JP2022081447A

JP2022081447A - 一体化ｕｖ殺菌

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Publication number: JP2022081447A
Application number: JP2021186714A
Authority: JP
Inventors: トーマス・ウェンドラー; Wunderer Thomas; ジョージ・マルティーニ; Martini Joerg; パトリック・ワイ．・マエダ; Y Maeda Patrick; バーバラ・クロマーティ; Cromarty Barbara; パロマ・フォートリー; Fautley Paloma
Original assignee: Palo Alto Research Center Inc
Current assignee: Palo Alto Research Center Inc
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-05-31
Also published as: CN114533911A; EP4000644A1; US20220152233A1

Abstract

【課題】表面を殺菌するための方法及びシステムを提供する。【解決手段】システムは、光源、及びその光源の上方に位置する透明窓を含むことができる。光源は、物体に一体化することができ、物体の外側表面は、透明窓の上方に位置することができる。光源からの光が、透明窓を通って物体内から外側表面に照射して、物体の外側表面を殺菌することができる。光は、紫色光及び紫外（ＵＶ）光を含むことができる。光触媒材料を含む光触媒層はまた、透明窓の上方かつ外側表面の下方に位置してもよい。【選択図】図２

Description

実施形態は、一般に、表面の殺菌及び除染のためのシステム及び方法に関する。実施形態はまた、表面の殺菌及び除染のための紫外（ultraviolet、ＵＶ）光の使用に関する。

ＣＯＶＩＤ－１９に関連する最近の動きに影響されて、人々は、病原体を伝染する媒体として潜在的に作用することがある共有空間及び物体に特に敏感である。「高頻度接触」表面を自動的に殺菌することは、現在存在しない非常に望ましい機能である。高頻度接触表面は、例えば、人々によって頻繁に触れられ得る公共（及び個人）の様々な領域及び表面を含むことができる。かかる表面の例としては、ハンドバー、エレベーターボタン、信号機、（例えば、コーヒーマシン、レジ精算、ＡＴＭマシンなどと関連付けられた）共有タッチスクリーン、照明スイッチなどが挙げられる。高頻度接触表面はまた、頻繁に触れられることはないが、一般に頻繁に殺菌を必要とし得る（例えば、手術室における）領域内の表面を含んでもよい。

表面を衛生化するための従来の手法は、表面をＵＶ光に曝露することを伴い得、このＵＶ光は、表面上に存在し得る、細菌、ウイルス、及び真菌などの潜在的微生物に害を与える。ＵＶ光は、これらの生物を分解及び根絶するために十分に短い波長である必要があり、それによって、これらの生物が存在し得る表面を殺菌する。短波長放射は、かかる生物をマイクロ有機レベルで破壊することができる。ＵＶ光は、これらの生物の、例えば、ＤＮＡ中の核酸を破壊することができる。ＤＮＡ（又はＲＮＡ）鎖が崩壊すると、生物は複製することができず、それによって、これらの病原体からの害が排除される。

本発明者らは、本明細書でより詳細に論じられるように、ＵＶ光子又は光子対応化学プロセスの使用を含む自己衛生化手段の実装を通じて、高頻度接触表面を殺菌するという問題に対する解決策を開発した。

以下の概要は、開示される実施形態に特有の革新的な特徴の一部の理解を容易にするために提供されるものであり、完全な説明を意図するものではない。本明細書に開示される実施形態の様々な態様の完全な理解は、本明細書全体、特許請求の範囲、図面、及び要約書をまとめて見ることによって得ることができる。

したがって、開示される実施形態の一態様は、表面を殺菌するための方法及びシステムを提供することである。

開示される実施形態の更なる態様は、高頻度接触表面を自動的に殺菌するための方法及びシステムを提供することである。

開示される実施形態の別の態様は、物体内からの光で表面を照明することによって、物体の表面の「オンデマンド」殺菌のための方法及びシステムを提供することである。

開示される実施形態の更に別の態様は、ＵＶ光子又は光子対応化学プロセスを使用して自己衛生化手段をとおして表面を殺菌するための方法及びシステムを提供することである。

上述の態様、並びに他の目的及び有益性は、ここで本明細書に記載されるように達成することができる。一実施形態では、表面を殺菌するためのシステムは、光源、及びその光源の上方に位置する透明窓を含むことができる。光源は、物体に一体化することができ、その物体の外側表面は、透明窓の上方に位置することができる。光源からの光は、透明窓を通って物体内から外側表面に照射して、物体の外側表面を殺菌することができる。光は、紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含むことができる。

本システムの一実施形態では、光触媒層は、光触媒材料を含むことができ、透明窓の上方かつ外側表面の下方に配置することができる。

本システムの一実施形態では、光触媒層は、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ、又は非金属半導体材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。

本システムの一実施形態では、ＵＶ光は、例えば、ＵＶ－Ａ光光子又はＵＶ－Ｃ光子（すなわち、１００ｎｍ～２８０ｎｍの範囲の発光を有する）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

本システムの一実施形態では、光源は、例えば、半導体系光電子デバイス又はガス放電ランプのうちの１つ以上を含むことができる。

本システムの一実施形態では、ＵＶ光は、外側表面上に生成された反応種によって物体の外面上の病原菌を非活性化するか、又は病原菌に関連する核酸を損傷させることであって、病原菌が、細菌、ウイルス、又は真菌のうちの少なくとも１つを含む、非活性化するか又は損傷させることと、物体の外側表面に抗菌特性を誘起するか、又は、物体の外側表面に殺菌特性を誘起することと、のうちの１つ以上によって、外側表面を殺菌することができる。

