WO2020111833A1 - 살균 기능을 갖는 led 조명 장치 - Google Patents

살균 기능을 갖는 led 조명 장치 Download PDF

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light emitting
emitting diode
emitted
wavelength
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배희호
윤영민
이아영
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2113/00—Combination of light sources
    • F21Y2113/10—Combination of light sources of different colours
    • F21Y2113/13—Combination of light sources of different colours comprising an assembly of point-like light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present disclosure relates to a lighting device having a sterilizing function using LEDs.
  • the light emitting diode is an inorganic light source, and is used in various fields such as a display device, a vehicle lamp, and general lighting.
  • light-emitting diodes have a long life and low power consumption, and are rapidly replacing conventional lighting sources.
  • UV LEDs have a sterilizing effect. Accordingly, various light sources having a sterilizing function using UV LEDs have been developed.
  • ultraviolet rays having a sterilizing function are generally harmful to the human body, especially the eyes or skin. For this reason, there is a limitation in that a light source using an ultraviolet LED should be used in a space without people. That is, the ultraviolet LED having a sterilization function has a disadvantage that it is not suitable for use in a lighting device in a space where people are active.
  • the problem to be solved by the present disclosure is to provide a lighting device having a sterilizing function without harm to the human body and a lighting system having the same.
  • Another problem to be solved by the present disclosure is to provide a lighting device having a sterilizing function without causing eye diseases or skin diseases, and a lighting system having the same.
  • Another problem to be solved by the present disclosure is to provide a lighting device capable of changing a color temperature with time, such as sunlight, and having a sterilizing function and a lighting system having the same.
  • Another problem to be solved by the present disclosure is to provide a lighting device having a sterilization function and a lighting system having the same, which can change the color temperature in consideration of the color temperature of sunlight according to region and time.
  • a lighting device includes a white light emitting device that implements white light, including at least one first light emitting diode and a wavelength converter; And at least one second light emitting diode that emits light suitable for sterilizing at least one pathogenic microorganism, wherein the first light emitting diode emits light of a central wavelength within a range of about 300 to 420 nm, and the second light emission.
  • the diode emits light of a central wavelength within a range of about 400 to 420 nm
  • the wavelength converter includes a plurality of wavelength converting materials to convert light of the first light emitting diode into white light, and white light implemented in the white light emitting device and The light emitted from the second light emitting diode is emitted to the outside, but the radiance of the center wavelength of light emitted from the first light emitting diode in the white light emitter spectrum implemented in the white light emitting device is emitted from the blue wavelength converting material It is smaller than the irradiance of the peak wavelength of the blue light.
  • a lighting device includes a first light emitting unit including a first-first light emitting diode and a first wavelength converter that emit light having a center wavelength in a range of about 300 to 420 nm;
  • a second light emitting unit including a first-2 light emitting diode and a second wavelength converter emitting light having a center wavelength in a range of about 300 to 420 nm;
  • a third light emitting unit including a first to third light emitting diodes and a third wavelength converter that emit light having a center wavelength in the range of about 300 to 420 nm;
  • at least one second light emitting diode that emits light within a range of about 400 to 420 nm in the center wavelength, wherein the first to third wavelength converters each convert blue light that converts light emitted from the light emitting diode into blue light.
  • the radiation intensity of the central wavelength of light generated from each light emitting diode in the first to third light emitting units in the radiation intensity spectrum of the light emitted to the outside and emitted to the outside without wavelength conversion is emitted from the wavelength converter. It is smaller than the irradiance of the peak wavelength of blue light.
  • embodiments of the present disclosure provide a lighting system comprising the lighting device.
  • 1 is a graph showing the risk according to the wavelength of blue light.
  • FIG. 2 shows a spectrum of a white light source using a blue light emitting diode according to the prior art.
  • FIG 3 is a schematic plan view for describing a lighting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 3.
  • FIG 5 shows representative spectra of a lighting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a schematic plan view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting unit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a lighting device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of driving a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of driving a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 15A and 15B are graphs for explaining the results of sterilization experiments of E. coli and Staphylococcus aureus according to the light irradiation amount of the second light emitting diode.
  • 16 are pictures showing the results of sterilization experiments of E. coli cultured in a medium according to the light irradiation amount of the second light emitting diode.
  • a lighting device includes a white light emitting device that implements white light, including at least one first light emitting diode and a wavelength converter; And at least one second light emitting diode that emits light suitable for sterilizing at least one pathogenic microorganism, wherein the first light emitting diode emits light of a central wavelength within a range of about 300 to 420 nm, and the second light emission.
  • the diode emits light of a central wavelength within a range of about 400 to 420 nm
  • the wavelength converter includes a plurality of wavelength converting materials that convert light of the first light emitting diode into white light, and white light implemented in the white light emitting device and The light emitted from the second light emitting diode is emitted to the outside, but the radiance of the center wavelength of light emitted from the first light emitting diode in the white light emitter spectrum implemented in the white light emitting device is emitted from the blue wavelength converting material It is smaller than the irradiance of the peak wavelength of the blue light.
  • sterilization refers to killing or damaging pathogenic microorganisms to reduce or prevent the growth of pathogenic microorganisms.
  • a lighting device having a sterilizing function can be provided by using a second light emitting diode suitable for sterilizing pathogenic microorganisms together with a white light emitting device. Furthermore, since the irradiance of the light emitted from the first light emitting diode is smaller than the radiance of the peak wavelength of the blue light emitted from the blue wavelength converting material, the first light emitting diode causes harm to the human body or eye disease or skin disease. Can be prevented.
  • the wavelength converter may include a wavelength conversion material that converts the light of the first light emitting diode into blue, green and red light. In another embodiment, the wavelength converter may include a blue and orange wavelength conversion material that converts the light of the first light emitting diode to blue and orange light.
  • the white light and the light emitted from the second light emitting diode may be mixed and emitted.
  • the lighting device may further include a diffusion plate for mixing the white light and the light emitted from the second light emitting diode.
  • the second light emitting diode may emit light having a center wavelength of about 405 nm.
  • the wavelength of 405 nm is suitable for sterilizing pathogenic microorganisms without causing eye diseases or skin diseases in the visible region.
  • the wavelength converter may include a phosphor or a quantum dot.
  • the wavelength converter may include a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor. In embodiments, these phosphors may be replaced individually or all with quantum dots.
  • light emitted from the second light emitting diode may be emitted outside without passing through the wavelength converter. In another embodiment, part of the light emitted from the second light emitting diode may be wavelength converted by the wavelength converter.
  • the irradiance of light generated by the at least one second light emitting diode and emitted to the outside is greater than the irradiance of light generated by the at least one first light emitting diode and emitted to the outside without wavelength conversion. Accordingly, pathogenic microorganisms can be sterilized using the second light emitting diode.
  • the lighting device may include a greater number of first light emitting diodes than the at least one second light emitting diode. Accordingly, the illuminance of the white light emitting device is greater than that of the second light emitting diode.
  • the irradiance of light generated from the at least one second light emitting diode and emitted to the outside may be 1 W/m 2 or less.
  • the lighting device may further include a circuit board for mounting the first light emitting diode and the second light emitting diode.
  • the first light emitting diode may emit light having a central wavelength within a range of about 400 to about 420 nm. Furthermore, the first light emitting diode may emit light having a center wavelength of about 405 nm. In this case, a part of the light emitted from the first light emitting diode is emitted to the outside without wavelength conversion to sterilize pathogenic microorganisms.
  • the white light emitting device implements 6500K white light
  • the irradiance of the light of the central wavelength emitted from the first light emitting diode in this white light is relatively larger than that of other color temperature white light
  • the use of the second light emitting diode is It is possible to sterilize pathogenic microorganisms without using the white light emitting device.
  • the second light emitting diode may be omitted.
  • the irradiance of the light of the center wavelength emitted from the first light emitting diode changes according to the color temperature of the white light implemented by the white light emitting device
  • the change in the irradiance of light emitted from the second light emitting diode is changed according to the change in the irradiance. This can provide radiation intensity suitable for sterilizing pathogenic microorganisms.
  • the lighting device the location information receiving unit for receiving location information; And a control unit receiving the location information from the location information receiving unit and controlling a dose amount of light emitted from the white light emitting apparatus, wherein the control unit should emit the white light emitting apparatus based on the location information.
  • the dose amount of light to be calculated can be calculated and controlled to emit light equal to the dose amount.
  • control unit may calculate an appropriate dose amount based on the location information provided from the location information receiver, and control the light source to output an appropriate dose amount.
  • the location information receiving unit calculates the location information of the lighting device, and the control unit receives the location information and calculates a dose amount and an appropriate dose amount of external light at a place where the lighting device is located, It can be controlled to emit the light by the difference between the appropriate dose amount and the dose amount of the external light.
  • control unit may calculate time information from the location information, and control a dose amount of light to be emitted by the white light emitting device according to the time information.
  • a lighting device includes a first light emitting unit including a first-first light emitting diode and a first wavelength converter that emit light having a center wavelength in a range of about 300 to 420 nm;
  • a second light emitting unit including a first-2 light emitting diode and a second wavelength converter emitting light having a center wavelength in a range of about 300 to 420 nm;
  • a third light emitting unit including a first to third light emitting diodes and a third wavelength converter that emit light having a center wavelength in the range of about 300 to 420 nm;
  • at least one second light emitting diode that emits light within a range of about 400 to 420 nm in the center wavelength, wherein the first to third wavelength converters each convert blue light that converts light emitted from the light emitting diode into blue light.
  • the radiation intensity of the central wavelength of light generated by each light emitting diode in the first to third light emitting units in the radiation intensity spectrum of the light emitted to the outside and including the material and emitted to the outside without wavelength conversion is the first to third It is smaller than the irradiance of the peak wavelength of the blue light emitted from each corresponding wavelength converter in the light emitting units.
  • each of the first to third wavelength converters may further include a green wavelength conversion material that converts light emitted from the first light emitting diode into green light and a red wavelength conversion material that converts light to red light. Accordingly, each of the first to third light emitting units may implement white light.
  • the first-first to first-third light emitting diodes may emit light having a central wavelength within a range of about 400 to 420 nm.
  • the 1-1 to 1-3 light emitting diodes may emit light having the same peak wavelength, but are not limited thereto.
  • the wavelength-converted light and the light emitted from the second light emitting diode may be mixed and emitted to the outside. Further, the mixed light may be white light.
  • the lighting device may further include a diffusion plate suitable for mixing the wavelength-converted light with the light emitted from the second light emitting diode.
  • the first light emitting unit, the second light emitting unit, and the third light emitting unit may emit white light having different color temperatures.
  • the first light emitting unit, the second light emitting unit and the third light emitting unit may be driven independently of each other.
  • the lighting device may change the color temperature in accordance with the change over time of sunlight.
  • first to first to third light emitting diodes may be disposed more than the at least one second light emitting diode, respectively.
  • the lighting device may further include a circuit board on which the first-first to third-third light emitting diodes and second light emitting diodes are mounted.
