KR102104951B1 - 단일 다이오드 소독 - Google Patents

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조엘 랄릭키
로버트 배런
제임스 더블유. 페터슨
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바이탈 바이오, 잉크.
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Abstract

미생물을 불활성화하는 장치가 개시된다. 상기 장치는 발광체 및 상기 발광체로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하도록 배치된 적어도 하나의 광 변환 물질을 포함한다. 상기 발광체로부터 방출된 임의의 광 및 상기 적어도 하나의 광 변환 물질로부터 방출된 변환된 광의 상기 적어도 일부는 결합 광을 형성하도록 혼합되며, 상기 결합 광은 약 380 nm 내지 약 420 nm파장 범위에서 측정된 약 20%보다 큰 스펙트럼 에너지 비율을 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 장치는 380 nm 내지 420 nm 범위 내의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성된 발광체 및 적어도 하나의 광 증백제를 포함하며 제2광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광 변환 물질을 포함한다. 상기 장치로부터 출사되는 제1광과 상기 장치로부터 출사되는 제2광은 백색인 결합 광을 형성하기 위해 혼합된다.

Description

단일 다이오드 소독
본 발명은 백색 또는 백색의 색조로 인식될 수 있는 광을 방출할 수 있는 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미생물의 불활성화를 야기하는 동시에 백색 또는 백색의 색조로 인식할 수 있는 광을 방출할 수 있는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 장치는 대부분의 실내 점유 환경에서 완료해야 하는 작업 영역 및 해당 영역의 점유물 또는 물체에 조명을 제공하기 위한 주요 필요 요소이다. 조명기술은 많은 다른 기술 중, 백열등와 할로겐 전구에서 형광체와 발광 다이오드(LED) 전구 및 장치에 이르기까지 실내에서 광범위하게 사용된다. 현재까지 이러한 조명 기술의 주된 목적은 사람에게 즐거움을 주는 방식으로 물체의 상이한 색상, 질감 및 특징을 효과적으로 조명할 수 있도록 사람이 "백색"광이라고 인식하는 광을 제공하는 것이었다.
많은 기술이 상업적으로 조명에 사용되면서, LED 조명은 효과적인 비용으로 효율적이며 고품질인 백색광 조명을 제공하기 위한 기술로서 성장하고 있다. 일반적 조명을 위한 일부 통상의 LED는 청색광을 방출하도록 활성화된 반도체 접합을 사용하며, 이는 청색광의 일부를 황색 파장과 같은 다른 파장의 광으로 변환하기 위해 YAG:Ce(cerium-doped yttrium aluminum garnet )와 같은 인광 물질과 결합된다. 반도체 접합 및 인광 물질로부터 방출된 결합 광은 적절하게 균형을 이룰 때 백색 또는 백색 색조로서 인식된다. 청색광 방출 반도체는 현재 (다른 색상의 광을 방출하는 광 방출 반도체와 비교하였을 때) 상대적으로 높은 효율, 상대적으로 낮은 비용, 및 전체 광 스펙트럼에 대한 청색광 기여의 상대적으로 원하는 색상 이점을 포함한 많은 이유에서 사용되고 있다.
일부 다른 LED 기술은 청색광 대신 자외광, 근자외광, 또는 보라색 광을 방출하는 반도체 접합을 사용한다. 인광 물질은 청색, 보라색 또는 자외광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위해 결합되며, 2개의 요소는 백색 또는 백색 색조의 광을 제공하기 위해 적절히 균형을 이룬다. 보라색 LED는 일반적으로 더 낮은 효율 및 비용 대비 성능으로 인해 자주 사용되진 않지만, CRI(Color Rendering Index)와 같은 일부 특성에서 적절한 시각적 품질의 광을 제공할 수 있어 상용화되어 있다.
이들 LED 기술 모두에서, 방출된 방사선의 상대적으로 높은 발광 효율을 달성하는 것이 방출된 방사선의 원하는 색상 특성 (CRI, 상관 색온도(CCT), 색영역(Gamut) 등)을 달성하는 것과 균형을 이룬다. 즉, 발광 장치로부터 방출된 결합 광의 파장은 원하는 색 특성의 희생을 최소화하면서 높은 광 효율을 달성하기 위해 인간의 눈의 스펙트럼 감도와 관련하여 선택된다.
다른 방식으로 방출된 광을 이용하는 추가적인 성능 인자를 염두하여 대체적인 광원이 생성되었다. 원예, 건강, 보온 및 소독을 위한 조명 기구 및 장치가 제시되었다. 방사선의 발광 효율을 조정하는 것 외에도, 이러한 조명 기구 및 장치는 추가 성능 요소를 달성하기 위해 특정 방사선 영역의 출력을 증가시키도록 조정된다.
