DE102019110787B4

DE102019110787B4 - Selbstreinigendes foliensystem

Info

Publication number: DE102019110787B4
Application number: DE102019110787.3A
Authority: DE
Inventors: Gayatri V. Dadheech; Thomas A. Seder; James A. Carpenter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: US20190336946A1; DE102019110787A1; US11007507B2; CN110452588A

Abstract

Selbstreinigendes Foliensystem (10), das selbstreinigende Foliensystem (10) umfassend:ein Substrat (12); undeine auf das Substrat (12) aufgebrachte selbstreinigende Folie (14) und beinhaltend:eine Monoschicht (30) aus einem oleophoben Material; undeine erste Vielzahl von Bereichen (32), die innerhalb der Monoschicht (30) in einem nicht periodischen Muster angeordnet sind, sodass jede der ersten Vielzahl von Bereichen (32) an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (32) ein photokatalytisches Material beinhaltet,worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (32) einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometer aufweist,ferner umfassend eine zweite Vielzahl von Bereichen (132), die innerhalb der Monoschicht (30) angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (132) an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (132) Silber beinhaltet,worin das Substrat (30) ferner eine Aufwärtswandlungsschicht (42) beinhaltet, die aus einem lumineszenten Material gebildet und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie (14) angeordnet ist, worin die Aufwärtswandlungsschicht (42) zum Umwandeln einer ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von 490 nm bis 450 nm in eine zweite elektromagnetische Strahlung mit einer ultravioletten Wellenlänge von 10 nm bis 400 mm konfiguriert ist,oderworin das Substrat (12) ferner eine Antireflexionsfolie (50) beinhaltet, die in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie (14) angeordnet ist, worin die Antireflexionsfolie (50) beinhaltet:eine erste Schicht (52), die aus Titandioxid gebildet ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist;eine zweite Schicht (54) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht (52) aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist; undeine dritte Schicht (56), die aus Titandioxid gebildet und auf der zweiten Schicht (54) aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist und mit der selbstreinigenden Folie (14) in Kontakt steht.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung betrifft ein selbstreinigendes Foliensystem.
Vorrichtungen, wie zum Beispiel Anzeigesysteme, sind oft so ausgelegt, dass diese von einem Bediener berührt werden können. Zum Beispiel kann ein Fahrzeug ein Anzeigesystem beinhalten, das einem Bediener Informationen über einen Touchscreen präsentiert. In ähnlicher Weise kann ein Geldautomat oder Kiosk ein Anzeigesystem beinhalten, das durch Berührung aktiviert wird.
Andere Vorrichtungen, wie z. B. Kameras und Brillen, beinhalten im Allgemeinen eine Linsenoberfläche, die während der Verwendung unbeabsichtigt von einem Bediener berührt werden kann. Ferner können andere Vorrichtungen wie Fahrzeuge, Fenster, Spiegel, Haushaltsgeräte, Mobiliar, Möbel, Mobiltelefone, Fingerabdruckscanner, Sensoren, Kopierer, medizinische Instrumente und Arbeitsplatten auch eine oder mehrere Oberflächen aufweisen, die von einem Bediener berührt werden können. Daher kann ein Bediener während der Verwendung Fingerabdrücke, Bakterien und/oder Öle auf solchen Vorrichtungen und Oberflächen hinterlassen.
DE 1 2016116 007 A1 beschreibt ein Filmsystem, aufweisend ein Substrat und einen an dem Substrat angeordneten Film. Der Film weist eine aus einem Fluorkohlenwasserstoff gebildete Monoschicht und mehrere Bereichen auf, die in der Monoschicht angeordnet sind, so dass jeder der mehreren Bereiche an dem Fluorkohlenwasserstoff anliegt und von diesem umgeben ist.
DE 10 2017 102 760 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bilden eines selbstreinigenden Filmsystems umfasst, dass ein Perfluorcarbon-Siloxanpolymer auf ein Substrat aufgebracht wird, um eine erste Schicht zu bilden.
DE 10 2005 042 181 A1 betrifft einen Formkörper, insbesondere für Geräteteile, Geräteoberschalen, Geräteinnenteile, Gerätezubehörteile, Gerätekomponenten, Abformmaterialien, Füllungsmaterialien für medizintechnische Gerate und/oder medizinische Produkte.
EP 1 727 249 B1 beschreibt eine kohärente Lichtquelle zum gleichzeitigen Emittieren eines ersten Lichts und eines zweiten Lichts mit einer Wellenlänge, die kürzer als die des ersten Lichts ist, umfassend: einen Lichtquellen-Hauptkörper, der zumindest das erste Licht emittiert; einen Spiegel, der das erste Licht durchlässt oder reflektiert; und einen Funktionsfilm, der auf zumindest einem Teil des Spiegels vorgesehen ist. Die Funktionsschicht hat eine photokatalytische Wirkung, die durch das zweite Licht induziert werden soll.
KURZDARSTELLUNG
Aufgabe der Erfindung ist es Sauberkeit und Ablesbarkeit von Displaysystemen, Linsen, Sensoren und Oberflächen verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1.
Ein selbstreinigendes Foliensystem beinhaltet ein Substrat und eine auf das Substrat aufgebrachte selbstreinigende Folie. Die selbstreinigende Folie beinhaltet eine Monoschicht, die aus einem oleophoben Material gebildet ist, und eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht in einem nicht periodischen Muster angeordnet sind, sodass jede der ersten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist. Jede der ersten Vielzahl von Bereichen umfasst ein photokatalytisches Material.
Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen weist einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometer auf.
Ferner umfassend eine zweite Vielzahl von Bereichen , die innerhalb der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen Silber beinhaltet.
Das Substrat beinhaltet ferner eine Aufwärtswandlungsschicht, die aus einem lumineszenten Material gebildet und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie angeordnet ist, worin die Aufwärtswandlungsschicht zum Umwandeln einer ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von 490 nm bis 450 nm in eine zweite elektromagnetische Strahlung mit einer ultravioletten Wellenlänge von 10 nm bis 400 mm konfiguriert ist.
Als Alternative zur Aufwärtswandlungsschicht beinhaltet das Substrat ferner eine Antireflexionsfolie, die in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie angeordnet ist, worin die Antireflexionsfolie eine erste Schicht, die aus Titandioxid gebildet ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist, eine zweite Schicht (54) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist und eine dritte Schicht, die aus Titandioxid gebildet und auf der zweiten Schicht aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist und mit der selbstreinigenden Folie in Kontakt steht, beinhaltet.
Die selbstreinigende Folie kann eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen, die gegenüber der ersten Fläche beabstandet ist und an das Substrat angrenzt. Die erste Fläche kann im Wesentlichen frei von Squalen sein. Ferner kann die erste Vielzahl von Bereichen entlang der ersten Fläche nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sein. In einem Aspekt kann sich das nicht periodische Muster entlang der ersten Fläche nicht wiederholen, sodass die erste Vielzahl von Bereichen zufällig entlang der ersten Fläche angeordnet ist.
In einem weiteren Aspekt können das oleophobe Material und das photokatalytische Material in der selbstreinigenden Folie in einem Verhältnis von Volumenteilen oleophobes Material zu Volumenteilen photokatalytisches Material von 90:10 bis 10:90 in der selbstreinigenden Folie vorhanden sein. Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen weist einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometer auf.
In einem Aspekt kann die Monoschicht eine Dicke von 5 nm bis 15 nm aufweisen. Das oleophobe Material kann Polytetrafluorethylen sein. In einem weiteren Aspekt kann die Monoschicht eine Dicke von 40 nm bis 60 nm aufweisen. Das oleophobe Material kann fluorierter diamantartiger Kohlenstoff sein.
