EP3829766A1 - Verfahren zum aktivieren einer auf einem verbund abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen deckschicht - Google Patents

Verfahren zum aktivieren einer auf einem verbund abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen deckschicht

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EP3829766A1
EP3829766A1 EP19748493.4A EP19748493A EP3829766A1 EP 3829766 A1 EP3829766 A1 EP 3829766A1 EP 19748493 A EP19748493 A EP 19748493A EP 3829766 A1 EP3829766 A1 EP 3829766A1
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EP
European Patent Office
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radiation
generating
light
photocatalytically active
composite
Prior art date
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Pending
Application number
EP19748493.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gaby GOTZMANN
Uwe Vogel
Daniel Glöss
Jessy Schönfelder
Philipp WARTENBERG
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • A61L2209/111—Sensor means, e.g. motion, brightness, scent, contaminant sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for activating a compound
  • a composite in the sense of the invention comprising at least one substrate and a layer system consisting of one or more layers deposited on the substrate.
  • Titanium dioxide is often used for this.
  • DE 102 10 465 A1 proposes to deposit a photocatalytically active thin layer on an open-pore carrier, titanium dioxide also being named as the photocatalytically active material.
  • the action of light in the wavelength range from near UV triggers photocatalysis due to the chemical structure of the material. This inactivates organic contaminants and oxidatively decomposes them into carbon dioxide and water.
  • UV activation is often carried out by sunlight and is therefore dependent on the time of day and weather.
  • artificial illuminants used for UV If radiation is used indoors, for example, people in the area must be protected against the increased, harmful UV component. This either results in a short distance between the light source and the surface to be irradiated, in order to apply radiation with the lowest possible intensity, or requires UV treatment in a safe environment, ie no treatment is allowed during the treatment
  • the invention is therefore based on the technical problem of creating a method for activating a photocatalytically active cover layer on a composite, by means of which the disadvantages of the prior art can be overcome.
  • the method according to the invention it should also be possible with the method according to the invention to activate a photocatalytically active cover layer deposited on a composite, independently of the sunlight.
  • the method according to the invention it should be possible with the method according to the invention to determine when a photocatalytically active cover layer should be activated.
  • Deposited photocatalytically active cover layer only solutions are known in which radiation for activating the photocatalytically active cover layer strikes the cover layer surface from the outside. is activated by means of radiation by forming at least one element which generates radiation within the composite and below the photocatalytically active cover layer and which emits radiation for activating the photocatalytically active cover layer.
  • the at least one radiation-generating first element can, for example, emit UV radiation which penetrates the photocatalytically active cover layer from the rear and which also activates the photocatalytically active cover layer on the surface of the cover layer.
  • the method according to the invention can also be used to determine whether the surface of the photocatalytically active cover layer is contaminated and thus whether the photocatalytically active cover layer has to be activated at all.
  • At least one light-generating second element and at least one sensor are formed within the composite and below the photocatalytically active cover layer, an actual value of a physical quantity characterizing light radiation being detected by means of the sensor, this
  • Light radiation is emitted by a light-generating second element.
  • the light-generating second element can either also be formed inside the composite and below the photocatalytically active cover layer, or alternatively can be arranged outside the composite.
  • the actual value detected by means of the sensor is compared with a first threshold value and the at least one radiation-generating first element is switched on when the actual value falls below or exceeds the first threshold value. Whether falling below or exceeding the first threshold value leads to switching on of the at least one radiation-generating first element depends on which parameter of the light-generating second element is detected by the sensor.
  • the intensity of the light radiation of the light-generating second element is detected by means of the sensor, which would be reduced by contamination of the surface of the photocatalytically active cover layer, then falling below the first threshold value leads to switching on of the at least one radiation-generating first element.
  • the first element generating radiation is switched off again when an actual value detected by means of the at least one sensor (16; 26) exceeds a second threshold value, provided that the first setpoint value for switching on the at least one generating radiation is not reached , the first element leads or becomes the first element generating a radiation again
  • FIG. 1 shows a component suitable for carrying out the method according to the invention in a schematic sectional illustration
  • FIG. 2 shows an alternative component suitable for carrying out the method according to the invention in a schematic sectional illustration.
  • a component 10 is shown schematically in a sectional view, with which the inventive method can be carried out.
  • the component 10 comprises a substrate 11 and a layer system 12 deposited thereon, consisting of a number of
  • the substrate 11 and the layer system 12 are collectively referred to in the sense of the invention as a composite.
