KR102045122B1 - Plasma Emitting Diode Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 쌍의 전극에 교류형 고전압을 인가하여 대기압 유전장벽방전 방식으로 플라즈마를 발생하는 플라즈마 칩을 패키징 형태의 플라즈마 방출 다이오드 소자로 제공한다. 플라즈마 다이오드 소자는 다량의 라디칼, 전자, 그리고 음이온 및 양이온이 확산에 의하여 방출된다. 플라즈마 소자의 전극연결을 위한 커넥터 및 전원장치와 결합된 모듈의 형태로도 제공된다. 본 발명의 플라즈마 방출 다이오드(PED) 소자 및 모듈은 의료 및 바이오 장치들의 제작을 위한 플라즈마 소스로 사용된다.The present invention provides a plasma chip for packaging plasma by applying an alternating current-type high voltage to a pair of electrodes to generate plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge method. Plasma diode devices emit large amounts of radicals, electrons, and anions and cations by diffusion. It is also provided in the form of a module combined with a connector and a power supply for the electrode connection of the plasma element. The plasma emitting diode (PED) devices and modules of the present invention are used as plasma sources for the fabrication of medical and bio devices.
Description
본 발명은 플라즈마 소스를 소자 형태로 제공하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for providing a plasma source in the form of an element.
지난 10여 년 동안 플라즈마의 의료 및 바이오 적용을 위한 연구가 관련 저널에 꾸준히 발표되어 왔다. 플라즈마는 병원균의 사멸, 인체 피부의 재생, 피부질환치료, 혈액 응고, 그리고 유기 및 무기 화합물의 분해 효과가 보고되어 왔다. 그에 따라 플라즈마의 이러한 효과를 이용한 의료 및 바이오 장치들이 개발되고 있다. 이들 장치에서 사용하는 플라즈마 소스는 여러 가지의 형태로 제시되고 있다. Over the last decade, research on the medical and bioapplications of plasma has been published in the relevant journals. Plasma has been reported to kill pathogens, regenerate human skin, treat skin diseases, coagulate blood, and degrade organic and inorganic compounds. Accordingly, medical and biodevices have been developed that exploit this effect of plasma. Plasma sources for use in these devices are presented in various forms.
그동안의 플라즈마 소스는 두 가지 형태가 주로 연구되어 왔다. 하나는 플라즈마 제트장치이고, 다른 하나는 유전장벽방전(Dielectric Barrier Discharge: DBD) 방식의 장치이다. 이들 장치들은 대개 인체 또는 피처리물에 직접 플라즈마를 조사하는 방식이다. 플라즈마 제트는 튜브형태의 용기에 소정의 유속으로 기체를 주입하고, 튜브의 끝 부분에 전극이 설치되어 발생 되는 플라즈마가 플럼(Plume)의 형태로 직접 피부에 조사하는 장치이다. Two types of plasma sources have been studied. One is a plasma jet device and the other is a dielectric barrier discharge (DBD) type device. These devices are usually a method of directly irradiating the plasma to the human body or the workpiece. The plasma jet is a device that injects gas into a tube-shaped container at a predetermined flow rate, and directly irradiates the skin in the form of a plume with plasma generated by installing an electrode at the end of the tube.
DBD 플라즈마는 유전층이 감싸진 전극에 교류형 고전압을 인가하고, 피부와 같은 전도성 피처리물이 유전체층에 접하여 피부를 접지전극(Floating Electrode)으로 삼아 피부에 직접 플라즈마가 발생하는 방식이다.DBD plasma is a method of applying an alternating current high voltage to an electrode wrapped in a dielectric layer, and a plasma is generated directly on the skin by using a conductive electrode such as skin in contact with the dielectric layer and using the skin as a grounding electrode.
이러한 플라즈마 소스는 피처리물에 대한 플라즈마 처리를 위해 개별적으로 제작해야 했다. 즉, 플라즈마 발생용 전극의 형태를 설계하고 유전체 형태 및 이들의 조합을 설계하여 동작시켜왔다. 플라즈마 소스는 대기압에서 적절한 전압으로 원활하게 플라즈마를 생성할 수 있어야 하므로 적용하는 각 경우마다 가급 저전압으로 풍부한 플라즈마와 활성종을 제공할 수 있도록 전극의 형상, 간격, 유전체의 두께 등을 설계해 왔다. 이와 같은 플라즈마 소스는 본 발명자에 의하여 제시된 플라즈마 패드(등록특허 제10-1657895호), 국내 등록특허 10-0515088호 등에서도 제안되어있다. These plasma sources had to be manufactured separately for the plasma treatment of the workpiece. That is, the shape of the electrode for plasma generation has been designed, the shape of the dielectric and the combination thereof have been operated. Since the plasma source must be able to generate a plasma smoothly at an appropriate voltage at atmospheric pressure, the shape, spacing, thickness of the dielectric, etc. have been designed to provide abundant plasma and active species at the lowest possible voltage in each application. Such a plasma source is also proposed in the plasma pad (registered patent No. 10-1657895), domestic registered patent No. 10-0515088, etc. presented by the present inventors.
플라즈마의 바이오 응용에 대해 무한한 가능성이 보이는 점에서 플라즈마 소스를 제작할 수 있는 기술분야의 엔지니어 외에 플라즈마 소스를 직접 제작하기 어려운 바이오 관련 분야 종사자 또는 일반인들이 자신들의 아이디어에 플라즈마를 응용하고자 할 때, 플라즈마 소스의 제작을 해당 분야 엔지니어에게 의뢰하여야만하는 제약이 따르고 있다.In addition to engineers in the technical field who can manufacture plasma sources, there are endless possibilities for plasma bio-applications. There is a restriction that requires the production of the product to a field engineer.
따라서 본 발명은 플라즈마 소스를 하나의 소자 형태로 제공하고자 하는 것이다. Therefore, the present invention is to provide a plasma source in the form of one device.
즉, 본 발명은 패키징된 형태의 플라즈마 방출 소자를 제공하여 필요에 따라 상기 플라즈마 방출 소자를 단독으로 사용하거나 직병렬로 연결하여 원하는 형태의 플라즈마 처리장치를 자유롭게 만들 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. That is, an object of the present invention is to provide a plasma emitting device in a packaged form so that the plasma emitting device can be used alone or connected in parallel in order to freely make a plasma processing device of a desired form.
특히, 본 발명은 플라즈마 소스를 피조사체의 근거리에 배치하여 플라즈마의 확산으로 피조사체에 플라즈마가 작용토록 하는 간접방식의 소자화된 플라즈마 소스를 제공하고자 한다.In particular, an object of the present invention is to provide an indirect deviceized plasma source in which a plasma source is disposed at a short distance of an irradiated object so that the plasma acts on the irradiated object by diffusion of the plasma.
또한, 본 발명의 목적은 의료분야를 비롯한 바이오 분야에 적용될 수 있는 소자화된 플라즈마 소스의 제공이다. 플라즈마 소스를 소자의 형태로 제공하되, 소자의 특성과 스팩을 밝혀 제공하여 소자의 신뢰성과 안전성에 대해 알려주며, 이러한 플라즈마 소자는 사용자의 편의성을 증진시킬 수 있다. It is also an object of the present invention to provide a deviceized plasma source that can be applied to the biotechnology field including the medical field. The plasma source is provided in the form of an element, and the characteristics and specifications of the element are revealed to provide information on the reliability and safety of the element, and the plasma element can enhance user convenience.