Das photokatalytische Material kann einen durchschnittlichen Durchmesser von 30 nm bis 70 nm aufweisen. Das photokatalytische Material kann Titandioxid sein und in der ersten Vielzahl von Bereichen in einer Anatasform vorliegen.
In einem weiteren Aspekt kann die Monoschicht aus einer Vielzahl von fluorierten diamantartigen Kohlenstoffnanopartikeln gebildet werden und eine Dicke von 5 nm bis 60 nm aufweisen.
Das photokatalytische Material kann mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche Silber enthält. In einem weiteren Aspekt kann das photokatalytische Material Silber beinhalten und das Substrat kann eine durch einen Kanal definierte Innenfläche sein.
Das Substrat kann aus mindestens einem aus Siliziumdioxid und Kunststoff gebildet sein.
In einem Aspekt kann das Substrat ferner eine Haftschicht beinhalten, die aus einem Sol-Gel-Material gebildet ist und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie angeordnet ist. Das photokatalytische Material kann physikalisch an einer Stelle durch die Haftschicht eingeschlossen werden. Das
photokatalytische Material kann chemisch mit der Haftschicht verbunden werden. Das photokatalytische Material kann mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche Silber enthält.
Das Substrat kann eine Anzeige sein und kann eine Hintergrundbeleuchtung beinhalten, die zum Emittieren der ersten elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Aufwärtswandlungsschicht konfiguriert ist. Das photokatalytische Material kann mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche Silber enthält.
Die erste Schicht kann aus Titandioxid-Nanopartikeln gebildet werden und kann eine erste Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweisen. Die zweite Schicht kann aus Siliziumdioxid gebildet werden und kann eine zweite Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweisen. Die dritte Schicht kann aus Titandioxid-Nanopartikeln gebildet werden und kann eine dritte Dicke von 25 nm bis 35 nm aufweisen. Das Substrat kann eine vierte Dicke von 40 nm bis 60 nm aufweisen. In einem Aspekt kann das photokatalytische Material mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche Silber enthält.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein selbstreinigendes Foliensystem ein Substrat und eine auf das Substrat aufgebrachte selbstreinigende Folie. Die selbstreinigende Folie beinhaltet eine Monoschicht, die aus einem oleophoben Material gebildet ist, ausgewählt aus Polytetrafluorethylen oder fluoriertem diamantartigem Kohlenstoff; und eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht in einem nicht periodischen Muster angeordnet sind, sodass jede der ersten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist. Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen beinhaltet Titandioxid, das in Anatasform vorhanden ist. Das nicht periodische Muster widerholt sich nicht, sodass die erste Vielzahl von Bereichen zufällig entlang der selbstreinigenden Folie angeordnet ist. Das oleophobe Material und das Titandioxid sind in der selbstreinigenden Folie in einem Verhältnis von Volumenteilen oleophobes Material zu Volumenteilen photokatalytisches Material von 80:20 in der selbstreinigenden Folie vorhanden. Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen weist einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikron auf, und das Titandioxid weist einen durchschnittlichen Durchmesser von 30 nm bis 70 nm auf.
Das selbstreinigende Foliensystem kann eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen, die der ersten Fläche gegenüberliegen und am Substrat anliegen, und die erste Fläche kann im Wesentlichen frei von Squalen sein.
Die Monoschicht kann aus einer Vielzahl von fluorierten diamantartigen Kohlenstoffnanopartikeln gebildet werden und eine Dicke von 10 mm bis 60 mm aufweisen.
In einem Aspekt kann das Substrat ferner eine Haftschicht beinhalten, die aus einem Sol-Gel-Material gebildet ist und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie angeordnet ist. Das photokatalytische Material kann physikalisch an einer Stelle durch die Haftschicht eingeschlossen werden.
In einem Aspekt kann das Titandioxid mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, und jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche beinhaltet Silber.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein selbstreinigendes Foliensystem ein Substrat und
eine selbstreinigende Folie, die auf das Substrat aufgebracht ist. Die selbstreinigende Folie beinhaltet eine Monoschicht, die aus einem oleophoben Material gebildet ist; und eine erste Vielzahl von Bereichen, die innerhalb der Monoschicht in einem nicht periodischen Muster angeordnet sind, sodass jede der ersten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist. Jede der ersten Vielzahl von Bereichen umfasst ein photokatalytisches Material. Das nicht periodische Muster widerholt sich nicht, sodass die erste Vielzahl von Bereichen zufällig entlang der selbstreinigenden Folie angeordnet ist. Jeder der ersten Vielzahl von Bereichen weist einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometer auf. Das Substrat beinhaltet ferner eine Antireflexionsfolie, die in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie angeordnet ist. Der Antireflexionsfolie beinhaltet eine erste Schicht, die aus Titandioxid gebildet ist; eine zweite Schicht, die aus Siliziumdioxid gebildet und auf der ersten Schicht aufgebracht ist; und eine dritte Schicht, die aus Titandioxid gebildet und auf der zweiten Schicht aufgebracht ist und mit der selbstreinigenden Folie in Kontakt steht.
Die selbstreinigende Folie kann eine erste Fläche und eine zweite Fläche aufweisen, die der ersten Fläche gegenüberliegen und am Substrat anliegen, und die erste Fläche kann im Wesentlichen frei von Squalen sein.
Das photokatalytische Material kann einen durchschnittlichen Durchmesser von 40 nm bis 60 nm aufweisen. Die Monoschicht kann aus einer Vielzahl von fluorierten diamantartigen Kohlenstoffnanopartikeln gebildet werden und eine Dicke von 5 nm bis 60 nm aufweisen. In einem Aspekt kann das photokatalytische Material mit Silber dotiert sein. Die selbstreinigende Folie beinhaltet ferner eine zweite Vielzahl von Bereichen, die in der Monoschicht angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl der Bereiche Silber enthält.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Art/en zum Ausführen der beschriebenen Offenbarungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Patentansprüche ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer Vorderansicht eines selbstreinigenden Foliensystems mit einer selbstreinigenden Folie, die auf einem Substrat aufgebracht ist.
2A ist eine schematische Veranschaulichung einer Querschnittsansicht des selbstreinigenden Foliensystems aus 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
2B ist eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer anderen Ausführungsform des selbstreinigenden Foliensystems von 1.
2C ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des selbstreinigenden Foliensystems von 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
2D ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht und einer vergrößerten Ansicht einer zusätzlichen Ausführungsform des selbstreinigenden Foliensystems von 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
2E ist eine schematische Darstellung einer Explosionsquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des selbstreinigenden Foliensystems von 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
3 ist eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Kanals, der die selbstreinigende Folie der 1-2E enthält.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, ist ein selbstreinigendes Filmsystem 10 allgemein in 1 dargestellt. Das selbstreinigende Foliensystem 10 kann konfiguriert sein, um eine Sichtbarkeit oder Auffälligkeit einer Verunreinigung 100 zu reduzieren. Zum Beispiel kann das selbstreinigende Filmsystem 10 für Anwendungen geeignet sein, bei denen ein Bediener beim Berühren Fingerabdrücke, Öle und/oder andere organische oder kohlenstoffbasierte Verunreinigungen 100 oder Krankheitserreger auf einem Bildschirm, einer Linse oder einer Oberfläche hinterlassen kann. Insbesondere kann das selbstreinigende Filmsystem 10 für Anwendungen nützlich sein, die einen sauberen, im Wesentlichen fingerabdruckfreien Bildschirm, eine Linse oder eine Oberfläche erfordern. Das heißt, das selbstreinigende Filmsystem 10 kann zum Entfernen von Fingerabdrücken und anderen organischen Verunreinigungen 100 von solchen Schirmen, Linsen oder Oberflächen nützlich sein.
