KR20230024236A - 인체에 무해한 살균 장치 - Google Patents

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KR20230024236A
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이성욱
박성진
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나노씨엠에스(주)
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치는 자외선 광원 및 상기 자외선 광원에서 방출되는 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 필터를 포함하는 자외선부, LED 광원을 포함하는 조명부, 및 상기 자외선부 및 조명부의 온오프를 제어하고 전원을 공급하는 제어부를 포함하고, 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 3nm 이하의 나노형광체를 포함한다.

Description

인체에 무해한 살균 장치{Sterilization device harmless to human body}
본 발명은 살균 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 마이크로 프라즈마 207 내지 222 nm 파장의 램프에서 발생할 수 있는 미량의 230 내지 270 nm 영역의 자외선을 흡수하여 독성을 없게 하여 인체에 무해한 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균 장치, 살균 및 조명기능을 포함하는 살균 램프, 및 살균 방법에 관한 것이다.
자외선을 조사하여 살균하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, DNA는 파장 260 nm 파장 부근에 가장 높은 흡수특성을 나타내는 것이 알려져 있다. 저압 수은 램프는, 254 nm 파장 부근에 높은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 이 때문에, 수은 램프를 이용하여 살균을 행하는 기술이 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 파장대의 자외선을 인체에 조사하면, 인체에 영향을 미치는 리스크가 있는 것이 알려져 있다.
피부는, 표면에 가까운 부분으로부터 표피, 진피, 그 심부의 피하 조직의 3개의 부분으로 나누어지고, 표피는 더 표면에 가까운 부분으로부터 순서대로, 각질층, 과립층, 유극층, 기저층의 4층으로 나누어진다. 파장 254 nm의 자외선이 인체에 조사되면, 각질층을 투과하여, 과립층이나 유극층, 경우에 따라서는 기저층에 이르고, 이들층 내에 존재하는 세포의 DNA에 흡수된다. 이 결과, 피부암을 일으킬 수 있는 문제가 있다.
일본 특허 제6025756호
본 발명으로 해결하고자 하는 기술적 과제는, 인체에 무해한 살균 장치 및 살균 램프를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프는 자외선 광원 및 상기 자외선 광원에서 방출되는 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 필터를 포함하는 자외선부; LED 광원을 포함하는 조명부; 및 상기 자외선부 및 조명부의 온오프를 제어하고 전원을 공급하는 제어부를 포함하고, 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 3nm 이하의 나노형광체를 포함한다.
또한, 상기 나노형광체는 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 자외선부가 제1 시간동안 동작하도록 제어하되, 상기 제1 시간동안 동작하는 중간에, 제2 시간동안 상기 자외선부를 턴오프 하는 한 번 이상의 휴지기를 포함하도록 상기 자외선부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 자외선부의 누적 동작시간이 임계값 이상인 경우, 상기 자외선부를 턴오프 시키고, 상기 자외선부에 대한 교체정보를 표시할 수 있다.
또한, 상기 자외선부의 동작정보를 표시하는 표시부를 포함하고, 상기 자외선부가 동작시 제1색으로 표시하고, 상기 자외선부가 누적 동작시간이 임계값 이상인 경우, 제2색을 표시하고, 상기 자외선부가 정상 동작하지 않는 경우, 제2색을 점멸할 수 있다.
또한, 상기 자외선부의 온오프 시키는 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자가 실장 된 기판, 또는 살균 램프 내부의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도센서가 측정한 온도가 임계값 이상인 경우, 상기 자외선부를 턴오프 시킬 수 있다.
또한, 소정의 영역에서의 움직임을 감지하는 움직임 감지 센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 움직임 감지 센서의 움직임 감지에 따라 상기 자외선부를 턴온 시킬 수 있다.
또한, 상기 자외선부, 조명부, 및 제어부가 내부에 배치되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 하우징 상부에 위치하고, 상기 자외선부를 수용하는 자외선부 수용부가 중앙에 형성되는 커버 글래스를 포함하고, 상기 자외선부 수용부는 상기 자외선부가 탈부착이 가능한 결합부를 포함할 수 있다.
상기 LED 광원은, 상기 커버 글래스의 상기 자외선부 수용부의 둘레 영역의 하부에 배치될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 자외선을 방출하는 적어도 하나 이상의 광원이 내부 영역에 배치되는 평면 형상의 램프; 상기 램프의 광 출사면에 코팅 또는 적층되어 230 내지 270 nm 파장의 빛을 필터링하는 필터; 및 상기 램프에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하고, 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 3nm 이하의 나노형광체를 포함한다.
또한, 상기 나노형광체는 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원공급부는, 상기 램프의 상부 및 하부에 각각 접합되어 상기 램프에 전원을 공급하는 전면 전극층 및 후면 전극층을 포함하고, 상기 전면 전극층은 상기 램프의 광이 통과하는 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 나노형광체는 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 550 nm의 파장의 빛으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 증착에 의해 차단하는 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 Sn, Al증착에 의해 차단하는 필터 포함할 수 있다.
또한, 상기 자외선을 방출하는 적어도 하나 이상의 광원은 222 nm KrCl 엑시머 광원일 수 있다.
또한, 상기 램프는 테두리 영역에 도전라인이 형성되고, 상기 전면 전극층 및 상기 후면 전극층은 상기 도전라인과 접촉되어 전원을 공급할 수 있다.
또한, 상기 램프의 기울기를 측정하는 기울기 센서; 및 사용자가 파지할 수 있는 손잡이부가 형성되는 하우징을 더 포함하고, 상기 기울기 센서에서 측정되는 기울기가 75 도를 초과하는 경우, 상기 램프로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 램프에 전원이 인가되는 시점부터 시간을 카운팅하는 카운터를 더 포함하고, 상기 카운터의 시간이 인계 값 이상이면 상기 램프로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 바이러스, 박테리아를 사멸하면서도 인체에 무해한 살균 장치 및 살균 램프를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프의 블록도이다.
도 18 내지 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)는 램프(110) 및 필터(140)로 구성되고, 전면 전극층(120), 후면 전극층(130), 전원차단부(미도시) 또는 기울기 센서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
램프(110)는 자외선을 방출하는 적어도 하나 이상의 광원(111)을 포함하고, 광원(111)이 내부 영역에 배치된다. 방출되는 자외선을 이용하여 살균 내지 멸균을 수행한다. 램프(110)는 평면 형상으로 형성되어 면발광한다. 면발광을 통해 균일한 멸균 면적을 구현할 수 있다. 램프의 형상은 사각형이나 원형일 수 있고, 사각기둥 내지 원기둥 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
바이러스, 박테리아 등을 사멸시키기 위하여, 자외선을 방출하는 램프(110)를 형성한다. 여기서, 램프(110)는 200 내지 230 nm 파장의 자외선을 방출할 수 있다. 램프(110)는 KrCl을 발광 가스로 하는 액시머 램프(마이크로프라즈마 램프)일 수 있다. 이외에 램프는 자외선을 방출하는 다양한 램프일 수 있다.