이러한 조명 기구 및 장치는 광화학, 광생물학, 복사 에너지 및 다른 것과 같은 광의 다양한 대체 기능의 사용을 통해 조명의 이중 또는 다중 기능을 제공한다. 일반적으로, 복사 에너지 출력은 부가된 기능의 흡수 스펙트럼 또는 활성화 스펙트럼과 일치하는 특정 영역에 최적화되도록 한다. 예를 들어, 원예용 조명 기구 및 장치는 엽록소 및 기타 식물 기반 광 활성화 메커니즘의 흡수 스펙트럼 또는 활성화 스펙트럼과 일치하는 광을 방출하도록 최적화된다. 일주기 생체 리듬을 보조하기 위한 조명 기구 및 장치는 멜라토닌의 흡수 스펙트럼 또는 활성화 스펙트럼과 일치하는 광을 방출하기 위해 최적화된다.
다수의 기능을 위한 광을 방출하는 이러한 조명 기구 및 장치에서, 발광은 각각의 기능의 허용 가능한 수준을 달성하도록 균형을 이룰 수 있다. 기능 중 하나는 (예를 들어, 다기능 조명 기구 및 장치가 사람에 의해 점유된 공간에 사용되는 경우) 일반 조명일 수 있으며, 이 경우 방출된 광의 상대적으로 높은 발광 효율을 달성하는 것이 방출된 광의 원하는 색상 특성을 달성하는 것뿐만 아니라 허용 가능한 또는 원하는 수준으로 하나 이상의 다른 기능을 달성하는 것과도 균형을 이룬다.
본 발명은 백색 또는 백색의 색조로 인식될 수 있는 광을 방출할 수 있고, 동시에 적어도 일부의 미생물의 불활성화와 관련된 특정 파장을 갖는 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 미생물을 불활성화하는 장치를 포함할 수 있으며, 상기 장치는 발광체 및 상기 발광체로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하도록 배치된 적어도 하나의 광 변환 물질을 포함하며, 상기 발광체로부터 방출된 임의의 광 및 상기 적어도 하나의 광 변환 물질로부터 방출된 변환된 광의 상기 적어도 일부는 결합 광을 형성하도록 혼합되며, 상기 결합 광은 약 380 nm 내지 약 420 nm파장 범위에서 측정된 약 20%보다 큰 스펙트럼 에너지 비율을 갖는다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 미생물을 불활성화하는 장치를 포함할 수 있으며, 상기 장치는 발광체 및 제1광의 직접 경로상에 배치된 적어도 하나의 광 변환 물질을 포함한다. 상기 발광체는 380 nm 내지 420 nm 범위 내의 제1광을 방출하도록 구성되며, 상기 광 변환 물질은 상기 광 변환 물질에 입사되는 상기 제1광에 응답하여 제2광을 방출하도록 구성된다. 상기 장치로부터 출사되는 제1광과 상기 장치로부터 출사되는 제2광은 백색인 결합 광을 형성하기 위해 혼합된다. 상기 적어도 하나의 광 변환 물질은 450 nm 내지 495 nm의 파장 범위 내의 광을 방출하는 적어도 하나의 광 증백제(optical brightener)를 포함한다.
본 발명은 백색 또는 백색의 색조로 인식될 수 있는 광을 방출할 수 있고, 동시에 적어도 일부의 미생물의 불활성화와 관련된 특정 파장을 갖는 광을 방출할 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 특징들은 본 발명의 다양한 관점을 도시하는 첨부된 도면과 관련하여 수행되는 본 발명의 다양한 관점에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 다른 발광 장치를 도시한다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른 또 다른 발광 장치는 도시한다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 14는 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 15는 다양한 실시예들에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에서 발광 장치에 대한 색상 좌표 범위인 선택된 CCT에서 허용된 x-y 좌표를 갖는 ANSI C78.377A LED를 도시한다.
도면은 스케일된 것이 아닐 수 있다. 도면은 오직 본 발명의 일반적인 관점을 설명하는 것을 의도한 것이며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서, 동일한 부호는 도면들 사이의 동일한 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명은 예시적인 방법으로 도면을 참조하여 이점 및 특징과 함께 본 발명의 실시예들을 설명한다.