Zum Beispiel kann das selbstreinigende Filmsystem 10 für Automobilanwendungen, wie Armaturenbrett-Navigationssysteme, die einen Touchscreen beinhalten, oder Fahrzeugkameras, die eine Linse enthalten, nützlich sein. Alternativ kann das selbstreinigende Filmsystem 10 für nicht-automobile Anwendungen nützlich sein, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Unterhaltungselektronik, Mobiltelefone, Brillen, persönliche Schutzausrüstung, Haushaltsgeräte, Möbel, Kioske, Fingerabdruckscanner, medizinische Vorrichtungen, Sensoren Flugzeuge und Industriefahrzeuge.
Bezugnehmend auf 2A beinhaltet das selbstreinigende Foliensystem 10 ein Substrat 12. Das Substrat 12 kann aus einem glasartigen, transparenten Material gebildet sein, das zum Brechen von sichtbarem Licht geeignet ist. In einer Ausführungsform kann das Substrat 12 zum Beispiel aus Siliziumdioxid und/oder Kunststoff gebildet sein. In einem anderen Beispiel kann das Substrat 12 aus einem Polykarbonat oder einem anderen Kunststoff, Leder, Metall, Holz oder Verbundstoff gebildet sein. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Substrat 12 einen Bildschirm eines Anzeigesystems, eine Linse einer Brille oder einer Schutzbrille, ein Visier eines Helms, eine Oberfläche eines Kühlschranks, eine Vorderseite eines Schranks oder ein Türblatt eines Fahrzeugs, ein Touchscreen eines Kiosks oder als eine andere Oberfläche oder als eine Vorrichtung, die von einem Bediener berührt werden kann, konfiguriert sein.
Das selbstreinigende Foliensystem 10 beinhaltet auch eine selbstreinigende Folie 14, die auf das Substrat 12 aufgebracht ist, z. B. chemisch oder physikalisch an das Substrat 12 gebunden ist, wie nachstehend ausführlicher dargelegt wird. Die selbstreinigende Folie 14 kann so konfiguriert sein, dass diese das Substrat 12 vor Fingerabdrücken, Ölen, Krankheitserregern und organischen Verunreinigungen 100 (1) schützt. Das heißt, die selbstreinigende Folie 14 kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass Fingerabdrücke, Öle, Krankheitserreger und organische Verunreinigungen 100, die sich auf der selbstreinigenden Folie 14 ablagern, verschwinden oder verdampfen, sodass für die Anzeige von scharfen Bildern oder Reflexionen ein sauberes Substrat 12 erhalten bleibt.
Genauer gesagt, wie mit Bezug auf 2A beschrieben wurde, kann die selbstreinigende Folie 14 eine erste Fläche 16 und eine zweite Fläche 18 aufweisen, die gegenüber der ersten Fläche 16 beabstandet ist. Die zweite Fläche 18 kann an das Substrat 12 angrenzen und die erste Fläche 16 kann im Wesentlichen frei von Squalen, organischem Material und/oder anderen Ölen oder Fettsäure sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Squalen auf eine organische Verbindung mit 30 Kohlenstoffatomen, die durch die Internationale Union für reine und angewandte Chemie repräsentiert wird (6E,10E, 14E, 18E)-2,6,10,15,19,23- Hexamethyltetracosa-2,6,10,14,18,22-hexaen. Im Allgemeinen kann die selbstreinigende Folie 14 als eine dünne Folie charakterisiert werden und kann eine Dicke 20 von beispielsweise 10 nm bis 150 nm aufweisen.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2A, kann das Substrat 12 eine proximale Oberfläche 22 aufweisen, die an die zweite Oberfläche 18 angrenzt, und eine distale Oberfläche 24, die gegenüber der proximalen Oberfläche 22 beabstandet ist. Daher können das Substrat 12 und die selbstreinigende Folie 14 konfiguriert sein, um sichtbares Licht durch die proximale Oberfläche 22, die distale Oberfläche 24, die erste Oberfläche 16 und die zweite Oberfläche 18 zu übertragen. Das Substrat 12 kann auch eine erste Kante 26 aufweisen, die die proximale Oberfläche 22 und die distale Oberfläche 24 verbindet, und eine zweite Kante 28, die gegenüber der ersten Kante 26 beabstandet ist. In einigen Ausführungsformen, wie am besten in 2C gezeigt, kann das Substrat 12 auch eine Antireflexionsfolie 50 beinhalten. Der Antireflexionsfilm 50 kann konfiguriert werden, um eine Reflexion des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu reduzieren und dadurch die Effizienz des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu verbessern, da der Lichtverlust im System 10 minimiert werden kann. Somit weist das selbstreinigende Filmsystem 10 sowohl selbstreinigende Fähigkeiten als auch eine vergleichsweise geringe Reflexion auf. Obwohl nachstehend ausführlicher beschrieben, kann die Antireflexionsfolie 50 aus einer Antireflexionsbeschichtung gebildet werden, die abwechselnd Schichten 52, 54, 56 (2C) aus Siliziumdioxid und Titandioxid umfasst.
Unter Bezugnahme auf 2B beinhaltet die selbstreinigende Folie 14 eine Monoschicht 30, die aus einem oleophoben Material gebildet ist. Wie hierin verwendet, kann sich die Terminologie oleophob auf ein Material beziehen, das gegen Öl resistent ist oder keine starke Affinität bezüglich Öl aufweist. Das oleophobe Material kann aus der Gruppe ausgewählt werden bestehend aus fluorierten organischen Verbindungen, fluorierten anorganischen Verbindungen und Kombinationen derselben. So kann beispielsweise das oleophobe Material aus der Gruppe ausgewählt werden bestehend aus einem Perfluorkohlenstoff-Siloxanpolymer, Polytetrafluorethylen, diamantähnlichem Kohlenstoff, fluoriertem diamantähnlichem Kohlenstoff und fluoriertem Zinn-(IV)-Oxid. In einem Beispiel kann das oleophobe Material aus der Gruppe ausgewählt werden bestehend aus einem Fluorkohlenstoffpolymer, einem Organosiloxan, einem fluorierten Organosiloxan und Kombinationen derselben. Insbesondere kann das oleophobe Material aus einem von Polytetrafluorethylen und fluoriertem diamantartigen Kohlenstoff ausgewählt werden. So kann beispielsweise in einer Ausführungsform das oleophobe Material ein fluoriertes Material sein, wie fluorierter diamantartiger Kohlenstoff. In einer anderen Ausführungsform kann das oleophobe Material Polytetrafluorethylen sein.