  • the lighting device may further include a location information receiving unit for receiving location information, a control unit for controlling the dose of light emitted from the first to third light emitting units, the control unit is the location The dose amount of light emitted from the first to third light emitting units may be controlled based on the information.
  • control unit may calculate an appropriate dose amount based on the location information provided from the location information receiving unit, and control the first to third light emitting units to output an appropriate dose amount.
  • the location information receiving unit calculates the location information of the lighting device, and the control unit receives the location information and calculates a dose amount and an appropriate dose amount of external light at a place where the lighting device is located,
  • the first to third light emitting units may be controlled to emit a dose amount equal to a difference between the appropriate dose amount and the dose amount of the external light.
  • control unit may calculate time information from the location information, and control the dose amount of the light according to the time information.
  • a lighting system includes a lighting device disposed in an indoor space, the lighting device being one of the lighting devices described above.
  • 1 is a graph showing the risk according to the wavelength of blue light.
  • Blue light has been known to cause eye or skin diseases, and in particular, represents the strongest risk between 430 and 440 nm.
  • the wavelength range of 420 to 455 nm represents a risk of 90% or more based on the highest risk value
  • 413 to 465 nm represents a risk of 70% or more
  • 411 to 476 nm represents a risk of 50% or more.
  • ultraviolet rays harm the human body, and in particular, show the strongest risk between 270 and 280 nm.
  • FIG. 2 shows a spectrum of a white light source using a blue light emitting diode according to the prior art.
  • the white light source implements white light using a yellow phosphor, or a green phosphor and a red phosphor together with a blue light emitting diode.
  • the type of phosphor and the amount of phosphor are controlled according to the color temperature, and the intensity of blue light increases as the color temperature increases.
  • Blue light emitting diodes used in conventional white light sources generally have a center wavelength (peak wavelength) within a range of 430 nm to 470 nm.
  • the blue light within this range has a relatively high risk as shown in FIG. 1. Therefore, as the color temperature of the white light source increases, the intensity of blue light increases, and the risk of causing eye diseases or skin diseases increases.
  • FIG. 3 is a schematic plan view for explaining a lighting device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line A-A of FIG. 3.
  • the lighting device may include a circuit board 11, a first light emitting diode 21, a wavelength converter 23, and a second light emitting diode 31.
  • the circuit board 11 may have a circuit pattern for supplying power to the first and second light emitting diodes 21 and 31.
  • the circuit board 11 may be a printed circuit board, for example, a metal-PCB.
  • the first light emitting diode 21 is a light source for realizing white light, and at least one is mounted on the circuit board 11.
  • the plurality of first light emitting diodes 21 may be electrically connected to each other in various ways, for example, may be connected in series, parallel, or in parallel.
  • the first light emitting diode 21 may have, for example, a center wavelength within a range of about 300 to 420 nm, and further, a center wavelength within a range of 400 to 420 nm.
  • a significant portion of the light emitted from the first light emitting diode 21 can be wavelength converted by the wavelength converter 23.
  • the first light emitting diode 23 emits ultraviolet rays, most of the ultraviolet rays are wavelength-converted by the wavelength converter 23, thereby preventing ultraviolet rays from being emitted to the outside.
  • safety problems caused by ultraviolet rays can be eliminated in advance.
  • the wavelength converter 23 converts the wavelength of light emitted from the first light emitting diode 21.
  • the wavelength converter 23 may be, for example, a molding part containing a phosphor or a quantum dot.
  • the wavelength converter 23 covers the first light emitting diode 21.
  • the wavelength converter 23 may cover all of the plurality of first light emitting diodes 21.
  • the wavelength converter 23 includes a wavelength conversion material for realizing white light together with light of the first light emitting diode 23.
  • the wavelength converter 23 may include a blue phosphor, a green phosphor and a red phosphor.
  • the wavelength converter 23 may include a blue phosphor and an orange phosphor.
  • the wavelength converter may include quantum dots.
  • blue phosphors include BAM-based, Halo-Phosphate-based or aluminate-based phosphors, for example, BaMgAl 10 O 17 :Mn 2 + , BaMgAl 12 O 19 :Mn 2 + or (Sr,Ca, Ba)PO 4 Cl:Eu 2+ .
  • the blue phosphor may have a peak wavelength within the range of 440 to 500 nm, for example.
  • green phosphors examples include LuAG(Lu 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3 + ), YAG(Y 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3 + ), Ga-LuAG((Lu,Ga) 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), Ga-YAG ((Ga,Y) 3 (Al,Gd) 5 O 12 :Ce 3 + ), LuYAG ((Lu,Y) 3 (Al, Gd) 5 O 12 :Ce 3+ ), Ortho-Silicate ((Sr,Ba,Ca,Mg) 2 SiO 4 :Eu 2 + ), Oxynitride ((Ba,Sr,Ca)Si 2 O 2 N 2 :Eu 2+), or Thio Gallate (SrGa 2 s 4: Eu may be mentioned 2 +).
  • the green phosphor may have a peak wavelength in the range of 500 to 600 nm.
  • red phosphor examples include Nitride, Sulfide, Fluoride, or Oxynitride-based phosphor, and specifically, CASN (CaAlSiN 3 :Eu 2 + ), (Ba,Sr,Ca) 2 Si 5 N 8 :Eu 2 + , (Ca, Sr) s 2: and the like Eu 2 +: Eu 2+), or (Sr, Ca) 2 SiS 4 .
  • the red phosphor may have a peak wavelength in the range of 600 to 700 nm.
  • White light may be implemented by a combination of the first light emitting diode 21 and the wavelength converter 23.
  • the spectrum of white light of various color temperatures implemented by the combination of the first light emitting diode 21 and the wavelength converter 23 is shown in FIG. 5.
  • white light of each color temperature is realized by a combination of light emitted from the first light emitting diode and light emitted from phosphors.
  • the irradiance of light emitted from the first light emitting diode 21 is smaller than that of the light emitted from the blue phosphor.
  • the irradiance of light emitted from the first light emitting diode 21 also increases, but the radiance of blue light emitted from the blue phosphor increases significantly.
  • the irradiance of light emitted from the first light emitting diode may be less than that of light emitted from the green phosphor and less than the radiance of light emitted from the red phosphor.
  • the second light emitting diode 31 may be mounted on the circuit board 11 spaced apart from the wavelength converter 23.
  • the light emitted from the second light emitting diode 31 may be emitted outside without substantially entering the wavelength converter 23. Accordingly, the irradiance of light emitted from the second light emitting diode 31 can be improved.
  • the second light emitting diode 31 may be connected to the first light emitting diode 21 in series or parallel, or may be driven independently from the first light emitting diode 21.
  • the second light emitting diode 31 emits light suitable for sterilizing pathogenic microorganisms other than white light.
  • the second light emitting diode 31 may emit light having a center wavelength of about 400 to 420 nm, for example, a center wavelength of about 400 to 410 nm, and further, a center wavelength of about 405 nm.
  • ultraviolet rays have excellent sterilization ability, but because they are harmful to the human body, they cannot be used indoors or in public places where people are active.
  • short-wavelength visible light within the range of 400 to 420 nm has a relatively low risk for ocular diseases or skin diseases, and has a high sterilizing ability against pathogenic microorganisms, and thus can be suitably used for lighting devices.
  • the second light emitting diode 31 can be efficiently used in a lighting device employing the first light emitting diode 21.
  • the radiance of light emitted from the second light emitting diode 31 may be greater than that of the light emitted from the white light emitting device at the same wavelength. Furthermore, the radiance of the light emitted from the second light emitting diode 31 may be greater than the radiance of the light emitted from the first light emitting diode 21 within the range of 300 to 420 nm outside the lighting device. Accordingly, the lighting device of the present embodiment has a main sterilizing function by the second light emitting diode 31 compared to the first light emitting diode 21.
  • the driving time of the second light emitting diode 31 and the driving time of the first light emitting diode 21 may be the same, but are not limited thereto, and the driving time of the second light emitting diode 31 is not limited thereto.
  • the driving time can be adjusted.
  • the use time of the second light emitting diode or the size of the irradiance can be adjusted in consideration of the risk to the human body.
  • the irradiance of the second light emitting diode 31 emitted from the lighting device may be 1 W/m 2 or less, and further, 0.1 W/m 2 or less.
  • 1W/m 2 represents the limit value of risk group 1 for blue light in the range of 300 to 700 nm in the photobiological safety standard (IEC 62471), and 0.1 W/m 2 corresponds to exemption.
  • IEC 62471 photobiological safety standard
  • 0.1 W/m 2 corresponds to exemption.
  • a part of the light emitted from the first light emitting diode 21 may also contribute to sterilization of pathogenic microorganisms.
  • a wavelength band suitable for sterilizing pathogenic microorganisms for example, relatively strong irradiance at a wavelength of about 400 to about 420 nm, more specifically about 405 nm. Emits light.
  • the first light emitting diode 21 when the first light emitting diode 21 emits light having a center wavelength of about 400 to about 420 nm, the first light emitting diode 21 may be used to sterilize pathogenic microorganisms, in this case, the second light emitting diode (31) may be omitted.
  • the illuminance of light emitted from the second light emitting diode 31 is determined by the first light emitting diode 21 in the spectrum of white light. It can be adjusted in consideration of the radiance of emitted light.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the lighting device according to the present embodiment is substantially similar to the lighting device described with reference to FIGS. 3 and 4, but the wavelength converters 23 are formed on the first light emitting diodes 21, respectively. There is a difference. That is, in FIGS. 3 and 4, the wavelength converter 23 covers all of the plurality of first light emitting diodes 21, but in this embodiment, each of the first light emitting diodes 21 is individually a wavelength converter 23 Covered with
  • the second light emitting diodes 31 may be disposed between the first light emitting diodes 21. That is, as illustrated, the second light emitting diodes 31 may be uniformly distributed between the first light emitting diodes 21, and accordingly, the light emitted from the second light emitting diode 31 and the white light It can be mixed to mitigate the recognition of light emitted from the second light emitting diode 31 from the outside.
  • the second light emitting diodes 31 may be covered with a transparent molding part to protect it from an external environment.
  • the second light emitting diodes 31 may be connected in series or parallel to the first light emitting diodes 21, but are not limited thereto, and may be independently driven from the first light emitting diodes 21. It can be mounted on the circuit board (11).
  • light emitted from the first light emitting diodes 21 may be used to sterilize pathogenic microorganisms, and thus, the second light emitting diodes 21 may be omitted. .
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the lighting device according to the present embodiment is substantially similar to the lighting device described with reference to FIGS. 3 and 4, except that the second light emitting diode 31 is also covered with the wavelength converter 23.
  • the wavelength converter 23 covers not only the first light emitting diode 21 but also the second light emitting diode 31. Accordingly, the wavelength converter 23 may wavelength-convert some of the light emitted from the second light emitting diode 31.
  • the second light emitting diode 31 since part of the light emitted from the second light emitting diode 31 is wavelength converted by the wavelength converter 23, more second light emitting diodes 31 than the previous embodiments in order to realize radiation intensity suitable for sterilization ) Can be used. Meanwhile, since the light generated by the second light emitting diode 31 is wavelength-converted and used to implement white light, the number of first light emitting diodes 21 can be reduced.
