KR20170053431A - 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치 - Google Patents

자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컵 내부를 자외선 발광다이오드를 이용하여 살균하고, 자외선과 반응하는 광촉매를 이용하여 탈취하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 관한 것으로, 전원을 인가받아 인가된 전원을 공급하는 전원 연결부; 상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 UV-A 및 UV-C 파장의 자외선을 조사하는 다중 자외선 발광다이오드부; 및 상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 가시광선을 감지하고, 가시광선을 감지함에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴오프하며, 가시광선을 감지하지 않음에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴온하는 광센서부를 포함한다.

Description

자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치{PORTABLE APPARATUS FOR STERILIZING AND DEODORIZING FOR CUP BY UV-LED}
본 발명은 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 컵 내부를 자외선 발광다이오드를 이용하여 살균하고, 자외선과 반응하는 광촉매를 이용하여 탈취하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 관한 것이다.
최근에는 종이컵 사용량 증가에 따라 다양한 환경오염 문제, 예를 들면, 종이컵이 완전히 분해되는데 20년이 소요되는 등의 문제가 발생한다는 인식이 확산되고 있다. 이에 따라, 환경오염 문제를 해결하는 방안의 하나로서 개인이 텀블러 또는 머그컵을 소지하고 다니는 경우가 증가하는 추세이다.
다만, 상술한 바와 같이 개인용 컵을 소지하고 다니는 경우, 소지한 컵을 자주 세척하기 어렵고, 세척 후에도 물기를 완전히 제거하지 못함에 따라 세균 번식의 온상이 되는 문제점이 있는 바, 자외선 살균 램프를 이용하여 컵 내 세균을 살균하려는 시도가 있다.
그러나, 종래의 자외선 살균 램프를 이용한 컵 살균 장치는 살균에 적합한 파장을 선택적으로 방출하는 것이 아니라 넓은 범위의 파장으로 파워가 분산되므로, 사실상 효과적인 살균 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 컵 살균 장치에 사용되는 자외선 램프는 수은 등의 중금속이 포함된 램프를 주로 사용하는 바, 중금속에 인체가 노출되어 질병을 야기할 수 있는 등의 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 살균용 자외선 램프는 램프의 크기 대비 소비 전력의 효율이 좋지 않은 한계를 가지고 있고, 동작을 위한 대기 시간이 상대적으로 길게 소요되는 등 소형의 램프를 사용할 경우 그 용도가 휴대용 및 개인용으로 제한될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
대한민국공개특허 제10-2011-0097306호
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 살균 기능을 수행할 수 있는 파장을 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용하여 효과적인 살균을 수행하고, 가시광선을 감지하는 경우 자외선 발광다이오드를 턴오프할 수 있는 기능을 이용하여 유해한 자외선이 인체에 조사되지 않도록 할 수 있는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 전원을 인가받아 인가된 전원을 공급하는 전원 연결부; 상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 UV-A 및 UV-C 파장의 자외선을 조사하는 다중 자외선 발광다이오드부; 및 상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 가시광선을 감지하고, 가시광선을 감지함에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴오프하며, 가시광선을 감지하지 않음에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴온하는 광센서부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 상기 다중 자외선 발광다이오드부로부터 조사된 UV-A 파장의 자외선에 의하여 활성화되는 광촉매층을 포함하여 상기 광촉매층에 접하는 기체의 탈취반응을 수행하는 광촉매 작용부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 스위칭 입력 신호에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부가 조사하는 자외선의 파장을 UV-A와 UV-C 간에 절환하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 상기 다중 자외선 발광다이오드부가 턴온된 후 30×N - 여기서, N은 1 ≤ N ≤ 10인 자연수 - 초가 경과함에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴오프하는 타이머부를 더 포함하고, 상기 타이머부는, 상기 N의 값을 입력받는 타이머 조절 버튼을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전원 연결부는 USB(Universal Serial Bus) 포트일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 상기 다중 자외선 발광다이오드부에서 조사되는 자외선의 배광각을 축소하는 광학부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 인체에는 유해하나 살균 기능을 수행할 수 있는 파장을 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용하여 효과적인 살균을 수행하고, 자외선 조사 중에 가시광선을 감지하는 경우 자외선 발광다이오드를 턴오프할 수 있는 기능을 이용하여 유해한 자외선이 인체에 조사되지 않도록 할 수 있도록 함으로써, 살균력과 안전성을 동시에 보장할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 전력 공급을 USB(Universal Serial Bus) 포트를 통하여 받을 수 있으므로 사용 장소에 구애받지 않으며, 살균 기능이 뛰어난 대역의 자외선을 사용하여 빠른 시간 내에 살균을 마칠 수 있고, 아울러, 살균이 완료된 후에 바로 작동을 오프할 수 있는 타이머를 장착하여 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 적용한 컵 내부에서 시간대별 검출된 세균수를 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 광학부를 적용하지 않은 경우에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 광학부를 적용한 경우에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 도시한 도면이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 도시한 조감도이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 도시한 저면도이고, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 컵에 적용한 모습을 나타낸 도면이며, 도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 적용한 컵 내부의 상단에서 시간대별 검출된 세균수를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 적용한 컵 내부의 중단에서 시간대별 검출된 세균수를 나타낸 그래프이며, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 적용한 컵 내부의 하단에서 시간대별 검출된 세균수를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 구조를 도시한 도면이다.
