JP2005270796A - 光触媒機能材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】 応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を提供する。
【解決手段】 基体１００上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域に発光波長を有する畜光層１１０と、畜光層１１０上に形成され、畜光層１１０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層１２０と、透光層１２０上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する光触媒層１３０とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 基体１００上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域に発光波長を有する畜光層１１０と、畜光層１１０上に形成され、畜光層１１０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層１２０と、透光層１２０上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する光触媒層１３０とを備える。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光触媒機能材料に関し、特に応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料に関するものである。
近年、酸化チタンを中心とした光触媒の防汚、消臭及び抗菌作用が注目されている。このような光触媒の作用は、光触媒に入射した光により生成した電子及び正孔が光触媒表面にある酸素や水と反応して活性酸素及びＯＨラジカルを発生させることによるものである。すなわち、光触媒表面に生成した活性酸素及びＯＨラジカルが空気中の有機物を分解することによるものである。
上記光触媒を利用した技術としては、例えば「照明装置」（特許文献１参照。）がある。これは、光触媒機能を有する照明装置に関するもので、蛍光灯のカバーに光触媒機能を持たせて、照明装置に防汚、消臭、抗菌機能を付加するものである。より詳細には、光触媒粉末と有機珪素化合物とを混合して得られるコーティング液を、蛍光灯のカバーに塗布し、焼付け処理を行って蛍光ランプのカバーに光触媒膜を形成し、照明装置に防汚等の機能を付加するものである。
特開平１１−３３９５２１号公報
ところで、防汚、消臭及び抗菌を目的として光触媒を利用する場合、光触媒の分解対象には、分子鎖が長く分解し難い有機物、例えば、タバコのヤニ等も含まれる。そのような有機物を分解するためには、多くの活性酸素及びＯＨラジカルを生成させる必要があるため、光触媒には長時間光が当たることが望まれる。
しかしながら、照明装置等に光触媒を利用する場合には、照明が点灯されているときにしか光触媒に光が当たらず、多くの活性酸素及びＯＨラジカルを生成させることができない。よって、分子鎖が長い有機物の分解に長時間を要し、単に光触媒機能だけを持った光触媒材料を照明装置に応用するだけでは、防汚、消臭及び抗菌等の光触媒効果を十分に発現させることができないという問題がある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の光触媒機能材料は、蓄光材からなる蓄光層と、光触媒からなり、前記蓄光層から出射された光により光触媒機能を発現する光触媒層と、前記畜光層に入射する光および前記蓄光層から前記光触媒層へ出射される光の少なくとも一方を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層とを備えることを特徴とする。ここで、前記フォトニック結晶は、平坦な分散面を有してもよいし、前記フォトニック結晶は、凹状の分散面を有してもよい。また、前記透光層は、前記蓄光層上に形成され、前記光触媒層は、前記透光層上に形成されてもよいし、前記蓄光層は、前記透光層上に形成され、前記光触媒層は、前記蓄光層上に形成されてもよい。
これによって、光触媒機能材料に入射した光が蓄光層に蓄光されるため、光触媒機能材料に光が入射しないときにも蓄光層から光触媒層に光が入射され、光触媒機能を発現させることができるので、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を実現することができる。また、透光層のフォトニック結晶は光を表面で反射することなく効率良く集光して取り入れる作用を果たすレンズのような働き（吸収取り入れ効率は５０％以上向上）をし、畜光層に入射する光および蓄光層から光触媒層へ出射される光を効率良く集光し、外部から光触媒機能材料に入射した光を効率的に蓄光層に入射させることができ、また蓄光層から出射した光を効率的に光触媒層に入射させることができるので、高い光利用効率を有する光触媒機能材料を実現することができる。
ここで、前記蓄光層は、４００〜７００ｎｍの波長域に発光波長を有し、前記光触媒層は、４００〜７００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現してもよい。
これによって、照明光によっても光触媒効果を発現するので、様々な製品に応用可能な光触媒機能材料を実現することができる。
これによって、照明光によっても光触媒効果を発現するので、様々な製品に応用可能な光触媒機能材料を実現することができる。