本システムの一実施形態では、光源は、複数のＵＶ発光ダイオードを備えることができ、複数のＵＶ発光ダイオードのうちの各ＵＶ発光ダイオードは、ＩＩＩ族窒化物系ＵＶ発光ダイオードを備えることができる。

本システムの一実施形態は、アイソレータ層、及び半透明材料を含む電極層を更に含むことができ、透明窓は電極層の上方に位置し、光源は、アイソレータ層内に配置され、少なくとも部分的に電極層内に配置されている。

本システムの一実施形態では、光触媒層の光触媒材料は、光触媒コーティングを含むことができ、この場合、ＵＶ光が光触媒材料中に吸収されたときに、殺菌特性を外側表面に誘起することが光触媒材料中に吸収されたときに、殺菌特性を外側表面に誘起することができる。

本システムの一実施形態は、可視光の使用を促進して、アップコンバージョン層内にＵＶ光子を生成することができるアップコンバージョン層を更に含むことができる。

本システムの一実施形態は、透明窓を通して放射するＵＶ光子の可視インジケータを提供することができる蛍光表示層又は発光表示層を更に含むことができる。

本システムの一実施形態では、光源は、少なくとも１人の人が光源の所定の距離内で検出されたときに自動的にオフにすることができる。

本システムの一実施形態では、表示灯は、対象物の外側表面が殺菌されたときを示すことができる。

本システムの一実施形態は、少なくとも光源、透明窓、及び外側表面を含む、複数の層が配置され得る基板を更に含むことができる。

本システムの一実施形態では、基板は、可撓性基板を備えることができる。

本システムの一実施形態では、光源は、物体に対する背面照明光源、又は物体に対する側部結合光源のうちの少なくとも一方を更に備え、背面照明光源及び側部結合光源がそれぞれ、構造化光学表面又は光学構造化フィルムのうちの少なくとも１つを含み、構造化光学表面又は光学構造化フィルムが、光触媒表面にわたる均質化及び均一な照明を促進する。

別の実施形態では、表面を殺菌するためのシステムは、複数の層が位置する基板と、光源の上方に位置する透明窓であって、光源が物体に一体化されている、透明窓と、透明窓の上方に位置する物体の外側表面と、光触媒材料を含む光触媒層であって、光触媒層が、透明窓の上方かつ外側表面の下方に位置する、光触媒層、とを含むことができ、複数の層は、少なくとも光源、透明窓、光触媒層、及び外側表面を含み、光源からの光は、透明窓を通して外側表面を励起し、物体内から物体の外側表面を殺菌し、光は紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含む。

一実施形態では、表面を殺菌するための方法は、光源から透明窓を通して物体内からの光で物体の外側表面を励起することを伴うことができ、透明窓は光源の上方に位置し、光源は物体に一体化され、物体の外側表面は透明窓の上に位置し、光は紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含む。

同様の参照番号が、別個の図全体をとおして同一又は機能的に類似した要素を指し、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成している添付図面は、本発明を更に例示し、本発明の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

図１Ａは、一実施形態による、インフルエンザウイルス（influenza virus、ＩＦＶ）及びネコカリシウイルス（feline calicivirus、ＦＣＥ）の光触媒非活性化を示す実験データを示すグラフを示す。図１Ｂは、一実施形態による、インフルエンザウイルス（influenza virus、ＩＦＶ）及びネコカリシウイルス（feline calicivirus、ＦＣＥ）の光触媒非活性化を示す実験データを示すグラフを示す。

図２は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの側面図を示す。

図３は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの側面図を示し、システムは、表面の側面照明を含む。

図４は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの側面図を示し、システムは、表面の側面照明及びステータスディスプレイ用の表示灯を含む。

図５は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの側面図を示し、システムは、表面のＬＥＤ照明を含む。

図６は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの側面図を示し、システムは、ステータスディスプレイ用の蛍光インジケータを有するＬＥＤ照明を含む。

図７は、一実施形態による、表面を殺菌するためのシステムの絵画的表現を示す。

これらの非限定的な実施例で論じられる特定の値及び構成は、変更されてもよく、単に１つ以上の実施形態を例示するために引用されており、その範囲を限定することを意図するものではない。

ここで、本主題は、本明細書の一部分を形成し、例示として特定の例示的実施形態を示す添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。しかしながら、主題は、種々の異なる形態で具現化されてもよく、したがって、網羅又は請求される主題は、本明細書に記載される任意の例示的な実施形態に限定されないものとして解釈されることが意図される。例示的な実施形態は、単に例示のために提供される。同様に、請求又は言及される主題についてはかなり広い範囲が意図される。とりわけ、例えば、主題は、方法、デバイス、構成要素、又はシステムとして具現化され得る。したがって、実施形態は、例えばハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせ（ソフトウェア自体以外）の形態をとり得る。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。