이때, 도 1 내지 도 2c에 의하면 본 발명의 일 실시예에 의한 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치는, 전원 연결부(100), 다중 자외선 발광다이오드부(200), 광센서부(300), 광촉매 작용부(400), 타이머부(500), 스위칭부(600) 및 광학부(700)를 포함할 수 있다.
전원 연결부(100)는, 외부의 전원으로부터 전원을 인가받고, 인가된 전원을 다중 자외선 발광다이오드부(200), 광센서부(300), 타이머부(500) 및 스위칭부(600) 등에 공급하는 역할을 한다. 이때, 전원 연결부(100)는, USB(Universal Serial Bus) 포트로 구성되어, 텀블러 등의 컵 소지자가 주로 휴대하고 있는 스마트폰 등을 전력 공급원으로 연결할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 전원 연결부(100)는, 사용자가 장소에 구애받지 않고 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 사용할 수 있도록 하기 위하여 어댑터를 통한 고정 외부 전원에 연결하는 기능 및 케이블을 통한 배터리에 연결하는 기능을 모두 제공하게 된다.
또한, 전원 연결부(100)는, 도 2c에 도시된 바와 같이 컵(10)의 테두리에 걸쳐지기 위하여 형성된 구조인 원판형 테두리의 가장자리에 위치하여 케이블의 탈착 시 편의를 도모하는 것이 바람직하다.
또한, 다중 자외선 발광다이오드부(200)는, 전원 연결부(100)로부터 전원을 공급받아 UV-A 및 UV-C 파장의 자외선을 자외선(UV, UltraViolet ray) 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 통하여 조사함으로써 컵 내를 살균하는 역할을 한다. 여기서, UV-A는 항균 작용을 갖는 약 315nm 내지 400nm의 파장을 가지는 자외선을 의미하고, UV-C는 바이러스의 DNA(DeoxyriboNucleic Acid)를 파괴하는 살균 작용을 갖는 약 200nm 내지 280nm의 파장을 가지는 자외선을 의미한다.
이때, 다중 자외선 발광다이오드부(200)는, 도 2b에 도시된 바와 같이 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하단에 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드 1개(220)와 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드 2개(211, 212)가 약 15mm의 간격으로 일렬로 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 여기서, UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)는, 조사하는 자외선의 파장이 짧을수록 인체에 유해하므로 살균력을 유지하는 한도 내에서 최대한 긴 파장인 약 273nm의 파장을 가지는 것이 바람직하다.
한편, UV-A 파장 및 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드의 각 전압과 전류 및 그에 따라 계산된 전력은 하기 표 1과 같다.
전압(V) 전류(mA) 전력(W)
UV-A LED 3.6 350 1.2
UV-C LED 11.4 80 0.9
여기서, 다중 자외선 발광다이오드부(200)의 발광다이오드(211, 212, 220)의 각 광출력(루멘, lm)에 따라 살균률 및 살균 시간은 변경될 수 있다. 아울러, 발광다이오드(211, 212, 220)에 인가되는 전류량의 변화에 따라 광출력이 변화되므로, 전류량의 변화에 의해서도 살균률 및 살균 시간은 변경될 수 있다.
