KR20170114678A - 공기 정화 기능을 내장한 엘이디 조명기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선을 이용하여 공기를 정화하는 기능을 갖춘 LED 조명기기에 관한 것으로서, 기존의 자외선 방전램프를 이용한 살균기능을 대신할 수 있는 자외선 LED를 이용하여 공기 중의 곰팡이, 바이러스 및 박테리아를 사멸시켜 공기 정화 기능을 구현하며 동시에 자외선 LED에서 발광된 자외선을 형광체가 도포된 확산판에 조사하여 가시광선을 여기 시켜 그 빛을 실내조명으로 활용하는 공기 정화기 겸용 조명기기이다. 기존의 자외선 공기 정화기술은 공기 정화 기능을 위한 자외선 방전램프 또는 자외선 LED 부분과 조명기능을 위한 가시광선 LED 부분을 각각 구비함으로서 외관의 크기가 커지고 중량이 무거워지는 단점이 있었다. 또한 두 종류의 LED를 구동하므로 전원단의 비용이 상승되고 에너지 소모가 많아지는 단점이 있었다. 본 발명에서는 자외선 LED와 형광체를 이용하여 두 가지 기능을 동시에 구현함으로서 기존 기술의 단점을 극복하여 경제적인 공기 정화 기능을 갖춘 LED 조명기기 보급이 가능한 방법을 제시하였다.
Description
본 발명은 자외선 광원에서 자외선을 발생시켜서 공기 중에 있는 세균, 박테리아, 바이러스 등 인체에 유해한 영향을 주는 병원체를 사멸시키는 자외선 살균작용과 광원에서 발생된 자외선을 형광 물질이 도포된 확산판에 조사하여 가시광선을 발광시켜 조명용으로 활용할 수 있는 조명기능을 하나의 기기에서 구현한 공기 정화기능과 조명기능이 결합된 LED 조명기기에 관한 것이다.
자외선 파장의 범위는 100nm~400nm(1nm=10-7cm)로 되어 있는데 자외선-A (315~400nm), 자외선-B (280~315nm) 또는 자외선-C (100~280nm) 영역으로 분류하고 있다. 이러한 파장을 인공적으로 가장 효율적으로 만든 수단으로 자외선 방전램프가 많이 이용되고 있다. 자외선 살균램프는 자외선-C 중에서 가장 살균력이 강한 253.7nm 파장이 풍부하게 발생 되는 램프를 사용한다. 자외선에 의한 살균은 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등 대부분의 세균에 대해 효과적이다. 자외선 살균램프는 이러한 특성을 살려서 식품, 의료, 화장품, 전자공업 등 많은 분야에 고도 살균 방법으로 사용되고 있으며 동시에 음료수 살균과 실내 공기 살균등 일상생활의 주변에서도 많이 이용되고 있다.
현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 자외선 방전램프는 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 첫째로 자외선 방전램프의 수명이 짧아서 잦은 교체가 필요하여 이에 따른 관리비용이 증가한다. 둘째로 고압방전 방식을 사용하기 때문에 에너지 소모가 크다. 셋째로 자외선 광량의 미세 조절에 어려움이 있어 가정용으로 적용하기에는 어려움이 있다.
최근에는 LED의 기술이 발달하여 자외선 방전램프의 문제점을 개선할 수 있는 자외선-A, 자외선-B, 자외선-C를 발광하는 자외선 LED가 개발되었다. 자외선 LED를 사용하여 공기 청정 기능을 갖춘 자외선 LED 공기 청정기기 제품 기술이 지속적으로 개발되고 있다. 본 발명은 이러한 기술적 요구 사항을 만족시키기 위하여 자외선 LED를 이용하여 공기 정화기능과 조명기능을 동시에 활용하는 기술을 제공한다.
일반적으로 사람들이 주로 거주하는 실내 공간은 산업화의 결과로 각종 석유화합 제품에 포함된 포름알데하이드, 휘발성 유기 화합 물질 등의 유해물질과 대기 오염으로 인한 유해 중금속, 미세먼지, 세균, 냄새 등의 오염이 발생하고 있다. 이러한 실내 공간에서 돌아다니는 유해 물질로 인해 아토피를 비롯한 각종 피부병과 천식 등의 질환이 발생하는 것으로 보고되고 있다.