할로겐 가스(불소, 염소 등)와 묽은 가스(크립톤, 크세논 등)는 고전압 방전 등에 의해 결합하여 엑시머(excimer) 분자를 만든다. 엑시머 분자는 붕괴할 때 자외선을 방출하는데 이를 이용한 것이 엑시머 레이저이다. 엑시머 램프(excimer lamp)는 비활성기체 및 할로겐 기체의 조합으로 충진 된 석영관에 고전압의 전기장을 형성하여 내부 가스의 분자해리를 유도하고, UV-C 영역대의 단일 파장을 방출시키는 기술로 그 가스 조성에 따라 원하는 파장의 조사 처리가 가능하다. 또한, 기존 UV-C 저압 램프에 상응하는 조사강도(Light intensity)를 가지고 있어 실제 식품 살균 공정에 적용이 용이해 차세대 Mercury-free UV-C light source로 관심이 집중되고 있다. 다양한 파장 중 KrCl 기체의 222 ㎚ 파장의 빛은 높은 살균 효율을 보인다. 222 nm 파장의 빛은 바이러스(virus), 박테리아(bacteria), 포자(spore) 등을 제거하는 살균 효과가 있다. KrCl 엑시머 광원은 222 nm 파장에 피크를 가지는 자외선을 방출한다. 이때, 222 nm 파장 주변 파장의 빛 뿐만 아니라 230 nm 이상의 파장의 빛도 함께 방출된다.
230 내지 270 nm 파장의 빛은 독성을 가지고 있어, 인체에 조사하는 경우, 피부암을 일으키는 등 인체에 유해한 영향을 미친다. 피부는 표면에 가까운 부분으로부터 표피, 진피, 그 심부의 피하 조직의 3개의 부분으로 나누어지고, 표피는 더 표면에 가까운 부분으로부터 순서대로, 각질층(stratum corneum), 과립층(Granular cell layer), 유극층(Spinous layer), 기저층(Basal layer)의 4층으로 나누어진다. 222 nm 파장의 빛은 인체에 조사하더라도 각질층을 투과하지 못하나, 230 nm 이상, 예를 들어, 254 nm 파장의 빛은 각질층을 투과하여, 과립층이나 유극층, 경우에 따라서는 기저층에 이르고, 이들층 내에 존재하는 세포의 DNA에 흡수되며, 이로 인해 피부암 등을 일으킬 수 있다. 230 내지 270 nm 파장의 빛이 눈에 조사되는 경우, 각막염 등을 일으킬 수 있다. 따라서, KrCl 엑시마 램프에서 방출되는 미량의 230 내지 270 nm 파장의 빛을 제거해야 한다.
필터(140)는 램프(110)의 광 출사면에 코팅 또는 적층되어 230 내지 270 nm 파장을 필터링한다. 230 내지 270 nm 파장을 필터링할 수 있다. 필터(140)는 램프(110)에 표면에 형성되어, 램프(110)에서 방출되는 230 내지 270 nm 파장을 필터링하여, 인체에 유해한 파장의 빛이 외부로 방출되는 것을 방지한다. 필터(140)는 도 3과 같이, 램프(110)의 광 출사면에 평면형상으로 적층될 수 있고, 투명 또는 반투명하여 200 내지 230 nm 파장의 빛이 투과하도록 형성된다. 이와 같이, 필터(140)를 투과한 200 내지 230 nm 파장의 빛을 이용하여 살균이 가능하다. 특히, 222 nm 파장의 빛을 이용하여 바이러스, 박테리아, 포자 등을 제거하는 살균이 가능하다.
필터(140)는 230 내지 270 nm 파장의 빛이 필터(140)를 투과하여 방출되는 것을 방지하기 위하여, 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하거나, 흡수할 수 있다. 또는, 반사시킬 수 있다. 필터(140)는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 나노형광체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 나노형광체는 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 550 nm의 파장의 빛으로 변환할 수 있다. 필터(140)에 포함되는 나노형광체는 도 4와 같이, 230 내지 270 nm 파장(410)을 550 nm의 파장(420)으로 변환하는 나노형광물질일 수 있다. 나노형광체는 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함할 수 있다. 여기서, LaPO4:Ce3+.Tb3+ 는 나노형광체의 화학식 구조로, LaPO4:Ce3+.Tb3+ 는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 흡수하고, 550 nm의 파장의 빛을 방출하는 특성을 가진다. 즉, 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 인체에 무해한 550 nm의 파장의 빛으로 변환한다.
