KR101183666B1 - 식물재배용 ｌｅｄ 램프 모듈 - Google Patents

식물재배용 ｌｅｄ 램프 모듈 Download PDF

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김영철
류일복
이현수
안인모
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마산대학산학협력단
류일복
김영철
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Abstract

본 발명은 본체를 이루는 램프 갓; 광을 제공하는 LED 광원부; 및 상기 LED 광원부를 실장하기 위한 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 LED 광원부는 SMD 타입의 3 Chip LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈에 관한 것으로, 농업용으로 적합한 LED 램프 모듈을 제공할 수 있다.

Description

식물재배용 ＬＥＤ 램프 모듈{LED Lamp Module for Plant Cultivating}
본 발명은 식물재배용 LED 램프 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제어 및 부품의 교체가 용이하여 실질적인 농업용으로 적용할 수 있는 LED 램프 모듈에 관한 것이다.
식물성장에 필요한 조명을 위해서 종래에는 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 고압나트륨 전구 등을 사용하여 왔었으나, 최근에는 이를 대체하는 식물 재배용 반도체 발광 다이오드를 통하여, 종래의 기술이 갖추지 못한 식물성장의 광합성 및 엽녹성 작용의 효과를 발생시키고 에너지 절감 및 환경 보호로 인한 파급적인 경제 효과를 발생시킬 수 있다.
이러한 최근의 식물재배용 발광다이오드를 가지고 있는 조명장치의 식물 성장 및 생장 육성장치에는 식물의 특성에 따라, 그리고 제어하고자 하는 매개변수에 따라 최적의 파장대역 및 밝기의 광을 조사함으로써 식물의 성장 및 생장을 위한 제어부를 구성하여 제어할 수 있는 발광다이오드를 이용한 식물 성장 및 생장 육성장치가 공개(특허문헌 1)되어 있다.
또한, 이와 비슷한 문헌으로 식물의 종류와 생육과정에 맞추어 최적 파장의 빛을 발산하는 여러 종류의 LED를 적당한 비율로 조합하는데 적색, 청색, 녹색, 백색, 적외선, 자외선 등의 LED 중에서 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 LED를 보드상에 적당한 비율로 다수 배치하여 식물의 종류나 생육상황에 따라 교체할 수 있도록 구성 한 문헌(특허문헌 2)이 있다.
그러나 상기 종래 기술에 의한 식물 생육장치 등은 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 종래에는 식물성장이나 발아, 개화에 필요한 파장의 광원을 생산하기 위하여 네트워크를 통한 제어부를 설치해야 하고 그 제어부는 시스템과 결합되어 통합 운영되는 구성이다.
이러한 방식은 이론적으로는 가능하나 실제 적용이 되지 않을 뿐 아니라 비효율을 초래한다. 제어 시스템으로 필요한 파장의 광원을 구성하려면 크기가 커지고 비용이 증대되어 생산성 수지를 맞추지 못하고 필요한 파장이 구동되고 있을 시 사용되지 않은 광원은 불필요한 공간을 차지하게 된다.
또한, 식물 생장에 있어서의 공간은 높은 습도를 유지 하여야 하고 그로 인한 교체식 부품들은 노화나 고장으로부터 자유로울 수가 없다.
따라서, 이와 같은 종래 기술은 식물공장 제어 시스템 용도로 개발되어 일반적인 식물을 재배하는 농가에서 사용하기는 어렵다고 볼 수 있다.
또한, 복잡한 시스템 형태의 구조는 잦은 고장의 원인 될 뿐 아니라 도입을 하였다고 하더라도 투자비용이 과다하여 수익을 낼 수 없는 구조이고 기술적인 한계점을 가지고 있다.
