KR100998473B1 - A sterilizer with ultra violet light emitting diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자외선 살균 기능을 가지는 살균 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자외선 발광 다이오드(UVLED, Ultra Violet Light Emitting Diode)를 이용하여 살균하는 기능을 가지는 살균 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a sterilizing apparatus having an ultraviolet sterilizing function, and more particularly, to a sterilizing apparatus having a function of sterilizing by using an ultraviolet light emitting diode (UVLED).
종래에는 자외선램프를 탑재하여 자외선램프에서 발산하는 자외선을 이용한 살균 장치가 출시된 바 있다. 자외선램프는 파장에 대한 스펙트럼이 다중으로 나타난다. 이에 따라, 종래의 자외선램프를 이용한 살균 시, 다중의 스펙트럼 중 필요한 스펙트럼만을 선택하기 위하여, 원하는 대역만을 걸러주도록 필터를 사용해야 하며, 이러한 필터는 자외선을 발산하는 부위에 물질을 도포하거나 혹은 코팅을 하여 형성할 수 있다. 스펙트럼이 다중으로 나오면 광 파워가 분산되며, 이에 따라, 살균의 효율이 떨어진다. 이러한 자외선램프는 열이 많이 발생하기 때문에 시간이 지나고 사용량이 많아짐에 따라 내부에 필터 코팅 재료 물질들이 녹아서 부스러기로 떨어지고 빛을 받는 부분의 색상이 변할 수 있다. 또한, 자외선램프는 글라스 재질로 형성되어 깨지기 쉽고 다루기가 불편하다. 또한, 자외선램프는 내부에 수은을 함유하여 환경 문제 등의 규제가 있을 수 있다. 게다가, 자외선램프는 70%의 출력에서 1천 내지 2만 시간의 수명을 갖고 있어 주기적인 램프의 교체가 필요하여 소모비용이 발생한다. 또한, 수은 램프는 전원을 킨 후, 그 응답 속도가 느려 일정한 출력이 나오기까지 오래 기다려야 하는 번거로움이 있다. Conventionally, a sterilization apparatus using ultraviolet rays emitted from an ultraviolet lamp by mounting an ultraviolet lamp has been released. Ultraviolet lamps have multiple spectra of wavelengths. Accordingly, in the sterilization using a conventional ultraviolet lamp, in order to select only the necessary spectrum among multiple spectra, a filter must be used to filter only a desired band, and such a filter may be applied by coating or coating a material on a portion that emits ultraviolet rays. Can be formed. When the spectrum comes out in multiple, the optical power is dispersed, thereby reducing the efficiency of sterilization. Since the UV lamp generates a lot of heat, the filter coating material may melt and fall to the debris, and the color of the light-receiving portion may change with time and usage. In addition, the ultraviolet lamp is formed of a glass material is fragile and inconvenient to handle. In addition, the ultraviolet lamp contains mercury therein may be regulated such as environmental problems. In addition, UV lamps have a lifespan of 1,000 to 20,000 hours at 70% output, requiring periodic lamp replacement, resulting in consumption costs. In addition, mercury lamps have a long time to wait for a constant output after the power is turned on and the response speed is slow.
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명의 목적은 자외선을 이용한 살균 장치를 제공하며, 필요한 파장만을 발산하는 자외선 발광 다이오드를 이용하여 그 살균의 효율을 향상시키도록 함에 있다. 또한, 내구도가 높으며, 유해 물질이 없고, 수명이 길며, 그 응답 속도가 빠른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention in view of the above-described conventional problems is to provide a sterilization apparatus using ultraviolet rays, and to improve the efficiency of the sterilization by using an ultraviolet light emitting diode emitting only necessary wavelengths. In addition, the present invention provides a sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode having high durability, no harmful substances, a long lifespan, and a fast response speed.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치는, 장파장, 중파장 및 단파장 중 적어도 하나의 파장을 발산하는 자외선 발광 다이오드가 발산하는 자외선을 통해 대상물을 살균하는 살균 모듈; 및 상기 살균 모듈에 전원을 공급하는 전원 모듈을 포함한다. Sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the object through the ultraviolet light emitted by the ultraviolet light emitting diode emitting at least one wavelength of long wavelength, medium wavelength and short wavelength Sterilization module to sterilize; And a power module for supplying power to the sterilization module.
상기 살균 모듈은, 기판; 상기 기판의 어느 일면에 실장 되며 상기 자외선을 발산하는 자외선 발광 다이오드가 칩으로 형성된 복수개의 UVLED칩; 및 상기 자외선이 발산되는 방향으로 상기 UVLED칩과 이격되어 형성되는 렌즈부;를 포함한다. The sterilization module, the substrate; A plurality of UVLED chips mounted on one surface of the substrate and formed of a chip having an ultraviolet light emitting diode emitting the ultraviolet rays; And a lens unit spaced apart from the UVLED chip in a direction in which the ultraviolet rays are emitted.
상기 기판에 동종의 파장을 발산하는 상기 복수개의 UVLED칩이 배열되거나, 상기 기판에 이종의 파장을 발산하는 상기 복수개의 UVLED칩이 배열되는 것을 특징으로 한다. The plurality of UVLED chips emitting different wavelengths are arranged on the substrate, or the plurality of UVLED chips emitting different wavelengths are arranged on the substrate.
