KR102439200B1

KR102439200B1 - 살균일체형조명시스템

Info

Publication number: KR102439200B1
Application number: KR1020210147060A
Authority: KR
Inventors: 이대영; 강상욱; 손호진
Original assignee: 고려대학교 세종산학협력단; 킹스타라이팅 주식회사
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-09-02

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 제공한다. 살균일체형조명시스템은 405nm의 광원을 출력하는 제1 LED들과 450nm의 광원을 출력하는 제2 LED들을 포함하는 제1 발광부, 상기 제1 발광부가 배치된 영역의 복수의 엣지들 중 적어도 하나에 제공되는 405nm의 광원을 출력하는 제3 LED들을 포함하는 제2 발광부 및 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 간의 온(On)/오프(Off) 및 조명 비율을 결정하여 유해 세균의 살균과 조명 기능을 동시에 구현하는 제어기를 포함하고, 상기 제1 발광부 상에는 확산판이 제공되고, 상기 확산판의 복수의 엣지들 중 적어도 하나와 연결된 반사판이 제공되고, 상기 제3 LED들은 상기 반사판을 향하는 방향으로 배치되고, 상기 제3 LED가 출력하는 405nm 광원은 상기 반사판에 의해 반사되어 출력된다.

Description

살균일체형조명시스템{Germicidal Integrated Lighting System}

본 발명은 405nm 광원과 450nm 광원을 동시에 사용하여 조명 기능과 살균 기능을 동시에 구현하되, 405nm 광원을 반사판을 통해 실내로 조사하기 위한 살균일체형조명시스템에 관한 것이다.

의료용 광원으로 405nm의 광원은 효과적으로 박테리아 또는 세균을 박멸할 수 있다. 그러므로, 이러한 405nm 광원을 활용하면 유해한 박테리아균을 박멸할 수 있으므로 매우 유용한 광원이 된다. 이러한 이유로서 405nm 광원이 살균제품에 널리 사용되고 있으며, 신종 바이러스 창궐에 따라 의료용 광원 수요가 급증하고 있다. 405nm 살균광원은 자외선-C LED 광원의 대체광원으로 활용되고 있다. 세균 또는 바이러스 살균 목적으로서는 자외선-C 광원이 가장 효과적이나 자외선-C LED 광원의 효율이 일반조명 LED 광원의 5% 내지10% 수준에 불과한 실정이다. 따라서, 살균력을 확보한 405nm LED 광원 활용에 세계적인 기업들이 눈을 돌리고 있다. 즉, 인체에는 무해하지만 살균력을 확보한 400nm 내지 420nm 영역의 LED 광원에 대한 연구가 진행되고 있다.

그러나, 현재 상용화된 405nm 광원은 당초 LED 광원의 여기광원으로 개발되어 살균광원으로는 제한적으로 적용되고 있는 실정이다. 405nm 광원을 여기광원으로 사용할 경우 적색, 녹색, 청색의 광전환 염료로서 색분포가 고른 고연색(Ra>95) 조명이 개발된다. 여기광원이 아닌 경우 405nm 광원은 가시광선 영역에서의 발광효율이 낮아 조명으로 사용하기에는 부적절하다. 이러한 이유로 405nm 광원 단독으로 사용될 경우, 살균광원 측면에서는 살균력이 강할 수 있으나, 조명광원으로 사용된다면 조명특성이 전혀 구현되지 않는 문제점이 있다.

또한, 400nm 내지 700nm 영역의 광원은 인체에 무해한 가시광선이므로, 이 범위의 발광 파장의 LED 사용은 조명 광원으로서 적합하다. 그러나 블루-컷(Blue-Cut)이라고 알려진 450nm의 미만의 광원은 조명 광원으로 배제되는 것이 현실이다.

본 발명의 기술적 과제는 바이러스를 사멸하는 기능을 극대화하기 위해 405nm 및 450nm 광원을 동시에 사용하되 405nm 광원을 반사판을 통해 실내로 조사하기 위한 살균일체형조명시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 405nm 광원이 확산판을 거치지 않고 출력되어 실내 살균 효과를 확보할 수 있는 살균일체형조명시스템을 제공하는 것이다.

일 예에 의하여, 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들이 광원을 출력하는 제1 방향과 상기 제3 LED들이 광원을 출력하는 제2 방향은 예각을 이룬다.

일 예에 의하여, 상기 반사판의 표면과 상기 제3 LED가 출력하는 광원의 방향은 0도 초과 15도 미만의 각도를 이룬다.

