KR20220037078A - Lighting device for plant growth - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 2개의 청색파장을 통해 보다 넓은 청색파장을 공급하거나 또는 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 함으로써 작물의 생육 환경을 개선하는 동시에 태양광 조건과 유사한 재배 환경을 제공하는 식물생장조명장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plant growth lighting device that provides a growing environment similar to solar conditions while improving the growth environment of crops by supplying a wider blue wavelength through two blue wavelengths or including a UV wavelength of 400 nm or less will be.
식물생장에 조명장치가 이용되고 있다. 식물생장용 조명장치는 백열등, 형광등 및 일반 LED 등이 사용되었으나 백열등은 에너지 효율이 낮은 문제가 있으며, 형광등은 적색 및 청색 파장의 광이 적고 녹색파장의 광이 많아 에너지 효율이 낮은 한계가 있다. 최근에는 식물생장용 조명장치로서 단색파장, 저소비전력, 우수한 응답성 및 장수명을 가지는 식물생장조명장치가 이용되고 있다. 식물은 광합성을 통해 생장하며, 광합성에 이용되는 빛을 조명장치를 통해 제공하는 방법이 광범위하게 사용되고 있다. 기존에는 청색, 적색 및 녹색파장을 포함하는 광을 제공하여 식물을 생장하는데 이용하였으며, 청색파장은 개화 유도에 이용되고, 적색 및 적외선 계열의 광은 생육을 촉진시키고, 줄기를 생장하는데 이용되고 있다. 다만, 녹색파장의 경우 식물의 잎과 줄기로부터 반사되므로 생장에 큰 영향이 없어 녹색파장을 포함하는 광을 제공하는 경우 에너지 낭비의 문제가 있다.Lighting devices are used for plant growth. Incandescent lamps, fluorescent lamps, and general LEDs have been used as lighting devices for plant growth, but incandescent lamps have a problem with low energy efficiency, and fluorescent lamps have low energy efficiency because there is little light of red and blue wavelengths and a lot of light of green wavelengths. Recently, as a lighting device for plant growth, a plant growth lighting device having a monochromatic wavelength, low power consumption, excellent responsiveness and long lifespan has been used. Plants grow through photosynthesis, and a method of providing light used for photosynthesis through a lighting device is widely used. Conventionally, light including blue, red, and green wavelengths are provided and used to grow plants, and blue wavelengths are used to induce flowering, and red and infrared light is used to promote growth and grow stems. . However, in the case of a green wavelength, since it is reflected from the leaves and stems of a plant, there is no significant effect on growth, so that when light including a green wavelength is provided, there is a problem of wasted energy.
한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 국내 등록특허공보 10-1908239(특허문헌 1)에는 '조명장치'가 제안되어 있는바, 상기 특허문헌 1의 기술은 광을 출력하는 광원 및 상기 광원으로부터의 광을 기초로 출력광을 외부로 출력하는 출광영역을 포함하고, 상기 출광영역으로부터 출력되는 출력광의 파장의 피크는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 피크, 제2 피크 및 제3 피크를 포함하며, 상기 제1 피크는 청색광의 파장대이고, 상기 제2 피크 및 제3 피크는 적색광의 파장대를 나타내도록 유도하고, 조명장치를 통해 2개의 피크를 가지는 적색파장의 광으로 출광시켜 식물의 생장을 촉진시키도록 하고 있다. 한편, 현재 이상기후 및 사막화 진행에 따라 환경변화에 대응하기 위한 안정적이고 편의성을 갖춘 선진화 된 농업생산 방식에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 유리온실, 하우스, 스마트팜 등의 시설 내 작물 재배를 통한 외부 기후에 독립적인 환경의 다목적 생산 방식에 관한 연구가 진행되고 있고, 관련 기술로는 국내 등록특허공보 10-1783368의 '원예용 LED 조명 어셈블리(특허문헌 2)', 국내 공개특허공보 10-2017-0139551의 '근적외선 및 가시 광선을 이용한 식물 성장 및 발달 촉진 방법 및 장치(특허문헌 3)' 및 국내 공개특허공보 10-2017-0110171의 '광합성 유기체의 성장을 향상시키는 양자점 발광다이오드(특허문헌 4)'으로 제안되어 있다. 본 출원인 발명자는 농업의 자동화, 정밀화를 구현하는데 필수적인 요소인 식물 생장용 조명의 파장 조건을 제어하여 작물의 생육을 개선하는 동시에 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하게 제공하는 새로운 식물생장조명장치를 제안한다.On the other hand, in order to solve the above problems, a 'illuminating device' is proposed in Korean Patent Registration No. 10-1908239 (Patent Document 1). The technology of Patent Document 1 is a light source for outputting light and and an outgoing area for outputting output light to the outside based on light, and the peak of the wavelength of the output light output from the light outgoing area is, as shown in FIG. 1, a first peak, a second peak and a third peak. Including, wherein the first peak is a wavelength band of blue light, the second peak and the third peak are induced to represent a wavelength band of red light, and the light is emitted as light of a red wavelength having two peaks through a lighting device to grow plants is intended to promote Meanwhile, with the current abnormal climate and desertification, interest in advanced agricultural production methods that are stable and convenient to respond to environmental changes is increasing. Accordingly, research is being conducted on a multi-purpose production method in an environment independent of the external climate through the cultivation of crops in facilities such as glass greenhouses, houses, and smart farms. LED lighting assembly for use (Patent Document 2)', 'Method and apparatus for promoting plant growth and development using near-infrared and visible light (Patent Document 3)' of Korean Patent Publication No. 10-2017-0139551 and Korean Patent Publication No. 10-2017 -0110171 is proposed as a 'quantum dot light emitting diode that improves the growth of photosynthetic organisms (Patent Document 4)'. The present applicant, the inventor of the present invention, controls the wavelength condition of plant growth lighting, which is an essential element for realizing automation and refinement of agriculture, to improve the growth of crops and at the same time provide a new plant growth environment similar to the conditions in sunlight. We propose a lighting device.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 2개의 청색 파장을 통해 넓은 청색 파장을 공급하는 식물생장조명장치를 제공하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is to provide a plant growth lighting device that supplies a wide blue wavelength through two blue wavelengths.