상기 기판은, 세라믹 기판, 금속 기판 및 연성 기판 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.The substrate may be formed of any one of a ceramic substrate, a metal substrate, and a flexible substrate.
상기 UVLED칩은 실리콘 계열의 자외선 봉지재로 봉합된 반도체 소자인 것을 특징으로 한다.The UVLED chip is characterized in that the semiconductor device is sealed with a silicon-based ultraviolet encapsulant.
상기 UVLED칩은 SMD 타입 또는 TO-CAN 타입 중 어느 하나임을 특징으로 한다. The UVLED chip is characterized in that one of the SMD type or TO-CAN type.
상기 렌즈부는 상기 UVLED칩이 발산하는 점광원의 자외선을 면광원의 자외선으로 확산하는 확산판; 및 상기 면광원의 자외선이 방사되는 방사각을 확장시키는 방사각 렌즈;를 포함한다. The lens unit diffuser plate for diffusing the ultraviolet light of the point light source emitted by the UVLED chip into the ultraviolet light of the surface light source; And an emission angle lens that extends an emission angle at which ultraviolet rays of the surface light source are radiated.
상기 렌즈부는 상기 확산판 및 상기 방사각 렌즈가 일체로 형성됨을 특징으로 한다. The lens unit is characterized in that the diffusion plate and the radiation angle lens are integrally formed.
상기 렌즈부는 합성 석영, 글래스 류 고분자, 테프론류, 특수아크릴 또는 특수 플라스틱 재질 중 어느 하나를 선택하여 형성함을 특징으로 한다. The lens unit is characterized in that formed by selecting any one of synthetic quartz, glass polymer, Teflon, special acrylic or special plastic material.
상기 살균 모듈은, 상기 기판에 접하여 형성되며 상기 UVLED칩 및 상기 기판에서 발산되는 열을 방출하는 발열판을 더 포함한다. 여기서, 상기 발열판은 열 확산기(Heat spreader), 열 싱크(heat sink), 열 파이프(heat pipe) 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다. The sterilization module further includes a heating plate formed in contact with the substrate and emitting heat emitted from the UVLED chip and the substrate. The heating plate may be formed of any one of a heat spreader, a heat sink, and a heat pipe.
상기 살균 모듈은 상기 UVLED칩에서 발산된 자외선을 상기 렌즈부에 입사되도록 반사하는 반사판을 더 포함한다. 여기서, 상기 반사판은 그 내측면에 Al, Au, 및 Ag 중 어느 하나를 이용하여 코팅함을 특징으로 한다. The sterilization module further includes a reflector for reflecting the ultraviolet light emitted from the UVLED chip to be incident on the lens unit. Here, the reflector is characterized in that the coating on the inner surface using any one of Al, Au, and Ag.
상기 전원 모듈은, 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 전원을 이용하여 상기 살균 모듈의 자외선 발광 다이오드를 구동시키는 구동부;를 포함한다. The power module, the power supply for supplying power; And a driving unit which drives the ultraviolet light emitting diode of the sterilization module by using the power source.
상기 전원 공급부는 외부의 소스로부터 전원을 공급 받아 상기 구동부에 인가하거나, 자체로 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다. The power supply unit receives power from an external source and applies the power to the driving unit, or supplies power to itself.
상기 구동부는 상기 기판에 실장된 상기 복수개의 UVLED칩의 일부 또는 전부를 선택적으로 구동시키는 것을 특징으로 한다. The driving unit may selectively drive some or all of the plurality of UVLED chips mounted on the substrate.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 기능을 가지는 살균 장치는 UVLED(ultra violet lighting emitted diode)를 이용하여 자외선을 이용한 살균 효과를 가진다. 또한, UVLED를 이용한 살균 장치는 UVLED가 단일 스펙트럼만 발산하므로, 필터를 사용하지 않아도 되고 파워 분산이 되지 않으므로 종래의 자외선램프인 수은 램프 보다 효율이 훨씬 높다. 그리고 열이 발생이 적어 장시간 사용할 수 있다. 그리고 UVLED칩은 반도체 기술로 패키징이 되어 수은 램프에 비해 견고하다. 또한, UVLED는 중금속 규제 물질을 가지고 있지 않아 친환경적이다. 게다가, UVLED는 그 수명이 길어 수은 램프에 비해 반영구적으로 사용할 수 있다.A sterilizing apparatus having a sterilizing function using an ultraviolet light emitting diode according to the embodiment of the present invention as described above has a sterilizing effect using ultraviolet rays by using an ultraviolet violet lighting emitted diode (UVLED). In addition, since the UVLED emits only a single spectrum, the sterilization apparatus using the UVLED is much more efficient than the mercury lamp, which is a conventional ultraviolet lamp because it does not need to use a filter and does not distribute power. And it generates little heat and can be used for a long time. UVLED chips are packaged with semiconductor technology and are more robust than mercury lamps. UVLEDs are also environmentally friendly because they do not contain heavy metal regulatory substances. In addition, UVLEDs have a long life and can be used semi-permanently compared to mercury lamps.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2 내지 도 6은 1에서 도시된 살균 장치의 살균 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 2에 도시된 살균 장치에서 전원 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 UVLED칩이 발산하는 스펙트럼과 종래의 수은 램프가 발산하는 스펙트럼을 도시한 그래프. 1 is a view for explaining the configuration of the sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are views for explaining a sterilization module of the sterilization apparatus shown in FIG.