일 예에 의하여, 상기 반사판의 표면은 상기 확산판의 표면과 90도의 각도를 이룬다.

일 예에 의하여, 상기 반사판의 표면은 상기 확산판의 표면과 90도 미만의 각도를 이룬다.

일 예에 의하여, 상기 제1 발광부가 배치되는 영역을 기준으로 상기 반사판의 외각에는 추가 반사판들이 배치되고, 상기 제2 발광부는 상기 반사판과 상기 추가 반사판 사이의 오목한 영역에 배치되고, 상기 반사판과 상기 추가 반사판 사이의 공간은 개방된다.

일 예에 의하여, 상기 제1 발광부가 광원을 출력하는 제1 방향을 기준으로 상기 추가 반사판의 높이는 상기 반사판의 높이보다 크고, 상기 반사판에 의해 반사된 상기 제3 LED들이 출력한 광원은 상기 추가 반사판에 의해 반사된다.

일 예에 의하여, 상기 제3 LED들은 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들이 배치되는 제1 회로기판과 연결된 제2 회로기판 상에 배치되고, 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들과 접촉하는 제1 회로기판의 상면은 제3 LDE들과 접촉하는 제2 회로기판의 상면과 둔각을 이룬다.

일 예에 의하여, 상기 반사판은 상기 확산판으로부터 제1 회로기판을 향할수록 상기 확산판의 외각 방향으로 연장된다.

일 예에 의하여, 상기 제1 발광부가 광원을 출력하는 제1 방향을 기준으로 상기 반사판의 높이는 상기 제1 방향과 수직하는 방향을 기준으로 상기 제3 LED들과 상기 반사판 사이의 이격거리 보다 길다.

일 예에 의하여, 상기 제어기는 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 각각의 온/오프를 제어할 수 있고, 상기 제어기에 의해, 상기 제2 LED들 만 온 되는 일반 모드, 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들 만 온 되는 약살균 모드, 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 모두가 온 되는 집중 살균 모드 및 상기 제1 LED들과 상기 제3 LED들 만 온 되는 멸균 모드가 구현된다.

일 예에 의하여, 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들은 동일한 개수로 배치되고, 상기 약살균 모드 및 상기 집중 살균 모드에서 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 동일한 조명 비율로 온 된다.

일 예에 의하여, 하나의 상기 확산판의 4개의 엣지들 각각에 상기 반사판이 연결되고, 상기 확산판과 상기 반사판은 상기 제1 발광부를 덮을 수 있고, 상기 제2 발광부는 상기 제1 발광부가 배치되는 영역을 기준으로 상기 반사판의 외각에 배치된다.

일 예에 의하여, 상기 제2 발광부는 상기 확산판의 4개의 엣지들 중 서로 마주보는 2개의 엣지들 각각에 일렬로 배치되는 복수의 제3 LED들을 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들 각각은 일렬로 배치되고, 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들 각각이 일렬로 배치된 방향과 수직하는 방향을 따라 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 교차로 배치된다.

일 예에 의하여, 상기 제2 발광부는 출력되는 광원이 상기 확산판에 의해 확산되지 않는 간접 조명 방식으로 405nm 광원을 출력한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 405nm 광원인 제3 LED들을 제1 발광부의 엣지에 배치시키고, 제3 LED들에 의해 출력되는 광원은 반사판을 통해 반사되어 실내에 조사될 수 있다. 이를 통해, 조명 기능과 살균 기능을 지속적으로 발휘할 수 있는 살균 살균일체형조명시스템이 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 405nm 광원에 의한 살균 기능은 유지하되 조명 기능의 효율도 유지시키기 위해, 405nm 광원인 제3 LED들을 제1 발광부의 엣지들에 배치시킬 수 있다. 또한, 제3 LED들 상에 확산판이 배치되지 않으므로, 제3 LED들에 의해 출력된 광원은 반사판에 의해 반사되어 조사될 수 있다. 따라서, 광원의 확산이 아닌 반사를 통해 405nm 광원이 조사되므로, 405nm 광원의 에너지의 손실이 적을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제3 LED들의 조명 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 다른 확산판의 엣지 영역을 확대한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 반사판과 제3 제3 LED들 간의 배치 구조의 변형예들을 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템의 모드에 따른 조명의 발광 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 이용한 바이러스 사멸함수를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 살균일체형조명시스템(1)은 제1 발광부(10), 제2 발광부(30), 확산판(400) 및 반사판(500)을 포함할 수 있다. 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(30)는 회로기판(50) 상에 배치될 수 있다. 회로기판(50)은 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(30)를 구동하기 위한 구성으로, 제1 발광부(10) 및 제2 발광부(30)에 전력 및 제어 신호를 인가하는 구성일 수 있다.