또한, 광센서부(300)는, UV-C 파장의 자외선이 바이러스와 아울러 인체의 DNA를 파괴하지 않도록 하는 안전 장치로서, 전원 연결부(100)로부터 전원을 공급받아 가시광선을 감지하고, 가시광선을 감지함에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)를 턴오프하고, 가시광선을 감지하지 않음에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)를 턴온함으로써, 사용자가 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 턴온한 채로 컵에서 들어올리는 경우 인체에 유해한 자외선이 사용자에게 조사되지 않도록 한다. 여기서, 광센서부(300)는, 황화 카드뮴(CdS, Cadmium Sulfide)의 광전도 효과를 이용한 CdS 광도전형 센서인 것이 바람직하나, 380nm 내지 780nm의 파장을 갖는 가시광선을 검출할 수 있는 한 이에 한정되지 않으며, CdSe 광도전형 센서 또는 Si 포토다이오드와 같은 광기전력형 센서를 사용할 수도 있다.
한편, 광센서부(300)는, 가시광선을 감지함에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200) 중 인체에 유해한 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)만을 턴오프시킬 수도 있다.
여기서, 발광다이오드(211, 212, 220)와 광센서부(300)는 도 2b에 도시된 바와 같이 배치되기 위하여 원형태의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)에 장착될 수 있다. 이때, UV-C 파장을 갖는 발광다이오드 1개(220)가 약 58mm의 지름을 갖는 인쇄 회로 기판의 중앙에 장착될 수 있고, UV-A 파장을 갖는 발광다이오드 2개(211, 212)가 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드 1개(220)를 사이에 두고 인쇄 회로 기판의 지름선 상에 배치될 수 있다. 또한, UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)와 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212) 간의 거리는 각각 약 9mm로 정해질 수 있다. 한편, 광센서부(300)는, UV-A 파장을 갖는 발광다이오드 2개(211, 212) 및 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드 1개(220)가 배치된 지름선에 수직인 지름선에 배치될 수 있으며, UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)와의 거리는 약 9mm로 정해질 수 있다.
또한, 광촉매 작용부(400)는, 다중 자외선 발광다이오드부(200)로부터 조사된 UV-A 파장의 자외선에 의하여 활성화되는 광촉매층을 포함하여 광촉매층에 접하는 기체의 탈취반응을 수행함으로써, 컵 내에서 탈취 작용을 수행하게 된다. 여기서, 광촉매 작용부(400)는, 광촉매로서 티탄 산화물(
Figure pat00001
), 아연 산화물(ZnO,
Figure pat00002
), 텅스텐 산화물(
Figure pat00003
) 등을 포함할 수 있고, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하부에 코팅된 광촉매층의 형태일 수 있다.
한편, 광촉매 작용부(400)의 광촉매층에 UV-A 파장의 자외선이 조사되면 광촉매 분해 작용을 하게 된다. 다시 말하면, 광촉매층에 UV-A 파장의 자외선이 흡수되면 표면에 전자(e-)와 정공(h+)이 생기게 되고, 전자는 광촉매 표면에 있는 산소와 반응하여 슈퍼옥사이드 음이온(02)을 생성한다. 아울러, 정공은 광촉매 매질의 표면에 존재하는 수분과 반응하여 하이드록시 라디칼(OH)을 생성하게 되고, 이때 생성된 하이드록시 라디칼은 강력한 유기물질들을 산화분해할 수 있다. 이로 인해, 컵 내부에 존재하는 악취물질 등이 물과 이산화탄소로 분해되어 컵 내부의 기체를 정화하게 된다.