7 is a view for explaining a power module in the sterilization apparatus shown in FIG.
8A and 8B are graphs showing a spectrum emitted by a UVLED chip according to an embodiment of the present invention and a spectrum emitted by a conventional mercury lamp.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may blur the gist of the present invention will be omitted.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. First, a sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a view for explaining the configuration of the sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 살균 장치(10)는 살균 모듈(100) 및 전원 모듈(200)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the
살균 모듈(100)은 반도체 칩 형태로 제작된 자외선 발광 다이오드(UVLED, ultraviolet light-emitting diode)를 통해 자외선을 생성 및 발산하며, 발산된 자외선을 통해 대상을 살균한다. The
전원 모듈(200)은 살균 모듈(100)에 자외선을 생성하기 위한 전원을 공급한다. The
도 2 내지 도 6은 1에서 도시된 살균 장치의 살균 모듈을 설명하기 위한 도면이다. 2 to 6 are views for explaining a sterilization module of the sterilization apparatus shown in FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 살균 모듈(100)은 발열판(110), PCB 기판(이하, "기판"으로 축약함)(120), 복수개의 UVLED칩(130), 렌즈부(140) 및 반사판(150)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the
기판(120)의 일면에는 복수개의 UVLED칩(130)들이 배열되어 실장 되며, 타면에는 발열판(110)이 형성된다. 또한, UVLED칩(130)들이 자외선을 발산하는 방향으로 소정 간격 이격되어 렌즈부(140)가 형성된다. 그리고 기판(120)과 렌즈부(140)의 사이의 이격된 공간을 밀봉하는 동시에 렌즈부(140)를 지지하도록 반사판(150)이 형성된다. A plurality of UVLED
살균 모듈(100)에 전원이 인가되면, 기판(120)에 실장된 복수개의 UVLED칩(130)들은 자외선을 발산하며, 발산된 자외선은 직접 렌즈부(140)에 도달하거나, 반사판(150)에 반사되어 렌즈부(140)에 도달한다. 이때, UVLED칩(130)에서 발산된 점광원의 자외선은 렌즈부(140)에서 면광원의 자외선으로 확산되고, 발산 각도가 확장되어 렌즈부(140)로부터 다시 발산된다. 이와 같이, 다시 발산된 면광원의 자외선은 대상을 살균한다. When power is applied to the
그러면, 살균 모듈(100)의 각 구성에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. Then, each configuration of the
발열판(110)은 복수개의 UVLED칩(130)과 이를 실장하는 기판(120)에서 발산하는 열을 방출하기 위한 것이다. 발열판(110)은 열 확산기(Heat spreader), 열 싱크(heat sink), 열 파이프(heat pipe) 등을 이용하여 형성할 수 있다. The
UVLED칩(130)은 기판(120)에 실장 되며, 기판(120)은 전원 모듈(200)로부터의 전원을 공급받아 복수의 UVLED칩(130)에 인가한다. 이에 따라, 복수의 UVLED칩(130)이 자외선을 발산한다. 전원을 공급 받기 위하여, 기판(120)은 전원 모듈(200)로부터 전원을 공급받는 커넥터부(121)를 포함한다. The UVLED
기판(120)은 그 기판(120)을 형성하는 재질에 따라, 에폭시 수지(Epoxy Resin) 기판, 컴퍼지트(COMPOGITE Base Material) 기판, 연성(Flexible Base material) 기판, 세라믹(Ceramic Base material) 기판 및 금속(METAL Cored Base Material) 기판으로 구분될 수 있다. 또한, 기판(120)은 그 특성에 따라 경성 기판(RIGID PCB), 연성 기판(FLEXIBLE PCB) 및 경연성 기판(RIGID-FLEXIBLE PCB)으로 구분할 수 있다. The
본 발명의 실시 예에 따른 기판(120)은 상술한 종류 중 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있다. 도 3a는 세라믹 기판의 예를 보이며, 도 3b는 금속 기판의 예를 보이고, 도 3c는 연성 기판의 예를 보인다. The
기판(120)에는 전기 신호를 전달하기 위한 통로인 인쇄 회로 패턴이 형성되며, 형성된 인쇄 회로 패턴에 따라 UVLED칩(130)이 기판(120)에 실장 된다. The printed circuit pattern, which is a passage for transmitting an electrical signal, is formed on the
한편, 인쇄 회로 패턴은 발열판(110)에 형성 될 수 있다. 이와 같이. 인쇄 회로 패턴이 발열판(110)에 형성된 경우 살균 모듈(100)의 구성에서 기판(120)은 생략될 수 있다. Meanwhile, the printed circuit pattern may be formed on the
UVLED칩(130)은 자외선 발광 다이오드를 반도체 칩 형태로 제작한 반도체 소자이다. 이러한 UVLED칩(130)은 기판(120)의 인쇄 회로 패턴에 따라, 직렬 구조 및 병렬 구조, 직렬 병렬 혼합 구조 등으로 기판(120)에 본딩(bonding)이 가능하며, UVLED칩(130)의 위치 및 배열 구조도 상하 구조, 좌우 랜덤한 구조로 배열 가능하고 UVLED칩(130)의 수도 출력되는 UVLED칩(130)의 파워에 따라 전체 출력을 조절할 수 있도록 가감할 수 있다. The