제1 발광부(10)는 405nm의 광원을 출력하는 제1 LED들(100)과 450nm의 광원을 출력하는 제2 LED들(200)을 포함할 수 있다. 405nm의 광원은 조명으로써 역할을 수행하지 못하나, 유해 세균 및 바이러스를 사멸시키는 역할을 수행할 수 있다. 450nm 광원은 일반적으로 조명 기능을 수행하나, 450nm 광원도 세포 내의 플라빈(Flavin)을 활성화시켜 유해 세균 및 바이러스를 사멸시키는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제1 발광부(10)는 조명 기능과 살균 기능을 동시에 구현할 수 있다. 효과적인 살균을 위해, 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)은 각각은 일렬로 배치될 수 있다. 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200) 각각이 일렬로 배치된 방향과 수직하는 방향을 따라, 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)은 교차로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)은 동일한 개수로 배치될 수 있다.

제2 발광부(30)는 405nm 광원을 출력하는 제3 LED들(300)을 포함할 수 있다. 제3 LED들(300)은 제1 발광부(10)가 배치된 영역의 복수의 엣지들 중 적어도 하나에 제공될 수 있다. 다시 말해, 제3 LED들(300)은 제1 발광부(10)가 배치된 사각 영역의 4개의 엣지들 중 적어도 하나와 인접하도록 배치될 수 있다. 바람직하게, 제3 LED들(300)은 제1 발광부(10)가 배치된 사각 영역의 4개의 엣지들 중 2개의 엣지와 인접하도록 배치될 수 있다. 이 때, 2개의 엣지는 서로 마주보는 엣지들을 의미할 수 있다. 제3 LED들(300)은 상기 2개의 엣지들 각각을 따라 일렬로 배치될 수 있다.

확산판(400)은 제1 발광부(10) 상에 배치될 수 있다. 확산판(400)은 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)이 광원을 출력하는 방향에 제공되어 광원을 확산시킬 수 있다. 따라서, 살균일체형조명시스템(1)이 제공되는 실내 공간 내에 광원이 퍼질 수 있다. 예를 들어, 확산판(400)은 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 확산판(400)은 불투명할 수 있다. 확산판(400)은 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200) 상에만 배치되고, 제3 LED들(300) 상에는 배치되지 않을 수 있다. 확산판(400)의 크기는 제1 발광부(10)가 배치되는 사각 영역과 유사할 수 있다. 예를 들어, 확산판(400)은 사각 형상일 수 있고, 4개의 엣지들을 가질 수 있다.

반사판(500)은 확산판(400)의 복수의 엣지들 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 반사판(500)은 제3 LED들(300)에서 출력된 광원을 반사시켜 광원이 실내를 향하도록 할 수 있다. 제3 LED들(300)에 의해 출력된 광원은 반사판(500)의 표면의 한점에서 접선 방향으로 출력될 수 있다. 또한, 제3 LED들(300)에 의해 출력되는 광원은 확산판(400)에 의해 확산되지 않을 수 있다. 즉, 제3 LED들(300)에 의해 출력되는 광원은 확산판(400)에 의해 확산되지 않는 간접 조명 방식으로 405nm 광원을 출력할 수 있다. 예를 들어, 반사판(500)은 폴리카보네이트(PC) 또는 알루미늄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 블루-컷(Blue-Cut)이라고 알려진 405nm 광원을 조명 광원인 450nm 광원과 함께 사용하면서 405nm 광원이 직접적으로 사람에게 조사되는 것을 방지하기 위해, 405nm 광원을 간접조명으로 동작시킬 수 있는 엣지형 모듈구조를 제공할 수 있다. 405nm 광원인 제3 LED들(300)을 제1 발광부(10)의 엣지에 배치시키고, 제3 LED들(300)에 의해 출력되는 광원은 반사판(500)을 통해 반사되어 실내에 조사될 수 있다. 이를 통해, 조명 기능과 살균 기능을 지속적으로 발휘할 수 있는 살균 살균일체형조명시스템(1)이 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 405nm 광원이 확산판(400)에 의해 확산되면, 살균 기능이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 405nm 광원이 확산판(400)에 의해 확산되면 확산판(400)과 근거리에 있는 유해 세균 또는 바이러스의 사멸기능은 유지되나, 1m 이상의 원거리에 있는 유해 세균 또는 바이러스의 사멸기능은 떨어질 수 있다. 405nm 광원에 의한 살균 기능은 유지하되 조명 기능의 효율도 유지시키기 위해, 405nm 광원인 제3 LED들(300)을 제1 발광부(10)의 엣지들에 배치시킬 수 있다. 또한, 제3 LED들(300) 상에 확산판(400)이 배치되지 않으므로, 제3 LED들(300)에 의해 출력된 광원은 반사판(500)에 의해 반사되어 조사될 수 있다. 따라서, 광원의 확산이 아닌 반사를 통해 405nm 광원이 조사되므로, 405nm 광원의 에너지의 손실이 적을 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 나타내는 블럭도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어기(1000)는 제1 LED들(100), 제2 LED들(200) 및 제3 LED들(300)의 온(On)/오프(Off) 및 조명 비율을 제어할 수 있다. 제어기(1000)는 도 2의 회로기판(50)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어기(1000)는 기설정된 복수의 모드들인 일반 모드, 약살균 모드, 집중 살균 모드 및 멸균 모드에 따라 제1 LED들(100), 제2 LED들(200) 및 제3 LED들(300)을 제어할 수 있다.