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 광 파장이 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 함으로써 작물의 생육 상태를 개선하는 동시에 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 조절하는 식물생장조명장치를 제공하는데 있다.One of the technical problems to be solved in the present invention is plant growth lighting that improves the growth condition of crops by allowing the light wavelength to include a UV wavelength of 400 nm or less and at the same time adjusts the cultivation environment of crops to be similar to the conditions in sunlight to provide the device.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 청색과 적색 파장을 형성하는 식물생장조명장치에 있어서, 상기 청색 파장 peak을 2개 이상 형성하는 동시에 적색 파장 peak도 2개 이상으로 형성하는 식물생장조명장치로부터 달성될 수 있다.According to the present invention, in the plant growth lighting device for forming blue and red wavelengths, the above objects are achieved from the plant growth lighting device for forming two or more blue wavelength peaks and at the same time forming two or more red wavelength peaks can be
본 발명의 실시예에 따르면, 식물생장조명장치는 청색 파장을 형성하는 LED 소자가 배치되는 식물생장조명장치; 및 상기 LED 소자 표면 위층에 배치되어 상기 LED 소자로부터 방출되는 광 파장을 2개의 청색 파장 강도를 가지는 비교적 넓은 청색 파장을 공급하도록 광 파장을 변환시키는 광변환 소재가 포함된 광변환층;을 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plant growth lighting device includes a plant growth lighting device in which an LED element forming a blue wavelength is disposed; and a light conversion layer disposed on the surface of the LED element and including a light conversion material for converting the light wavelength emitted from the LED element to supply a relatively broad blue wavelength having two blue wavelength intensities; can be configured.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다수의 LED 소자들을 휘거나 구부릴 수 있는 유연기판 상에 배치하여 광을 방출하도록 유도하는 식물생장조명장치로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of LED elements may be arranged on a flexible substrate that can be bent or bent and configured as a plant growth lighting device to induce light emission.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 식물생장조명장치는 400nm 이하의 UV 파장을 포함하는 것으로, 작물의 생육을 개선하고 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 광 제어를 구현하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plant growth lighting device includes a UV wavelength of 400 nm or less, and is configured to improve the growth of crops and implement light control so that the cultivation environment of crops is similar to the conditions in sunlight. can
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 식물생장조명장치는 400nm 이하의 UV 파장을 형성하기 위하여, UV 광 변환 특성을 갖는 형광체 또는 퀀텀닷 중 선택된 어느 하나의 광변환 소재를 가공하고 광 경로 상에 부착하여 청색광 복합 파장을 구현하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plant growth lighting device processes any one light conversion material selected from a phosphor or quantum dot having UV light conversion properties to form a UV wavelength of 400 nm or less and attaches it to the light path. Thus, it may be configured to implement a blue light complex wavelength.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광변환층은 광변환 소재가 포함된 필름을 부착하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light conversion layer may be configured by attaching a film containing a light conversion material.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 LED 소자들에 개별적으로 대응하는 오목 렌즈부를 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light conversion layer may be configured to include a concave lens unit corresponding to the LED elements individually to control light diffusion.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 LED 소자들에 개별적으로 대응하는 볼록 렌즈부를 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light conversion layer may be configured to include a convex lens unit corresponding to the LED elements individually to control light diffusion.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 광산란용 미립자 또는 비드(bead) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 광변환 필름으로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light conversion layer may be composed of a light conversion film including any one selected from fine particles or beads for light scattering in order to control light diffusion.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 광변환층은 상기 식물생장조명장치로부터 탈부착이 가능하도록 구성하여 식물 생장 특성에 맞추어 광 파장을 선택적으로 조사하도록 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light conversion layer may be configured to be detachable from the plant growth lighting device to selectively irradiate light wavelengths according to plant growth characteristics.
본 발명은, 식물 생장 조명에서 2개의 청색 파장을 통해 넓은 청색 파장을 공급함으로써 식물 생장 조명에 유리한 광 파장을 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing an advantageous light wavelength for plant growth lighting by supplying a wide blue wavelength through two blue wavelengths in plant growth lighting.
또한, 광 파장이 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 함으로써 작물의 생육 상태를 개선하는 동시에 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 조절하는 식물생장조명장치를 제공하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of providing a plant growth lighting device that improves the growth state of crops and adjusts the cultivation environment of crops to be similar to the conditions in sunlight by allowing the light wavelength to include a UV wavelength of 400 nm or less.