도 4를 참조하면, UVLED칩(130)은 그 UVLED칩(130)이 발산하는 파장에 따라 장파장(UV-A), 중파장(UV-B) 및 단파장 자외선(UV-C)을 발산하는 칩으로 구분할 수 있다. UV-A는 320 내지 360nm의 파장을 가지며, UV-B는 280 내지 320nm의 파장을 가지고, UV-C는 250 내지 280nm의 파장을 가진다. Referring to FIG. 4, the
복수개의 UVLED칩(130)들이 기판(120)의 인쇄 회로 패턴에 따라 배열되어, UVLED칩(130) 어레이(array)를 형성한다. 이러한 UVLED칩(130) 어레이는 동종의 파장을 발산하는 UVLED칩(130)들을 일률적으로 배열하거나, 이종의 파장을 발산하는 UVLED칩(130)들을 섞어서 배열할 수 있다. The plurality of
도 4의 (a), (b) 및 (c)는 동종의 파장을 발산하는 UVLED칩(130)들이 기판(120)에 배열된 것을 보인다. (a)의 경우, 장파장 자외선(UV-A)을 발산하는 칩들이 배열되며, (b)의 경우, 중파장 자외선(UV-B)을 발산하는 칩들이 배열되고, (c)의 경우 단파장 자외선(UV-C)을 발산하는 칩들이 배열된다. 4 (a), (b) and (c) shows that UVLED chips 130 emitting the same wavelength are arranged on the
또한, 도 4의 (d), (e) 및 (f)는 이종의 파장을 가지는 UVLED칩(130)들이 기판(120)에 배열된 것을 보인다. (d)의 경우, 왼쪽부터 순서대로 장파장(UV-A), 중파장(UV-B), 단파장(UV-C), 장파장(UV-A) 및 중파장(UV-B) 자외선을 발산하는 UVLED칩(130)들의 배열을 나타낸다. 또한, (e)의 경우, 왼쪽부터 순서대로 장파장(UV-A), 중파장(UV-B), 장파장(UV-A), 장파장(UV-A) 및 중파장(UV-B) 자외선을 발산하는 UVLED칩(130)들의 배열을 나타낸다. 그리고 (f)의 경우, 왼쪽부터 순서대로 단파장(UV-C), 중파장(UV-B), 단파장(UV-C), 중파장(UV-B) 및 단파장(UV-C) 자외선을 발산하는 UVLED칩(130)들의 배열을 나타낸다. In addition, (d), (e) and (f) of FIG. 4 shows that UVLED chips 130 having heterogeneous wavelengths are arranged on the
도 5a 및 도 5b를 참조하면, UVLED칩(130)은 패키징 구조에 따라, SMD(표면 실장 부품, surface mounted device) 타입 또는 TO-CAN 타입으로 제작될 수 있다. 도 5a에 SMD 타입의 UVLED칩(130)을 도시하였으며, 도 5에 TO-CAN 타입의 UVLED칩(130)의 예를 도시하였다. 5A and 5B, the
이때 UVLED칩(130)은 패키징하는 봉지재로서 내장되는 UVLED을 보호하면서 열적안정성을 확보할 수 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 예컨대 실리콘 계열의 자외선 봉지재가 사용될 수 있다. 특히 실리콘 계열의 자외선 봉지재 중에서 UV-A 대역의 UVLED에는 광속 투과율 80% 이상, 굴절률 1.4 이상, 접착력 130 이상인 자외선 봉지재가 사용될 수 있다. UV-B 대역의 UVLED에는 광속 투과율 80% 이상, 굴절률 1.45 이상, 접착력 140 이상인 자외선 봉지재가 사용될 수 있다. 그리고 UV-C 대역의 UVLED에는 광속 투과율 70% 이상, 굴절률 1.5 이상, 접착력 140 이상인 자외선 봉지재가 사용될 수 있다.In this case, the
렌즈부(140)는 점광원의 자외선을 면광원으로 확산시키며, 자외선이 방사되는 각도를 확장시켜 더 넓은 면적에 자외선이 조사되도록 한다. 이러한 렌즈부(140)는 확산판(141) 및 방사각 렌즈(143)를 포함한다. The
확산판(141)은 점광원의 자외선을 면광원의 자외선으로 변경한다. 즉, UVLED칩(130)은 점광원의 자외선을 방출하며, 그 점광원의 자외선이 확산판(141)을 통과함에 따라 면광원의 자외선으로 확산된다. 확산판(141)에는 확산 패턴이 형성되며, 형성된 확산 패턴에 따라 확산판(141)에 입사되는 점광원의 자외선이 면광원의 자외선으로 확산된다. 확산판(141)의 패턴에 따라 확산된 자외선을 도 6에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 도면 부호 (가)와 같이 다양한 확산 패턴을 형성할 수 있으며, 도면 부호 (나)와 같이 확산판(141)에 형성된 확산 패턴에 따라 자외선이 확산된다. 방사각 렌즈(143)는 자외선이 방사되는 각도를 확장하여 자외선의 조사 면적을 넓힌다. The
확산판(141)은 자외선 확산 특성과 열화 방지를 위해, 합성 석영(Fused quartz 또는 Fused silica), 글라스(glass) 재질을 사용하여 제작될 수 있다. 확산판(141) 및 확산판(141)에 형성되는 확산 패턴은 레이저 가공, 스크래치, 및 식각 방법 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. The
방사각 렌즈(143)는 그 열화를 방지하기 위하여 합성 석영, 글래스 류 고분자, 테프론류, 특수아크릴 또는 특수 플라스틱 재질을 사용하여 제작될 수 있다. 방사각 렌즈(143)는 레이저 가공, 코팅, 증착, 스크래치, 식각 방법 등을 이용하여 형성할 수 있다. The
한편, 렌즈부(140)는 확산판(141)과 방사각 렌즈(143)를 각각 제작하여 결합하거나, 일체형으로 제작할 수 있다. 특히, 렌즈부(140)는 부품수를 줄이고 가격을 낮추기 위하여 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 확산판(141)과 방사각 렌즈(143)를 일체로 하는 렌즈부(140)를 제작하는 경우, 합성 석영 재질에 확산 패턴을 형성함으로써 렌즈부(140)를 형성할 수 있다. On the other hand, the
반사판(150)은 UVLED칩(130)에서 발산되는 자외선을 반사하며, 반사된 자외선은 렌즈부(140)에 입사된다. 반사판(150)은 자외선의 반사율을 높이기 위하여 내측면에 반사코팅을 할 수 있다. 이때, 코딩 재료의 재질은 반사특성이 좋은 Al, Au, Ag 등의 반사 금속막을 사용함이 바람직하다. The
도 7은 도 2에 도시된 살균 장치에서 전원 모듈을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a power supply module in the sterilization apparatus shown in FIG.