本明細書及び特許請求の範囲全体をとおして、用語は、明示的に記載された意味を超える文脈で示唆又は暗示される微妙な意味を有し得る。同様に、本明細書で使用される「一実施形態では」、「実施形態では」、又は「いくつかの実施形態では」などの語句、及びその変形は、必ずしも同じ実施形態を指すこともあれば、必ずしもそうではないこともある。本明細書で使用される「別の実施形態では」、「別の例示的な実施形態では」、又は「代替的な実施形態では」という語句、及びその変形は、必ずしも異なる実施形態を指すこともあれば、必ずしもそうではないこともある。例えば、特許請求される主題は、全体的に又は部分的に実施形態の組み合わせを含み得ることが意図される。

一般に、用語は、文脈における使用から少なくとも部分的に理解され得る。例えば、本明細書で使用される「及び」、「又は」、又は「及び／又は」などの用語は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存し得る様々な意味を含み得る。典型的には、「又は」は、Ａ、Ｂ、又はＣなどのリストを関連付けるために使用される場合、包括的な意味で本明細書に使用されるＡ、Ｂ、及びＣ、並びに排他的な意味で本明細書に使用されるＡ、Ｂ、又はＣを意味することを意図する。加えて、本明細書で使用される「１つ以上」又は「少なくとも１つ」という用語は、少なくとも部分的に文脈に応じて、単数の意味で任意の特徴、構造、若しくは特性を説明するために使用され得るか、又は複数の意味で特徴、構造、又は特性の組み合わせを説明するために使用され得る。同様に、「ａ」、「ａｎ」、又は「ｔｈｅ」などの用語もまた、文脈に少なくとも部分的に依存して、単数の使用を伝達するか、又は複数の使用を伝達することが理解され得る。加えて、用語「基づいて」は、必ずしも排他的な一組の要因を伝達することを意図するものではなく、代わりに、同じく文脈に少なくとも部分的に依存して、必ずしも明示的に記載されていない追加の要因の存在を見込み得るものとして理解され得る。

開示される実施形態は、ＵＶ光子又は光子対応化学プロセスを使用した自己衛生化手段の実施を通じて、物体の表面を殺菌する必要性に対処する。本明細書でより詳細に論じられるように、実施形態は、例えば、ＴｉＯ_２コーティングなどの光触媒材料の使用を組み込むことができる実施形態を実装することができる。

ＴｉＯ_２コーティングは、例えば、手術室のタイル、及びバスや列車の表面を含む様々な用途で使用されており、これらの空間内の清潔度を保持している。ＴｉＯ_２は耐久性があり、容易に洗浄可能であり、可視（どこにでもある）光下でいくらかの光触媒洗浄特性を呈するが、ＴｉＯ_２は、ＵＶ－Ａ光で照明された場合にのみ、その完全な洗浄潜在力を発現し得る。これは、多大な時間及び手作業を必要とすることがあるＵＶ－光による外部処置を伴い得る。しかしながら、開示される手法では、ＵＶ－Ａ照明が表面模様に一体化され、最適化、制御、及び自動化され得るため、ＵＶ－Ａ光による外部処置は旧式となる。

いくつかの実施形態は、一体化ＩＩＩ族窒化物系発光ダイオード（light emitting diodes、ＬＥＤ）を光源として使用し得、このことは、それらのコンパクトな外形サイズのために、一般的に使用される物体への容易な集積、及び表面との相互作用を可能にすることができる。いくつかの実施形態は、光触媒コーティング層と組み合わせて、２６５ｎｍ付近の波長で発光するＵＶ－Ｃ光源、又は約４００ｎｍ以下の波長の近ＵＶで発光する発光体を使用し得る。キセノンランプ、水銀アークランプなどの他のＵＶ発生光源が、実施形態で使用され得る。

殺菌目的のためのＵＶ光の使用は、十分に研究された分野であり、今日市場で、殺菌のためにＵＶ光が組み込まれた様々な製品を見つけることができる。これらの大部分の製品は、ＵＶ－Ｃスペクトル範囲内の光子放射を使用する。多種の製品はまた、発光スペクトルの一部分が所望の波長範囲内にあるキセノンランプ又は水銀ランプを使用してもよく、典型的には、比較的大きな外形サイズ（例えば、ＵＶ殺菌ロボット、空調装置、浄水器など）を伴っている。より最近では、ＬＥＤ系製品が、ＬＥＤデバイス性能の最近の改善とともに市場に参入している（例えば、携帯型及び固定式浄水、手持ち式ＵＶ殺菌フラッシュランプなど）。

しかしながら、実施形態は、本明細書で論じられる光源が、除染を必要とし得る表面を露出する実際の物体に完全に一体化することができる小さな外形サイズのＬＥＤから構成された光源に基づき得るという点で、これらの製品とは異なり、新規である。例えば、照明スイッチなどの高頻度接触物体は、前面の自動殺菌のための背面照明光源としての一体化ＵＶＬＥＤを含むことができる。ＵＶ－ＡＬＥＤの場合、標的の表面上に追加の光触媒コーティングが添加される。

加えて、ＵＶ光子線量要件は、用途の特定の必要性（すなわち、光出力及び曝露時間）に合わせて調整することができ、例えば、細菌と比較して、ウイルスを除染するためにより高くなり得る。必要とされる線量は、病原体の種類によって異なり得る。ＣＯＶＩＤ－１９の場合を、例えば、約１５ｍＪ／ｃｍ^２程度のＵＶ－Ｃ光の目標露光線量を伴う例示的な実装として考えることができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、インフルエンザウイルス（ＩＦＶ）及びネコカリシウイルス（ＦＣＥ）の光触媒非活性化を示す実験データを示すグラフ９０及びグラフ９２を示している。エンベロープウイルスであるインフルエンザウイルス（ＩＶＦ）は、カプシドを取り囲む糖タンパク質スパイクを有するリン脂質二重層膜を有することに留意されたい。非エンベロープウイルスであるネコカリシウイルス（ＦＣＶ）は、タンパク質からなり、周囲のエンベロープを欠くカプシドを有する。