일반 모드에서, 제어기(1000)는 450nm 광원을 출력하는 제2 LED들(200)만이 온 시킬 수 있다. 450nm 광원은 조명 기능과 살균 기능을 동시에 수행할 수 있으나, 살균 효과가 405nm 광원에 비해 떨어질 수 있다. 따라서, 제어기(1000)는 살균이 필요없는 조건 하에서 제2 LED들(200)만이 온 시킬 수 있다.

약살균 모드에서, 제어기(1000)는 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200) 만을 온 시킬 수 있다. 즉, 제어기(1000)는 제1 발광부(10)를 온 시킬 수 있다. 제1 발광부(10) 상에는 확산판(400)이 배치되므로, 광원의 확산없이 450nm 광원과 405nm 광원이 직접 조사될 때보다 약살균 모드에서의 살균 효과는 떨어질 수 있다. 제어기(1000)는 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)을 동일한 조명 비율로 온 시킬 수 있다. 다만, 제어기(100)는 약살균 모드에서도 제1 LED들(100)과 제2 LED들(200) 간의 조명 비율을 조절할 수 있다.

집중 살균 모드에서, 제어기(1000)는 제1 LED들(100), 제2 LED들(200) 및 제3 LED들(300)을 모두 온 시킬 수 있다. 제2 LED들(200)에 의해 조명 기능이 확보될 수 있고, 제1 LED들(100) 및 제3 LED들(300)에 의해 살균 기능이 확보될 수 있다. 특히, 확산판(400)에 의한 광원의 확산 없이 제3 LED들(300)에서 출력된 광원은 실내에 조사될 수 있는바, 살균 효과가 상승될 수 있다. 제어기(1000)는 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(200)을 동일한 조명 비율로 온 시킬 수 있다. 다만, 제어기(100)는 집중 살균 모드에서도 제1 LED들(100)과 제2 LED들(200) 간의 조명 비율을 조절할 수 있다.

멸균 모드에서, 제어기(1000)는 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(300) 만을 온 시킬 수 있다. 제어기(1000)는 조명 기능이 필요하지 않는 조건 하에서 제2 LED들(200)은 오프시키고, 제1 LED들(100) 및 제2 LED들(300) 만을 온 시킬 수 있다. 즉, 멸균 모드는 집중 살균 모드에서 조명 기능이 발휘되지 않는 것과 동일한 효과를 가질 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제3 LED들의 조명 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제3 LED들(300)은 반사판(500)을 향해 꺽여져 배치될 수 있다. 다시 말해, 반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향은 0도 초과 15도 미만의 각도를 이룰 수 있다. 바람직하게, 반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향은 7도의 각도를 이룰 수 있다. 반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향이 이루는 각이 클수록 제3 LED들(300)이 출력한 405nm 광원의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향이 이루는 각도가 0도 초과 15도 미만이 되도록 제3 LED들(300)의 배치 방향이 결정될 수 있다.