다양한 실시예들에 따르면, 백색 또는 백색의 색조로 인식될 수 있는 광을 방출할 수 있고, 동시에 적어도 일부의 미생물의 불활성화와 관련된 특정 파장을 갖는 특정 농도의 광을 방출할 수 있는 발광 장치가 개시된다. 발광 장치는 발광체(예를 들어, LED, 레이저) 및 발광체로부터 방출된 광이 광 변환 물질(들)을 향하도록 조립된 하나 이상의 광 변환 물질들(예를 들어, 인광체, 광 증백제(optical brightener))로 구성되며, 광 변환 물질(들)로 지향된 이러한 광의 적어도 일부는 광 변환 물질(들)에 의해 상이한 품질(예를 들어, 상이한 피크 파장)을 갖는 광으로 변환될 것이다. 광은 상이한 품질(예를 들어, 상이한 피크 파장)의 광을 방출하도록 광 변환 물질(들)을 가동시키거나(energizes) 활성화시키는(activates) 상기 광을 흡수함으로써 광 변환 물질(들)에 의해 변환될 수 있다. 발광체 및 광 변환 물질(들)에 의해 방출된 결합 광은 약 380 nm 내지 약 420 nm 파장 범위에서 약 20% 보다 큰 측정 스펙트럼 에너지 비율을 갖는다.
발광체 및 광 변환 물질(들)은 도 1 내지 도 15에 도시된 실시예들에 제한되지 않는 여러 상이한 방식으로 결합될 수 있다. 발광체(들) 및 광 변환 물질(들)에 의해 방출되는 광은 광학 소자, 반사기, 또는 발광 장치로부터 방출된 결합 광이 백색 또는 백색의 색조로 인식될 수 있도록 하기 위한 다른 어셈블리 구성요소들에 의해 변형될 수 있다. 도 1을 참조하면, 발광체로서 펌프 LED(12), 광 변환 물질(14), 밀봉제(16), 및 기판(18)을 포함하는 발광 장치(10)가 도시되어 있다. 광 변환 물질(14)은 밀봉제(16) 내에 분산될 수 있다. 펌프 LED(12) 및 광 변환 물질(14)은 기판(108) 상에 지지된다.
도 2는 발광체로서 패키징된 펌프 LED(22), 광 변환 물질(24), 광 변환 물질(24)을 함유하는 렌즈(26), 및 기판 또는 베이스(28)를 포함하는 발광 장치(20)를 도시한다.
도 3은 밀봉제(36) 내부에 균일하게 분포되어 있는 광 변환 물질(34)에 의해 함유된 펌프 LED(32)의 어레이를 포함하는 발광 장치(30)를 도시한다.
도 4는 광을 적색, 녹색, 청색, 및 황색광으로 변환하는 광 변환 물질(44)을 갖는 LED(42)의 어레이를 포함한다. 광 변환 물질(44)은 밀봉제(46) 내에 분산 또는 함유되어 있다. LED(42) 및 밀봉제(46)는 기판(48) 상에 지지된다.
도 5는 밀봉제(56)에 의해 함유된 광 변환 물질(54)에 의해 함유된 LED(52)를 포함하는 발광 장치(50)를 도시하며, 이들 모두는 기판(58) 상에 지지된다.
도 6은 렌즈(66)에 의해 함유되어 있는 광 변환 물질(64)에 의해 함유된 패키징된 LED(62)를 포함하는 발광 장치(60)를 도시한다. LED(62), 광 변환 물질(64), 및 렌즈(66)는 베이스 또는 기판(68)에 의해 지지된다.
도 7은 렌즈(76)에 의해 함유되어 있는 컨포멀하게(conformally) 코팅된 광 변환 물질(74)에 의해 함유된 패키징된 LED(72)를 포함하는 발광 장치를 도시한다. LED(72), 광 변환 물질(74), 및 렌즈(76)는 베이스 또는 기판(78) 상에 지지된다.
도 8은 밀봉제(86)에 의해 함유되어 있는 광 변환 물질(84)에 의해 함유된 LED(82)의 어레이를 포함한다. LED(82), 광 변환 물질(84), 및 밀봉제(86)는 기판(88) 상에 지지된다.
도 9는 LED(92), 외측 광 변환 필터(94), 베이스(97), 및 받침대(98)를 포함하는 광 전구인 발광 장치(90)를 도시한다. 베이스(97) 및 받침대(98)는 LED(92)를 지지한다.
도 10은 LED(102), 외측 전구(106)에 의해 함유된 광 변환 필터(104), 베이스(107), 및 받침대(108)를 포함하는 광 전구인 발광 장치(100)를 도시한다. 광 변환 필터(104)는 외측 전구(106)에 직접적으로 컨택할 수 있다.
도 11은 LED(112), 펌프 LED(112)의 상부 상의 광 변환 필터(114), 외측 전구(116), 베이스(117), 및 받침대(118)를 포함하는 광 전구인 발광 장치(110)를 도시한다. 광 변환 필터(114)는 펌프 LED(112) 상에 직접적으로 배치될 수 있다.
도 12는 LED(122), 펌프 LED(122)를 둘러싸는 광 변환 필터(124), 외측 전구(126), 베이스(127), 및 받침대(128)를 포함하는 광 전구인 발광 장치(120)를 도시한다. 광 변환 필터(124)는 펌프 LED(122)에 직접적으로 컨택할 수 있다.