의료 및 바이오 장치의 용도에 따라서 다양한 플라즈마 소자를 제공하기 위하여 다음의 해결 과제들이 있다. In order to provide various plasma devices according to the use of medical and bio devices, the following problems are encountered.
첫째, 간접 조사방식의 플라즈마 소스를 위하여 낮은 방전 전압으로 고효율의 플라즈마 방출이 가능한 패키징 소자의 구조를 제공한다.First, the present invention provides a structure of a packaging device capable of high-efficiency plasma emission at a low discharge voltage for an indirect irradiation plasma source.
둘째, 두 개의 전극에 교류형 고전압을 인가하여 플라즈마가 발생하는 소스의 바람직한 전극구조가 필요하다. Second, there is a need for a desirable electrode structure of a source where plasma is generated by applying an alternating current high voltage to two electrodes.
셋째, 플라즈마 방전에 있어서 파센 법칙을 만족하는 방전 경로가 확보되어야 하고 플라즈마 소스에서 플라즈마의 확산으로 플라즈마가 용이하게 방출되는 패키징(packaging) 기술이 제공되어야 한다.Third, a discharge path that satisfies the Fassen's law should be secured in the plasma discharge, and a packaging technique in which the plasma is easily released by the diffusion of the plasma from the plasma source should be provided.
본 발명은 상기 목적에 따른 플라즈마 방출 다이오드 소자를 제공한다.The present invention provides a plasma emitting diode device according to the above object.
플라즈마의 발생은 유전장벽방전 방식을 채택한다. 즉, 유전층을 매개하여 교류 고전압을 인가하는 한 쌍의 전극이 설치된 플라즈마 소스를 소자화 한다.The generation of plasma adopts the dielectric barrier discharge method. That is, a plasma source provided with a pair of electrodes for applying an alternating current high voltage through the dielectric layer is deviceized.
소자화를 위하여 상기 플라즈마 소스를 패키징하여 제공한다.The plasma source is packaged and provided for deviceization.
패키징된 플라즈마 방출 다이오드 소자에 구비된 한 쌍의 전극에 전원을 쉽게 연결하도록 커넥터와 결합 된 소자를 제공한다.A device coupled with a connector is provided to easily connect a power supply to a pair of electrodes provided in a packaged plasma emitting diode device.
또한, 플라즈마 소자와 전원장치가 결합 된 플라즈마 모듈을 제공한다.In addition, the present invention provides a plasma module in which a plasma element and a power supply are combined.
본 발명의 플라즈마 방출 다이오드 (Plasma Emitting Diode: PED) 소자는 규격화된 형태와 스팩을 제공하여 플라즈마를 의료용을 비롯한 바이오 분야에 편리하게 사용되도록 한다. The Plasma Emitting Diode (PED) device of the present invention provides a standardized form and specification so that the plasma can be conveniently used in the field of biotechnology including medical use.
일례로 본 발명은, As an example, the present invention,
플라즈마 방출용 구멍을 구비한 하우징;A housing having a hole for plasma emission;
상기 하우징 내부에 안착 되는 상기의 플라즈마 방출 다이오드 소자;The plasma emitting diode device seated inside the housing;
상기 하우징 내부에 배치되어 상기 플라즈마 방출구 쪽으로 기류를 확산시키는 팬; 및A fan disposed inside the housing to diffuse airflow toward the plasma discharge port; And
일반 가정용 AC-전원의 소켓에 직접 삽입하여 사용할 수 있도록 상기 하우징 일측에 설치된 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 장치를 제공한다.It provides a plasma sterilization apparatus comprising a; a plug installed on one side of the housing so that it can be inserted directly into the socket of the general household AC-power source.
본 발명은 플라즈마 소스를 규격화하여 패키징된 소자 형태로 제공함으로써 더욱 많은 사람들이 좀 더 편리하게 플라즈마 기술을 이용할 수 있게 하였다. The present invention has standardized and provided a plasma source in the form of a packaged device, allowing more people to use plasma technology more conveniently.
즉, 본 발명의 플라즈마 방출 다이오드 소자는, 플라즈마의 라디칼 및 양/음-이온의 작용을 이용하는 의료 및 바이오 분야에서 널리 적용되게 하였다. That is, the plasma emitting diode device of the present invention has been widely applied in the medical and bio fields utilizing the action of radicals and positive / negative ions of plasma.
본 발명에 따라 소자화된 플라즈마 방출 다이오드는 그 특성 및 스팩을 제공함으로써 신뢰성과 안전성에 대해 알려주며, 사용자의 편의성을 제공한다. Plasma emitting diodes deviceized in accordance with the present invention provide their characteristics and specifications to inform about reliability and safety and provide user convenience.
본 발명의 플라즈마 방출 소자의 활용 분야는 다음과 같다.The field of application of the plasma emitting device of the present invention is as follows.
(1) 피부미용 및 피부치료장치로서 고질적인 피부질환 치료 장치에 활용된다. 고질피부질환은 피부암, 아토피, 여드름, 각종 피부염증(종기 및 욕창), 피부 건선, 습진, 무좀, 등이 있다. 그리고 플라즈마의 피부세포 활성화 효과를 이용하여, 화상치료, 수술 후의 상처회복, 두피 건강, 탈모방지 및 발모 촉진과 관련된 장치에도 사용된다. 그 외에 어린이 피부전염성 질환(수두 등)의 예방에도 적용될 수 있다. (1) It is used for the treatment of chronic skin diseases as a skin care and skin treatment device. Solid skin diseases include skin cancer, atopy, acne, various skin inflammations (boils and pressure sores), skin psoriasis, eczema, athlete's foot, and the like. It is also used in devices related to burn treatment, wound recovery after surgery, scalp health, hair loss prevention and hair growth promotion, using the skin cell activation effect of plasma. In addition, it can be applied to the prevention of children's skin infectious diseases (chickenpox, etc.).
(2) 각종 바이러스성 호흡기 질환 예방 장치(공기 살균 또는 손 소독 장치)에 적용될 수 있다. 이는 감기, 독감, 사스, 마스, 등의 예방 장치가 된다. (2) Applicable to various viral respiratory disease prevention devices (air sterilization or hand disinfection devices). This is a preventive device for colds, flu, SARS, mas, etc.
(3) 세균성 전염성 질환 예방장치에 적용된다. 눈병 등의 손에 의하여 전염되는 질환의 손 소독 장치에 적용 될 수 있다. 특히, 슈퍼 박테리아균(황색포도쌍구균 등)과 같이 항생제에 내성을 갖는 세균에 의한 전염을 방지하는 장치에 사용된다. 즉, 병원 및 병실, 수술실 전후 의사의 손 세척 및 멸균, 그리고 공공장소의 세균 박멸 장치에 작용된다.(3) Applied to the apparatus for preventing bacterial infectious diseases. It can be applied to the hand disinfection device for diseases transmitted by the hand such as eye disease. In particular, it is used for the apparatus which prevents transmission by bacteria which are resistant to antibiotics, such as superbacteria bacteria (yellow staphylococci etc.). That is, it is applied to the hand washing and sterilization of doctors in hospitals and hospitals, before and after operating rooms, and to eradicate bacteria in public places.
(4) 농수산물의 부패 방지 장치에 적용된다. 농수산물의 보관창고로서, 미곡류, 채소류, 과실류, 그리고 슈퍼 등의 식료품 보관대의 농수산물과 식료품의 부패 방지 장치에 응용된다.(4) Applied to anti-corruption devices of agricultural and marine products. It is a storage warehouse of agricultural and marine products, and is applied to the anti-corruption device of agricultural and marine products and foodstuffs of food storage such as rice, vegetables, fruits, and supermarkets.