また、前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶からなってもよいし、前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶が積層されてなってもよいし、前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶が２次元状に配置されてなってもよいし、前記透光層は、青色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、緑色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、赤色光を効率良く集光するフォトニック結晶とからなってもよい。
これによって、広い波長域の光を全て効率良く集光するフォトニック結晶を作製する必要が無くなり、フォトニック結晶の製造が容易になるので、製造が容易な光触媒機能材料を実現することができる。
また、本発明は、上記光触媒機能材料が表面に形成された蛍光灯を備えることを特徴とする照明装置とすることもできる。また、上記光触媒機能材料が表面に形成された反射板を備えることを特徴とする照明装置とすることもできる。
これによって、照明装置の蛍光灯の光により、光触媒機能材料表面に活性酸素及びＯＨラジカルが発生し、その活性酸素及びＯＨラジカルは空気中の有害な有機物を分解するので、防汚、消臭及び抗菌効果を有する照明装置を実現することができる。また、蛍光灯を消した後も光触媒機能材料は活性酸素及びＯＨラジカルを生成するので、消灯後も光触媒効果を発現する照明装置を実現することができる。さらに、多くの活性酸素及びＯＨラジカルを発生させることができるので、分子鎖が長く分解し難い有機物を分解することが可能な照明装置を実現することができる。
本発明に係る光触媒機能材料によれば、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を実現することができる。また、高い光利用効率を有する光触媒機能材料を実現することができる。また、様々な製品に応用可能な光触媒機能材料を実現することができる。また、製造が容易な光触媒機能材料を実現することができる。
また、本発明に係る照明装置によれば、防汚、消臭及び抗菌効果を有する照明装置を実現することができる。また、消灯後も光触媒効果を発現する照明装置を実現することができる。また、分子鎖が長く分解し難い有機物を分解することが可能な照明装置を実現することができる。
よって、本発明により、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態における光触媒機能材料について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第１の実施の形態における光触媒機能材料について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態の光触媒機能材料を示す断面図である。
本実施の形態の光触媒機能材料は、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を実現することを目的とするものであって、基体１００上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域、特に４００〜５００ｎｍの波長域に発光波長を有する畜光層１１０と、畜光層１１０上に形成され、平坦な分散面を有することにより畜光層１１０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層１２０と、透光層１２０上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域、特に４００〜５００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する光触媒層１３０とから構成される。なお、透光層１２０を形成するフォトニック結晶は、凹状の分散面を有してもよい。
本実施の形態の光触媒機能材料は、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を実現することを目的とするものであって、基体１００上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域、特に４００〜５００ｎｍの波長域に発光波長を有する畜光層１１０と、畜光層１１０上に形成され、平坦な分散面を有することにより畜光層１１０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層１２０と、透光層１２０上に形成され、４００〜７００ｎｍの波長域、特に４００〜５００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する光触媒層１３０とから構成される。なお、透光層１２０を形成するフォトニック結晶は、凹状の分散面を有してもよい。
蓄光層１１０は、粉末状の蓄光材がバインダにより基体１００に接着固定されてなる。ここで、蓄光材としては、例えばユウロピウムおよびジスピロシウム等の希土類元素が添加されたストロンチウムおよび酸化アルミニウムの化合物からなる蓄光材が用いられる。また、バインダとしては、無機系樹脂、有機系樹脂が用いられる。このとき、蓄光材から発光した光が光触媒層１３０に到達できるように、バインダは透明であることが好ましい。
光触媒層１３０は、粉末状の光触媒がバインダにより基体１００に接着固定されてなる。ここで、光触媒としては、例えば不純物が添加されるか、金属が担持され、可視光で光触媒機能が発現するようにされた粉末状のルチル型あるいはアナターゼ型酸化チタンが用いられる。また、バインダとしては、無機系樹脂、有機系樹脂が用いられ、光触媒反応により分解され難いバインダ、例えばセメント、コンクリート、石膏、珪酸化合物、シリカ、ケイ素化合物、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等が好ましい。このとき、光触媒表面が露出し、光触媒表面に生成した活性酸素及びＯＨラジカルが空気中の分解対象物を分解できるように、光触媒層１３０は複数の細孔を有することが好ましい。また、光触媒層１３０に入射した光のうちの光触媒に吸収されない光が蓄光層１１０に到達できるように、バインダは透明であることが好ましい。なお、光触媒層１３０は、スパッタ法あるいは真空蒸着法等の物理的成膜法により形成される光触媒膜であってもよい。