Wie am besten in 2B gezeigt kann die Monoschicht 30 einen Großteil der selbstreinigenden Folie 14 bilden und kann als ein Monoschicht-Feld charakterisiert werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie Monoschicht auf eine Schicht mit einer Dicke 20 eines Moleküls. Das heißt, die Monoschicht 30 ist ein Molekül dick und kann als eine dünne Schicht charakterisiert werden. Insbesondere kann die Monoschicht 30 eine Dicke 20 von 5 nm bis 15 nm, z. B. 10 nm, aufweisen, wenn die Monoschicht 30 aus Polytetrafluorethylen gebildet ist. Alternativ kann die Monoschicht 30 eine Dicke 20 von 40 nm bis 60 nm, z. B. 45 nm oder 50 nm oder 55 nm, aufweisen, wenn die Monoschicht 30 aus fluoriertem diamantartigem Kohlenstoff gebildet ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Monoschicht 30 aus einer Vielzahl von fluorierten diamantartigen Kohlenstoffnanopartikeln gebildet werden und kann eine Dicke 20 von 5 nm bis 60 nm aufweisen, z. B. 10 nm oder 15 nm oder 20 nm oder 25 nm oder 30 nm oder 35 nm oder 40 nm oder 45 nm oder 50 nm oder 55 nm. Das heißt, für einige Ausführungsformen kann die Monoschicht 30 aus Partikeln gebildet werden, die im Nanometermaßstab gemessen werden können, d. h. fluorierten diamantartigen Kohlenstoffnanopartikeln, und kann eine Dicke 20 von 10 mm bis 60 mm aufweisen. Dicken außerhalb der vorgenannten Bereiche können die optische Transparenz, die Bearbeitbarkeit und die Oleophobizität der selbstreinigenden Folie 14 verringern. So kann beispielsweise eine erhöhte Dicke 20 der Monoschicht 30 die optische Transparenz der selbstreinigenden Folie 14 beeinträchtigen.
Wie am besten in 2B dargestellt, kann die selbstreinigende Folie 14 ferner eine erste Vielzahl von Bereichen 32 beinhalten, die innerhalb der Monoschicht 30 in eine nicht periodischen Muster 34 angeordnet sind, sodass jeder der ersten Vielzahl von Bereichen 32 an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist. Insbesondere kann sich die erste Vielzahl von Bereichen 32 innerhalb und entlang der Monoschicht 30 befinden, kann jedoch nicht von dem oleophoben Material bedeckt sein. Ferner kann die erste Vielzahl von Bereichen 32 entlang der ersten Fläche 16 nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sein. Vielmehr kann sich das nicht periodische Muster 34 entlang der ersten Fläche 16 nicht wiederholen, sodass die erste Vielzahl von Bereichen 32 zufällig entlang der ersten Fläche 16 angeordnet ist. Das heißt, die erste Vielzahl von Bereichen 32 kann zufällig entlang der Monoschicht 30 entlang der ersten Fläche 16 beabstandet sein, und die erste Vielzahl von Bereichen 32 kann entlang der ersten Fläche 16 ungleichmäßig voneinander beabstandet sein. Anders ausgedrückt, können sich die Monoschicht 30 und die erste Vielzahl von Bereichen 32 in einem Patch-Feld mit variierender Größe, Verhältnis und Muster 34 befinden oder angeordnet sein, sodass das nicht periodische Muster 34 aperiodisch oder chaotisch ist. Als solches kann das nicht periodische Muster 34 Licht ausreichend streuen, um die Beugung innerhalb des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu minimieren.
Die erste Vielzahl von Bereichen 32 kann in der selbstreinigenden Folie 14 in einer Menge von etwa 10 Volumenteilen bis etwa 90 Volumenteilen vorhanden sein, bezogen auf 100 Volumenteile der selbstreinigenden Folie 14. Insbesondere können das oleophobe Material und das photokatalytische Material in der selbstreinigenden Folie 14 in einem Verhältnis von Volumenteilen oleophobes Material zu Volumenteilen photokatalytisches Material von 90:10 bis 10:90 in der selbstreinigenden Folie vorhanden sein. So können beispielsweise das oleophobe Material und das photokatalytische Material im Verhältnis von 85:15 oder 80:20 oder 75:25 oder 70:35 oder 65:35 oder 60:40 oder 55:45 oder 50:50 oder 45:55 oder 40:60 oder 35:65 oder 30:70 oder 25:75 oder 20:80 oder 15:85 liegen. In einem Beispiel können das oleophobe Material und das Titandioxid in der selbstreinigenden Folie 14 in einem Verhältnis von Volumenteilen oleophobes Material zu Volumenteilen photokatalytisches Material von 80:20 in der selbstreinigenden Folie vorhanden sein. Bei Verhältnissen kleiner als 10:90 kann die selbstreinigende Folie 14 optisch nicht transparent sein, kann Squalen oder andere Verunreinigungen 100 nicht von der selbstreinigenden Folie 14 entfernen, und/oder kann die Verunreinigung 100 oder Squalenhaftung an der selbstreinigenden Folie 14 nicht verhindern.
Jede der ersten Vielzahl von Bereichen 32 beinhaltet ein photokatalytisches Material. Das photokatalytische Material kann eine selbstreinigende Folie 14 bereitstellen, die sich selbst reinigen kann. Das heißt, das photokatalytische Material kann organisches Material, z. B. Squalen, das auf der ersten Fläche 16 der selbstreinigenden Folie 14 vorhanden ist, oxidieren und/oder verdampfen, wie nachstehend ausführlicher dargelegt wird. Insbesondere kann das photokatalytische Material ein lichtaktivierter Photokatalysator bei Belichtung mit beispielsweise sichtbarem oder ultraviolettem Licht sein.
Geeignete photokatalytisch aktive Materialien können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, photooxidative Halbleiter, Halbleiteroxide, dotierte Metalloxide, Heteroübergangsmaterialien und Kombinationen davon. Das zweite Material kann beispielsweise Titandioxid sein. In einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material Titandioxid sein und in einer Anatasform vorliegen, die eine vergleichsweise höhere photokatalytische Aktivität aufweisen kann als eine Rutilform von Titandioxid. Ferner kann das photokatalytische Material dotiert sein, um ein funktionalisiertes photokatalytisches Material, z. B. funktionalisiertes Titandioxid, zu bilden. Zum Beispiel kann das funktionalisierte photokatalytische Material mit einem Metall wie etwa Chrom, Kobalt, Kupfer, Vanadium, Eisen, Silber, Platin, Molybdän, Lanthan, Niob und Kombinationen davon dotiert sein, ist aber nicht darauf beschränkt. In einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material mit Silber dotiert sein. Alternativ kann das photokatalytische Material mit einem Nichtmetall dotiert sein, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Bor, Kalium, Iod, Fluor und Kombinationen davon.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, die unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2B beschrieben ist, beinhaltet die selbstreinigende Folie 14 eine zweite Vielzahl von Bereichen 132, die innerhalb der Monoschicht 30 so angeordnet sind, dass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen 132 an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen 132 Silber beinhaltet.
Das heißt, die zweite Vielzahl von Bereichen 132 kann auch innerhalb und entlang der Monoschicht 30 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die zweite Vielzahl von Bereichen 132 entlang der ersten Oberfläche 16 gleichmäßig voneinander beabstandet sein. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Vielzahl von Bereichen 132 zufällig durch die Monoschicht 30 hindurch entlang der ersten Oberfläche 16 beabstandet sein. In noch anderen Ausführungsformen kann die zweite Vielzahl von Bereichen 132 in einem nicht periodischen Muster 34 innerhalb der Monoschicht 30 angeordnet sein.
Das Silber kann als ein Nanopartikel charakterisiert werden und kann einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der im Nanometermaßstab gemessen werden kann. Alternativ kann das Silber als ein Partikel charakterisiert werden und kann einen durchschnittlichen Durchmesser haben, der im Mikrometermaßstab gemessen werden kann. Im Allgemeinen kann das Silber in der selbstreinigenden Folie 14 in einer Menge von etwa 2 Volumenteilen bis etwa 35 Volumenteilen vorhanden sein, bezogen auf 100 Volumenteile der selbstreinigenden Folie 14. Das Silber kann die selbstreinigende Folie 14 mit antimikrobiellen und Luftreinigungseigenschaften und Schmutzresistenz versehen. Zum Beispiel kann Silber die Mikrobenzellfunktion stören. Insbesondere kann das Silber zur Phospholipidzersetzung beitragen, sodass eine Mikrobenzellenvertiefung nicht atmen kann.