도 13은 LED(132), 펌프 LED(132) 상의 광 변환 필터(134), 반사기(135), 렌즈(136), 및 베이스(137)를 포함하는 스폿 램프인 발광 장치(130)를 도시한다. 광 변환 필터(134)는 펌프 LED(132) 상에 직접적으로 배치될 수 있다.
도 14는 LED(142), 광 변환 필터(144), 반사기(145), 광 변환 필터(144) 상의 렌즈(146), 및 베이스(147)을 포함하는 스폿 램프인 발광 장치(140)를 도시한다. 렌즈(146)은 광 변환 필터(144) 상에 직접적으로 배치될 수 있다.
도 15는 LED(152), 광 변환 필터(154), 반사기(155), 및 베이스(157)를 포함하는 스폿 램프인 발광 장치(150)를 도시한다.
도 1 내지 도 15에서는 LED로 도시되어 있지만, 발광체는 기판 및 LED(예를 들어, 펌프 LED), 패키징된 LED, LED 어레이, 스폿 램프, 레이저, 및 LED 교체용 고정장치 또는 다른 광 전구를 갖는 전통적인 광 전구를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 공지된 에미터(emitter)일 수 있다. 발광체는 광의 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 피크 파장/최대 출력을 가질 수 있다. 다중 발광체들(예를 들어, LED 어레이)를 갖는 실시예들에서, 발광체들은 모두 거의 동일한 파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 LED(32) 어레이 및 도 4에 도시된 LED(42) 어레이는 모두 380 nm 내지 420 nm 범위 내의 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, LED(32, 42) 어레이는 모두 390 nm 내지 415 nm의 파장 범위 내의 광을 방출할 수 있으며, 다른 실시예들은 400 nm 내지 410 nm의 파장 범위 내의 광을 방출할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 광 변환 물질은 특정 파장의 광을 흡수하여 다른 파장의 광을 재방출할 수 있는 재료(materials), 물질(substances),또는 구조(structures)의 광범위한 범주를 구성한다. 광 변환 물질은 발광 물질 및 광투과/여과 물질과는 다르다는 것을 주목해야만 한다. 발광 물질은 에너지의 비 UV-VIS-IR 형태를 UV-VIS-IR 광 방출로 변환하는 재료, 물질, 또는 구조/장치로 광범위하게 분류될 수 있다. 에너지의 비 UV-VIS-IR(ultraviolet-visible-infrared) 형태는 전기, 화학 반응/전위, 마이크로파, 전자빔, 및 방사성 붕괴일 수 있지만 이에 제한되진 않는다. 광 변환 물질은 광 변환 매질을 만드는 매질에 함유되거나 매질 상에 배치될 수 있다. 광 변환 물질, 광 변환 매질, 광 변환 필터, 인광체, 및 광의 변환과 관련된 어떤 다른 용어가 개시된 광 변환 물질의 예를 의미한다는 것을 이해하여야 한다. 일부 실시예에서, 광 변환 물질은 인광체, 광 증백제, 인광체들의 조합, 광 증백제의 조합 또는 인광체(들)와 광 증백제(들)의 조합일 수 있다. 광 증백제는 전자기 스펙트럼의 자외 및/또는 보라색 영역의 광을 흡수하고 청색 영역의 광을 재방출하는 광 변환 물질(예를 들어, 화합물)일 수 있다. 광 변환 물질은 스케일된 방식 및 특별히 스케일되지 않은 방식으로, 다수의 상이한 파장의 광을 흡수하고 다수의 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다.