  • the second light emitting diodes 31 may be uniformly disposed between the first light emitting diodes 21, and accordingly, uniform light may be emitted to the outside.
  • the present disclosure is not necessarily limited thereto.
  • the irradiance of light generated by the second light emitting diode 31 and emitted outside without wavelength conversion is the first light emitting diode.
  • the number and intensity of the second light emitting diodes 31 are adjusted to be greater than the irradiance of light generated from (21) and emitted to the outside without wavelength conversion.
  • the lighting device according to the present embodiment also provides an effective sterilization function by the second light emitting diode 31.
  • the first light emitting diodes 21 may emit a central wavelength within a range of about 400 to about 420 nm, like the second light emitting diode 31. Moreover, the first light emitting diodes 21 and the second light emitting diodes 31 may emit light having the same wavelength, for example, light having a wavelength of 405 nm.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for describing a lighting device according to another embodiment of the present disclosure.
  • the lighting device according to the present embodiment is substantially similar to the lighting device described with reference to FIGS. 3 and 4, but differs in that it further includes a diffusion plate 51.
  • the diffusion plate 51 mixes white light and light emitted from the second light emitting diode 31 to uniformize the light. Accordingly, visibility of the light emitted from the second light emitting diode 31 can be reduced.
  • FIG. 9 is a schematic plan view for explaining a lighting device according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 9.
  • the lighting device includes a substrate 11, a first light emitting unit 122, a second light emitting unit 124, a third light emitting unit 126 and a second light emitting diode (31). Since the substrate 11 and the second light emitting diode 31 are similar to those described with reference to FIGS. 3 and 4, detailed descriptions are omitted to avoid duplication.
  • the first light emitting unit 122 includes a 1-1 light emitting diode 121a and a first wavelength converter 123a
  • the second light emitting unit 124 includes a 1-2 light emitting diode 121b and a first light emitting diode 121a
  • 2 includes a wavelength converter 123b
  • the third light emitting unit 126 includes a 1-3 light emitting diode 121c and a third wavelength converter 123c.
  • the 1-1 to 1-3 light emitting diodes 121a, 121b, and 121c emit light having a center wavelength in the range of about 300 to 420 nm, respectively.
  • the 1-1 to 1-3 light emitting diodes 121a, 121b, and 121c may have a center wavelength within a range of about 400 to about 420 nm. These may be the same light emitting diodes, or light emitting diodes having different center wavelengths.
  • the first to third wavelength converters 121a, 121b, and 121c each include a blue wavelength converting material that converts light emitted from the light emitting diode into blue light.
  • the first to third wavelength converters 123a, 123b, and 123c may also include a green wavelength converting material that converts light emitted from the light emitting diode into green light and a red wavelength converting material to convert red light, respectively.
  • the blue wavelength converting material, the green wavelength converting material, and the red wavelength converting material may be selected from blue phosphor, green phosphor, and red phosphor described with reference to FIGS. 3 and 4. Also, these phosphors may be replaced with quantum dots.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 may emit white light having different color temperatures.
  • the first to third wavelength converters have different wavelength converting materials or different amounts of wavelengths. It may contain a conversion material.
  • the first to third light emitting units 122 124 and 126 can be driven independently.
  • the first light emitting unit 122 may implement a white light having a color temperature of 2700K
  • the third light emitting unit 126 of a color temperature of 6000K or 6500K By selectively driving the first to third light emitting units, the color temperature of the lighting device can be changed in accordance with changes in sunlight.
  • the first to third light emitting units 122, 124, 126 may be driven together. By combining the first to third light emitting units 122, 124, and 126, white light having various color temperatures may be implemented.
  • each of the light emitting diodes 121a, 121b, and 121c in the first to third light emitting units 122, 124, and 126 is generated in each of the light emitting diodes 121a, 121b, and 121c in the first to third light emitting units 122, 124, and 126 in the radiation intensity spectrum of the light emitted to the outside of the lighting device and is emitted outside without wavelength conversion
  • the irradiance of the center wavelength of the light is smaller than the irradiance of the peak wavelength of the blue light emitted from the respective wavelength converters 123a, 123b, and 123c. Accordingly, it is possible to prevent eye diseases or skin diseases caused by the lighting device.
  • the second light emitting diode 31 may be driven together when at least one of the first to third light emitting units 122, 124, and 126 is driven.
  • the second light emitting diode 31 may be driven independently of the first to third light emitting units 122,124, 126, and thus, the first to third light emitting units 122, 124, 126 may not be driven. Even when the second light emitting diode 31 can be driven. Therefore, the second light emitting diode 31 may operate even at night when the lighting device is not used to perform sterilization.
  • light suitable for sterilizing pathogenic microorganisms may be emitted from the first to third light emitting units 122, 124, and 126.
  • the 1-1 to 1-3 light emitting diodes 121a, 121b, and 121c emits light having a center wavelength of about 400 to about 420 nm, in particular, light having a center wavelength of 405 nm.
  • These light emitting units can be used to sterilize pathogenic microorganisms while realizing white light.
  • the on/off of the second light emitting diodes 31 or the light emitted from the second light emitting diodes 31 can be adjusted.
  • first to third light emitting units 122, 124, and 126 may be arranged such that respective light emitting units are evenly distributed.
  • the second light emitting diodes 31 are illustrated as being disposed outside the aligned positions of the first to third light emitting units 122, 124, and 126, but are not limited thereto. It may be arranged together with the first to third light emitting units.
  • the first to third light emitting units 122, 124, and 126 have a structure in which the wavelength converters 123a, 123b, and 123c wrap around the light emitting diodes 121a, 121b, and 121c.
  • these light emitting units can be a chip scale package.
  • the present disclosure is not limited to this, and the light emitting units 122, 124, and 126 may be light emitting devices of a conventional package type.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for describing a light emitting unit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 schematically shows a conventional package type light emitting device.
  • the first light emitting unit 122 includes a 1-1 light emitting diode 121a and a first wavelength converter 123a.
  • the first-first light-emitting diode 121a may be mounted in the cavity of the housing 120, and the first wavelength converter 123a covers the light-emitting diode 121a in the cavity. Meanwhile, the first-first light emitting diode 121a may be electrically connected to the lead electrodes through bonding wires.
  • the package of FIG. 11 is an example, and various types of packages may be used. Also, the first wavelength converter 123a may cover the light emitting diode 121a in various shapes.
  • the second light emitting unit 124 and the third light emitting unit 124 may also be light emitting devices having the same package type.
  • the second light emitting diode 31 may also be provided as a package type light emitting device and mounted on the substrate 11. However, the second light emitting diode 31 may be covered with a transparent molding portion instead of being covered with a wavelength converter.
  • the lighting devices of the present disclosure may change the color temperature of white light in response to a change in color temperature of sunlight over time. Furthermore, the lighting devices of the present disclosure may change the color temperature of white light in consideration of the change in color temperature of sunlight according to the region.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a lighting device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the lighting apparatus 100 receives the location information from the light source 30 for emitting light, the location information receiving unit for receiving location information, and the location information receiving unit, and It includes a control unit 50 for controlling the dose of light emitted from the (30).
  • the location information refers to information that can be obtained using a global positioning system (GPS).
  • the light source 30 refers to a white light source that implements white light, and is an arbitrary light source capable of changing color temperature.
  • the light source 30 may be a white light emitting device including the first light emitting diode 21 and the wavelength converter 23 or the first to third light emitting units 122, 124, 126, but must be It is not limited.
  • the location information receiving unit 40 receives location information from a satellite using GPS to calculate current location information of the lighting device 100. That is, the location information may include latitude and longitude, and the location information of the current lighting device 100, such as latitude and longitude, may be determined by the location information received by the location information receiving unit 40. The location information obtained using the location information signal is provided to the control unit 50.
  • the controller 50 calculates a dose amount of light to be emitted by the light source 30 based on the location information provided from the location information receiving unit 40 and controls the light source 30 to emit light corresponding to the dose amount. .
  • the control unit 50 may control whether light is emitted, the amount of light, the intensity of the light, and the emission time.
  • the control unit 50 may also control the dose amount of light to be emitted from the second light emitting diode 31 to sterilize pathogenic microorganisms together with the dose amount of the light source 30.
  • the control unit 50 may control the dose amount of light emitted from the second light emitting diode 31 according to the dose amount of the white light source 30.
  • the power supply unit 60 is electrically connected to the control unit 50 to the light source 30 and the location information receiving unit 40 to supply power to the light source 30 and the location information receiving unit 40.
  • the power supply unit 60 is illustrated as supplying power to the light source 30 and the location information receiving unit 40 through the control unit 50, but is not limited thereto, and the light source 30 and the location information receiving unit 40 are not limited thereto. ) May be directly connected to the power supply unit 60, respectively.
  • the light source 30 and the location information receiving unit 40 may be disposed on the substrate 11. However, the present disclosure is not limited thereto, and the location information receiving unit 40 may be disposed on a substrate different from the substrate 11 on which the light source 30 is disposed.
  • the sunlight is not irradiated to the same extent in all places on the Earth, the lower the latitude, the larger the dose of sunlight, and the higher the latitude, the smaller the dose of sunlight.
  • the position of the light irradiation device 100 is determined using the location information, the dose of sunlight is calculated at the location, and then the visible light corresponding to the dose of sunlight is used. By irradiating to, it is possible to obtain the effect of exposure to sunlight within limits that are harmless to the human body.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of driving a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the location information receiving unit receives the location information (S11). For example, it may be determined that the light irradiation apparatus is located in city B of country A according to the location information obtained from the location information receiving unit.
  • the received location information is provided to the control unit, and the control unit checks or calculates an appropriate dose amount of light to be emitted by the light irradiation apparatus based on the location information (S13). For example, if city B of country A is determined, information such as sunrise time, sunset time, and average sunshine may be calculated in addition to latitude and longitude information in city B of country A. Using latitude and longitude information, the sunrise and sunset times on latitude and longitude can be easily checked. The control unit determines whether day or night using an algorithm that calculates the sunrise and sunset times on the current latitude and longitude. It can be configured to.
  • the control unit calculates the turn-on time, turn-off time, and light intensity of the light source so as to have a degree similar to that of actual sunlight, that is, an appropriate amount of dose using information such as sunrise time, sunset time, and average sunshine. Can be. In particular, it is possible to accurately determine whether the light source is irradiated by accurately discriminating day or night lights without adding an illuminance sensor.
  • Information such as sunrise time, sunset time, and average sunshine in each place may be stored in a separate memory in the control unit, or may be easily obtained by accessing a separate Internet network.
  • the control unit causes the light corresponding to an appropriate dose amount calculated by turning on or off the light source to be irradiated to the user from the light source (S15).
  • the user can be irradiated with a dose of substantially the same amount as that of sunlight even if he does not go outdoors in a place where he is.