나노형광체는 소정의 크기의 입자로 형성될 수 있고, 우레탄, 레진(resin), 수지와 같은 고분자물질에 혼합되어 필터(140)를 형성할 수 있다. 나노형광체는 0.1 내지 5nm 이하의 입자(particle) 크기로 형성될 수 있고, 3nm 이하의 입자 크기로 형성될 수 있다. 또는, 나노형광체는 고분자물질을 포함하는 고분자층 상부 또는 하부에 적층될 수 있다. 이때, 0.1 내지 20 nm 두께로 형성될 수 있고, 코팅 등의 적층 방식으로 평면형상으로 형성될 수 있다. 나노형광체의 입자 크기, 혼합비율, 또는 두께는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 크기, 비율, 내지 두께로 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
필터(140)는 소정의 범위의 빛을 차단하는 박막 코팅을 포함할 수 있다. 나노형광체를 이용하여 빛의 파장을 변환하는 방법 이외 또는 함께, 특정 파장의 빛을 차단할 수 있다. 여기서, 박막 코팅은 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단하는 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)을 포함하는 박막일 수 있다. 이때, 박막 코팅은 알루미늄 및 주석이 혼합되어 박막을 형성하거나, 알루미늄 박막층 및 주석 박막층으로 형성할 수 있다. 알루미늄 및 주석을 혼합시, 주석의 비율은 0.01 내지 40 %이거나, 0.01 내지 20 % 일 수 있다. 나머지 비율은 알루미늄이거나, 다른 첨가물 등을 더 포함할 수 있다. 알루미늄 박막층 및 주석 박막층으로 형성되는 경우, 각 박막층은 평면 형상으로 형성될 수 있고, 알루미늄 박막층 상부에 주석 박막층이 형성되거나, 주석 박막층 상부에 알루미늄 박막층이 형성될 수 있다. 또는 하나 이상의 주석 박막층 및 하나 이상의 알루미늄 박막층이 차례대로 형성될 수도 있다. 주석 박막층의 두께는 0.1 내지 30
Figure pat00001
(옴스트롱) 이거나, 0.0001 내지 20
Figure pat00002
일 수 있다. 알루미늄 박막층의 두께는 0.1 내지 30
Figure pat00003
이거나, 그 이상일 수 있다. 여기서, 박막 코팅을 형성하는 알루미늄 및 주석의 혼합비 내지 알루미늄 박막층 및 주석 박막층의 두께는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단하는 혼합비 내지 두께로 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
필터(140)는 나노형광체 입자를 포함하는 고분자물질 층 상부에 박막 코팅이 형성될 수 있다. 나노형광체 및 박막 코팅을 이용하여 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 변환하고, 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단할 수 있다. 나노형광체로 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛을 변환함과 동시에 박막 코팅을 이용하여 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단함으로써 2중으로 인체에 영향을 미치는 독성을 가지는 파장의 빛을 안전하게 차단할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 필터를 적용한 살균 장치의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 필터(140)를 적용하지 않은 램프의 파장과 필터(140)를 적용한 경우의 파장을 비교한 것으로, 필터를 적용하지 않은 경우(510), 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛이 방출된다. 230 내지 270 nm 파장의 빛은 전체 빛에 비해 미량이나, 인체에 상당한 악영향을 미칠 수 있다. 이에 반해, 필터를 적용한 경우(520), 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛이 차단되거나, 인체에 무해한 정도로 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 3nm 이하의 입자크기를 가지는 나노형광체(LaPO4:Ce3+.Tb3+)를 포함하는 필터를 적용하였을 때 Photo Luminescence 측정값의 그래프이고, 도 7(A)는 60 nm 입자크기를 가지는 나노형광체를 포함하는 필터를 적용하였을 때의 Photo Luminescence 측정값의 그래프이다. 여기서, 60 nm 입자크기는 나노형광체의 평균 입자크기로, 10 내지 110 nm 입자크기를 가질 때의 Photo Luminescence 측정값의 그래프이다. 도 7(B)은 200 nm 이상의 입자크기를 가지는 나노형광체를 포함하는 필터를 적용하였을 때의 Photo Luminescence 측정값의 그래프이다.
도 8은 글래스(glass)만을 적용한 경우는 비교한 3nm 이하의 입자크기를 가지는 나노형광체(LaPO4:Ce3+.Tb3+)를 포함하는 필터를 적용하였을 때의 Band Pass %T의 그래프이고, 도 9(A)는 60 nm 입자크기를 가지는 나노형광체를 포함하는 필터를 적용하였을 때의 Band Pass %T의 그래프이고, 도 9(B)는 200 nm 이상의 입자크기를 가지는 나노형광체를 포함하는 필터를 적용하였을 때의 Band Pass %T의 그래프이다. 도 10은 각 케이스 입자크기별 흡수강도, 발광강도, 및 222nm 파장의 투과율의 결과이다.
3 가지 케이스 모두 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 것을 알 수 있으나, 발광강도 및 살균을 위한 파장인 222 nm 파장에서 투과되는 정도가 상이하다. 3nm 이하에서는 발광강도가 38,006, 222nm 투과율이 69.73 % 이지만, 60nm 이상에서는 발광강도가 21,905, 222nm 투과율이 26.73%이고, 200nm 이상에서는 발광강도가 9,406, 222nm 투과율이 5.73% 로 입자의 크기가 큰 경우, 원 자외선 영역의 200~230nm 빛이 통과하지 못함으로써 살균기능이 떨어지게 되어 마이크로 프라즈마 222nm 램프의 기능을 상실하게 된다. 살균을 위해선 222nm 파장 투과율이 60 % 이상이 되어야만 살균이 가능한바, 3nm 이하의 입자크기의 나노형광체(LaPO4:Ce3+.Tb3+)를 포함하여야만 살균장치로써 이용이 가능하다. 특히, 인체에 적용시 임계시간 이상, 예를 들어 8시간 이상 조사하는 경우 건강상에 문제가 발생할 수 있는바, 임계시간 내에서의 조사만으로 살균이 이루어지도록 222nm 파장 투과율이 중요하다. 3nm 이하의 입자크기의 나노형광체(LaPO4:Ce3+.Tb3+)를 이용하는 경우, 60 % 이상의 222nm 파장 투과율이 나타나는바, 인체에 안전성을 유지하면서 살균이 가능하다.램프(110)는 자외선을 방출하는 광원 뿐만 아니라 다른 파장의 빛을 방출하는 광원을 포함할 수 있다. 살균을 위한 자외선 뿐만 아니라 조명 등을 위한 다른 파장의 빛을 방출하는 광원을 포함하여, 살균 및 조명의 기능을 모두 수행할 수 있다. 이때, 가시광선 내지 적외선을 방출하는 광원을 포함할 수 있고, LED 등의 광원을 포함할 수 있다. 살균을 위해 자외선을 방출하는 광원 및 조명을 위한 빛을 방출하는 광원은 영역이 구분되어 형성될 수 있다. 자외선을 방출하는 광원이 내부에 배치되고, 조명을 위한 빛을 방출하는 광원은 외부 배치될 수 있고, 반대로 배치될 수도 있다. 또는, 영역의 구분없이 복수의 광원들이 사이 사이에 서로 이웃하여 배치되거나, 이외에 다양한 형상으로 배치될 수 있다.
전면 전극층(120)은 램프(110)의 상부에 접합되고, 후면 전극층(130)은 램프(110)의 하부에 접합되어 상기 램프에 전원을 공급한다. 전면 전극층(120)는 램프(110)에서 빛이 방출되는 방향인 램프(110)의 상부에 형성되어, 램프(110)와 접합된다. 이때, 도 11과 같이, 램프(110)와 접합하는 면에 전극(121)이 형성되고, 전극(121)을 통해 램프(110)와 접합할 수 있다. 전면 전극층(120)은 램프(110)에서 방출되는 빛의 조사를 방해하지 않도록 램프의 광이 통과하는 홀(122)이 형성된다.
후면 전극층(130)은 램프(110)에서 빛이 방출되는 방향의 반대 방향인 램프(110)의 하부에 형성되어, 램프(110)와 접합된다. 이때, 램프(110)와 접합하는 면에 전극(131)이 형성되고, 전극(131)을 통해 램프(110)와 접합할 수 있다. 후면 전극층(130)도 전면 전극층(120)에 대응되도록 홀이 형성될 수 있다.