Daher kann die selbstreinigende Folie 14 für Ausführungsformen, die Silber oder ein anderes Dotierungsmittel beinhalten, eine Tribid-Folie einschließlich des oleophoben Materials, des photokatalytischen Materials und Silber sein. Alternativ kann die selbstreinigende Folie 14 für Ausführungsformen, die kein Silber oder keine andere Dotierung beinhalten, eine Hybridfolie sein, die das oleophobe Material und das photokatalytische Material beinhaltet.
Unter Bezugnahme auf 3 kann das photokatalytische Material in einer Ausführungsform Silber beinhalten und das Substrat 12 kann eine Innenfläche 112 sein, die durch einen Kanal 36 oder eine Leitung definiert ist. So kann beispielsweise der Kanal 36 ein Kanal oder eine Leitung sein, die zum Übertragen und Leiten des Luftstroms oder eines anderen Fluidstroms mit einem Fahrzeug, einem Gebäude, einer Struktur oder einer Vorrichtung konfiguriert ist. Insbesondere kann der Kanal 36 eine Komponente einer Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystems für ein Kraftfahrzeug sein. Die selbstreinigende Folie 14 kann auf das Substrat 12 aufgebracht sein, z. B. die Innenfläche 112, die durch den Kanal 36 oder die Entlüftung definiert ist, und kann die Luft oder das Fluid, das durch den Kanal 36 strömt, säubern oder desinfizieren. Das heißt, das Silber kann in Kombination mit dem photokatalytischen Material und dem oleophoben Material dem Kanal 36 eine selbstreinigende Eigenschaft verleihen und die Innenfläche 112 vor Staub und Luftschadstoffen schützen; die Luftschadstoffe in der Nähe oder auf der Innenfläche 112 reinigen; einen organischen Schadstoff auf der Innenfläche 112 zersetzen; den erforderlichen Energiebedarf zum Kühlen einer Atmosphäre in der Nähe des Kanals 36 reduzieren; Schimmel- und/oder Algenwachstum unterbinden; und/oder Bakterien und Viren auf der Innenfläche 112 und in der den Kanal 36 umgebenden Atmosphäre angreifen.
Für diese Ausführungsform kann die selbstreinigende Folie 14 auf die durch den Kanal 36 definierte Innenfläche 112 beispielsweise durch Tauchbeschichtungsverfahren, Druckbeschichtungsverfahren, Rotationsbeschichtungsverfahren, Strömungsbeschichtungsverfahren, Rollbeschichtungsverfahren, Lackieren, Tintenstrahldrucken und dergleichen aufgebracht werden.
Das photokatalytische Material kann als ein Nanoteilchen charakterisiert werden und kann einen durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, der im Nanometermaßstab gemessen werden kann. Dass heißt, das photokatalytische Material kann einen durchschnittlichen Durchmesser von 30 nm bis 70 nm aufweisen. So kann beispielsweise das photokatalytische Material einen durchschnittlichen Durchmesser von 40 nm bis 60 nm aufweisen. Als weitere Beispiele kann das photokatalytische Material einen durchschnittlichen Durchmesser von 35 nm oder 40 nm oder 45 nm oder 50 nm oder 55 nm oder 60 nm oder 65 nm aufweisen. In einer Ausführungsform kann das photokatalytische Material einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 50 nm aufweisen. Bei durchschnittlichen Durchmessern von weniger als 30 nm oder mehr als 70 nm kann das photokatalytische Material Licht streuen und/oder die Verunreinigung 100 unzureichend photokatalysieren. Im Allgemeinen kann das photokatalytische Material in der selbstreinigenden Folie 14 in einer Menge von etwa 10 Volumenteilen bis etwa 35 Volumenteilen vorhanden sein, bezogen auf 100 Volumenteile der selbstreinigenden Folie 14.
Weiterhin, wie unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2B beschrieben, weist jeder der ersten Vielzahl von Bereichen 32 einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometern auf, um den auf der selbstreinigenden Folie 14 sichtbaren Glanz zu reduzieren. Das heißt, bei Durchmessern von mehr als 3 Mikrometern kann funkelndes und gebrochenes Licht für einen Benutzer sichtbar sein, was eine optische Transparenz oder Benutzerfreundlichkeit der selbstreinigenden Folie 14 beeinträchtigen kann, insbesondere für Anwendungen, bei denen die selbstreinigende Folie 14 auf eine Anzeige 212 (2E) angewendet wird.
In anderen nicht-einschränkenden Ausführungsformen kann die erste Vielzahl der Bereiche 32 ein halbleitendes Metalloxid beinhalten, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Zinkoxid, Wismutoxid, Zinnoxid und Kombinationen davon. Das Halbleiteroxid kann mit einer entsprechend großen Bandlücke ausgewählt werden, die für eine photokatalytische Reaktion geeignet ist, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2A kann die selbstreinigende Folie 14 einen Kontaktwinkel 64 mit Wasser von mehr als 140° definieren. Beispielsweise kann die selbstreinigende Folie 14 einen Kontaktwinkel 64 mit Wasser von größer als oder gleich 150° definieren. Somit können Wasser, Öle und Verunreinigungen 100 effektiv auf der ersten Oberfläche 16 perlen und sich über diese hinweg bewegen. Anders ausgedrückt, können Wasser, Öle und Verunreinigungen 100 mobil sein und sich entlang der ersten Oberfläche 16 bewegen, wobei die selbstreinigende Folie 14 möglicherweise nicht benetzbar ist.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2A kann das selbstreinigende Foliensystem 10 ferner eine Lichtquelle 38 beinhalten, die angrenzend an die erste Kante 26 angeordnet und zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung konfiguriert ist. So kann beispielsweise die Lichtquelle 38 eine UV-Licht emittierende Diode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm aufweisen. Alternativ kann die Lichtquelle 38 eine Glühlampe oder eine sichtbare Leuchtdiode sein und die elektromagnetische Strahlung kann eine Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm aufweisen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2D, kann das Substrat 12 in einer Ausführungsform ferner eine Haftschicht 40 beinhalten, die aus einem Sol-Gel-Material gebildet ist und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie 14 angeordnet ist. Die Haftschicht 40 kann für Ausführungsformen enthalten sein, die Nanopartikel beinhalten, die auf ein aus Siliziumdioxid gebildetes Substrat 12 aufgebracht werden, da solche Nanopartikel anderweitig nicht chemisch auf das Siliziumdioxid-Substrat 12 binden oder chemisorbieren können. Das heißt, ohne die Haftschicht 40 können die Nanopartikel auf dem Substrat 12 nur durch vergleichsweise schwache Van der Walls-Kräfte oder durch physisorbieren auf dem Siliziumdioxidsubstrat 12 an Ort und Stelle gehalten werden. Eine solche vergleichsweise schwächere physikalische Bindung kann es ermöglichen, dass Nanopartikel während des Gebrauchs vom Substrat 12 abgerieben werden.