  • the place where he or she is currently located Light similar to the sunlight in Esau can be provided in an appropriate dose in an appropriate amount of time. Accordingly, the user is in a familiar environment, psychological stability becomes possible, and the irradiation time can be controlled through setting such as sunrise or sunset time, thereby facilitating the recovery of everyday biorhythms.
  • the present invention is not limited thereto, and natural light emitted from sunlight or lighting devices, That is, it can be used as a correction light source to compensate for the lack of external light in the presence of external light.
  • the amount of sunshine may be significantly lower than a low-latitude area, and in this case, it is necessary to compensate for the insufficient amount of sunshine.
  • the amount of sunlight is low, not only the light in the visible light wavelength band irradiated to the user is insufficient, but the light in the ultraviolet wavelength band may be insufficient.
  • the light irradiation apparatus may serve to compensate for the insufficient light by additionally irradiating light in the visible wavelength band and ultraviolet wavelength band.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method of driving a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the location information receiving unit receives the location information (S21). For example, it may be determined that the light irradiation apparatus is located in the D city of country C in accordance with the location information obtained from the location information receiving unit.
  • the received location information is provided to the control unit, and the control unit calculates information such as sunrise time, sunset time, and average sunshine at the current location based on the location information, and calculates sunrise time, sunset time, and average sunshine amount. Using the information, the current dose of actual sunlight is calculated (S23).
  • the difference between the appropriate dose required for the user and the current dose is calculated (S25). For example, in the case of D city in country C, if the amount of sunshine is insufficient because it is located in a high-latitude area, the required amount of sunshine actually becomes the appropriate dose, and the value obtained by subtracting the current dose from the appropriate dose is the amount of dose.
  • the appropriate dose required for the user may be stored in a separate memory or the like in the control unit, or may be easily obtained by accessing a separate Internet network or the like.
  • the control unit irradiates the object to be processed from the light source with a dose amount corresponding to the difference between the appropriate dose amount and the external dose amount calculated by turning on or off the light source (S27). As possible.
  • the user can be irradiated to a predetermined light with a dose amount of a degree that is most appropriate for the user, regardless of where the user is.
  • the lighting device may be installed in an indoor living space as well as an indoor space used by a large number of people, such as a hospital or an airport.
  • a lighting system in which the lighting device is installed can also be provided. This lighting system is suitable for sterilizing pathogenic microorganisms on a daily basis and can also operate the lighting device to effectively sterilize the pathogenic microorganisms even in times of inactivity.
  • FIG. 15A and 15B are graphs for explaining the results of sterilization experiments of E. coli and Staphylococcus aureus according to the light irradiation amount of the second light emitting diode
  • FIG. 13 is sterilization of Staphylococcus aureus cultured according to the light irradiation amount of the second light emitting diode
  • Each bacterium was spread on a bacterial culture medium and incubated for one day at 35-37°C.
  • the colonies formed on the bacterial culture medium were collected and mixed with physiological saline, centrifuged, the supernatant was discarded, and physiological saline was added again.
  • a bacterial solution was prepared, and the bacterial solution was diluted to prepare a bacterial solution at a concentration suitable for a sterilization experiment.
  • Colonies formed on the bacterial culture medium were identified and multiplied by dilution multiples.
  • the graphs of FIGS. 15A and 15B show the sterilizing power according to the dose of light in comparison to the number of control bacteria without a sterilizing light source. It can be seen that as the dose of light increases, the sterilizing ability of pathogenic microorganisms increases.
  • 1 on the y-axis represents the sterilizing power of 90%
  • 2 represents the sterilizing power of 99%
  • 3 represents the sterilizing power of 99.9%. Therefore, the light irradiation amount shows a sterilizing power of about 90% in the range of about 20 to 30 J/cm2, shows a 99% sterilizing power in the range of about 50 to 60 J/cm2, and about 99.9% in the range of about 80 to 95 J/cm2 It can be seen that it shows the sterilizing power of.
  • Table 1 below shows the relative intensity of the wavelength of 405 nm according to the color temperature of the white light source derived using the spectrum of the conventional light source (comparative example) (FIG. 2) and the spectrum of the light source (example) of this embodiment (FIG. 5), It shows the relative light dose and relative sterilization power.
  • the intensity at a wavelength of 405 nm shows that the light source of the embodiment having a color temperature of 6500K is the largest and the light source of the embodiment having a color temperature of 3000K is relatively small.
  • the light source of the comparative example shows a very small intensity even at a color temperature of 6500K, and shows a smaller intensity than the 3000K light source of the embodiment at all color temperatures.
  • the light dose amount of the 6500K light source of the light source of the example is 90J/cm 2
  • the light dose amounts of other light sources under the same conditions are also listed in the table.
  • the color temperature was 5000K or less, and the light dose amount was less than 1/2 of the light dose amount of the color temperature of 6500K.
  • the light sources of the comparative example show a smaller amount of light dose than the light source of 3000K in practice.
  • the sterilizing power against E. coli and Staphylococcus aureus (S. aureus)
  • the sterilizing power of the light source with a color temperature of 6500K among the light sources of the example is 100%
  • the sterilizing power of other light sources is the same at the same irradiation time. As described in the table.
  • the light source of the embodiment shows a relatively strong sterilizing power at a color temperature of 6500K.

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Abstract

일 실시예에 따른 조명 장치는, 적어도 하나의 제1 발광 다이오드 및 파장변환기를 포함하여 백색광을 구현하는 백색광 방출 장치; 및 적어도 하나의 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하되, 상기 제1 발광 다이오드는 약 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 다이오드는 약 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 파장변환기는 상기 제1 발광 다이오드의 광을 청색, 녹색 및 적색광으로 변환하는 파장변환물질을 포함하고, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광 및 상기 제2 발광 다이오드에서 생성된 광을 외부로 방출하되, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 발광 다이오드에서 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 청색 파장변환 물질에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다.

Description

살균 기능을 갖는 LED 조명 장치
본 개시는 LED를 이용한 살균 기능을 갖는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 무기 광원으로서, 디스플레이 장치, 차량용 램프, 일반 조명과 같은 여러 분야에 다양하게 이용되고 있다. 특히, 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮아 기존 조명 광원을 빠르게 대체하고 있다.
한편, 태양광은 자외선, 가시광 및 적외선 영역에 걸쳐 넓은 파장 스펙트럼을 나타내며, 특히, 자외선은 살균 작용을 하는 것이 잘 알려져 있다. 이에 따라, 자외선 LED를 이용하여 살균 기능을 갖는 다양한 광원들이 개발되고 있다.
그런데, 살균 기능이 있는 자외선은 일반적으로 인체, 특히 눈이나 피부에 해롭다. 이 때문에 자외선 LED를 이용한 광원은 사람이 없는 공간에서 사용해야 하는 제약이 따른다. 즉, 살균 기능이 있는 자외선 LED는 사람들이 활동하는 공간에서 조명 장치에 사용하기에는 적합하지 않다는 단점이 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는, 인체에 해가 없이 살균 기능을 갖는 조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 안구질환이나 피부질환을 유발하지 않고 살균 기능을 갖는 조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 태양광과 같이 시간에 따라 색온도를 변화시킬 수 있으며 살균 기능을 갖는 조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 지역과 시간에 따른 태양광의 색온도를 고려하여 색온도를 변화시킬 수 있으며 살균 기능을 갖는 조명 장치 및 그것을 갖는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 적어도 하나의 제1 발광 다이오드 및 파장변환기를 포함하여 백색광을 구현하는 백색광 방출 장치; 및 적어도 하나의 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하되, 상기 제1 발광 다이오드는 약 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 다이오드는 약 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 파장변환기는 상기 제1 발광 다이오드의 광을 백색광으로 변환하도록 복수의 파장변환물질을 포함하고, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광 및 상기 제2 발광 다이오드에서 생성된 광을 외부로 방출하되, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 발광 다이오드에서 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 청색 파장변환 물질에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치는, 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-1 발광 다이오드 및 제1 파장변환기를 포함하는 제1 발광 유닛; 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-2 발광 다이오드 및 제2 파장변환기를 포함하는 제2 발광 유닛; 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-3 발광 다이오드 및 제3 파장변환기를 포함하는 제3 발광 유닛; 및 중심 파장이 약 400 내지 420nm 범위 내에서 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 파장변환기는 각각 발광 다이오드에서 방출된 광을 청색광으로 변환시키는 청색 파장변환물질을 포함하고, 외부로 방출된 광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 내지 제3 발광 유닛 들 내의 각 발광 다이오드에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 파장변환기에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다.
또한, 본 개시의 또 다른 실시예들은 상기 조명 장치를 포함하는 조명 시스템을 제공한다.
도 1은 청색광의 파장에 따른 위험도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래 기술에 따라 청색 발광 다이오드를 사용한 백색광원의 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치의 대표적인 스펙트럼들을 나타낸다.
도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)를 도시한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치가 구동되는 방법을 도시한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치가 구동되는 방법을 도시한 순서도이다.
도 15A 및 도 15B는 제2 발광 다이오드의 광 조사량에 따른 대장균 및 황색포도상구균의 살균 실험 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 제2 발광 다이오드의 광 조사량에 따라 배지에서 배양된 대장균의 살균 실험 결과를 보여주는 사진들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시는 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 적어도 하나의 제1 발광 다이오드 및 파장변환기를 포함하여 백색광을 구현하는 백색광 방출 장치; 및 적어도 하나의 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하되, 상기 제1 발광 다이오드는 약 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 발광 다이오드는 약 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고, 상기 파장변환기는 상기 제1 발광 다이오드의 광을 백색광으로 변환하는 복수의 파장변환물질을 포함하고, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광 및 상기 제2 발광 다이오드에서 생성된 광을 외부로 방출하되, 상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 발광 다이오드에서 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 청색 파장변환 물질에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다.
본 명세서에 있어서, 살균(sterilization)은 병원성 미생물의 증식을 감소시키거나 방해하도록 병원성 미생물을 죽이거나 손상시키는 것을 의미한다.
백색 발광 장치와 함께 병원성 미생물 살균에 적합한 제2 발광 다이오드를 사용함으로써 살균 기능을 갖는 조명 장치를 제공할 수 있다. 나아가, 제1 발광 다이오드에서 방출된 광의 복사 조도가 청색 파장변환 물질에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작기 때문에 제1 발광 다이오드에 의해 인체에 해가 생기거나 안구질환 또는 피부질환이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 파장변환기는 제1 발광 다이오드의 광을 청색, 녹색 및 적색광으로 변환하는 파장변환물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 파장변환기는 제1 발광 다이오드의 광을 청색 및 오렌지색의 광으로 변환하는 청색 및 오렌지색 파장변환물질을 포함할 수도 있다.
상기 백색광과 상기 제2 발광 다이오드에서 방출된 광은 혼합되어 방출될 수 있다. 예를 들어, 상기 조명 장치는 상기 백색광과 제2 발광 다이오드에서 방출된 광을 혼합하기 위한 확산판을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 발광 다이오드는 약 405nm의 중심 파장의 광을 방출할 수 있다. 405nm의 파장은 가시 영역에서 안구질환이나 피부질환을 유발하지 않으면서 병원성 미생물을 살균하기에 적합하다.