(5) 농축산 사육장(소, 양돈장 및 양계장)의 멸균과 조류 병원균(AI 등) 닭진드기 박멸에 사용된다.(5) Used to sterilize livestock breeding farms (cows, pig farms and poultry farms) and to eradicate avian pathogens (such as AI).
(6) 군사용으로서, 화생방 독가스 제거, 탄저균 제거 등에 사용된다. 관련 제독 장치와 군용 플라즈마 가운 등에는 웨어러블 형태로 적용된다.(6) For military purposes, used for removal of chemical poisoning gases, anthrax removal, etc. It is applied in the form of wearable to related detoxification device and military plasma gown.
즉, 본 발명의 플라즈마 방출 소자를 적용한 장치들의 형태는 피부치료기, 멸균기, 공기청정기, 탈취기, 가습기, 웨어러블 플라즈마 의류(모자, 신발, 밴티, 카운), 등과 같으며, 매우 광범위하게 응용될 수 있다.That is, the types of devices to which the plasma emitting device of the present invention is applied are the same as a skin treatment device, a sterilizer, an air cleaner, a deodorizer, a humidifier, a wearable plasma garment (hat, shoes, vanity, count), and the like, and can be applied to a wide range of applications. have.
이들 장치에 사용되는 플라즈마 소자에서 방출되는 대기 플라즈마는 일정 시간 경과 후에 다시 대기로 환원되므로, 플라즈마는 친환경 무공해 물질의 특징을 갖는다. Since the atmospheric plasma emitted from the plasma elements used in these devices is reduced back to the atmosphere after a certain time elapses, the plasma has the characteristics of environmentally friendly pollution-free materials.
도 1은 본 발명의 PED 칩(Chip)으로서 전극의 배치 방식에 따라서 (a) 선형의 양면전극형, (b) 원환형의 양면 전극형, (c) 공면 전극형, 그리고 (d) 대향 전극형의 도시이다.
도 2는 PED-Chip의 예시에 따른 방전 사진이다.
도 3은 PED-칩 Package의 도시이다.
도 4는 PED-Pakage의 전기장에 대한 방전 경로와 각 경로에 대한 방전 전압을 나타내는 개념도이다.
도 5는 PED-pakage에 고전압 전극을 연결하는 커넥터와 결합된 ‘커넥터 결합 PED'의 도시이다. 사용자 편의를 위하여 커넥터가 결합된 PED-소자를 제공한다.
도 6은 Connecting PED-Pakage의 예시에 따라 제작된 Mock-up 장치의 실물과 방전 사진이다.
도 7는 PED Module의 예시이다. 도 7(a)는 DC-전원 입력용이며, 도 7(b) 일반 AC-전원 입력용이다.
도 8과 도 9는 PED-module의 Mock-up장치로 제작된 실물 사진이며, 도 8은 도 7(a)의 DC 전원입력용 PED-Module의 사진이고, 도 9는 도 7(b)의 일반 AC-전원을 입력으로하는 PED-module의 사진이다.1 is a PED chip of the present invention according to the arrangement of the electrode (a) linear double-sided electrode type, (b) toroidal double-sided electrode type, (c) coplanar electrode type, and (d) counter electrode It is a city of brother.
2 is a discharge photograph according to an example of a PED-Chip.
3 shows a PED-chip package.
4 is a conceptual diagram illustrating a discharge path for an electric field of a PED-Pakage and a discharge voltage for each path.
5 is an illustration of a 'connector coupling PED' coupled with a connector connecting a high voltage electrode to the PED-pakage. Provided is a PED element with a connector coupled for user convenience.
6 is a real and discharge photograph of the mock-up device manufactured according to the example of the connecting PED-Pakage.
7 is an illustration of a PED Module. Fig. 7 (a) is for DC-power input and Fig. 7 (b) is for general AC-power input.
8 and 9 are real pictures produced by the mock-up device of the PED-module, Figure 8 is a picture of the PED-Module for DC power input of Figure 7 (a), Figure 9 (b) This is a picture of a PED module with a normal AC power input.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 인체를 비롯한 바이오 생체 또는 전도성 피처리물에 플라즈마를 적용하는 또 다른 방식으로서, 플라즈마를 인체 피부나 대상 물체에 직접 조사하지 않고 간접 조사하는 방식의 플라즈마 소스를 패키징된 소자로 제공하고자 한다. 즉, 플라즈마 소스를 피조사체(피처리물)의 근거리에 배치하여 플라즈마의 확산으로 피조사체에 플라즈마가 작용토록 하는 방식이다. 이러한 방식의 플라즈마 장치는 최근에 본 발명자에 의하여 제시된 플라즈마 패드(등록특허 제10-1657895호)와 관련된 플라즈마 패취, 플라즈마 붕대, 플라즈마 모자, 플라즈마 의류 등의 제작을 위한 플라즈마 소스로 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 플라즈마를 이용한 멸균 장치, 공기청정기, 매연 등 각종 유기 및 무기의 기체의 분해 장치, 그리고 탈취 장치, 등에도 용이하게 사용될 수 있다. The present invention is another method of applying a plasma to a bio-organic or conductive object, including the human body, to provide a plasma source of the indirectly irradiated plasma to the packaged device without directly irradiating the plasma on the human skin or object. . In other words, the plasma source is placed at a short distance from the irradiated object (the object to be treated) and the plasma is applied to the irradiated object by the diffusion of the plasma. This type of plasma apparatus can be easily applied as a plasma source for the fabrication of plasma patches, plasma bandages, plasma caps, plasma garments, and the like, recently associated with the plasma pad (patent 10-1657895) proposed by the present inventors. . In addition, it can be easily used in a sterilization apparatus using a plasma, an air cleaner, a decomposition device of various organic and inorganic gases such as smoke, and a deodorization apparatus.
따라서 본 발명은 플라즈마의 간접 조사 방식을 채용하는 장치에 사용되는 플라즈마 소스를 소자 형태로 제공하고자 한다. 이러한 플라즈마 방출 소자는 플라즈마 방출 모듈의 형태로도 제공된다. 이러한 플라즈마 소자는 규격화에 의한 상용화로 관련 장치의 제작에 편의성과 신뢰성을 제공한다. Accordingly, the present invention is to provide a plasma source used in the device in the form of an element that employs an indirect irradiation method of the plasma. Such a plasma emitting device is also provided in the form of a plasma emitting module. Such plasma devices provide convenience and reliability in the manufacture of related devices by commercialization by standardization.
그러나 본 발명의 플라즈마 방출 소자는 필요에 따라 피부와 같은 피처리물에 직접 접하는 직접 방식에도 응용될 수 있다. However, the plasma emitting device of the present invention can also be applied to a direct manner in direct contact with an object such as skin, if necessary.
본 발명의 플라즈마 방출 소자와 연관이 있는 종래의 장치로는 모듈(Module) 형태의 이온 발생 장치로서 Fly-Back Transformer(FBT) 모듈과 플라즈마 클러스터(Plasma Cluster) 모듈이 있다. 상기 FBT와 Plasma Cluster 장치는 침상의 전극에 고전압을 인가하여 가느다란 전극 끝에 발생하는 미세한 코로나 방전으로부터 이온을 방출하는 장치이다.Conventional devices associated with the plasma emitting device of the present invention include a module-type ion generating device, a Fly-Back Transformer (FBT) module and a Plasma Cluster module. The FBT and the Plasma Cluster apparatus are devices that emit ions from minute corona discharge generated at the end of a thin electrode by applying a high voltage to the needle-shaped electrode.
