KR20170038956A

KR20170038956A - Tv에 설치되는 공기 정화장치

Info

Publication number: KR20170038956A
Application number: KR1020150137311A
Authority: KR
Inventors: 김지원; 정재학; 신상철
Original assignee: 서울바이오시스 주식회사
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-10

Abstract

본 발명은 TV의 디스플레이모듈과 후면커버 사이에 설치되어 TV에서 발생하는 열의 방열을 촉진하고, TV에서 발생하는 열을 이용하여 공기 정화효율도 함께 높일 수 있는 공기 정화장치에 관한 것이다.
본 발명은 TV를 구성하는 디스플레이모듈의 후면에 장착되는 공기 정화장치로서, 공기 유동로의 일부 또는 전부를 커버하는 덕트; 상기 덕트에 설치되어 공기 유동로를 지나는 공기와 접촉하는 광촉매필터; 및 상기 광촉매필터에 자외선을 조사하는 UV LED;를 포함하는 공기 정화장치를 제공한다.

Description

TV에 설치되는 공기 정화장치{An Air Purifier Install in Television}

본 발명은 공기 정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TV의 디스플레이모듈과 후면커버 사이에 설치되어 TV에서 발생하는 열의 방열을 촉진하고, TV에서 발생하는 열을 이용하여 공기 정화효율도 함께 높일 수 있는 공기 정화장치에 관한 것이다.

산업화가 가속화됨에 따라 산업화에 따른 부작용이 나타나고 있다. 공기 오염이 이중 하나이다. 거리를 지나다니는 차량들에 의해 배출되는 배기가스와 미세먼지, 공장에서 발생하는 각종 유해 물질, 석유화학 제품에서 발생하는 유래 가스들은 현대인들의 건강을 위협하는 수준에 이르렀다.

이에 따라 정수기와 함께, 공기 정화장치도 각 가정마다 필수적으로 갖추어야 하는 생필품화 되어가고 있다. 그런데 1인 가구가 많아지고, 점점 주거 공간이 좁아지는 도시화 현상이 지속되면서 각종 가전 제품들이 이러한 집안 공간의 상당 부분을 차지해 버려 정작 사람이 주거할 공간이 좁아지는 문제점이 있다.

그런데 인테리어에 사용되는 각종 자재는 거의 모든 자재가 석유화학 제품을 사용하지 않는 것이 없다고 할 정도여서, 새로 지은 집에서 생활하다 보면, 민감한 사람들에게는 어지럼증이나 아토피 피부염이 유발되기도 하고, 구토 증세가 나타나기도 한다. 특히 어린 아이가 있는 집의 실내 공기가 각종 휘발성 유기화합물(VOC)에 노출되면, 아이들의 건강에 특히 더 해롭다.

이러한 휘발성 유기화합물을 분해하기 위해서 종래에는 플라즈마 음이온 등을 이용하여 이를 제거하는 방식, 광촉매 반응을 활용하여 공기 정화를 하는 방식 등이 사용되어오고 있다.

광촉매 반응을 보이는 광촉매 물질인 산화티타늄(TiO₂)은 그것이 코팅되는 기질의 종류와 관계 없이 높은 부착력을 유지하며, 산화티타늄에 광여기 반응을 일으킬 수 있는 광원(주로 자외선)이 제공되면 광촉매 활성을 나타낸다.

특히 산화티타늄을 이용한 광촉매 반응은 항균, 탈취 등의 효과를 가지고 있어서 공기 정화용으로 많이 사용되고 있다. 가령, 공기가 산화티타늄이 코팅된 광촉매 필터(TiO₂ ceramic form filter)를 통과하도록 하면서, 광촉매 필터에 자외선을 조사하여 광촉매 반응이 일어나도록 함으로써, 공기의 악취를 탈취하는 방식은 널리 사용되어 오고 있다.

산화티타늄은 그 자체로 사용되기보다는 기체(base) 상에 코팅된 형태로 사용되는 것이 일반적이므로, 산화티타늄이 코팅된 광촉매 필터의 형상은 기체의 형상에 의해 결정되는 것이 대부분이다.