특허문헌 1 : 국내공개특허 2000-0006611 공보
특허문헌 2 : 국내공개특허 2003-0005023 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식물재배용으로 적합하고, 제어 및 부품의 교체가 용이하여 실질적인 농업용으로 적용할 수 있는 LED 램프 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 본체를 이루는 램프 갓; 광을 제공하는 LED 광원부; 및 상기 LED 광원부를 실장하기 위한 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 LED 광원부는 SMD 타입의 3 Chip LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 LED 광원부는 백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED 중 적어도 하나 이상의 발광색을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 LED 광원부의 전면에 배치되어, 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판 및 상기 보호판을 상기 램프 갓에 고정하기 위한 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 인쇄회로기판은 메탈 PCB인 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 램프 갓은 제1몸체부 및 제2몸체부를 포함하고, 상기 제2몸체부의 직경이 상기 제1몸체부의 직경보다 크며, 상기 제2몸체부의 직경과 상기 제1몸체부의 직경의 차이에 의해 제1단차가 형성되고, 상기 제1단차 면에 상기 인쇄회로기판이 안착되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제1몸체부의 외측 밑면에 위치하는 제1커넥터부를 더 포함하고, 상기 제1커넥터부는 연결배선을 통해 컨트롤러의 제2커넥터부와 연결되어, 상기 LED 광원부에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 식물재배용 LED 램프 모듈은 저항부를 더 포함하며, 상기 저항부의 일단은 상기 LED 광원부의 일단과 연결되고, 상기 저항부의 타단은 상기 제1커넥터부의 일단과 연결되며, 상기 LED 광원부의 타단은 상기 제1커넥터부의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 식물재배용 LED 램프 모듈은 적어도 2개 이상이고,
상기 저항부는 각각의 식물재배용 LED 램프 모듈에 포함된 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제2몸체부의 끝단의 일정영역에 위치하는 제2단차를 포함하며, 상기 제2단차 면에 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판이 안착되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 식물재배용 LED 램프 모듈에 따르면, 농업용으로 적합한 LED 램프 모듈을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 광원으로 SMD 타입의 3 Chip LED을 사용함으로써, 일반 LED와 비교하여 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있으며, 또한, SMD 타입의 3 Chip LED의 경우, 일반 LED 보다 광밝기가 우수하기 때문에, 설치 높이를 높게 하더라도 식물 생장에 필요한 충분한 광량을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 식물재배용 LED 램프 모듈의 램프 갓에 커넥터부를 포함시킴으로써, 기존 시설을 손상하지 않은 상태에서 손쉽게 LED 램프 모듈의 교체가 가능하다.
또한, 본 발명은 각각의 LED 램프 모듈에 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는 저항부를 포함시킴으로써, 컨트롤러에서 각각의 LED 램프 모듈에 동일한 전압을 제공하더라도, 발광색에 따른 발광여부를 제어할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 분리사시도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 결합사시도이며, 도 1c는 도 1b의 I-I선에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 분리단면도이고, 도 1d는 도 1b의 I-I선에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 결합단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 램프 갓의 일례를 도시한 평면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 램프 갓의 일례를 도시한 저면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 LED 광원부를 포함하는 인쇄회로기판의 일례를 도시한 평면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 LED 광원부를 포함하는 인쇄회로기판의 일례를 도시한 실사진이며, 도 3c는 LED 광원부의 광의 각도에 따른 확산거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 동작을 컨트롤하기 위한 컨트롤러의 일예를 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 배치한 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 분리사시도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 결합사시도이며, 도 1c는 도 1b의 I-I선에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 분리단면도이고, 도 1d는 도 1b의 I-I선에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 도시한 결합단면도이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈(100)은 LED 램프 모듈의 본체를 이루는 램프 갓(110), 식물의 성장에 필요한 광을 제공하는 LED 광원부(121), 상기 LED 광원부(121)를 실장하기 위한 인쇄회로기판(120), 상기 LED 광원부(121)의 전면에 배치되어, 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판(130) 및 상기 보호판을 상기 램프 갓에 고정하기 위한 고정부(140)를 포함한다.
