JP5474778B2 - 自己クリーニングシステム及び窓ガラス - Google Patents

Description

本発明は、透光性基材と光触媒材料の層とを有する自己クリーニングシステムに関する。

本発明は、また、自己クリーニングシステムを有する窓にも関する。

光触媒材料の層を有する自己クリーニングシステムは、それ自体既知である。これらは、とりわけ、窓ガラスとしての使用のためにプラスチック若しくはガラスから作られたグレイジング（glazing）シートとして用いられるか、又は、例えば、外観のデザインとしてのビルのカバープレートとして用いられる。特にビルのカバープレートとして用いられるときには、光触媒材料の層は、ビルの外側のクリーニングの時間及び費用をセーブする。

光触媒の自己クリーニングの活性は、太陽光で照射されるときに光触媒層によるヒドロキシル基及びペルオキシ基のラジカルの生成によりもたらされる。生成されたラジカルは、表面上の有機質の汚れ（organic dirt）を酸化し、それ故に破壊し、これらは、その後、例えば雨により洗い流され得る。二酸化チタンで構成される光触媒の自己クリーニングのコーティングがよく知られている。

屋内のアプリケーションに関しても、光触媒自己クリーニング層の使用は、米国特許公開第２００６／０１３７７０８号明細書に開示されているように有益であり得、これは、低濃度のシリカゾルに均一に分散された二酸化チタンのような半導体から作られた光触媒の薄膜のコーティングを備えることにより、キッチンタイル及びプラットフォームの汚れを光触媒的に処理するプロセスを提供する。蛍光灯のような光源は、蛍光灯に含まれた紫外線放射により光触媒薄膜を照射及び光励起するために用いられる。結果として、汚れが分解され、層が自動クリーニングされる。

既知の光触媒プロセスの欠点は、ＵＶ放射の比較的高い光束（flux）が蛍光灯から必要とされることである。

本発明の目的は、紫外線をそれほど必要とされない自己クリーニング基材を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、本目的は、請求項１に記載された透光性自己クリーニングシステムで達成される。本発明の第２の態様によれば、本目的は、請求項１３に記載された窓で達成される。本発明による自己クリーニングシステムは、透光性基材と、発光デバイスと、自己クリーニング面を設けるために前記透光性基材の表面に適用された光触媒層とを有し、前記光触媒層は、予め規定された波長範囲の光で照射されたときに自己クリーニング効果を生成するために設けられ、前記透光性基材は、前記予め規定された波長範囲の少なくともサブレンジに対して透光的であり、前記発光デバイスは、前記透光性基材を介して前記光触媒層を照射するために設けられ、前記発光デバイスにより放射された放射スペクトルは、前記サブレンジの範囲内の光を有する。

本発明による自己クリーニングシステムの効果は、透光性基材が、自己クリーニング効果を生成可能な一部の光に対して透過することである。結果として、発光デバイスは、透光性基材の近傍、例えば透光性基材の後方、又は、透光性基材の端部に適用され得る。発光デバイスは、透光性基材の近傍に設けられ、比較的低い光束だけが自己クリーニングプロセスを活性化すべく光触媒層を照射するために発光デバイスから必要とされる。

既知のクリーニングプロセスにおいて、ランプは、表面の周囲環境（surrounding ambience）を照射するとともに、紫外線照射及び可視光に薄膜に対して作用させる。従って、表面だけでなく表面の周囲も、紫外線照射で照射される。これは、既知のシステムが、自己クリーニング効果を生成するべく十分な紫外線で表面を照射可能にするために、蛍光灯源から放射される実質的に余分な紫外線照射を必要とする。紫外線照射の大部分は、適切な表面の照射よりむしろ表面の周囲の照射に起因して損失する。紫外線照射が人間に対して有害であることから、表面の周囲の必要とされた紫外線及び照射は回避されるべきである。本発明によるシステムにおいては、光が透光性基材を介して層に作用し、これは、発光デバイスと層との間の距離の削減を可能にする。結果として、自己クリーニングシステムの周囲はそれほど照射される必要がなく、それ故にそれほど光は無駄にならない。

本発明による自己クリーニングシステムの他の利点は、光触媒層が如何なる時点でも、例えば雨の直前又はその間でも活性化され得る。光触媒層は、多くの場合、ビルの外側に向けられた窓の表面に適用される。太陽光は紫外線を有するので、周囲太陽光での窓の照射は、光触媒層の自己クリーニング効果を活性化させるだろう。しかしながら、自己クリーニング効果は曇りの日に最適に活性化されず、それ故に雨が自己クリーニング面から汚れを洗い流さないかもしれないので、自己クリーニング層を活性化させることを周囲太陽光に頼ることは、光触媒層の最適な使用をもたらさないかもしれない。本発明による自己クリーニングシステムでは、自己クリーニングシステムが、自己クリーニング効果を活性化させるための光を放射する発光デバイスを有する。結果として、自己クリーニング効果は、如何なる時点、曇りの日でさえも活性化され得、ビルの外側をクリーニングするために雨の日を最大限活用する。