  • a photocatalytically active layer 13 was also deposited on the composite above the layer system 12.
  • At least one first element 14 is formed below the photocatalytically active layer 13 and within the layer system 12, which one
  • the first element 14 can, for example, generate UV radiation for activating the photocatalytically active layer 13.
  • the first element 14 can also generate another radiation known from the prior art, by means of which a photocatalytically active layer can be activated.
  • At least one light-generating second element 15 is also formed which, for example, emits light radiation that can be detected by a human eye.
  • the light-generating second element 15 can also emit radiation in a different wavelength range, for example in the
  • the light radiation from the light-generating second element can be used to determine whether the surface of the photocatalytically active cover layer 13 is contaminated.
  • the light radiation generated by the second element that in FIG. 1 with one from the second element 15 the outgoing arrow is shown schematically, is at least partially reflected by the surface of the photocatalytically active layer 13 (dashed arrow in FIG. 1).
  • the light radiation of the second element 15 reflected by the surface of the photocatalytically active layer 13 is detected by means of a sensor 16, the sensor 16 likewise being formed below the photocatalytically active cover layer 13 and within the layer system 12.
  • Light radiation is forwarded to an evaluation device and compared with a target value for the intensity of the reflected light radiation.
  • the evaluation device can, for example, be formed within the component 10 or, alternatively, can also be located outside the component 10. If an actual value falls below the target value, which is synonymous with the fact that the contamination on the surface of the photocatalytically active cover layer 13 has exceeded an undesirable degree of contamination, the evaluation device generates a first signal by means of which the radiation-generating first element 14 is switched on. As a result, the photocatalytically active cover layer 13 is activated, which causes degradation or at least inactivation of the contamination on the surface of the photocatalytically active cover layer 13.
  • the actual values for the intensity of the reflected light radiation detected with the sensor 16 also increase again. If an actual value for the intensity of the reflected light radiation detected by the sensor 16 exceeds a second target value for the intensity of the reflected light radiation, which is equivalent to the fact that the
  • the evaluation device When the surface of the photocatalytically active cover layer 13 has again reached a desired degree of purity, the evaluation device generates a second signal, by means of which the first element 14 generating a radiation is switched off.
  • An embodiment according to FIG. 1 also has the advantage that no external radiation source for activating the photocatalytically active cover layer is necessary, which also ensures independence from daylight, with which photocatalytically active cover layers are often activated.
  • bidirectional displays are known, for example, from WO 2012/163312 A1. These bidirectional displays comprise a composite consisting of a substrate and a layer system deposited thereon, wherein a multiplicity of light-emitting elements and a multiplicity of light-detecting elements are formed within the composite. Both the light-emitting elements and the
  • light-detecting elements each arranged in a matrix and nested in one another, so that the light-emitting elements and the light-detecting elements are alternately formed side by side.
  • Such a bidirectional display is suitable for implementing the procedure according to the invention described for FIG. 1.
  • the procedure according to the invention described for FIG. 1 is suitable for implementing the procedure according to the invention described for FIG. 1.
  • the bidirectional display is suitable for implementing the procedure according to the invention described for FIG. 1.
  • a light-emitting elements and the light-detecting elements of a bidirectional display are divided into segments and in each segment at least one light-emitting element of the bidirectional display as a radiation-generating first element 14, at least one light-emitting element of the bidirectional display as light-generating second element 15 and at least one light-detecting element Element of the bidirectional display can be designed as a sensor 16. Furthermore, a photocatalytically active cover layer is deposited on the bidirectional display.
  • a fingerprint sensor or a touch display for example, can be formed, which can independently recognize dirt on the surface and can remove or deactivate it independently of external radiation sources.
  • one and the same component which is formed below the photocatalytically active cover layer 13 and within the composite, is used both as a radiation-generating first element 14 and also as a light-generating second element 15, with this component, for example radiation with lower power is generated in the
  • the component 20 comprises a substrate 21 and a layer system 22 deposited thereon, consisting of a number of individual layers.
  • the substrate 21 and the layer system 22 are collectively referred to in the sense of the invention as a composite.
  • a photocatalytically active layer 23 was also deposited on the composite above the layer system 22.
  • At least one first element 24 is formed below the photocatalytically active layer 23 and within the layer system 22, which one element
  • the first element 24 can, for example, generate UV radiation for activating the photocatalytically active layer 23.