제3 LED들(300)이 출력한 405nm 광원은 반사판(500)에 의해 반사되어 실내로 조사될 수 있다. 405nm 광원은 인체에 무해하나, 사람들은 블루컷(Blue-cut)이라고 인식하는 405nm 광원이 직접 조사되는 것을 피하는 경향이 있다. 따라서, 제3 LED들(300)이 출력한 405nm 광원은 사람에게 직접 조사되지 않고, 반사판(500)에 의해 반사되어 실내로 조사될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 다른 확산판의 엣지 영역을 확대한 도면이다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 'L'은 인접하는 2개의 제3 LED들(300) 간의 거리로 정의될 수 있다. 'D'는 제3 LED들(300)가 간접조명방식의 엣지형으로 유효성을 발휘할 공간으로 반사판(500)과 제3 LED들(300) 간의 이격거리로 정의될 수 있다. 'H'는 반사판(500)의 높이로서 제3 LED들(300)의 간접조명 효율을 결정할 수 있다. 반사판(500)의 높이는 제1 발광부(10)가 광원을 출력하는 제1 방향을 기준으로 결정될 수 있다. 반사판(500)의 높이(H)는 반사판(500)과 제3 LED들(300) 간의 이격거리(D) 보다 길 수 있다. 제3 LED들(300)은 반사판(500)을 향해 꺽여진 형상으로 배치되므로, 반사판(500)의 높이(H)는 반사판(500)과 제3 LED들(300) 간의 이격거리(D) 보다 길어야 제3 LED들(300)에 의한 간접 조명 효율이 확보될 수 있다.

또한, 반사판(500)에 의해 반사된 광원은 실내의 벽쪽으로 조사될 염려가 있는바, 추가 반사판(600)이 배치될 수 있다. 추가 반사판(600)은 제1 발광부(10)가 배치되는 영역을 기준으로 반사판(500)의 외각에 배치될 수 있다. 제2 발광부(30)는 반사판(500)과 추가 반사판(600) 사이의 오목한 영역에 배치될 수 있다. 즉, 제3 LED들(300)이 출력한 광원은 반사판(500)에 의해 반사되고, 반사판(500)에 의해 반사된 광원은 추가 반사판(600)에 의해 반사되어 실내로 조사될 수 있다. 이에 따라, 405nm 광원이 실내의 벽쪽이 아닌 실내의 중앙으로 조사될 수 있다.

반사판(500)의 표면과 추가 반사판(600)의 표면은 평평한 면일 수 있다. 반사판(500)의 표면과 추가 반사판(600)의 표면은 제3 LDE들(300)에서 출력된 광원을 반사시키는 면을 의미할 수 있다. 반사판(500)의 표면과 추가 반사판(600)의 표면은 평평한 면이므로, 제3 LDE들(300)에서 출력된 광원이 산란되어 광원의 효율이 떨어지는 문제점이 발생되지 않을 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 반사판과 제3 제3 LED들 간의 배치 구조의 변형예들을 나타내는 도면들이다.

도 6a를 참조하면, 제1 LED(100), 제2 LED(200) 및 제3 LED(300)는 제1 회로기판(50) 상에 배치될 수 있다. 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 출력하는 광원은 제1 방향(x)을 향할 수 있고, 제3 LED(300)가 출력하는 광원은 제2 방향(y)을 향할 수 있다. 제1 방향(x)과 제2 방향(y)은 서로 예각을 이룰 수 있다. 따라서, 제3 LED(300)은 반사판(500)을 향해 꺽여져 배치될 수 있다.

제3 LED(300)는 반사판(500)과 추가 반사판(600) 사이의 오목한 영역 내에 배치될 수 있다. 즉, 제3 LED(300) 상의 공간인 반사판(500)과 추가 반사판(600) 사이의 공간은 개방될 수 있다.

반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향은 기설정된 각도(θ)를 이룰 수 있다. 예를 들어, 기설정된 각도(θ)는 0도 초과 15도 미만의 각도일 수 있다. 반사판(500)의 표면은 확산판(400)의 표면과 90도의 각도를 이룰 수 있다. 반사판(500)에 의해 반사된 제3 LED들(300)이 출력한 405nm 광원은 추가 반사판(600)에 의해 재차 반사될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제1 LED(100), 제2 LED(200) 및 제3 LED(300)는 제1 회로기판(50) 상에 배치될 수 있다. 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 출력하는 광원은 제1 방향(x)을 향할 수 있고, 제3 LED(300)가 출력하는 광원은 제2 방향(y)을 향할 수 있다. 제1 방향(x)과 제2 방향(y)은 서로 평행할 수 있다.

