KR101665434B1 - 가시광반응 물질이 도핑된 이산화티타늄 코팅층을 갖는 조명등의 제조방법 - Google Patents

가시광반응 물질이 도핑된 이산화티타늄 코팅층을 갖는 조명등의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조명용 투광창의 내측면에 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층이 적층된 이중층 기본단위를 1 이상의 제1코팅층을 형성하여 투과율을 향상시키며, 외측면에 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층이 적층된 이중층 기본단위를 1 이상의 제2코팅층을 형성하되, 최외각의 이산화티타늄 코팅층은 가시광반응 물질이 도핑된 코팅층을 포함하는 코팅층을 형성하여 투과율의 저하없이 투광창에 부착된 유기물을 분해하는 자정능력을 갖는 조명등의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가시광반응 물질이 도핑된 이산화티타늄 코팅층을 갖는 조명등의 제조방법 {Method for producing a lamp having a visible light reactants doped titanium dioxide coating layer}
본 발명은 조명등의 고투과율과 자정능력을 갖기 위하여, 조명등에 가시광반응 물질이 도핑된 이산화티타늄 코팅층을 형성하고, 그 코팅층을 형성하기 위한 제조방법에 관한 것이다.
국민의 체력 조성에 대한 관심이 고조되고 또한 여가의 활용이나 지역 주민의 공감대 조성의 수단으로 스포츠에 전념하는 사람의 수는 해마다 증가되고 있으나 이에 대해서 이용할 수 있는 스포츠 시설의 절대수가 부족하므로 정부차원에서 조명 설비를 정비하여 이용시간을 연장한다는 방책이 만들어지고 야간 이용자가 안전하고 쾌적하게 스포츠시설을 이용할 수 있도록 하고 있다.
그러나 국내에는 스포츠 시설의 건설 계획에서 참고로 해야 할 규격으로 밝기의 기준 KS A 3011 조도기준과 KS C 3704, 3705, 3706 등 스포츠 시설의 조명 기준이 있을 뿐 올바른 스포츠 조명 설비의 방식에 대하여 전문적 견지에서 논의되고 정해진 기준이나 지침 없이 부적합한 조명 설비 계획이 실시되고 있다.
또한 국가전력위기 상황임에도 불구하고 조명의 특성상 시간이 지남에 따라 급격히 조도가 저하되는 것을 기술적으로 해결하지 못하여 초기 조도를 지나치게 높게 하여 전력이 낭비되고 전력비용이 증가되는 것을 방치하고 있는 실정으로서 투광조명분야에서 스포츠 및 대공간 시설에 대한 전력에너지를 절감하는 고효율 조명시스템 기술개발이 시급한 실정이다.
하기의 특허문헌 1에는 광투과율을 향상시키기 위한 기술로 투광커버에 무반사코팅층을 형성하되, 투광커버의 하부와 상부에 복수의 무반사코팅층을 반복적으로 형성하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 하기의 특허문헌 2에는 투광창에 나노코팅층을 형성하되 복수개의 영역을 분할하여 분할된 영역별로 조도에 따라 컬러필터코팅층의 두께를 다르게 코팅하는 기술이 개시되어 있다.