도 1은 기존의 조명장치를 통해 출력되는 광의 파장을 나타내는 도면이다.
도 2는 작물의 생장 조명에서 요구되는 에머슨 상승효과를 나타내는 도면이다.
도 3은 조명장치를 이용하여 식물을 생장시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광의 파장을 나타내는 도면이다. (a)(b)(c)는 각각 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광 파장의 피크는 일부가 조정될 수 있음을 비교적으로 나타내는 예시이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광 파장을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 구성하는 LED 소자의 평면 배치 구조를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 구성하는 광변환층의 다양한 예시이다. (a)는 필름형 광변환층, (b)는 오목 렌즈형 광변환층, (c)는 볼록 렌즈형 광변환층, (d)는 산란입자형 광변환층의 예시이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치의 조명 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 단청색 파장의 LED 조명에서 재배된 적상추의 안토시아닌 분포를 나타내는 예시이다.
도 10은 노지재배 태양광으로 재배된 적상추의 안토시아닌 분포를 나타낸 예시이다.1 is a diagram illustrating a wavelength of light output through a conventional lighting device.
2 is a view showing the Emerson synergistic effect required in the lighting of the growth of crops.
3 is a view showing an example of growing a plant using a lighting device.
4 is a view showing the wavelength of light output through the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention. (a), (b) and (c) are examples relatively showing that a part of the peak of the light wavelength output through the plant growth lighting device can be adjusted.
5 is a view for explaining the wavelength of light output through the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a planar arrangement structure of LED elements constituting a plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention.
7 (a) (b) (c) (d) are various examples of the light conversion layer constituting the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention. (a) is a film type light conversion layer, (b) is a concave lens type light conversion layer, (c) is a convex lens type light conversion layer, (d) is an example of a scattering particle type light conversion layer.
8 is a view showing a lighting state of a plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention.
9 is an example showing the distribution of anthocyanins in red lettuce grown under LED lighting of a monoblue wavelength.
10 is an example showing the distribution of anthocyanins in red lettuce grown in open-field sunlight.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 '식물생장조명장치'의 구체적인 내용을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the specific contents of the 'plant growth lighting device' according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 특허문헌 1에 개시된 조명장치를 통해 출력되는 광의 파장을 나타내는 도면이다. (a)는 광의 파장을 피크로 구분하여 나타낸 도면이다. (b)는 광의 파장을 청색과 적색으로 구분하여 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a wavelength of light output through a lighting device disclosed in Patent Document 1. Referring to FIG. (a) is a diagram showing the wavelength of light divided by peaks. (b) is a diagram showing the wavelength of light divided into blue and red.
도 1을 참조하면, 출력되는 광의 파장은 적어도 3개의 피크를 가진다. 청색 파장의 광은 청색 광원에 의해 출력될 수 있으며, 적색 파장의 광은 또 다른 광원들을 통해 출력되는 광일 수 있다. 출력되는 광은 제1 내지 제3 피크를 가질 수 있다. 제2 피크를 가지는 광과 제3 피크를 가지는 광에 의해 적색광의 반치폭이 청색광의 반치폭보다 커지도록 조절될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the wavelength of output light has at least three peaks. Light of a blue wavelength may be output by a blue light source, and light of a red wavelength may be light output through other light sources. The output light may have first to third peaks. By the light having the second peak and the light having the third peak, the full width at half maximum of the red light may be adjusted to be greater than the full width at half maximum of the blue light.
그리고, 제1 피크의 강도는 제2 피크의 강도 또는 제3 피크의 강도보다 클 수 있다.In addition, the intensity of the first peak may be greater than the intensity of the second peak or the intensity of the third peak.
청색 파장의 광에 의해 개화가 유도되며, 적색 또는 근적외선 파장의 광에 의해 식물의 생육이 촉진될 수 있다.Flowering is induced by light of a blue wavelength, and plant growth can be promoted by light of a red or near-infrared wavelength.
상기 적색 또는 근적외선 파장의 광이 2개의 피크를 가지는 형태로 식물에 동시에 조사되는 경우 도 2와 같이 에머슨 상승효과를 가진다.When the light of the red or near-infrared wavelength is simultaneously irradiated to the plant in a form having two peaks, it has an Emerson synergistic effect as shown in FIG. 2 .
도 2는 에머슨 상승효과를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 700nm의 상대적으로 긴 파장의 적색광과 상대적으로 짧은 파장의 적색광을 독립적으로 조사하여 얻는 광합성율의 합보다 2개의 피크를 가지는 광을 동시에 조사하여 얻는 광합성율의 합이 더 크다. 즉, 서로 다른 조명을 이용하여 시간 간격을 두고 서로 다른 적색광을 조사하여 식물을 생장시키는 것 보다 하나의 조명장치를 통해 동시에 서로 다른 파장을 가지는 적색광을 조사하는 경우 식물의 생장율이 향상될 수 있음을 알 수 있다.2 is a view showing the Emerson synergistic effect. Referring to FIG. 2 , the sum of the photosynthetic rates obtained by simultaneously irradiating light having two peaks is greater than the sum of the photosynthetic rates obtained by independently irradiating red light with a relatively long wavelength of 700 nm and red light with a relatively short wavelength. That is, when irradiating red light having different wavelengths through a single lighting device at the same time, rather than irradiating different red lights at time intervals using different lights to grow plants, the growth rate of plants can be improved. Able to know.
