KR102172868B1 - 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 that generates plasma through an atmospheric pressure dielectric barrier discharge method by applying an alternating current high voltage to a pair of electrodes as a packaging type plasma emitting diode device. In the plasma diode device, a large amount of radicals, electrons, and anions and cations are released by diffusion. It is also provided in the form of a module combined with a connector and a power supply for connecting electrodes of plasma elements. The plasma emission diode (PED) device and module of the present invention is used as a plasma source for manufacturing medical and bio devices.
Description
본 발명은 플라즈마 소스를 소자 형태로 제공하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for providing a plasma source in the form of a device.
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. For the past 10 years, research on medical and bio-application of plasma has been steadily published in related journals. Plasma has been reported to kill pathogens, regenerate human skin, treat skin diseases, coagulate blood, and decompose organic and inorganic compounds. Accordingly, medical and bio devices using this effect of plasma are being developed. Plasma sources used 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 mainly 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 irradiating plasma directly to a human body or an object to be treated. Plasma jet is a device that injects gas into a tube-shaped container at a predetermined flow rate and directly irradiates the generated plasma to the skin in the form of a plume 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.In DBD plasma, an alternating current type high voltage is applied to an electrode enclosed by a dielectric layer, and a conductive object such as skin contacts the dielectric layer, and the skin is used as a floating electrode to generate plasma directly on the skin.
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. Such a plasma source had to be individually manufactured for plasma treatment of the object to be processed. That is, the shape of the electrode for generating plasma has been designed, and the dielectric type and combinations thereof have been designed and operated. Since the plasma source must be able to generate plasma smoothly with an appropriate voltage at atmospheric pressure, the shape, spacing, and thickness of dielectrics of electrodes have been designed to provide abundant plasma and active species at a low voltage as possible in each application. Such a plasma source has also been proposed in the plasma pad (Registration Patent No. 10-1657895), Korean Patent No. 10-0515088, and the like proposed 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.Plasma source is a plasma source when people in bio-related fields or general people who are difficult to directly manufacture plasma sources other than engineers in the field of technology who can produce plasma sources because there is infinite possibility for the bio-application of plasma, they want to apply plasma to their ideas. There is a restriction that must be requested to the engineer in the relevant field for the production of.
따라서 본 발명은 플라즈마 소스를 하나의 소자 형태로 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, 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 packaged type of plasma emission device so that the plasma emission device may be used alone or connected in series or parallel, as needed, so that a desired type of plasma processing apparatus can be freely made.
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 elementized plasma source of an indirect method in which a plasma source is disposed in a close distance of an irradiated object so that 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. In addition, an object of the present invention is to provide an elementized plasma source that can be applied to bio fields including medical fields. A plasma source is provided in the form of a device, and the characteristics and specifications of the device are disclosed to inform about the reliability and safety of the device, and such a plasma device can enhance user convenience.
의료 및 바이오 장치의 용도에 따라서 다양한 플라즈마 소자를 제공하기 위하여 다음의 해결 과제들이 있다. In order to provide a variety of plasma devices according to the use of medical and bio devices, there are the following problems.
첫째, 간접 조사방식의 플라즈마 소스를 위하여 낮은 방전 전압으로 고효율의 플라즈마 방출이 가능한 패키징 소자의 구조를 제공한다.First, a structure of a packaging device capable of highly efficient plasma emission at a low discharge voltage is provided for a plasma source of an indirect irradiation method.
둘째, 두 개의 전극에 교류형 고전압을 인가하여 플라즈마가 발생하는 소스의 바람직한 전극구조가 필요하다. Second, there is a need for a preferred electrode structure of a source in which plasma is generated by applying an alternating current type 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, in the plasma discharge, a discharge path that satisfies the Passen's law must be secured, and a packaging technology in which plasma is easily discharged by diffusion of the plasma from the plasma source must 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.Plasma is generated using a dielectric barrier discharge method. That is, a plasma source provided with a pair of electrodes for applying an alternating current high voltage via a dielectric layer is converted into an element.
소자화를 위하여 상기 플라즈마 소스를 패키징하여 제공한다.For deviceization, the plasma source is packaged and provided.
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 power to a pair of electrodes provided in a packaged plasma emission diode device.
또한, 플라즈마 소자와 전원장치가 결합 된 플라즈마 모듈을 제공한다.In addition, it 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 plasma can be conveniently used in bio fields including medical use.