그러나 상기 특허문헌 1과 2에 개시된 기술은 상기 조명등 램프에서 발산되는 빛이 상기 투광커버를 통해 빛이 외부로 발산시 상기 투광커버로 투과되는 투과율 향상만을 목적으로 하고, 투광커버에 부착되는 오염물질 중 하나인 꽃가루, 부유기름, 벌레사체, 곰팡이 등의 유기물이 점착되어 투광창을 오염시키는 경우가 발생되는데 이러한 오염원의 점착에 의하여 빛의 투과율이 저하되는 문제점은 해결하지 못하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1127747호 (2012년 03월 09일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1031547호 (2011년 04월 20일 등록)
본 발명의 목적은 투광커버에 광투과율을 높이고, 나아가 조명등의 사용과정에서 이물질로 부착되는 꽃가루, 부유기름, 벌레사체, 곰팡이 등의 유기물을 분해하여 코팅층이 조명등에서 조사되는 빛과 반응하여 유기물을 스스로 제거되는 자정기능을 갖춘 투광커버가 포함된 조명등의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 조명등은 내부에 램프가 마련되는 케이싱, 상기 케이싱의 램프 장착부를 제외한 내주면에 설치되는 반사판, 상기 케이싱의 개방된 전방에 램프를 통해 조사된 광을 외부로 확산시키는 광확산 투광커버, 상기 광확산 투광커버의 내측면에 코팅된 제1 코팅층, 상기 광확산 투광커버의 외측면에 형성된 제2 코팅층, 상기 제1 코팅층과 제2 코팅층은 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층이 적층된 이중층(기본단위) 구조를 1 이상 포함하며, 상기 제2 코팅층의 최외각에 위치한 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에는 가시광반응 물질이 도핑되는 것이 바람직하다. 여기서, 투광창의 내측은 램프가 위치한 면을 의미하고, 투광창의 외측은 조명등의 외부에 위치한 면을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층이 적층된 이중층(기본단위) 구조는 1~5개 적층되고, 투광커버에 대면하는 면에 실리카(SiO2) 코팅층이 형성되고, 그 상부에 이산화티타늄(TiO2) 코팅층이 형성된 구조인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제2 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에 도핑되는 가시광반응 물질은 질소원자(N), Fe2+, Fe3+ 중 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 가시광반응 물질이 도핑된 제2 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층의 두께는 5 내지 10㎚인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 코팅층은 실리카(SiO2) 코팅층/이산화티타늄(TiO2) 코팅층 1~2 쌍이 형성되고, 상기 제2 코팅층은 실리카(SiO2) 코팅층/이산화티타늄(TiO2) 코팅층의 이중층 구조가 2~5쌍이 형성되며, 상기 제2 코팅층의 최외각과 제2 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에 질소(N), Fe2+, Fe3+ 중 하나가 도핑되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 투광커버는 투명유리 소재이고, 상기 투광커버의 광투과율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 질소도핑된 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층은 하기 식 1의 조성식을 갖는 산소 치환형인 것일 수 있다.
Ti O2 -x Nx (1)
(상기 식에서, 0.01≤x 임)
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 질소도핑된 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층은 하기 식 2의 조성식을 갖는 티타늄(Ti) 치환형인 것일 수 있다.
Ti1 -x O2 Nx (2)
(상기 식에서, 0.01≤x 임)
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 질소도핑된 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층은 하기 식 3의 조성식을 갖는 이산화티타늄(TiO2) 침입형인 것일 수 있다.
Ti1 -x O2 -y N x +y (3)
(상기 식에서, 0.01≤x, y≤0.2 임)
즉, 질소가 산소위치에 도핑된 침입형, 질소가 티타늄 위치에 도핑된 치환형, 질소가 산소위치 및 티타늄 위치에 모두 도핑된 복합형을 모두 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 조명등은 형광등, 백열등, 할로겐등, 수은등, 메탈할라이드등, 고압방전등 또는 LED 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 투광커버는 투명유리 소재이고, 본 발명의 투광커버는 이중층 단위를 포함하는 코팅층과 최외각 질소도핑으로 광투과율이 증가하여 적어도 95% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 질소도핑된 조명등의 제조방법을 제공한다.