전면 전극층(120) 및 후면 전극층은 PCB 기판으로 형성될 수 있고, 외부로부터 전원이 공급되는 커넥터가 형성될 수 있다. 커넥터를 통해 입력되는 전원을 전극(121, 131)을 통해 램프(110)로 공급함으로써 살균을 위한 빛이 외부로 방출되도록 할 수 있다.
전면 전극층(120) 및 후면 전극층(130)을 램프에 접합할 때, 수 마이크로메타의 두께를 가지는 금을 인쇄한 전극으로 사용하는 경우, 금 또는 나노금속에 의한 용접 방법이 용이치 않아 크램프를 이용하여 전극을 구성할 수 있지만 생산성이 떨어질 수 있다. 생산성 및 품질의 안정성을 높이기 위하여, 할로겐프리의 우수한 내열성, 전기 전도성, 압축복원력과 납 젖음성을 갖는 재료인 가스켓을 이용하여 전극을 형성할 수 있다. 이를 통해, 생산성 및 품질의 안정성을 높일 수 있다.
램프(110)는 내부에 광원이 형성되고, 광원을 둘러싸는 테두리 영역에 도전라인이 형성될 수 있다. 광원은 원형 내지 사각형 등의 형상으로 형성될 수 있고, 도전라인은 테두리 영역에 역시, 원형 내지 사각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도전라인은 전도성 라인으로, 금속 또는 전도성 물질을 도포하여 형성될 수 있다. 전면 전극층(120)의 전극(121) 및 후면 전극층(130)의 전극(131)은 도전라인과 접촉되어 전원을 공급할 수 있다. 전면 전극층(120)의 전극(121) 및 후면 전극층(130)의 전극(131)은 램프의 테두리 영역에 형성되는 도전라인과 접촉될 수 있도록 도 11과 같이, 도전라인의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
전면 전극층(120)의 전극(121) 및 후면 전극층(130)의 전극(131) 중 하나의 전극은 (+) 전극이고, 다른 하나는 (-) 전극일 수 있다. (+) 전극과 (-) 전극에 고압전류를 흐르도록 하여, (+) 전극과 (-) 전극 사이에 위치하는 도전라인을 통해 램프(110)에 전원이 공급될 수 있다.
또는, 전면 전극층 또는 후면 전극층 중 하나만 형성되어 램프에 전원을 공급할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 휴대용으로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 살균장치(200)는 사용자가 파지할 수 있는 손잡이부(220)가 형성되는 하우징(210)을 더 포함할 수 있다. 하우징(210)은 자외선 광원이 형성되어 광이 배출되는 홀(211)은 하나 이상을 포함할 수 있다.
하우징은 도 12와 같은 형상 이외에도 등기구 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 원기둥 형상일 수 있고, 천장에 설치될 수 있도록 후크가 형성될 수 있고, 위치가 조절될 수 있도록 롤러가 형성될 수도 있다. 또한, 광 조사 방향을 바꿀 수 있도록 각도 조절부가 형성되거나, 높이가 조절될 수 있도록 높이 조절부가 형성될 수도 있다.
휴대용 살균장치(200)는 사용자가 파지하여 자유롭게 살균 광을 조사할 수 있다. 살균 장치가 등기구와 같이, 상부에 위치하는 경우, 자외선의 직진성에 의해, 빛의 경로가 닿지 않는 위치에는 살균이 미흡하거나 이루어지지 않을 수 있다. 살균 장치를 손잡이부가 형성된 휴대용으로 형성함으로써 의자 또는 구석진 곳까지 휴대용 살균 장치(200)로 스캔함으로써 살균이 효율적으로 수행할 수 있다.
이때, 필터(140)가 인체에 유해한 파장의 빛을 제거하기는 하나, 인체에 직접 오랫동안 조사하지 않는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 전면 전극층(120) 및 후면 전극층(130)은, 상기 출사면의 지면과의 기울기가 75 도를 초과하는 경우, 램프(110)로의 전원 공급을 차단할 수 있다. 사람에게 조사되는 것을 방지하기 위하여, 지면 방향인 하향 방향이 아닌 기울기 75도를 초과하거나 상향 방향으로 출사면이 향하는 경우, 전원 공급을 차단하여, 광이 방출되는 것을 방지하여 안전성을 높일 수 있다.
기울임 정도를 확인하기 위하여, 램프(110)의 기울기를 측정하는 기울기 센서 및 상기 기울기 센서에서 측정되는 기울기가 75 도를 초과하는 경우, 상기 램프로의 전원 공급을 차단하는 전원차단부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 기울기 센서는 자이로 센서일 수 있고, 기울임 정도를 측정할 수 있는 다른 센서일 수 있다. 전원차단부는 기울기 센서의 센싱 값에 따라 기울기가 75도를 초과하는 경우, 램프(110)로의 전원 공급을 차단한다. 전원차단부는 릴레이 등 스위치로 구성될 수 있다. 스위치는 전기적으로 동작하는 전기 스위치일 수 있다. 또는, 램프(110)가 지면을 향하는 경우, 중력에 의해 전극이 도전라인에 연결되고, 램프(110)의 기울기가 75도를 초과하는 경우, 아래로 향하는 힘이 줄어들어, 전극이 도전라인에서 이격 되도록 동작하는 스프링으로 형성되는 물리적 스위치일 수 있다.
또한, 상기 도전라인에 전원이 인가되는 시점부터 시간을 카운팅하는 카운터를 더 포함하고, 상기 카운터의 시간이 10초 이상이면 상기 램프로의 전원 공급을 차단할 수 있다. 살균에 필요한 시간만 동작하도록 전원이 공급하고, 전원이 공급된 이후, 기 설정된 시간이 경과하면, 램프로의 전원 공급을 차단할 수 있다. 전원을 차단하는 시간은 10 내지 30 초 사이로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 살균 램프로 형성되어, 다양한 장치에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프는 자외선 광원 및 상기 자외선 광원에서 방출되는 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 필터를 포함한다. 상기 필터는, 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 나노형광체를 포함할 수 있고, 상기 자외선 광원은 222 nm KrCl 엑시머 램프일 수 있다.
이와 같이, 형성되는 살균 램프는 자동차 실내등과 같은 모든 이동수단에 적용될 수 있다. 차량의 경우 천정에 설치하고 출발전 시동하고 10~20초 살균하고 자동 점멸하도록 형성될 수 있다. 또한, 의자, 구석진 곳을 스캔하여 살균하는 장치, 군인의 휴대용에 의한 생물학전 대비 바이러스 제거용 장치, 선박 선실, 전차 내부에 설치되는 등기구에 적용될 수 있다.