  • the first element 24 can also generate another radiation known from the prior art, by means of which a photocatalytically active layer can be activated.
  • At least one is outside the component 20
  • the light-generating second element 25 which, for example, can generate light radiation in the wavelength range detectable by a human eye.
  • the light-generating second element 25 is arranged in such a way that the surface of the photocatalytically active cover layer 23 can be irradiated with it.
  • the light radiation from the light-generating second element 25 can be used to determine whether the surface of the photocatalytically active cover layer 23 is contaminated.
  • Light radiation is detected by sensor 26.
  • the actual values for the intensity of the light radiation detected by the sensor 26 are forwarded to an evaluation device and compared with a target value for the intensity of the light radiation.
  • the evaluation device can be formed, for example, within the component 20 or, alternatively, outside of the component 20 are. If an actual value falls below the target value, which is synonymous with the fact that the contamination on the surface of the photocatalytically active cover layer 23 has exceeded an undesirable degree of contamination, the evaluation device generates a first signal by means of which the radiation-generating first element 24 is switched on. This activates the photocatalytically active cover layer 23, which causes the contamination on the surface of the photocatalytically active cover layer 23 to be reduced.
  • the actual values for the intensity of the light radiation detected by the sensor 26 also increase again. If an actual value for the intensity of the light radiation detected by the sensor 16 exceeds a second target value for the intensity of the light radiation, which is equivalent to the fact that the surface of the photocatalytically active cover layer 23 has again reached a desired degree of purity, the
  • Evaluation device a second signal by means of which the first element 24 generating a radiation is switched off.
  • a layer which contains titanium dioxide can be used as the photocatalytically active cover layer in the process according to the invention and also in the exemplary embodiments described above.
  • all other materials and materials known from the prior art can also be used for this layer deposition
  • Combinations of these are used which are photocatalytically active.
  • the photocatalytically active cover layer is doped with nitrogen during the layer deposition. It has been shown that layer material doped with nitrogen absorbs radiation for activating a photocatalytically active layer particularly well, thereby activating the photocatalytically active layer
  • Top layer is improved. It is therefore particularly advantageous if the photocatalytic effective cover layer is formed with a nitrogen gradient in such a way that the photocatalytically active cover layer has the lowest nitrogen content at the boundary with the composite and the largest nitrogen content on the surface of the layer. This ensures that the photocatalytically active cover layer absorbs the radiation for activating the photocatalytically active cover layer, in particular in areas on the surface of the layer and thus where contamination of the photocatalytically active cover layer is to be reduced or inactivated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren einer auf einem Verbund abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen, z.B. Titandioxid enthaltenden Deckschicht (13; 23) mittels mindestens eines eine Strahlung erzeugenden Elements (14; 24) z.B. zur Erzeugung von Ultraviolett-Strahlung. Folgende Verfahrensschritte werden dabei umfasst: • a) Ausbilden des mindestens einen eine Strahlung erzeugenden ersten Elements (14; 24) innerhalb des Verbundes; • b) Ausbilden mindestens eines Sensors (16; 26) innerhalb des Verbundes; • c) Erfassen eines Istwertes einer, eine Lichtstrahlung charakterisierenden, physikalischen Größe mittels des mindestens einen Sensors (16; 26), wobei die Lichtstrahlung von einem lichterzeugenden zweiten Element (15; 25) abgestrahlt wird; • d) Vergleichen des erfassten Istwertes mit einem ersten Schwellwert innerhalb einer Auswerteeinrichtung und Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements (14; 24), wenn der Istwert den ersten Schwellwert unter- oder überschreitet.

Description

Verfahren zum Aktivieren einer auf einem Verbund abgeschiedenen
photokatalytisch wirksamen Deckschicht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren einer auf einem Verbund
abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen Deckschicht mittels einer Strahlung, wobei ein Verbund im Erfindungssinn mindestens ein Substrat und ein Schichtsystem bestehend aus einer oder mehreren auf dem Substrat abgeschiedene Schichten umfasst.
Das Benutzen von Gebrauchsgegenständen führt zwangsläufig dazu, dass sich auf der Oberfläche der Gebrauchsgegenstände organische Verschmutzungen und Biofilme ablagern, welche auch das Risiko von Keimübertragungen in sich bergen können. Eine mögliche Form der Risikominimierung besteht darin, Oberflächen derart zu gestalten, dass möglichst keine Verschmutzungen an der Oberfläche haften bleiben, wie es zum Beispiel vom sogenannten Lotoseffekt her bekannt ist.
Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen Oberflächen mit antibakteriellen Wirkstoffen versehen sind, um organischen Verschmutzungen und Biofilme unschädlich zu machen. In DE 10 2007 021 104 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, einem Trägermedium einen kolloidal und/oder nanoskalig vorliegenden antimikrobiell wirkenden Stoff zuzuordnen. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass diese Vorgehensweise vornehmlich bei aus Fasern bestehenden Oberflächen angewendet werden kann.
Eine weitere Form einer Oberflächenausstattung ist das Verwenden von photokatalytisch aktiven Materialien. Hierfür wird oftmals Titandioxid verwendet. In DE 102 10 465 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, eine photokatalytisch wirksame Dünnschicht auf einem offenporigen Träger abzuscheiden, wobei als photokatalytisch wirksames Material auch Titandioxid benannt ist. Durch das Einwirken von Licht im Wellenlängenbereich vom nahen UV wird aufgrund der chemischen Struktur des Materials Photokatalyse ausgelöst. Dadurch werden organische Verunreinigungen inaktiviert und oxidativ zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt.
Eine solche UV-Aktivierung erfolgt oftmals durch Sonneneinstrahlung und ist damit sowohl tageszeit- als auch wetterabhängig. Werden künstliche Leuchtmittel für eine UV- Bestrahlung beispielsweise in Innenräumen verwendet, müssen Personen in der Umgebung vor dem erhöhten, schädlichen UV-Anteil sicher geschützt werden. Das resultiert entweder in einem geringen Abstand der Leuchtquelle zur zu bestrahlenden Oberfläche, um damit Strahlung mit geringstmöglicher Intensität zu applizieren oder erfordert ein UV-Behandlung in einer gesicherten Umgebung, d.h. es dürfen sich während der Behandlung keine
Personen im Anwendungsbereich aufhalten. Beide Vorgehensweisen schränken die
Praxistauglichkeit des Photokatalyseansatzes zur Oberflächenreinigung enorm ein, insbesondere auch, da das Aktivieren des Photokatalyseeffektes oftmals Stunden bis hin zu einigen Tagen benötigt.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Aktivieren einer photokatalytisch wirksamen Deckschicht auf einem Verbund zu schaffen, mittels dessen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich sein, eine auf einem Verbund abgeschiedene photokatalytisch wirksame Deckschicht unabhängig vom Sonnenlicht zu aktivieren. Des Weiteren soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich sein zu ermitteln, wann eine photokatalytisch wirksame Deckschicht aktiviert werden soll.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Während aus dem Stand der Technik zum Aktivieren einer auf einem Verbund
abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen Deckschicht lediglich Lösungen bekannt sind, bei denen Strahlung zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Deckschicht von außerhalb auf die Deckschichtoberfläche auftrifft, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass eine auf einem Verbund abgeschiedene photokatalytisch wirksame Deckschicht, von der Rückseite der Deckschicht her, mittels einer Strahlung aktiviert wird, indem mindestens ein, eine Strahlung erzeugendes, Element innerhalb des Verbundes und unterhalb der photokatalytisch wirksamen Deckschicht ausgebildet wird, welches eine Strahlung zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Deckschicht aussendet. Das mindestens eine Strahlung erzeugende erste Element kann beispielsweise UV-Strahlung aussenden, welche die photokatalytisch wirksame Deckschicht von der Rückseite her durchdringt und welche die photokatalytisch wirksame Deckschicht auch an der Deckschichtoberfläche aktiviert. Des Weiteren kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch erfasst werden, ob die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht verschmutzt ist und somit, ob die photokatalytisch wirksame Deckschicht überhaupt aktiviert werden muss.