FBT와 Plasma Cluster는 부품으로서 사용 용도에 맞도록 장치화 하여 사용한다. 주로 냉장고나 의류 가구의 내부에 설치하여 음이온 발생으로 세균을 제거하는 장치나 실내 공기 청정기에 부품으로 내장하여 사용된다.FBT and Plasma Cluster are parts that are used to fit the intended use. Mainly installed inside refrigerator or clothing furniture, it is used as a component to remove germs by generating negative ions or indoor air purifier.
국내 등록특허 10-0515088호에서도 침상의 전압을 이용한 코로나 방전으로 음이온을 발생시키고 고전압을 스팀에 인가하여 물분자를 양이온으로 방전시키는 피부 미용 장치를 개시하며, 상기 장치들과 유사한 구성을 보이나 멸균 효과를 얻기는 어려운 구성이다.Korean Patent No. 10-0515088 also discloses a skin care device that generates negative ions by corona discharge using a needle voltage and discharges water molecules into cations by applying high voltage to steam. It is a difficult configuration to get.
본 발명의 플라즈마 소스는 상기 코로나 방전 방식의 이온발생기에 비하여 다량의 라디칼과 함께 전자와 음이온 및 양이온을 방출할 수 있다. 본 발명은 대기 분위기에서 유전층 장벽 방전 방식의 플라즈마 소자로서, 이때 방출되는 플라즈마 입자들은 전자뿐만이 아니라 산소계열(O), 질소계열(N), 그리고 수소계열(H 및 OH)의 양이온 및 음이온, 그리고 라디칼(Radical) 등의 입자들을 포함한다. 따라서 이들 다량의 플라즈마 입자들은 멸균효과 이외에 피부질환치료 및 피부 세포 재생, 혈액 응고, 유기 및 무기물의 분해 및 탈취 효과가 있다.The plasma source of the present invention can emit electrons, anions and cations with a large amount of radicals as compared to the corona discharge ion generator. The present invention is a plasma element of the dielectric layer barrier discharge method in the atmosphere, wherein the plasma particles are not only electrons but also oxygen-based (O), nitrogen-based (N), and hydrogen-based (H and OH) cations and anions, and Particles such as radicals. Therefore, in addition to the sterilizing effect, these large amounts of plasma particles have a skin disease treatment, skin cell regeneration, blood coagulation, organic and inorganic decomposition and deodorizing effects.
이들 플라즈마 입자들 중에 세균류에 주로 작용하여 멸균효과를 가져오는 것은 강한 산화력을 갖는 OH 계열과 오존(O3), 그리고 양이온인 H+와 음이온인 O2 -이다. 상기 OH 계열은 세균에 작용하여 세균 내의 H-원자를 흡수하여 세균을 사멸한다. 양이온과 음이온도 병원균에 부착되어 OH-라디칼을 형성하고 세균 내의 H-원자를 흡수하여 병원균을 사멸한다. Among these plasma particles, the bactericidal effect mainly on bacteria is OH series, ozone (O 3 ), cations H + and cations O 2 - with strong oxidizing power. The OH series acts on bacteria and absorbs H-atoms in the bacteria to kill the bacteria. Cations and anions also attach to pathogens to form OH-radicals and absorb H-atoms in bacteria, killing pathogens.
상기 오존은 병원균에 작용하여 강력한 산화작용으로 병원균을 직접 사멸한다. 따라서 실내외의 멸균장치에 사용되고, 인체피부질환치료 장치에 사용될 수 있다. The ozone acts on pathogens and directly kills them by powerful oxidation. Therefore, it can be used in indoor and outdoor sterilization apparatus, and can be used in human skin disease treatment apparatus.
또한, 이들 플라즈마 입자들은 유기 및 무기물의 분해 기능이 탁월하여 매연 등의 유무기 기상의 화합물을 제거하고 탈취 기능이 우수하므로, 실내공기청정기나 탈취 장치에 활용된다. In addition, these plasma particles are excellent in the decomposing function of organic and inorganic materials to remove organic and inorganic gaseous compounds such as soot and excellent deodorizing function, it is utilized in indoor air cleaners or deodorizers.
한편, 피부 세포 활성화 효과는 주로 질소계열의 라디칼(Radical Nitride Species)이 피부조직에 작용하는 것으로 보고되었다. 따라서 피부의 노화 방지, 상처 및 손상된 피부의 재생, 피부주름 개선, 탈모방지 및 발모 촉진의 기능이 있다. On the other hand, the skin cell activation effect has been reported that the radical Nitride Species mainly act on the skin tissue. Therefore, there is a function of anti-aging of the skin, regeneration of wounds and damaged skin, improvement of wrinkles, prevention of hair loss and promotion of hair growth.
본 발명은 상기와 같이 다양하게 응용될 수 있는 DBD 방식의 플라즈마 소스로서, 전자, 음이온 및 양이온, 그리고 플라즈마 라디칼을 방출하는 플라즈마 방출 다이오드(PED: Plasma Emitting Diode) 소자 및 모듈을 개시한다.The present invention discloses a plasma source diode (PED) device and module for emitting electrons, anions and cations, and plasma radicals as a DBD type plasma source that can be variously applied as described above.
도 1은 본 발명의 PED 칩(Chip)으로서 전극의 배치 방식에 따라서 (a) 선형의 양면전극형, (b) 원환형의 양면 전극형, (c) 공면 전극형, 그리고 (d) 대향 전극형으로된 전극 모듈의 도시이다.1 is a PED chip of the present invention according to the arrangement of the electrode (a) linear double-sided electrode type, (b) toroidal double-sided electrode type, (c) coplanar electrode type, and (d) counter electrode It is an illustration of the electrode module in the form.
도 1(a)와 도 1(b)는 유전층의 상하면에 설치되는 두 전극의 형태가 각각 선형과 원환형이다. 도 1(c)는 시료면 위에 두 전극이 동일면 상에 설치되고, 그 위에 유전층이 도포되는 공면 방전 방식이다. 도 1(d)는 하나의 유전층이 스페이서의 역할을 하고, 대향의 두 전극이 각각의 유전층에 형성되는 대향 방전 방식이다. 두 개의 제1전극과 제2전극에 교류형 고전압을 인가하여, 전극 사이의 유전층의 면 위에 플라즈마가 발생한다. 제1전극은 유전체 t1 하면에 원반형으로 형성하고 제2전극은 고리형으로 스페이서 t2 위에 있는 유전체 t3 위 또는 위와 아래를 둘러싸듯 형성되며, 유전체 t3는 제2 전극의 중앙 개구부(구멍(231))에 맞추어 개구부를 갖게 하였다. 1 (a) and 1 (b), two electrodes provided on the upper and lower surfaces of the dielectric layer have linear and toroidal shapes, respectively. Figure 1 (c) is a coplanar discharge method in which two electrodes are provided on the same surface on a sample surface and a dielectric layer is applied thereon. FIG. 1D illustrates a counter discharge method in which one dielectric layer serves as a spacer and two opposite electrodes are formed in each dielectric layer. By applying an alternating current high voltage to the two first electrodes and the second electrode, plasma is generated on the surface of the dielectric layer between the electrodes. The first electrode is formed in a disk shape on the lower surface of the dielectric t1, and the second electrode is annularly formed to surround the top or the bottom of the dielectric t3 on the spacer t2, and the dielectric t3 is the central opening (hole 231) of the second electrode. In accordance with the opening portion.