인광체 또는 다른 광 변환 물질은 적어도 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 발광체 상에 직접적으로 증착될 수 있거나, 발광체로부터 이격된 광 변환 필터를 나타내는 적어도 도 9, 도 10, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 발광체로부터 멀리 있거나 추가적으로 제거될 수 있다. 원격(remote) 인광체 구성은 유속(flux)의 표면적을 증가시킴으로써 광 변환 필터를 통한 유속 밀도를 감소시킨다. 발광체 및 광 변환 필터의 물리적 분리 및 감소된 유속은 발광체로부터 전도된 열을 감소시킴으로써 광 변환 필터의 동작 온도를 감소시킬 수 있다. 광 변환 필터의 낮은 온도는 광 출력의 열적 소멸 및 상승된 동작 온도의 다른 바람직하지 않은 효과를 감소시킨다. 광 변환 물질은 예를 들어, 컨포멀(confomal) 코팅, 도핑된 밀봉제 또는 바인더 물질, 및 원격 인광체로서 증착될 수 있다. 적어도 하나의 광 변환 물질은 상이한 또는 동일한 비율로 완전히 균질화되어 벌크 혼합물로서 사용될 수 있으며, 또는 적어도 하나의 광 변환 물질은 혼합되었을 때 양립할 수 없거나 너무 많은 근원 광을 흡수할 수 있는 상이한 물질의 흡수 및 방출에 영향을 미치는 일부 또는 전부를 개별적으로 위치하거나 층화할 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 장치로부터 결합된 광 출력 또는 결합된 방출 광(예를 들어, 광 변환 물질로부터 방출된 광이 혼합된 발광체로부터 방출된 광)의 CRI 값은 적어도 55, 60, 65, 또는 90일 수 있다. 추가적인 실시예에서, CRI 값은 적어도 80, 85, 90, 또는 95, 플러스 또는 마이너스 약 5일 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 장치로부터 결합된 광 출력 또는 결합된 방출 광은 백색광일 수 있다. 백색광은 약 1000 켈빈(K) 내지 약 8000 켈빈(K), 일부 실시예에서는 약 2000K 내지 약 6000K, 일부 실시예에서는 약 2500K 내지 약5000K 의 상관 색온도(CCT; correlated color temperature)를 갖는 광으로서 정의될 수 있으며, 여기서 "약"은 플러스 또는 마이너스 약 200K를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 장치는 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 적어도 20%의 광 출력 스펙트럼 성분을 가질 수 있다. 380 nm 내지420 nm 파장 범위에서의 광 출력의 스펙트럼 성분은 380 nm 내지 720 nm 범위의 파장을 갖는 광의 절대 조도 값에 대한 380nm 내지 420nm 범위의 파장을 같은 절대 조도값의 비율로서 정의된다. 이전 값을 후자의 값으로 나누면 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 방출된 광의 % 스펙트럼 성분이 산출된다. 스펙트럼 출력은 방사 에너지로 정의된다. 절대 조도 값은 현재 알려지거나 또는 나중에 개발될 방법에 의해 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 절대 조도 값은 복수 에너지의 mW로 측정된다.
380 nm 내지420 nm 파장 범위의 스펙트럼 성분은 박테리아 병원체의 불활성화에 사용될 수 있다. 405 nm 피크 파장 및 405 nm 이상 및 이하의 범위(380 nm 내지 420nm)는 박테리아 병원체의 불활성화에 효과적이라는 것이 입증되었다.
일 실시예로서, 장치는 "청색-인광체" LED 장치와 유사하게 조립될 수 있다. 청색-인광체 LED 장치는 광을 방출할 수 있는 단일 패키징된 전자 장치이다. 도 2뿐만 아니라 몇몇 다른 도면들에 도시된 장치의 실시예는, 예를 들어, "청색-인광체" LED 장치와 구조적으로 유사할 수 있다. 일반적으로, "청색-인광체" LED 장치에서, 청색광을 방출할 수 있는 반도체 LED는 인광 물질에 의해 덮이거나 둘러싸여 있거나, 또는 다이오드로부터 방출된 광이 인광체를 통과하도록 배치된다. "청색-인광체" LED 장치는 LED로부터의 원 청색광의 일부 및 청색광으로부터 변환된 인광체로부터의 광의 일부를 방출한다. "청색-인광체" LED 장치는 전체적으로 백색으로 인식될 수 있는 광을 방출하도록 청색광과 인광체로부터 방출된 광의 결합된 광 방출 비율을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 장치는 "청색-형광체" LED 장치와 유사하게 조립되지만 청색으로 인식되는 약 450 nm 내지 약495 nm의 종래의 범위 내의 파장보다는 380 nm 내지 420 nm 내에 최대광/피크광을 방출하는 반도체 LED를 포함한다. 380 nm 내지 420 nm 파장 내의 광은 그램 양성 박테리아(Gram positive bacteria), 그램 음성 박테리아(Gram negative bacteria), 박테리아 포자(bacterial endospores), 및 효모(yeast)와 사상 균류(filamentous fungi )와 같은 미생물을 죽이거나 비활성화시킬 수 있다. 죽거나 비활성화될 수 있는 몇몇 그램 양성 박테리아는 Staphylococcus aureus(MRSA 포함), Clostridium perfringens, Clostridium difficile, Enterococcus faecalis, Staphylococcus epidermidis, Staphyloccocus hyicus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, 및 Mycobacterium terrae를 포함한다. 일부 그램 음성 박테리아는 Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris,Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Shigella sonnei, 및 Serratia spp를 포함한다. 일부 박테리아 포자는 Bacillus cereus 및 Clostridium difficile를 포함한다. 일부 효모 및 사상 균류는 Aspergillus niger, Candida albicans, 및 Saccharomyces cerevisiae를 포함한다. 380 nm 내지 420 nm 파장 내의 광은 종에 따라 시간이나 투여량이 다르지만, 검사된 모든 종류의 박테리아에 효과적이다. 공지된 결과에 기초하여 일정 기간 동안 어느 정도 그램 음성 박테리아와 그램 양성 박테리아 모두에 효과적일 것으로 예상된다.