그런데 산화티타늄에 의한 탈취는 주로 중대형 공조기에서 이용되어 왔고, 소형 또는 가정용 공기 정화기에서는 잘 사용되지 않고 있다. 공기의 유동량이 많으며 유동하는 면적이 큰 대형 공조기의 경우에는 자외선을 강하게 발생시키고 광촉매 필터를 크게 구성하면 별다른 문제 없이 탈취 효과를 거둘 수 있었다. 하지만 소형 공기 정화기의 경우에는 광촉매 필터의 크기도 한정되어 있고, 자외선을 발생시키는 장치의 크기도 제한될 수밖에 없으며, 공기 유동량도 적다. 따라서 소형 광촉매 필터와 자외선 발생구조로도 일정 수준 이상의 탈취 효율을 가지는 공기 정화기를 개발하는 것이 시급하다. 특히 가정용 공기 정화기라면 소음을 고려하지 않을 수 없고, 전기 소모량 역시 매우 민감하게 고려하여야 한다. 그러나 종래에는 중대형 공조기에 무게를 두고 기술이 개발되어 왔기 때문에, 이러한 새로운 환경에 적용하기에 적합한 기술이 거의 없다.

소형 공기 정화기에서 광촉매 필터의 효율을 높이겠다는 의도 하에 자외선을 무작정 강하게 조사한다면 광촉매 필터의 효율을 보장받지 못한 상태에서 강한 자외선이 조사되는 영역의 소재가 빨리 변성하거나 전기 소모량이 너무 높아질 수밖에 없다. 또한 UV LED를 더 많이 설치해야 하는 점, 그리고 UV LED의 수명이 짧아진다는 점은 원가를 상승시키는 또 하나의 요인이 될 것이다.

또한, 산화티타늄이 가장 잘 흡수하는 파장대 영역으로 알려져 있는 270nm 부근의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용해야 공기 정화기의 효율을 높일 수 있을 것이라 막연히 예상할 수는 있겠으나, 실제로 270nm의 피크파장을 가지는 UV LED가 조사하는 자외선의 세기는 사용되는 전력에 비해 상당히 약한 수준이기 때문에, 막연히 270nm의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용한다고 해서 탈취 효율이 좋다고 할 수는 없다.

작은 크기로도 효율을 높일 수 있는 광촉매 필터의 형상이나 치수, 그리고 자외선 광원과의 관계 역시 새롭게 연구되어야 한다. 특히 광촉매 필터의 형상이나 치수 등은 공기 저항과 밀접한 관련이 있다 할 것인데, 소형 공기 정화기에 적용할 수 있는 팬의 규격이나 성능은 제한적일 수밖에 없으므로, 소형 공기 정화기에서 유동 저항을 줄임으로써 공기의 유동을 원활하게 유지하는 것 역시 공기 정화기로서 제 기능을 하는데 중요한 과제이다.

아울러 광촉매 필터 자체의 광촉매 활성화 효율을 높일 수 있는 필터의 제조방법도 모색해야 할 필요성이 있다. 작은 부피의 광촉매 필터만으로도 보다 큰 탈취 효과를 거둘 수 있는 기술은 소형 공기 정화기에 관한 기술분야에서 가장 필요한 기술 중 하나라 해도 과언이 아니다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광촉매필터를 이용한 공기 정화장치를 제공함에 있어서, 공간을 전혀 차지하지 않으면서 공기 정화기능을 가질 수 있도록, 가정마다 구비하는 TV에 공기 정화장치를 통합한 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 소형화된 광촉매필터와 광원을 사용하더라도 상당한 수준으 공기 정화 효율을 가지는 공기 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 공기 정화를 하면서 발생하는 공기 유동으로 TV의 방열도 도모할 수 있는 공기 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, TV를 구성하는 디스플레이모듈의 후면에 장착되는 공기 정화장치로서, 공기 유동로의 일부 또는 전부를 커버하는 덕트; 상기 덕트에 설치되어 공기 유동로를 지나는 공기와 접촉하는 광촉매필터; 및 상기 광촉매필터에 자외선을 조사하는 UV LED;를 포함하는 공기 정화장치를 제공한다.

상기 공기 유동로의 유입구는 TV의 하부에 형성될 수 있다.

상기 유입구는 TV의 하부에 설치된 스피커 둘레의 적어도 일부에 형성되고, 상기 스피커는 적어도 그 일부가 상기 공기 유동로에 노출될 수 있다.

상기 공기 유동로의 배출구는 TV의 하부에 설치된 나머지 스피커 둘레의 적어도 일부에 형성되고, 상기 나머지 스피커는 적어도 그 일부가 상기 공기 유동로에 노출될 수 있다.

상기 공기 유동로의 배출구는 TV의 상부에 형성될 수 있다.