한편, 본 발명에서 식물이라함은 재배 가능한 상추, 파, 양상치, 쑥갓, 치커리, 방울토마토, 청경채, 케일, 허브류 등의 모든 종류를 포함할 수 있으며, 따라서, 본 발명에서 재배 가능한 식물의 종류를 한정하는 것은 아니다.
이때, 상기 LED 광원부(121)는 SMD 타입의 3 Chip LED를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 SMD 타입의 3 Chip LED은 1 Chip의 일반 LED에 비해, 광밝기가 우수하고, 특히 광의 각도가 크기 때문에, 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 1 Chip의 일반 LED의 경우, 광의 각도가 60°인 반면에, 본 발명에 따른 SMD 타입의 3 Chip LED의 경우, 광의 각도가 140°이므로, 일반 LED와 비교하여 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있다. 이에 대해 후술하기로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 LED 광원부(121)를 실장하기 위한 인쇄회로기판(120)은 메탈 PCB인 것이 바람직하며, 이를 통해 LED의 단점인 발열의 문제를 해결할 수 있다.
즉, LED 의 경우, 광밝기가 우수하기는 하나, 발열특성이 좋지 않은 단점이 있고, 이로 인해 LED의 수명이 짧아지고, 따라서, LED 램프의 교체시기가 짧아지게 된다.
하지만, 본 발명에서는 상기 인쇄회로기판을 메탈 PCB로 구성함으로써, 상기 메탈 PCB를 LED 광원부의 방열을 위한 방열판으로 사용할 수 있다.
계속해서, 도 1c 및 도 1d를 참조하여, LED 램프 모듈의 본체를 이루는 램프 갓(110)을 설명하면, 상기 램프 갓(110)은 제1몸체부(110a) 및 제2몸체부(110b)를 포함하여 이루어지며, 상기 제2몸체부(110b)의 직경이 상기 제1몸체부(110a)의 직경보다 크게 구성된다.
즉, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 제2몸체부(110b)의 직경과 제1몸체부(110a)의 직경의 차이에 의해 제1단차(111)가 형성되며, 상기 제1단차(111) 면에 본 발명에 따른 인쇄회로기판(120)이 안착될 수 있다.
한편, 상기 제1단차(111) 면에 인쇄회로기판(120)이 안착되면, 상기 인쇄회로기판과 상기 제1몸체부(110a)에 의해 공간(114)이 구비되며, 상기 공간(114)에 본 발명에 따른 저항부(119) 및 각종 배선이 위치할 수 있다.
이때, 상기 저항부(119)는 일단은 상기 LED 광원부(121)의 일단과 연결되고, 상기 저항부(119)의 타단은 제1커넥터부(117)의 일단과 연결되며, 상기 LED 광원부(121)의 타단은 상기 제1커넥터부(117)의 타단과 연결된다. 이때, 상기 제1커넥터부(117)는 제1몸체부(110a)의 외측 밑면에 위치하여, 연결배선을 통해 후술하는 컨트롤러의 제2커넥터부와 연결되어 LED 광원부에 전압을 공급할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 LED 램프 모듈은 저항부(119)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 저항부는 LED 램프 모듈에 포함된 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
계속해서, 도 1c 및 도 1d를 참조하면, 상기 램프 갓(110)은 제1몸체부의 내측 밑면에 위치하는 제1고정홈(115) 및 제2고정홈(116)을 포함하며, 상기 제1고정홈(115)은 나사 등의 공지된 체결방식에 의해 상기 저항부를 상기 램프 갓에 고정시키고, 상기 제2고정홈(116)은 나사(124) 등의 공지된 체결방식에 의해 상기 LED 광원부(121)를 상기 램프 갓에 고정시킬 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 저항부와 상기 LED 광원부의 고정방식을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 LED 광원부를 램프 갓에 고정시키기 위한 제2고정홈(116)은 LED 광원부의 고정홀(122)과 대응되도록 위치하여, 나사(124)가 고정홀(122)를 관통하여, 상기 제2고정홈(116)에 고정될 수 있다.