Das Substrat 12 kann die Haftschicht 40 beinhalten oder die Haftschicht 40 kann separat auf dem Substrat 12 aufgebracht und angeordnet sein, um zwischen der selbstreinigenden Folie 14 und dem Substrat 12 angeordnet zu sein. Insbesondere kann die Haftschicht 40 aus einem Siliziumalkoxidvorläufer gebildet werden. Andere geeignete Alkoxidvorläufer können jedoch aus Titan, Zinn, Zirkonium, Cer und anderen Metallen gebildet werden. Das Siliziumalkoxidvorläufer kann hydrolysiert und kondensiert werden, um ein Gelnetzwerk zu bilden, das mit Flüssigkeit gefüllte Poren definiert. Das Gelnetzwerk kann erwärmt werden, um die Flüssigkeit aus den Poren zu verdampfen, zusätzliche Verbindungen im Gelnetzwerk zu bilden und das Gelnetzwerk zu schrumpfen, um dadurch das Gel zu bilden. Folglich kann das photokatalytische Material, d. h. die Nanopartikel, physikalisch durch die Haftschicht 40 an einer Stelle eingeschlossen, d. h. in dem Gel an einer Stelle gehalten werden. Für Nanopartikel, die auch Metalloxide sind, kann das photokatalytische Material auch chemisch mit der Haftschicht 40 verbunden sein.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2E, kann das Substrat 12 in einer weiteren Ausführungsform ferner eine Aufwärtswandlungsschicht 42 aufweisen, die aus einem lumineszenten Material gebildet ist und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie 14 angeordnet ist. Die Aufwärtswandlungsschicht 42 kann für Ausführungsformen enthalten sein, die das photokatalytische Material beinhalten, aber nicht anderweitig ausreichende elektromagnetische Strahlung in einer Umgebung während der Verwendung der selbstreinigenden Folie 14 ausgesetzt sind, um die Verunreinigungen 100 ausreichend zu photokatalysieren. So kann beispielsweise die Aufwärtswandlungsschicht 42 den Betrieb der selbstreinigenden Folie 14 selbst bei Dunkelheit ermöglichen.
Genauer gesagt kann die Aufwärtswandlungsschicht 42 andere Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung 44 erzeugen und umwandeln, um dem photokatalytischen Material während des Betriebs der selbstreinigenden Folie 14 eine ultraviolette Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 46 zuzuführen. Insbesondere kann die Aufwärtswandlungsschicht 42 zum Umwandeln einer ersten elektromagnetischen Strahlung 44 mit einer Wellenlänge von 490 nm bis 450 nm, d. h. blaues Licht, in eine zweite elektromagnetische Strahlung 46 mit einer ultravioletten Wellenlänge von 10 nm bis 400 nm, d. h. ultraviolettes Licht konfiguriert sein. Daher benötigt das selbstreinigende Foliensystem 10 möglicherweise keine zusätzlichen eigenständigen ultraviolettemittierenden Dioden und/oder Antriebsschaltungen, um ultraviolette elektromagnetische Strahlung 46 zum Aktivieren des photokatalytischen Materials zu erzeugen. Somit ist die Aufwärtswandlungsschicht 42 effizient, kostengünstig und leicht und kann zusätzliche Komponenten zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im ultravioletten Bereich beseitigen.
Das Substrat 12 kann die Aufwärtswandlungsschicht 42 beinhalten oder die Aufwärtswandlungsschicht 42 kann separat auf dem Substrat 12 aufgebracht und angeordnet sein, um zwischen der selbstreinigenden Folie 14 und dem Substrat 12 angeordnet zu sein. Insbesondere kann die Aufwärtswandlungsschicht 42 aus einem geeigneten lumineszenten Material gebildet sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen lanthaniddotierten anorganischen Phosphor, einen organischen Sensibilisators/Akzeptors, wie Yb³⁺ Dotierstoffe und Er³⁺ Emitter und dergleichen in Form von beispielsweise nanokristallinen Suspensionen, nano-/mikrokristallinen Pulvern und polykristallinen Keramiken.
Wie am besten in 2E dargestellt, kann das Substrat 12 in einer Ausführungsform eine Anzeige 212 sein und kann eine Hintergrundbeleuchtung 48 beinhalten, die zum Emittieren der ersten elektromagnetischen Strahlung 44 in Richtung der Aufwärtswandlungsschicht 42 konfiguriert ist. Das heißt, die Anzeige 212 und die Hintergrundbeleuchtung 48 können die erste elektromagnetische Strahlung 44 in Richtung der Aufwärtswandlungsschicht 42 projizieren oder emittieren. Die Anzeige 212 kann beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, eine organische Leuchtdiodenanzeige oder eine undurchsichtige Oberfläche sein und kann konfiguriert sein, um einem Bediener Informationen über die Hintergrundbeleuchtung 48 anzuzeigen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Anzeige 212 eine Flüssigkristallanzeige sein, die in einem Gehäuse angeordnet und zum Emittieren eines Bildes konfiguriert ist. Die Anzeige 212 kann die erste elektromagnetische Strahlung 44 optisch modulieren und das Bild emittieren, das für einen Bediener schließlich als Text, ein Diagramm, ein Objekt, eine Form und dergleichen sichtbar sein kann. Zum Beispiel kann das Bild für den Bediener als eine Fahrgeschwindigkeit, Fahranweisungen, Umgebungstemperaturdaten, eine Warnung, eine Pegelanzeige, Text und dergleichen sichtbar sein.
Obwohl nicht dargestellt, kann die Anzeige 212 eine Passivmatrix-Anzeigenanordnung oder eine Aktivmatrix-Anzeigenanordnung, d. h., eine Dünnschichttransistor-Anzeigenanordnung, beinhalten. Die Passivmatrix-Anzeigenanordnung kann ein Gitter von Leitern aus einer Vielzahl einzelner Pixel beinhalten, die an jedem Kreuzungspunkt des Gitters angeordnet sind. Ein elektrischer Strom kann über beliebige zwei Leiter fließen, um die Funktion und das Licht irgendeines einzelnen Pixels zu steuern. Alternativ kann die Aktivmatrix-Anzeigenanordnung einen Transistor an jedem Kreuzungspunkt beinhalten.
Ferner, obwohl nicht dargestellt, kann die Anzeige 212 ein erstes Feld beinhalten, das einen oder mehrere Polarisatoren aufweisen kann, die zum Polarisieren von sichtbarem Licht, d. h., der ersten elektromagnetischen Strahlung 44 mit einer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum, konfiguriert sind. Die Anzeige 212 kann einen Projektor beinhalten, der zum Emittieren der ersten elektromagnetischen Strahlung 44 konfiguriert ist. Die erste elektromagnetische Strahlung 44 kann polarisiertes Licht sein. Insbesondere kann die erste elektromagnetische Strahlung 44 einen s-Polarisierungszustand oder einen p-Polarisierungszustand aufweisen. Zusätzlich kann die Anzeige 212 eine Optik zum Fokussieren, Vergrößern, Brechen und/oder Reflektieren von Licht beinhalten und kann eine oder mehrere Öffnungen definieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Anzeige 212 die erste elektromagnetische Strahlung 44 von einer Leuchtdiode und/oder der Hintergrundbeleuchtung 48 aussenden. Die Anzeige 212 kann auch eine oder mehrere optische Folien beinhalten, die benachbart zu dem ersten Feld angeordnet sind. Geeignete optische Folien können eine Helligkeit oder Klarheit des Bildes verbessern und können einen helligkeitsverstärkenden Film, einen zweifach helligkeitsverstärkenden Film, eine Vielzahl von Quantenpunkten und Kombinationen davon beinhalten.