この場合において、透光性基材は、基材を介して一部の作用光を透過させる基材をいう。基材は、例えば、実質的に透明であってもよく、又は、透過させながら作用光を拡散する拡散体であってもよい。

特開平０１−１６９８６６号公報において、放電ランプが開示されており、これは、放電ランプの放電容器の外面に直接適用される光触媒層を有する。特開平０１−１６９８６６号公報における光触媒層自体は、空気を脱臭（de- odorize）するべく発光デバイスにより放射された紫外線を効率よく用いるために、発光デバイスに直接適用される。これに対し、本発明による自己クリーニングシステムにおける透光性基材は、透光性基材上の自己クリーニング面を生成するために発光デバイスと光触媒層との間に設けられる。

本発明による自己クリーニングシステムの発光デバイスは、例えば、好ましくは、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマＬＥＤ又はレーザダイオードのような、発光ダイオード（ＬＥＤとも呼ばれる）である。ＬＥＤを用いた場合の利点は、ＬＥＤにより放射された光の放射スペクトルが、例えば、紫外線の制限された範囲だけを有するように選択され得ることである。この制限された範囲の紫外線は、例えば、人間に対してそれほど有害ではないように選択され得る。しかしながら、発光デバイスは、低圧放電ランプ、高圧放電ランプ、白熱ランプ又はレーザ光源のような、任意の適切な発光デバイスであってもよい。発光デバイスにより放射された放射スペクトルは、光触媒層における自己クリーニング効果を生成するための予め規定された波長範囲のサブレンジの範囲内の光を有する。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスは、透光性基材と、透光性基材と実質的に平行に設けられた他の透光性基材との間に挟まれる。斯様な配置で設けられた発光ダイオードは、"ガラス内のＬＥＤ"デバイスとして知られている。この実施形態の利点は、透光性基材と他の透光性基材との間の発光デバイスの配置が、発光デバイスが例えば環境の影響から保護されることを可能にすることである。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、自己クリーニングシステムは、発光デバイスを駆動させるための電源に発光デバイスを接続するための電気回路を構成する半透明又は実質的に透明な導体（conductor arrangement）を有する。実質的に透明な導体は、システムの通常の使用において、視聴者にとって実質的に微小な電気コネクタである。実質的に透明な導体は、例えば、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化スズ又はフッ素をドープした酸化スズのような透明な導体材料で構成され得る。半透明な導体は、光が半透明な導体を通過可能な電気コネクタである。個々の電気コネクタは、例えば、非透明材料から生成されてもよい。電気コネクタが非透明材料から生成される場合には、電気コネクタの配置は、光が半透明な導体を通過可能なようにする。電気コネクタは、例えば、比較的薄い非透明材料の形をとり、半透明な導体に作用する光の大部分が依然として半透明な導体を介して透過されるように、間隙を介して互いに隣り合って配置される。（例えば、パターン化されないことから、又は、パターンが見え得ないことから、）導体が光透過についてのバリエーションを導入しない場合には、５０％よりも大きいか又はそれに等しい透明度は、透明であるべきシステムに対して十分であり得る。より好ましくは、透明度は、７０％、より好ましくは９０％、更に好ましくは９９％よりも大きい。（例えば薄いワイヤが用いられることから、）導体がパターン化される場合には、透明度は、好ましくは、８０％、より好ましくは９０％よりも大きいが、最も好ましくは９９％よりも大きい。透明又は半透明な導体は、例えば、光触媒層の反対に適合された透光性基材表面の側部に適用され得る。代わりに、透明又は半透明な導体は、例えば、透光性基材と他の透光性基材との間に適用され得る。自己クリーニングシステムが窓であるときには、透明又は半透明な導体の使用は、発光デバイスを、透光性基材を介して光触媒層を直接照射する窓上の或る位置に配置することを可能にする。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、半透明な導体又は実質的に透明な導体は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、スズ酸化物若しくはフッ素をドープしたスズ酸化物のような実質的に透明な導体材料、２つの隣り合う非透明な電気的導線間の距離が非透明な導線の直径の５倍よりも大きい複数の非透明な電気的導線、又は、透光性基材若しくは他の透光性基材に適用された導電性インクのパターンを有する。