투광커버의 내면, 또는 내면과 외면에 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층을 순차적으로 적층하여 이중층을 형성하는 단계; 상기 이중층 형성단계를 1~4회 반복하는 단계; 및 상기 투광커버의 외면 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에는 질소원자(N)를 도핑하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 질소원자를 도핑하는 단계는, 진공상태의 반응기 내부에 코팅층을 배치하고 온도를 450~550℃ 내외로 상승시켜 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층을 활성화시키는 단계; 상기 반응기를 수소 분위기에서 가열하여 활성화된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에서 티타늄(Ti)과 결합되어 있던 산소(O)가 수소(H)와 반응하여 수증기(H2O)를 발생시켜 이산화티타늄(TiO2)의 표면에 산소공동(oxygen vacancy)을 형성하는 단계; 상기 수소와 산소가 반응하여 생성된 H2O를 진공펌프에 의해 배기하는 단계; 상기 반응기 내에 암모니아(NH3)의 주입하고 가압 및 승온시켜 산소공동(oxygen vacancy)이 형성된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에 질소(N)가 티타늄(Ti) 자리에 위치시켜 치환형으로 도핑시키거나, 산소(O) 자리에 위치시켜 침입형으로 도핑하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 질소도핑된 조명등은 투광커버의 내면, 또는 내면과 외면에 굴절율이 서로 다른 이종의 코팅층이 복수 개 형성되어 있어서 광투과율을 높이는 한편 투광커버 외면의 최외각에 이산화티타늄층을 배치하고 여기에 질소도핑을 통해 밴드갭 에너지를 낮춤으로써 투광커버에 부착된 유기물을 분해 제거하는 자정기능을 부여하였다. 이를 통해 조명등의 광투과율을 높이는 동시에 오염물질을 제거하는 자정기능을 갖는 조명등의 제조방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 조명등의 종단면도,
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 LED 조명등의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 단면도,
도 4는 본 발명의 이산화티탄 광촉매 반응과정을 나타낸 그림,
도 5는 본 발명의 가시광반응 물질이 도핑되어 밴드갭이 낮아지는 원리를 보여주는 그림,
도 6은 본 발명의 실험예 1에 따른 광투과율 실험 결과,
도 7은 본 발명의 실험예 2에 따른 질소도핑된 코팅층의 광촉매 분해 실험의 NIR 스펙트럼 결과,
도 8은 본 발명의 실험예 2에 따른 질소도핑된 코팅층의 광촉매 분해 실험결과,
도 9는 본 발명의 실험예 3에 따른 항균활성 실험 결과,
도 10은 본 발명의 실험예 4에 따른 UV-가시광 흡광도,
도 11은 본 발명의 실험예 5에 따른 X선 회절분석 결과.
도 1 내지 3에는 본 발명의 일 예에 따른 질소도핑된 조명등에 대한 모식도와 부분확대도가 도시되어 있다. 이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명에 따른 가시광반응 물질이 도핑된 조명등을 상세하게 설명한다.
질소도핑된 조명등
본 발명의 일 예에 따른 조명등은 내부에 램프가 마련되는 케이싱(150, 150')과, 상기 케이싱의 램프 장착부를 제외한 내주면에 설치되는 반사판(160, 160')과, 상기 케이싱의 개방된 전방에 램프를 통해 조사된 광을 외부로 확산시키는 광확산 투광커버(110, 110')와, 상기 광확산 투광커버의 내측면에 코팅된 제1 코팅층(120)과, 상기 광확산 투광커버의 외측면에 형성된 제2 코팅층(120a, 120b)과, 상기 제1 코팅층(120)과 제2 코팅층(120a, 120b)은 실리카(SiO2) 코팅층(121)과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)이 적층된 이중층(기본단위) 구조를 1 이상 포함하며, 상기 제2 코팅층의 최외각에 위치한 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)에는 가시광반응 물질이 도핑되어 있다.