한편, 상기 파장변환기는 형광체 또는 양자점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 파장변환기는, 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 이들 형광체는 개별적으로 또는 모두 양자점으로 대체될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 발광 다이오드에서 방출되는 광은 상기 파장변환기를 통과하지 않고 외부로 방출될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제2 발광 다이오드에서 방출되는 광의 일부는 상기 파장변환기에 의해 파장변환될 수 있다.
상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드에서 생성되어 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)는 상기 적어도 하나의 제1 발광 다이오드에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)보다 크다. 이에 따라, 상기 제2 발광 다이오드를 이용하여 병원성 미생물을 살균할 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드보다 더 많은 수의 제1 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이에 따라, 백색 발광 장치의 조도는 제2 발광 다이오드에 비해 더 크다.
한편, 상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드에서 생성되어 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)는 1W/m2 이하일 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 실장하기 위한 회로 기판을 더 포함할 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 제1 발광 다이오드는 약 400 내지 약 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출할 수 있다. 나아가, 상기 제1 발광 다이오드는 약 405nm의 중심 파장의 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부가 파장변환없이 외부로 방출되어 병원성 미생물을 살균할 수 있다. 특히, 상기 백색광 방출 장치가 6500K의 백색광을 구현할 경우, 이 백색광 내에서 제1 발광 다이오드에서 방출된 중심 파장의 광의 복사 조도는 다른 색온도의 백색광에 비해 상대적으로 크기 때문에, 제2 발광 다이오드를 사용함이 없이 상기 백색광 발광 장치를 이용하여 병원성 미생물을 살균할 수 있다. 따라서, 특정 실시예에 있어서, 상기 제2 발광 다이오드는 생략될 수도 있다.
나아가, 상기 백색 발광 장치가 구현하는 백색광의 색온도에 따라 제1 발광 다이오드에서 방출된 중심 파장의 광의 복사 조도가 변하므로, 이 복사 조도의 변화에 따라 제2 발광 다이오드에서 방출되는 광의 복사 조도를 변화시켜 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 복사 조도를 제공할 수 있다.
한편, 상기 조명 장치는, 위치 정보를 수신하는 위치 정보 수신부; 및 상기 위치 정보 수신부로부터 상기 위치 정보를 수신하며, 상기 백색광 방출장치로부터 출사된 광의 도즈량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 기초로 하여 상기 백색광 방출장치가 출사해야 할 광의 도즈량을 산출하고, 상기 도즈량만큼의 광을 출사하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 위치 정보 수신부로부터 제공받은 위치 정보를 기초로 하여 적정 도즈량을 산출하고, 상기 광원이 적정 도즈량을 출사하도록 제어할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 위치 정보 수신부는 상기 조명 장치의 위치 정보를 산출하고, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 수신받아 상기 조명 장치가 위치한 장소에서의 외부광의 도즈량 및 적정 도즈량을 산출하며, 상기 적정 도즈량과 상기 외부광의 도즈량의 차이만큼 상기 광을 출사하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 위치 정보로부터 시간 정보를 산출하고, 상기 시간 정보에 따라 상기 백색광 방출장치가 출사해야 할 광의 도즈량을 제어할 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치는, 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-1 발광 다이오드 및 제1 파장변환기를 포함하는 제1 발광 유닛; 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-2 발광 다이오드 및 제2 파장변환기를 포함하는 제2 발광 유닛; 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출하는 제1-3 발광 다이오드 및 제3 파장변환기를 포함하는 제3 발광 유닛; 및 중심 파장이 약 400 내지 420nm 범위 내에서 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 파장변환기는 각각 발광 다이오드에서 방출된 광을 청색광으로 변환시키는 청색 파장변환물질을 포함하고, 외부로 방출된 광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들 내의 각 발광 다이오드에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들 내의 대응하는 각 파장변환기에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다.
복수의 발광 유닛들을 포함함으로써 다양한 색온도의 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제3 파장변환기 각각은 상기 제1 발광 다이오드에서 방출된 광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 파장변환물질 및 적색광으로 변환시키는 적색 파장변환물질을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛은 각각 백색광을 구현할 수 있다.
상기 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오는 중심 파장이 약 400 내지 420nm 범위 내의 광을 방출할 수 있다. 상기 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드는 동일한 피크 파장의 광을 방출할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 파장변환기에 의해 파장변환된 광 및 상기 제2 발광 다이오드에서 방출된 광은 혼합되어 외부로 방출될 수 있다. 또한, 상기 혼합된 광은 백색광일 수 있다.
나아가, 상기 조명 장치는 상기 파장변환기에 의해 파장변환된 광과 상기 제2 발광 다이오드에서 방출되는 광을 혼합하기에 적합한 확산판을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛은 서로 다른 색온도의 백색광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 제1 발광 유닛, 제2 발광 유닛 및 제3 발광 유닛은 각각 독립적으로 구동될 수 있다.
이에 따라, 상기 조명 장치는 태양광의 시간에 따른 변화에 맞춰 색온도를 변경할 수 있다.
한편, 상기 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드는 각각 상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드보다 더 많이 배치될 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드가 실장된 회로 기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 조명 장치는 위치 정보를 수신하는 위치 정보 수신부, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들로부터 출사된 광의 도즈량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 기초로 하여 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들로부터 출사되는 광의 도즈량을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 위치 정보 수신부로부터 제공받은 위치 정보를 기초로 하여 적정 도즈량을 산출하고, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들이 적정 도즈량을 출사하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 위치 정보 수신부는 상기 조명 장치의 위치 정보를 산출하고, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 수신받아 상기 조명 장치가 위치한 장소에서의 외부광의 도즈량 및 적정 도즈량을 산출하며, 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들이 상기 적정 도즈량과 상기 외부광의 도즈량의 차이만큼의 도즈량을 출사하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 위치 정보로부터 시간 정보를 산출하고, 상기 시간 정보에 따라 상기 광의 도즈량을 제어할 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예들에 따른 조명 시스템은 실내 공간에 배치된 조명 장치를 포함하는데, 상기 조명 장치는 위에서 설명된 조명 장치들 중 하나이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 청색광의 파장에 따른 위험도를 나타내는 그래프이다.
청색광은 안구질환이나 피부질환을 유발하는 것으로 알려졌으며, 특히, 430 내지 440nm 사이에 가장 강한 위험도를 나타낸다. 420 내지 455nm의 파장범위는 위험도가 가장 높은 값을 기준으로 90% 이상의 위험도를 나타내며, 413 내지 465nm는 70% 이상의 위험도를 411 내지 476nm는 50% 이상의 위험도를 나타낸다.
한편, 자외선은 인체에 해를 끼치며 특히, 270 내지 280nm 사이에 가장 강한 위험도를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따라 청색 발광 다이오드를 사용한 백색광원의 스펙트럼을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 백색 광원은 청색 발광 다이오드와 함께 황색 형광체, 또는 녹색 형광체와 적색 형광체를 사용하여 백색광을 구현한다. 색온도에 따라 형광체의 종류, 형광체의 양이 조절되며, 색온도가 높을 수록 청색광의 강도가 증가한다.
종래 백색광원에 사용되는 청색 발광 다이오드는 대체로 430nm 내지 470nm 범위 내에 중심 파장(피크 파장)을 갖는다. 이 범위 내의 청색광은 도 1에 도시한 바와 같이 위험도가 상대적으로 높다. 따라서, 백색 광원의 색온도가 증가할수록 청색광의 강도도 증가하여, 안구질환이나 피부질환을 유발할 위험성이 증가한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 조명 장치는 회로 기판(11), 제1 발광 다이오드(21), 파장변환기(23) 및 제2 발광 다이오드(31)를 포함할 수 있다.
회로 기판(11)은 제1 및 제2 발광 다이오드들(21, 31)에 전원을 공급하기 위한 회로 패턴을 가질 수 있다. 회로 기판(11)은 인쇄회로보드일 수 있으며, 예컨대 메탈-PCB일 수 있다.
제1 발광 다이오드(21)는 백색광을 구현하기 위한 광원으로서 적어도 하나가 회로 기판(11) 상에 실장된다. 복수의 제1 발광 다이오드(21)는 서로 다양한 방식으로 전기적으로 연결될 수 있으며, 예컨대 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결될 수 있다.
제1 발광 다이오드(21)는 예를 들어 약 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장을 가질 수 있으며, 나아가, 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장을 가질 수 있다. 또한, 제1 발광 다이오드가 이 범위 내의 중심 파장을 가짐으로써 제1 발광 다이오드(21)에서 방출되는 광의 상당 부분이 파장변환기(23)에 의해 파장변환될 수 있다. 제1 발광 다이오드(23)가 자외선을 방출하는 경우, 대부분의 자외선은 파장변환기(23)에 의해 파장변환되며, 이에 따라 자외선이 외부로 방출되는 것이 방지된다. 나아가, 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장을 갖는 제1 발광 다이오드를 사용할 경우, 자외선에 의한 안전 문제를 사전에 제거할 수 있다.
파장 변환기(23)는 제1 발광 다이오드(21)에서 방출된 광의 파장을 변환시킨다. 파장변환기(23)는 예를 들어 형광체 또는 양자점을 함유하는 몰딩부일 수 있다. 파장변환기(23)는 제1 발광 다이오드(21)를 덮는다. 복수의 제1 발광 다이오드(21)가 회로 기판(11) 상에 실장된 경우, 파장변환기(23)는 복수의 제1 발광 다이오드(21)를 모두 덮을 수 있다.
파장 변환기(23)는 제1 발광 다이오드(23)의 광과 함께 백색광을 구현하기 위한 파장변환물질을 포함한다. 일 실시예에서, 파장변환기(23)는 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 파장변환기(23)는 청색 형광체 및 오렌지색 형광체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 파장변환기는 양자점을 포함할 수도 있다.
청색 형광체의 예로는 BAM계, Halo-Phosphate계 또는 알루미네이트계의 형광체를 들 수 있으며, 예를 들어, BaMgAl10O17:Mn2 +, BaMgAl12O19:Mn2 + 또는 (Sr,Ca,Ba)PO4Cl:Eu2+ 를 포함할 수 있다. 청색 형광체는 예를 들어 440 내지 500nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.
녹색 형광체의 예로는 LuAG(Lu3(Al,Gd)5O12:Ce3 +), YAG(Y3(Al,Gd)5O12:Ce3 +), Ga-LuAG((Lu,Ga)3(Al,Gd)5O12:Ce3+), Ga-YAG ((Ga,Y)3(Al,Gd)5O12:Ce3 +), LuYAG ((Lu,Y)3(Al,Gd)5O12:Ce3+), Ortho-Silicate ((Sr,Ba,Ca,Mg)2SiO4:Eu2 +), Oxynitride ((Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu2+), 또는 Thio Gallate (SrGa2S4:Eu2 +) 를 들 수 있다. 녹색 형광체는 500 내지 600nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.