例えば、インジウムスズ酸化物を実質的に透明な材料として用いる利点は、例えば、この材料がレーザ書き込みを介してパターン化されるのに特に適しているので、この材料が比較的容易に適用及び形成され得ることである。導電性インクを用いる利点は、例えば比較的安価なシルクスクリーン捺染法を用いて比較的容易に適用され得ることである。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスは、透光性基材と他の透光性基材との間に設けられた熱可塑性材料又は樹脂に組み込まれる。２つの透光性基材の間に設けられた（ＰＶＢとも呼ばれる）ポリビニルブチラールのような熱可塑性材料は、典型的には、安全ガラス窓を生成する。斯様な安全ガラス窓は、概して、ガラスが破壊された後に窓が粉々になるのを防止するために車両及びビルに適用される。発光デバイスは、光を放射するときに、典型的には、増大した外側温度をもつので、熱可塑性材料の使用は、本発明による自己クリーニングシステムにおける局所的な加熱による材料ストレスの緩和を可能にする。更に、熱可塑性材料は、発光デバイスを、湿気及び低い温度のような環境の影響から更に保護し、これは、発光デバイスの寿命を更に増大させる。樹脂の使用は、一部の樹脂が紫外線に対して実質的に透過的であるので、紫外線を放射する発光デバイスを用いるときに有益であり得る。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、他の透光性基材は、発光デバイスにより放射されたサブレンジの範囲内の光を反射する。この実施形態は、自己クリーニングシステムが窓であるとき、及び、自己クリーニング効果を活性化させるための光が紫外線であるときに特に有益であり得る。他の透光性基材は、例えば、窓が適用されるビルの内側に向けられ得る。紫外線に対する他の透光性基材の反射特性により、ビルの内側が、紫外線放射から実質的に保護される。これは、紫外線が一般的に人間に対して有害であるので特に有益である。自己クリーニングシステムの実施形態において、発光デバイスは、透光性基材に適用された光触媒層を活性化するべく紫外線を放射するため、それ故に紫外線がビルの内側の人間を害することを回避しながら自己クリーニング効果を活性化させるために、如何なる時点でも活性化され得る。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスにより放射された光の部分は、反射により、又は、全内部反射により、自己クリーニングシステムを通って伝播する。全内部反射を介しての光の伝播は、光の吸収が反射によっては実質的に生じないので、概して、光の比較的効率の良い伝播をもたらす。例えば、発光デバイスにより放出された光は、自己クリーニングシステムの透光性基材を通って伝播することができ、これは、透光性基材の内側に閉じ込められる、発光デバイスにより放射された光の部分をもたらす。代わりに、発光デバイスにより放射された光の部分は、例えば、透光性層と他の透光性層との間を伝播することができ、発光デバイスにより放射された光の部分の閉じ込めを再びもたらす。この部分的な閉じ込めにより、光は、自己クリーニングシステムの至るところに分配される。例えば光触媒層に向かう閉じ込められた光を結合するための光外部結合要素の分配を用いるときには、光反射層は、自己クリーニング効果を活性化させるために均一に照射され得る。光外部結合要素は、例えば、透光性基材又は他の透光性基材に適用され得る。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスからの光は、光触媒層と実質的に平行に設けられた中心ベクトルの周りの或る角度分布で放射される。この実施形態の利点は、自己クリーニングシステム内の発光デバイスにより放出された光の部分の閉じ込めを向上させることである。発光デバイスは、例えば、透光性基材の端部壁に設けられ得る。端部壁は、自己クリーニング面と実質的に直角に設けられる。代わりに、発光デバイスは、例えば、透光性基材と他の透光性基材との間に挟まれるか、又は、透光性基材のくぼみに設けられた側面発光型発光ダイオード（side-emitting light emitting diode）であり、これにより、光触媒層と実質的に平行な方向に光を放射する。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、光触媒層は、アナターゼミネラルの形で二酸化チタンを有するか、又は、窒素イオンを混入した二酸化チタンを有する。アナターゼミネラルの形の二酸化チタンは、自己クリーニング効果を活性化させるための紫外線に対して感度が高い。アナターゼミネラルの形を用いる利点は、紫外線が人間に対して可視ではなく、それ故に自己クリーニング効果が実質的に目立たずに活性化され得ることである。窒素イオンを混入した二酸化チタンは、自己クリーニング効果を活性化させるための可視光に対して感度が高い。この実施形態の利点は、自己クリーニングシステムが可視光を放射する発光デバイスを有し得ることである。自己クリーニングシステムにより放射された可視光は、例えば、ビルの窓を照射する装飾的機能として用いられ得る。窒素を混入した二酸化チタンを用いるときには、可視光の部分が光触媒層により吸収され、それ故に自己クリーニングシステムから放射された可視光の色を変えるので、発光デバイスにより放射された光の放射特性は、光触媒層の存在に適合されなければならない。例えば、光触媒層が青色光に対して感度が良く、自己クリーニングシステムにより放射された光が比較的"温"白色光にあるべき場合には、発光デバイスにより放射された白色光の色温度は、好ましくは比較的"冷"である。放射された青色光の部分の吸収により、自己クリーニングシステムから放射された白色光の色温度は、発光デバイスにより放射された白色光と比較して減少され、結果的に、自己クリーニングシステムにより放射された光が実質的に"温"白色光になる。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、自己クリーニングシステムは、発光デバイスのアレイを有する。発光デバイスのアレイは、例えば、透光性基材の端部近傍に設けられた線状のアレイであり、自己クリーニングシステムに光を放射する。代わりに、発光デバイスのアレイは、光触媒層を有する自己クリーニング面とは反対側の透光性基材の面で光触媒層と平行に設けられた発光デバイスの二次元アレイであってもよい。典型的には、発光ダイオードが、比較的小さな外形寸法による発光デバイスとして斯様な構成に用いられる。発光ダイオードの斯様な二次元アレイは、例えば、装飾的な理由のため、例えばビルのガラスカバーを照射するために適用され得る。好ましくは、発光ダイオードのアレイは、発光ダイオードが湿度又は低い温度のような環境の影響から保護されるように、透光性基材と他の透光性基材との間に適用される。好ましくは、発光ダイオードのアレイは、安全ガラスの構造物を生成するために透光性基材と他の透光性基材との間に設けられた熱可塑性材料に組み込まれる。発光デバイスのアレイは、例えば異なる放射スペクトルを放射する異なる発光デバイスを有し得る。発光デバイスは、例えば、発光デバイスのアレイの一部の発光デバイスが装飾の目的のために用いられ、発光デバイスのアレイ内の他の発光デバイスが光触媒材料の活性化に用いられるように、例えば異なる色の光を放射し得る。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスは、発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマ発光ダイオード又はレーザダイオードである。発光ダイオードを用いる利点は、発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマ発光ダイオード又はレーザダイオードにより放射された光の放射スペクトルが、例えば紫外線の制限された範囲だけを有するように選択され得ることである。紫外線のこの制限された範囲は、例えば、人間に対してそれほど有害ではないように選択され得る。