상기 덕트는 디스플레이모듈의 배면판과 고정되도록 외향 형성되는 플랜지를 구비할 수 있다.

상기 UV LED는 340 ~ 380 nm의 범위 내에서 피크파장을 가지는 자외선을 조사할 수 있다.

상기 광촉매 필터는 UV LED를 바라보는 방향으로 통기공이 인접하여 평행하게 형성된 구조일 수 있다. 여기서 상기 광촉매필터의 두께(t)는 5 ~ 15mm일 수 있다. 여기서 상기 광촉매 필터의 표면과 UV LED 사이의 거리(d)는 20~30mm일 수 있다.

상기 광촉매필터는 다공질의 세라믹 재질의 기체에 광촉매 물질인 TiO₂를 코팅한 구조일 수 있다.

상기 공기 유동로의 공기의 유동 방향은 상기 UV LED가 설치된 곳으로부터 상기 광촉매 필터가 설치된 곳을 향하는 방향일 수 있다.

상기 공기 유동로 내에 존재하는 공기가 유동하도록 하는 팬을 더 구비할 수 있다.

상기 TV의 전후 방향의 폭은 TV의 하부에서 가장 넓게 되며, 상기 팬은 이러한 TV의 하부에 설치될 수 있다.

상기 TV의 전후 방향의 폭은 TV의 하부에서 가장 넓게 되며, 상기 광촉매필터는 이러한 TV의 하부에 설치될 수 있다.

상기 광촉매필터는 상기 유입구에 연결되는 덕트 내에 설치되며, 상기 덕트는 상기 광촉매필터가 설치된 구간 뒤에서 TV의 내부 공간으로 오픈되는 구조일 수 있다.

상기 공기 정화장치는 TVOC 센서를 더 구비하며, 상기 TVOC 센서에서 검출된 TVOC 농도가 기준값보다 높은 경우 공기 정화장치가 작동하도록 제어될 수 있다.

상기 공기 정화장치는 TVOC에서 검출된 TVOC 농도가 기준값에 대해 소정 비율만큼 떨어진 농도가 되면 공기 정화장치의 작동을 중지시킬 수 있다.

상기 유입구에는 프리필터가 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, TV의 남은 공간에 컴팩트하게 공기 정화장치를 설치할 수 있으므로, 실내 공간을 차지하지 않는 이점이 있다.

또한 본 발명에 의하면, 좁은 공간에 광촉매 필터와 UV LED를 컴팩트하게 구성하더라도 상당히 높은 수준의 광촉매 반응 효율을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 소음이 없는 공기 정화장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 공기 정화장치에 의해 발생하는 공기 유동으로 TV의 방열을 도모하거나, TV의 방열에 의해 발생하는 공기 유동을 이용하여 팬 없이도 공기 정화를 할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 공기 정화장치가 설치되는 TV의 정면도,
도 2의 (a)와 (b)는 도 1의 TV의 배면도와 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서 TV의 배면에 설치된 공기 정화장치를 나타낸 배면도,
도 4는 도 3의 공기 정화장치의 덕트의 사시도,
도 5는 도 3의 공기 정화장치에 사용된 UV LED와 광촉매 필터를 나타낸 사시도,
도 6은 도 5의 UV LED의 사시도,
도 7은 도 6의 Y-Y 단면도,
도 8은 도 6의 X-X 단면도, 그리고
도 9 내지 도 11은 각각 본 발명에 따른 다른 일 실시예들을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 공기 정화장치가 설치되는 TV의 정면도, 도 2의 (a)와 (b)는 도 1의 TV의 배면도와 측면도, 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서 TV의 배면에 설치된 공기 정화장치를 나타낸 배면도, 도 4는 도 3의 공기 정화장치의 덕트의 사시도, 도 5는 도 3의 공기 정화장치에 사용된 UV LED와 광촉매 필터를 나타낸 사시도, 도 6은 도 5의 UV LED의 사시도, 도 7은 도 6의 Y-Y 단면도, 그리고 도 8은 도 6의 X-X 단면도이다.

본 발명의 공기 정화장치가 설치되는 TV(1)는, 일 예로서, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 큰 패널(11)을 가지고 화면의 테두리에 일정 부분 베젤(21)이 설치된 형태이며, 정면에 패널을 구비하는 디스플레이모듈(10)의 배면에는 각종 회로기판(12)이 설치되어 있다. 또한 디스플레이모듈(10)의 하단 양쪽에는 하향하여 소리를 내는 스피커(14)가 설치되며, 그 중간에는 TV를 지지하는 받침대를 설치하는 고정브래킷(13)이 마련되어 있다.