도 1의 PED-Chip의 주요 방전 변수는 유전층 두께(t), 전극의 선폭(w), 그리고 전극 사이의 갭(gap) 간격 d 이다. 이들 방전 변수에 따라서 PED-Chip의 특성이 결정된다. 전극간격 d는 두 개의 전극을 동일평면상으로 투사하였을 때 서로 이격된 간격을 말한다. The main discharge parameters of the PED-Chip of FIG. 1 are the dielectric layer thickness t, the line width w of the electrodes, and the gap spacing d between the electrodes. These discharge variables determine the characteristics of the PED-Chip. The electrode spacing d refers to the spacing spaced apart from each other when two electrodes are projected on the same plane.
유전층의 재료는 고체 박판과 폴리머재의 박형 필름이 가능하다. 고체 박판의 재료는 세라믹재나 유리재(일반 유리 혹은 Quartz) 일 수 있다. 유연한 박형의 필름은 폴리이미드 필름, 강화유리필름, 그리고 일반 비닐계 필름, 등이 가능하다. 일반적으로 유전율이 높은 유전재료와 플라즈마의 부식(eroson)에 강한 재료가 바람직하다. 본 발명자의 실험에 의하면, 장시간의 방전에도 충분히 견디는 세라믹재의 알루마이트(Al2O3)와 실리콘으로 표면이 강화된 폴리이미드 필름이 유전층으로 바람직함을 확인하였다.The material of the dielectric layer may be a solid thin film and a thin film of a polymer material. The material of the solid thin plate may be ceramic material or glass material (general glass or quartz). Flexible thin films may be polyimide film, tempered glass film, and general vinyl film. In general, a dielectric material having a high dielectric constant and a material resistant to eroson of plasma are preferable. According to the experiments of the present inventors, it was confirmed that the dielectric layer was preferably aluminite (Al 2 O 3 ) of a ceramic material and a polyimide film whose surface was reinforced with silicon sufficiently to withstand a long discharge.
본 발명의 PED-Chip은 전극에 교류 고전압 약 1 kV (rms: root mean square)가 인가되어 플라즈마 방전되며, 유전층은 절연파괴가 방지되는 최소한의 두께를 갖는 것이 바람직하다.The PED-Chip of the present invention is plasma discharged by applying an alternating current high voltage of about 1 kV (rms: root mean square), and the dielectric layer preferably has a minimum thickness to prevent dielectric breakdown.
도 1(a)와 도 1(b)는 양면 전극형 플라즈마 소스의 전극 구조이다. 유전층의 두께(t)는 얇을수록 캐패시턴스가 커지므로 방전 전압을 낮추어 준다. 세라믹재의 경우 파손되지 않는 범위에서 최소 두께 100 um 이하가 바람직하지만, 세라믹의 제작상의 어려움으로 500 um 이하를 사용할 수 있다. 표면이 실리콘으로 강화된 폴리이미드 필름은 유연하므로 상용화 필름을 감안하여 최소 25 um 내지는 125 um을 사용하되, 필요에 따라서 필름을 서로 붙여서 복수층으로 할 수 있으며, 300 um 이하의 박막이 바람직하다. 제1전극과 제2전극 사이의 간격(d)은 유전층의 두께(t) 보다 작은 (0≤ d ≤ t)가 바람직하다.1 (a) and 1 (b) are electrode structures of a double-sided electrode type plasma source. The thinner the thickness t of the dielectric layer, the greater the capacitance, thereby lowering the discharge voltage. In the case of a ceramic material, a minimum thickness of 100 um or less is preferable within a range not to be damaged, but 500 um or less may be used due to difficulty in manufacturing the ceramic. Since the polyimide film whose surface is reinforced with silicon is flexible, at least 25 um to 125 um may be used in consideration of a commercialized film, but if necessary, the films may be attached to each other to form a plurality of layers, and a thin film of 300 um or less is preferable. The spacing d between the first electrode and the second electrode is preferably smaller than the thickness t of the dielectric layer (0 ≦ d ≦ t).
전극의 폭(w)은 PED의 플라즈마 발생량에 영향을 준다, 따라서 인가되는 입력 전력이 전극 폭(w)에 비례한다. 본 발명자의 실험에 의하면, 전극 폭 w = 1 mm이면, PED의 소모 전력은 약 0.5 W(Watt)이고, w = 3 mm이면 약 1.5 W가 된다. 대개 전극폭(w)에 비례하는 전력용량을 갖는 PED 소자가 제공될 수 있다. The width w of the electrode affects the plasma generation amount of the PED, so that the input power applied is proportional to the electrode width w. According to the experiments of the present inventors, the power consumption of the PED is about 0.5 W (Watt) when the electrode width w = 1 mm, and about 1.5 W when w = 3 mm. A PED element can be provided which has a power capacity that is usually proportional to the electrode width w.
따라서 본 발명의 PED 소자의 특성, 즉 방전 전압 및 방전 효율은 유전체 소재의 유전 상수(K)와 유전층의 두께(t)에 따라서 좌우되며, 소모 전력별 PED 소자는 전극 폭 w를 변화하여 용이하게 제작된다. Therefore, the characteristics of the PED device of the present invention, that is, the discharge voltage and the discharge efficiency depends on the dielectric constant (K) of the dielectric material and the thickness (t) of the dielectric layer, and the PED device for each power consumption can be easily changed by changing the electrode width w. Is produced.
도 1(c)의 공면전극형 소자는 마이크로 스케일의 미소방전(micro-discharge)에 적합한 구조이다. 공면전극 구조는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP: Plasma Display Panel)의 제조 공법으로 제작되는 것이 바람직하다. 유리판 위에 실버 페이스트에 의하여 전극을 형성하고, 유전층은 PbO와 같은 강유전체를 도포한다. 공면전극형에서 유전층의 두께 t와 전극간의 간격 d는 같은 스케일 (t ∼ d)가 바람직하며, 본 실시예에서는 각각 100 um의 크기로 제작되었다. t, d는 필요에 따라 조절될 수 있으며, 10 내지 1000 um가 될 수 있다. The coplanar electrode device of FIG. 1C is a structure suitable for micro-discharge of a micro scale. The coplanar electrode structure is preferably manufactured by a manufacturing method of a plasma display panel (PDP). Electrodes are formed on the glass plate by silver paste, and the dielectric layer is coated with a ferroelectric such as PbO. In the coplanar electrode type, the thickness t of the dielectric layer and the distance d between the electrodes are preferably the same scale (t to d). In this embodiment, the thickness t is 100 μm. t, d may be adjusted as needed, and may be 10 to 1000 um.
이러한 마이크로 스케일의 공면 방전의 구동 전압은 대개 1kV 이하의 낮은 전압으로 방전이 가능하며, 소모 전력 1 W 이하의 PED 소자로 제공될 수 있다. The driving voltage of the micro-scale coplanar discharge can be discharged to a low voltage of usually 1 kV or less, and can be provided as a PED element having power consumption of 1 W or less.