図２は、透光層１２０の構造の一例を示す断面図である。
透光層１２０は、第１屈折率材料からなる第１領域２００と、透光層１２０内に３次元状に周期性を持って配置され、第１屈折率材料と異なる屈折率を有する第２屈折率材料からなる複数の円柱状の第２領域２１０とから構成される。ここで、第１屈折率材料としては、例えばＳｉＯ２が用いられ、第２屈折率材料としては例えばＳｉ３Ｎ４が用いられる。
透光層１２０は、第１屈折率材料からなる第１領域２００と、透光層１２０内に３次元状に周期性を持って配置され、第１屈折率材料と異なる屈折率を有する第２屈折率材料からなる複数の円柱状の第２領域２１０とから構成される。ここで、第１屈折率材料としては、例えばＳｉＯ２が用いられ、第２屈折率材料としては例えばＳｉ３Ｎ４が用いられる。
次に、以上のような構造を有する光触媒機能材料の製造方法について図３に示す断面図に沿って説明する。なお、図１、２と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
まず、図３（ａ）に示すように、バインダを含む無機系あるいは有機系の液に蓄光材を分散させ、これを塗液として基体１００表面に塗布した後、乾燥して基体１００上に蓄光層１１０を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第１屈折率材料からなる層３００と第２屈折率材料からなる層３１０とが積層されてなる層３２０を蓄光層１１０上に複数積層させた後、表面に露出した層３２０上に円状のレジスト３３０を複数形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト３３０を用いて層３２０が複数積層されてなる層をエッチングした後、第１屈折率材料を堆積させる。これによって、透光層１２０が形成される。
次に、図３（ｄ）に示すように、バインダを含む無機系あるいは有機系の液に光触媒を分散させ、これを塗液として透光層１２０に塗布した後、乾燥して透光層１２０上に光触媒層１３０を形成する。このとき、液中のバインダおよび光触媒の量と、塗布後の乾燥条件とは、光触媒層１３０に細孔が形成されるように調節されることが好ましい。
以上のように本実施の形態の光触媒機能材料によれば、光触媒機能材料は光触媒層１３０および蓄光層１１０を有する。よって、光触媒機能材料に入射した光が蓄光材料に蓄光されるため、光触媒機能材料に光が入射しないときにも光触媒機能を発現させることができるので、本実施の形態の光触媒機能材料は、応用製品において光触媒効果を十分に発現させる光触媒機能材料を実現することができる。
また、本実施の形態の光触媒機能材料によれば、光触媒機能材料は透光層１２０を有し、透光層１２０は畜光層１１０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するフォトニック結晶からなる。よって、透光層のフォトニック結晶は光を表面で反射することなく効率良く集光して取り入れる作用を果たすレンズのような働き（吸収取り入れ効率は５０％以上向上）をし、畜光層に入射する光および蓄光層から光触媒層へ出射される光を効率良く集光し、外部から光触媒機能材料に入射した光を効率的に蓄光層に入射させることができ、また蓄光層から出射した光を効率的に光触媒層に入射させることができるので、本実施の形態の光触媒機能材料は、高い光利用効率を有する光触媒機能材料を実現することができる。この場合、集光効率は、フォトニック結晶を用いない場合と比較して５０％以上、例えば約１５０％向上する。
また、本実施の形態の光触媒機能材料によれば、光触媒層１３０は４００〜７００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する。よって、照明光によっても光触媒効果を発現するので、本実施の形態の光触媒機能材料は、様々な製品に応用可能な光触媒機能材料を実現することができる。
なお、本実施の形態の光触媒機能材料において、蓄光層１１０は基体１００上に形成され、透光層１２０は蓄光層１１０上に形成され、光触媒層１３０は透光層１２０上に形成されるとした。しかし、基体から光が出射される場合には、透光層が基体上に形成され、蓄光層が透光層上に形成され、光触媒層が蓄光層上に形成されてもよい。このとき、透光層には、畜光層への入射光のみを効率良く集光するフォトニック結晶が用いられる。
また、本実施の形態の光触媒機能材料において、透光層１２０を形成するフォトニック結晶が、畜光層１２０への入射光を効率良く集光し、畜光層１１０から光触媒層１３０への入射光を効率良く集光するとした。すなわち、１つのフォトニック結晶が、４００〜７００ｎｍの波長域の光を全て効率良く集光するとした。しかし、透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶からなり、各フォトニック結晶が別々の波長域の光を効率良く集光することによって、４００〜７００ｎｍの波長域の光を全て効率良く集光してもよい。このとき、透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶を２次元状に配置するか、あるいは積層することによって形成される。例えば、透光層は、赤色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、緑色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、青色光を効率良く集光するフォトニック結晶とを２次元状に配置するか、積層することによって形成される。これによって、広い波長域の光を全て効率良く集光するフォトニック結晶を作製する必要が無くなり、フォトニック結晶の製造が容易になるので、製造が容易な光触媒機能材料を実現することができる。