또한, 병원과 같이, 수술 후 수술실내 멸균 작업이 필요한 장소에 적용될 수 있다. 예를 들어, 면역기능이 떨어진 노인들이 이용하는 요양원(병원), 정형외과, 한방병원, 종합 병원 내 수술실, 응급실 등 코로나 환자가 발생할 경우, 옆 응급환자 처치가 곤란해지기 때문에 우선 공기감염 위험요소를 제거하는 것이 시급한 장소에 적용될 수 있다. 이외에도, 구청, 주민센터 민원실 등 관공서, 보건소, 임시진료소 등에 설치될 수 있고, 정선카지노, 노래방, 크루즈 여객선 선실, 교회 등 다수의 인원이 모이는 장소에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균장치 내지 살균램프는 코로나 바이러스 뿐만 아니라 조류 인플루엔자, 구제역, 또는 노로 바이러스에 대한 살균효과가 있다. 222 nm의 파장을 이용하여 살균이 가능한 다양한 바이러스 및 세균 등에 대한 살균에 이용이 가능하다.
따라서, 사람이 이용하는 시설이나 장치에 대한 바이러스나 세균 등의 살균뿐만 아니라, 동물, 식물이나 식품 등 살균이 필요한 다양한 분야에 적용이 가능하다. 전염병 등의 경우, 사람뿐만 아니라 가축 등에도 발생할 수 있기 때문에, 사육시설, 도축시설, 지역 이동통로 등에 적용이 가능하다. 예를 들어, 조류 인플루엔자나 구제역 등이 발생하는 경우, 바이러스 또는 세균 등을 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치를 적용할 수 있다. 사육시설 또는 도축시설과 같이, 시설물 내 천장에 설치될 수 있고, 가축의 이동통로나 차량의 이동통로에 천장, 좌우, 하부에서 이동통로 방향으로 빛을 조사할 수 있다.
또한, 과일의 출하, 보관시 쉽게 상할 수 있는 딸기, 사과등 진균을 제거 함으로써 신선함을 유지할 수 있으며, 굴이나 회와 같은 해산물 등 사람이 섭취시 노로바이러스 등으로 인해 질병을 일으킬 수 있는 식품들에 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치 내지 살균램프로 빛을 조사함으로써 바이러스를 제거할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 살균장치로 살균을 수행하거나, 보관용 냉장고 등 보관장치에 장착되어 살균이 필요한 식품에 살균을 수행할 수 있다. 식품 가공공장 등 식품공정 프로세서 또는 식품보관 중에 살균을 수행하는데 이용할 수도 있다.
이외에 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치 내지 살균램프, 즉 222nm 파장을 이용하여 살균이 가능한 다양한 시설, 장치나 위치에 적용이 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치 내지 살균램프는 적용되는 시설, 장치나 위치에 따라 적합한 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 13은 램프(910), 전면 전극층(920), 후면 전극층(930)의 실제 구현예로 램프(910)는 면발광할 수 있도록 평면 형상으로 형성되고, 전면 전극층(920) 및 후면 전극층(930)에는 광이 방출될 수 있도록 홀이 형성될 수 있다. 또한, 한쪽 모서리에는 램프(910), 전면 전극층(920), 후면 전극층(930)가 견고하게 결합될 수 있도록 결합부가 형성될 수 있다. 램프의 광원 또는 도전라인은 결합부의 위치에는 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 하우징으로 덮혀 하나의 장치로 제공될 수 있다. 도 14와 같이, 두 개의 살균 램프가 적용된 사각 장치로 구현되거나, 도 15 및 도 16과 같이 손잡이부가 형성되는 휴대용 살균 램프로 구현되되, 하나 또는 두 개 이상의 복수의 살균 램프가 적용되도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프의 블록도이고, 도 18 내지 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 살균 램프는 램프로써의 기능을 위하여, 조명기능을 포함하는 실시예로, 도 1 내지 도 16의 살균 장치의 구성 내지 기능을 모두 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 16의 살균 장치 또한, 이하 설명하는 조명기능을 포함하는 살균 램프의 구성 내지 기능을 포함할 수 있음은 당연하다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 램프(1000)는 자외선부(1010), 조명부(1020), 및 제어부(1030)로 구성될 수 있고, 표시부(1040), 스위칭 소자(1050), 온도센서(1060), PIR 센서(1070), 냉각팬(1080) 등을 포함할 수 있다.
자외선부(1010)는 자외선 광원 및 상기 자외선 광원에서 방출되는 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 필터를 포함한다. 자외선부(1010)는 도 1 내지 도 16의 살균장치에서 설명한 램프 및 필터에 대응하는 구성으로, 자외선부(1010)에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 16의 살균장치에 대한 상세한 설명에 대응될 수 있다.
자외선부(1010)의 자외선 광원은 바이러스, 박테리아 등을 사멸시키기 위하여, 200 내지 230 nm 파장의 자외선을 방출할 수 있다. 여기서, 자외선 광원은 KrCl을 발광 가스로 하는 액시머 램프(마이크로프라즈마 램프)일 수 있다. 자외선부(1010)의 자외선 광원은 평면 형상으로 구현될 수 있다.
자외선부(1010)의 필터는 자외선 광원의 광 출사면에 코팅 또는 적층되어 230 내지 270 nm 파장을 필터링하여, 인체에 유해한 파장의 빛이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 필터를 투과한 200 내지 230 nm 파장의 빛을 이용하여 살균이 가능하다. 특히, 222 nm 파장의 빛을 이용하여 바이러스, 박테리아, 포자 등을 제거하는 살균이 가능하다.
자외선부(1010)의 필터는 230 내지 270 nm 파장의 빛이 필터를 투과하여 방출되는 것을 방지하기 위하여, 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하거나, 흡수하거나, 반사시킬 수 있다. 필터는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 나노형광체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 나노형광체는 상기 230 내지 270 nm 파장의 빛을 550 nm의 파장의 빛으로 변환할 수 있다. 필터에 포함되는 나노형광체는 도 4와 같이, 230 내지 270 nm 파장(410)을 550 nm의 파장(420)으로 변환하는 나노형광물질일 수 있다. 나노형광체는 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함할 수 있다. 여기서, LaPO4:Ce3+.Tb3+는 나노형광체의 화학식 구조로, LaPO4:Ce3+.Tb3+는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 흡수하고, 550 nm의 파장의 빛을 방출하는 특성을 가진다. 즉, 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 인체에 무해한 550 nm의 파장의 빛으로 변환한다.