상기 코팅층(120, 120a, 120b)은 도 3에 나타난 바와 같이 실리카(SiO2) 코팅층(121)과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)이 적층된 이중층 기본단위(A)를 1 이상 포함한다. 실리카(SiO2) 코팅층(121)과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)는 서로 굴절율이 다른데 서로 다른 굴절율을 갖는 물질을 나노사이즈로 교대로 적층하면 반사되어 손실되는 빛을 감소시킨다. 손실되는 빛이 감소된다는 것은 투과율을 상승시키는 것과 같다. 따라서 서로 다른 굴절율을 갖는 저굴절률(SiO2)물질과 고굴절률(TiO2)물질을 코팅하되, 먼저 저굴절률(SiO2)물질을 코팅하고 저굴절률(SiO2)물질 코팅층위에 고굴절률(TiO2)물질 코팅층을 형성시키는 방식으로 저굴절률(SiO2)물질과 고굴절률(TiO2)물질 코팅을 기본코팅층(한쌍)으로 하여 다수의 기본코팅층, 다수의 쌍을 적층시키는 방식으로 코팅층을 적층시켜 투과율을 상승시키는 원리를 이용한다. 바람직한 예에서, 본 발명에서는 서로 다른 굴절율을 갖는 실리카(SiO2) 코팅층(121)과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)를 코팅하되, 먼저 실리카(SiO2) 코팅층(121)을 형성하고 그 위에 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)을 형성시키는 방식으로 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2) 코팅을 기본단위(A) 코팅층(한 쌍)으로 하여 다수의 쌍을 적층시키는 방식으로 코팅층을 적층시킴으로써 투과율을 상승시킨다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에서, 광투과율과 자정효과를 더욱 상승시키기 위해 투광커버(110)의 외측면에도 제2 코팅층(120a, 120b)을 형성할 수 있다. 이때에도 실리카(SiO2) 코팅층/이산화티타늄(TiO2) 코팅층 기본단위(A)가 적층되는 구조이고, 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)에는 가시광반응 물질이 도핑되는 것이 바람직하다. 상기 도핑되는 가시광반응 물질은 질소(N), Fe2+, Fe3+ 중 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에서 최외각 코팅층의 의미는 코팅층이 형성되는 기재인 투광커버를 중심으로 적층된 조명등의 외측 코팅층의 제일 바깥쪽에 위치한 것을 의미한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 코팅층(120)에서 코팅층의 최외층인 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)은 빛을 받아 전자와 OH* 라디칼을 발생시키고, 코팅층(120)의 표면에 부착된 오염물인 CXHY 화합물로 이루어진 유기물과 반응하여 H2O(물)과 CO2(이산화탄소)로 분해된다. 이러한 분해과정을 통해 코팅층(120)의 유기물이 제거되는 자정기능을 갖게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 반응을 일으키는 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)은 반응되는 밴드갭이 3.2eV 이나, 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)에 질소(N)를 도핑하면, 질소(N)도핑된 이산화티타늄(TiO2)는 반응 밴드갭이 2.8eV 로 작아진다.
질소(N)가 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)은 빛을 받아 전자와 OH* 라디칼을 발생시키는 반응 반드갭이 3.2eV 이므로, 기존의 UV(자외선) 파장대인 254~365nm에서 반응하였으나, 질소(N)도핑된 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)은 반응 밴드갭이 2.8eV 로 작아져 가시광선 파장대인 400~760nm까지 반응 파장대가 확장되므로, 질소(N)가 도핑되지 않은 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)은 자외선에만 반응하지만 질소(N)가 도핑된 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)은 자외선 파장대는 물론 가시광선 파장대에서도 전자와 OH*라디칼을 발생시키므로 보다 많은 빛에서 전자와 OH* 라디칼을 발생시키므로 투광커버에 부착된 유기물을 분해하는 자정능력이 증대된다.
도 3을 참조하면 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 코팅층(120)은 실리카(SiO2) 코팅층/이산화티타늄(TiO2) 코팅층 1 쌍(121, 122)이 형성되고, 상기 제2 코팅층은 실리카(SiO2) 코팅층/이산화티타늄(TiO2) 코팅층의 이중층 구조가 2~5쌍(121, 122)(121, 122)(121, 122)이 형성되며, 상기 제2 코팅층의 최외각(TiO2) 이산화티타늄 코팅층(122a)에 질소원자(N)가 도핑된 것이 좋다. 이 경우 외부의 제2 코팅층에 의해 자정능력을 충분히 발휘할 수 있는 한편, 외부의 제2 코팅층을 다수층 형성함으로써 광 투과율을 높일 수 있기 때문이다.