自己クリーニングシステムの一実施形態において、発光デバイスは、複数の発光体を有する。好ましくは、発光デバイス内の個々の発光体は、個別に制御され得る。例えば、発光デバイスは、複数の発光ダイである複数の発光体を有するマルチチップ発光ダイオードであり得る。本発明に関して、斯様なマルチチップＬＥＤは、発光デバイスの色が、マルチチップＬＥＤ内の個々のダイの出力を変えることにより制御され得るので、特に有利であり得る。マルチチップＬＥＤは、例えば紫外線で照射されたときに自己クリーニング効果を生成する光触媒材料と組み合わせて用いられる、例えば、紫外線発光ダイ、赤色発光ダイ、緑色発光ダイ及び青色発光ダイを有し得る。クリーニングが要求されたときには、紫外線ダイがオンにされ、これは、実質的に目立たないだろう。更に、赤色放射、緑色放射及び青色放射のダイは、装飾の目的で窓を照射するために用いられる。代わりに、マルチチップＬＥＤは、例えば、第１のダイ、第２のダイ、及び、第１のダイからの光を実質的に白色の光に変換するための発光材料を有し得る。第２のダイからの光は、好ましくは、（例えば、第２のダイが発光材料を照射しないことから、又は、発光材料が第２のダイにより放射された光に対して感度が良くないことから、）変化されない発光材料を通ることが可能である。第１のダイからの光は、例えば、装飾の目的のために白色光を供給するために用いられ、第２のダイからの光は、光触媒材料を活性化させるために用いられる。典型的には、マルチチップＬＥＤを用いるときには、半透明な導体が適宜適用されるべきである。

これら及び本発明の他の態様は、後述される実施形態を参照して説明され、明らかになるだろう。

本発明による自己クリーニングシステムの第１の実施形態の断面図を示す。 本発明による自己クリーニングシステムの第１の実施形態の上面図を示す。 本発明による自己クリーニングシステムの第２の実施形態の断面図を示す。 本発明による自己クリーニングシステムの第２の実施形態の上面図を示す。 本発明による自己クリーニングシステムの第３の実施形態の断面図を示す。 本発明による自己クリーニングシステムの第４の実施形態の断面図を示す。