도 1(d)는 대향전극형 구조이다. 이와 유사한 전극구조가 본 발명자의 특허출원 제10-2016-0104031, '고효율 플라즈마 소스'에 소개되어 있다. 여기서 유전체는 삼층의 유전층(각각의 두께 t1, t2, t3)을 구비한다. 유전층 t1의 아래에 제1전극, 유전층 t2는 스페이서 필름(spacer film), 그리고 유전층 t3에 제2전극이 설치된다. 유전층 t2와 유전층 t3의 중앙에 방전공간이 형성되는 것이 특징이다. 제2전극이 유전층 t3의 중앙의 개구부 가장자리에 위와 아래에 걸쳐 형성된다. 본 발명자의 실험에 의하면, 각 유전층의 두께 t를 100 um로 하여 제작된 플라즈마 소스는 입력 전압 약 1 kV에 대하여 플라즈마가 원활하게 발생한다. 그러나 제2전극이 유전층 t3의 하부 면에만 설치되는 경우는 약 1 kV의 교류 전압에 대하여 방전이 원활하지 않다. 이에 대해서는 다음의 도 4에서 다시 설명한다. Fig. 1 (d) shows a counter electrode structure. A similar electrode structure is introduced in our patent application 10-2016-0104031, 'High Efficiency Plasma Source'. Here the dielectric has three dielectric layers (t1, t2, t3, respectively). The first electrode, the dielectric layer t2 is provided with a spacer film, and the second electrode is disposed under the dielectric layer t1. Discharge space is formed in the center of the dielectric layer t2 and the dielectric layer t3. A second electrode is formed over and below the edge of the opening in the center of the dielectric layer t3. According to the experiments of the present inventors, the plasma source produced with a thickness t of each dielectric layer of 100 um smoothly generates plasma with respect to an input voltage of about 1 kV. However, when the second electrode is provided only on the lower surface of the dielectric layer t3, the discharge is not smooth with respect to an alternating voltage of about 1 kV. This will be described later in FIG. 4.
도 2는 PED-Chip의 예시에 따른 방전 사진이다.2 is a discharge photograph according to an example of a PED-Chip.
도 2(a)는 500 um 두께의 세라믹(Alumina) 유전층의 상하에 도 1(a)의 전극형태로서 전극폭 5 mm인 선형 전극을 설치한 PED-Chip의 방전 사진이다. 방전 교류 전압(rms)은 약 1.2 kV이다.FIG. 2 (a) is a discharge photograph of a PED-Chip having a linear electrode having an electrode width of 5 mm as an electrode form of FIG. 1 (a) above and below a 500 μm-thick ceramic dielectric layer. The discharge AC voltage rms is about 1.2 kV.
도 2(b)는 125 um 두께의 폴리이미드 필름에 도 1(b)의 전극구조에 대한 방전 사진이다. 중앙의 제1전극의 직경이 5 mm 였고, 방전 교류 전압(rms)은 약 1 kV이다. Figure 2 (b) is a discharge photograph of the electrode structure of Figure 1 (b) on a 125 um thick polyimide film. The diameter of the center first electrode was 5 mm, and the discharge AC voltage rms was about 1 kV.
도 3은 PED-칩 패키지(Package) 모듈의 도시이다. 3 is an illustration of a PED-chip package module.
도 3(a)는 PED-칩을 상판과 하판 사이에 설치하고, 상하판 사이에 스페이서(Spacer)를 설치하여 방전 공간을 확보한다. 도 3(b)는 단면 플라즈마의 패키지 방식이다. 하판 위에 PED-칩을 놓고, 칩과 상판과의 간격이 수 mm의 공간이 유지되도록 상판을 설치한다. 도 4(c)는 양면방전 방식의 PED의 패키지이다. PED 소스의 면과 상판과 하판 사이에 각각 수 mm 이상의 간격을 확보하여 플라즈마의 발생 공간과 플라즈마가 패키지의 옆면으로 확산 될 수 있는 공간을 확보한다. 상판 및 하판과 스페이서는 고전압에 영향이 없는 절연재를 적용하며 플라스틱이 바람직하다. PED-패키지의 크기는 칩의 최소 크기 2 cm x 1 cm에 대하여 상판과 하판의 두께가 각각 약 1 mm이며, 스페이서의 높이는 상하부 각각 2 mm이다. 따라서 전체 pakage 모듈의 최소 크기는 2 cm x 2 cm x 0.6 cm의 작은 소자가 된다. PED의 크기는 전력용량에 따른 플라즈마 발생량에 비례적으로 정해진다. 상기 수치는 예시적이며, 좀 더 작게 또는 크게 만들 수 있다. 크기에 따라 인가전압을 제시하여 사용자의 편의를 제공할 것이다. 바람직하게는 작은 사이즈의 패키지 된 소자를 제공하고 이에 대해 사용자가 필요에 따라 소자를 다수 연결하여 사용하도록 한다. 3 (a) shows a discharge space by installing a PED chip between an upper plate and a lower plate, and a spacer between the upper plate and the lower plate. Figure 3 (b) is a package of the cross-sectional plasma. Place the PED chip on the bottom plate, and install the top plate so that the space between the chip and the top plate is several mm apart. Figure 4 (c) is a package of the double-sided discharge type PED. A space of several mm or more is secured between the surface of the PED source and the upper and lower plates, respectively, to secure a space for generating the plasma and a space for the plasma to diffuse to the side of the package. The upper plate, the lower plate and the spacer apply an insulating material which does not affect high voltage, and plastic is preferable. The size of the PED-package is about 1 mm thick for the top plate and bottom plate for the minimum size of 2 cm x 1 cm of the chip, and the height of the spacer is 2 mm for the top and bottom portions, respectively. Therefore, the minimum size of the entire pakage module is a small device of 2 cm x 2 cm x 0.6 cm. The size of the PED is proportional to the amount of plasma generated according to the power capacity. The figures are exemplary and can be made smaller or larger. According to the size, the applied voltage will be presented to provide the user's convenience. Preferably, a small sized packaged device is provided and a user can connect and use a plurality of devices as necessary.
본 발명의 실시예에서 보인 도 1 및 도 2의 전극 구성 외에 다른 형상의 DBD 방식의 전극 구성에 대해서도 패키징을 실시하여 PED화할 수 있다. 이 경우에도 패키지 구성요소인 상판과 하판 그리고 방전 공간을 확보할 수 있는 스페이서를 반드시 구비하여야 하며 사용상의 편리성을 위해 후술되는 커넥터도 구비하는 것이 바람직하다. In addition to the electrode configuration shown in FIGS. 1 and 2 shown in the embodiment of the present invention, the electrode configuration of the DBD method having a different shape may be packaged to form a PED. Even in this case, the upper and lower plates, which are package components, and spacers for securing a discharge space must be provided, and a connector to be described below is also provided for convenience of use.