도 3은 조명장치를 이용하여 식물을 생장시키는 예를 나타내는 도면이다.3 is a view showing an example of growing a plant using a lighting device.
이러한 기존의 조명장치에 따른 식물 생장 조명은 파장은 청색 400~500nm 사이에 1개의 피크가 있고, 적색 영역에 2개 이상의 피크를 가짐으로써, 에머슨 상승효과를 기대할 수 있지만, 이는 식물의 전체적인 성장에 관여하는 400~500nm의 청색광과 식물의 광합성을 촉진시키는 600~690nm 적생광의 파장 영역으로 구분되는 일반적인 식물 생장 조명의 범위를 벗어나지 못하고 있어 새로운 식물 생장 효과를 제공하는데 한계가 따르고 있다.Plant growth lighting according to such an existing lighting device has one peak between 400 and 500 nm of blue wavelength, and has two or more peaks in the red region, so that Emerson synergy can be expected, but this affects the overall growth of plants. It does not deviate from the range of general plant growth lighting, which is divided into the wavelength range of 400-500 nm blue light involved and 600-690 nm red light that promotes photosynthesis of plants, so there is a limit to providing a new plant growth effect.
이에 따라, 익히 알려져 있는 에머슨 상승효과를 기대할 수 있는 식물의 광합성 촉진 파장과 관련하여, 불필요한 파장 제한과 광효율성의 개선으로 식물의 광합성에 최적화될 수 있는 조명장치가 요구되고 있다.Accordingly, in relation to the well-known wavelength of promoting photosynthesis of plants that can expect the Emerson synergistic effect, there is a need for a lighting device that can be optimized for photosynthesis of plants by limiting unnecessary wavelengths and improving light efficiency.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광의 파장을 나타내는 도면이다. 여기서, (a)(b)(c)는 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광 파장의 피크는 일부가 조정될 수 있음을 비교적으로 나타내는 예시이다.4 is a view showing the wavelength of light output through the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention. Here, (a) (b) (c) is an example relatively indicating that a part of the peak of the light wavelength output through the plant growth lighting device can be adjusted.
본 발명의 일싱시예에 따른 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광 파장을 기존의 조명장치로부터 출력되는 광 파장과 비교하면, 기존 광 파장은 청색 400~500nm 사이에 1개의 피크가 있고, 적색 영역에 2개 이상의 피크가 있는 파장이고, 본 발명에 따른 광 파장은 도 4에 도시된 바와 같이 청색에 2개의 파장 피크가 형성되고, 청색 스펙트럼(spectrum)을 넓게 형성하는 식물생장조명장치가 제공될 수 있다. 여기에 더하여 400nm보다 짧은 uv 파장을 포함하는 식물생장조명장치가 제공될 수 있다.Comparing the wavelength of light output through the plant growth lighting device according to one embodiment of the present invention with the wavelength of light output from the conventional lighting device, the conventional light wavelength has one peak between blue 400 and 500 nm, and the red region is a wavelength having two or more peaks, and the light wavelength according to the present invention has two wavelength peaks in blue as shown in FIG. 4, and a plant growth lighting device that broadly forms a blue spectrum will be provided. can In addition to this, a plant growth lighting device including a uv wavelength shorter than 400 nm may be provided.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 통해 출력되는 광 파장을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining the wavelength of light output through the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 식물의 광합성 촉진 파장과 관련하여, 식물의 흡광도를 엽록소(A), 엽록소(B), 베타 카로틴(C)으로 구분하여, 불필요한 파장을 제한하고 식물 생장에 필요한 광 파장을 형성함으로써 광효율을 개선할 수 있음을 설명하는 예이다.Referring to Figure 5, in relation to the wavelength for promoting photosynthesis of plants, the absorbance of plants is divided into chlorophyll (A), chlorophyll (B), and beta-carotene (C), and unnecessary wavelengths are limited and the light wavelengths necessary for plant growth This is an example explaining that light efficiency can be improved by forming.
본 발명에서 제공하고자 하는 식물생장조명장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 청색과 적색 파장을 형성하는 식물생장조명장치에 있어서, 청색 파장 peak이 2개 이상인 동시에, 적색 파장 peak도 2개 인상인 식물생장조명장치이다.As shown in FIGS. 4 and 5, the plant growth lighting device to be provided by the present invention has two or more blue wavelength peaks in the plant growth lighting device for forming blue and red wavelengths, and the red wavelength peak is also 2 It is a plant growth lighting device that is a dog impression.
또한, 2개의 청색 파장 강도(Intensity) 제공을 통해 보다 넓은 청색 파장을 공급하거나 또는 여기에 400nm 이하의 UV파장을 포함하여 작물의 생육을 개선하는 동시에 작물의 재배환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 광 제어가 구현되는 식물생장조명장치를 제공하고자 한다.In addition, a wider blue wavelength is supplied by providing two blue wavelength intensities, or a UV wavelength of 400 nm or less is included to improve the growth of crops and at the same time make the cultivation environment of crops similar to those in sunlight. An object of the present invention is to provide a plant growth lighting device in which light control is implemented.