図面は、単に線図であり、実寸で描かれていない。特に明確さのために、一部の寸法が強調される。図中の同様の部品は、できる限り同一の参照符号で示される。

図１Ａ及び１Ｂは、本発明による自己クリーニングシステム１０の第１の実施形態の断面図及び上面図をそれぞれ示している。自己クリーニングシステム１０のこの第１の実施形態は、自己クリーニング面２２をもつ安全ガラスの窓１０を構成する。自己クリーニングシステム１０は、透光性基材２０、透光性基材２０の表面に適用された光触媒層４０、及び、発光ダイオード３０の二次元アレイに設けられた複数の発光デバイス３０を有する。発光ダイオード３０の二次元アレイは、光触媒層４０の反対の透光性基材２０の面に透光性基材２０と平行に設けられる。従って、発光ダイオード３０の二次元アレイにより放射された光は、透光性基材２０のみを介して光触媒層４０に作用する。光触媒層４０は、予め規定された波長範囲の光で照射されたときに自己クリーニング効果を生成する。透光性基材２０は、予め規定された波長範囲の少なくともサブレンジに対して透光的である。発光ダイオード３０の二次元アレイにより放射された光の放射スペクトルは、発光ダイオード３０により放射されたサブレンジの範囲内の光が光触媒層４０を活性化させるために透光性基材２０により透過されるような、サブレンジの範囲内の光を有する。例えば、光触媒層４０がアナターゼミネラルの形の二酸化チタンを有する場合には、光触媒層４０は、例えば３１０ナノメートル〜４１５ナノメートルの範囲の紫外線で照射されるときに自己クリーニング効果を生成する。自己クリーニング効果を活性化させるために、発光ダイオード３０の二次元アレイにより放射された光の部分が二酸化チタンの活性化の範囲内の紫外線を有さなければならず、透光性基材２０は、発光ダイオード３０の二次元アレイにより放射された紫外線の部分に対して透明でなければならない。代わりに、光触媒層４０は、例えば窒素を混入した二酸化チタンを有する。窒素イオンを混入した二酸化チタンを有する光触媒層４０は、可視光、例えば４００〜４９０ナノメートルの範囲内の例えば青色光で照射されるときに自己クリーニング効果を生成する。自己クリーニング効果を活性化させるために可視光を用いる利点は、多くの材料が紫外線よりも可視光に対して透光的であることである。それ故、光触媒層４０について窒素イオンを混入した二酸化チタンを用いることで、透光性基材２０が構成され得るより広範囲の材料の使用を可能にする。可視光を用いる更なる利点は、光触媒層を活性化させることに加えて、装飾的な目的にも用いられ得る。発光デバイス３０としての発光ダイオード３０の使用は、これらが比較的大きな光束を概ね生成する比較的小さな発光デバイス３０であるという利点をもつ。または、発光ダイオード３０の二次元アレイのアプリケーションは、安全ガラス窓１０が光触媒層４０に向かって光を依然として放射することを可能にする一方で、同時に例えば安全ガラス窓１０越しに見る能力が維持される。図１Ａ及び１Ｂに示された安全ガラス窓１０は、透光性基材２０と実質的に平行に設けられた他の透光性基材２４を更に有する。発光ダイオード３０の二次元アレイは、透光性基材２０と他の透光性基材２４との間に挟まれ、熱可塑性材料６０に組み込まれる。熱可塑性材料６０は、例えば、基材が破壊された後に透光性基材２０及び／又は他の透光性基材２４が粉々になるのを防止する（ＰＶＢとも呼ばれる）ポリビニルブチラールであり得る。特に、透光性基材２０及び他の透光性基材２４が比較的高いビルの窓として適用されたガラス材料であるときには、窓は、安全上の理由のために、破壊の場合に崩壊してはならない。熱可塑性材料６０に発光ダイオード３０の二次元アレイを組み込む更なる利点は、熱可塑性材料６０が、発光ダイオード３０の寿命を典型的に制限する湿度のような環境の影響に対して発光ダイオード３０を保護することである。更に、熱可塑性材料６０は、比較的フレキシブルであることから、例えば、オンにされた発光ダイオード３０により生ずる温度の局所的な増大により、自己クリーニングシステム１０における局所的な歪みを吸収するために用いられ得る。代わりに、例えば紫外線に対して実質的に透明である樹脂６０が適用されてもよい。

発光ダイオード３０の二次元アレイを電源（図示省略）に接続するために、実質的に透明な導体５０が他の透光性基材２４に適用される。実質的に透明な導体５０は、例えば、分離した導電性エリアを生成するためにギャップ５５が生成される、インジウムスズ酸化物の層で構成される。インジウムスズ酸化物を用いることで、ギャップ５５が例えばレーザ切断を用いて簡単に生成されることを可能にする。代わりに、実質的に透明な導体は、インジウム亜鉛酸化物、スズ酸化物又はフッ素をドープしたスズ酸化物のような透明な導電性酸化物の層で構成されてもよい。導体は、半透明な導体５２（図３参照）であってもよく、これは、光が導体間を通り、それ故に光が半透明な導体５０を通ることを可能にするように移される電気的な（非透過性の）接続体である。代わりに、半透明な導体５０は、例えば、他の透光性基材２４に適用された導電性インク５２のパターン（再び図３参照）であってもよい。図１Ａ及び１Ｂに示された実施形態において、透明な導体５０は、他の透光性基材２４に適用される。しかしながら、半透明な導体５０は、代わりに、透光性基材２０に適用されてもよく（図示省略）、又は、例えば熱可塑性材料６０の内側に組み込まれてもよい（図示省略）。