グラフ９０は、制御ガラスの使用によって得られたデータをディスプレイし、グラフ９２は、背面光照明下でのＴｉＯ_２コーティングガラスの使用（例えば、０．１ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ－Ａ光強度）でのデータを示している。グラフ９０及びグラフ９２に示されるデータは、３つの実験の平均値を表している（例えば、ＢｒｏａｄＳｐｅｃｔｒｕｍＭｉｃｒｏｂｉｃｉｄａｌＡｃｔｉｖｉｔｙｏｆＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｂｙＴｉＯ_２，Ｎａｋａｎｏｅｔａｌ．，Ｃａｔａｌｙｓｔｓ２０１３，３，３１０－３２３を参照のこと、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる）。グラフ９０及びグラフ９２は、細菌及び生物学的試料の両方が、光触媒表面上で非活性化され得ること、並びにフィルムと接触する分子種の一般的な分解を示している。

本明細書で使用される「光触媒」という用語は、半導体光触媒を含む光触媒の分野に関することに留意されたい。光触媒用途並びに関連する研究及び材料の実施例は、以下の非限定的な参考文献に提示及び論じられており、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
ＡｎｄｒｅｗＭｉｌｌｓａｎｄＳｔｅｐｈｅｎＬｅＨｕｎｔｅ，「Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ」，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙＡ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ１０８（１９９７）１－３５
ＫａｚｕｈｉｔｏＨａｓｈｉｍｏｔｏｅｔａｌ．，「ＴｉＯ２Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ：ＡＨｉｓｔｏｒｉｃａｌＯｖｅｒｖｉｅｗａｎｄＦｕｔｕｒｅＰｒｏｓｐｅｃｔｓ」，２００５Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４４８２６９
ＨｏｗａｒｄＡＦｏｓｔｅｒ，ＩｒａｍＢ．Ｄｉｔｔａ，ＳａｊｎｕＶａｒｇｈｅｓｅ，ａｎｄＡｌｅｘＳｔｅｅｌｅ，「Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ：ｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌａｃｔｉｖｉｔｙ」，ＡｐｐｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２０１１；９０（６）：１８４７－１８６８．

図２は、一実施形態による、表面１０３を殺菌するためのシステム１００の側面図を示している。図２に示されるシステム１００は、例えばＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１５、及びＵＶＬＥＤ１１８などの１つ以上の光源を備える光源を含むことができる。透明窓１０４は、光源（すなわち、ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１５、及びＵＶＬＥＤ１１８）の上方に位置することができ、外側表面１０３は透明窓１０４の上方に配置することができる。光源からの光は、透明窓１０４を通して外側表面１０３を照射して、外側表面１０３を殺菌することができる。システム１００は、外側表面１０３を有する物体に一体化することができる。

ＵＶ光は、例えば、外側表面上に生成された反応種によって外側表面１０３上の病原菌を非活性化するか、又は病原菌（例えば、細菌、ウイルス、真菌、及び他の病原体など）に関連する核酸を損傷させることによって、外側表面１０３に抗菌特性を誘起するか、又は外側表面１０３に殺菌特性を誘起することによって、外側表面１０３を殺菌することができる。抗菌剤を含有し得るコーティングは、白カビ及び糸状菌など、これらの微生物の成長を阻害することができ、フィルム自体を分解から保護することができることに留意されたい。一方、殺菌性の物質又は化合物は、表面１０３上の微小な生物を実際に死滅させることによって、更に一歩進むことができる。

いくつかの実施形態では、光源からの光は、紫色光及び紫外（ＵＶ）光を含み得ることに留意されたい。すなわち、４０５ｎｍが、最も魅力的な光源であり得る。しかしながら、この波長は、必ずしもＵＶ光を提供するわけではなく、典型的には４００ｎｍ未満と考えられる。１つ以上の実施形態で利用することができる好ましいタイプの光は、紫色光及び／又は紫外光と呼ぶことができる。本明細書で使用される「ＵＶ」光又は「紫外」光という用語は、いくつかの実施形態では、紫色光及び紫外光の両方を含んでもよいが、他の実施形態では、「ＵＶ」光又は「紫外」光という用語は、ＵＶ光のみを含み得ることに留意されたい。

本明細書で使用される場合、光の波長範囲は、以下のように命名することができる。紫色光は、約４００ｎｍ～約４３０ｎｍの波長範囲の電磁放射線であり得る。紫外光又はＵＶ光は、１０ｎｍ～４００ｎｍの波長範囲の電磁放射線であり得る。より具体的には、１００ｎｍ～２８０ｎｍの波長範囲のＵＶ光を、ＵＶ－Ｃ光と呼ぶことがある。２８０ｎｍ～３１５ｎｍの波長範囲のＵＶ光は、ＵＶ－Ｂ光と呼ぶことがある。３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長範囲のＵＶ光は、ＵＶ－Ａ光と呼ぶことがある。