여기서, 다중 자외선 발광다이오드부(200)의 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212)는, 하단 중 양측면에 치우친 위치에 2개가 구비됨으로써, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하우징 외면 중 하단 및 하측면에 코팅된 광촉매층에 UV-A 파장의 자외선이 잘 흡수될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 타이머부(500)는, 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 턴온된 후 30×N(여기서, N은 1 ≤ N ≤ 10인 자연수)초가 경과함에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)를 턴오프한다. 즉, 타이머부(500)는, 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 턴온된 후 30초, 60초, 90초, 120초와 같이 30초 간격으로 30초 내지 300초까지 설정된 소정의 시간이 경과함에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)를 턴오프하도록 제어할 수 있다. 한편, 타이머부(500)는, 30초 간격으로 타이머 시간을 설정하는 것이 바람직하나 프로그래밍 등의 방식으로 타이머를 설정하는 버튼의 제어 동작을 조작하여 임의의 타이머 시간을 설정할 수 있도록 구현될 수도 있다.
여기서, 타이머부(500)에 살균 완료 시간으로 설정된 최단 시간인 30초는 지름 7cm 높이 15cm인 원통형의 컵에 대장균(E.Coli wild)을 배양한 후 도 2c에 도시된 바와 같이 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 장착시킨 후 턴온하여 살균률을 측정한 결과 30초 이후부터 90%의 살균률을 나타냄에 따라 얻어진 시간으로, 상단(높이 약 9cm 초과 17cm 이하)에 대하여 나타난 결과는 하기 표 2와 같고, 이를 그래프로 나타낸 결과는 도 3a와 같다.
Figure pat00004
또한, 중단(높이 약 1cm 초과 9cm 미만)에 대하여 나타난 결과는 하기 표 3과 같고, 이를 그래프로 나타낸 결과는 도 3b와 같다.
Figure pat00005
또한, 하단(높이 약 0cm 내지 1cm)에 대하여 나타난 결과는 하기 표 4와 같고, 이를 그래프로 나타낸 결과는 도 3c와 같다.
이때, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 세균수의 단위는 백만마리, 조사시간의 단위는 초이다.
한편, 실험에 사용된 컵의 크기는, 외경 82mm, 내경 75mm의 텀블러 모양으로, 외부 길이는 18cm, 내부 길이는 17cm이다. 또한, 한천 배지에 무리를 형성할 수 있는 생균 등 일반 세균은 대장균(E.Coli wild)에 비하여 자외선에 약한 것이 대부분이므로 대장균이 아닌 일반 세균의 경우에 본 발명의 장치를 적용할 경우 30초보다 짧은 시간에 90%의 살균률을 보일 수 있다.
즉, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 가지고 실험한 결과, 30초까지는 살균률이 급격히 증가하나 그 이후에는 완만하게 증가하는 것을 알 수 있으며, 살균력과 전력 소모 등을 고려해 볼 때 타이머부(500)에 의하여 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 턴오프되는 시간은 턴온 후 30초 내지 300초 사이, 특히, 60초가 경과한 때에 살균이 완료된 것으로 보는 것이 바람직하다.
이때, 타이머부(500)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 사용자의 입력에 따라 타이머 시간을 설정하는 타이머 조절 버튼(510) 및 설정된 타이머 시간 및 남은 시간을 표시하는 타이머 시간 표시부(520)를 포함할 수 있으며, 타이머 조절 버튼(510)을 한 번 누른 경우 타이머 시간이 30초로 설정되고, 타이머 조절 버튼(510)을 누르는 횟수에 따라 30초×누르는 횟수 만큼의 타이머 시간이 설정될 수 있다. 즉, 타이머부(500)는, 사용자가 타이머 조절 버튼(510)을 누르는 횟수가 10회에 이를 때까지는 타이머 시간이 30초씩 증가하나, 누르는 횟수가 11회가 되면 다시 0초로 초기화되고, 다시 타이머 조절 버튼(510)을 누르는 횟수가 21회에 이를 때까지 타이머 시간이 30초씩 증가하는 식으로 구현될 수 있다.
또한, 타이머 시간 표시부(520)는, 타이머 조절 버튼(510)에 의하여 타이머 시간 설정 중에는 현재 설정된 시간을 표시하고, 스위칭부(600)에 의하여 장치가 턴온된 후에는 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 빛을 조사하는 잔여 시간을 표시할 수 있다.