적색 형광체의 예로는 Nitride, Sulfide, Fluoride 또는 Oxynitride 계의 형광체를 들 수 있고, 구체적으로, CASN (CaAlSiN3:Eu2 +), (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu2 +, (Ca,Sr)S2:Eu2+), 또는 (Sr,Ca)2SiS4:Eu2 + 등을 들 수 있다. 적색 형광체는 600 내지 700nm 범위 내에 피크 파장을 가질 수 있다.
제1 발광 다이오드(21)와 파장변환기(23)의 조합에 의해 백색광이 구현될 수 있다. 제1 발광 다이오드(21)와 파장변환기(23)의 조합에 의해 구현된 다양한 색온도의 백색광의 스펙트럼을 도 5에 나타내었다.
도 5에 도시한 바와 같이, 각 색온도의 백색광은 제1 발광 다이오드에서 방출된 광과 형광체들에서 방출된 광의 조합에 의해 구현된다. 또한, 모든 색온도에서 제1 발광 다이오드(21)에서 방출된 광의 복사 조도가 청색 형광체에서 방출된 광의 복사 조도보다 작은 것을 확인할 수 있다. 색온도가 증가할 수록 제1 발광 다이오드(21)에서 방출된 광의 복사 조도도 증가하지만, 청색 형광체에서 방출된 청색광의 복사 조도가 더 크게 증가한다. 또한, 제1 발광 다이오드에서 방출된 광의 복사 조도는 녹색 형광체에서 방출된 광의 복사 조도보다 작고 적색 형광체에서 방출된 광의 복사 조도보다 작을 수 있다.
이에 따라, 제1 발광 다이오드에서 방출된 광에 의해 안구 질환이나 피부질환이 유발되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 발광 다이오드(31)는 파장변환기(23)로부터 이격되어 회로기판(11) 상에 실장될 수 있다. 제2 발광 다이오드(31)에서 방출된 광은 실질적으로 파장변환기(23)로 진입하지 않고 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광의 복사 조도가 향상될 수 있다.
제2 발광 다이오드(31)는 제1 발광 다이오드(21)에 직렬 또는 병렬 연결될 수 있으며, 또는 제1 발광 다이오드(21)로부터 독립적으로 구동될 수도 있다.
한편, 제2 발광 다이오드(31)는 백색광 이외의 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광을 방출한다. 제2 발광 다이오드(31)는 예컨대 약 400 내지 420nm의 중심 파장, 나아가, 약 400 내지 410nm의 중심 파장, 더 나아가, 약 405nm의 중심 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 일반적으로 자외선은 살균 능력이 뛰어나지만, 인체에 해롭기 때문에 사람들이 활동하는 실내나 공공 장소에서 사용할 수 없다. 한편, 400 내지 420nm 범위 내의 단파장 가시광선은 안구질환이나 피부질환에 대한 위험도가 상대적으로 낮으며, 병원성 미생물에 대한 살균 능력이 크므로, 조명 장치에 적합하게 사용될 수 있다.
더욱이, 400 내지 420nm 범위 내의 광은 제1 발광 다이오드(21)와 유사한 파장 범위이므로, 제1 발광 다이오드(21)를 채택한 조명 장치에서 제2 발광 다이오드(31)가 효율적으로 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 조명 장치에 살균 기능을 부가하기 위해, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광의 복사 조도는 상기 백색 발광 장치에서 방출되는 광의 동일 파장에서의 복사 조도보다 클 수 있다. 나아가, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광의 복사 조도는 중심 파장이 300 내지 420nm 범위 내의 제1 발광 다이오드(21)에서 조명 장치 외부로 방출되는 광의 복사 조도보다 클 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 조명 장치는 제1 발광 다이오드(21)에 비해 제2 발광 다이오드(31)에 의한 살균 기능이 주요하게 된다.
한편, 제2 발광 다이오드(31)의 구동 시간과 제1 발광 다이오드(21)의 구동 시간은 동일할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 조명 장치의 설치 위치에 따라 제2 발광 다이오드(31)의 구동 시간을 조절할 수 있다. 특히, 제2 발광 다이오드의 사용시간 또는 복사 조도의 크기는 인체에 대한 위해성을 고려하여 조절될 수 있다.
예를 들어, 조명 장치로부터 방출되는 제2 발광 다이오드(31)의 복사 조도는 1W/m2 이하일 수 있으며, 나아가, 0.1W/m2 이하일 수 있다. 1W/m2은 광생물학적 안전 규격(IEC 62471)에서 300 내지 700nm 범위 내 청색광에 대한 위험 그룹 1(risk group 1)의 한계값을 나타내며, 0.1W/m2은 면제(exempt)에 해당한다. 1W/m2 미만의 복사 조도를 갖도록 함으로써 조명 장치에서 상대적으로 긴 시간 동안 살균 작용을 하도록 구동될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 발광 다이오드(31)에 의해 조명 장치의 살균 기능이 발휘되는 것으로 설명하지만, 제1 발광 다이오드(21)에서 방출된 광의 일부도 병원성 미생물의 살균에 기여할 수 있다. 특히, 도 5에 도시한 바와 같이, 색온도가 6500K인 백색광의 경우, 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 파장 대역 예를 들어, 약 400 내지 약 420nm, 더 구체적으로 약 405nm의 파장에서 상대적으로 강한 복사 조도의 광을 방출한다. 따라서, 제1 발광 다이오드(21)가 약 400 내지 약 420nm의 중심 파장의 광을 방출하는 경우, 제1 발광 다이오드(21)를 이용하여 병원성 미생물을 살균할 수도 있으며, 이 경우, 제2 발광 다이오드(31)는 생략될 수도 있다.
또한, 색온도가 6500K보다 낮은 백색광의 경우에도 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 파장의 광이 방출되므로, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광의 조도를 백색광의 스펙트럼 중 제1 발광 다이오드(21)에서 방출되는 광의 복사 조도를 고려하여 조절할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 실내 생활 공간뿐만 아니라, 공항이나 병원과 같이 다수의 사람들이 활동하는 공간에서 병원성 미생물을 살균할 수 있어 병원성 미생물에 의한 인체 감염을 방지할 수 있다.
도 6은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 조명 장치와 대체로 유사하나, 파장변환기들(23)이 제1 발광 다이오드들(21) 상에 각각 형성된 것에 차이가 있다. 즉, 도 3 및 도 4에서 파장변환기(23)는 복수의 제1 발광 다이오드(21)를 모두 덮지만, 본 실시예에서, 각각의 제1 발광 다이오드(21)는 개별적으로 파장변환기(23)로 덮인다.
제1 발광 다이오드(21) 및 파장변환기(23) 내의 파장변환 물질은 앞서 설명한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략된다.
한편, 제1 발광 다이오드들(21)이 각각 파장변환기(23)로 덮이므로, 제2 발광 다이오드(31)는 제1 발광 다이오드들(21) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 도시한 바와 같이, 제2 발광 다이오드들(31)은 제1 발광 다이오드들(21) 사이에 균일하게 분포될 수 있으며, 이에 따라, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광이 백색광과 혼합될 수 있어 외부에서 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광이 인식되는 것을 완화할 수 있다. 외부 환경으로부터 보호하기 위해 상기 제2 발광 다이오드들(31)을 투명 몰딩부로 덮을 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 제2 발광 다이오드들(31)은 제1 발광 다이오드들(21)에 직렬 또는 병렬 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 발광 다이오드들(21)로부터 독립적으로 구동될 수 있도록 회로 기판(11)에 실장될 수 있다.
한편, 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이, 제1 발광 다이오드들(21)에서 외부로 방출되는 광이 병원성 미생물을 살균하는데 사용될 수 있으며, 따라서, 제2 발광 다이오드들(21)은 생략될 수도 있다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 조명 장치와 대체로 유사하나, 제2 발광 다이오드(31)도 파장변환기(23)로 덮인 것에 차이가 있다.
즉, 파장변환기(23)는 제1 발광 다이오드(21)뿐만 아니라 제2 발광 다이오드(31)도 덮는다. 이에 따라, 파장변환기(23)는 제2 발광 다이오드(31)에서 방출된 광의 일부를 파장변환시킬 수 있다.
한편, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출된 광의 일부가 파장변환기(23)에 의해 파장변환되므로, 살균에 적합한 복사 조도를 구현하기 위해 앞의 실시예들에 비해 더 많은 제2 발광 다이오드(31)가 사용될 수 있다. 한편, 제2 발광 다이오드(31)에서 생성된 광이 파장변환되어 백색광을 구현하는데 사용되므로, 제1 발광 다이오드(21)의 갯수는 감소될 수 있다.
한편, 제2 발광 다이오드들(31)은 제1 발광 다이오드들(21) 사이에 균일하게 배치될 수 있으며, 이에 따라, 균일한 광을 외부로 방출할 수 있다. 그러나 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 발광 다이오드(21)가 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장을 갖는 광을 방출하는 경우, 제2 발광 다이오드(31)에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출되는 광의 복사 조도는 제1 발광 다이오드(21)에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출되는 광의 복사 조도보다 크도록 제2 발광 다이오드(31)의 갯수 및 강도가 조절된다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 조명 장치도 제2 발광 다이오드(31)에 의해 유효한 살균 기능을 제공한다.
특정 실시예에 있어서, 제1 발광 다이오드들(21)은 제2 발광 다이오드(31)와 동일하게 약 400 내지 약 420nm 범위 내의 중심 파장을 방출할 수 있다. 더욱이, 제1 발광 다이오드들(21)과 제2 발광 다이오드들(31)은 동일한 파장의 광, 예를 들어 405nm 파장의 광을 방출할 수도 있다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 조명 장치와 대체로 유사하나, 확산판(51)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
확산판(51)은 백색광과 제2 발광 다이오드(31)에서 방출된 광을 혼합하여 광을 균일화시킨다. 이에 따라, 제2 발광 다이오드(31)에서 방출된 광에 대한 시인성을 줄일 수 있다.
도 9는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 10은 도 9의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치는 기판(11), 제1 발광 유닛(122), 제2 발광 유닛(124), 제3 발광 유닛(126) 및 제2 발광 다이오드(31)를 포함한다. 기판(11) 및 제2 발광 다이오드(31)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 것과 유사하므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제1 발광 유닛(122)은 제1-1 발광 다이오드(121a) 및 제1 파장변환기(123a)를 포함하고, 제2 발광 유닛(124)은 제1-2 발광 다이오드(121b) 및 제2 파장변환기(123b)를 포함하며, 제3 발광 유닛(126)은 제1-3 발광 다이오드(121c) 및 제3 파장변환기(123c)를 포함한다.
여기서, 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드들(121a, 121b, 121c)는 각각 중심 파장이 약 300 내지 420nm 범위 내의 광을 방출한다. 특히, 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드들(121a, 121b, 121c)은 약 400 내지 약 420nm 범위 내의 중심 파장을 가질 수 있다. 이들은 동일한 발광 다이오드들일 수도 있으며, 서로 다른 중심파장을 갖는 발광 다이오드들일 수도 있다.