본 발명자의 실험에 따르면 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2) 코팅층 한 쌍의 코팅층이 투과율이 0.8%씩 상승시킨다. 따라서 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2)의 한쌍의 코팅층(120)을 다수층 적층하는 것이 투과율을 상승시키는데 효과적이고, 다층으로 코팅된 코팅층의 투과율 95% 이상이고, 최외각에 위치한 질소(N) 도핑된 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)의 유기물과의 반응으로 자정능력을 갖는 투광커버(유리)를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅층(120)은 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2)의 이중층 기본단위(한 쌍)를 1 이상, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 7, 특히 바람직하게는 1 내지 5 포함할 수 있다.
물질 투광창 코팅재
PMMA(폴리메틸 메타크릴레이드) PC(폴리카보네이트) Glass(유리) Ti02 Si02
굴절율 1.52 1.5 1.52 2.36 1.45
상기 투광커버에 무반사코팅재로 코팅된 무반사코팅층이 형성되어, 상기 투광창의 재질을 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이드), PC(폴리카보네이트), 유리의 통상적인 투과율을 표2와 같이 향상된 결과를 얻을 수 있다.
투과율 PMMA(폴리메틸메타크릴레이드) PC(폴리카보네이트) Glass(유리)
코팅전 광 투과율 91.50% 90.50% 91.70%
코팅후 광 투과율 95%이상 95%이상 95%이상
일 실시예에서, 상기 최외각 N도핑된 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)의 두께는 5~10nm 급의 박막코팅인 것이 바람직하다. 만약, 질소(N) 도핑된 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)의 두께가 5nm 이하인 경우에는 도핑층이 얇아 전자와 OH* 라디칼을 발생량이 적고, 10nm 이상인 경우에는 광투과율을 저하시킨다.
본 발명에서 상기 질소도핑된 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)은 하기 식 1 내지 3 중 어느 하나의 조성식을 가질 수 있다.
Ti O2 -x Nx (1)
Ti1 -x O2 Nx (2)
Ti1 -x O2 -y N x +y (3)
(상기 식에서, 0.01≤x+y≤0.2)
여기서, 도핑된 질소의 함량(x, y, x+y)값이 0.2를 초과하는 경우는 결정구조적 결함으로 인해 박리현상이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않고 0.01 미만인 경우 도핑에 따른 밴드갭 축소 효과를 제대로 발휘할 수 없다는 한계가 있다.
상기 질소도핑층(122)은 질소가 분자 상태로 흡착되거나 이산화티타늄(TiO2) 격자 사이로 침입하는 침입형의 경우, 또는 산소자리를 치환하는 치환형의 경우가 있을 수 있는데 산소자리를 치환하는 형태로 도핑될 경우 이산화티타늄(TiO2)의 전자구조를 조절하는데 효과적이다. 즉 이산화티타늄(TiO2) 내부에 질소 분자의 형태로 흡착되는 것보다 질소 원자의 상태로, 보다 자세히는 이산화티타늄(TiO2) 격자 사이에 침입하는 형태보다는 이산화티타늄(TiO2)의 산소자리를 치환하는 형태로 질소가 도핑되는 경우에 이산화티타늄(TiO2)의 밴드갭을 감소시키는 방향으로 전기적인 특성을 조절할 수 있어 전도성을 향상시키고, 광흡수 특성에 있어서도 본래 자외선 영역만을 흡수하는 이산화티타늄(TiO2)의 전자 구조를 개선시켜 가시광선 영역대로 광흡수 특성을 넓혀서 광흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
질소도핑된 조명등의 제조방법
1) 투광커버의 내면과 외면에 실리카(SiO2) 코팅층(121)과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122)을 순차적으로 적층하여 이중의 코팅층(120, 120a, 120b)을 형성하는 단계;
2) 상기 이중의 코팅층(120, 120a, 120b) 형성단계를 1~4회 반복하는 단계; 및
3) 상기 형성된 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층(122a)에는 질소원자(N)를 도핑하는 단계;
상기 단계 1)에서 투광커버(110)에 이중층 코팅층(120, 120a, 120b)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 실리카 또는 이산화티타늄 나노분말을 스핀코팅 또는 스프레이코팅 방식으로 도포한 후 열처리하여 형성되거나, 진공증착에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 스핀 코팅(spin coating)은 투광커버(110)의 중앙에 액체상의 나노물질을 도포하고 고속회전시켜 건조시킴으로써 박막화하는 것으로, 원심력을 이용하기 때문에 나노물질을 투광창 전체 면에 고르게 퍼지도록 할 수 있다. 또한 상기 스프레이 코팅(spray coating)은 투광커버(110) 상에 노즐을 이용하여 고압으로 나노물질 액체를 분무하여 도포하는 것이고, 열처리는 도포된 나노물질을 투광커버(110)에 고착시키기 위한 것으로, 이는 통상적인 공정이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 진공증착은, 진공 환경의 챔버 내에 코팅층(120)이 코팅된 투광커버(110)을 장착하고, 전자빔 등을 상기 유전체물질에 조사하면, 유전체물질이 가열하여 기화되는데, 이렇게 기화된 가스가 상기 투광커버(110)의 코팅층(120, 120a)에 부착되게 한 것으로, 이때 진공 상태로 250 이상의 온도 조건을 가진 환경에서 증착하는 것이 바람직하다.