도 7을 참조하면, 전원 모듈(200)은 전원 공급부(210) 및 구동부(220)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the
전원 공급부(210)는 전원을 외부의 전원으로부터 공급받아 구동부(220)에 인가하거나, 자체로 전원 소스로써 구동부(220)에 전원을 제공할 수 있다. 전원 공급부(210)는 외부로부터 전원을 공급받아 인가하는 경우 SMPS(Switched-mode power supply)가 될 수 있으며, 그 자체로 공급하는 경우 배터리(Battery)가 될 수 있다. The
구동부(220)는 전원 공급부(210)로부터 인가받은 전원을 이용하여 기판(120)에 실장된 UVLED칩(130)들을 구동하는 역할을 수행한다. 구동부(220)는 기판(120)에 배열된 복수개의 UVLED칩(130)들 중 일부 또는 전부를 선택적으로 구동시킬 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수개의 UVLED칩(130)들은 동종의 파장을 발산하는 것들로 일률적으로 배열되거나, 이종의 파장을 발산하는 것들이 섞여서 배열될 수 있다. 이에, 동종의 파장을 발산하는 복수개의 UVLED칩(130)들이 일률적으로 배열된 경우, 구동부(220)는 기판(120)에 배열된 복수개의 UVLED칩(130)들 중 일부만을 구동시켜 살균 장치에 소비되는 전력을 절전하거나, 그 파장의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 이종의 파장을 발산하는 복수개의 UVLED칩(130)들이 섞여서 배열된 경우, 구동부(220)는 기판(120)에 배열된 복수개의 UVLED칩(130)들 중 필요한 파장을 발산하는 UVLED칩(130)들만을 구동시킬 수 있다. 이를 위하여, 구동부(220)는 구동 IC(221)와 주변 부품(223)을 포함한다. 구동 IC(221)는 설계에 따라, PWM 제어기(PWM control) 및 정전류(constant current)기를 포함한다. 주변 부품(223)은 저항 등을 포함한다. The
다음으로, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 살균 장치를 이용한 살균 방법의 이점에 대해서 설명하기로 한다.Next, the advantages of the sterilization method using the sterilization apparatus according to the embodiment of the present invention as described above will be described.
태양으로부터 지구로 직접 전달되는 자외선(UV, ultraviolet)은 UV-A(320~360nm) UV-B (280~320nm), UV-C(250~280nm)의 3가지 형태가 있으며, 대기중의 오존층에서 대부분 흡수되고 지구표면에 도달되는 99%는 UV-A(320~360nm) 형태로 식물에 단지 작은 해가 있고, UV-B(280~ 320nm)는 식물 조직의 손상과 인간에게 피부암을 유발시킬 수 있으며, UV-C(250~280nm)는 박테리아와 바이러스를 태워 죽일 수 있다. 이러한 자외선의 살균효과는 자외선 파장대중에서도 주로 250nm에서 280nm 사이의 UV-C 영역에 의해 발생한다. UV-C가 살균 자외선으로 특징되어지는 것은 세포내에 존재하는 DNA가 UV-C를 잘 흡수하기 때문이다. There are three types of UV rays transmitted directly from the sun to the earth: UV-A (320-360 nm), UV-B (280-320 nm), and UV-C (250-280 nm). Most of the 99% absorbed by and reaching the Earth's surface are in the form of UV-A (320-360 nm), which only causes little harm to plants, while UV-B (280-320 nm) can cause damage to plant tissues and cause skin cancer in humans. UV-C (250-280nm) can burn and kill bacteria and viruses. The ultraviolet germicidal effect is mainly caused by the UV-C region between 250 nm and 280 nm even in the ultraviolet wavelength band. UV-C is characterized by sterile ultraviolet light because DNA present in cells absorbs UV-C well.
