KR20150061740A - 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치 - Google Patents

질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색LED칩에 질화물계의 적색형광체를 도포함으로써 하나의 LED칩으로 이루어진 LED패키지에서 식물 생장에 필요한 청색 파장대역의 빛은 물론 적색 파장대역의 빛이 발산됨으로써 별도의 적색LED칩이 불필요하여 제작 비용을 절감할 수 있고, 식물 생장에 필요한 2가지 파장대역의 빛을 식물에 균일하게 조사할 수 있는 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는, 450㎚ 파장대역의 빛을 발산하는 청색LED칩과; 실리콘 계열의 몰딩액과 적색형광체가 혼합된 조성물로서 상기 청색LED칩에 도포되는 광변환체를; 포함하되, 상기 적색형광체는 질화물계로서 화학식이 CaAlSiN 3 :Eu 2+ 인 것을 특징으로 한다.

Description

질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치{LED LIGHT DEVICE FOR PLANT GROWTH USING NITRIDE-BASED RED-FLUORESCENT SUBSTANCE}
본 발명은 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색LED칩에 질화물계의 적색형광체를 도포함으로써 하나의 LED칩으로 이루어진 LED패키지에서 식물 생장에 필요한 청색 파장대역의 빛은 물론 적색 파장대역의 빛이 발산됨으로써 별도의 적색LED칩이 불필요하여 제작 비용을 절감할 수 있고, 식물 생장에 필요한 2가지 파장대역의 빛을 식물에 균일하게 조사할 수 있는 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
인공광원을 이용한 식물재배 연구는 오래전부터 실시되었으며, 2000년대에 LED를 이용한 식물재배의 연구가 본격적으로 이루어지고 있다.
해외에서는 Fujiwara등(2003)은 토마토 접목묘 재배에 적색과 청색의 LED 혼합광이 도움이 된다고 보고하였고, 국내에서는 Kim등(2008)은 청색LED가 어린묘 생장을 억제한다고 보고하였다.
식물의 흡수피크파장은 엽록소 작용의 경우 440㎚ 및 655㎚로 알려져 있고, 광합성 작용의 경우 430㎚ 및 670㎚로 알려져 있다.
이러한 식물의 흡수피크파장을 이용한 종래기술로 대한민국 등록특허공보 제10-0906226호(공고일자: 2009.07.07)에는 "식물 생장을 촉진하는 온실용 LED 조명장치"가 제안된 바 있다.
상기의 종래기술은 주 파장이 420~470㎚ 인 청색 LED와, 주 파장이 640~690㎚ 인 적색 LED가 혼합되어 배열되어 있는 광원기판을 이용하는 것을 특징으로 한다.
하지만, 상기의 종래기술은 청색 LED와 별도의 적색 LED를 모두 이용하고 있으나, 식물광합성에 유효한 LED광원 중 660nm 파장 칩을 국내에서 제조하지 않아, 수입에 의존 등기구의 생산단가를 높혀 농업현장의 LED광원 적용을 더디게 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 질화물계의 적색형광체를 이용하여 하나의 청색LED칩으로 이루어진 LED패키지에서 식물 생장에 필요한 청색 파장대역의 빛은 물론 적색 파장대역의 빛이 발산되도록 구성한 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는, 450㎚ 파장대역의 빛을 발산하는 청색LED칩과; 실리콘 계열의 몰딩액과 적색형광체가 혼합된 조성물로서 상기 청색LED칩에 도포되는 광변환체를; 포함하되, 상기 적색형광체는 질화물계로서 화학식이 CaAlSiN 3 :Eu 2+ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는, 상기 광변환체를 통해 발산되는 빛의 파장대역은 450㎚ 및 670㎚인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는, 상기 광변환체는 상기 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체가 10:3~7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는 하나의 청색LED칩으로 이루어진 LED패키지에서 청색 및 적색 파장대역의 빛이 동시에 발산됨으로써 별도의 적색LED칩이 불필요하여 제작 비용을 절감할 수 있고, 식물 생장에 필요한 2가지 파장대역의 빛을 식물에 균일하게 조사할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치의 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치의 적색형광체 혼합 비율에 따른 파장 및 광도의 관계를 도시한 그래프
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치의 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치의 적색형광체 혼합 비율에 따른 파장 및 광도의 관계를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는 청색LED칩(10)과, 광변환체(20)를 포함하여 구성된다.
상기 청색LED칩(10)은 기판(S)에 실장되어 450㎚ 파장대역의 빛을 발산하는 구성이다.
상기 청색LED칩(10)은 적색LED칩이 비하여 상대적으로 제조가 용이하여 현재 국내에서 생산이 가능하다는 장점이 있다.
상기 광변환체(20)는 상기 청색LED칩(10)을 둘러싸도록 기판(S)에 설치된 중공형의 몰드(M) 내부로 충진되며 상기 청색LED칩(10)을 도포하는 구성이다.