반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향은 기설정된 각도(θ)를 이룰 수 있다. 예를 들어, 기설정된 각도(θ)는 0도 초과 15도 미만의 각도일 수 있다. 반사판(500)의 표면은 확산판(400)의 표면과 90도 미만의 각도를 이룰 수 있다. 즉, 반사판(500)은 확산판(400)으로부터 제1 회로기판(50)을 향할수록 확산판(400) 내부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 다시 말해, 반사판(500)은 확산판(400)의 엣지로부터 제1 회로기판(50)을 향하는 방향으로 테이퍼질 수 있다. 반사판(500)에 의해 반사된 제3 LED들(300)이 출력한 405nm 광원은 추가 반사판(600)에 의해 재차 반사될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)는 제1 회로기판(50) 상에 배치될 수 있고, 제3 LED(300)는 제2 회로기판(60) 상에 배치될 수 있다. 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50)과 연결될 수 있다. 다만, 제3 LED(300)가 배치되는 제2 회로기판(60)의 상면과 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 배치되는 제1 회로기판(50)의 상면은 둔각을 이룰 수 있다. 다시 말해, 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)와 접촉하는 제1 회로기판(50)의 상면은 제3 LED(300)와 접촉하는 제2 회로기판(60)의 상면과 둔각을 이룰 수 있다. 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50)에서 연장되어 추가 반사판(600)을 향해 연장될 수 있다. 즉, 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50) 및 추가 반사판(600)과 연결될 수 있다. 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 출력하는 광원은 제1 방향(x)을 향할 수 있고, 제3 LED(300)가 출력하는 광원은 제2 방향(y)을 향할 수 있다. 제1 방향(x)과 제2 방향(y)은 예각을 이룰 수 있다.

도 6d를 참조하면, 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)는 제1 회로기판(50) 상에 배치될 수 있고, 제3 LED(300)는 제2 회로기판(60) 상에 배치될 수 있다. 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50)과 연결될 수 있다. 다만, 제3 LED(300)가 배치되는 제2 회로기판(60)의 상면과 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 배치되는 제1 회로기판(50)의 상면은 둔각을 이룰 수 있다. 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50)에서 연장되어 추가 반사판(600)을 향해 연장될 수 있다. 즉, 제2 회로기판(60)은 제1 회로기판(50) 및 추가 반사판(600)과 연결될 수 있다. 제1 LED(100) 및 제2 LED(200)가 출력하는 광원은 제1 방향(x)을 향할 수 있고, 제3 LED(300)가 출력하는 광원은 제2 방향(y)을 향할 수 있다. 제1 방향(x)과 제2 방향(y)은 예각을 이룰 수 있다.

반사판(500)의 표면과 제3 LED들(300)이 출력하는 광원의 방향은 기설정된 각도(θ)를 이룰 수 있다. 예를 들어, 기설정된 각도(θ)는 0도 초과 15도 미만의 각도일 수 있다. 반사판(500)의 표면은 확산판(400)의 표면과 90도 이상의 각도를 이룰 수 있다. 즉, 반사판(500)은 확산판(400)으로부터 회로기판(50)을 향할수록 확산판(400) 외각 방향으로 연장될 수 있다. 반사판(500)은 확산판(400)의 엣지로부터 제1 회로기판(50)을 향하는 방향으로 테이퍼질 수 있다. 제3 LED(300)로부터 출력된 광원은 반사판(500)에 의해 반사되어 실내로 조사될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 확산판(400)이 연장되는 방향과 90도 이상의 각도를 이루는 반사판(500)과 제1 회로기판(50)이 연장되는 방향과 둔각을 이루는 제2 회로기판(60)에 의해 추가 반사판(600)이 없이도 실내로 405nm 광원이 조사될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템의 모드에 따른 조명의 발광 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 405nm 광원의 조명 비율이 100% 인 경우, 405nm 광원과 450nm 광원의 조명 비율이 50:50인 경우, 450nm 광원의 조명 비율이 100%인 경우에서 살균일체형조명시스템의 조명 기능을 나타낸다. 405nm 광원은 세균, 곰팡이 및 바이러스에 포함된 포르피린(Porphyrin)을 활성화시킴에 따라 공기 중의 산소(O₂)를 '활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS)'로 변환시키고, 다시 산소를 단일항산소(Singlet Oxygen, O₂)로 전환시킬 수 있다. 최종적으로 단일항산소에 의해 세균의 세포막이나 DNA를 손상시켜 세균이 사멸될 수 있다. 405nm 광원은 반치폭이 30nm 보다 클 수 있다. 450nm 광원은 자외선-C나 405nm 광원보다 에너지는 낮으나 세균 또는 바이러스 세포 내에 포함된 '플라빈'(Flavin)을 들뜨게 하여 공기 중의 삼중항 산소를 단일항 산소로 효과적인 에너지이동이 가능하여, 생성된 단일항 산소가 세균 및 바이러스를 사멸시킬 수 있다. 즉, 450nm 광원은 조명 기능 외에 살균 기능도 수행할 수 있다. 450nm 광원은 LED 효율이 최대가 되는 InGaN 칩으로부터 저가로 공급되므로 살균광원으로 적용된다면 제품생산에 큰 이점이 있을 수 있다. 450nm InGaN 칩 위에 황색 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 염료가 도포되면 평균연색지수(CRI, Ra)가 70 정도의 백색 광원(WLED)이 될 수 있다. 이 백색 광원의 효율은 150 lm/W를 상회하므로 일반조명으로 가장 널리 보급되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제2 LED(200)는 평균연색지수(CRI: color rendering index)가 70 내지 90이고, 광효율이 100 lm/W 내지 150 lm/W 일 수 있다.