Im Betrieb, wenn die Hintergrundbeleuchtung 48 die erste elektromagnetische Strahlung 44 durch die Aufwärtswandlungsschicht 42 emittiert, kann die Aufwärtswandlungsschicht 42 die erste elektromagnetische Strahlung 44 in die zweite elektromagnetische Strahlung 46 umwandeln, die dann an das photokatalytische Material der selbstreinigenden Folie 14 übertragen werden kann.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2C, kann das Substrat 12 in einer weiteren Ausführungsform ferner eine Antireflexionsfolie 50, die in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie 14 angeordnet ist, beinhalten. Das heißt, das Substrat 12 kann die Antireflexionsfolie 50 beinhalten oder die Antireflexionsfolie 50 kann separat auf dem Substrat 12 aufgebracht und angeordnet sein, um zwischen der selbstreinigenden Folie 14 und dem Substrat 12 angeordnet zu sein. Der Antireflexionsfilm 50 kann konfiguriert werden, um eine Reflexion des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu reduzieren und dadurch die Effizienz des selbstreinigenden Foliensystems 10 zu verbessern, da der Lichtverlust im System 10 minimiert werden kann. Somit kann das selbstreinigende Foliensystem 10 sowohl selbstreinigende Fähigkeiten als auch eine vergleichsweise geringe Reflexion aufweisen.
Die Antireflexschicht 50 kann aus einer Antireflexbeschichtung gebildet sein, die alternierende Schichten 52, 54, 56 aus Siliziumdioxid und Titandioxid aufweist. Die alternierenden Schichten 52, 54, 56 aus Siliziumdioxid und Titandioxid können eine Dicke 58, 60, 62 (2C) von 25 nm bis 40 nm aufweisen. Ferner kann die Dicke 58, 60, 62 jeder Schicht 52, 54, 56 wie unten dargelegt optimiert werden, um eine Breitband-Spektralleistung über breite Einfallswinkel zu erreichen.
Wie beispielsweise mit Bezug auf 2C beschrieben wurde, kann die Antireflexionsfolie 50 eine erste Schicht 52 beinhalten, die aus Titandioxid oder einem anderen Material mit einem vergleichsweise niedrigem Brechungsindex gebildet ist. Die erste Schicht 52 kann aus Titandioxid-Nanopartikeln gebildet werden, kann eine erste Dicke 58 von 10 nm bis 125 nm aufweisen, z. B. 25 nm bis 40 nm. In einigen Ausführungsformen kann die erste Dicke 58 beispielsweise 15 nm oder 20 nm oder 30 nm oder 33 nm oder 35 nm oder 45 nm oder 50 nm oder 55 nm oder 60 nm oder 70 nm oder 80 nm oder 90 nm oder 100 nm oder 110 nm betragen und kann einen vergleichsweise niedrigen Brechungsindex aufweisen. Die Antireflexionsfolie 50 kann eine zweite Schicht 54 beinhalten, die aus Siliziumdioxid oder einem anderen Material mit einem vergleichsweise hohen Brechungsindex gebildet und auf der ersten Schicht 52 aufgebracht ist. Die zweite Schicht 54 kann aus Siliziumdioxidnanopartikeln gebildet sein und kann eine zweite Dicke 60 von 10 nm bis 125 nm, beispielsweise 25 nm bis 40 nm, und einen vergleichsweise hohen Brechungsindex aufweisen. So kann beispielsweise die zweite Dicke 60 15 nm oder 20 nm oder 30 nm oder 33 nm oder 35 nm oder 45 nm oder 50 nm oder 55 nm oder 60 nm oder 70 nm oder 80 nm oder 90 nm oder 100 nm oder 110 nm betragen. Die Antireflexionsfolie 50 beinhaltet eine dritte Schicht 56, die aus Titandioxid oder einem anderen Material mit einem vergleichsweise niedrigen Brechungsindex gebildet und auf der zweiten Schicht 54 aufgebracht ist und sich in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie 14 befindet. Die dritte Schicht 56 kann eine dritte Dicke 62 von 10 nm bis 125 nm, z. B. 25 nm bis 35 nm, und einen vergleichsweise niedrigen Brechungsindex aufweisen. Die dritte Dicke 62 kann 15 nm oder 20 nm oder 30 nm oder 33 nm oder 35 nm oder 45 nm oder 50 nm oder 55 nm oder 60 nm oder 70 nm oder 80 nm oder 90 nm oder 100 nm oder 110 nm betragen. In einer spezifischen Ausführungsform kann die dritte Dicke 30 nm betragen. Obwohl nicht gezeigt, kann die Antireflexionsfolie 50 auch mehr als drei Schichten 52, 54, 56 beinhalten. Beispielsweise kann das Substrat 12 oder die vierte Schicht eine vierte Dicke 66 von 40 nm bis 60 nm aufweisen. Das Substrat 12 oder die vierte Schicht kann aus Siliziumdioxid gebildet sein und eine vierte Dicke 66 von 45 nm oder 50 nm oder 55 nm aufweisen. Das Substrat 12 oder die vierte Schicht kann einen vergleichsweise hohen Brechungsindex aufweisen. Anders ausgedrückt, kann die Antireflexionsfolie 50 für einige Ausführungsformen vier Schichten beinhalten und die selbstreinigende Folie 14 kann auf der Antireflexionsfolie 50 angeordnet sein.
In anderen Ausführungsformen kann die selbstreinigende Folie 14 die oberste Schicht der Antireflexionsfolie 50 ersetzen. Ferner kann das oleophobe Material einen Brechungsindex von etwa 1,2 bis etwa 1,6, z. B. von etwa 1,3 bis etwa 1,5, gemäß einem Prozentsatz von in dem oleophoben Material vorhandenem Fluor aufweisen. Folglich kann das selbstreinigende Foliensystem 10 eine vergleichsweise dickere Monoschicht 30 enthalten, die aus dem oleophoben Material gebildet ist, was wiederum zu einer vergleichsweise größeren photokatalytischen Aktivität des photokatalytischen Materials beitragen kann. Das oleophobe Material kann auch transparent sein und eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweisen.
Wie oben dargelegt, beinhaltet die selbstreinigende Folie 14 die erste Vielzahl von Bereichen 32, die aus dem photokatalytischen Material gebildet sind oder dieses beinhalten. Eine solche Vielzahl von Bereichen 32 kann zum Entfernen von Fingerabdrücken und anderen Verunreinigungen 100 von der selbstreinigenden Folie 14 nützlich sein, sodass die selbstreinigende Folie 14 eine Selbstreinigungsfähigkeit aufweist.
Insbesondere kann während des Betriebs des selbstreinigenden Foliensystems 10 die erste Vielzahl von Bereichen 32 mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 100 nm, d. h. ultraviolettem Licht, bestrahlt werden. Alternativ kann die erste Vielzahl von Bereichen 32 mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge von 740 nm bis 380 nm, d.h. sichtbarem Licht, bestrahlt werden. Das heißt, die Lichtquelle 38 (2A) oder die Aufwärtswandlungsschicht 42 (2E) kann so gewählt werden, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die auf eine Bandlücke des photokatalytischen Materials abgestimmt ist, um die Photokatalyse des als Fingerabdruck abgeschiedenen Squalen oder der Verunreinigung 100 einzuleiten. Wie hier verwendet, bezieht sich die Terminologie Bandlücke auf einen Energieunterschied zwischen dem höchsten zulässigen Energieniveau für ein Elektron in einem Valenzband des photokatalytischen Materials und dem niedrigsten zulässigen Energieniveau in einem Leitungsband des photokatalytischen Materials. Mit anderen Worten bezieht sich die Bandlücke auf die minimale Menge an Licht, die benötigt wird, um das photokatalytische Material elektrisch leitend zu machen.