한편, 스위칭부(600)는, 장치의 턴온 및 턴오프 스위치로 사용될 수도 있고, 사용자가 입력하는 스위칭 입력 신호에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 조사하는 자외선의 파장을 UV-A와 UV-C 간에 절환하는 스위치로 사용될 수도 있다.
즉, 사용자가 컵(10) 내에 음식물을 보존하는 경우에는 스위칭부(600)를 조작하여 항균 작용이 있는 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212)만을 턴온시키기고, 사용자가 컵(10)을 비운채로 살균을 수행하고자 하는 경우에는 스위칭부(600)를 조작하여 살균 작용이 있는 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)만 턴온시키거나 살균 작용이 있는 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220) 및 항균 작용이 있는 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212)를 모두 턴온시킬 수도 있다.
또한, 광학부(700)는, 다중 자외선 발광다이오드부(200)에서 조사되는 자외선의 배광각을 축소하여 특히, 살균 작용이 있는 UV-C 파장을 갖는 자외선이 컵의 하단에까지 골고루 조사되도록 한다. 이때, 광학부(700)는, 도 2c에 도시된 바와 같이 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)를 중심으로 장치의 바닥면을 커버하는 렌즈 커버의 형태일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 광학부(700)를 적용하지 않은 경우에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치에 광학부(700)를 적용한 경우에 대한 실험 결과를 나타낸 도면으로, 이에 관하여 상술하면 하기와 같다.
도 5a는, 광학부(700), 즉, 렌즈 커버를 적용하지 않은 경우에 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러 내에 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)로부터 자외선이 조사될 때 측정한 배광각의 패턴을 나타낸다. 즉, UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)의 배광각은 0도 내지 180도에 걸쳐 골고루 분포되어 있음을 알 수 있다.
도 5b는, 도 5a의 경우 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러 내에서 측정된 광량을 나타내며, 가로축은 텀블러의 원형 내부를 표시하기 위한 각도(0도 내지 360도)이며, 세로축은 텀블러의 상단의 맨 위쪽에서 측정된 값을 0mm로 대응시키고 텀블러 하단의 맨 아래쪽에서 측정된 값을 170mm에 대응시키기 위한 길이(0mm 내지 170mm)이다. 즉, 렌즈 커버를 적용하지 않은 경우 주로 광량이 강한 붉은색은 상단(0mm 내지 80mm)에서만 관찰되고, 중단 내지 하단에는 측정된 광량이 약한 것을 알 수 있다.
도 5c는, 도 5a의 경우 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러의 바닥에서 측정된 광량을 나타내며, 가로축 및 세로축은 텀블러 원형 바닥의 중심을 기준으로 위치한 거리(mm)를 의미한다. 즉, 렌즈 커버를 적용하지 않은 경우 텀블러 바닥의 가장자리의 약 5mm 되는 부분은 측정된 광량이 매우 약한 것을 알 수 있다.
도 6a는, 광학부(700), 즉, 렌즈 커버를 적용한 경우에 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러 내에 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)로부터 자외선이 조사될 때 측정한 배광각의 패턴을 나타낸다. 즉, 렌즈 커버를 적용한 경우 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)의 배광각은 주로 발광다이오드(220)에 수직인 선을 기준으로 약 ±20도의 범위 내에 걸쳐 분포되어 있음을 알 수 있다.
도 6b는, 도 6a의 경우 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러 내에서 측정된 광량을 나타내며, 가로축은 텀블러의 원형 내부를 표시하기 위한 각도(0도 내지 360도)이며, 세로축은 텀블러의 상단의 맨 위쪽에서 측정된 값을 0mm로 대응시키고 텀블러 하단의 맨 아래쪽에서 측정된 값을 170mm에 대응시키기 위한 길이(0mm 내지 170mm)이다. 즉, 렌즈 커버를 적용한 경우 푸른색은 관찰되지 않고, 상단부터 하단까지 골고루 소정 값 이상의 광량이 측정됨을 알 수 있다.
도 6c는, 도 6a의 경우 도 2c에 도시된 바와 같은 텀블러의 바닥에서 측정된 광량을 나타내며, 가로축 및 세로축은 텀블러 원형 바닥의 중심을 기준으로 위치한 거리(mm)를 의미한다. 즉, 렌즈 커버를 적용한 경우 텀블러 바닥의 가장자리의 광량이 약한 부분의 면적이 도 5c에 비하여 현저히 줄어듬을 알 수 있다.