또한, 상기 램프 갓(110)은 제2몸체부의 끝단의 일정영역에 위치하는 제2단차(112)를 포함하며, 상기 제2단차(112) 면에 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판(130)이 안착될 수 있다.
한편, 상기 보호판이 상기 제2단차(112) 면에 안착시킨 후, 고정부(140)를 통해 상기 보호판을 상기 램프 갓에 고정시키며, 이를 위해, 램프 갓의 제2몸체부의 끝단의 내면에 나사산과 나사골을 포함하는 제1연결부(113)를 포함하고, 상기 고정부의 끝단의 외면에 나사산과 나사골을 포함하는 제2연결부(141)를 포함하여, 상기 제1연결부(113)와 상기 제2연결부(141)의 결합에 의해 상기 고정부(140)가 상기 램프 갓의 제2몸체부에 고정될 수 있다.
또한, 램프 갓(110)이 제1몸체부(110a)의 외측 측면에는 본 발명에 따른 LED 램프 모듈을 지지하기 위한 일정 구역에 배치하기 위한 연결고리(118)를 포함할 수 있으며, 다만, 도면에는 상기 연결고리(118)가 제1몸체부(110a)의 외측 측면에 위치하는 것을 도시하고 있으나, 이와는 달리, 상기 연결고리는 제1몸체부의 외측 밑면에 위치할 수 있으며, 따라서, 본 발명에서 상기 연결고리의 위치 및 형상을 한정하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 램프 갓의 일례를 도시한 평면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 램프 갓의 일례를 도시한 저면도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 상술한 바와 같이, 램프 갓(110)은 제1몸체부(110a)의 외측 측면에 연결고리(118)를 포함할 수 있으며, 이때, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 연결고리는 3개의 연결고리가 120°의 간격으로 배치될 수 있으며, 이와는 달리, 4개의 연결고리가 90°의 간격으로 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 상기 연결고리의 개수를 한정하는 것은 아니다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 상술한 바와 같이, 제2몸체부(110b)의 직경과 제1몸체부(110a)의 직경의 차이에 의해 제1단차(111)가 형성되며, 상기 제1단차(111) 면에 본 발명에 따른 인쇄회로기판이 안착될 수 있다.
또한, 상기 제1단차(111) 면에 인쇄회로기판이 안착되면, 상기 인쇄회로기판과 상기 제1몸체부(110a)에 의해 공간이 구비되며, 상기 공간에 본 발명에 따른 저항부(119) 및 각종 배선이 위치할 수 있다.
또한, 상기 램프 갓(110)은 제2몸체부의 끝단의 일정영역에 위치하는 제2단차(112)를 포함하며, 상기 제2단차(112) 면에 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판이 안착될 수 있다.
미설명 부호 116은 상술한 바와 같이, 상기 LED 광원부를 상기 램프 갓에 고정시키기 위한 제2고정홈(116)이다.
도 3a는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 LED 광원부를 포함하는 인쇄회로기판의 일례를 도시한 평면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 LED 광원부를 포함하는 인쇄회로기판의 일례를 도시한 실사진이며, 도 3c는 LED 광원부의 광의 각도에 따른 확산거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 LED 광원부(121)는 SMD 타입의 3 Chip LED를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 SMD 타입의 3 Chip LED은 1 Chip의 일반 LED에 비해, 광밝기가 우수하고, 특히 광의 각도가 크기 때문에, 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 1 Chip의 일반 LED의 경우, 광의 각도가 60°인 반면에, 본 발명에 따른 SMD 타입의 3 Chip LED의 경우, 광의 각도가 140°이므로, 일반 LED와 비교하여 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있음은 상술한 바와 같다.