비록 효과를 나타나는 데 더 오랜 시간이 걸리지만, 많은 종류의 균류에 대해서도 효과적일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 LED는 LED(380 nm 내지 420 nm)로부터 방출된 항균 광의 일부를 흡수하고 다른 파장 또는 파장들로 변환할 수 있는 인광 물질로 둘러싸여 있다. 이러한 LED 장치는 루테튬 알루미늄 가넷(Lutetium Aluminum Garnet) 및 질화물(nitride)과 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 선택된 인광체의 조합일 수 있으며, 이들은 적절한 비율로 결합되었을 때 백색 또는 백색의 색조로 인식되는 광을 방출할 수 있다. 이러한 예시적 LED 장치는 70 이상의 CRI를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 예시적 LED 장치는 80 이상의 CRI를 가질 수 있다. 약 380 nm 내지 약420 nm 파장을 갖는 예시적인 LED 장치로부터 방출된 광의 스펙트럼 성분의 퍼센트는 20% 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 약 380 nm-420 nm 범위의 파장을 갖는 광은 적어도 예시적 LED 장치로부터 방출된 전체 결합 광의 적어도 약 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 또는 50%를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 장치는 LED 및 광 변환 물질을 포함하는 표면 실장 LED 장치일 수 있다. 표면 실장 LED 장치는 PCB(printed circuit board) 또는 발광 장치 및 LED에 전력을 전달할 수 있도록 구성된 다른 어떠한 구성 상에 실장될 수 있다. LED는 본드 와이어 또는 리드(lead)를 통해 PCB와 결합될 수 있어 LED에서 장치 외부로의 전기 연결이 가능하다. 장치는 렌즈, 밀봉제, 또는 다른 보호 커버를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예는 각각의 LED에 연결된 와이어 또는 리드로 PCB를 연결하여 표면 실장 LED 장치로 구현될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 발광 장치는 표면 실장 패키지와 유사하지만 PCB 보드에 실장되거나 그렇지 않으면 PCB 또는 동일한 구조체 상의 정합된 홀 또는 비아와 결합하는 전도성 레그(legs)를 통해 전력을 장치 및 발광체로 전달하도록 구성된 스루-홀(through-hole) LED일 수 있다. 레그는 솔더 또는 다른 전도성 매질을 통해 PCT 또는 유사한 구조체에 결합된다.
일부 실시예에서, 발광 장치는 하나 이상의 광원 및 광 변환 물질을 갖는 패키지인 칩-온-보드(chip-on-board) LED 배열일 수 있다. 하나 이상의 광원이 기판에 직접 장착될 수 있으며, 광 변환 물질은 방출된 광의 원하는 부분이 광 변환 물질에 의해 변환되도록 위치될 수 있다.
허용 가능한 특성의 백색광을 달성하기 위해 다수의 상이한 발광체가 장치에 통합될 것을 요구하는 허용 가능한 광 스펙트럼을 생성하기 위한 장치의 이전의 시도와는 달리, 본 발명의 실시예는 광학 소자 또는 하우징 구조체를 통해 결합된 방출광을 각각 필요로 하며 차례로 증가된 전자 장치, 제어 장치, 광학 소자, 및 하우징 구조체를 필요로 하는 다수의 상이한 발광체를 요구하지 않는다.
다중 발광체 발광 장치와 관련된 부가적인 특징 및 증가된 비용 측정 기준은 단일 어셈블리의 결합된 광 스펙트럼 출력을 제공할 수 있는 단일 발광체를 갖는 발광 장치와 비교하여 본질적으로 이들 발광 장치에 대한 혼색 방법을 복잡하게 만든다.
일 실시예에서, 원하는 스펙트럼의 소독 능력을 유지하면서 오직 보라색 LED (약 405 nm)를 사용하여 백색광을 생성하는 유닛을 포함하는 장치가 개시된다. 80보다 큰 CRI를 갖는 2700K, 3500K 및 4100K의 색온도가 본 발명의 실시예에 따른 단일 발광체에서 가능하다. 일반적으로, 70의 최소 CRI를 갖는 2700K 내지 5000K의 CCT 범위 및 20%보다 큰 보라색 스펙트럼 성분이 가능하다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 광 변환 물질의 사용에 의해 이러한 값을 달성할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각 적색(620 nm 내지 750 nm), 녹색(495 nm 내지 570 nm), 및 청색(450 nm 내지 495 nm) 파장으로 광을 변환시키는 질화물, 루테튬 알루미늄 가넷, 및 Ca2PO4Cl:Eu2+ 와 같은 인광체가 사용될 수 있다.