도 1 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 컵(10)에 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하단이 컵(10) 내부에 들어갈 수 있도록 장착한다. 여기서, 도 2c에 도시된 바와 같이 컵(10)의 테두리에 걸쳐지기 위하여 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하우징의 일부로서 원판 구조가 형성되는데, 일반적인 컵(10)의 지름을 고려하면 원판의 지름(A)은 약 10cm인 것이 바람직하다.
아울러, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하단은 반원형의 하우징으로 형성되며, 이를 통하여 입구가 작은 컵의 경우에도 장착 가능한 장치를 구현할 수 있다.
이후에, 전원 연결부(100)를 통하여 전원 또는 스마트폰의 배터리를 케이블로 연결하고, 스위칭부(600)를 제어하여 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치를 턴온한다. 이때, 광촉매 작용부(400)는, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하단은 반원형의 하우징의 외면에 티탄 산화물 광촉매층 등의 형태로 코팅되어, UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212)에서 조사된 자외선을 흡수하여 컵(10) 속 기체 내 유기 물질을 분해함으로써 탈취 작용을 수행한다.
만약, 컵(10) 내부에 음식물을 보관하고자 하는 경우에는 음식물의 영양소 등이 파괴되지 않도록 항균 작용이 있는 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212)만을 턴온하도록 스위칭부(600)를 제어한다.
한편, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치가 턴온된 채로 컵(10)에서 분리되는 경우에는, 광센서부(300)가 다중 자외선 발광다이오드부(200) 중 적어도 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)를 턴오프한다.
다음에, 타이머부(500)는, 다중 자외선 발광다이오드부(200)가 턴온된 후 30×N초가 경과함에 따라 다중 자외선 발광다이오드부(200)를 턴오프한다.
이때, 상술한 표 1에 따른 UV-A 파장을 갖는 발광다이오드(211, 212) 및 UV-C 파장을 갖는 발광다이오드(220)의 전압 및 전류를 고려해보면, 약 3.8V의 전압과 약 3A의 전류, 즉, 11.4W의 전력을 갖는 스마트폰의 배터리를 사용하는 경우 대략 수시간 동안 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치가 턴온될 수 있음을 알 수 있다.
아울러, 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치의 하우징은 방수용 패키지일 수 있고, 이 경우, 싱크대 배수구의 살균 및 탈취에도 사용될 수 있다.
이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 전원 연결부
200: 다중 자외선 발광다이오드부
300: 광센서부
400: 광촉매 작용부
500: 타이머부
600: 스위칭부
700: 광학부

Claims (6)

  1. 전원을 인가받아 인가된 전원을 공급하는 전원 연결부;
    상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 UV-A 및 UV-C 파장의 자외선을 조사하는 다중 자외선 발광다이오드부; 및
    상기 전원 연결부로부터 전원을 공급받아 가시광선을 감지하고, 가시광선을 감지함에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴오프하며, 가시광선을 감지하지 않음에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴온하는 광센서부를 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중 자외선 발광다이오드부로부터 조사된 UV-A 파장의 자외선에 의하여 활성화되는 광촉매층을 포함하여 상기 광촉매층에 접하는 기체의 탈취반응을 수행하는 광촉매 작용부를 더 포함하는 광 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    스위칭 입력 신호에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부가 조사하는 자외선의 파장을 UV-A와 UV-C 간에 절환하는 스위칭부를 더 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다중 자외선 발광다이오드부가 턴온된 후 30×N - 여기서, N은 1 ≤ N ≤ 10인 자연수 - 초가 경과함에 따라 상기 다중 자외선 발광다이오드부를 턴오프하는 타이머부를 더 포함하고,
    상기 타이머부는, 상기 N의 값을 입력받는 타이머 조절 버튼을 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전원 연결부는 USB(Universal Serial Bus) 포트인 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중 자외선 발광다이오드부에서 조사되는 자외선의 배광각을 축소하는 광학부를 더 포함하는 자외선 발광다이오드를 이용한 휴대용 컵 살균 및 탈취 장치.
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