図２に示される実施形態では、外側表面１０３は、光触媒層１０２の表面であり得、透明窓１０４の上方かつ外側表面１０３の下方に位置し得る。光触媒層１０２は、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ、又は非金属半導体材料などの光触媒材料から構成されてもよい。光触媒層１０２の光触媒材料は、光触媒コーティングとして実装することができ、ＵＶ光が光触媒材料中に吸収されると、殺菌特性が外側表面１０３に誘起される。

光触媒表面は、十分なエネルギーを有する光子の吸収時に、移動電子正孔対を生成することができることに留意されたい。次いで、電子又は正孔は、環境と相互作用し、周囲環境内にイオンを形成することができる。これらのイオンが、反応種であると考え得るか、又はイオンが、下流反応によって反応種の生成をもたらし得るかである。本明細書で使用される「反応種」という用語は、反応種に曝露された任意の生体分子、生物、微生物、病原体、ウイルス、真菌、又は病原菌に悪影響を及ぼし得る分子を指すことができる。「反応種」の実施例としては、Ｏ_２－及びＯＨが挙げられる。

図２に示されるシステム１００の実施形態は、ＵＶ光殺菌シート／ブランケット／テープとして実装することができる。ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６、及びＵＶＬＥＤ１１８などの複数のミニ／マイクロＬＥＤは、特定の形状サイズに対応し、及び露出面１０３の「自己殺菌」のために望ましい場合、可撓性基板１１２上に組み立てられた光源として実装することができる。本明細書で使用される「基板」という用語は、ベース材料に関連し得、それの上で処理を行って堆積されたコーティングなどの新たなフィルム又は材料の層を生成し得ることに留意されたい。

システム１００は、システム１００が組み込まれ得る物体の他の特徴と組み合わせることもできる殺菌機能を提供することができる。例えば、タッチスクリーンディスプレイは、色変換器１２０、色変換器１２２、及び色変換器１２６などの白色光用の色変換器と組み合わせた一体化ＵＶＬＥＤを有し得、これらは、それぞれディスプレイ機能及び殺菌機能を提供することができる。更に、いくつかの白色ＬＥＤは、波長変換器蛍光体と組み合わせた短波長（例えば、４００ｎｍ未満）の励起源を有する。このようなＬＥＤは、殺菌に好適であり得る。いくつかの実施形態では、「殺菌中」及び「殺菌完了」などの処理段階の可視インジケータを提供して、ユーザーに表面１０３の清浄度を保証することができる。更に、アップコンバージョン層をシステム１００に組み込み得、それによって、可視光を使用してアップコンバージョン層内にＵＶ－Ａ光子を生成することができる。

システム１００は、光学反射体及びｐ型電極（例えば、Ａｇ又はＡＩを有する金属スタック）を備える、複合反射体及び電極層１０６を更に含むことができる。更に、アイソレータ層１０８は、基板１１２の上方かつ半透明ｎ電極層１０６の下方に配置され得る。光源（例えば、ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６、及びＵＶＬＥＤ１１８）は、アイソレータ層１０８内及び半透明ｎ電極層１０６内に部分的に配置することができる。

いくつかの実施形態では、ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６及びＵＶＬＥＤ１１８は、一体化ＩＩＩ族窒化物系発光ダイオード（ＬＥＤ）として実装されてもよく、このことは、それらのコンパクトな外形サイズによって、それらの一般的に使用される物体への一体化、及び表面との相互作用を可能にする。光源は、光触媒コーティング層と組み合わせて、２６５ｎｍ付近の波長で放射されるＵＶ－Ｃ光源、又は約４００ｎｍ以下の波長の近ＵＶで発光する発光体のいずれかで実装することができる。代替的に、いくつかの実施形態では、他のＵＶ発生光源（例えば、キセノンランプ、水銀アークランプなど）を光源として使用することができる。

様々な実施形態により、多くの異なるタイプの光源を光源として利用することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、上述のように、好ましい光源として実装することができる。他の実施形態では、ＩＩＩ－Ｖ族半導体以外に、ＩＩ－ＶＩ半導体に基づく光源は、ＵＶ／ＶＩＳスペクトル領域を被覆し得る。これは、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ及びこれらの組み合わせを含むことができる。しかしながら、これらの材料は、典型的にはさほど堅牢ではなく、ドーピングに関連する問題を有し、ＵＶにおける被覆率は極めて限定される。したがって、好ましい実施形態は、光源としてＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの使用を含む。

いくつかの光源は、半導体ダイオード実装を含み得る。代替的な実施形態によれば、光源として使用するように適合させることができる、他の可能な形態のＵＶ光源が存在する。例えば、光源は、ｐ－ｎ－接合ダイオード以外の手段（例えば、電子ビームポンピング、ガス放電ランプなど）によって励起される半導体材料に基づいて実施されてもよい。ガス系ランプは、例えば、光源として実装されてもよく、異なる外形サイズ及びコンパクトな配列で構成されてもよい。

システム１００は、内側から適切な光で表面１０３を照明することによって、その外側表面１０３を「オンデマンド」で殺菌することができる。手作業又は化学薬品を必要とせず、廃棄物も発生しない。殺菌は、物体内から電気的に給電され得る（例えば、バッテリ、太陽光、又は配線接続）。