즉, 도 3c에 도시된 바와 같이, LED 광원의 광의 각도(θ) 및 LED 램프 모듈의 설치 높이(h)에 따라 광이 도달할 수 있는 확산거리(R)가 결정될 수 있는데, LED 광원의 광의 각도(θ)가 크면 클수록, 또한, LED 램프 모듈의 설치 높이(h)가 높으면 높을 수록 확산거리(R)가 커지게 된다.
또한, 확산거리(R)가 큰 LED 광원일 수록, 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 종래의 1 Chip의 일반 LED의 경우, 광의 각도가 60°(θ=30°)인 반면에, 본 발명에 따른 SMD 타입의 3 Chip LED의 경우, 광의 각도가 140°(θ=70°)이기 때문에, 확산거리(R)가 커지게 되고, 따라서, 본 발명에서는 일반 LED와 비교하여 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 실 배치예를 예시하면 다음과 같다. 이때, 하기 실 배치예는 면적 30m × 20m (600㎡)를 기준으로 한다.
설치높이(h) 확산각도(θ) 확산거리(R) 설치대수(배치)
1m
140°
 1.95m 35대(5열 7행)
1.5m 2.9m 20대(4열 5행)
2m 3.9m 12대(3열 4행)
2.5m 5m 6대(2열 3행)
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈은 확산각도가 약 140°이고, LED 램프 모듈을 설치하는 높이가 높아질 수록 확산거리가 커져, 동일한 면적에 대해 LED 램프 모듈의 설치대수가 점점 작아짐을 알 수 있다.
즉, 본 발명에서는 광원으로 SMD 타입의 3 Chip LED을 사용함으로써, 일반 LED와 비교하여 보다 적은 수의 LED 램프 모듈을 통해 보다 넓은 면적의 광원으로 사용할 수 있으며, 또한, SMD 타입의 3 Chip LED의 경우, 일반 LED 보다 광밝기가 우수하기 때문에, 설치 높이를 높게 하더라도 식물 생장에 필요한 충분한 광량을 제공할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 동작을 컨트롤하기 위한 컨트롤러의 일예를 도시한 사시도이다. 이때, 하기의 컨트롤러는 일예를 도시할 뿐, 본 발명에서 상기 컨트롤러의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈의 동작을 컨트롤하기 위한 컨트롤러(200)는 상기 컨트롤러의 외측벽의 일정 영역, 예를 들면, 컨트롤러 전면의 일정 영역에 ON/OFF 방식에 의해 컨트롤러의 전체 전원을 동작시키기 위한 작동 스위치(210)를 포함하며, 식물재배용 LED 램프 모듈에 공급되는 전압을 조절하기 위한 전압조절부(220)를 포함한다.
또한, 컨트롤러의 상태, 예를 들면, ON여부, 공급되는 전압 등을 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이(LCD)(240)를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 액정 디스플레이와는 별도로 알람 LED(230)를 더 포함할 수 있다.
계속해서 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 컨트롤러(200)는 연결배선을 통해 상기 제1커넥터부(117)에 전압을 공급하기 위한 제2커넥터부(250)를 포함하며, 이때, 도면에는 상기 제2커넥터부의 커넥터가 우측면에 5개인 것으로 도시하고 있으나, 좌측면에 5개를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 하나의 컨트롤러를 통해, 10개의 LED 램프 모듈을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 제2커넥터부의 커넥터의 개수를 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 컨트롤러(200)는 내부에서 발생되는 열을 방열하기 위한 송풍구(260)를 포함할 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나, 컨트롤러의 내부에는 온도센서 및 습도센서를 포함하여, 컨트롤러를 사용하는 장소의 온도 및 습도를 감지하여, 상기 액정 디스플레이(LCD)(240)로 출력할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 컨트롤러(200)는 식물재배용 LED 램프 모듈에 공급되는 전압을 조절하기 위한 전압조절부(220)를 포함하며, 하기에서는 상기 전압조절부를 통해 식물재배용 LED 램프 모듈에 전압을 공급하는 방법을 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈을 배치한 예를 도시한 도면이다. 이때, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 10개의 식물재배용 LED 램프 모듈만을 도시하고 있으나, 이와는 달리, 상술한 본 발명의 식물재배용 LED 램프 모듈의 실 배치예에 따라, 5열 7행, 4열 5행, 3열 4행, 2열 3행과 같은 방법으로 식물재배용 LED 램프 모듈을 배치할 수 있다.