405nm 광원 의 조명 비율이 100% 인 경우 광원에 의한 조명 기능이 거의 없음을 알 수 있다. 구체적으로, 405nm 광원의 조명 비율이 100% 인 경우, 광 효율과 광량이 극히 낮음을 알 수 있다.

405nm 광원과 450nm 광원의 조명 비율이 50:50인 경우, 광원에 의한 조명특성이 구현된다. 450nm 광원의 조명 비율이 100%인 경우, 광원에 의한 조명특성이 극대화될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 살균일체형조명시스템을 이용한 바이러스 사멸함수를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 임상에 사용된 바이러스는 가성 코로나로서 'Porcine Epidemic Diarrhea Virus: PEDV'이며, 실험조건으로 정해진 규격의 항온조를 이용하였다. 특히, 광원(본 발명의 살균일체형조명시스템)과 바이러스가 놓이는 위치는 335mm 거리를 유지한다. 광원과 가성-코로나 바이러스가 위치하는 거리가 매우 중요한 변수가 된다. 일반적으로 코로나바이러스 살균에 필요한 20 mJ/cm2 이상의 에너지가 확보되어야 한다.

광원과 바이러스 간의 거리인 335mm 거리가 살균에너지를 결정할 수 있다. 다만, 광원과 바이러스 간의 거리는 설계자에 의해 변경될 수 있고, 광원과 바이러스 간의 거리가 335mm보다 짧은 경우에는 코로나바이러스 살균에 필요한 에너지가 확보될 수 있다. 만약, 광원과 바이러스 간의 거리가 멀어 살균에 필요한 에너지 확보가 어려운 경우, 추가적인 광원을 배치함으로써 살균 능력을 유지시킬 수 있다.

바이러스 사멸함수는 'PEDV titer = -Log(TCID50/ml)' 로 표현된다. 시간의 함수로 나타낸 '파란색' 그래프는 컨트롤 조건이며, '황색' 그래프는 실제 바이러스의 사멸을 표시하는 그래프이다. '파란색' 그래프가 일정하게 시간에 따라 변하지 말아야 바이러스의 사멸 데이터가 의미가 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, '파란색' 그래프가 시간 변화에도 일정하므로 본 실험은 이러한 기본적인 데이터의 신뢰성을 확보하기에 충분한 결과이다.

(a) 조건은 χ= 100%로서 1시간에 96.6%, 2시간에 99.5%, 4시간에 100% 바이러스가 사멸됨을 나타낸다. (b) 조건은 χ= 50%, χ= 에 해당하는 살균 광원로서 1시간에 70.5%, 2시간에 96.6%, 4시간에 99.9% 바이러스가 사멸됨을 나타낸다. (c) 조건은 χ= 100%로서 1시간에 74.9%, 2시간에 99.0%, 4시간에 99.2% 바이러스가 사멸됨을 나타낸다. (c) 조건에 따른 실험 결과에 기초할 때, 450nm-pcLED 또한 바이러스 살균광원으로 적용이 가능함을 나타낸다.

즉, 405nm 광원과 450nm 광원을 바이러스에 동시에 조사하는 경우와 405nm 광원 만을 바이러스에 조사하는 경우는 2시간 이상의 실험 조건에 기초할 때 유사한 결과를 가져올 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 실내 상황에 따라 405nm 광원을 확산시키지 않고 실내에 조사할 수 있는바, 실내에 존재하는 유해 세균 또는 바이러스를 사멸시킴과 동시에 조명 기능까지 확보될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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.