TV의 내부 구성에 있어서, 스피커(14)는 하향하여 설치되고, 스피커의 진동판 자체가 어느 정도 직경을 확보해야 양호한 음향을 구현할 수 있기 때문에, 도 2의 (b)의 측면도에서 확인할 수 있듯이 이러한 TV 내부 구성을 덮는 후면 커버(22)는 스피커 등이 있는 밑 부분에서 TV(1)의 두께가 두꺼워지는 형상에 대응하여 형성된다. 따라서 TV의 하단부에서 스피커(14)나 고정브래킷(13)이 설치된 위치를 제외한 위치에서는 상당한 내부공간을 확보할 수 있다.

본 발명의 공기 정화장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 디스플레이모듈(10)의 배면과 후면커버 사이의 공간에 마련되는 덕트(30)를 포함한다. 덕트는 가령 도 4에 도시된 바와 같이 덕트(30)의 테두리에 형성된 플랜지(32)를 디스플레이모듈(10)의 배면에 고정하여 공기 유동로를 형성한다.

이러한 덕트(30)는 디스플레이모듈(10)의 후면에 설치된 회로기판(12)이나 고정브래킷(13)의 위치를 피해 설치되되, TV 하단부에 형성된 유입구와 연결되고, TV의 측면에 형성된 배출구와 연결된다. 유입구에는 프리필터(70)가 설치되어, TV나 덕트 내부로 이물질이나 먼지가 유입되는 것을 방지한다. 공기 정화장치에 유입되는 공기의 유입구가 TV에 대해 하향 개방되어 있으므로, 공기 유입구에 먼지가 가라앉는 현상을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 프리필터(70)는 착탈 가능하게 설치되어, 오염이 되었을 때 쉽게 세척할 수 있다.

유입구의 바로 상부에는 팬(60)이 설치되어 있어 유입구로 공기를 흡입하고 이를 다시 덕트(30)의 공기 유동로로 토출하게 된다. 유입구의 바로 상부는 TV의 다른 부분에 비해 전후 방향으로 어느 정도 공간이 확보된 곳이다. 따라서 상대적으로 날개의 직경이 큰 팬을 천천히 회전시키더라도 공기의 유동을 충분히 발생시킬 수 있어 소음을 크게 줄일 수 있다.

UV LED(40)와 광촉매필터(50)는 덕트(30)의 배출구 쪽에 가깝게 배치된다. 도시된 바와 같이 UV LED는 배출구의 반대 방향인 광촉매필터(50)를 향해 자외선을 조사한다.

UV LED(40)와 광촉매필터(50)를 덕트(30)의 배출구 쪽에 가깝게 배치하면, 덕트 내부를 유동하는 공기가 TV의 발열에 의해 데워진 상태에서 광촉매필터를 지나게 된다. 광촉매필터와 접촉하여 분해되는 유해가스의 반응은 공기의 온도가 높을수록 더 잘 이루어지게 되므로, 이와 같이 광촉매필터와 UV LED를 배출구 쪽에 가깝게 배치하면 공기가 유동하는 경로의 거리만큼 공기가 더 데워진 상태에서 광촉매필터를 통과하도록 할 수 있어, 광촉매 반응 효율을 더 높일 수 있다. 한편 상기 UV LED의 배치 방향은 배출구의 반대방향으로 되어 있는데, 이는 자외선이 TV 외부의 공간으로 조사되는 것을 방지하기 위함이다.

도 4에 도시된 바와 같이 덕트(30)는 슬림한 공기 유동로를 형성하게 된다. 따라서 거기에 설치되는 광촉매필터(50) 또한 도 5에 도시된 바와 같이 슬림하게 제작된다. 광촉매필터(50)는 덕트(30)의 내부 공간에 딱 맞게 제작되어, 덕트 내부를 유동하는 공기가 모두 광촉매필터(50)의 통기공(51)을 지나도록 하는 것이 바람직하다.

광촉매필터는 도 5에 도시된 바와 같이 정사각형 모양의 통기공(51)이 나란히 복수 개 형성된 허니컴 구조이며, 통기공의 형상은 정사각형 뿐만 아니라 서로 인접하여 배열될 수 있는 다양한 형태, 가령 정육각형 등으로 형성될 수도 있다. 광촉매 필터는 광촉매 물질인 TiO₂의 분산액에 상기 허니컴 형상의 기체(base)를 침지하여 코팅한 후 건조 및 소결시켜 제작할 수 있다.