한편, 제1 내지 제3 파장변환기(121a, 121b, 121c)는 각각 발광 다이오드에서 방출된 광을 청색광으로 변환시키는 청색 파장변환물질을 포함한다. 제1 내지 제3 파장변환기(123a, 123b, 123c)는 또한, 각각 발광 다이오드에서 방출된 광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 파장변환물질 및 적색광으로 변환시키는 적색 파장변환물질을 포함할 수 있다. 청색 파장변환물질, 녹색 파장변환물질 및 적색 파장변환물질은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중에서 선택될 수 있다. 또한, 이들 형광체들은 양자점으로 대체될 수도 있다.
한편, 제1 내지 제3 발광 유닛(122, 124, 126)은 서로 다른 색온도의 백색광을 방출할 수 있으며, 이를 위해, 제1 내지 제3 파장변환기는 서로 다른 파장변환물질 또는 서로 다른 양의 파장변환물질을 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 발광 유닛(122 124, 126)은 독립적으로 구동 가능하다. 예를 들어, 제1 발광 유닛(122)은 색온도 2700K, 제2 발광 유닛(124)은 색온도 4000K, 제3 발광 유닛(126)은 색온도 6000K 또는 6500K의 백색광을 구현할 수 있으며, 이에 따라, 하루 동안 제1 내지 제3 발광 유닛을 선택적으로 구동함으로써 태양광의 변화에 맞춰 조명 장치의 색온도를 변경할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 함께 구동될 수도 있다. 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)의 조합에 의해 다양한 색온도의 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 조명장치의 외부로 방출된 광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126) 내의 각 발광 다이오드(121a, 121b, 121c)에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 대응하는 각 파장변환기(123a, 123b, 123c)에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작다. 이에 따라, 상기 조명장치에 의해 안구질환이나 피부질환이 유발되는 것을 방지할 수 있다.
제2 발광 다이오드(31)는 제1 내지 제3 발광 유닛(122, 124, 126) 중 적어도 하나가 구동될 때 함께 구동될 수 있다. 또한, 제2 발광 다이오드(31)는 제1 내지 제3 발광 유닛(122,124, 126)과 독립적으로 구동될 수 있으며, 따라서, 제1 내지 제3 발광 유닛(122, 124, 126)이 구동되지 않을 때에도 제2 발광 다이오드(31)가 구동될 수 있다. 따라서, 조명 장치가 사용되지 않는 야간에도 제2 발광 다이오드(31)가 동작하여 살균 작용을 수행할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 발광 유닛(122, 124, 126)에서 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광이 방출될 수도 있다. 예를 들어, 제1-1 내지 제1-3 발광 다이오드들(121a, 121b, 121c) 중 적어도 하나가 약 400 내지 약 420nm의 중심 파장의 광, 특히, 405nm의 중심 파장의 광을 방출하는 경우, 이들 발광 유닛이 백색광을 구현함과 아울러 병원성 미생물을 살균하는데 이용될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)에서 방출되는 광의 복사 조도를 고려하여 제2 발광 다이오드들(31)의 온/오프나 제2 발광 다이오드(31)에서 방출되는 광의 복사 조도가 조절될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 각각의 발광 유닛들이 고르게 분포하도록 배열될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 발광 다이오드들(31)이 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)이 정렬된 위치의 바깥쪽에 배치된 것으로 도시하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제3 발광 유닛들과 함께 배열될 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)은 발광 다이오드(121a, 121b, 121c)를 파장변환기(123a, 123b, 123c)가 감싸는 구조를 갖는다. 예컨대, 이들 발광 유닛들은 칩 스케일 패키지일 수 있다. 그러나 본 개시는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광 유닛들(122, 124, 126)은 종래의 패키지 형태의 발광 소자일 수도 있다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 발광 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 여기서, 도 11은 종래의 패키지 형태의 발광 소자를 개략적으로 나타낸다.
도 11을 참조하면, 제1 발광 유닛(122)은 제1-1 발광 다이오드(121a) 및 제1 파장변환기(123a)를 포함한다. 제1-1 발광 다이오드(121a)는 하우징(120)의 캐비티 내에 실장될 수 있으며, 제1 파장변환기(123a)는 캐비티 내에서 발광 다이오드(121a)를 덮는다. 한편, 제1-1 발광 다이오드(121a)는 본딩 와이어들을 통해 리드 전극들에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 11의 패키지는 일 예이며, 다양한 종류의 패키지가 사용될 수 있다. 또한, 제1 파장변환기(123a)도 다양한 형상으로 발광 다이오드(121a)를 덮을 수 있다.
한편, 여기서 제1 발광 유닛(122)을 대표적으로 설명하지만, 제2 발광 유닛(124) 및 제3 발광 유닛(124)도 동일한 패키지 형태의 발광 소자일 수 있다.
또한, 제2 발광 다이오드(31)도 패키지 형태의 발광 소자로 제공되어 기판(11) 상에 실장될 수도 있다. 다만, 제2 발광 다이오드(31)는 파장변환기로 덮이는 대신 투명 몰딩부로 덮일 수 있다.
본 개시의 조명 장치들은 시간에 따른 태양광의 색온도 변화에 대응하여 백색광의 색온도를 변화시킬 수 있다. 나아가, 본 개시의 조명 장치들은 지역에 따른 태양광의 색온도 변화를 고려하여 백색광의 색온도를 변화시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)를 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치(100)는 광을 출사하는 광원(30)과, 위치 정보를 수신하는 위치 정보 수신부, 및 위치 정보 수신부로부터 위치 정보를 수신하며 광원(30)으로부터 출사된 광의 도즈량을 제어하는 제어부(50)를 포함한다. 여기서 위치 정보는 GPS(global positioning system)를 이용하여 얻을 수 있는 정보를 의미한다. 한편 광원(30)은 백색광을 구현하는 백색 광원을 의미하며, 색온도를 변화시킬 수 있는 임의의 광원이다. 예를 들어, 광원(30)은 제1 발광 다이오드(21)와 파장변환기(23)를 포함하는 백색광 방출 장치 또는 제1 내지 제3 발광 유닛들(122, 124, 126)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
위치 정보 수신부(40)는 조명 장치(100)의 현재 위치 정보를 산출하기 위해 GPS를 이용하여 위성으로부터의 위치 정보를 수신한다. 즉, 위치 정보는 위도 및 경도 등을 포함할 수 있으며, 위치 정보 수신부(40)가 수신한 위치 정보에 의해 현재의 조명 장치(100)의 위도 및 경도 등의 위치 정보를 파악할 수 있다. 위치 정보 신호를 이용하여 얻은 위치 정보는 제어부(50)로 제공된다.
제어부(50)는 위치 정보 수신부(40)로부터 제공받은 위치 정보를 기초로 하여 광원(30)부가 출사해야 할 광의 도즈량을 산출하고, 도즈량만큼의 광을 출사하도록 광원(30)을 제어한다. 다시 말해, 제어부(50)는 광의 출사 여부, 광량, 광의 강도, 출사 시간 등을 제어할 수 있다. 제어부(50)는 또한 광원(30)의 도즈량과 함께 병원성 미생물을 살균하기 위해 제2 발광 다이오드(31)에서 방출할 광의 도즈량을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(50)는 백색 광원(30)의 도즈량에 따라 제2 발광 다이오드(31)에서 출사되는 광의 도즈량을 제어할 수 있다.
전원 공급부(60)는 광원(30)과 위치 정보 수신부(40)에 제어부(50)에 전기적으로 연결되어 광원(30)과 위치 정보 수신부(40)에 전원을 공급한다. 도면에서는 전원 공급부(60)가 제어부(50)를 통해 광원(30)과 위치 정보 수신부(40)에 전원을 공급하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광원(30)과 위치 정보 수신부(40)가 각각 직접적으로 전원 공급부(60)에 연결될 수도 있다.
광원(30) 및 위치 정보 수신부(40)는 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 위치 정보 수신부(40)는 광원(30)이 배치되는 기판(11)과 다른 기판 상에 배치될 수도 있다.
태양광은 지구 상에서 모든 장소에 동일한 정도로 조사되지 않으며, 위도가 낮을수록 태양광의 도즈량이 커지고 위도가 높을수록 태양광의 도즈량이 작아진다. 또한 고도가 높을수록 태양광의 도즈량이 크고 고도가 낮을수록 태양광의 도즈량이 작아진다. 이에 따라, 어느 나라, 어느 장소에 조명 장치(100)의 사용자가 존재하느냐에 따라 태양광에 노출되는 시간이나 노출되는 정도가 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 위치 정보를 이용하여 광 조사 장치(100)의 위치를 파악하고, 그 위치에서의 태양광의 도즈량을 연산한 후, 태양광의 도즈량에 상응하는 가시 광선의 광을 사용자에게 조사함으로써, 인체에는 무해한 한도 내에서 태양광에 노출된 효과를 얻을 수 있게 한다.
이를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치가 구동되는 방법을 도시한 순서도이다.
도 13을 참조하면, 위치 정보 수신부는 위치 정보를 수신(S11)한다. 예를 들어, 위치 정보 수신부로부터 얻은 위치 정보에 따라 광 조사 장치가 A국가의 B도시에 있는 것으로 판단될 수 있다.
수신된 위치 정보는 제어부에 제공되며, 제어부는 위치 정보를 기초로 광 조사 장치가 출사해야 할 광의 적정 도즈량을 확인 또는 산출(S13)한다. 예를 들어, A국가의 B 도시가 결정되면 A국가의 B도시에서의 위도나 경도 정보 이외에도, 일출 시간, 일몰 시간, 및 평균 일조량 등의 정보 등이 산출될 수 있다. 위도 및 경도 정보를 이용하면 위도 및 경도 상에서의 일출 및 일몰 시각이 용이하게 확인될 수 있는 바, 제어부는 현재 위도 및 경도 상에서 일출 및 일몰시각을 산출하는 알고리즘을 이용하여 주간 또는 야간 여부 등을 판단하도록 구성될 수 있다.
제어부는 일출 시간, 일몰 시간, 및 평균 일조량 등의 정보를 이용하여, 실제 태양광과 유사한 정도, 즉 적정한 정도의 도즈량이 되도록 광원의 턴-온 시간, 턴-오프 시간, 광의 세기 등을 산출할 수 있다. 특히, 조도 센서 등의 추가 없이 주간이나 야간등을 정확하게 판별하여 광원의 광 조사 여부를 적절하게 조절할 수 있다.
각 장소에서의 일출 시간, 일몰 시간, 및 평균 일조량 등의 정보는 제어부 내의 별도의 메모리 등에 저장되어 있을 수도 있으며, 또는 별도의 인터넷 망 등에 접속함으로써 용이하게 수득할 수 있다.