発光ダイオード３０からの光は、（破線矢印で示された）中心ベクトル３６の周りに（破線で構成された楕円で示された）或る角度分布３５で放射される。図１Ａ及び１Ｂに示された実施形態において、中心ベクトル３６は、光触媒層４０に向かってポイントし、結果的に、発光ダイオード３０により放射された光の大部分が透光性基材２０により透過される。概して、発光ダイオード３０の光分布は、実質的にランバート（Lambertian）であり、破線楕円３５で示される。

透光性基材２０は、例えば、ガラス、又は、（ＰＭＭＡとも呼ばれる）ポリメタクリル酸メチルのような樹脂で作られ得る。更に、透光性基材２０は、拡散体、不透明体又は完全な透明体であってもよい。また、他の透光性基材２４も、例えば、ガラス又は樹脂で作られてもよく、拡散体、不透明体又は完全な透明体であってもよい。自己クリーニング効果を生成するための紫外線を必要とする光触媒材料が用いられた一実施形態において、他の透光性基材２４は、好ましくは、紫外線を反射する。特に、透光性基材２０がビルの外側に向かって設けられるとともに、他の透光性基材２４がビルの内側に向かって設けられるようなビル（図示省略）の窓として自己クリーニングシステム１０が用いられるときには、自己クリーニングプロセスを活性化させることなく光触媒層４０を通る、例えば太陽光からのいずれの周囲紫外線も、光触媒層４０に向かって他の透光性基材２４で反射されるだろう。更に、この他の透光性基材２４は、紫外線がビルに透過されるのを実質的に防止するだろう。

本発明による自己クリーニングシステムにおける発光デバイス３０の一体化により、自己クリーニング効果は、如何なる時点でも活性化され得る。例えば窓ガラスの外側の層としての二酸化チタンの適用は、既に知られている。周囲太陽光が自己クリーニング効果を活性化させるために用いられる。結果として、曇りの日に層が活性化されず、その後の雨が表面をクリーニングしないことから、自己クリーニング効果が最適に用いられない。発光ダイオード３０が自己クリーニングシステム１０に統合される、図１Ａ及び１Ｂに示された自己クリーニングシステム１０を生成することにより、光触媒層４０の自己クリーニング効果は、曇りの日でも、例えば雨の直前又は雨の間に、如何なる時点でも活性化され得、結果的に自己クリーニング効果が十分活用される。更に、自己クリーニング効果は、発光ダイオード３０の近傍のいずれかの汚れが発光ダイオード３０により放射された光の部分をブロックするので、自己クリーニングシステム１０に統合された発光ダイオード３０の近傍で最も目立つべきである。それ故、クリーニング効果は、光が透光性基材２０を通る位置の発光ダイオード３０の近傍で最も強力であることが特に利点である。

発光ダイオード３０が紫外線のみを放射する場合には、これらは、例えば、自己クリーニング効果が要求されるときにのみ用いられ得る。この実施形態の利点は、紫外線が人間の目に対して可視ではなく、それ故に自己クリーニング効果の活性化が例えば人の屋内の行動に影響しないことである。斯様な場合においては、紫外線が人間の目に対して有害であるので、ビルの内側は、好ましくは紫外線から保護されるべきである。代わりに、光触媒層４０の自己クリーニング効果が例えば青色光により活性化される場合には、発光ダイオード３０は、例えば、青色光を含む実質的に白色の光を放射する。斯様な実施形態において、発光ダイオード３０の二次元アレイは、光触媒層４０を活性化させるための使用とともに、美的な照明効果のために用いられ得る。斯様な美的な照明効果は、例えば、ビルの外側を照射するために用いられ得るか、又は、例えば発光ダイオード３０の二次元アレイの選択的にアドレスする個々の発光ダイオード３０によりビルの外側にテキスト若しくは記号を生成するために用いられ得る。代わりに、美的な照明効果が屋内で用いられてもよい。斯様な実施形態において、発光ダイオード３０の二次元アレイにより放射された光の色は、好ましくは、光触媒層４０の青色吸収特性に適合される。発光ダイオード３０により放射された青色光の部分が光触媒層４０により吸収されるので、発光ダイオード３０により放射された光の色は、好ましくは、余分な青色光を有する。自己クリーニングシステム１０により放射された光の要求された色温度が比較的"温"白色である場合には、発光ダイオード３０により放出された光は、比較的"冷"白色であるべきである。青色光の一部が吸収されて、自己クリーニング効果を活性化させるために光触媒層４０で用いられるので、自己クリーニングシステム１０により放射された光は、発光ダイオード３０により放射された光よりも少ない青色光を有し、減少した色温度をもたらすだろう。