나란히 형성된 통기공은 UV LED를 바라보는 방향으로 형성되어 있으며, 기판(41) 상에 실장된 UV LED(40)는 상기 광촉매필터(50)를 향해 자외선을 조사한다. UV LED(40)와 마주하는 광촉매필터의 면과 UV LED(40) 사이의 거리(d)는, 기판(41)과 광촉매필터 간 거리에 따른 공기의 유동특성 변화 및 광촉매에 도달하는 자외선의 면적과 세기에 의해 달라질 것을 예상하고 실험한 결과, UV LED(40)와 광촉매필터(50) 사이의 거리(d)가 2.5cm 이격 되었을 때 탈취 효율이 가장 뛰어났으며, 그 거리가 2cm 이하로 줄어들거나 3cm 이상으로 늘어난 경우 탈취 효율이 급격히 떨어짐을 확인할 수 있었다.

둘 사이의 거리가 2cm 이하로 너무 가까우면 광촉매필터의 면적 중 자외선이 조사되는 광촉매필터의 면적이 줄어드는 반면 광촉매필터의 단위면적 당 자외선의 세기가 강해져도 광촉매 활성화 효율이 더 이상 증가되지 않는 상태가 되고, 아울러 UV LED 기판(55)이 광촉매필터와 너무 가까울 경우 자외선이 주로 조사되는 광촉매필터의 중간 영역으로는 공기 유동이 잘 되지 않아 활성화가 가장 잘 이루어지는 영역에 막상 접촉하는 공기의 양이 더 적어지기 때문이다.

또한 둘 사이의 거리가 3cm 이상으로 너무 멀면 광촉매필터에 조사되는 자외선의 단위면적 당 세기가 줄어 광촉매 활성화 정도가 떨어지고, 또 먼 거리 사이에서 유동하는 공기의 흐름이 안정화되어 층류(laminar flow)처럼 거동하여 광촉매필터의 표면과 접하는 공기의 양 자체가 줄어드는 것이 원인이 된다.

한편 하니컴 형상인 본 발명의 광촉매필터(50)의 두께(t)는 5~15mm로 형성한다. 광촉매필터(50)의 두께가 5mm보다 얇게 되면 자외선이 조사되는 광촉매필터의 표면적 자체가 줄어들어 공기 정화 효율이 저하되고, 광촉매필터(50)의 두께가 15mm보다 더 두꺼우면 공기 정화 효율을 거의 증가하지 않고 오히려 공기 유동을 방해하여 광촉매 반응 효율이 저하된다.

UV LED(40)는 자외선 영역의 파장을 가지는 광을 조사한다.

자외선 파장에 따른 TiO₂ 광촉매 물질의 자외선 흡수율은 270nm 부근의 파장을 가장 잘 흡수하고, 400nm로 갈수록 흡수율이 선형적으로 떨어지는 것으로 알려져 있다. 그러나 실제 UV LED를 사용할 때 광촉매 효율이 가장 뛰어나게 활성화되는 피크파장의 UV LED는 365nm임을 확인할 수 있었다. 이는 UV LED의 발광효율 때문인데, 피크파장이 작은 UV LED일수록 소자의 발광량이 급격히 떨어지기 때문에 낮은 피크파장을 가지는 UV LED를 사용하여 광촉매필터 표면에서 필요한 적정 자외선 세기를 맞추기 위해서는 많은 수의 UV LED를 사용해야 하나, 공기의 유동을 위해 기판의 크기를 키우는 데에도 한계가 있고, 비용 자체가 급격히 증가하게 된다. 이를 염두에 두어 실험한 결과 340nm 이하의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용하게 되면 광촉매필터에 의한 탈취효율이 급격히 떨어짐을 확인할 수 있었다.

또한 380nm 이상의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용할 때에는 광촉매의 자외선 흡수율 자체가 많이 떨어져 기존의 자외선 광원 램프를 사용할 때와 차이가 없어지는바, UV LED를 사용하는 큰 의미가 없게 된다.