나노형광체는 소정의 크기의 입자로 형성될 수 있고, 우레탄, 레진(resin), 수지와 같은 고분자물질에 혼합되어 필터(140)를 형성할 수 있다. 나노형광체는 0.1 내지 5nm 이하의 입자(particle) 크기로 형성될 수 있고, 3nm 이하의 입자 크기로 형성될 수 있다. 또는, 나노형광체는 고분자물질을 포함하는 고분자층 상부 또는 하부에 적층될 수 있다. 이때, 0.1 내지 20 nm 두께로 형성될 수 있고, 코팅 등의 적층 방식으로 평면형상으로 형성될 수 있다. 나노형광체의 입자 크기, 혼합비율, 또는 두께는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 크기, 비율, 내지 두께로 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
자외선부(1010)의 필터는 소정의 범위의 빛을 차단하는 박막 코팅을 포함할 수 있다. 나노형광체를 이용하여 빛의 파장을 변환하는 방법 이외 또는 함께, 특정 파장의 빛을 차단할 수 있다. 여기서, 박막 코팅은 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단하는 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)을 포함하는 박막일 수 있다. 이때, 박막 코팅은 알루미늄 및 주석이 혼합되어 박막을 형성하거나, 알루미늄 박막층 및 주석 박막층으로 형성할 수 있다. 알루미늄 및 주석을 혼합시, 주석의 비율은 0.01 내지 40 %이거나, 0.01 내지 20 % 일 수 있다. 나머지 비율은 알루미늄이거나, 다른 첨가물 등을 더 포함할 수 있다. 알루미늄 박막층 및 주석 박막층으로 형성되는 경우, 각 박막층은 평면 형상으로 형성될 수 있고, 알루미늄 박막층 상부에 주석 박막층이 형성되거나, 주석 박막층 상부에 알루미늄 박막층이 형성될 수 있다. 또는 하나 이상의 주석 박막층 및 하나 이상의 알루미늄 박막층이 차례대로 형성될 수도 있다. 주석 박막층의 두께는 0.1 내지 30
Figure pat00004
(옴스트롱) 이거나, 0.0001 내지 20
Figure pat00005
일 수 있다. 알루미늄 박막층의 두께는 0.1 내지 30
Figure pat00006
이거나, 그 이상일 수 있다. 여기서, 박막 코팅을 형성하는 알루미늄 및 주석의 혼합비 내지 알루미늄 박막층 및 주석 박막층의 두께는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단하는 혼합비 내지 두께로 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
자외선부(1010)의 필터는 나노형광체 입자를 포함하는 고분자물질 층 상부에 박막 코팅이 형성될 수 있다. 나노형광체 및 박막 코팅을 이용하여 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 변환하고, 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단할 수 있다. 나노형광체로 독성을 가지는 230 내지 270 nm 파장의 빛을 다른 파장의 빛을 변환함과 동시에 박막 코팅을 이용하여 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단함으로써 2중으로 인체에 영향을 미치는 독성을 가지는 파장의 빛을 안전하게 차단할 수 있다.
자외선부(1010)는 전면 전극층 및 후면 전극층을 포함할 수 있다. 전면 전극층은 자외선 광원을 포함하는 평면형상의 자외선 광원부의 상부에 접합되고, 후면 전극층은 자외선 광원부의 하부에 접합되어 상기 자외선 광원부에 전원을 공급할 수 있다.
조명부(1020)는 LED 광원을 포함한다. 조명부(1020)는 일반 조명을 위하여 가시광선에 대응하는 파장의 빛을 방출할 수 있다. 광원으로 조명용 빛을 방출하는 다양한 광원을 포함할수 있고, LED 광원 등 다양한 발광소자를 포함할 수 있다.
이를 통해, 자외선 광원 및 LED 광원을 이용하여 빛을 방출함으로써 살균 및 조명 기능을 제공할 수 있다. 이때, LED 광원에서 방출되는 빛의 살균을 위한 램프의 빛의 세기에 대한 간섭을 방지하기 위하여, LED 색의 온도는 2800K ~ 6000에서 적용 가능할 수 있다. 예를 들어, 3000K, 4000K, 5400K 등을 적용할 수 있다. 222nm를 포함하는 자외선 광원에 간섭을 주지 않도록 LED의 밝기는 800~1000Lm일 수 있다. 예를 들어, 800~1000Lm에 8W의 밝기의 LED를 이용할 수 있다. 900 lm 및 1000 lm의 LED 밝기에서 LED 색 온도 3000K, 4000K, 5400K의 LED를 222 nm 마이크로프라즈마 램프와 함께 형성하는 경우, 222 nm 마이크로프라즈마 램프의 세기에 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해, 조명을 위한 LED를 함께 형성하더라도 살균 기능이 떨어지지 않는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00007
LED 광원은 SMD 타입을 자외선부(1010)의 가장자리, 즉 테두리에 배열하고 222nm 프라즈마 램프는 각 램프의 중앙, 또는 LED 광원과 적절한 거리를 유지하여 배열할 수 있다. 중앙에는 222nm 프라즈마 램프를 포함하는 자외선부(1010)를 형성하고, 가장자리에는 LED 광원을 포함하는 조명부(1020)를 배치할 수 있다. 또는, 조명부(1020)를 중앙에 배치하고, 자외선부(1010)를 가장자리에 배치할 수 있으며, 조명부(1020)를 다양한 위치에 배치할 수 있다.
LED 광원 이외에, 백열전구 광원 등 다양한 광원들을 포함할 수 있다. 이때, 222nm를 포함하는 자외선 광원에 간섭을 주지 않는 광의 특성을 가지도록 형성할 수 있다.제어부(1030)는 자외선부(1010) 및 조명부(1020)의 온오프를 제어하고 전원을 공급한다. 제어부(1030)는 기판상에 형성되어, 자외선부(1010) 및 조명부(1020) 또는 이외의 구성들의 동작을 제어하고 전원을 공급할 수 있다. 제어부(1030)는 MICOM 등 제어소자를 포함할 수 있다.
제어부(1030)는 사용자의 명령에 따라 자외선부(1010) 및 조명부(1020)의 온오프를 제어하고 전원을 공급할 수 있다. 사용자가 스위치를 키거나 끄면, 해당 명령에 대응하도록 자외선부(1010) 및 조명부(1020)의 온오프를 제어할 수 있다.
또한, 사용자의 제어동작없이 자동으로 동작할 수 있도록 소정의 영역에서의 움직임을 감지하는 PIR 센서(1070) 등의 움직임 감지 센서를 포함하고, 제어부(1030)는 PIR 센서(1070)의 움직임 감지에 따라 자외선부(1010)를 턴온시킬 수 있다. 이를 통해, 해당 영역을 사람이 지나가는 경우, 살균을 수행할 수 있다.
