[논문]광량자센서와 분광광도계를 이용한 발광다이오우드 광량자속의 정량화

김용현; 박현수

문제 정의

상기의 단색광 LED 모듈을 혼합하여 제작한 조합광 LED 모듈은 식물묘의 생장과 형태형성 반응을 효과적으로 제어하는데 사용할 수 있는 바, 본 연구에서는 적색청색광과 적색-원적색광의 조합광 LED 모듈을 제작하였다. 광합성 유효광량자속(photosynthetic photon flux, 이하 "PPF"로 표시함)을 기준으로 적색광에 청색광 또는 원적색광을 일정한 비율로 조합하려면 각각의 단색광 LED로부터 조사된 광랑지속에 대한정량화가 이루어져야 한다.
식물묘의 생장 및 형태형성 제어용 인공광원으로서조합광 LED 모듈을 제작하고자 시도된 본 연구의 목적은 조합광 LED 모듈의 광-전기 특성을 분석하고, 광량자센서와 분광광도 계를 이용하여 LED 모듈로부터조사된 광랑자속에 대한 정량화 결과를 제시하는 데있다.
5의 결과와 비교할 때 적색광 LED 모듈에 입력되는 전류에 비헤서 작은 전류고 공급될지라도 싱대적으로 많은 광량지속이 조사됨을 알 수 있다. 이러한 결과는 광질 제어를 목적으로원적색광을 혼합할 때 730nm에서 주파장을 깆는 원적색광 LED 모듈이 유효하게 사용될 수 있으며, 아울저 원적색광 LED 모듈을 시용할 때 점등회로에서 소그되는 전기에너지의 절감이 가능함을 암시하는 것이다.

제안 방법

7에 실려 있다. , ]들 조합광 LED 모듈의 광강도를 측정할 때 딘색광 , ED 스틱을 각각 20개씩 초합하였다. 여기에서 제시퇸 모든 광량자속은 분광광도계로서 측정된 싱-대광량 자속을 수치적으로 적분한 것이다.
LED 모듈로부터 조시된 광량자속에 대한 정량화 가능성을 검토하고자 청색광과 적색광 LED로부터의 광자속에 대한 광량자센서의 측정값과 분광광도계(U- 800, LI-COR)로서 측정된 피장별 광량자속의 수치적결과를 비교하였다(Fig. 1 참조). 다음으로 원적섹 LED로부터의 피장별 굉-량자속을 수치적으로 적분 하여 원적색광 LED의 광랑자속을 결정히였다.
LED 어레이외 분굉특성을 측정하고자 300~ 1, 100 im의 파장 영역에서 분광분석이 가능한 분광광도계 LI-1800, LLCOR)를 사용하였다. 또한 LED 어레이이 광강도로서 PPF, 조도 및 복사조도를 측정하고자 각각 광량자센서(LI-I90SA, LI-COR), 조도센서(LI- U0SA, LI-COR), 일사센서 (U-200SA, LI-COR)를 사용하였다.
2에 실려 있다. Table 2에서 제시한 바와 같이 청색, 적색 및 원적색광 LED로 공급되는 전류가 각각 25 mA, 20 mA, 20 mA인 조건에서 분광 특성을 측정하였다. 청색, 적색 및 원적색광 LED에 대한 분광광량자속의 최대치는 각각 464 nm, 654 nm, 734nm의주파상에서 5.
불가능하다. 그러므로 본 연구에서는 청색과 적색의 단색광 LED의광량지속에 대해서 광량지센서로 측정한 결과와 분광광도계로 측정하여 적분한 결과를 비교하였다.
1 참조). 다음으로 원적섹 LED로부터의 피장별 굉-량자속을 수치적으로 적분 하여 원적색광 LED의 광랑자속을 결정히였다. 식(1)로
LLCOR)를 사용하였다. 또한 LED 어레이이 광강도로서 PPF, 조도 및 복사조도를 측정하고자 각각 광량자센서(LI-I90SA, LI-COR), 조도센서(LI- U0SA, LI-COR), 일사센서 (U-200SA, LI-COR)를 사용하였다. 광랑자센서, 조도센서 및 일사센서로서 측정 기능한 파장 범위는 각각 400~700nm, 380~ '60 nm 및 400~1, 100 nm이다.
식물묘의 생장 또는 형태형성 반응에 미치는 LED 의 조사 효과를 높이고자 조합광 LED 모듈을 제작하였다. 본 연구에 시용된 LED 모듈은 발광부, 전원제어부, 지지용 프레임 등으로 구성된다.
8에 실려 있다. 여기에서 적색과원적색광 LED 스틱은 각각 30개:10깨, 20개:20개 및 10개:3(개의 비율로 다르게 조합하였다. Fig.
2 A로 설정히여다. 여기에서부터 일정한 간격으로 전류를 감소시키며 광강도 변화를 측정하였다. 보통 LED의 광-전기 특성은 tQmA의 정격전류에서 측정되나, 청색광 LED에 공급티는 전류를 적색굉- 또는 원적색광 LED에 비해서 높이설정한 것은 청색광 LED의 수명을 크게 감소시키 W 않는 범위에서 조사되는 광랑자속을 증가시키기 위힘.
광랑자센서, 조도센서 및 일사센서로서 측정 기능한 파장 범위는 각각 400~700nm, 380~ '60 nm 및 400~1, 100 nm이다. 이들 센서와 LED 어베이 시-이의 수직거리는 30cm이며, LED 어레이의최대 발광유효면적에 상당한 평면의 9개 지점에서 광속도를 측정하여 평균값을 구하였다. 청색광, 적색광깇 원적색광 LED 1개에 공급되는 전류는 각각 25, 10, 20 mA이며 단색광 LED 어레이의 점등 회로를 흐르는 정격전류는 각각 8, 3.
청색광과 적색광의 조합광 LED 어레이는 이들 LED 스틱을 각각 20개씩 사용하여 1:1의 버]율로 조합하였고, 적색광과 원적색광의 조합광 LED 어레이는 >]들 스틱을 각각 3:1(적색 30개, 원적색 10개), 1:1 적색 20개, 원적색 20개), 1:3(적색 10개, 원적색 30 의 비율로 조합하였다.