본 발명에 따른 식물생장조명장치는 퀀텀닷(Quantum-dot(QD))을 활용하여 광 파장을 기존의 LED 보다 다양한 파장으로 생성하도록 할 수 있다. 퀀텀닷(quantum dot(QD) 또는 양자점)은 초미세 반도체 나노 입자로서 나노 화학 분야에서 주목 받는 주제이다. 퀀텀닷은 입자의 크기가 수 nm 수준으로 작아지게 되면 이들 입자의 전기 광학적 성질이 크게 변화하게 된다. 다양한 형태의 퀀텀닷에 전기를 걸어주거나 광을 쪼여주게 되면 입자의 크기, 모양 및 재료에 따라 특정한 진동수의 광을 방출하게 되고, 그 결과 다양한 영역의 발광색을 구현할 수 있으며 전력 소모량을 줄일 수 있다. 특히, 양자점은 물질의 종류를 달리하지 않고 입자의 크기만을 조절하여 빛이 흡수되거나 방출되는 진동수 및 파장을 효율적으로 변화시킬 수 있다.The plant growth lighting device according to the present invention can generate light wavelengths with a variety of wavelengths than that of conventional LEDs by utilizing quantum dots (QD). Quantum dots (QDs), or quantum dots, are ultrafine semiconductor nanoparticles and are a hot topic in the field of nanochemistry. When the particle size of quantum dots is reduced to the level of several nm, the electro-optical properties of these particles are greatly changed. When electricity or light is applied to various types of quantum dots, light of a specific frequency is emitted according to the size, shape, and material of the particles, and as a result, it is possible to realize luminous colors in various areas and reduce power consumption. . In particular, quantum dots can efficiently change the frequency and wavelength at which light is absorbed or emitted by controlling only the size of particles without changing the type of material.
퀀텀-닷(Quantum-dot)을 활용하여 LED 광을 식물 또는 작물에 조사하는 경우 기존 LED 보다 다양한 파장을 용이하게 생성할 수 있으므로 작물의 생장 효율성 개선에 효과적으로 활용될 수 있다.When irradiating LED light to plants or crops using quantum-dots, various wavelengths can be easily generated than conventional LEDs, so it can be effectively used to improve the growth efficiency of crops.
본 발명은, LED 소자를 이용하여 광변환 소재들 예를 들면, 퀀텀닷 또는 형광체를 이용한 파장 제어를 거쳐 식물의 상태에 따라 각기 다른 파장의 광을 식물에 조사하여 광이 식물에 조사되도록 함으로서 식물의 생장 효과를 획기적으로 향상시킬 수 있는 식물생장조명장치로 구성될 수 있다.The present invention uses an LED element to irradiate light with different wavelengths to the plant according to the state of the plant through wavelength control using light conversion materials, for example, quantum dots or phosphors so that the light is irradiated to the plant. It can be composed of a plant growth lighting device that can dramatically improve the growth effect of
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 구성하는 LED 소자의 평면 배치 구조를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a planar arrangement structure of LED elements constituting a plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention.
도 7의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 일실시예에 따른 식물생장조명장치를 구성하는 광변환층의 다양한 예시이다. (a)는 필름형 광변환층, (b)는 오목 렌즈형 광변환층, (c)는 볼록 렌즈형 광변환층, (d)는 산란입자형 광변환층의 예시이다.7 (a) (b) (c) (d) are various examples of the light conversion layer constituting the plant growth lighting device according to an embodiment of the present invention. (a) is a film type light conversion layer, (b) is a concave lens type light conversion layer, (c) is a convex lens type light conversion layer, (d) is an example of a scattering particle type light conversion layer.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식물생장조명장치(100)는 다수의 LED 소자(110)들을 휘거나 구부릴 수 있는 유연기판(120) 상에 배치하여 광을 방출하도록 유도하도록 구성될 수 있다.4 to 7, the plant
그리고, LED 소자(110)의 표면 위층에 배치되어 LED 소자(110)로부터 방출되는 광 파장을 변환시키는 광변환 소재가 포함된 광변환층(200)을 포함하여 구성될 수 있다.And, it may be configured to include a
즉, 식물 생장 조명의 파장을 구현하는 식물생장조명장치에서 청색 파장을 형성하는 LED 소자(110)가 배치되고, LED 소자(110) 표면 위층에는 LED 소자(110)로부터 방출되는 광 파장을 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 청색 파장 강도를 가지는 비교적 넓은 청색 파장을 공급하도록 광 파장을 변환시키는 광변환 소재가 포함된 광변환층(200)을 포함하여 구성할 수 있다.That is, in the plant growth lighting device implementing the wavelength of plant growth lighting, the
그리고, 식물생장조명장치(100)는 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 제어될 수 있다. 이 경우 작물의 생육을 개선하고 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 조절될 수 있다.And, the plant
또한, 식물생장조명장치(100)는 400nm 이하의 UV 파장을 형성하기 위하여, UV 광 변환 특성을 갖는 형광체 또는 퀀텀닷 중 선택된 어느 하나의 광변환 소재를 가공하고 광 경로 상에 부착하여 청색광 복합 파장을 구현하도록 구성될 수 있다.In addition, in order to form a UV wavelength of 400 nm or less, the plant
또한, 식물생장조명장치(100)는 다수의 LED 소자들을 휘거나 구부릴 수 있는 유연기판 상에 배치하여 광을 방출하도록 구성될 수 있다.In addition, the plant