실험 결과 피크파장이 360nm 이상이고 370nm 이하인 UV LED를 사용해야 광촉매필터에 의한 탈취 성능을 가장 높일 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 광촉매필터(50)가 슬림한 형상으로 되어 있으므로, UV LED에서 조사되는 광의 확산각을 조절할 필요가 있다. 즉 도 5에 도시된 도면 상 폭 방향으로는 확산각이 크고 상하방향으로는 확산각이 작을 필요가 있다. 확산각의 조절을 위해 본 발명의 UV LED(40) 전방에는 렌즈(42)가 설치된다. 도 6에서 X-X 방향이 도 5의 폭 방향이 되며, 도 6에서 Y-Y 방향이 도 5에서 상하방향이 된다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 기판(41)과 평행한 평면으로 바라본 렌즈(42)의 단면 형상은 실질적으로 타원 형상이다. 그리고 이러한 타원의 단면 형상은 기판에서 멀어질수록 점점 작아지게 된다.

도 7을 참조하면, UV LED(40)의 광조사영역의 중심축(O)을 기준으로 UV LED(40)에서 출사되는 광경로에 이르는 각을 b라 하였을 때, b가 증가함에 따라 UV LED(40)의 발광지점에서 렌즈(42) 표면의 출사점(E)까지의 거리(r)가 점점 줄어들도록 렌즈(42)의 표면 프로파일이 형성된다. 이러한 프로파일에 의하면 UV LED(40)에서 출사되는 자외선이 렌즈(42) 표면에서 굴절되어 출사되면서 광경로의 각도가 b에서 b'로 변경된다(b > b'). 따라서 UV LED(42)에서 출사되는 자외선은 렌즈(42)에 의해 상하방향으로의 확산각이 줄어들어 직진성이 강해지게 된다. 도 7에 도시된 렌즈의 단면 형상은 단축을 따라 분할된 타원의 형상과 유사하다.

반면 도 8을 참조하면, UV LED(40)의 광조사영역의 중심축(O)을 기준으로 UV LED(40)에서 출사되는 광경로에 이르는 각을 a라 하면, a가 증가함에 따라 UV LED(21)의 발광지점에서 렌즈(42) 표면의 출사점(E)까지의 거리(r)가 점점 늘어나도록 렌즈(42)의 표면 프로파일이 형성된다. 이러한 프로파일에 의하면 UV LED(40)에서 출사되는 자외선이 렌즈(42) 표면에서 굴절되어 출사되면서 광경로의 각도가 a에서 a'로 변경된다(a < a'). 따라서 UV LED(40)에서 출사되는 자외선은 렌즈(42)에 의해 좌우방향으로 그 확산각이 더 커지게 된다. 도 8에 도시된 렌즈의 단면 형상은 장축을 따라 분할된 타원의 형상과 유사하다.

본 발명에 따른 렌즈의 외부 표면은 위 두 가지 조건을 만족하며 전체적으로 곡면을 이루게 된다. 따라서 렌즈는 도 6에 도시된 바와 같이 그 외형이 타원형 또는 럭비 볼을 긴 방향으로 반 자른 형상과 유사하다.

상술한 렌즈(42)를 사용하면, 도 5에 도시된 바와 같이 UV LED(40)의 상하방향으로의 확산각을 줄여 UV LED에서 조사되는 자외선이 광촉매필터 면에 집중적으로 직접 조사되도록 할 수 있다.

도 9 내지 도 11은 각각 본 발명에 따른 다른 일 실시예들을 나타낸 도면이다.

먼저 도 9를 참조하면, 덕트(30)에 대한 공기 유입구(23)는 TV의 하부이면서 스피커(14)의 둘레를 포함하는 영역에 형성된다. 그리고 스피커(14)는 진동판의 후방 구조물이 덕트(30) 내에 수용된다. 공기 유입구(23)에는 먼지의 유입을 방지하기 위해 프리필터(70)가 설치된다.

공기 유입구(23)와 인접한 덕트 내부에는 팬(60)이 설치되어 공기의 유동을 일으킨다. 본 발명에서 배출구(24)는 상부로 개방되어 있으며, 광촉매필터(50)와 UV LED(40)는 이러한 덕트 내에서 상기 배출구와 가까이 설치된다. 물론 UV LED의 자외선 조사 방향은 광촉매필터를 향하도록 하향하고 있다.