도 4는 PED-Pakage의 전기장에 대한 방전 경로와 각 경로에 대한 방전전압을 나타내는 개념도 이다. 양단 전극 간의 전기장이 불균일한 대기압 방전에서 방전 경로들에 대한 파센 법칙(Pachen's Law)을 적용하면, 방전 경로의 길이가 유전층의 두께 t보다 긴 경로가 주 방전 경로로 작용하여 플라즈마가 발생한다(참고문헌: Japanese Journal of Applied Physics, 37권, 페이지 1178-1180, 1998, ‘Analysis of Firing Voltage in a Plasma Dispaly Panel of Coplaner Electrodes'). 도 4(a)의 S1-S5의 경로에 대한 파센 법칙을 적용하면, 도 4(b)와 같은 방전 전압(VB)와 방전 경로의 길이 S와의 관계가 주어진다. 따라서 PED의 패키징에서 PED-Chip 면과 패키징 상판 및 하판 사이는 PED-Chip 두께보다 큰 간격이 유지되어야 하며, 바람직한 스페이서의 높이 H는 최소 2 mm 이상이 되어야 한다. 도 1(d)의 대향 방전의 구조에서도 방전 경로의 길이가 긴 전극구조가 되어야 한다. 즉, 도 1(d)에서 유전층 t3의 하부에 있는 제2 전극만으로는 방전이 되지 않고, 유전층 t3의 상부로 제2전극이 연장되어, 전기장을 따르는 방전 경로가 길어야 플라즈마가 발생한다. 따라서 이러한 방전 경로를 고려하여 전극의 구조와 상하판 간의 스페이서 높이 H가 결정되어야 한다. 4 is a conceptual diagram illustrating a discharge path for an electric field of a PED-Pakage and a discharge voltage for each path. When applying the Pachen's Law for the discharge paths in an atmospheric pressure discharge with an uneven electric field between the electrodes, a path with a length longer than the thickness t of the dielectric layer acts as a main discharge path, thereby generating plasma. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 37, pp. 1178-1180, 1998, Analysis of Firing Voltage in a Plasma Dispaly Panel of Coplaner Electrodes. Applying the Fassen law for the path of S1-S5 in Fig. 4 (a), the relationship between the discharge voltage VB and the length S of the discharge path as shown in Fig. 4 (b) is given. Therefore, in the packaging of the PED, the gap between the PED-Chip face and the top and bottom of the packaging should be maintained larger than the thickness of the PED-Chip, and the preferred height H of the spacer should be at least 2 mm. Also in the structure of the counter discharge of FIG. 1 (d), the electrode structure having a long discharge path should be used. That is, in FIG. 1 (d), only the second electrode under the dielectric layer t3 does not discharge, but the second electrode extends over the dielectric layer t3, so that a plasma is generated only when the discharge path along the electric field is long. Therefore, in consideration of this discharge path, the spacer height H between the structure of the electrode and the upper and lower plates should be determined.
도 5는 PED-pakage에 고전압 전극을 연결하는 커넥터와 결합된 ‘커넥터 결합 PED'의 도시이다. 사용자 편의를 위하여 커넥터가 결합된 PED-소자를 제공하였다. 커넥터는 PED에 결합할 수 있는 플러그(소켓) 형태로 되어있고 플러그에 전선이 접속되어 플러그를 PED에 접속하면 PED 전극에 전선의 단자부가 접속된다. PED의 두 전극으로부터 각각 전기 접속이 쉽게 이루어지도록 단자부를 인출하여 커넥터의 단자 접속부에 고정시켜 놓을 수 있다. 5 is an illustration of a 'connector coupling PED' coupled with a connector connecting a high voltage electrode to the PED-pakage. For the convenience of users, a PED device having a connector is provided. The connector is in the form of a plug (socket) that can be coupled to the PED. When the wire is connected to the plug and the plug is connected to the PED, the terminal portion of the wire is connected to the PED electrode. The terminal part can be drawn out and fixed to the terminal connection part of the connector so that electrical connection can be easily made from each of the two electrodes of the PED.
도 6은 Connecting PED-Pakage의 예시에 따라 제작된 Mock-up 장치의 실물과 방전 사진이다. 도 6(a)는 커넥터와 결합된 PED이며, 도 6(b)는 커넥터의 플러그를 분리한 사진이다. PED-package의 크기는 2 cm x 1 cm x 0.6 cm이며, 커넥터는 2 cm x 2 cm x 0.6 cm이다. 전원장치로부터 전압을 인가하여 PED의 방전 사진이 도 6(c)(PED 윗면)와 도 6(d)(PED 측면의 양면 방전)이다.6 is a real and discharge photograph of the mock-up device manufactured according to the example of the connecting PED-Pakage. Figure 6 (a) is a PED coupled to the connector, Figure 6 (b) is a picture of removing the plug of the connector. The PED-
도 7는 PED Module의 예시이다. 도 7(a)는 DC-전원 입력용이며, 도 7(b) 일반 AC-전원 입력용이다. 모듈의 몸체 내부에는 고전압 전원장치가 내장된다. 일반적으로 고전압 전원은 DC-AC 인버터를 사용하는 경우, 트랜스포머 이차코일 양단의 제1단자와 제2단자는 PED-Chip의 제1전극과 제2전극에 각각 연결된다. 인버터 입력은 DC나 AC전원을 레규레이터와 스위칭 회로를 통하여 트랜스포머 일차측 코일에 입력된다.7 is an illustration of a PED Module. Fig. 7 (a) is for DC-power input and Fig. 7 (b) is for general AC-power input. Inside the body of the module is a high voltage power supply. In general, when a high-voltage power supply uses a DC-AC inverter, the first terminal and the second terminal of both ends of the transformer secondary coil are connected to the first electrode and the second electrode of the PED-Chip, respectively. Inverter inputs provide DC or AC power to the transformer primary side coils through regulators and switching circuits.
도 8과 도 9는 PED-module의 Mock-up장치로 제작된 실물 사진이다. PED 소자를 사용하여 제작되는 모듈의 크기를 예시한다. 도 8은 도 7(a)의 DC 전원입력용 PED-Module의 사진이고, 도 9는 도 7(b)의 일반 AC-전원을 입력으로하는 PED-module의 사진이다.8 and 9 are real pictures produced by the mock-up device of the PED-module. The size of the module manufactured using the PED device is illustrated. FIG. 8 is a photograph of the PED-Module for DC power input of FIG. 7 (a), and FIG. 9 is a photograph of the PED module having the general AC power of FIG. 7 (b) as an input.
도 8(a)는 DC-전원을 입력으로하는 PED-Module의 실물사진이다. 전원모듈의 크기는 5 cm x 4 cm x 1 cm의 소형의 모듈로 제작된다. 도 8(b)는 DC 10 V의 입력 전원에 의하여 방전되는 PED-Module의 방전 사진이다. Figure 8 (a) is a real picture of the PED-Module to the DC-power input. The size of the power module is made of small modules of 5 cm x 4 cm x 1 cm. 8B is a discharge photograph of a PED-Module discharged by an input power source of DC 10V.
본 발명의 PED에 의해 플라즈마가 원활하게 방출되는 것이 도 8(b)에 나와있다.It is shown in Figure 8 (b) that the plasma is smoothly emitted by the PED of the present invention.
일반적으로 플라즈마 소스의 경우, 전원을 켰을 때 플라즈마의 방출에 대한 신뢰도가 낮은 편이다. 즉, 전원 인가에 따라 항상성 있게 플라즈마가 발생되지 못하는 경우가 많아 전압을 높이거나 전극 설계를 변경하는 등의 예기치 않은 노력을 하게 된다. 상기와 같이 전극 구조를 인가 전원에 대해 최적화되게 설계하고 이를 패키징하여 소자화한 본 발명에 따르면 매우 신뢰도 높은 플라즈마 동작을 얻는다. In general, a plasma source has a low reliability of plasma emission when the power is turned on. In other words, the plasma is not generated consistently according to the power supply, so unexpected efforts such as increasing the voltage or changing the electrode design are performed. According to the present invention in which the electrode structure is designed to be optimized for an applied power source and packaged as described above, a highly reliable plasma operation is obtained.
도 9는 일반 가정용 AC-전원(60 Hz, 110/220 V)을 입력으로 하는 Mock-up 수준의 PED-Module 이다. 일반 가정용 AC-전원의 소켓에 직접 삽입하여 사용할 수 있도록 플러그가 설치된 것이 특징이다. 9 is a Mock-up level PED-Module using a general household AC power source (60 Hz, 110/220 V). The plug is installed so that it can be inserted directly into the socket of an ordinary household AC power source.
플라즈마 방출용 구멍을 구비한 하우징 내부에 PED 칩이 내장되고 방출구 및 외부로 플라즈마 입자가 퍼져나가도록 팬을 구비한 실내 멸균기를 제작한 것이다. An interior sterilizer having a PED chip is built in a housing having a hole for plasma discharge, and a fan is provided to spread plasma particles to the discharge port and the outside.