먼저, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 식물재배용 LED 램프 모듈은 LED 램프 모듈에 포함된 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는 저항부를 포함한다.
이때, LED 광원부의 발광색에 대해 상술하면 다음과 같다.
일반적인 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 고압나트륨 전구 등의 광원을 대체하는 광원으로 LED 광원이 각광을 받고 있으며, 이러한 LED 광원은 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
(1) 식물의 광합성 및 생장에 필요한 파장역 만을 갖는 단색광이다.
(2) 소형화가 가능하여 챔버와 같이 비교적 좁은 공간에서도 활용할 수 있다.
(3) 광전환 효율이 높고, 전력 소모량은 적다.
(4) 온실가스(탄소) 배출을 획기적으로 줄이는 친환경 소재의 에너지원이다.
(5) 근거리에서 광원을 조사해도 열선에 의한 잎의 연소현상 등의 장애가 없다.
(6) 수명이 반영구적이다.
(7) 광파장 영역이 좁아 특정 파장역(특정 색상) 만을 갖는 광질 선택이 가능하다.
(8) 타 파장 영역의 LED와 조합을 통한 혼합광을 임으로 만들어 파장 영역을 넓게 적용할 수 있다.
(9) 작물의 품질향상과 더불어 기능성 물질 증가에 영향을 준다.
이상과 같은 LED 광원의 장점 중, 특히 주목할 만한 것은 광파장 영역이 좁아 특정 파장역(특정 색상) 만을 갖는 광질 선택이 가능한 것과 타 파장 영역의 LED와 조합을 통한 혼합광을 임으로 만들어 파장 영역을 넓게 적용할 수 있다는 점에 있다.
다음의 표 2에서는 LED의 색의 종류에 따른 식물의 성장에 미치는 영향을 정리하였다.
종류 기능
적색 광합성 촉진, 발아조절, 개화억제, 절화연장, 잎면적확대, 과일당도확대, 생육촉진
청색 출엽속도조절, 광합성촉진, 형태형성조절, 과대성장억제, 버섯자실체유도, 착색
적색+청색 태양광 유사 파장으로 성장 촉진
백색 광합성 촉진, 과실 당도 증대, 성장촉진
즉, 모든 식물은 일반적으로 씨앗을 심으면 싹이 나고 자라서 열매를 맺게 되는데, 이때, 씨앗 단계일 때와 싹이 나서 떡잎이 자라는 단계를 포함하여 최종적으로 열매가 열리는 단계까지 여러 단계의 성장 과정을 거치게 되고, 각 성장 단계마다 식물이 필요로 하는 빛의 파장은 서로 다르다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 식물의 성장 단계에 맞추어서 최적의 빛의 파장을 식물에 방사할 수 있도록, 상기 LED 광원부가 백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED 중 적어도 하나 이상의 발광색을 포함하도록 LED를 배치할 수 있다.
예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1LED 램프 모듈(100-1)은 적색 LED를 포함하고, 제2LED 램프 모듈(100-2)은 녹색 LED를 포함하며, 제3LED 램프 모듈(100-3)은 청색 LED 모듈을 포함하도록 LED를 배치할 수 있다. 물론, 이러한 LED의 배치는 일예를 나타낼 뿐, 본 발명에서 LED 광원부에 포함되는 발광색의 종류를 한정하는 것은 아니다.