이러한 구조에 의하면, 스피커의 둘레를 통해 공기가 유입되며 스피커와 접촉하게 되는데, 본 발명의 일실시예는 TV 내에서 상당한 열을 발생시키는 스피커의 주변을 통해 공기를 유동시킴으로써, 스피커의 방열을 도모하게 된다. 또한 공기는 더욱 데워지므로 상승기류를 타고 덕트(30)를 상승해 올라가며 광촉매필터에 의해 정화된다. 이러한 실시예에서는 덕트가 상하로 곧게 뻗어 있고 덕트의 하단부에서 스피커(14)에 의해 공기가 데워지므로, 팬(60)을 생략하더라도 공기가 자연스럽게 상승기류를 타고 유동하여 공기 정화가 이루어질 수 있다.

도 10에 도시된 공기 정화장치는, 도 9와 대비하여, 배출구(24)도 다른 하나의 스피커(14) 쪽에 형성된다는 점에 차이가 있다. 이러한 구조는 공기 정화와 함께 스피커 등에서 발생하는 열의 방열을 더욱 도모할 수 있다.

한편 도 10에서는 광촉매필터(50)보다 유동 경로상 상류에 UV LED(40)를 배치하여 광촉매필터의 전방에서 자외선이 비춤으로써 공기의 유동 방향과 자외선의 조사방향이 일치하도록 하였다. 이러한 구조는 광촉매필터를 통과해서 공기의 압력 강하가 발생하기 전에 광촉매필터의 전면 표면에서부터 광촉매 반응이 일어나도록 함으로써 광촉매필터의 유해가스 분해효율을 더 높여 준다.

앞서 도 3, 도 9, 도 10 등에 도시된 공기 정화장치는 공간적 여유가 있다면 하나의 TV 내에 동일한 형태 또는 서로 다른 형태의 공기 정화장치를 여러 개 설치할 수도 있음은 물론이다.

도 11은 오픈 덕트 구조의 공기 정화장치를 설치한 상태를 나타낸 도면이다. 하부에 형성된 유입구(23)에는 프리필터(70)가 설치되어 있는데, 외부의 공기는 프리필터(70)를 통해 먼지가 걸러진 후 덕트(30)로 유입된다. 유입된 공기는 팬(60)에 의해 가압되어 광촉매필터(50)를 향해 유동한다. 덕트는 광촉매필터(50)가 설치된 위치보다 후방에서 TV의 내부 공간을 향해 오픈되어 있다. 즉 광촉매필터(50)를 통해 정화된 공기는 덕트를 빠져나가 TV의 내부 공간으로 토출된다. TV의 내부 공간으로 토출된 공기는 내부를 유동하며 TV 부품들의 방열을 돕고, 그로 인해 가열되어 상승하면서 상부에 형성된 배출구(24)를 통해 외부로 배출된다.

한편 도 11에 도시된 공기 정화장치의 광촉매필터(50)는 상대적으로 전후 폭이 큰 TV의 하단에 형성되어 있으므로, 상부에 설치할 때보다 상대적으로 더 큰 면적의 광촉매필터를 사용할 수 있게 되고, 이에 따라 공기 정화 효율을 더 높일 수 있다.

상술한 공기 정화장치의 작동은, 가령 사용자가 TV 화면을 보면서 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이처럼 사용자에 의해 수동으로 온오프를 하는 방식 외에, 실내 공기의 질을 확인하고 공기의 질이 나쁠 때 자동으로 작동하고, 다시 공기의 질이 개선되면 자동으로 꺼지도록 구성할 수도 있다.

가령 TV의 하단이나 외측에 TVOC(Total Volatile Organic Compound) 센서를 설치하고, 센서에 의해 측정된 TVOC 값이 기준값을 넘어서는 경우 공기 정화장치의 작동이 이루어지도록 할 수 있다.

또한 공기 정화장치가 일정 기간 작동되어 센서에 의해 측정된 TVOC 값이 기준값의 20% 이하로 떨어지면 공기 정화장치의 작동을 중지시킬 수 있다. 대략 3~4시간 정도 가동하게 되면 실내 공기에 포함된 TVOC의 농도는 초기 농도의 20% 정도로 줄게 된다.

즉 본 발명에 의하면 공기 정화장치를 작동시키는 시점이 되는 TVOC 농도(D1)가 정해져 있고, 공기 정화장치의 작동을 멈추는 시점이 되는 TVOC 농도(D2)는 상기 농도(D1)에 대해 일정 비율만큼 떨어진 농도가 되도록 함으로써, 공기 정화기가 적절한 시간 동안 가동된 후 멈추도록 하였다.