상기 단계 3)에서 최외각 코팅층에 질소원자를 도핑하는 단계는 진공상태의 반응기 내부에 코팅층을 배치하고 온도를 500℃로 상승시켜 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층을 활성화시키는 단계; 상기 반응기를 수소 분위기에서 가열하여 활성화된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에서 수소와 산소가 반응하여 산소공동 (oxygen vacancy) 를 형성하는 단계; 상기 수소와 산소가 반응하여 생성된 H2O를 진공펌프에 의해 배기하는 단계; 상기 반응기 내에 NH3(암모니아) 가스를 주입하여 질소원자를 도핑하는 단계;를 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다
[실시예 1]
조명등용 투광커버(유리)의 내측에 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2)의 한 쌍의 코팅층을 형성하고, 외측에 실리카(SiO2)/이산화티타늄(TiO2)의 한 쌍의 코팅층을 다수층 적층하는 방식으로 코팅한다.
SiO2코팅의 방법은 실리콘(Si) 타겟(target)을 이용하여 진공 3.0*10-3 torr, Ar = 25, O2 - 40%, 1.5, 1.75. 2.0kW 의 전력을 변경하여 시험하였다, 사용 전력을 증가시킴에 따라 SiO2 코팅층의 두께가 증가되는 것을 확인하였다.
TiO2코팅의 방법은 실리콘과 동일한 조건으로, 티타늄(Ti) 타겟(target)을 이용하여 진공 3.0*10-3 torr, Ar = 25, O2 - 40%, 1.5, 1.75. 2.0kW 의 전력을 변경하여 시험하였다, 사용 전력을 증가시킴에 따라 TiO2 코팅층의 두께가 증가되는 것을 확인하였다.
최외층인 이산화티타늄(TiO2)의 코팅층에 질소(N)를 도핑하기 위해, 반응기의 내부를 진공으로 만든 후 반응기 내부의 온도를 500℃로 상승시키면, 기 코팅된 이산화티타늄(TiO2)의 표면이 활성화된다. 여기에 H를 공급하면 활성화된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에서 Ti와 결합되어 있던 O가 H와 반응하여 H2O의 반응물이 생성되고, 이산화티타늄(TiO2)에서 산소(O)가 해리된 티타늄(Ti)가 생성되는 바, 이를 산소공동이라 한다. 산소공동이 생성된 티타늄(Ti)와 반응시키기 위해 NH3(암모니아) 가스 혹은 암모니아수를 주입하고 가압하고 승온하면, 질소(N)가 티타늄(Ti) 자리에 위치하면 치환형으로 도핑되고, 산소(O) 자리에 위치하면 침입형으로 도핑된다.