Bei einer Ausführungsform werden hierzu innerhalb des Verbundes und unterhalb der photokatalytisch wirksamen Deckschicht mindestens ein lichterzeugendes zweites Element und mindestens ein Sensor ausgebildet, wobei mittels des Sensors ein Istwert einer eine Lichtstrahlung charakterisierenden physikalischen Größe erfasst wird, wobei diese
Lichtstrahlung von einem lichterzeugenden zweiten Element abgestrahlt wird. Das lichterzeugende zweite Element kann entweder ebenfalls innerhalb des Verbundes und unterhalb der photokatalytisch wirksamen Deckschicht ausgebildet oder alternativ außerhalb des Verbundes angeordnet werden. Innerhalb einer Auswerteeinrichtung wird schließlich der mittels des Sensors erfasste Istwert mit einem ersten Schwellwert verglichen und das mindestens eine, eine Strahlung erzeugende, erste Element angeschaltet, wenn der Istwert den ersten Schwellwert unterschreitet oder überschreitet. Ob ein Unterschreiten oder ein Überschreiten des ersten Schwellwertes zum Anschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements führt, ist abhängig davon, welcher Parameter des lichterzeugenden zweiten Elements mittels des Sensors erfasst wird. Wird beispielsweise mittels des Sensors die Intensität der Lichtstrahlung des lichterzeugenden zweiten Elements erfasst, welche sich durch eine Verschmutzung der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht verringern würde, dann führt ein Unterschreiten des ersten Schwellwertes zum Anschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das eine Strahlung erzeugende erste Element wieder ausgeschaltet, wenn ein mittels des mindestens einen Sensors (1 6; 26) erfasster Istwert einen zweiten Schwellwert überschreitet, sofern ein Unterschreiten des ersten Sollwertes zum Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements führt bzw. wird das eine Strahlung erzeugende erste Element wieder
ausgeschaltet, wenn ein mittels des mindestens einen Sensors erfasster Istwert einen zweiten Schwellwert unterschreitet, sofern ein Überschreiten des ersten Sollwertes zum Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements führt. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 ein zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Bauteil in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2 ein zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes alternatives Bauteil in einer schematischen Schnittdarstellung.
In Fig. 1 ist ein Bauteil 10 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist. Das Bauteil 10 umfasst ein Substrat 1 1 und ein darauf abgeschiedenes Schichtsystem 12, bestehend aus einer Anzahl von
Einzelschichten. Das Substrat 1 1 und das Schichtsystem 12 werden im Erfindungssinn zusammen als Verbund bezeichnet. Oberhalb des Schichtsystems 12 wurde auf dem Verbund noch eine photokatalytisch wirksame Schicht 13 abgeschieden.
Erfindungsgemäß wird unterhalb der photokatalytisch wirksamen Schicht 13 und innerhalb des Schichtsystems 12 mindestens ein erstes Element 14 ausgebildet, welches eine
Strahlung erzeugt, mittels der die photokatalytisch wirksame Schicht 13 aktiviert werden kann. Das erste Element 14 kann beispielsweise UV-Strahlung zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Schicht 13 erzeugen. Alternativ kann das erste Element 14 auch eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Strahlung erzeugen, mittels der eine photokatalytisch wirksame Schicht aktiviert werden kann.
Unterhalb der photokatalytisch wirksamen Schicht 13 und innerhalb des Schichtsystems 12 wird ferner mindestens ein lichterzeugendes zweites Element 1 5 ausgebildet, welches beispielsweise Lichtstrahlung im, mit einem menschlichen Auge erfassbaren,
Wellenlängenbereich erzeugen kann. Alternativ kann das lichterzeugende zweite Element 1 5 aber auch eine Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich, wie zum Beispiel im
Infrarot- oder Ultraviolettbereich erzeugen.
Mittels der Lichtstrahlung des lichterzeugenden zweiten Elements kann ermittelt werden, ob die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 verschmutzt ist. Die vom zweiten Element erzeugte Lichtstrahlung, die in Fig. 1 mit einem vom zweiten Element 1 5 abgehenden Pfeil schematisch dargestellt ist, wird zumindest teilweise von der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Schicht 13 reflektiert (gestrichelter Pfeil in Fig. 1 ). Die von der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Schicht 13 reflektierte Lichtstrahlung des zweiten Elements 1 5 wird mittels eines Sensors 1 6 erfasst, wobei der Sensor 16 ebenfalls unterhalb der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 und innerhalb des Schichtsystems 12 ausgebildet wird. Je stärker die Oberfläche der katalytisch wirksamen Schicht 13 verschmutzt ist, umso mehr wird die vom zweiten Element 1 5 abgegebene Lichtstrahlung vom Schmutz auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 absorbiert bzw. optisch gestreut und umso weniger reflektierte Lichtstrahlung wird vom Sensor 16 erfasst. Die vom Sensor 16 erfassten Istwerte für die Intensität der reflektierten
Lichtstrahlung werden an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet und mit einem Sollwert für die Intensität der reflektierten Lichtstrahlung verglichen. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise innerhalb des Bauteils 10 ausgebildet sein oder sich alternativ auch außerhalb des Bauteils 10 befinden. Unterschreitet ein Istwert den Sollwert, was gleichbedeutend damit ist, dass die Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 einen unerwünschten Verschmutzungsgrad überschritten hat, erzeugt die Auswerteeinrichtung ein erstes Signal, mittels dessen das eine Strahlung erzeugende erste Element 14 eingeschaltet wird. Dadurch wird die photokatalytisch wirksame Deckschicht 13 aktiviert, was einen Abbau bzw. zumindest eine Inaktivierung der Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 bewirkt.