이러한 생활환경에서 공기를 정화를 위한 공기정화장치의 개발 및 판매가 증가하고 있는 추세이다. 현재 일반적인 공기 정화장치는 필터를 사용하여 유해물질을 걸러내는 기본 장치에 광촉매를 이용한 살균 방식, 음이온 발생기를 적용한 살균 기능 등을 동시에 구현하여 정화기능을 향상시킨다. 또한, 자외선 발생이 가능한 자외선 방전램프를 사용하기도 한다.
그러나 상술한 공기 청정 방식의 경우 필터의 교환 등 주기적으로 별도의 관리가 필요한 단점이 있으며, 필터에 부착된 세균에 의한 2차 오염의 문제도 발생하고 있다. 자외선 방전 램프를 사용하는 공기 청정 방식의 경우 자외선이 인체에 직접 조사되는 경우에 눈의 시력에 손상을 줄 수 있고 피부에는 피부암을 일으킬 수 있어 사용상에 주의가 요구된다. 또한, 자외선 방전램프의 부피가 크고 방전을 일으키는 전원부가 복잡하여 제품의 외관이 커서 물리적 공간을 많이 차지하기 때문에 사용상의 제약이 많이 따른다.
이러한 단점을 극복하기 위해 자외선 LED를 적용한 소형 공기 정화 장치 개발이 많이 진행되고 있다. 공기 정화 방식은 하우징을 구비하여 구비된 하우징 내부 일 측에 자외선 LED를 배열한 PCB를 배치하여 자외선 방사 영역을 만들고 이 자외선 방사 영역에 공기를 흘려보내서 살균하는 원리이다. 공기의 흐름을 원활하게 하기 위하여 모터가 달린 팬을 사용하기도 한다. 유체역학적으로는 실내공기가 자연대류를 하므로 별도의 순환장치를 마련하지 않아도 되는 것으로 알려져 있다.
상기 하였 듯이 자외선은 인체에 직접 조사되는 경우 나쁜 영향을 미치기 때문에 공기 정화영역은 하우징 내부에서 국한 시켜서 자외선이 외부로 방사시키는 것을 차단한다. 조명 부분은 가시광선 LED를 배열한 별도의 PCB를 사용하여 구성한다.
본 발명에서는 살균력이 가장 강한 자외선-C의 특성을 제품에 적용하였다. 자외선-C는 반사가 되지 않고 유리나 플라스틱을 통과하지 못하는 성질을 가지고 있다. 또한, 자외선은 특정의 희토류가 포함된 형광체 물질에 조사하면 광자에너지가 가시광선을 여기 시키는 특성을 가지고 있다. 따라서 하우징 전면에 형광체가 도포된 유리 또는 플라스틱을 구비하여 자외선의 직접 조사를 차단하고 자외선에 의해서 여기 된 가시광선을 실내를 비추는 조명용으로 사용할 수 있다. 이 기술을 적용하면 소형, 경량화가 가능한 에너지 절약이 가능한 공기 정화 기능을 갖는 조명기기를 개발할 수 있다.
본 발명은 기존의 공기 정화기 겸용 LED 조명기기의 단점을 보완하여 제품의 원가 및 에너지 소모를 절감하고자 하는 데 목적이 있다. 선행 기술에서 제시된 공기 정화기 겸용 LED 조명기기의 방식은 공기 정화 기능을 구현하기 위한 자외선 LED 모듈 1개와 조명기능을 구현하기 위한 가시광선용 LED 모듈 1개를 별도로 구성하여 2개의 LED 모듈을 사용하여 제품을 구성하였다.
기존 방식의 기술을 사용하기 위해서는 2개의 모듈을 구비하기 위한 기구물의 외형이 커지게 되고 또한 각각의 LED 모듈을 구동하기 위한 전원부의 이중구조에 따른 외관설계의 어려움과 원가 상승의 문제가 있다.
또한, 조명용 LED 모듈과 별도로 살균 공간을 마련하기 위하여 하우징의 크기가 커지게 되어 외관 디자인의 제약이 따르게 되며, 공기 흐름을 유도하기 위한 스페이서 부착 등의 추가적인 기구 형태가 필요하여 케이스의 형상이 복잡하게 되어 필연적으로 제품의 가격이 상승하게 된다.
본 발명에서 제시하는 기술은 자외선의 광자에 노출 되면 고유의 가시광선으로 변환시키는 형광체의 특성과 자외선-A, 자외선-B, 자외선-C를 발광시키는 자외선 LED의 특성을 활용하여 공기 정화 기능과 조명 기능을 하나의 공간에서 동시에 수행할 수 있도록 하여 기존 방식을 개선하였다.