[실험예 1] 광투과율
실시예 1에 다른 질소도핑된 코팅층이 형성된 유리기판과, 질소도핑이 되지 않은 유리기판(대조군), 코팅층이 형성되지 않고 질소도핑된 유리기판(대조군2)에 대해 광투과율을 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하면 베어글라스(대조군)에 비해 본 발명의 질소도핑된 코팅층이 형성된 유리기판의 광 투과율이 자외선 파장대에서는 다소 저하되었으나, 가시광선 파장대에서는 98% 이상의 광투과율을 나타내는 것을 알 수 있다.
그 결과 도 7 및 8에 나타난 바와 같이 고투과율(98%급) 처리되고 최외층을 질소(N) 도핑된 이산화티타늄(TiO2)로 추가(122nm)로 코팅한 경우가 약간 더 우수한 염료 분해능이 있으나 고투과율(98%급) 효과가 급격히 떨어지는 문제가 있었다. 최외각층에 이산화규소(SiO2)를 박막으로 코팅처리하고 다시 질소(N) 도핑한 경우가 로다민 B 테스트 결과도 우수한 것을 알 수 있었으며, 이는 최외층인 이산화규소(SiO2) 내부의 이산화티타늄(TiO2)으로도 질소(N)가 도핑되고 이 내부층에서의 광촉매 반응에 의한 것이다.
[실험예 2] 항균테스트(자정능력)
항균성에 대한 재확인을 위해 항균성을 측정하는 또 다른 방법으로 균의 존재 여부 및 그 양을 측정 가능한 RLU tester기를 준비하여 비교하였다. 이 실험에는 500CC 비이커에 240RLU 급의 빗물을 넣고 상기 3가지 시편을 각각 넣고 2700K의 LED 램프를 이용하여 30분 후의 균의 양을 비교하였으며, 실험 결과 도 8에 나타난 바와 같이 도핑처리를 하지 않은 bare glass의 경우는 280 RLU, 2번째의 질소(N) 도핑된 이산화티타늄(TiO2)의 경우 10 RLU, 최외각층에 이산화규소(SiO2)를 처리하고 질소(N) 도핑된 유리(glass)의 경우는 26 RLU 값을 보여 주고 있었으며, 이는 LED등 하에서의 일반 글라스는 계속해서 균의 성장이 일어나지만, 본 실시예의 질소(N) 도핑된 이산화티타늄(TiO2) 관련 코팅층은 항균성(살균효과)이 아주 높다는 것을 알 수 있었다.
[실험예 3] UV-가시광 흡수능
실시예 1에 다른 질소도핑된 코팅층이 형성된 투광커버와 코팅층이 형성되지 않고 질소도핑된 투광커버(대조군2)에 대해 로다민 B 분해속도를 비교하여 광촉매 특성 테스트를 실시하였다.
[실험예 4] 페트리특성 분석
항균성에 대한 재확인을 위해 항균성을 측정하는 또 다른 방법으로 균의 존재 여부 및 그 양을 측정 가능하고 RLU test 내용과 비교하였다.
110, 110' : 광확산 투광커버
120 : 제1 코팅층
120a, 120b ; 제2 코팅층
121 : 실리카 코팅층
122 : 이산화티타늄 코팅층
150, 150' : 케이싱
160, 160' : 반사판

Claims (15)

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  11. 투광커버의 내면과 외면에 실리카(SiO2) 코팅층과 이산화티타늄(TiO2) 코팅층을 순차적으로 적층하여 이중층을 형성하는 단계;
    상기 이중층 형성단계를 1~4회 반복하는 단계; 및
    상기 투광커버의 외면 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에 가시광반응 물질을 도핑하는 단계;를 포함하는 조명등의 제조방법에 있어서,
    상기 투광커버의 외면 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에는 도핑되는 가시광반응 물질은 질소(N)이고,
    상기 가시광반응 물질을 도핑하는 단계는,
    진공상태의 반응기 내부에 코팅층을 배치하고 반응기 내부를 진공으로 만든 후, 온도를 450~550℃로 상승시켜 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층을 활성화시키는 단계;
    상기 반응기 내부를 수소 분위기에서 가열하여 활성화된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에서 티타늄(Ti)과 결합되어 있던 산소(O)가 수소(H)와 반응하여 수증기(H2O)를 발생시켜 이산화티타늄(TiO2)의 표면에 산소공동(oxygen vacancy)을 형성하는 단계;
    상기 수소와 산소가 반응하여 생성된 수증기(H2O)를 진공펌프에 의해 배기하는 단계;
    상기 반응기 내에 암모니아(NH3)의 주입하고 가압 및 승온시켜 산소공동(oxygen vacancy)이 형성된 이산화티타늄(TiO2)의 표면에 질소(N)가 티타늄(Ti) 자리에 위치시켜 치환형으로 도핑시키거나, 산소(O) 자리에 위치시켜 침입형으로 도핑하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명등의 제조방법.