극복하기 어려운 점은 종래의 LED 백색광과 대비하여 청색 발광이 없다는 것이다. 보라색 광이 백색을 형성하기 위하여 다른 색상과 결합될 수 있지만, 보라색 광에 대한 사람의 인식 차이가 있음이 밝혀져 있다. 이는 다른 사람이 결합된 광을 다르게 본다는 것을 의미하며, 어떤 사람들은 너무 많은 보라색을 보는 반면 다른 사람들은 보라색을 보기가 어렵고, 이는 전체적인 백색광의 색상의 잘못된 표현을 야기한다. 또한, 충분한 청색광이 없으면 높은 CRI를 달성하기가 더 어렵다.
이전의 시도는 CRI를 높이고 혼합된 광 출력의 색상의 균형을 맞추기 위해 다른 색과 혼합된 청색 LED를 이용하였다. 이러한 방법을 사용해도 일부 사람들은 여전히 그들의 감도에 따라 광을 다르게 보지만, 결합된 스펙트럼의 전체적인 관찰 색상의 차이가 감소된다. 대신, 본 발명의 일부 실시예는 형광체, 광 증백제, 또는 다른 청색 발광 물질을 사용하여 청색광을 부가한다. 이러한 물질은 별도의 청색 LED를 사용하지 않고, 보라색 광을 흡수하고 청색광을 방출한다. 일부 인광체 물질 조성물은 이트륨 알루미늄 가넷(Yttrium Aluminum Garnet), 루테튬 알루미늄 가넷(LutetiumAluminum Garnet), 질화물(Nitride), 산질화물(Oxynitride), 황화 칼슘(Calcium Sulfide), Ca2PO4Cl:Eu2 +, 및 실리케이트(Silicate )를 포함한다. 일부 광 증백제 물질은 스틸벤(stilbene), 쿠마린(coumarin), 1, 3 디페닐 피라졸린(1, 3 diphenyl pyrazoline), 나프탈렌 디카복실산(naphthalene dicarboxylic acid), 헤테로사이클릭 디카복실산(heterocyclic dicarboxylic acid), 및 시나믹산(cinnamic acid)의 화학적 유도체이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에서 실제로 달성할 수 있는 색좌표 및 색좌표 범위의 예를 제공한다. 이는 달성할 수 있는 색좌표의 몇몇 존재하는 표준의 예임을 이해해야만 하며, 백색광에 대해 존재하거나 미래에 발달할 수 있는 다른 표준이 사용될 수도 있다. 추가적으로, 개시된 장치는 CIE 표준 광원 및/또는 표준 광원 계열에 대한 색좌표에 대략 매칭될 수 있다. 개시된 장치는 표준 발광체의 모든 정의된 특성에 배칭되지 않을 수 있지만 몇몇 실시예에서 xy 색 좌표와 대략 매칭될 것이다. 이러한 추가적인 CIE 표준 발광체의 일부는 A, B, C, D50, D55, D65, D75, E, F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10, F11, 및 F12를 포함하지만 이에 제한되진 않는다.
본 발명의 다양한 관점들에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 완전하거나 개시된 정확한 형태로 발명을 한정하는 것을 의도하지 않으며, 많은 변형과 변화가 가능하다는 것은 명백하다. 통상의 기술자에게 명백할 수 있는 그러한 변형 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150: 발광 장치
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152: LED
14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84: 광 변환 물질
16, 36, 46, 56, 86: 밀봉제
18,28, 38, 48, 58, 68, 78, 88: 기판
26, 66, 76, 136, 146: 렌즈
94, 104, 114, 124, 134, 144, 154: 광 변환 필터
97, 107, 117, 127, 137, 147, 157: 베이스
98, 108, 118, 128: 받침대
106, 116, 126: 외측 전구
135, 145, 155: 반사기

Claims (30)

  1. 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치에 있어서,
    380 nm 내지 420 nm 범위 내의 제1파장을 가지며 상기 표면상의 미생물을 불활성화시킬 수 있는 세기(intensity)를 가지는 제1광을 방출하는 하나 이상의 발광체;
    하나 이상의 상기 발광체로부터 방출된 광의 제1파장과 상이한 제2파장을 가지는 제2광으로 하나 이상의 상기 발광체로부터 방출된 광의 제1부분을 변환하도록 배치된 제1 광 변환 물질; 및
    하나 이상의 상기 발광체로부터 방출된 광의 제1파장과 상이한 제3파장을 가지는 제3광으로 하나 이상의 상기 발광체로부터 방출된 광의 제2부분을 변환하도록 배치된 제2 광 변환 물질;을 포함하며,
    상기 제1광, 상기 제2광, 및 상기 제3광은 결합 광을 형성하도록 혼합되며, 상기 결합 광은 백색이며 적어도 70의 CRI(color rendering index)를 가지며 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 측정된 20% 보다 큰 스펙트럼 에너지 비율을 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발광체 중 적어도 하나는 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발광체 중 적어도 하나는 레이저를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 변환 물질 및 상기 제2 광 변환 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 인광체를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광 변환 물질 및 상기 제2 광 변환 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 광 증백제(optical brightener)를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합 광은 380 nm 내지 420 nm의 범위에서 피크 