제안된 발명에서는 자외선 LED가 배열된 자외선 LED 모듈과 수직 방향으로 구성된 흡입구로부터 된 공기가 인입되게 된다. 인입된 공기는 자외선이 발광되고 있는 살균 공간을 지나가면서 살균 처리되고, 살균된 공기는 반대편 배기구를 통하여 배출되게 된다.
조명을 위한 가시광선은 자외선 LED 모듈 전면에 LED 모듈과 평행으로 배치된 형 광물질이 도포된 LED 확산판에 도달된 자외선에 의해서 여기 된다. 여기 되는 가시광선은 특정의 형광체를 적용하여 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명에서는 기존의 제품이 자외선용 LED와 조명용 LED를 이중으로 가져가는 문제점을 근원적으로 해결하여 이에 따른 에너지 낭비 문제 해소 및 제품의 원가 절감 효과를 얻는 공기 정화 기능 LED 조명을 개발하는 것에 발명의 목적이 있다.
본 발명인 공기 정화 기능을 내장한 LED 조명기기는 천장의 형태에 부합되는 복수 개의 고정 부재에 의해 천장에 고정되어 LED 조명기기가 고정되는 천장 장착가이드와, 상기 천장 장착가이드에 고정되는 상부프레임이 구비되고, 상기 상부프레임에 상단에는 전원단이 형성되고 그 하단에는 모터로 구동되어 실내공기를 흡입하는 팬이 구비되고, 상기 상부프레임과 연결되어 상기 팬과 상기 모터를 내장시키는 하부프레임이 구비되고, 상기 하부프레임에 자외선 LED가 배열된 PCB가 배치되고, 배치된 PCB 하부에 공기 정화를 위한 공간이 형성되어 자외선에 의해 공기 정화가 이루어지는 공기정화기와 상기 하부프레임에 특정의 형광체가 도포된 확산판이 고정되고, 고정된 확산판에 조사된 자외선에 의하여 가시광선이 여기 되어 실내에 여기된 가시광선을 비추는 조명장치가 결합되어 구성된다.
본 발명은 기존의 제품에 비해 첫째로는 자외선 LED를 공기 정화 기능과 조명기능에 동시에 사용하므로 LED 소자의 숫자가 줄어들게 되는 효과를 얻을 수 있으며, 둘째로는 제품의 에너지 효율 증대 및 공간 축소 효과, 자유로운 제품 외관 디자인 유연성을 얻을 수 있다. 셋째로 형광체의 변환을 이용하여 다양한 스펙트럼을 가지는 고품질 감성조명 제품을 구현할 수 있다. 부수적으로 전원부의 저전력화, 케이스 구조의 단순화, 경량화가 가능하고 제품의 원가도 획기적으로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 대한 개념도.
도 2는 기존 공기 정화 겸용 LED 조명기기에 대한 개념도.
도 3은 본 발명에 관한 바람직한 실시 예에 관한 도면
도 2는 기존 공기 정화 겸용 LED 조명기기에 대한 개념도.
도 3은 본 발명에 관한 바람직한 실시 예에 관한 도면
본 발명에 의한 공기 정화기능을 내장한 LED 조명기기의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도2 는 기존 기술을 기반으로 하는 공기 정화기 겸용 LED 조명기기(2000)에 대한 예시이다. 기존의 조명기기(2000)는 하우징(500)을 구비하고, 상기 하우징(500) 내부에 모터로 구동되어 실내공기를 흡입하는 팬(400)이 구비되고, 상기 하우징(500) 내부에 자외선 LED가 배열된 PCB(600)가 배치되고, 배치된 자외선 LED PCB(600) 상부에 공기 정화를 위한 영역(700)이 형성되고, 상기 하우징(500) 내부에 가시광선 LED가 배열된 PCB(601)이 배치되고, 배치된 가시광선 LED PCB(601) 하부에 가시광선이 조사되기 위한 발광영역(701)이 결합되어 구성된다.