UV-C 중에서도 253.7nm(대략 254nm)의 파장이 DNA에 가장 잘 흡수되며, 이 파장이 미생물 유전자 물질인 DNA를 영구히 손상시켜 사멸케 하는 것으로 알려져 있다. 또한, 가장 높은 살균 효과를 나타내는 파장은 265nm이다. 저압 또는 고출력 저압 아말감 램프가 방출하는 254nm의 파장이 매우 높은 자외선 살균 효과를 가지나 이는 램프의 특성 상 254nm의 파장만을 방출하기 때문에 그 파장이 가장 높은 효과를 가지는 것으로 알려져 있을 뿐 실제로는 265nm가 가장 높은 효율을 갖는 것으로 보고되어 있다. 이러한 UV-C 파장을 거의 감지할 수 없는 것은 파장이 너무 짧아 투과력이 약하기 때문이고, 지구 대기권에 존재하는 오존층이 철저하게 이를 막아 주기 때문이다. 그리하여 자외선을 방사하는 살균 장치를 만들어 인위적으로 살균에 이용할 수 있다. 자외선 살균의 장점은 모든 세균을 살균할 수 있으며 채소나 과일 등에 쬐여 주었을 때는 미네랄 성분 등은 그대로 유지되고 PH 변화가 전혀 없으며 빛에 조사받은 균에 내성을 주지 않으며, 사용 방법이 간단하고 경제적이기 때문에 많이 사용하고 있다. 이러한 자외선 살균을 통해 공기 및 수질에 오염되어 있거나 가정의 식기 또는 생활 용품에 오염되어 있는 인체에 유해한 세균, 대장균, 바이러스 등의 진균류를 살균할 수 있다. Among UV-C, a wavelength of 253.7 nm (about 254 nm) is best absorbed by DNA, which is known to permanently damage and kill DNA, a microbial genetic material. Moreover, the wavelength which shows the highest bactericidal effect is 265 nm. The wavelength of 254nm emitted by the low pressure or high output low pressure amalgam lamp has a very high UV sterilization effect, but because it emits only 254nm wavelength due to the characteristics of the lamp, it is known that the wavelength has the highest effect. It is reported to have efficiency. This UV-C wavelength is hardly detectable because the wavelength is too short and the transmittance is weak, and the ozone layer in the earth's atmosphere completely blocks it. Thus, a sterilization device that emits ultraviolet rays can be made and artificially used for sterilization. The advantage of UV sterilization is that it can sterilize all germs, and when it is exposed to vegetables or fruits, the minerals are kept intact, there is no change in pH, it is not resistant to germs irradiated by light, and the method of use is simple and economical. I use it a lot. Such ultraviolet sterilization can sterilize fungi such as bacteria, Escherichia coli, and viruses that are harmful to the human body contaminated with air and water or contaminated with household utensils or household goods.
UVLED칩(130)은 자외선 발광 다이오드를 반도체 칩 형태로 제작한 것이다. 이에 따라, 다음과 같은 이점이 있다. 다음의 <표 1>은 본 발명의 실시 예에 따른 UVLED칩(130)의 이점을 종래의 수은 램브(Hg Lamp)와 비교하여 설명하기 위한 것이다. 또한, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 UVLED칩이 발산하는 스펙트럼과 종래의 수은 램프가 발산하는 스펙트럼을 도시한 그래프이다. The
Multiple lines
선택 가능Single line
Selectable
14 내지 50% At 365nm wavelength
14 to 50%
사용함에 따라 점점 느려짐Slow response
Slower with use
<표 1>을 참조하면, 종래의 기술에 따른 UV를 이용한 살균 방식은 수은 램프를 사용하며, 도 8a에 도시된 바와 같이, 수은 램프(Hg lamp)는 다중의 스펙트럼(spectrum)을 발산한다. 이에 따라, 종래의 UV를 이용한 살균 방식은 다중의 스펙트럼 중 필요한 파장을 선택하고 나머지 파장들은 없애기 위한 필터를 사용해야만 한다. 반면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 UVLED는 어느 하나의 스펙트럼만 발산하며, 이러한 UVLED는 반도체칩의 특성상 필요한 스펙트럼만 발산하도록 할 수 있어, 필터를 사용하지 않아도 된다. 이러한 이유로 본 발명의 실시 예에 따른 UVLED를 이용한 살균 방식은 종래의 기술에 따른 수은 램프와 같이 그 파워가 분산되지 않으며, 이에 따라, 수은 램프 보다 효율이 높다. Referring to Table 1, a sterilization method using UV according to the prior art uses a mercury lamp, and as shown in FIG. 8A, a mercury lamp (Hg lamp) emits multiple spectra. Accordingly, the conventional UV sterilization method must use a filter to select the required wavelength from the multiple spectra and eliminate the remaining wavelengths. On the other hand, as shown in Figure 8b, the UVLED according to the embodiment of the present invention emits only one spectrum, such UVLED can emit only the spectrum necessary for the characteristics of the semiconductor chip, it is not necessary to use a filter. For this reason, the sterilization method using the UVLED according to the embodiment of the present invention does not disperse its power like a mercury lamp according to the prior art, and thus, is more efficient than a mercury lamp.