Mit dem Rückgang der Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 steigen auch wieder die mit dem Sensor 1 6 erfassten Istwerte für die Intensität der reflektierten Lichtstrahlung. Überschreitet ein mittels des Sensors 16 erfasster Istwert für die Intensität der reflektierten Lichtstrahlung einen zweiten Sollwert für die Intensität der reflektierten Lichtstrahlung, was gleichbedeutend damit ist, dass die
Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 wieder einen erwünschten Reinheitsgrad erreicht hat, erzeugt die Auswerteeinrichtung ein zweites Signal, mittels dessen das eine Strahlung erzeugende erste Element 14 ausgeschaltet wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Vorgehens wird eine photokatalytisch wirksame
Deckschicht nur dann aktiviert, wenn es der Verschmutzungsgrad der photokatalytisch wirksamen Deckschicht erforderlich macht. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders energieeffizient. Eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 hat auch den Vorteil, dass keine externe Strahlungsquelle zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Deckschicht erforderlich ist, wodurch auch eine Unabhängigkeit vom Tageslicht gegeben ist, mit dem photokatalytisch wirksame Deckschichten oftmals aktiviert werden.
Beispielsweise aus WO 2012/163312 A1 sind sogenannte bidirektionale Displays bekannt. Diese bidirektionalen Displays umfassen einen Verbund, bestehend aus einem Substrat und einem darauf abgeschiedenen Schichtsystem, wobei innerhalb des Verbundes eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen und eine Vielzahl von lichtdetektierenden Elementen ausgebildet sind. Dabei sind sowohl die lichtemittierenden Elemente als auch die
lichtdetektierenden Elemente jeweils matrixförmig und ineinander verschachtelt angeordnet, so dass die lichtemittierenden Elemente und die lichtdetektierenden Elemente abwechselnd nebeneinander liegend ausgebildet sind.
Ein solches bidirektionales Display ist für das Umsetzen der zu Fig. 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise geeignet. Dabei können beispielsweise die
lichtemittierenden Elemente und die lichtdetektierenden Elemente eines bidirektionalen Displays in Segmente unterteilt werden und in jedem Segment jeweils mindestens ein lichtemittierendes Element des bidirektionalen Displays als eine Strahlung erzeugendes erstes Element 14, mindestens ein lichtemittierendes Element des bidirektionalen Displays als lichterzeugendes zweites Element 1 5 und mindestens ein lichtdetektierendes Element des bidirektionalen Displays als Sensor 16 ausgebildet werden. Ferner wird noch eine photokatalytisch wirksame Deckschicht auf dem bidirektionalen Display abgeschieden. Mittels eines solchen erfindungsgemäß umgesetzten bidirektionalen Displays kann beispielsweise ein Fingerprintsensor oder ein Touch-Display ausgebildet werden, welche Verschmutzungen auf der Oberfläche selbstständig erkennen und unabhängig von externen Strahlungsguellen entfernen bzw. inaktivieren können.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein und dasselbe Bauelement, welches unterhalb der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 13 und innerhalb des Verbundes ausgebildet wird, sowohl als eine Strahlung erzeugendes erstes Element 14 und auch als lichterzeugendes zweites Element 1 5 verwendet, wobei mit diesem Bauelement zum Beispiel eine Strahlung mit geringerer Leistungsstärke erzeugt wird, in den
Zeitintervallen, in denen dieses Bauelement als lichterzeugendes zweites Element verwendet wird, gegenüber den Zeitintervallen, in denen das Bauelement als eine Strahlung
erzeugendes erstes Element verwendet wird. Eine weitere alternative erfindungsgemäße Vorgehensweise ist mit einem in Fig. 2 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildeten Bauteil 20 möglich. Das Bauteil 20 umfasst ein Substrat 21 und ein darauf abgeschiedenes Schichtsystem 22, bestehend aus einer Anzahl von Einzelschichten. Das Substrat 21 und das Schichtsystem 22 werden im Erfindungssinn zusammen als Verbund bezeichnet. Oberhalb des Schichtsystems 22 wurde auf dem Verbund noch eine photokatalytisch wirksame Schicht 23 abgeschieden.