본 발명의 일실시예에서 상기 광변환체(20)는 실리콘 계열의 몰딩액과 적색형광체가 혼합된 조성물로서 상기 적색형광체가 질화물계로서 화학식이 CaAlSiN 3 :Eu 2+ 인 것을 특징으로 한다.
상기 광변환체(20)에 질화물계 적색형광체(CaAlSiN 3 :Eu 2+ )를 이용하는 경우 450㎚ 파장대역의 빛을 발산하는 상기 청색LED칩(10)을 여기광원으로 하여 450㎚ 파장대역의 빛은 물론 670㎚ 파장대역의 빛을 발산할 수 있는 조명을 제작할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서 상기 광변환체(20)는 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체가 일정 중량비로 혼합되어 구성된다.
도 2의 가로축은 상기 광변환체(20)를 통과한 빛의 파장을 나타낸 것이고, 세로축은 그 빛의 광도를 나타낸 그래프이다.
도 2를 살펴보면, 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체의 중량비가 10:3, 10:5 및 10:7로 혼합된 상기 광변환체(20)에서 발산되는 빛의 경우 450㎚ 파장대역의 빛과 650㎚ 파장대역의 빛의 광도가 모두 우수함을 확인할 수 있다.
한편, 도 3은 일정 중량의 실리콘 계열의 몰딩액에 상기 적색형광체의 투입량을 변화시키며 상기 광변환체(20)를 통과한 빛의 파장과 광도의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3에서 상기 적색형광체의 투입량 5㎎은 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체의 혼합 중량비가 10:3인 경우이고, 7㎎은 10:5인 경우이며, 9㎎은 10:7인 경우이다.
도 3을 살펴보면, 상기 적색형광체의 투입량 9㎎과 10㎎ 사이에서 적색광 즉, 650㎚ 파장대역의 빛의 조도에 큰 차이를 갖는 것을 알 수 있다.
이는, 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체의 혼합 중량비가 10:3 미만인 경우 450㎚ 파장대역의 빛의 광도에 대비하여 670㎚ 파장대역의 빛의 광도가 너무 약하게 되는 것을 의미하고, 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체의 혼합 중량비가 10:7을 초과하는 경우 상기 적색형광체에 의해 손실이 생겨 670㎚ 파장대역의 빛의 광도가 혼합 중량비 10:3일때 광도의 70%로 저하됨으로써 전체적인 광효율이 저하되는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 광변환체(20)는 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체가 10:3~7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하게 된 것이다.
아래의 [표 1]에는 실리콘 계열의 몰딩액(실리콘)과 상기 적색형광체(형광체)의 혼합 비율에 따른 분광 특성을 나타내었다.
등기구 종류 청적 1.2 청적 1.6 청적 2.0
실리콘:형광체 비율 10:3 10:5 10:7
청색:적색 광도 비율 1:1.2 1:1.6 1:2
한편, 아래의 [표 2]에는 청색LED칩과 적색LED칩을 각각 별도로 이용한 LED조명(청적 단품)과, 본 발명의 일실시예에 따른 LED조명(청적 1.2, 청적 1.6 및 청적 2.0)의 소비전력, 광량 및 피크파장을 나타내었다.
등기구 종류 소비전력[W] 광량[w/㎡] 피크파장[㎚]
청적 단품 3.07 4.538 447, 659
청적 1.2 3.48 3.314 454, 673
청적 1.6 3.54 3.250 452, 673
청적 2.0 3.48 2.982 452, 673
육묘재배 공정 중 광원에 민감한 접목묘 활착 과정에 상기 4종의 조명을 이용하여 생장실험을 진행한 결과 4종의 조명 모두 접목묘 활착에 매우 좋은 특성을 보였다.
한편, 고추 같은 경우는 청색LED칩과 적색LED칩을 각각 별도로 이용한 LED조명(청적 단품)보다 본 발명의 일실시예에 따른 LED 조명(청적 1.2, 청적 1.6 및 청적 2.0)이 묘소질에 더 좋은 결과를 보이기도 하였다.
따라서, 상기 적색형광체의 대량 생산으로 제조단가를 낮춘다면, 현재 수입에 의존하는 660nm 단색광 LED를 이용하는 조명보다 보다 저렴한 식물생장용 LED 조명 장치의 제작이 가능함을 확인할 수 있었고, 본 발명의 일실시예에 따른 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치의 경우 접목묘 활착율이 매우 높음을 확인할 수 있었다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
10 청색LED칩
20 광변환체

Claims (3)

  1. 450㎚ 파장대역의 빛을 발산하는 청색LED칩과;
    실리콘 계열의 몰딩액과 적색형광체가 혼합된 조성물로서 상기 청색LED칩에 도포되는 광변환체를; 포함하되,
    상기 적색형광체는 질화물계로서 화학식이 CaAlSiN 3 :Eu 2+ 인 것을 특징으로 하는 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광변환체를 통해 발산되는 빛의 파장대역은 450㎚ 및 670㎚인 것을 특징으로 하는 질화물계의 적색형광체를 이용한 식물 생장용 엘이디 조명 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광변환체는 상기 실리콘 계열의 몰딩액과 상기 적색형광체가 10:3~7의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 식물 생장용 엘이디 조명 장치.
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