앞서 설명한 바와 같이, 수은 램프는 원하는 파장만을 발산하도록 필터링해야 하며, 이에 따라, 수은 램프를 이용한 살균 장치는 필터링을 위해 박막의 코팅 재료를 이용하여 그 내부를 코팅한다. 게다가, 수은 램프를 이용한 살균 장치는 열이 많이 발생하므로 장시간 사용하는 경우 살균 장치 내부에 박막의 코팅 재료들이 녹아 부스러기로 떨어지고 빛을 받는 부분의 색상이 변할 수 있다. 반면, UVLED를 이용한 살균 장치는 상술한 문제점이 발생하지 않는다. As described above, the mercury lamp must be filtered to emit only the desired wavelength, so that the sterilization device using the mercury lamp coats the interior using a thin coating material for filtering. In addition, since the sterilization apparatus using the mercury lamp generates a lot of heat, the coating materials of the thin film melt inside the sterilization apparatus to fall into debris and the color of the light-receiving part may change when used for a long time. On the other hand, the sterilization apparatus using the UVLED does not cause the above problems.
수은 램프는 글래스 재질로 깨지기 십상이고, 다루기가 불편하다. 반면, UVLED는 반도체이고 반도체 기술로 패키징이 되어 매우 견고하다. Mercury lamps are fragile glass and are inconvenient to handle. UVLEDs, on the other hand, are semiconductors and packaged with semiconductor technology, making them very robust.
수은 램프는 수은을 함유하고 있어서 유해물제한지침(RoHS, Restriction of Hazardous Substances Directive)에 의한 제재와 환경 문제가 있지만, UVLED는 중금속 규제 물질을 포함하고 있지 않아 친환경적이다. Mercury lamps contain mercury and are subject to sanctions and environmental concerns under the Restriction of Hazardous Substances Directive (RoHS), but UVLEDs are environmentally friendly because they do not contain heavy metal regulatory substances.
수은 램프는 70%의 출력에서 1천 시간 내지 2만 시간이 수명을 가진다. 전형적으로는, 수은 램프는 2천 시간 정도의 수명을 가진다. 반면, UVLED는 전형적으로는 UVLED는 5만 시간의 수명을 가지며, 10만 시간 수명을 가질 수도 있다. 이는 반영구적인 수명을 가진다고 할 수 있다. Mercury lamps have a lifetime of 1,000 to 20,000 hours at 70% output. Typically, mercury lamps have a lifetime of about 2000 hours. UVLEDs, on the other hand, typically have a lifetime of 50,000 hours and may have a lifetime of 100,000 hours. This can be said to have a semi-permanent life.
전원을 켜고 빛이 발광을 위해 동작하기 위한 응답 시간(on/off cycling)도 수은 램프의 경우 응답 속도가 느리지만, 이에 비해, UVLED는 즉시 응답하는 장점을 가진다. On / off cycling for turning on the power and for light to emit light also slows the response for mercury lamps, but UVLEDs have the advantage of responding immediately.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치는 다양한 분야에서 응용되어 사용될 수 있다. The sterilization apparatus using the light emitting diode according to the embodiment of the present invention as described above may be applied and used in various fields.
가전 기기 분야에서는 청소기, 살균 집진기, 식기 세척기, 냉장고, 세탁기, 에어콘, 공기 청정기, 및 가습기 등에 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. 또한, 홈 사무용품 분야에서는 그릇 및 유아용품 살균기, 칫솔 살균기, 옷장, 신발장, 비데, 면도기, 정수기, 수족관, 및 급식소 그릇 살균기 등에 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. 그리고 휴대 단말기 분야에서는 이동 통신 단말기, PDA 및 디지털 카메라 등에 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. 게다가, 살균기류 분야에서는 손 세정기 및 휴대폰 살균기 등에 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. 그리고 자동차 분야에서는 자동차의 에어 필터 부분에 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. 또한, 농수산 부분에서는 수족관살균, 수조살균, 양식장 살균 및 UV 살균기를 대체하는 용도로 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 살균 장치를 채용할 수 있다. In the field of home appliances, a sterilizing apparatus using a light emitting diode according to an embodiment of the present invention may be employed in a cleaner, a sterilizer, a dish washer, a refrigerator, a washing machine, an air conditioner, an air cleaner, and a humidifier. In addition, in the field of home office supplies sterilization apparatus using a light emitting diode according to an embodiment of the present invention, such as a bowl and baby care sterilizer, a toothbrush sterilizer, a wardrobe, a shoe rack, a bidet, a razor, a water purifier, an aquarium, and a soup kitchen bowl sterilizer may be adopted. . In the portable terminal field, a sterilization apparatus using a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention may be adopted in a mobile communication terminal, a PDA, and a digital camera. In addition, in the field of sterilizers, a sterilizing apparatus using a light emitting diode according to an embodiment of the present invention may be adopted in a hand washing machine and a mobile phone sterilizer. In the automobile field, a sterilization apparatus using a light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention may be employed as an air filter part of a vehicle. In addition, in the agricultural and fisheries portion, it is possible to employ a sterilization apparatus using a light emitting diode according to an embodiment of the present invention for the purpose of replacing aquarium sterilization, aquarium sterilization, farm sterilization and UV sterilizer.
한편, 본 명세서와 도면에 개시 된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to easily explain the technical contents of the present invention and help the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.
