm~330nm의 광을 조사하는 제2 자외선 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자외선 LED부는 살균 파장인 180nm~280nm의 광을 조사하는 제3 자외선 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  5. 제4항에 있어서,
    제1 자외선 LED 칩과 상기 제2 자외선 LED 칩은 연속으로 광을 조사하고, 상기 제3 자외선 LED 칩은 펄스 형태로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 자외선 LED 칩은 6mJ/cm2~9 mJ/cm2의 광량을 조사하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 LED 칩은 630nm~660nm 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 LED부는 상기 제1 대역, 상기 제2 대역, 및 제3 대역의 자외선을 시간의 경과에 따라 순차적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명은 가시광 LED부를 더 포함하고, 상기 가시광 LED부는 상기 자외선 LED부 또는 상기 적외선 LED부와 동시에 발광하는 것을 특징으로 하는 LED 조명.


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