システム１００は、高頻度接触表面１０３を露出させる一体化ＩＩＩ族窒化物系ＵＶ発光ダイオード（又は他の適切な光源）を有する自己殺菌フィルム積層体として構成することができる。ＵＶ光は、ＵＶ－Ｃ光（例えば、λ約２６５ｎｍ）の場合には、病原菌（例えば、細菌、ウイルス、真菌など）を直接非活性化するか、又はＵＶ－Ａ光（例えば、λ＜４００ｎｍ）を、ＴｉＯ_２又はＺｎＯなどの光触媒コーティングと組み合わせたときに殺菌特性を誘起し得る。

ＵＶ－Ｃ源の場合、高エネルギー光は、曝露された種のＲＮＡ／ＤＮＡを相互作用させ、結果的に損傷させるのに有効であり得る。それらの繁殖は妨げられ、健康に関連する危害は最終的に制圧され得る。ＵＶ－Ｃ光は、太陽からの高エネルギー放射線の大部分が、より高い大気中で吸収されるため、地球上に自然には存在しない。ＵＶ－Ｃ光は、ヒトの皮膚及び眼に損傷を与えることがある。したがって、放射線による二次的な影響を回避するために、安全対策が実装される必要がある。

ＵＶ－Ａ光源を使用して、ヒトに対する潜在的リスクを著しく低減することができる。殺菌の有効性は、典型的には、より長い波長で低減されるが、この状況を光触媒コーティングの実装によって変化させて、望ましくない病原菌を非活性化する有効性を著しく向上させることができる。このようなコーティングは、例えば、ＴｉＯ_２フィルム、又はＡｇを含むＴｉＯ_２フィルム、又はＺｎＯフィルムを含んでもよい。ＵＶ光は、酸素又は水分子と相互作用する電子正孔対を生成するフィルムに吸収され、最終的に表面上の病原菌を非活性化するヒドロキシルラジカルを生成することができる。細菌及び生物学的試料の両方が、光触媒表面（例えば、表面１０３）上で非活性化することができ、並びにフィルムと接触する分子種の全体的な分解を非活性化することができる。

図３は、代替的な実施形態による、表面１０３の側面照明を有するシステム１００の一部分の側面図を示している。図３に示される代替的な実施形態では、システム１００は、光源１３０を含むように変更することができ、光源１３０は、例えばＵＶＬＥＤ又はＵＶランプであってもよい。光源１３０は、透明窓１０４の左側に位置することができ、この透明窓１０４は、図３に示される実施形態では、ＵＶ－Ａ透過性材料から構成されてもよい。結合光学系１３２は、透明窓１０４の右側及び／又は側方に位置決めされた光源１３４（ＵＶＬＥＤ又はＵＶランプであってもよい）の左側に配置されてもよい。更に、透明窓１０４は、粗面１２８で構成されてもよく、又はマイクロ光学系及び場合によっては鏡面と一緒に構成されてもよい。本明細書で例示及び論ぜられる図面において、同一又は類似の部品又は要素は、同一の参照番号によって示されることに留意されたい。

図４は、別の実施形態による、表面を殺菌するためのシステム１００の一部分の側面図を示し、システム１００は、表面１０３の側面照明及びステータスディスプレイ用の表示灯１３８を含むことができる。図４に示される実施形態では、光源１３６は透明窓１０４の左側に位置してもよく、表示灯１３８は、透明窓１０４の右側に位置してもよい。

図５は、一実施形態による、表面１０３を殺菌するためのシステム１００の側面図を示し、システム１００は、表面１０３のＬＥＤ照明を含む。図４に示される実施形態では、光源は、アイソレータ層１０８内及び半透明ｎ電極１０６内に部分的に配置されたＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６及びＵＶＬＥＤ１１８を含む。各ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６及びＵＶＬＥＤ１１８は、ＵＶ－Ａ光源又はＵＶ－Ｃ光源として実装することができることに留意されたい。すなわち、いくつかの実施形態では、ＵＶＬＥＤ１１４、ＵＶＬＥＤ１１６及びＵＶＬＥＤ１１８によって提供されるＵＶ光は、ＵＶ－Ａ光光子を含み得る。他の実施形態では、ＵＶ光は、例えば２００ｎｍ～２８０ｎｍの範囲の発光を有するＵＶ－Ｃ光光子を提供し得る。

図６は、一実施形態による、表面１０３を殺菌するためのシステム１００の側面図を示し、システム１００は、ステータスディスプレイ用のインジケータを有するＬＥＤ照明を含む。図６に示される実施形態では、光源は、アイソレータ層１０８及び半透明ｎ電極１０６内に部分的に配置されたＵＶ－ＡＬＥＤ１４４、ＵＶ－ＡＬＥＤ１４６及びＵＶ－ＡＬＥＤ１４８を含むことができる。インジケータ層１２８は、インジケータ１２０、インジケータ１２２、及びインジケータ１２４などの１つ以上のインジケータを含むことができ、これらはそれぞれ、視覚的インジケータ（例えば、蛍光、ＱＤ）を備えてもよい。インジケータ層１２８は、透明窓１０４を通して放射するＵＶ光子の可視表示を提供する蛍光表示層又は発光表示層を含んでもよい。

インジケータ層１２８は、殺菌動作が進行中であることの「警告」を提供するように実装することができる。すなわち、病原菌を死滅又は損傷し得るものはまた、ヒトにとって有害であり得ることが理解されたい。ＵＶ－Ａ光は、一般的にＵＶ－Ｃよりも有害でない。表示層１２８は、ヒトに可視であり得る信号を提供することができ、それにより、「殺菌中」が表示され、殺菌が行われている間、人々は表面１０３に近づかないでいることができる。