Claims (17)
(a) 기판과,
(b) 상기 기판의 어느 일면에 실장 되고, 실리콘 계열의 자외선 봉지재로 봉합된 반도체 소자이며, 장파장, 중파장 및 단파장을 포함하는 서로 다른 파장의 자외선을 발산하는 발광 다이오드가 칩으로 형성된 복수개의 UVLED칩과,
(c) 상기 자외선이 발산되는 방향으로 상기 UVLED칩과 이격되어 형성되며, 상기 UVLED칩이 발산하는 점광원의 자외선을 면광원의 자외선으로 확산시키기 위한 패턴이 형성된 확산판 및 상기 면광원의 자외선이 방사되는 방사각을 확장시키는 방사각 렌즈를 포함하되, 상기 확산판 및 상기 방사각 렌즈가 일체로 형성되는 렌즈부와,
(d) 상기 UVLED칩에서 발산된 자외선이 상기 렌즈부에 입사되도록 반사하는 반사판을 포함하여 구성되는 살균 모듈; 및
(e) 외부의 소스로부터 전원을 공급 받거나, 자체로 전원을 공급하는 전원 공급부와,
(f) 상기 전원을 이용하여 상기 복수개의 UVLED칩을 구동시키되, 상기 복수개의 UVLED칩 중 특정 파장의 자외선을 발산하도록 상기 복수개의 UVLED칩의 일부 또는 전부를 선택적으로 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되는 전원 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. In the sterilization apparatus,
(a) a substrate,
(b) a plurality of semiconductor devices mounted on one surface of the substrate and encapsulated with a silicon-based ultraviolet light encapsulation material, wherein a plurality of light emitting diodes emitting different wavelengths including long, medium and short wavelengths are formed as chips; UVLED chip,
(c) a diffuser plate formed with a pattern for diffusing the ultraviolet light of the point light source emitted from the UV LED chip into the ultraviolet light of the surface light source and the ultraviolet light of the surface light source A lens including a radiation angle lens for extending the radiation angle, wherein the diffusion plate and the radiation angle lens are integrally formed;
(d) a sterilization module including a reflector for reflecting the ultraviolet light emitted from the UVLED chip to be incident on the lens unit; And
(e) a power supply unit which receives power from an external source or supplies power by itself;
(f) driving the plurality of UVLED chips using the power source, wherein the driving unit selectively drives some or all of the plurality of UVLED chips to emit ultraviolet rays of a specific wavelength among the plurality of UVLED chips. Sterilization apparatus using an ultraviolet light-emitting diode comprising a power module.
세라믹 기판, 금속 기판 및 연성 기판 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 1, wherein the substrate
A sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode, characterized in that formed of any one of a ceramic substrate, a metal substrate and a flexible substrate.
상기 발광 다이오드가 상기 장파장을 발산하는 경우 광속 투과율 80% 이상, 굴절률 1.4 이상, 접착력 130 이상인 자외선 봉지재를 사용하며,
상기 발광 다이오드가 상기 중파장을 발산하는 경우 광속 투과율 80% 이상, 굴절률 1.45 이상, 접착력 140 이상인 자외선 봉지재를 사용하며,
상기 발광 다이오드가 상기 단파장을 발산하는 경우 광속 투과율 70% 이상, 굴절률 1.5 이상, 접착력 140 이상인 자외선 봉지재를 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 1, wherein the ultraviolet encapsulant
When the light emitting diode emits the long wavelength, an ultraviolet encapsulation material having a light transmittance of 80% or more, a refractive index of 1.4 or more, and an adhesion of 130 or more is used.
When the light emitting diode emits the medium wavelength, an ultraviolet encapsulant having a light transmittance of 80% or more, a refractive index of 1.45 or more, and an adhesiveness of 140 or more, is used.
When the light emitting diode emits the short wavelength sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode, characterized in that the use of an ultraviolet light sealing material having a light transmittance of 70% or more, a refractive index of 1.5 or more, adhesion strength of 140 or more.
SMD 타입 또는 TO-CAN 타입 중 어느 하나임을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 4, wherein the UV LED chip
Sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode, characterized in that one of the SMD type or TO-CAN type.
합성 석영, 글래스 류 고분자, 테프론류, 특수아크릴 또는 특수 플라스틱 재질 중 어느 하나를 선택하여 형성함을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 1, wherein the lens unit
Sterilization apparatus using ultraviolet light emitting diode, characterized in that formed by selecting any one of synthetic quartz, glass polymer, Teflon, special acrylic or special plastic material.
상기 기판에 접하여 형성되며 상기 UVLED칩 및 상기 기판에서 발산되는 열을 방출하는 발열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 1, wherein the sterilization module
Sterilization apparatus using a UV light emitting diode is formed in contact with the substrate further comprises a heat emitting plate for emitting heat emitted from the UVLED chip and the substrate.
열 확산기(Heat spreader), 열 싱크(heat sink), 열 파이프(heat pipe) 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. The method of claim 11, wherein the heating plate
A sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode, characterized in that formed by any one of a heat spreader, a heat sink, a heat pipe.
Al, Au, 및 Ag 중 어느 하나를 이용하여 코팅함을 특징으로 하는 자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치. According to claim 1, wherein the inner surface of the reflecting plate
Sterilization apparatus using an ultraviolet light emitting diode, characterized in that the coating using any one of Al, Au, and Ag.
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