図１Ａ及び１Ｂに示された２次元アレイにおける発光ダイオード３０は、例えば、無機発光ダイオード３０、有機発光ダイオード３０、ポリマ発光ダイオード３０又はレーザダイオード３０であり得る。

図１Ｂは、本発明による自己クリーニングシステム１０の上面図を示している。破線は、分離した導体エリアを生成するためにインジウムスズ酸化層５０内に生成されるギャップ５５を示す。

図２Ａ及び２Ｂは、本発明による自己クリーニングシステム１２の第２の実施形態の断面図及び上面図をそれぞれ示している。図２Ａ及び２Ｂに示された自己クリーニングシステム１２において、発光デバイス３０は、再び、発光ダイオード３０である。しかしながら、（図１Ａに示されるような）他の透光性基材２４を透光性基材２０と平行に設ける代わりに、図２Ａに示される自己クリーニングシステム１２の実施形態は、透光性基材２０と平行に設けられた非透光性基材２７を有する。非透光性基材２７は、ビルの非透光性部分をカバーするために用いられる、ビルのカバー２７であり得る。透光性基材２０と非透光性基材２７との間では、好ましくは、空気が存在し得るか、又は、熱可塑性材料６０（図１Ａ参照）若しくは例えば絶縁材料が存在する。発光ダイオード３０は、透光性基材２０の端部２１近傍に設けられた発光ダイオード３０の一次元アレイで設けられる。端部２１は、発光ダイオード３０の一次元アレイからの光を透光性基材２０に放射する光入口窓２１である。光入口窓２１を介して透光性基材２０に入射する光の部分は、全内部反射により透光性基材２０を通って伝播し、透光性基材２０の至る所に分配される。透光性基材２０は、透光性基材２０内に閉じ込められた光を光触媒層４０に向かって結合するための光外部結合要素３７を更に有する。光外部結合要素３７は、例えば、光触媒層４０を有する透光性基材２０の面とは反対側の透光性基材２０の面に設けられ得る。

図２Ａ及び２Ｂに示された自己クリーニングシステム１２の実施形態において、発光ダイオード３０の一次元アレイは、発光ダイオード３０により放射された光の主要部分が透光性基材２０に向けられることを保証するための反射体２５により部分的に囲まれる。

図３は、本発明による自己クリーニングシステム１４の第３の実施形態の断面図を示している。図３に示された自己クリーニングシステム１４の実施形態も、図１Ａ及び１Ｂに既に示されたように、透光性基材２０と他の透光性基材２４との間に設けられた発光ダイオード３２のアレイを有する。しかしながら、図３の自己クリーニングシステム１４で用いられた発光ダイオード３２は、光触媒層４０と実質的に平行な光を放射する側面発光型発光ダイオード３２を有する。結果として、側面発光型発光ダイオード３２により放射された光の大部分は、例えば、自己クリーニングシステム１４の内側に閉じ込められ得る。自己クリーニングシステム１４は、閉じ込められた光を光触媒層４０に向かって外部結合するための光外部結合要素３７を更に有する。側面発光型発光ダイオード３２は、透光性基材２０と他の透光性基材２４との間に設けられ得る。側面発光型発光ダイオード３２は、側面発光型発光ダイオード３２により放射された光が、光触媒層４０と実質的に平行に透光性基材２０へ放射されるように、透光性基材２０内のくぼみ（図示省略）に設けられ得る。側面発光型発光ダイオード３２がくぼみに設けられる場合には、側面発光型発光ダイオード３２により放射された光は、大部分が透光性基材２０に閉じ込められる。代替実施形態において、他の透光性基材２４は、非透光性基材２７（図２参照）に置き換えられてもよい。

透光性基材２０と他の透光性基材２４との間では、空気が存在し得るか、又は、安全ガラス窓１０を生成する熱可塑性材料６０（図１Ａ参照）若しくは例えば絶縁材料が存在し得る。

側面発光型発光ダイオード３２のアレイを電源（図示省略）に接続するために、再度、半透明の導体５２が他の透光性基材２４に適用される。図３に示された半透明な導体５２は、非透明な電気的導体５２で構成され、これらは、光がこれらの間を通ることを可能にするために空間的に離れている。例えば、２つの隣り合う導線５２間の距離Ｄは、個々の電気的導体５２の直径ｄよりも少なくとも５倍大きく、それ故に、約８３％の透明度を生成する。しかしながら、より好ましくは、９０％よりも大きい、９５％より大きい、又は、９９％よりも大きい透明度が生成される。電気的導体５２の斯様な構成は、作用光の大部分を透過し、それ故に、半透明な導体を生成する。電気的導体５２は、例えば、金、銀、銅、亜鉛又はステンレス鋼で構成され得る。代わりに、電気的導体は、外面が例えば蒸着、金属プリント又は同種のものにより金属でコーティングされる、例えば、ポリエステル又はナイロンのような樹脂で構成され得る。例えば、蒸着されたシリコン酸化物、インジウム合金の導電膜が樹脂に用いられ得る。代わりに、電気的導体５２は、例えば、他の透光性基材２４に適用された導電性インク５２で構成され得る。概して、発光ダイオード５２は、電気的導体５２が発光ダイオード５２の真下のギャップ（図示省略）をもつ連続する導体となるように直列に設けられる。