제어부는 광원을 턴-온 하거나 턴-오프하여 산출된 적정 도즈량에 해당하는 광이 광원으로부터 사용자에 조사(S15)되도록 한다. 사용자는 자기가 있는 장소에서, 실외를 나가지 않더라도 태양광과 실질적으로 동일한 정도의 도즈량으로 조사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어 오랫동안 실내 생활을 한다거나, 병실이나 한정된 공간 내에 있거나, 주로 야간에 활동하는 등 사용자가 태양광에 노출되기 힘든 환경에 있는 경우에도, 자신이 현재 위치한 장소에서의 태양광과 유사한 광을 적절한 시간 동안 적절한 도즈량으로 제공받을 수 있다. 이에 따라, 사용자는 익숙한 환경 내에 있게 되며, 심리적인 안정이 가능해지며 일출이나 일몰 시간 등의 설정을 통해 조사 시간도 제어할 수 있어 일상적인 생체 리듬의 회복이 용이하다.
상술한 실시예에서는 위치 정보를 기반으로 하여 태양광을 대신하는 단독 조명으로 사용된 것을 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되는 것은 아니며, 태양광이나 조명 장치들로부터의 출사된 자연광, 즉 외부광이 있는 상태에서 외부광의 부족한 부분을 보완하는 보정 광원으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 위도가 높은 지역에 위치한 장소의 경우, 일조량이 위도가 낮은 지역보다 현저하게 낮을 수가 있으며, 이 경우, 부족한 일조량을 보완할 필요가 있다. 일조량이 낮은 경우, 사용자에게 조사되는 가시 광선 파장 대역의 광이 부족한 것은 물론이고 자외선 파장 대역의 광이 부족할 수도 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치는 부족한 가시광선 파장 대역의 광, 자외선 파장 대역의 광을 추가적으로 조사함으로써 부족한 광을 보완하는 역할을 할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조사 장치가 구동되는 방법을 도시한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 위치 정보 수신부는 위치 정보를 수신(S21)한다. 예를 들어, 위치 정보 수신부로부터 얻은 위치 정보에 따라 광 조사 장치가 C국가의 D도시에 있는 것으로 판단될 수 있다.
수신된 위치 정보는 제어부에 제공되며, 제어부는 위치 정보를 기초로 현재의 그 위치에서의 일출 시간, 일몰 시간, 및 평균 일조량 등의 정보 등을 산출하고 일출 시간, 일몰 시간, 및 평균 일조량 등의 정보를 이용하여, 실제 태양광의 현재 도즈량을 산출(S23)한다.
다음으로, 사용자에게 필요한 적정 도즈량과 현재 도즈량과의 차이를 산출(S25)한다. 예를 들어, C국가의 D도시의 경우 위도가 높은 지역에 위치해 있어 일조량이 부족한 경우, 실제로 필요한 일조량이 적정 도즈량이 되며, 적정 도즈량으로부터 현재 도즈량을 뺀 값이 부족한 도즈량이 된다. 사용자에게 필요한 적정 도즈량은 제어부 내의 별도의 메모리 등에 저장되어 있을 수도 있으며, 또는 별도의 인터넷 망 등에 접속함으로써 용이하게 수득할 수 있다.
제어부는 광원을 턴-온 하거나 턴-오프하여 산출된 적정 도즈량과 외부광 도즈량의 차이에 해당하는 도즈량, 즉, 부족한 도즈량 만큼 해당하는 광이 광원으로부터 피 처리 대상에 조사(S27)되도록 한다.
사용자는 자기가 있는 장소에 구애받지 않고 사용자에게 가장 적절한 정도의 정도의 도즈량으로 소정 광에 조사될 수 있다.
앞에서 다양한 조명 장치에 대해 설명하였으나, 본 개시가 이들 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 조명 장치는 실내 생활 공간 뿐만 아니라 병원이나 공항과 같이 다수의 사람들이 이용하는 실내 공간에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 조명 장치가 설치된 조명 시스템이 또한 제공될 수 있다. 이 조명 시스템은 일상적으로 병원성 미생물을 살균하기에 적합하며 또한 사람이 활동하지 않는 시간대에도 유효하게 병원성 미생물을 살균하도록 조명 장치를 작동할 수 있다.
도 15A 및 도 15B는 제2 발광 다이오드의 광 조사량에 따른 대장균 및 황색포도상구균의 살균 실험 결과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 13은 제2 발광 다이오드의 광 조사량에 따라 배양된 황색포도상구균의 살균 실험 결과를 보여주는 사진들이다.여기서 제2 발광 다이오드로는 405nm의 중심 파장을 갖는 발광 다이오드가 사용되었다.
각각의 세균은 세균배양배지에 도말하여 35-37℃에서 하룻동안 배양하였으며, 세균배양배지 상에 형성된 콜로니를 수집해 생리식염수에 혼탁하여 원심분리하고, 상층액을 버린 후, 다시 생리식염수를 넣어 세균액을 제조하고, 세균액을 희석해 살균실험에 적당한 농도의 세균액을 제조하였다.
한편, 세균액이 담긴 용기로부터 특정한 거리에 살균광원을 설치한 후, 광을 조사하였으며, 광이 조사된 세균액으로부터의 살균력 확인을 위해 세균액을 희석해 배지 위로 고르게 도포하여 35-37℃에서 하룻동안 배양하였다.
세균배양배지 상에 형성된 콜로니를 확인하고 이를 희석배수로 곱해 계수하였다.
도 15A 및 도 15B의 그래프는 살균광원을 설치하지 않은 대조군 균수에 대비하여 광 조사량(dose)에 따른 살균력을 나타낸다. 광 조사량(dose)이 증가할수록 병원성 미생물의 살균 능력이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, y축 상의 1은 90%의 살균력을 나타내고, 2는 99%의 살균력을 나타내며, 3은 99.9%의 살균력을 나타낸다. 따라서, 광 조사량이 약 20 내지 30 J/cm2 범위에서 약 90%의 살균력을 보이며, 약 50 내지 60 J/cm2 범위에서 약 99% 살균력을 보이고, 약 80 내지 95 J/cm2 범위에서 약 99.9%의 살균력을 보이는 것을 알 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면, 광 조사량(dose)이 증가할 수록 세균의 수가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 세균 수가 감소함에 따라 콜로니의 크기는 커지는 것을 알 수 있다. 한편, 광 조사량이 더 증가하면, 세균이 거의 제거되어 관찰되지 않는다.
한편, 아래 표 1은 종래 광원(비교예)의 스펙트럼(도 2) 및 본 실시예의 광원(실시예)의 스펙트럼(도 5)을 사용하여 도출한 백색 광원의 색온도에 따른 405nm 파장의 상대 강도, 상대 광 도즈량 및 상대 살균력을 나타낸 것이다.
색온도 % Intensity (@405nm) 상대 광 도즈량(J/cm2) 상대 살균력
E. coli S. aureus
실시예 비교예 실시예 비교예 실시예 비교예 실시예 비교예
6500K 100 7.75 90 7 100 8.01 100 14.58
5000K 40.9 14.62 37 13 41.1 14.87 45.3 20.94
4000K 46.5 14.25 42 13 46.6 14.49 50.4 20.59
3000K 28.3 4.24 26 4 28.5 4.52 33.6 11.33
표 1을 참조하면, 405nm 파장에서의 강도는 색온도 6500K인 실시예의 광원이 가장 크며 색온도 3000K인 실시예의 광원이 상대적으로 작은 것을 보여준다. 한편, 비교예의 광원은 색온도 6500K에서도 아주 작은 강도를 보여주며 모든 색온도에서 실시예의 3000K 광원보다 작은 강도를 나타낸다.
실시예의 광원 중 6500K의 광원의 광 도즈량을 90J/cm2로 할 경우, 동일한 조건에서 다른 광원들의 광 도즈량을 함께 표에 기재하였다. 실시예의 광원들 중 색온도 5000K 이하에서는 색온도 6500K의 광 도즈량의 1/2보다 작은 광 도즈량을 나타내었다. 한편, 비교예의 광원들은 실시에의 3000K의 광원보다 작은 광 도즈량을 나타낸다.
한편, 대장균(E.coli) 및 황색 포도상구균(S. aureus)에 대한 살균력에 대해서도 실시예의 광원 중 색온도 6500K의 광원의 살균력을 100%로 했을 때, 동일한 조사 시간에서 다른 광원들의 살균력을 상대 값으로 표에 기재하였다.
표 1에서 알 수 있듯이, 실시예의 광원은 색온도 6500K에서 상대적으로 강한 살균력을 보이는 것을 알 수 있다.
이상에서, 본 개시의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 제1 발광 다이오드 및 파장변환기를 포함하여 백색광을 구현하는 백색광 방출 장치; 및
    적어도 하나의 병원성 미생물을 살균하기에 적합한 광을 방출하는 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하되,
    상기 제1 발광 다이오드는 약 300 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고,
    상기 제2 발광 다이오드는 약 400 내지 420nm 범위 내의 중심 파장의 광을 방출하고,
    상기 파장변환기는 상기 제1 발광 다이오드의 광을 백색광으로 변환하도록 복수의 파장변환물질을 포함하고,
    상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광 및 상기 제2 발광 다이오드에서 생성된 광을 외부로 방출하되,
    상기 백색광 방출 장치에서 구현된 백색광의 복사 조도 스펙트럼에서 상기 제1 발광 다이오드에서 방출되는 광의 중심 파장의 복사 조도는 상기 청색 파장변환 물질에서 방출되는 청색광의 피크 파장의 복사 조도보다 작은 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 발광 다이오드에서 방출되는 광은 상기 파장변환기를 통과하지 않고 외부로 방출되는 조명 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광 다이오드는 약 400 내지 420nm 범위 내의 중심파장을 갖는 광을 방출하되,
    상기 제1 발광 다이오드는 상기 제2 발광 다이오드와 다른 파장의 광을 방출하는 조명 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드에서 생성되어 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)는 상기 적어도 하나의 제1 발광 다이오드에서 생성되어 파장변환 없이 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)보다 큰 조명 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드보다 더 많은 수의 제1 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드에서 생성되어 외부로 방출된 광의 복사 조도(irradiance)는 1W/m2 이하인 조명 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    위치 정보를 수신하는 위치 정보 수신부; 및
    상기 위치 정보 수신부로부터 상기 위치 정보를 수신하며, 상기 백색광 방출장치로부터 출사된 광의 도즈량을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 위치 정보를 기초로 하여 상기 백색광 방출장치가 출사해야 할 광의 도즈량을 산출하고, 상기 도즈량만큼의 광을 출사하도록 제어하는 조명 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 위치 정보 수신부로부터 제공받은 위치 정보를 기초로 하여 적정 도즈량을 산출하고, 상기 광원이 적정 도즈량을 출사하도록 제어하는 조명 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 위치 정보 수신부는 상기 조명 장치의 위치 정보를 산출하고, 상기 제어부는 상기 위치 정보를 수신받아 상기 조명 장치가 위치한 장소에서의 외부광의 도즈량 및 적정 도즈량을 산출하며, 상기 적정 도즈량과 상기 외부광의 도즈량의 차이만큼 상기 광을 출사하도록 제어하는 조명 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 상기 위치 정보로부터 시간 정보를 산출하고, 상기 시간 정보에 따라 상기 백색광 방출장치가 출사해야 할 광의 도즈량을 제어하는 조명 장치.
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