만약 기준 농도(D1)보다 현재 TVOC 농도가 높으면 켜지고, 기준 농도(D1)보다 현재 TVOC 농도가 낮으면 꺼지는 방식으로 제어를 하게 되면, 공기정화기는 기준 농도(D1) 부근에서 계속 켜졌다 꺼졌다 하는 채터링(chattering) 현상을 반복할 수 있고, 이는 기기에 무리를 줄 수 있게 된다. 따라서 사람에게 유해하지 않은 정도의 TVOC 농도(D2)를 공기 정화장치가 꺼지는 시점으로 하고, 공기 정화장치가 켜지는 시점은 상기 농도(D2)보다는 일정 수준 간격을 두고 더 높은 농도(D1)로 설정하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: TV
10: 디스플레이모듈
11: 패널
12: 회로기판
13: 고정브래킷
14: 스피커
21: 베젤
22: 후면커버
23: 유입구
24: 배출구
30: 덕트
32: 플랜지
40: UV LED
41: 기판
42: 렌즈
50: 광촉매필터
51: 통기공
60: 팬
70: 프리필터
d: 거리
t: 두께

Claims

TV를 구성하는 디스플레이모듈의 후면에 장착되는 공기 정화장치로서,
공기 유동로의 일부 또는 전부를 커버하는 덕트;
상기 덕트에 설치되어 공기 유동로를 지나는 공기와 접촉하는 광촉매필터; 및
상기 광촉매필터에 자외선을 조사하는 UV LED;를 포함하는 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 유동로의 유입구는 TV의 하부에 형성된 공기 정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 유입구는 TV의 하부에 설치된 스피커 둘레의 적어도 일부에 형성되고, 상기 스피커는 적어도 그 일부가 상기 공기 유동로에 노출되는 공기 정화장치.
청구항 3에 있어서,
상기 공기 유동로의 배출구는 TV의 하부에 설치된 나머지 스피커 둘레의 적어도 일부에 형성되고, 상기 나머지 스피커는 적어도 그 일부가 상기 공기 유동로에 노출되는 공기 정화장치.
청구항 3에 있어서,
상기 공기 유동로의 배출구는 TV의 상부에 형성되는 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트는 디스플레이모듈의 배면판과 고정되도록 외향 형성되는 플랜지를 구비하는 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
UV LED는 340 ~ 380 nm의 범위 내에서 피크파장을 가지는 자외선을 조사하는 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광촉매 필터는 UV LED를 바라보는 방향으로 통기공이 인접하여 평행하게 형성된 구조인 공기 정화 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 광촉매필터의 두께(t)는 5 ~ 15mm인 공기 정화장치.
청구항 8에 있어서,
상기 광촉매 필터의 표면과 UV LED 사이의 거리(d)는 20~30mm인 공기 정화장치.
청구항 8에 있어서,
상기 광촉매필터는 다공질의 세라믹 재질의 기체에 광촉매 물질인 TiO₂를 코팅한 구조인 공기 정화장치.
청구항 8에 있어서,
상기 공기 유동로의 공기의 유동 방향은 상기 UV LED가 설치된 곳으로부터 상기 광촉매 필터가 설치된 곳을 향하는 방향인 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 유동로 내에 존재하는 공기가 유동하도록 하는 팬을 더 구비하는 공기 정화장치.
청구항 13에 있어서,
상기 TV의 전후 방향의 폭은 TV의 하부에서 가장 넓게 되며,
상기 팬은 이러한 TV의 하부에 설치되는 공기 정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 TV의 전후 방향의 폭은 TV의 하부에서 가장 넓게 되며,
상기 광촉매필터는 이러한 TV의 하부에 설치되는 공기 정화장치.
청구항 15에 있어서,
상기 광촉매필터는 상기 유입구에 연결되는 덕트 내에 설치되며,
상기 덕트는 상기 광촉매필터가 설치된 구간 뒤에서 TV의 내부 공간으로 오픈되는 구조인 공기 정화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 정화장치는 TVOC 센서를 더 구비하며,
상기 TVOC 센서에서 검출된 TVOC 농도가 기준값보다 높은 경우 공기 정화장치가 작동하도록 제어되는 공기 정화장치.
청구항 17에 있어서,
상기 공기 정화장치는 TVOC에서 검출된 TVOC 농도가 기준값에 대해 소정 비율만큼 떨어진 농도가 되면 공기 정화장치의 작동을 중지시키는 공기 정화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 유입구에는 프리필터가 설치되는 공기 정화장치.