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態における照明装置について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第２の実施の形態における照明装置について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施の形態の照明装置を示す断面図である。なお、図１と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
本実施の形態の照明装置は、防汚、消臭及び抗菌効果を有する照明装置を実現することを目的とするものであって、実施の形態１の光触媒機能材料を利用している。
本実施の形態の照明装置は、防汚、消臭及び抗菌効果を有する照明装置を実現することを目的とするものであって、実施の形態１の光触媒機能材料を利用している。
照明装置は、光を出射する蛍光灯４００と、蛍光灯４００の光を反射する反射板４１０とから構成される。ここで、反射板４１０上には、蓄光層１１０、透光層１２０および光触媒層１３０が順に形成されている。
以上のように本実施の形態の照明装置によれば、照明装置は、反射板４１０上に光触媒層１３０を有する。よって、蛍光灯から光触媒層に入射した光により、光触媒層表面に活性酸素及びＯＨラジカルが発生し、その活性酸素及びＯＨラジカルは空気中の有害な有機物を分解するので、本実施の形態の光触媒機能材料は、防汚、消臭及び抗菌効果を有する照明装置を実現することができる。
また、本実施の形態の照明装置によれば、照明装置は、反射板４１０上に光触媒層１３０および蓄光層１１０を有する。よって、蛍光灯を消した後も光触媒層に光を供給することができるので、本実施の形態の光触媒機能材料は、消灯後も光触媒効果を発現する照明装置を実現することができる。さらに、多くの活性酸素及びＯＨラジカルを発生させることができるので、分子鎖が長く分解し難い有機物を分解することが可能な照明装置を実現することができる。
なお、本実施の形態の照明装置において、反射板４１０上に蓄光層１１０、透光層１２０および光触媒層１３０が順に形成されるとした。しかし、図５に示すように、反射板４１０上では無く、蛍光灯４００上に蓄光層１１０、透光層１２０および光触媒層１３０が順に形成されてもよい。また、蛍光灯上に透光層、蓄光層および光触媒層が順に形成されてもよい。
本発明は、光触媒機能材料に利用でき、特に照明装置、外壁等に用いられる光触媒機能材料として利用することができる。
１００ 基体
１１０ 蓄光層
１２０ 透光層
１３０ 光触媒層
２００ 第１領域
２１０ 第２領域
３００、３１０、３２０ 層
３３０ レジスト
４００ 蛍光灯
４１０ 反射板
１１０ 蓄光層
１２０ 透光層
１３０ 光触媒層
２００ 第１領域
２１０ 第２領域
３００、３１０、３２０ 層
３３０ レジスト
４００ 蛍光灯
４１０ 反射板
Claims (12)
- 蓄光材からなる蓄光層と、
光触媒からなり、前記蓄光層から出射された光により光触媒機能を発現する光触媒層と、
前記畜光層に入射する光および前記蓄光層から前記光触媒層へ出射される光の少なくとも一方を効率良く集光するフォトニック結晶からなる透光層とを備える
ことを特徴とする光触媒機能材料。 - 前記蓄光層は、４００〜７００ｎｍの波長域に発光波長を有し、
前記光触媒層は、４００〜７００ｎｍの波長域の光で光触媒機能を発現する
ことを特徴とする請求項１に記載の光触媒機能材料。 - 前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光触媒機能材料。 - 前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶が積層されてなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記透光層は、異なる波長域の光を効率良く集光する複数のフォトニック結晶が２次元状に配置されてなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記透光層は、青色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、緑色光を効率良く集光するフォトニック結晶と、赤色光を効率良く集光するフォトニック結晶とからなる
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記フォトニック結晶は、平坦な分散面を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記フォトニック結晶は、凹状の分散面を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記透光層は、前記蓄光層上に形成され、
前記光触媒層は、前記透光層上に形成される
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 前記蓄光層は、前記透光層上に形成され、
前記光触媒層は、前記蓄光層上に形成される
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光触媒機能材料。 - 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光触媒機能材料が表面に形成された蛍光灯を備える
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光触媒機能材料が表面に形成された反射板を備える
ことを特徴とする照明装置。
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2005
- 2005-02-10 US US11/054,525 patent/US20050215430A1/en not_active Abandoned
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