파장을 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 제1파장은 약 405 nm의 피크 파장을 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결합 광은 적어도 80의 CRI를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 상기 발광체는 발광체 어레이를 포함하며, 상기 제1 광 변환 물질 및 상기 제2 광 변환 물질은 상기 어레이의 각각의 발광체에 균일하게 분포되는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 1,000K 및 8,000K 사이의 상관 색온도(CCT; correlated color temperature)를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 2,500K 및 5,000K 사이의 상관 색온도(CCT)를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  14. 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치에 있어서,
    380 nm 내지 420 nm 범위 내의 제1 파장을 가지며 상기 표면상의 미생물을 불활성화시킬 수 있는 세기를 가지는 제1광을 방출하는 하나 이상의 발광체; 및
    상기 제1광의 직접 경로 상에 배치된 제1 광 변화 물질 및 제2 광 변환 물질을 포함하며,
    상기 제1 광 변환 물질은 적어도 하나의 광 증백제를 포함하고 450 nm 내지 495 nm 파장 범위의 제2파장으로 제2광을 방출하고,
    상기 제2 광 변환 물질은 적어도 하나의 인광체를 포함하고 495 nm보다 큰 파장 범위의 제3파장으로 제3광을 방출하며,
    상기 제1광, 상기 제2광 및 상기 제3광은 결합 광을 형성하도록 혼합되며, 상기 결합광은 백색이며 적어도 70의 CRI(color rendering index)를 가지며 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 측정된 20% 보다 큰 스펙트럼 에너지 비율을 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    하나 이상의 상기 발광체 중 적어도 하나는 발광 다이오드(LED)를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 380 nm 내지 약 420 nm 범위에서 피크 파장을 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 인광체는 620 nm 내지 750 nm의 파장 범위 내의 광을 방출하는 제1인광체, 및 495 nm 내지 570 nm의 파장 범위 내의 광을 방출하는 제2인광체를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 결합 광은 적어도 80의 CRI를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 1,000K 및 8,000K 사이의 상관 색온도(CCT; correlated color temperature)를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 2,500K 및 5,000K 사이의 상관 색온도(CCT)를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발광체는 발광체 어레이를 포함하며, 상기 제1 광 변환 물질 및 상기 제2 광 변환 물질은 상기 어레이의 각각의 발광체에 균일하게 분포되는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광 변환 물질은 상기 제1 광 변환 물질에 입사하는 상기 제1광에 응답하여 제2광을 방출하고, 상기 제2 광 변환 물질은 상기 제2 광 변환 물질에 입사하는 상기 제1광 및 상기 제2광 중 하나 또는 둘 모두에 응답하여 제3광을 방출하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  25. 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치에 있어서,
    발광체; 및
    상기 발광체로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하도록 배치된 적어도 하나의 광 변환 물질을 포함하며,
    상기 발광체로부터 방출된 임의의 광 및 적어도 하나의 상기 광 변환 물질로부터 방출된 변환된 광의 적어도 일부는 결합광을 형성하도록 혼합되며, 상기 결합광은 백색이고 적어도 70의 CRI(color rendering index)를 가지며 1000 K와 8000 K 사이의 상관 색온도(CCT)를 가지며 380 nm 내지 420 nm 파장 범위에서 측정된 20% 보다 큰 스펙트럼 에너지 비율을 가지는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제25항에 있어서,
    상기 결합 광은 약 2,500 K 및 약 5,000 K 사이의 CCT를 갖는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 제2파장은 620 nm 내지 750 nm 파장 범위에 있으며, 상기 제3파장은 495nm 내지 570 nm 파장 범위에 있는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
  30. 제25항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 광 변환 물질은 620 nm 내지 750 nm 파장 범위의 광을 방출하는 제1 인광체 및 495nm 내지 570 nm 파장 범위의 광을 방출하는 제2 인광체를 포함하는, 표면상의 미생물을 불활성화하는 발광 장치.
KR1020187005077A 2015-07-30 2016-07-29 단일 다이오드 소독 KR102104951B1 (ko)

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