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  15. 제11항에 있어서,
    상기 투광커버의 외면 코팅층의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층에 질소원자(N)를 도핑하는 단계에서의 최외각 이산화티타늄(TiO2) 코팅층은 하기 식 1 내지 3 중 어느 하나의 조성식을 갖는 것을 특징으로 하는 조명등의 제조방법.
    Ti O2-x Nx (1)
    Ti1-x O2 Nx (2)
    Ti1-x O2-y N x+y (3)
    (상기 식에서, 0.01≤x, y≤0.2 임)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108623184A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 洛阳尖端技术研究院 一种自清洁玻璃涂层的制备方法
KR20230000297A (ko) * 2021-06-24 2023-01-02 동의대학교 산학협력단 자가 세척능을 갖는 스마트 등기구

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000059432A (ko) * 1999-03-03 2000-10-05 이상철 방수 보온 덮개
KR20060133681A (ko) * 2005-06-21 2006-12-27 한국원자력연구소 가시광선에 감응하는 광촉매 이산화티타늄 박막 및 그 제조방법
KR101031547B1 (ko) 2010-04-29 2011-04-27 박범규 플라즈마 조명등용 투광창의 코팅방법 및 그 방법으로 제조된 플라즈마 조명등용 투광창
KR101127747B1 (ko) 2011-06-02 2012-03-22 주식회사 르꼬르 광특성을 향상시킨 엘이디조명등
KR20120084438A (ko) * 2011-01-20 2012-07-30 (주)엠케이 결정질 이산화티타늄 코어-비정질 이산화티타늄 쉘 형태의 이산화티타늄 광촉매, 그 제조방법 및 상기 이산화티타늄 광촉매를 포함한 친수성 코팅제
KR20140037491A (ko) * 2012-09-19 2014-03-27 한국세라믹기술원 질소가 도핑된 이산화티타늄 및 이의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000059432A (ko) * 1999-03-03 2000-10-05 이상철 방수 보온 덮개
KR20060133681A (ko) * 2005-06-21 2006-12-27 한국원자력연구소 가시광선에 감응하는 광촉매 이산화티타늄 박막 및 그 제조방법
KR101031547B1 (ko) 2010-04-29 2011-04-27 박범규 플라즈마 조명등용 투광창의 코팅방법 및 그 방법으로 제조된 플라즈마 조명등용 투광창
KR20120084438A (ko) * 2011-01-20 2012-07-30 (주)엠케이 결정질 이산화티타늄 코어-비정질 이산화티타늄 쉘 형태의 이산화티타늄 광촉매, 그 제조방법 및 상기 이산화티타늄 광촉매를 포함한 친수성 코팅제
KR101127747B1 (ko) 2011-06-02 2012-03-22 주식회사 르꼬르 광특성을 향상시킨 엘이디조명등
KR20140037491A (ko) * 2012-09-19 2014-03-27 한국세라믹기술원 질소가 도핑된 이산화티타늄 및 이의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108623184A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 洛阳尖端技术研究院 一种自清洁玻璃涂层的制备方法
KR20230000297A (ko) * 2021-06-24 2023-01-02 동의대학교 산학협력단 자가 세척능을 갖는 스마트 등기구
KR102533403B1 (ko) * 2021-06-24 2023-05-16 동의대학교 산학협력단 자가 세척능을 갖는 스마트 등기구

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