Claims

405nm의 광원을 출력하는 제1 LED들과 450nm의 광원을 출력하는 제2 LED들을 포함하는 제1 발광부;
상기 제1 발광부가 배치된 영역의 복수의 엣지들 중 적어도 하나에 제공되는 405nm의 광원을 출력하는 제3 LED들을 포함하는 제2 발광부; 및
상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 간의 온(On)/오프(Off) 및 조명 비율을 결정하여 유해 세균의 살균과 조명 기능을 동시에 구현하는 제어기를 포함하고,
상기 제1 발광부 상에는 확산판이 제공되고,
상기 확산판의 복수의 엣지들 중 적어도 하나와 연결된 반사판이 제공되고,
상기 제3 LED들은 상기 반사판을 향하는 방향으로 배치되고,
상기 제3 LED가 출력하는 405nm 광원은 상기 반사판에 의해 반사되어 출력되고,
상기 제1 발광부가 배치되는 영역을 기준으로 상기 반사판의 외각에는 추가 반사판들이 배치되고,
상기 제2 발광부는 상기 반사판과 상기 추가 반사판 사이의 오목한 영역에 배치되고,
상기 반사판과 상기 추가 반사판 사이의 공간은 개방되고,
상기 제1 발광부가 광원을 출력하는 제1 방향을 기준으로 상기 추가 반사판의 높이는 상기 반사판의 높이보다 크고,
상기 반사판에 의해 반사된 상기 제3 LED들이 출력한 광원은 상기 추가 반사판에 의해 반사되는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들이 광원을 출력하는 제1 방향과 상기 제3 LED들이 광원을 출력하는 제2 방향은 예각을 이루는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 반사판의 표면과 상기 제3 LED가 출력하는 광원의 방향은 0도 초과 15도 미만의 각도를 이루는,
살균일체형조명시스템.
제3 항에 있어서,
상기 반사판의 표면은 상기 확산판의 표면과 90도의 각도를 이루는,
살균일체형조명시스템.
제3 항에 있어서,
상기 반사판의 표면은 상기 확산판의 표면과 90도 미만의 각도를 이루는,
살균일체형조명시스템.
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제3 항에 있어서,
상기 제3 LED들은 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들이 배치되는 제1 회로기판과 연결된 제2 회로기판 상에 배치되고,
상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들과 접촉하는 제1 회로기판의 상면은 제3 LDE들과 접촉하는 제2 회로기판의 상면과 둔각을 이루는,
살균일체형조명시스템.
제8 항에 있어서,
상기 반사판은 상기 확산판으로부터 제1 회로기판을 향할수록 상기 확산판의 외각 방향으로 연장되는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 발광부가 광원을 출력하는 제1 방향을 기준으로 상기 반사판의 높이는 상기 제1 방향과 수직하는 방향을 기준으로 상기 제3 LED들과 상기 반사판 사이의 이격거리 보다 긴,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 각각의 온/오프를 제어할 수 있고,
상기 제어기에 의해, 상기 제2 LED들 만 온 되는 일반 모드, 상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들 만 온 되는 약살균 모드, 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들 및 상기 제3 LED들 모두가 온 되는 집중 살균 모드 및 상기 제1 LED들과 상기 제3 LED들 만 온 되는 멸균 모드가 구현되는,
살균일체형조명시스템.
제11 항에 있어서,
상기 제1 LED들 및 상기 제2 LED들은 동일한 개수로 배치되고,
상기 약살균 모드 및 상기 집중 살균 모드에서 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 동일한 조명 비율로 온 되는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
하나의 상기 확산판의 4개의 엣지들 각각에 상기 반사판이 연결되고, 상기 확산판과 상기 반사판은 상기 제1 발광부를 덮을 수 있고,
상기 제2 발광부는 상기 제1 발광부가 배치되는 영역을 기준으로 상기 반사판의 외각에 배치되는,
살균일체형조명시스템.
제13 항에 있어서,
상기 제2 발광부는 상기 확산판의 4개의 엣지들 중 서로 마주보는 2개의 엣지들 각각에 일렬로 배치되는 복수의 제3 LED들을 포함하는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들 각각은 일렬로 배치되고,
상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들 각각이 일렬로 배치된 방향과 수직하는 방향을 따라 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 교차로 배치되는,
살균일체형조명시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제2 발광부는 출력되는 광원이 상기 확산판에 의해 확산되지 않는 간접 조명 방식으로 405nm 광원을 출력하는,
살균일체형조명시스템.