이때, 제1LED 램프 모듈(100-1)은 저항값이 R1인 저항부를 포함하고, 제2LED 램프 모듈(100-2)은 저항값이 R2인 저항부를 포함하며, 제3LED 램프 모듈(100-3)은 저항값이 R3인 저항부를 포함할 수 있고, 즉, LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는 저항부를 포함한다.
이때, 각각의 LED 램프 모듈(100-1, 100-2, 100-3)의 제1커넥터부(117)와 상술한 컨트롤러의 제2커넥터부를 연결배선(410)에 의해 연결하고, 상술한 컨트롤러(200)의 작동 스위치(210)를 ON 시키면, 전압조절부(220)에 입력된 초기전압(제1전압)이 각각의 LED 램프 모듈(100-1, 100-2, 100-3)에 공급된다. 이때, 상기 초기전압은 컨트롤러에서 제공할 수 있는 가장 낮은 전압일 수 있다.
한편, 저항값이 R1 < R2 < R3라고 가정할 때, 공급되는 가장 낮은 전압에 의해 제1LED 램프 모듈에는 전류가 공급되나, 상대적으로 저항값이 큰 R2와 R3를 포함하는 제2LED 램프 모듈 및 제3LED 램프 모듈에는 전류가 공급되지 않는다.
따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 전류가 공급된 제1LED 램프 모듈(100-1)의 LED 광원부는 발광을 하나, 전류가 공급되지 않은 제2LED 램프 모듈(100-2) 및 제3LED 램프 모듈(100-3)의 LED 광원부는 발광하지 않는다.
이후, 전압조절부의 조절을 통해, 상기 초기전압보다 높은 제2전압을 제공하면, 제1LED 램프 모듈 및 제2LED 램프 모듈에는 전류가 공급되나, 상대적으로 저항값이 큰 R3를 포함하는 제3LED 램프 모듈에는 전류가 공급되지 않는다.
따라서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전류가 공급된 제1LED 램프 모듈(100-1) 및 제2LED 램프 모듈(100-2)의 LED 광원부는 발광을 하나, 전류가 공급되지 않은 제3LED 램프 모듈(100-3)의 LED 광원부는 발광하지 않는다. 이때, 상기 제1LED 램프 모듈(100-1)은 제1전압이 공급되었을 때보다 광의 밝기가 더 커지게 된다.
이후, 전압조절부의 조절을 통해, 상기 제2전압보다 높은 제3전압을 제공하면, 제1LED 램프 모듈, 제2LED 램프 모듈 및 제3LED 램프 모듈에 전류가 공급되어, 따라서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 전류가 공급된 제1LED 램프 모듈(100-1), 제2LED 램프 모듈(100-2) 및 제3LED 램프 모듈(100-3)의 LED 광원부가 발광하게 된다. 이때, 상기 제2LED 램프 모듈(100-1) 및 제2LED 램프 모듈(100-2)은 제2전압이 공급되었을 때보다 광의 밝기가 더 커지게 된다.
즉, 본 발명에서는 각각의 LED 램프 모듈에 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖는 저항부를 포함하기 때문에, 컨트롤러에서 각각의 LED 램프 모듈에 동일한 전압을 제공하더라도, 발광색에 따른 발광여부를 제어할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명에서는 이론적으로는 가능하나 실제 적용이 되지 않을 뿐 아니라 비효율을 초래하는 종래의 제어방식에서 탈피하여, 식물의 성장 단계에 맞추어서 최적의 빛의 파장을 식물에 방사할 수 있도록 발광색에 따른 발광여부를 제어할 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 램프 모듈을 하우스 등의 재배시설에 설치할 수 있는데, 재배시설 내의 지지부(400)와 LED 램프 모듈의 연결고리(118)를 지지철선(420)에 의해 연결함으로써, 상기 LED 램프 모듈을 지지할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 LED 램프 모듈을 필요에 따라 교체하고자 할 때에는 제1커넥터(117)로부터 연결배선(410)을 제거하고, 연결고리(118)로부터 지지철선(420)을 제거한 후, 새로운 LED 램프 모듈을 교체할 수 있으므로, 쉬운 방법에 의해 LED 램프 모듈의 교체가 가능하다.