図７は、一実施形態によるシステム１００の絵画的表現を示している。図７に示されるように、システム１００は、例えば、モバイル装置ディスプレイ、照明スイッチ、ドアハンドル、ボタン（コーヒーマシン、エレベーターなど）、ドアベル、任意の種類の機械的ハウジング、医療機器のハウジング、病院の内部、ハンドバーなどの、物体の高頻度接触表面を殺菌するために、前述のＴｉＯ_２コーティングを用いて実装することができる。システム１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤを使用したコンパクトな実装形態で構成することができる。ＵＶ－ＣＬＥＤ（例えば、約２６５ｎｍ）は、病原菌中のＲＮＡ／ＤＮＡの破壊をもたらし得る。代替的な実施形態は、白色光のための色変換器、加えて、標的表面（例えば_、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２／Ａｇなど）の光触媒コーティングとＵＶ－ＡＬＥＤ光源を使用することを含むことができる。

ＵＶ－Ｃ及びＵＶ－Ａの両方の実装が可能であり、様々な利点及び欠点を提供する。ＵＶ－Ｃは、例えば、材料選択に関してより多くの制限を必要とし、ＵＶ放射に対する保護手段が限定されることがある。一方、ＵＶ－Ａは、殺菌機能を他の照明／ディスプレイ機能と組み合わせながら、安全性の懸念の低減とともに、より安価な実装を提供することができる。

いくつかの実施形態では、殺菌サイクルは、電気スイッチ又はタッチパッドの手動操作後にトリガされ、表面に接触した直後に殺菌することができる。他の実施形態では、殺菌サイクルは、内部センサが、例えば、モーションセンサによって、カメラ画像評価を通じて、又は自己殺菌表面によって封入され得るデバイス内に含まれ得る任意の他の近接センサを通じて、ヒトの近接を検出したときに、停止されてもよい。

上記に基づいて、好ましい及び代替的ないくつかの実施形態が本明細書に開示されることを理解されたい。例えば、好ましい実施形態では、表面を殺菌するためのシステムは、光源、及び光源の上方に位置する透明窓を含むことができる。光源は、物体に一体化することができ、その物体の外側表面は、透明窓の上方に位置することができる。光源からの光は、透明窓を通って物体内から外側表面に照射して、物体の外側表面を殺菌することができる。光は、紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含むことができる。

一実施形態では、光触媒層は、光触媒材料を含むことができ、透明窓の上方かつ外側表面の下方に配置することができる。

一実施形態では、光触媒層は、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ、又は非金属半導体材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。

一実施形態では、ＵＶ光は、例えば、ＵＶ－Ａ光光子又はＵＶ－Ｃ光光子（すなわち、１００ｎｍ～２８０ｎｍの範囲の発光を有する）のうちの少なくとも１つを含むことができる。

一実施形態では、光源は、例えば、半導体系光電子デバイス又はガス放電ランプのうちの１つ以上を含むことができる。

一実施形態では、ＵＶ光は、外側表面上に生成された反応種によって物体の外側表面上の病原菌を非活性化するか、又は病原菌に関連する核酸を損傷させることであって、病原菌は、細菌、ウイルス、又は真菌のうちの少なくとも１つを含む、非活性化するか又は損傷させることと、物体の外側表面に抗菌特性を誘起するか、又は、物体の外側表面に殺菌特性を誘起することと、のうちの１つ以上によって、外側表面を殺菌することができる。

一実施形態では、光源は、複数のＵＶ発光ダイオードを含むことができ、複数のＵＶ発光ダイオードの中の各ＵＶ発光ダイオードは、ＩＩＩ族窒化物系ＵＶ発光ダイオードを含むことができる。

本システムの一実施形態は、アイソレータ層、及び半透明材料を含む電極層を更に含むことができ、透明窓は電極層の上方に位置し、光源は、アイソレータ層内に、少なくとも部分的に電極層内に配置されている。

一実施形態において、本発明の光触媒層の光触媒材料は、光触媒コーティングを含むことができ、ＵＶ光が光触媒材料に吸収されたときに、その外側表面に殺菌特性を誘起することができる。

一実施形態は、可視光の使用を促進して、アップコンバージョン層内にＵＶ光子を生成することができるアップコンバージョン層を更に含むことができる。

一実施形態は、透明窓を通して放射するＵＶ光子の可視インジケータを提供することができる蛍光表示層又は発光表示層を更に含むことができる。

一実施形態では、光源は、少なくとも１人の人が光源の所定の距離内で検出されたときに自動的にオフにすることができる。

一実施形態では、表示灯は、対象物の外側表面が殺菌されたときを示すことができる。

一実施形態は、少なくとも光源、透明窓、及び外側表面を含む複数の層が位置することができる基板を更に含むことができる。

一実施形態では、基板は、可撓性基板を含むことができる。

一実施形態では、光源は、物体に対する背面照明光源、又は物体に対する側部結合光源のうちの少なくとも一方を更に備え、背面照明光源及び側部結合光源がそれぞれ、構造化光学表面又は光学構造化フィルムのうちの少なくとも１つを含み、構造化光学表面又は光学構造化フィルムが、光触媒表面にわたる均質化及び均一な照明を促進する。