자외선부(1010)에서 방출되는 살균을 위한 빛은 인체에 유해한 파장이 제거되기는 하나, 인체에 직접 오랫동안 조사하지 않는 것이 바람직할 수 있는바, 인체에 자외선부(1010)에서 방출되는 빛이 조사되는 시간을 제한하기 위하여, 제어부(1030)는 상기 자외선부가 제1 시간동안 동작하도록 제어하되, 상기 제1 시간동안 동작하는 중간에, 제2 시간동안 상기 자외선부를 턴오프하는 한 번 이상의 휴지기를 포함하도록 상기 자외선부를 제어할 수 있다. 여기서, 제1 시간은 법이나 규정에 의해 정해지거나, 인체에 무해한 범위내로 판별되는 시험결과 또는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 제1 시간은 일정 주기 내의 시간일 수 있다. 예를 들어, 제1 시간은 8시간일 수 있고, 24시간 내 8시간일 수 있다.
제어부(1030)는 제1 시간동안 연속적으로 자외선부(1010)를 동작시키거나, 제2 시간동안 자외선부(1010)를 턴오프하는 휴지기를 적용할 수 있다. 여기서, 휴지기인 제2 시간은 제1 시간에 포함되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 시간이 8시간이고, 제2 시간이 30분일 때, 휴지기인 30분을 제외하고 온을 유지하는 시간이 8시간이 되도록 제어할 수 있다. 또는, 제1 시간에 제2 시간을 포함할 수도 있음은 당연하다. 휴지기는 한 번 또는 두 번 이상일 수 있다. 이때, BCD(Binary Coded Decimal) 코드를 통해 휴지기 적용여부 또는 연속제어 여부 등을 설정할 수 있다. 두자리 BCD 코드 설정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 18과 같이, BCD 1,2 모두 OFF시 인체감지센서가 인체를 감지한 경우 등의 특정 조건하에서 켜지고 꺼지도록 할 수 있다. BCD 1,2가 OFF, ON이면, 휴지기 세 번 즉, 2시간 온, 30분 오프를 반복하여 8시간을 온시킬 수 있다. BCD 1,2가 ON, OFF면, 휴지기 한 번 즉, 4시간 온, 30분 오프, 4시간 온시켜 8시간을 온시킬 수 있다. BCD 1,2가 모두 ON이면, 휴지기 없이 8시간을 연속적으로 온시킬 수 있다. 이외에, 제1 시간, 제2 시간, 휴지의 횟수 등 다양하게 설정할 수 있음은 당연하다.
제어부(1030)는 자외선부(1010)의 누적 동작시간이 임계값 이상인 경우, 자외선부(1010)를 턴오프시키고, 자외선부(1010)에 대한 교체정보를 표시할 수 있다. 자외선부(1010)의 수명은 제한적일 수 있고, 자외선부(1010)의 수명을 체크하기 위하여, 자외선부(1010)의 누적 동작시간을 카운트하는 카운터를 포함할 수 있다. 자외선부(1010)는 조명부(1020)에 비해 수명이 짧을 수 있고, 자외선부(1010)의 수명이 다하는 경우, 살균 램프의 전체 교체가 아닌 자외선부(1010)만의 교체가 가능하도록 자외선부(1010)의 누적 동작시간을 저장하고, 자외선부(1010)의 누적 동작시간이 임계값 이상인 경우, 안전한 동작을 위해 자외선부(1010)를 턴오프 시키고, 자외선부(1010)에 대한 교체 정보를 표시할 수 있다. 또는, 자외선부(1010)를 턴오프 시키는 아니하되, 자외선부(1010)에 대한 교체정보를 표시할 수 있다. 여기서, 임계값은 자외선부(1010)의 설계스팩이나, 시험을 통해 도출되는 수명을 이용하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 3000시간을 임계값으로 설정할 수 있다. 자외선부(1010)의 누적 동작시간이 3000시간이 넘어가면 교체가 필요하다는 교체정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
자외선부(1010)의 동작정보를 사용자에게 제공하기 위하여, 자외선부(1010)의 동작정보를 표시하는 표시부(1040)를 포함할 수 있다. 표시부(1040)는 자외선부(1010)의 동작여부, 교체여부, 고장여부를 표시할 수 있다. 자외선부(1010)가 동작시 제1색으로 표시하고, 자외선부(1010)가 누적 동작시간이 임계값 이상인 경우, 제2색을 표시하고, 자외선부(1010)가 정상동작하지 않는 경우, 제2색을 점멸(깜빡임)할 수 있다. 여기서, 제1색은 녹색, 제2색은 적색일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
자외선부(1010) 등 살균램프의 구성들이 정상동작하기 위하여, 온도센서(1060)를 포함할 수 있다. 자외선부(1010)의 온오프시키는 스위칭 소자(1050)는 내부 구성 중 가장 열이 많이 발생할 수 있고, 열이 많이 발생하는 경우, 자외선부(1010)의 고장 등이 발생할 수 있다. 스위칭 소자(1050)의 발열에 의한 고장을 방지하기 위하여, 제어부(1030)는 온도센서(1060)가 측정한 온도가 임계값 이상인 경우, 자외선부(1010)를 턴오프시킬 수 있다. 온도센서(1060)는 직접적으로 스위칭 소자(1050)의 온도를 측정하거나, 스위칭 소자(1050)가 실장된 기판, 또는 살균 램프 내부의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 소자(1050)의 온도가 100도 이상이면 자외선부(1010)를 턴오프시키고, 자외선부(1010)가 정상동작하지 않는 경우로 판단하여, 제2색을 점멸(깜빡임)할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 온도센서(1060)가 측정한 온도에 따라 냉각팬(1080)을 가동하여 살균 램프 내 온도를 낮출 수 있다. 또는, 자외선부(1010)가 동작시 냉각팬(1080)을 가동할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 램프는 도 19 내지 도 20과 같이 구현될 수 있다. 자외선부(1010), 조명부(1020), 및 제어부(1030)가 하우징(1090) 내부에 배치되되, 광이 출사되는 출사면 방향으로, 하우징 상부에 위치하고, 자외선부(1010)를 수용하는 자외선부 수용부(1101)가 중앙에 형성되는 커버 글래스(1100)를 포함할 수 있다. 커버 글래스(1100) 상에는 자외선부 수용부(1101)에 자외선부(1010)가 배치되고, 표시부(1040) 및 PIR 센서(1070) 등이 배치될 수 있다.
자외선부(1010)는 자외선 광원이 배치되는 자외선 광원부(1011)를 포함하고, 교체가 가능하도록 탈부착이 가능한 결합부(1012,1013)를 포함할 수 있다.