도 9(a)는 제작된 PED-Module의 사진이고, 도 9(b)는 일반 전원(500)에 연결된 전원 소켓(520)에 PED-Module에 설치된 플러그를 꽂아서 작동하는 사진이다. 플러그와 결합하여 AC-전원을 DC로 변환하는 아덥터(AC-DC 레귤레이터)가 내장된다. 아답터로부터 DC-전압(예컨대 DC-12 V)을 교류 고전압(약 1 kV)으로 전환하는 DC-AC 인버터가 소형(5cm x 5 cm x 2 cm)으로 내장된다. 인버터의 교류 출력전압이 PED-package에 입력되어 플라즈마가 발생한다. 모듈의 상단에는 복수 개의 플라즈마 방출구로부터 플라즈마가 방출된다. 플라즈마의 방출을 위하여 모듈의 내부 측면에 소형의 팬을 설치하고, 또 다른 측면에는 스위치가 설치된다. 스위치가 ON-상태이면, 플라즈마 발생 모듈이 작동을 표시하는 LED에 빛이 난다. Figure 9 (a) is a photograph of the manufactured PED-Module, Figure 9 (b) is a photograph to operate by plugging the plug installed in the PED-Module to the power socket 520 connected to the
이 장치의 PED-module은 프러그가 장착되어 일반 가정용 AC-전원 소켓에 직접 꽂아서 사용하는 소형의 장치가 가능함을 보여준다. 즉, 일반 전원의 실내 벽면에 설치된 소켓이나 도 9와 같이 연결선을 갖는 소켓에 PED-module을 꽂아서 편리하게 사용할 수 있다. 이 장치의 PED-module은 표면에서 플라즈마가 발생하여 실내로 플라즈마가 확산되어 실내의 병원균을 멸균하는 소형의 멸균장치로 활용할 수 있다.The device's PED module shows that the plug can be mounted and used as a compact device that plugs directly into a typical home AC-power socket. That is, it can be conveniently used by plugging the PED-module into the socket installed on the interior wall of the general power source or a socket having a connection line as shown in FIG. The PED module of this device can be used as a small sterilization device that sterilizes pathogens in a room by generating plasma from the surface and spreading the plasma into the room.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.On the other hand, the specific numerical values presented in the above embodiments and experimental examples are illustrative and can be modified as necessary, and those skilled in the art to which the present invention pertains can change the present invention without changing the technical spirit or essential features thereof. It will be appreciated that it may be implemented in a form. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100: 플라즈마 방출 다이오드 (PED) 소자,
200: PED-Chip, 300: PED-Package, 400: PED Module
210: 제1전극, 220: 제2전극, 230: 유전층, 231: 구멍, 240: 기판(Substrate), 250: 상판, 260: 하판, 270: 스페이서(Spacer),
280: 커넥터, 281: 커넥터 소켓, 282: 플러그, 283: 고전압 피복전선
290: 플라즈마,
310: 제1전극단자, 320: 제2전극단자,
410: 트랜스포머, 411: 제1단자, 412: 제2단자, 420: 스위칭 회로, 430: Regulator, 440: AC-DC 컨버터,
500: 일반 전원, 510: 전원 플러그, 520: 전원 소켓.100: plasma emitting diode (PED) element,
200: PED-Chip, 300: PED-Package, 400: PED Module
210: first electrode, 220: second electrode, 230: dielectric layer, 231: hole, 240: substrate, 250: top plate, 260: bottom plate, 270: spacer,
280: connector, 281: connector socket, 282: plug, 283: high voltage shielded wire
290: plasma,
310: first electrode terminal, 320: second electrode terminal,
410: transformer, 411: first terminal, 412: second terminal, 420: switching circuit, 430: Regulator, 440: AC-DC converter,
500: general power, 510: power plug, 520: power socket.
Claims (5)
상기 칩을 패키징하기 위해 상판과 하판을 구비하여 상판과 하판 사이에 상기 칩이 배치되며, 플라즈마 방전 공간을 확보하도록 상판과 하판 사이에 스페이서가 구비된 패키징 모듈;을 포함하고,
상기 제1전극과 제2전극은 유전층 상하에 대향되게 배치되며,
유전층 t1 하면에 형성된 제1전극;
유전층 t1 위에 배치된 고리형 스페이서 t2;
스페이서 t2 위에 배치된 고리형 유전체 t3; 및
상기 고리형 유전체 t3의 중심 개구부의 위에 또는 위와 아래를 둘러싸듯 형성되는 폭 w의 고리형 제2전극;을 포함하여 이루어지고,
상기 고리형 스페이서 t2의 개구부는 제2전극이 형성된 고리형 유전체 t3의 개구부보다 큰 면적으로 되고,
상기 제1전극과 제2전극에 전압이 인가되어 유전장벽방전 플라즈마가 발생되고 확산되어 상기 패키징 모듈의 가장자리에서 플라즈마 입자들이 방출되며,
상기 스페이서에 의해 확보되는 방전공간의 높이는 상기 칩의 두께보다 더 높게 설정되되, 상기 칩에 의해 발생 되는 플라즈마 방전 경로 중 인가된 방전전압이 최소가 되는 방전 경로를 포함할 수 있는 높이로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방출 다이오드(Plasma Emitting Diode: PED) 소자.
A plasma emitting diode chip having first and second electrodes disposed on upper and lower surfaces of the dielectric layer; And
And a packaging module having a top plate and a bottom plate to package the chip, wherein the chip is disposed between the top plate and the bottom plate, and a spacer module disposed between the top plate and the bottom plate to secure a plasma discharge space.
The first electrode and the second electrode are disposed to face up and down the dielectric layer,
A first electrode formed on the bottom surface of the dielectric layer t1;
A cyclic spacer t2 disposed over the dielectric layer t1;
Cyclic dielectric t3 disposed over spacer t2; And
And an annular second electrode having a width w formed on or around the center opening of the annular dielectric t3.
The opening of the annular spacer t2 is larger than the opening of the annular dielectric t3 on which the second electrode is formed.
A voltage is applied to the first electrode and the second electrode to generate and diffuse a dielectric barrier discharge plasma, thereby emitting plasma particles at the edge of the packaging module.
The height of the discharge space secured by the spacer is set higher than the thickness of the chip, but set to a height that may include a discharge path of which the applied discharge voltage is minimized among the plasma discharge paths generated by the chip. Plasma Emitting Diode (PED) device.
상기 커넥터는 상기 제1전극과 상기 제2전극에 각각 접속되는 두 개의 전극단자를 구비한 플러그를 포함하여 상기 플라즈마 방출 다이오드 소자에 대한 전력을 공급하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 방출 다이오드용 커넥터.A connector connected to the plasma emitting diode device of claim 1 for electrical connection,
And the connector includes a plug having two electrode terminals respectively connected to the first electrode and the second electrode to supply power to the plasma emitting diode element.
입력 전원은 DC-전압, 60 Hz 및 110/220 V인 일반 가정용 교류 전원을 사용하면서 교류 고전압 출력을 상기 전극에 인가할 수 있도록 DC-AC 인버터, 펄스형 DC-컨버터, 또는 압전 트랜스포머 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방출 다이오드용 전원장치.
A power supply device connected by the connector of claim 4,
The input power source is either a DC-AC inverter, a pulsed DC-converter, or a piezoelectric transformer to apply an alternating high voltage output to the electrode while using a common household AC power source with DC voltage, 60 Hz and 110/220 V. Power supply for a plasma emitting diode comprising a.
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