이러한 LED 램프 모듈의 교체는 식물의 성장 단계에 맞추어서 최적의 빛의 파장을 식물에 방사할 수 있도록, 성장 단계에 맞는 발광색을 포함하는 LED 램프 모듈을 교체하기 위해 더욱 필요한 것으로, 따라서, 본 발명에서는 기존 시설을 손상하지 않은 상태에서 손쉽게 LED 램프 모듈의 교체가 가능하다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 식물재배용 LED 램프 모듈 110: 램프 갓(110)
110a : 제1몸체부 110b : 제2몸체부
111 : 제1단차 112: 제2단차
115 : 제1고정홈(115) 116 : 제2고정홈
117 : 제1커넥터부 119 : 저항부
121 : LED 광원부 124 : 나사
120 : 인쇄회로기판 130 : 보호판
140 : 고정부

Claims (12)

  1. 본체를 이루는 램프 갓; 광을 제공하는 LED 광원부; 및 상기 LED 광원부를 실장하기 위한 인쇄회로기판을 포함하는 식물재배용 LED 램프 모듈에 있어서,
    상기 식물재배용 LED 램프 모듈은 상기 LED 광원부와 연결되는 저항부를 포함하고,
    상기 식물재배용 LED 램프 모듈은 적어도 2개 이상이고,
    상기 저항부는 상기 각각의 식물재배용 LED 램프 모듈에 포함된 LED 광원부의 발광색에 따라 각각 상이한 저항값을 갖으며,
    상기 식물재배용 LED 램프 모듈은 동작을 컨트롤하기 위한 하나의 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 하나의 컨트롤러를 통해, 상기 적어도 2개 이상의 LED 램프 모듈을 제어하며,
    상기 하나의 컨트롤러에서 상기 적어도 2개 이상의 LED 램프 모듈에 제공되는 전압은 동일한 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원부는 백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED 중 적어도 하나 이상의 발광색을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원부의 전면에 배치되어, 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판 및 상기 보호판을 상기 램프 갓에 고정하기 위한 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 메탈 PCB인 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 램프 갓은 제1몸체부 및 제2몸체부를 포함하고, 상기 제2몸체부의 직경이 상기 제1몸체부의 직경보다 크며,
    상기 제2몸체부의 직경과 상기 제1몸체부의 직경의 차이에 의해 제1단차가 형성되고, 상기 제1단차 면에 상기 인쇄회로기판이 안착되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1몸체부의 외측 밑면에 위치하는 제1커넥터부를 더 포함하고,
    상기 제1커넥터부는 연결배선을 통해 컨트롤러의 제2커넥터부와 연결되어, 상기 LED 광원부에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 저항부의 일단은 상기 LED 광원부의 일단과 연결되고, 상기 저항부의 타단은 상기 제1커넥터부의 일단과 연결되며, 상기 LED 광원부의 타단은 상기 제1커넥터부의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 저항부는 상기 인쇄회로기판과 상기 제1몸체부에 의해 구비된 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 광원부는 SMD 타입의 3 Chip LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2몸체부의 끝단의 일정영역에 위치하는 제2단차를 포함하며,
    상기 제2단차 면에 상기 LED 광원부을 보호하기 위한 보호판이 안착되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물재배용 LED 램프 모듈은,
    면적 30m × 20m를 기준으로,
    설치 높이 1m시에는 5열 7행으로 배치되고, 설치 높이 1.5m시에는 4열 5행으로 배치되며, 설치 높이 2m시에는 3열 4행으로 배치되고, 설치 높이 2.5m시에는 2열 3행으로 배치되는 것을 특징으로 하는 식물재배용 LED 램프 모듈.
  12. 삭제
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