Erfindungsgemäß wird unterhalb der photokatalytisch wirksamen Schicht 23 und innerhalb des Schichtsystems 22 mindestens ein erstes Element 24 ausgebildet, welches eine
Strahlung erzeugt, mittels der die photokatalytisch wirksame Schicht 23 aktiviert werden kann. Das erste Element 24 kann beispielsweise UV-Strahlung zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Schicht 23 erzeugen. Alternativ kann das erste Element 24 auch eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Strahlung erzeugen, mittels der eine photokatalytisch wirksame Schicht aktiviert werden kann.
Außerhalb des Bauteils 20 wird bei diesem Ausführungsbeispiel mindestens ein
lichterzeugendes zweites Element 25 angeordnet, welches beispielsweise Lichtstrahlung, im mit einem menschlichen Auge erfassbaren, Wellenlängenbereich erzeugen kann. Das lichterzeugende zweite Element 25 wird dabei derart angeordnet, dass damit die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 bestrahlt werden kann.
Mittels der Lichtstrahlung des lichterzeugenden zweiten Elements 25 kann ermittelt werden, ob die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 verschmutzt ist. Die vom zweiten Element 25 erzeugte Lichtstrahlung, die in Fig. 2 mit einem vom zweiten Element 25 abgehenden Pfeil schematisch dargestellt ist, durchdringt zumindest teilweise die photokatalytisch wirksame Schicht 23 (Pfeil mit gestrichelter Linie in Fig. 1 ) und trifft auf einen Sensor 26, der unterhalb der photokatalytisch wirksamen Schicht 23 und innerhalb des Schichtsystems 22 ausgebildet wird. Je stärker die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Schicht 23 verschmutzt ist, umso mehr wird die vom zweiten Element 25 abgegebene Lichtstrahlung vom Schmutz auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 absorbiert bzw. optisch gestreut und umso weniger
Lichtstrahlung wird vom Sensor 26 erfasst. Die vom Sensor 26 erfassten Istwerte für die Intensität der Lichtstrahlung werden an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet und mit einem Sollwert für die Intensität der Lichtstrahlung verglichen. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise innerhalb des Bauteils 20 ausgebildet sein oder sich alternativ außerhalb des Bauteils 20 befinden. Unterschreitet ein Istwert den Sollwert, was gleichbedeutend damit ist, das die Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 einen unerwünschten Verschmutzungsgrad überschritten hat, erzeugt die Auswerteeinrichtung ein erstes Signal, mittels dem das eine Strahlung erzeugende erste Element 24 eingeschaltet wird. Dadurch wird die photokatalytisch wirksame Deckschicht 23 aktiviert, was einen Abbau der Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 bewirkt.
Mit dem Rückgang der Verschmutzung auf der Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 steigen auch wieder die mit dem Sensor 26 erfassten Istwerte für die Intensität der Lichtstrahlung. Überschreitet ein mittels des Sensors 1 6 erfasster Istwert für die Intensität der Lichtstrahlung einen zweiten Sollwert für die Intensität der Lichtstrahlung, was gleichbedeutend damit ist, dass die Oberfläche der photokatalytisch wirksamen Deckschicht 23 wieder einen erwünschten Reinheitsgrad erreicht hat, erzeugt die
Auswerteeinrichtung ein zweites Signal, mittels dem das eine Strahlung erzeugende erste Element 24 ausgeschaltet wird.
Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine hohe Energieeffizienz aus, weil die photokatalytisch wirksame Deckschicht nur dann aktiviert wird, wenn es ein
Verschmutzungsgrad auf der Oberfläche der Deckschicht erfordert. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform ein externes lichterzeugendes zweites Element 25 erforderlich. Als lichterzeugendes zweites Element 25 kann eine künstliche Lichtquelle oder alternativ auch die Sonne verwendet werden.