상기한 공기 정화기 겸용 LED 조명기기(2000)는 정화기능과 조명기능을 구현하기 위해 각각 별도의 부품과 각각의 부품이 배치되기 위한 공간을 차지하여 제품 설계에 어려움이 있으며, 이로 인해 제품 가격 상승, 제품 무게 상승 등 근본적인 문제점을 내포하게 된다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 공기 정화 영역(700)과 발광영역(701)을 하나의 영역으로 구성하였다. 본 발명의 일 실시예인 도1을 통하여 발명의 구체적인 구현 방법을 설명하고자 한다.
도1의 공기 정화 기능을 내장한 LED 조명기기(1000)는 천장의 형태에 부합되는 복수 개의 고정 부재에 의해 천장에 고정되어 LED 조명기기가 고정되는 천장 장착가이드와, 상기 천장 장착가이드에 고정되는 상부프레임(200)이 구비되고, 상기 상부프레임(200)의 상단에는 전원단(300)이 형성되고 그 하단에는 모터로 구동되어 실내공기를 흡입하는 팬(400)이 구비되고, 상기 상부프레임(200)과 연결되어 상기 팬과 상기 모터를 내장시키는 하우징(500)이 구비되고, 상기 하우징(500)에 자외선 LED가 배열된 PCB(600)가 배치되고, 배치된 PCB 하부에 공기 정화를 위한 공간(700)이 형성되어 자외선에 의해 공기 정화가 이루어지는 공기정화기와 상기 하우징(500)에 형광체(801)가 도포된 확산판(800)이 고정되고, 고정된 확산판(800)에 조사된 자외선에 의하여 가시광선이 여기 되어 실내에 빛을 비추는 발광영역(701)이 결합되어 구성된다.
기존 기술을 나타낸 도2의 공기 정화 영역(700)과 발광영역(701)은 구성상에 있어 물리적으로 필요한 영역이 1:1의 비율에 근접하게 된다. 가시광선 LED와 자외선 LED의 단일 소자 크기는 통상 3.0~6.0 mm의 외관을 가진다. 이러한 이유로 LED를 배열하는 PCB의 크기도 유사하게 된다.
본 발명에서 같이 공기 정화 영역(700)과 발광영역(701)을 하나의 영역에 구현하게 되면 필요한 물리적 영역이 1/2로 줄게 되어 제품의 종합적인 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 사용된 형광체는 상기 발광영역(701)에 발광되는 자외선을 받아 광발광하는 것으로, 광발광하는 전자기파는 파장에 따라서 자외선-A (315~400nm), 자외선-B (280~315nm) 또는 자외선-C (100~280nm) 영역으로 나뉜다.
본 발명의 또 다른 실시 예로 광 발광에 사용되는 전자기파를 발광하는 광원을 가시광선(400~700nm) LED와 자외선 LED를 혼용하여 사용할 수 도 있다.
바람직하게는, 본 발명의 형광체는 자외선-C (100~280nm)의 빛을 흡수하여, 녹색(555nm) 발광, 황색(587nm)발광 및 적색(656nm)발광을 일으키는 물질로 전이금속, 후전이금속 또는 란탄족 금속에 의하여 활성화되는 산화물계(O), 포스페이트계(PO4), 보레이트계(BO3), 실리케이트계(SiO4), 알루미네이트계(AlO), 황화물계(S), 산질화물계(ON) 및 질화물계(N) 물질을 포함할 수 있다. 또한, Pr3 +, Nd3 +, Eu3 +, Eu2 +, Ce3 +, Ce4 +, Tb3 +, Bi3 + 및 Pb2 + 중에서 선택되는 것 중 어느 하나에 의해 활성화된 산화물계(O), 포스페이트계(PO4), 보레이트계(BO3), 실리케이트계(SiO4), 알루미네이트계(AlO), 황화물계(S), 산질화물계(ON) 및 질화물계(N) 물질로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 확산판(800)은 형광체를 고정 시키는 역할을 함과 동시에 자외선이 인체로 직접조사 되는 것을 차단하는 역할을 한다. 상기 확산판(800)은 가시광선의 투과가 가능한 물질이며 유리, 쿼츠 및 합성수지 중 어느 하나일 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시 예인 천장 부착형 조명기기의 예시이다. 본 발명의 제품이 반드시 사각형의 형태에 국한되지 않는다는 것은 자명한 사실이다.
본 발명의 일 실시 예는 실내 거실 및 안방, 공부방 등에 적용한 천장 부착형 공기 정화 기능을 갖춘 LED 조명기기이다. 현재 LED 조명의 보급이 속도를 내고 있어 향후 LED 제품에 대한 수요는 지속적으로 확대될 것으로 예상된다.