更に別の実施形態では、表面を殺菌するための方法は、光源から透過窓を通して物体内からの光で物体の外側表面を励起することを伴い、透明窓が光源の上方に位置し、光源が物体に一体化され、物体の外側表面が透明窓の上方に位置し、光が紫色光及び紫外（ＵＶ）光を含むことができる。

上に開示された特徴及び機能、並びに他の特徴及び機能、又はそれらの代替物の変形は、望ましくは多くの他の異なるシステム又は用途に組み合わされ得ることが理解されるであろう。現在予期されない又は予想されない様々な代替物、修正、変形、又は改善は、後に当業者によって行われてもよく、また、以下の特許請求の範囲に包含されることを意図することも理解されるであろう。

Claims

表面を殺菌するためのシステムであって、
光源と、
前記光源の上方に位置する透明窓であって、前記光源が物体に一体化されている、透明窓と、
前記透明窓の上方に位置する前記物体の外側表面であって、前記光源からの光が、前記透明窓を通って前記物体内から前記外側表面を照射して前記物体の前記外側表面を殺菌し、前記光が紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含む、外側表面と、を含む、システム。
光触媒材料を含む光触媒層を更に備え、前記光触媒層が、前記透明窓の上方かつ前記外側表面の下方に位置する、請求項１に記載のシステム。
前記光触媒層が、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ、又は非金属半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のシステム。
前記ＵＶ光源が、
ＵＶ－Ａ光光子、又は、
ＵＶ－Ｃ光光子、のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のシステム。
前記光源が、半導体系光電子デバイス又はガス放電ランプのうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のシステム。
前記ＵＶ光が、前記外側表面を、
前記物体の前記外側表面上で生成された反応種によって前記外表面上の病原菌を非活性化するか、又は前記病原菌に関連する核酸を損傷させることであって、前記病原菌が、細菌、ウイルス、又は真菌のうちの少なくとも１つを含む、非活性化するか又は損傷させることと、
前記物体の前記外側表面に抗菌特性を誘起するか、又は、
前記物体の前記外側表面に殺菌特性を誘起することと、の少なくとも一方によって殺菌する、請求項１に記載の方法。
前記光源が、複数のＵＶ発光ダイオードを備え、前記複数のＵＶ発光ダイオードのうちの各ＵＶ発光ダイオードが、ＩＩＩ族窒化物系ＵＶ発光ダイオードを備える、請求項１に記載のシステム。
アイソレータ層と、
半透明材料を含む電極層であって、前記透明窓が、前記電極層の上方に位置し、前記光源が、前記アイソレータ層内に配置され、少なくとも部分的に前記電極層内に配置されている、電極層と、を更に備える、請求項２に記載のシステム。
前記光触媒層の前記光触媒材料が、光触媒コーティングを含み、前記ＵＶ光が前記光触媒材料中に吸収されると、前記殺菌特性が前記外側表面に誘起される、請求項２に記載のシステム。
可視光の使用を促進して、前記アップコンバージョン層内にＵＶ光子を生成するアップコンバージョン層を更に備える、請求項２に記載のシステム。
前記透明窓を通して放射するＵＶ光子の可視インジケータを提供する蛍光表示層又は発光表示層を更に備える、請求項２に記載のシステム。
前記光源が、少なくとも１人の人が前記光源の所定の距離内で検出されたときに自動的にオフにされる、請求項１に記載のシステム。
前記対象物の前記外側表面が殺菌されたときを示す表示灯を更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記光源、前記透明窓、及び前記外側表面を含む、複数の層が位置する基板を更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記基板が、可撓性基板を備える、請求項１１に記載のシステム。
前記光源が、
前記物体に対する背面照明光源、又は、
前記物体に対する側部結合光源のうちの少なくとも一方を更に備え、前記背面照明光源及び前記側部結合光源がそれぞれ、構造化光学表面又は光学構造化フィルムのうちの少なくとも一方を備え、前記構造化光学表面又は前記光学構造化フィルムが、前記光触媒表面にわたる均質化及び均一な照明を促進する、請求項２に記載のシステム。
表面を殺菌するためのシステムであって、
複数の層が位置する基板と、
光源の上方に位置する透明窓であって、前記光源が物体に一体化されている、透明窓と、
前記透明窓の上方に位置する前記物体の外側表面と、
光触媒材料を含む光触媒層であって、前記光触媒層が、前記透明窓の上方かつ前記外側表面の下方に位置する、光触媒層と、を含み、前記複数の層が、少なくとも前記光源、前記透明窓、前記光触媒層、及び外側表面を含み、前記光源からの光が、前記透明窓を通して前記外側表面を励起し、前記物体内から前記物体の前記外側表面を殺菌し、前記光が、紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含む、システム。
表面を殺菌するための方法であって、
光源から透過窓を通して物体内からの光で前記物体の外側表面を励起することを含み、前記透明窓が前記光源の上方に位置し、前記光源が前記物体に一体化され、前記物体の前記外側表面が前記透明窓の上方に位置し、前記光が紫色光又は紫外（ＵＶ）光を含む、方法。
光触媒層が、前記透明窓の上方かつ前記外側表面の下方に位置する光触媒材料を含み、前記光触媒層が、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ａｇ、又は非金属半導体材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
前記ＵＶ光が、
ＵＶ－Ａ光光子と、
ＵＶ－Ｃ光光子と、のうちの少なくとも一方を含み、
前記ＵＶ光源が、半導体系光電子デバイス又はガス放電ランプのうちの少なくとも一方を含む、請求項１６に記載の方法。