Während der Verwendung kann eine Bedienperson Fingerabdrücke, Squalen, organisches Material, Verunreinigungen 100 und/oder Öle auf der ersten Fläche 16 (2A) ablagern. Öle können Öle von Fettsäuren beinhalten und können natürlich synthetisiert und auf der selbstreinigenden Folie 14 aufgebracht werden, wenn der Bediener die selbstreinigende Folie 14 berührt, oder diese können künstlich auf der selbstreinigenden Folie 14 aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühen oder Beschichten. Der Kontakt zwischen dem Squalen oder der Verunreinigung 100 und dem photokatalytischen Material, das der elektromagnetischen Strahlung der Lichtquelle 38 ausgesetzt ist, kann eine photokatalytische Reaktion auslösen. Genauer gesagt kann das photokatalytische Material ein Photokatalysator sein. Die photokatalytische Reaktion kann ein starkes Oxidationsmittel erzeugen und das organische Material, z. B. Squalen, in Gegenwart des Photokatalysators, d. h. des photokatalytischen Materials, zu Kohlenwasserstoff und Wasser, elektromagnetische Strahlung, d. h. ultraviolettes Licht, und Wasser, d. h. Feuchtigkeit von Umgebungsbedingungen, aufspalten. Als solches wird das photokatalytische Material nicht durch die katalytische Reaktion verzehrt, sondern kann stattdessen lediglich die photokatalytische Reaktion als ein Nicht-Reaktant beschleunigen.
Im Einzelnen kann, wenn elektromagnetische Strahlung mit einer gewünschten Wellenlänge das photokatalytische Material beleuchtet, ein Elektron aus dem Valenzband des photokatalytischen Materials in das Leitungsband des photokatalytischen Materials eindringen, was wiederum ein Loch im Valenzband und einen Überschuss an negativer Ladung oder Elektron im Leitungsband erzeugen kann. Das Loch kann die Oxidation unterstützen und das Elektron kann die Reduktion unterstützen. Im Allgemeinen kann das Loch sich mit Wasser kombinieren und ein Hydroxylradikal (·OH) bilden. Das Loch kann auch unmittelbar mit Squalen oder anderem organischen Material reagieren, um den gesamten Wirkungsgrad der Selbstreinigung der selbstreinigenden Folie 14 zu erhöhen. In ähnlicher Weise kann Sauerstoff in der Umgebung, die das photokatalytische Material umgibt, durch das Elektron reduziert werden, um ein Superoxidion (·O₂-) zu bilden, welches wiederum das organische Material oxidieren kann, das auf der selbstreinigenden Folie 14 vorhanden ist.
Zusätzlich kann das Loch vor der Rekombination mit dem Elektron eingeschlossen werden. Für solche Situationen kann das photokatalytische Material funktionalisiert sein. So kann beispielsweise das photokatalytische Material mit beispielsweise Palladium oder Ruthenium dotiert sein. Das Palladium oder das Ruthenium können als Elektrokatalysator agieren und eine Übertragung von Elektronen zu Sauerstoffmolekülen erhöhen, wodurch wiederum das Auftreten von Rekombination von Elektronen und Löchern abnimmt.
Ferner kann organisches Material, das auf der selbstreinigenden Folie 14 an der Monoschicht 30 und nicht in direktem Kontakt mit der ersten Vielzahl von Bereichen 32 vorhanden ist, in dynamischem Gleichgewicht mit der ersten Oberfläche 16 (2A) sein und kann in Richtung einer vergleichsweise höheren Energiestelle auf der selbstreinigenden Folie 14, d. h., die erste Vielzahl von Bereichen 32, diffundieren. Daher können die Squalen oder Verunreinigungen 100 entlang der selbstreinigenden Folie 14 von der Monoschicht 30 zu mindestens einer der ersten Vielzahl von Bereichen 32 diffundieren. Um diese Diffusion zu verbessern, kann die Lichtquelle 38 so eingestellt werden, dass sie elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge abgibt, die auf eine Schwingungsresonanz des Squalen und Fluorkohlenstoff abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann die Squalen oder den Fingerabdruck in die Lage versetzen, entlang der Monoschicht 30 zur ersten Vielzahl von Bereichen 32 zu wackeln oder sich dorthin zu bewegen, wo die Squalen oder die Verunreinigung 100 die oben beschriebene photokatalytische Reaktion eingehen können. Alternativ oder zusätzlich kann die selbstreinigende Folie 14 auch erwärmt werden, beispielsweise durch Infrarotstrahlung, um die Diffusion durch die Monoschicht 30 zu der ersten Vielzahl von Bereichen 32 weiter zu verbessern.
Als solches können die Squalen oder die Verunreinigung 100 verdampft werden. Genauer gesagt kann, sobald die Verunreinigung 100 das photokatalytische Material in der ersten Vielzahl von Bereichen 32 kontaktiert, die Verunreinigung 100 in vergleichsweise niedrige dampfdruckgroße Stücke oder Teile photolysiert werden, die von der selbstreinigenden Folie 14 verdampfen und dadurch den Fingerabdruck oder die Verunreinigung 100 von der selbstreinigenden Folie 14 entfernen können. Das heißt, die selbstreinigende Folie 14 kann das Substrat 12 durch Entfernen, z. B. Oxidieren und Verdampfen der Verunreinigung 100, d. h. Fingerabdrücke, Squalen, Öle, Krankheitserreger und/oder organisches Material, das durch das Berühren eines Bedieners abgelagert wurde, schützen. Folglich kann das selbstreinigende Foliensystem 10 die Ästhetik, optische Transparenz, Sauberkeit und Ablesbarkeit von Displaysystemen, Linsen, Sensoren und Oberflächen verbessern.
Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung detailliert beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Erfindung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt sein kann.

Claims

Selbstreinigendes Foliensystem (10), das selbstreinigende Foliensystem (10) umfassend: ein Substrat (12); und eine auf das Substrat (12) aufgebrachte selbstreinigende Folie (14) und beinhaltend: eine Monoschicht (30) aus einem oleophoben Material; und eine erste Vielzahl von Bereichen (32), die innerhalb der Monoschicht (30) in einem nicht periodischen Muster angeordnet sind, sodass jede der ersten Vielzahl von Bereichen (32) an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (32) ein photokatalytisches Material beinhaltet, worin jeder der ersten Vielzahl von Bereichen (32) einen Durchmesser von weniger als oder gleich 3 Mikrometer aufweist, ferner umfassend eine zweite Vielzahl von Bereichen (132), die innerhalb der Monoschicht (30) angeordnet sind, sodass jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (132) an das oleophobe Material angrenzt und von diesem umgeben ist, wobei jeder der zweiten Vielzahl von Bereichen (132) Silber beinhaltet, worin das Substrat (30) ferner eine Aufwärtswandlungsschicht (42) beinhaltet, die aus einem lumineszenten Material gebildet und in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie (14) angeordnet ist, worin die Aufwärtswandlungsschicht (42) zum Umwandeln einer ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von 490 nm bis 450 nm in eine zweite elektromagnetische Strahlung mit einer ultravioletten Wellenlänge von 10 nm bis 400 mm konfiguriert ist, oder worin das Substrat (12) ferner eine Antireflexionsfolie (50) beinhaltet, die in Kontakt mit der selbstreinigenden Folie (14) angeordnet ist, worin die Antireflexionsfolie (50) beinhaltet: eine erste Schicht (52), die aus Titandioxid gebildet ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist; eine zweite Schicht (54) aus Siliziumdioxid, die auf der ersten Schicht (52) aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist; und eine dritte Schicht (56), die aus Titandioxid gebildet und auf der zweiten Schicht (54) aufgebracht ist und eine Dicke von 25 nm bis 40 nm aufweist und mit der selbstreinigenden Folie (14) in Kontakt steht.
Selbstreinigendes Foliensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das photokatalytische Material mit Silber dotiert ist.