여기서, 유연기판(120)은 휘거나 구부릴 수 있는 소재이고, LED 소자(110)들를 일정하게 배치할 수 있는 기판 또는 필름으로 구성될 수 있다. LED 소자(110)의 전기적 실장을 위해 PCB(Printed circuit board) 등이 적용될 수 있다. 유연기판(120)은 LED 소자(110)에 의한 점광원 기판이 휘어질 수 있도록 플렉시블(flexible) 재질이 응용될 수 있다. 참고로, 플렉시블 유연기판 또는 필름은 폴리이미드 등의 고분자로 이루어지는 가요성 절연 기판상에 배선 패턴이 자유롭게 형성될 수 있으며, 광원용 플렉시블 패널의 종류에 따라 다양한 소자가 실장될 수 있다. 일반적으로, 연성인쇄회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board) 또는 연성동박적층판(FCCL; Flexible Copper Clad Laminate) 등으로 상용화되거나 제안되어 있다.Here, the
바람직하게는, 식물생장조명장치(100)의 유연기판(120) 소재로는 PI, PS, PE, PP 등에서 선택될 수 있고, 유연기판(120) 상에 전원을 공급할 전극을 형성하고, 소형 크기의 LED 소자(110)를 일정 간격으로 배치한 구조로 제조할 수 있다.Preferably, the
LED 소자(110)들은 400nm, 450nm, 570nm, 610nm, 620nm, 640nm, 660nm 710nm, 740nm, 780nm, 840nm 등의 특정 파장을 내는 소자들을 직접 사용할 수 있으며, 특별히 높은 에너지의 단파장 LED와 광변환 소재로서 퀀텀닷, 형광체를 사용한 광변환층(200)을 사용하여 파장을 변환하여 사용할 수 있도록 구성될 수 있다.The
바람직하기로는, 광변환 소재를 사용한 광변환층(200)은 작물의 생육과 생장상태에 따라 생장 효과를 개선하기 위해 2개의 피크 강도를 가지는 청색광을 선택하여 식물 생장에 적합한 파장으로 제어하도록 구성할 수 있다.Preferably, the
이렇게 광변환 소재의 파장 제어를 통해 만들어지는 광변환층(200)의 광 파장은 작물 생장에 적합한 파장을 제공하도록 제조될 수 있고, 이렇게 제조된 광변환층(200)은 식물생장조명장치(100) 바디에 별도로 부착하는 방식으로 제공하도록 구성될 수 있다.The light wavelength of the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 재활용성을 위한 전원공급 방식을 패턴형식으로 제작된 코일을 이용한 무선충전기술을 적용할 수 있으며, 충전지 또한 얇은 필름형 충전지를 사용하여 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.In addition, the plant growth lighting device according to the present invention can apply a wireless charging technology using a coil manufactured in a pattern format for a power supply method for recyclability, and a rechargeable battery is also used to supply power using a thin film-type rechargeable battery. can be configured.
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 기저 필름(미도시)을 배치하고, 기저 필름에는 LED 소자(110)에 전원을 공급하는 필름형 충전지(미도시)를 구비하여 구성될 수 있다.In addition, the plant growth lighting device according to the present invention may be configured by disposing a base film (not shown), and a film-type rechargeable battery (not shown) for supplying power to the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 기저 필름의 아래층에 보호 필름(미도시)을 부착하여 구성될 수 있으며, 그 보호 필름는 LED 소자(110)의 광 방출을 제어하는 제어기(미도시), 그리고, 전력을 무선으로 수신하는 무선전력수신부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the plant growth lighting device according to the present invention may be configured by attaching a protective film (not shown) to the lower layer of the base film, and the protective film is a controller (not shown) for controlling light emission of the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 광변환층(200)은 광변환 소재가 포함된 필름을 부착하여 구성될 수 있다.In addition, in the plant growth lighting device according to the present invention, the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 광변환층(200)을 이루는 광변환 소재를 퀀텀닷으로 구성할 수 있다.In addition, in the plant growth lighting device according to the present invention, the light conversion material constituting the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 광변환층(200)을 이루는 광변환 소재를 형광체 중에서 선택하여 구성될 수 있다.In addition, the plant growth lighting device according to the present invention may be configured by selecting a light conversion material constituting the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 광변환층(200)을 광확산을 효과적으로 제어하기 위해 LED 소자(100)들에 개별적으로 대응하는 오목 렌즈부(210)를 포함하도록 제조하여 구성될 수 있다.In addition, the plant growth lighting device according to the present invention, as shown in (b) of Figure 7, the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 광변환층(200)을 광확산을 제어하기 위해 LED 소자(110)들에 개별적으로 대응하는 볼록 렌즈부(220)를 포함하도록 제조하여 구성될 수 있다.In addition, in the plant growth lighting device according to the present invention, as shown in FIG. It may be manufactured and configured to include the
또한, 본 발명에 따른 식물생장조명장치는, 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 광변환층(200)을 광확산을 제어하기 위해 광산란용 미립자 또는 비드(bead) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 광변환 필름(230)으로 제조하여 구성될 수 있다.In addition, in the plant growth lighting device according to the present invention, as shown in (d) of FIG. 7, in order to control light diffusion in the
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 식물생장조명장치의 조명 상태를 나타낸 도면이다.8 is a view showing a lighting state of a plant growth lighting device manufactured according to an embodiment of the present invention.