본 발명의 실시 예는 특히 아파트 등 공동 주택의 평면 내에서 직접 햇볕이 들지 않는 공간에 사용이 가능한 제품이다. 햇볕이 들지 않는 공간에서는 곰팡이의 서식이 적합한 환경이 되기가 쉬워 곰팡이 냄새로 어려움을 겪는 경우가 많다. 또한, 지하 공간에서도 별도의 정화기를 갖추지 않으면 곰팡이 및 세균에 의한 오염으로 실내 공간이 생활에 불편을 주거나 질병이 발생할 수도 있다.
본 제품이 개발된다면 고밀도로 개발되어 햇볕을 받지 못하는 공간에 공기 정화 기능과 동시에 조명 효과를 제공함으로써 쾌적한 공간 환경을 제공할 수 있다.
200: 상부 프레임 300:전원단
400: 흡입팬 500: 하우징
600: 자외선 LED PCB 601: 가시광선 LED PCB
700: 공기 정화 영역 701: 발광 영역
800: 확산판 801: 형광체
10: 좌측면도 20: 배면도 30: 평면도 40: 하면도
400: 흡입팬 500: 하우징
600: 자외선 LED PCB 601: 가시광선 LED PCB
700: 공기 정화 영역 701: 발광 영역
800: 확산판 801: 형광체
10: 좌측면도 20: 배면도 30: 평면도 40: 하면도
Claims (7)
- 공기 정화 기능을 갖춘 조명기기에 있어서,
상기 조명기기에 일 측에 적어도 하나이 자외선 파장대의 광에너지를 방사하는 자외선 LED를 내장하며;
상기 자외선 LED를 구동하는 전원부를 조명기기 일 측에 구비하며;
상기 자외선 LED에서 방사되는 자외선이 조사되는 범위에 가시광선 발광 형광체를 도포한 커버를 일 측에 내장하는 것을 특징으로 하는 자외선 LED를 이용한 공기 정화 LED 조명기기. - 상기 1항에 있어서, 자외선 LED에서 방사되는 자외선이 조사되는 범위에 공기의 원활한 흐름을 발생시키기 위해 상기 조명기기의 일 측에 팬이 달린 모터를 내장하는 것을 특징으로 하는 자외선 LED를 이용한 공기 정화 LED 조명기기.
- 상기 1항에 있어서, 자외선 LED에서 방사되는 자외선은 100nm 내지 315nm의 자외선-C(Ultra Violet-C)인 것을 특징으로 하는 자외선 LED를 이용한 공기 정화 LED 조명기기.
- 상기 1항에 있어서, 자외선 LED는 100nm 내지 315nm의 자외선은 방사하는 자외선-C(Ultra Violet-C) LED와 315nm 내지 400nm의 자외선-A(Ultra Violet-A) LED를 적어도 하나씩 구비하는 것을 특징으로 하는 자외선 LED를 이용한 공기 정화 LED 조명기기.
- 상기 1항에 있어서, 자외선 LED는 100nm 내지 315nm의 자외선은 방사하는 자외선-C(Ultra Violet-C) LED와 420nm 내지 470nm의 청색(Blue light) LED를 적어도 하나씩 구비하는 것을 특징으로 하는 자외선 LED를 이용한 공기 정화 LED 조명기기.
- 상기 1항에 있어서, 조명기기 커버에 도포되는 형광체는 자외선-A (315~400nm) 또는 자외선-B (280~315nm) 또는 자외선-C (200~280nm)에 여기 되어 가시광선(400~700nm)을 방사하는 것을 특징으로 하는 형광체로 전이금속, 후전이금속 또는 란탄족 금속에 의하여 활성화되는 산화물계(O), 포스페이트계(PO4), 보레이트계(BO3), 실리케이트계(SiO4), 알루미네이트계(AlO), 황화물계(S), 산질화물계(ON) 및 질화물계(N) 군에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 LED 조명기기.
- 상기 6항에 있어서, 상기 형광체는 Pr3 +, Nd3 +, Eu3 +, Eu2 +, Ce3 +, Ce4 +, Tb3 +, Bi3 + 및 Pb2+ 중에서 선택되는 것 중 어느 하나에 의해 활성화된 물질인 것을 특징으로 하는 공기 정화 LED 조명기기.
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2016
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