Als photokatalytisch wirksame Deckschicht kann beim erfindungsgemäßen Verfahren und auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Beispiel eine Schicht verwendet werden, die Titandioxid enthält. Alternativ können für diese Schichtabscheidung aber auch alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Materialien und
Kombinationen dieser verwendet werden, die photokatalytisch wirksam sind.
Bei einer Ausführungsform wird die photokatalytisch wirksame Deckschicht bei der Schichtabscheidung mit Stickstoff dotiert. Es hat sich gezeigt, dass mit Stickstoff dotiertes Schichtmaterial eine Strahlung zum Aktivieren einer photokatalytisch wirksamen Schicht besonders gut absorbiert, wodurch das Aktivieren der photokatalytisch wirksamen
Deckschicht verbessert wird. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, wenn die photokatalytisch wirksame Deckschicht mit einem Stickstoffgradienten dahingehend ausgebildet wird, dass die photokatalytisch wirksame Deckschicht an der Grenze zum Verbund den geringsten Stickstoffanteil aufweist und an der Schichtoberfläche den größten Stickstoffanteil. Damit wird gewährleistet, dass die photokatalytisch wirksame Deckschicht die Strahlung zum Aktivieren der photokatalytisch wirksamen Deckschicht insbesondere in Bereichen an der Schichtoberfläche absorbiert und somit dort, wo eine Verschmutzung der photokatalytisch wirksamen Deckschicht abgebaut bzw. inaktiviert werden soll.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Aktivieren einer auf einem Verbund abgeschiedenen photokatalytisch wirksamen Deckschicht (13; 23) mittels mindestens eines, eine Strahlung erzeugenden, Elements (14; 24), wobei der Verbund mindestens ein Substrat (1 1 ; 21 ) und ein darauf abgeschiedenes Schichtsystem (12; 22) umfasst, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
a) Ausbilden des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements (14;
24) innerhalb des Verbundes;
b) Ausbilden mindestens eines Sensors (16; 26) innerhalb des Verbundes;
c) Erfassen eines Istwertes einer, eine Lichtstrahlung charakterisierenden,
physikalischen Größe mittels des mindestens einen Sensors (1 6; 26), wobei die Lichtstrahlung von einem lichterzeugenden zweiten Element (1 5; 25) abgestrahlt wird;
d) Vergleichen des erfassten Istwertes mit einem ersten Schwellwert innerhalb einer Auswerteeinrichtung und Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements (14; 24), wenn der Istwert den ersten Schwellwert unter- oder überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eine Strahlung
erzeugende erste Element (14; 24) ausgeschaltet wird, wenn
e) ein mittels des mindestens einen Sensors (1 6; 26) erfasster Istwert einen zweiten Schwellwert überschreitet, sofern ein Unterschreiten des ersten Sollwertes zum Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements (14; 24) führt;
oder
f) ein mittels des mindestens einen Sensors (1 6; 26) erfasster Istwert einen zweiten Schwellwert unterschreitet, sofern ein Überschreiten des ersten Sollwertes zum Einschalten des mindestens einen, eine Strahlung erzeugenden, ersten Elements (14; 24) führt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
lichterzeugende zweite Element (1 5) innerhalb des Verbundes ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauelement sowohl als eine Strahlung erzeugendes erstes Element als auch als lichterzeugendes zweites Element verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verbundes in Segmente unterteilt wird und das innerhalb eines jeden Segments mindestens ein, eine Strahlung erzeugendes, erstes Element (14), mindestens ein lichterzeugendes zweites Element (1 5) und mindestens ein Sensor (16) ausgebildet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen Sensors (16) ein Istwert für die Intensität der an der Außengrenze der photokatalytisch wirksamen Deckschicht (13) reflektierten
Lichtstrahlung des lichterzeugenden zweiten Elements (1 5) erfasst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine außerhalb des Verbundes angeordnete Lichtquelle als lichterzeugendes zweites Element (25) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Strahlung erzeugende erste Element (14; 24) als UV-Strahlungsguelle ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytisch wirksame Deckschicht (13; 23) als Titandioxid-enthaltende Schicht ausgebildet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytisch wirksame Deckschicht mit Stickstoff dotiert wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffanteil der photokatalytisch wirksamen Deckschicht mit einem Gradienten dahingehend ausgebildet wird, dass der Stickstoffanteil an der dem Verbund zugewandten Seite am geringsten und an der Oberfläche der Deckschicht am größten ist.
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