식물에 조사되는 자외선 파장 유무에 따른 차이는 도 9 및 도 10과 같이 비교된다. 도 9는 단청색 파장의 LED 조명에서 재배된 적상추의 안토시아닌 분포를 나타내는 예시이다. 도 10은 노지재배 태양광으로 재배된 적상추의 안토시아닌 분포를 나타낸 예시이다.The difference according to the presence or absence of the ultraviolet wavelength irradiated to the plant is compared as shown in FIGS. 9 and 10 . 9 is an example showing the distribution of anthocyanins in red lettuce grown under LED lighting of a monoblue wavelength. 10 is an example showing the distribution of anthocyanins in red lettuce grown in open-field sunlight.
본 발명에 따른 식물생장조명장치(100)는 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 식물생장조명장치(100)는 400nm 이하의 UV 파장을 형성하기 위하여, UV 광 변환 특성을 갖는 형광체 또는 퀀텀닷 중 선택된 어느 하나의 광변환 소재를 가공하고 광 경로 상에 부착하여 청색광 복합 파장을 구현할 수 있다.The plant
또한, 본 발명은 LED 소자 또는 광변환 소재(퀀텀닷, 형광체등)의 파장 제어를 통해 2개의 피크 강도를 가지는 청색광이나 400nm 이하의 UV 파장을 증가시킬 수 있다. 이러한 광량의 향상을 통한 PPFD의 증가 효과에 따라 작물의 생장 속도를 증가시키는데 유리할 수 있다.In addition, the present invention can increase the blue light having two peak intensities or the UV wavelength of 400 nm or less by controlling the wavelength of an LED device or a light conversion material (quantum dot, phosphor, etc.). According to the effect of increasing the PPFD through the improvement of the amount of light, it may be advantageous to increase the growth rate of crops.
또한, UV 파장이 작물에 공급되는 경우 기본적으로 광에 의한 실내 미생물 살균 및 살충 효과를 가지게 되며, 작물에 안토시아닌이라는 항산화 물질의 형성을 촉진시키게 된다.In addition, when UV wavelength is supplied to crops, it has basically sterilization and insecticidal effects of indoor microorganisms by light, and promotes the formation of antioxidants called anthocyanins in crops.
자외선 파장을 조사했을 경우 안토사이아닌 합성이 일어나고, 수소 이온의 농도, 즉 pH에 따라 색이 바뀌며, 중성일 때 보통 짙은 보라색 또는 진청색으로 나타난다. 산성이 강할수록 자주색, 빨강색 등 붉은 계열의 색을 띠며 염기성이 강할수록 파란색, 초록색, 노란색 등 푸른 계열의 색을 띄게된다.When irradiated with ultraviolet wavelengths, anthocyanin synthesis occurs, and the color changes depending on the concentration of hydrogen ions, that is, the pH. When it is neutral, it usually appears as dark purple or dark blue. The stronger the acid, the more reddish colors such as purple and red, and the stronger the basicity, the more blue, green, and yellow colors.
안토시아닌은 플라보노이드(flavonoids) 계열의 물질로서, 두 개의 방향족 고리가 세 개의 탄소와 하나의 산소로 연결되어 있는 분자구조 형태를 가지는 것으로 알려져있다.Anthocyanins are flavonoids, and are known to have a molecular structure in which two aromatic rings are connected by three carbons and one oxygen.
안토시아닌은 안토시아니딘(anthocyanidine)에 하나 이상의 당이 결합 되어 있는 구조이고, 수분매개자를 유인하기 위한 다양한 꽃 색깔을 나타내는 성분이며, 초식곤충으로부터 식물을 방어하기 위한 방어물질로도 작용한다. 예를 들면, 안토시아닌의 한 종류인 시아니딘-3-글루코시드(cyanidin 3-glucoside)는 담배나방의 애벌레로부터 목화 잎을 보호하는 기능을 수행하는 것으로 알려져 있다.Anthocyanin is a structure in which one or more sugars are bonded to anthocyanidine, is a component that displays various flower colors to attract pollinators, and also acts as a defense material to defend plants from herbivores. For example, cyanidin-3-glucoside, a type of anthocyanin, is known to perform a function of protecting cotton leaves from larvae of tobacco moths.
아래의 그림은 안토시아닌(anthocyanin)의 분자구조를 나타내는 예시이다.The figure below is an example showing the molecular structure of anthocyanin.
이러한 안토시아닌에는 항산화, 항암, 소염효과가 있는 것으로 알려져 있다. 모든 세포는 대사활동을 하는데, 활동을 하기 위해서는 많은 양의 산소가 필요하며, 세포는 산소를 이용하여 활동을 하고 또, 활성 산소를 내뿜어 점점 산화되기 시작한다.These anthocyanins are known to have antioxidant, anticancer, and anti-inflammatory effects. All cells undergo metabolic activity, and a large amount of oxygen is required for activity.