図４は、本発明による自己クリーニングシステム１６の第４の実施形態の断面図を示している。自己クリーニングシステム１６のこの実施形態において、発光デバイス３４は、透光性基材２０の端部２１に設けられた低圧放電ランプ３４である。端部２１は、低圧放電ランプ３４からの光を透光性基材２０に放射する光入口窓２１である。光入口窓２１を介して透光性基材２０に入射する光の部分は、全内部反射により透光性基材２０を通って伝播し、透光性基材２０の至る所に分配される。透光性基材２０は、透光性基材２０内に閉じ込められた光を光触媒層４０に向かって結合するための光外部結合要素３７を更に有する。図４に示された実施形態において、外部結合要素３７は、例えば、反射型の外部結合要素３７である。低圧放電ランプ３４は、低圧放電ランプ３４により放射された光の大部分が透光性基材２０に向けられることを保証するための反射体２５により部分的に囲まれる。

前述した実施形態は、本発明を限定するよりむしろ例示であり、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計可能であることが留意されるべきである。

例えば、図面に示されたいずれかの発光ダイオード３０，３２は、複数の発光ダイを有するマルチチップ発光ダイオード３０，３２と置き換えられてもよく、例えば、マルチチップ発光ダイオード３０，３２についての各ダイが異なる色の光を放射する。

特許請求の範囲において、括弧内の如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。"有する"という用語の使用及びその活用は、特許請求の範囲に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素の単数表記は、斯様な要素の複数の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアにより実行されてもよい。幾つかの手段を列挙するデバイスに係る請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一のアイテムにより組み込まれてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。

Claims (12)

1. 透光性基材と、
   発光デバイスと、
   自己クリーニング面を設けるために前記透光性基材の表面に適用された光触媒層とを有する自己クリーニングシステムであって、
   前記光触媒層は、予め規定された波長範囲の光で照射されたときに自己クリーニング効果を生成するために設けられ、
   前記透光性基材は、前記予め規定された波長範囲の少なくともサブレンジに対して透光的であり、
   前記発光デバイスは、前記透光性基材を介して前記光触媒層を照射するために設けられ、
   前記発光デバイスにより放射された放射スペクトルは、前記サブレンジの範囲内の光を有し、
   当該自己クリーニングシステムは、前記発光デバイスにより放射された前記サブレンジの範囲内の光を反射する他の透光性基材を有する、自己クリーニングシステム。
2. 前記発光デバイスは、前記透光性基材と、前記透光性基材と実質的に平行に設けられた他の透光性基材との間に挟まれる、請求項１に記載の自己クリーニングシステム。
3. 当該自己クリーニングシステムは、前記発光デバイスを駆動させるための電源に前記発光デバイスを接続するための電気回路を構成する半透明又は実質的に透明な導体を有する、請求項１又は請求項２に記載の自己クリーニングシステム。
4. 前記半透明な導体又は実質的に透明な導体は、
   実質的に透明な導体材料、
   ２つの隣り合う非透明な電気的導線間の距離が前記非透明な導線の直径の５倍よりも大きい複数の非透明な電気的導線、又は、
   前記透光性基材若しくは前記他の透光性基材に適用された導電性インクのパターンを有する、請求項３に記載の自己クリーニングシステム。
5. 前記発光デバイスは、前記透光性基材と前記他の透光性基材との間に設けられた熱可塑性材料又は樹脂に組み込まれる、請求項２〜４のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
6. 前記発光デバイスにより放射された光の部分は、反射により、又は、全内部反射により、当該自己クリーニングシステムを通って伝播する、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
7. 前記発光デバイスからの光は、前記光触媒層と実質的に平行に設けられた中心ベクトルの周りの或る角度分布で放射される、請求項６に記載の自己クリーニングシステム。
8. 前記光触媒層は、アナターゼミネラルの形の二酸化チタンを有するか、又は、窒素イオンを混入した二酸化チタンを有する、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
9. 前記発光デバイスは、発光ダイオード、有機発光ダイオード、ポリマ発光ダイオード又はレーザダイオードである、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
10. 当該自己クリーニングシステムは、発光デバイスのアレイを有する、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
11. 前記発光デバイスは、複数の発光体を有する、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステム。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の自己クリーニングシステムを有する、窓。

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