커버 글래스(1100)는 중앙에 자외선부(1010)를 수용하는 자외선부 수용부(1101)를 포함하고, 자외선부 수용부(1101) 외부영역은 조명부(1020)의 조명용 빛이 방출되도록 투명 또는 반투명으로 형성될 수 있다.
자외선부 수용부(1101)에는 수명이 다한 자외선부(1010) 교체를 위하여, 자외선부(1010)가 탈부착이 가능한 결합부(1102,1103)를 포함할 수 있다. 자외선부 수용부(1101)의 결합부(1102,1103)와 자외선부의 결합부(1012, 1013)는 각각 결합홀로 형성되고, 나사를 통해 나사결합될 수 있다. 또는, 끼움결합, 후크결합 등 다양한 형태로 결합될 수 있음은 당연하다.
LED 광원이 배치되는 조명부(1020)는 커버 글래스(1100)를 통해 빛이 방출되며, 커버 글래스(1100)의 자외선부 수용부(1101)에 의해 빛이 차단되지 않도록, 커버 글래스(1100)의 자외선부 수용부(1101)의 둘레 영역의 하부에 배치될 수 있다.
하우징(1090) 내부에는 제어부(1030)인 마이콤이 실장되는 기판이 배치될 수 있고, 기판에는 스위칭 소자(1050) 등이 실장되며, 외부전원 또는 배터리와 연결되는 전원부, 연결되는 표시부(1040), 자외선부(1010), 조명부(1020), PIR 센서(1070), 냉각팬(1080), 온도센서(1060) 등 내부 구성들과 신호를 송수신하거나 전원을 공급하는 단자들이 실장될 수 있다.
자외선부(1010)는 자외선부 수용부(1101)에 수용되어 자외선부 수용부(1101)를 통해, 제어부(1030)에 의해 온오프 제어되고 전원을 공급받는다. 이를 위하여, 자외선부 수용부(1101)에는 자외선부(1010)와 접하는 전극(1104)이 형성되고, 전극을 따라 도전라인이 형성될 수 있다. 자외선부(1010) 또한, 자외선부 수용부(1101)의 전극(1104)에 대응하여 전극(1014)이 형성되고, 전극을 따라 도전라인이 형성될 수 있다. 자외선부(1010)는 후면 전극층과 전면 전극층을 포함할 수 있는바, 도전라인 중 일부는 전면 전극층과 연결되는 단자(1016)과 연결되어 전면 전극층에 전원을 공급할 수 있다.
또한, 자외선부(1010)와 자외선부 수용부(1101)의 결합을 가이드하기 위하여, 자외선부(1010)에는 가이드부(1015), 자외선부 수용부(1101)에는 가이드 홀(1105)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 전극간의 접촉이 정확히 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 램프는 도 23 및 24와 같이, 다운라이트(down light) 형상으로 구현되거나, 도 25 및 도 26과 같이, 전구(bulb) 형상으로 형성되거나, 도 27 및 도 28과 같이, 레이스웨이(raceway) 등 다양한 램프 형상으로 형성되어 살균을 수행할 수 있다. 각 실시예에 따른 살균 램프에 대한 상세한 설명은 형상이 상이할 뿐, 도 17 내지 도 22의 살균 램프에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 222 nm KrCl 엑시머 램프에, 230 내지 270 nm 파장을 필터링하는 필터가 적용하여 코로나(COVID-19) 바이러스의 제거 성능을 검증한 결과는 다음과 같다. 빛 조사 거리 4 cm의 거리, 조사 시간은 10초, 20초, 30초, 1분, 2분, 5분, 10분을 적용하였고, 바이러스는 대조군과 함께 DMEM을 사용하여 96well plate에 5 well 씩 각각 원액, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6로 희석하여 접종하였다. Vero cell을 60 내지 70 % 96 well plate에 접종 후 5일동안 관찰하였고, 대조군 그룹과 비교하여 바이러스 농도 감소 효과를 검사하였다. 바이러스 억제 정도 판정은 3번 반복 실험하여 Kaerber and Reed 방법을 이용하여 바이러스 titer를 계산하고, 세포변성 관찰 후 바이러스 배양액을 수거하여 바이러스 핵산을 분리하고, 코로나 바이러스 정밀진단키트를 이용하여 real-time PCR을 실시하였다.
1차 시험 결과, 바이러스 제거율은 다음과 같다.
Figure pat00008
2차 시험 결과, 바이러스 제거율은 다음과 같다.
Figure pat00009
3차 시험 결과, 바이러스 제거율은 다음과 같다.
Figure pat00010
상기 결과와 같이, 1분 이상 조사시 99.99% 이상, 30초 조사시 99.9% 10초 조사시 90% 이상 코로나 바이러스가 제거됨을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 살균 장치는 살균 능력이 높을뿐만 아니라, 인체에 유해한 파장의 제거함으로써 인체에 무해하다. 또한, 등기구 형태로 형성하는 경우, 천장이 있는 공간 어디에도 LED 조명 등과 함께 적용할 수 있고, 휴대용으로 구현시, 보다 다양한 위치에 살균이 가능해진다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 살균 장치
110, 910: 램프
120, 920: 전면 전극층
130, 930: 후면 전극층
140: 필터
121, 131: 전극

Claims (10)

  1. 광원; 및
    상기 광원에서 230 내지 270 nm 파장의 빛을 흡수하고, 550 nm파장을 포함하는 빛을 발광하고, 3nm 이하의 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함하는 나노소재를 포함하고,
    상기 나노소재를 통과한 222 nm 파장을 포함하는 빛이 방출되는 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노소재를 통과한 빛에서 230 내지 270 nm 파장의 빛을 차단하는 박막을 포함하는 램프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 박막은 Al 및 Sn을 포함하는 램프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 박막은 Al 및 Sn이 혼합되어 형성되되, 상기 박막의 Sn 혼합 비율은 0.01 내지 40 %인 램프.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 박막은,
    하부에 위치하는 Al 박막층 및 상부에 위치되는 Sn 박막층을 포함하거나,
    하부에 위치하는 Sn 박막층 및 상부에 위치하는 Al 박막층을 포함하는 램프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Al 박막층 또는 Sn 박막층의 두께는 0.1 내지 30 옴스트롱인 램프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    자외선 광원 및 LED 광원을 포함하는 램프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노소재는 상기 자외선 광원에서 방출되는 빛을 흡수하는 램프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 222 nm KrCl 엑시머 광원을 포함하는 램프.
  10. 광원; 및
    상기 광원에서 230 내지 270 nm 파장의 빛을 흡수하는 3nm 이하의 LaPO4:Ce3+.Tb3+를 포함하는 나노소재를 포함하고,
    상기 나노소재를 통과한 222 nm 파장을 포함하는 빛이 방출되는 램프.
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