또한 안토시아닌은 150종의 플라보노이드 중에서 가장 강력한 항산화로서 유방암과 종양의 진행을 억제하고 야간시력과 전반적인 시력향상에 도움을 주며 혈당 저하 효과도 있는 것으로 알려져있다. 특히 엽채류 작물에서는 도 9 및 도 10과 같이 안토시아닌이 색으로 명확히 확인되며 항산화 촉진에 관여하는 것이 알려져 있는 바, 이에 따라 작물의 생산성 및 상품성을 향상시키는데 유용하게 이용될 수 있다.In addition, anthocyanins are the most powerful antioxidant among 150 types of flavonoids, and are known to inhibit the progression of breast cancer and tumors, help improve night vision and overall visual acuity, and have a blood sugar lowering effect. In particular, in leaf vegetable crops, as shown in FIGS. 9 and 10 , anthocyanins are clearly identified by color and are known to be involved in the promotion of antioxidants, and thus can be usefully used to improve the productivity and marketability of crops.
본 발명에 따르면, 식물 생장 조명에서 2개의 청색 파장을 통해 넓은 청색 파장을 공급함으로써 식물 생장 조명에 유리한 광 파장을 제공하는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage of providing a light wavelength advantageous to plant growth lighting by supplying a broad blue wavelength through two blue wavelengths in plant growth lighting.
또한, 광 파장이 400nm 이하의 UV 파장을 포함하도록 함으로써 작물의 생육 상태를 개선하는 동시에 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 조절하는 식물생장조명장치를 제공하는 이점이 있다.In addition, there is an advantage to provide a plant growth lighting device that improves the growth state of crops and adjusts the cultivation environment of crops to be similar to the conditions in sunlight by allowing the light wavelength to include a UV wavelength of 400 nm or less.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, it is not limited to the embodiment and can be implemented by modification and modification within the scope that does not depart from the gist of the present invention, and it is within the technical spirit of the present invention that modifications and variations are made Included.
100: 식물생장조명장치 110: LED 소자
120: 유연기판 200: 광변환층
210: 오목렌즈부 220: 볼록 렌즈부
230: 광변환 필름 100: plant growth lighting device 110: LED element
120: flexible substrate 200: light conversion layer
210: concave lens unit 220: convex lens unit
230: light conversion film
Claims (10)
상기 청색 파장 peak을 2개 이상 형성하는 동시에 적색 파장 peak도 2개 이상으로 형성하는 식물생장조명장치.In the plant growth lighting device for forming blue and red wavelengths,
Plant growth lighting device for forming two or more of the blue wavelength peaks and also forming two or more red wavelength peaks.
상기 식물생장조명장치는 청색 파장을 형성하는 LED 소자가 배치되고, 상기 LED 소자 표면 위층에 배치되어 상기 LED 소자로부터 방출되는 광 파장을 2개의 청색 파장 강도를 가지는 청색 파장을 공급하도록 광 파장을 변환시키는 광변환 소재가 포함된 광변환층;을 포함하는, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
In the plant growth lighting device, an LED element forming a blue wavelength is disposed, and the light wavelength emitted from the LED element is disposed on an upper layer of the surface of the LED element to supply a blue wavelength having two blue wavelength intensities. A light conversion layer containing a light conversion material to make; including, a plant growth lighting device.
상기 식물생장조명장치는 다수의 LED 소자들을 휘거나 구부릴 수 있는 유연기판 상에 배치하여 광을 방출하도록 유도하는 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The plant growth lighting device is a plant growth lighting device induced to emit light by arranging a plurality of LED elements on a flexible substrate that can be bent or bent.
상기 식물생장조명장치는 400nm 이하의 UV 파장을 포함하는 것으로, 작물의 생육을 개선하고 작물의 재배 환경을 태양광에서의 조건과 유사하도록 광 제어를 구현하도록 구성된 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The plant growth lighting device includes a UV wavelength of 400 nm or less, and is configured to implement light control to improve the growth of crops and to make the cultivation environment of crops similar to the conditions in sunlight.
상기 식물생장조명장치는 400nm 이하의 UV 파장을 형성하기 위하여, UV 광 변환 특성을 갖는 형광체 또는 퀀텀닷 중 선택된 어느 하나의 광변환 소재를 가공하고 광 경로 상에 부착하여 청색광 복합 파장을 구현하는 식물생장조명장치. The method of claim 1,
The plant growth lighting device processes any one light conversion material selected from phosphors or quantum dots having UV light conversion properties to form a UV wavelength of 400 nm or less, and attaches it to a light path to realize a blue light complex wavelength. growth lighting device.
상기 광변환층은 광변환 소재가 포함된 필름을 부착하여 구성된 것을 특징으로 하는, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The light conversion layer is characterized in that configured by attaching a film containing a light conversion material, plant growth lighting device.
상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 LED 소자들에 개별적으로 대응하는 오목 렌즈부를 포함하는, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The light conversion layer includes a concave lens unit that individually corresponds to the LED elements to control light diffusion, plant growth lighting device.
상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 LED 소자들에 개별적으로 대응하는 볼록 렌즈부를 포함하는, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The light conversion layer comprises a convex lens unit that individually corresponds to the LED elements to control light diffusion, plant growth lighting device.
상기 광변환층은 광확산을 제어하기 위해 광산란용 미립자 또는 비드(bead) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 광변환 필름으로 구성된, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The light conversion layer is composed of a light conversion film comprising any one selected from fine particles or beads for light scattering in order to control light diffusion, plant growth lighting device.
상기 광변환층은 상기 식물생장조명장치로부터 탈부착이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 식물생장조명장치.The method of claim 1,
The light conversion layer is characterized in that configured to be detachable from the plant growth lighting device, plant growth lighting device.
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