대상 데이터

또한 LED 어레이이 광강도로서 PPF, 조도 및 복사조도를 측정하고자 각각 광량자센서(LI-I90SA, LI-COR), 조도센서(LI- U0SA, LI-COR), 일사센서 (U-200SA, LI-COR)를 사용하였다. 광랑자센서, 조도센서 및 일사센서로서 측정 기능한 파장 범위는 각각 400~700nm, 380~ '60 nm 및 400~1, 100 nm이다. 이들 센서와 LED 어베이 시-이의 수직거리는 30cm이며, LED 어레이의최대 발광유효면적에 상당한 평면의 9개 지점에서 광속도를 측정하여 평균값을 구하였다.
본 연구에 시용된 LED 모듈은 발광부, 전원제어부, 지지용 프레임 등으로 구성된다. 그러므로, 기존의 LED 프레임 (Kim, 1999)에 청색, 적색 또는 원적색광 LED 스틱 (stick)의 조합이 가능하도록 LED 모듈을 제직히였다.

이론/모형

표현된 수치석분에는 심프슨 공식 (Simpsonk formula) 을 사용하였다.

성능/효과

10에 실려있다. Fig. 9에서 볼 수 있는 바와 같이 조합광 LED 모듈의 조도 특성에 미치는 원적색광의 효과는 적색광보다 현저하게 낮게 나타났다. 비록 적색광의 비시감도가 작기는 하나, 원적색광의 비시김도는 감지할 수 없을 만큼 매우 낮은 수준이므로 상기의 결과는 당연한것으로 해석된다.
5 ma일 때 광량자속은 각각 49 μmol - m'2 - s-1, 96 jimol - m"2 - s'1, 244)imol - m'2 . 로서입력전류의 크기에 따라 광량지속이 직선적으로 증가하는 것으로 나타났다. Fig.
3에 실려 있다. 입력 전류에 따라 분광 PPF 의 최대값게 차이가 있으나, 적색광 LED의 주파상은 전류와 무관하게 모두 660 nm에서 동일하게 나타났다. 이러한 결과는 점등회로외 입력전류 크기에 따라 LED 의 광강도를 조절할 수 있음을 의미하는 것으로서, Kim(1999)의 이전 연구에서 보고된 바 있다.
여기에서 제시퇸 모든 광량자속은 분광광도계로서 측정된 싱-대광량 자속을 수치적으로 적분한 것이다. 청섹+적색, 청색+원적색을 조합한 조합광 LED 모듈의 광량자속은 거의 동일하였으나, 입력 전류가 증가할수록 청색에 원적색을 조합한 LED로부터의 광량자속이 청색에 적색을 조합한 것에 비해서 조금 더 높게 나타났다. 단위에너지당 조사된 광랑자수는 파장에 비례해서 증가한다.
비록 적색광의 비시감도가 작기는 하나, 원적색광의 비시김도는 감지할 수 없을 만큼 매우 낮은 수준이므로 상기의 결과는 당연한것으로 해석된다. 한편 적색광과 원적색광 LED 모듈의 혼합 비율을 달리하였을 때 복사조도는 거의 유사하게 나티났다(Fig. 10.) 그러므로 적색광과 원적색광의 혼합 정도가 조합광 LED의 복사조도에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 판단된다.

후속연구

실제로 청색 또는 적색의 단색광 LED로부터 조사된 광량자속의 측정에 400~700 nm외 피장 영역에대한 감지 능력을 갖는 광량자센서가 널리 사용되나, 700 nm 이상의 파장 영역에 대한 광량지속의 측정에광량자센서의 적용은 부적합하다. 그러므로 730 nm에서 주파장을 갖는 원적색광 LED의 광랑자속에 대한정량화를 시도할 때 분광광도계를 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

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