일례로 본 발명은, For example, the present invention,
플라즈마 방출용 구멍을 구비한 하우징;A housing having a plasma emission hole;
상기 하우징 내부에 안착 되는 상기의 플라즈마 방출 다이오드 소자;The plasma emission diode device seated in the housing;
상기 하우징 내부에 배치되어 상기 플라즈마 방출구 쪽으로 기류를 확산시키는 팬; 및A fan disposed inside the housing to diffuse an 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; plug installed on one side of the housing so that it can be directly inserted into a socket of a general household AC-power source and used.
본 발명은 플라즈마 소스를 규격화하여 패키징된 소자 형태로 제공함으로써 더욱 많은 사람들이 좀 더 편리하게 플라즈마 기술을 이용할 수 있게 하였다. In the present invention, a plasma source is standardized and provided in the form of a packaged device, so that more people can use the 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 medical and bio fields using the action of radicals and positive/anion of plasma.
본 발명에 따라 소자화된 플라즈마 방출 다이오드는 그 특성 및 스팩을 제공함으로써 신뢰성과 안전성에 대해 알려주며, 사용자의 편의성을 제공한다. The plasma emission diode elementized according to the present invention informs about reliability and safety by providing its characteristics and specifications, and provides user convenience.
본 발명의 플라즈마 방출 소자의 활용 분야는 다음과 같다.The fields of application of the plasma emission device of the present invention are 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) As a skin beauty and skin treatment device, it is used for treatment of chronic skin diseases. The chronic skin diseases include skin cancer, atopy, acne, various skin inflammations (boils and bedsores), 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, prevention of hair loss, and promotion of hair growth by using the skin cell activation effect of plasma. In addition, it can be applied to the prevention of skin infectious diseases (chickenpox, etc.) in children.
(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) It can be applied to various viral respiratory disease prevention devices (air sterilization or hand disinfection device). It is a prevention 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 device for preventing bacterial infectious diseases. It can be applied to hand disinfection devices for diseases transmitted by hands such as eye diseases. In particular, it is used in a device that prevents transmission by bacteria resistant to antibiotics, such as super bacteria (such as yellow staphylococcus). In other words, it acts on the hand washing and sterilization of doctors before and after hospitals, hospital rooms, and operating rooms, and bacteria eradication devices 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. As a storage warehouse for agricultural and fishery products, it is applied to a device for preventing spoilage of agricultural and fishery products and foodstuffs in food storage stands such as rice, vegetables, fruits, and supermarkets.
(5) 농축산 사육장(소, 양돈장 및 양계장)의 멸균과 조류 병원균(AI 등) 닭진드기 박멸에 사용된다.(5) It is used for sterilization of livestock farms (cattle, pig farms and poultry farms) and for eradication of bird pathogens (AI, etc.) from chicken mites.
(6) 군사용으로서, 화생방 독가스 제거, 탄저균 제거 등에 사용된다. 관련 제독 장치와 군용 플라즈마 가운 등에는 웨어러블 형태로 적용된다.(6) For military use, it is used to remove chemical gas and anthrax. It is applied in the form of a wearable to related admiral devices and military plasma gowns.
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 skin treatment devices, sterilizers, air purifiers, deodorizers, humidifiers, wearable plasma clothing (hats, shoes, vanties, counties), etc., and can be applied very widely. have.
이들 장치에 사용되는 플라즈마 소자에서 방출되는 대기 플라즈마는 일정 시간 경과 후에 다시 대기로 환원되므로, 플라즈마는 친환경 무공해 물질의 특징을 갖는다. Atmospheric plasma emitted from the plasma elements used in these devices is reduced back to the atmosphere after a certain period of time, so 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 according to the present invention, according to the arrangement of electrodes: (a) a linear double-sided electrode type, (b) an annular double-sided electrode type, (c) a coplanar electrode type, and (d) a counter electrode. It is my brother's city.
2 is a photograph of a discharge according to an example of a PED-Chip.
3 is an illustration of a PED-chip package.
4 is a conceptual diagram showing a discharge path for an electric field of a PED-Pakage and a discharge voltage for each path.
5 is a diagram of a'connector coupling PED' coupled with a connector for connecting a high voltage electrode to a PED-pakage. For user convenience, a PED-element with a connector is provided.
6 is a photograph of a real and discharged mock-up device manufactured according to the example of Connecting PED-Pakage.
7 is an example 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 photos produced by the Mock-up device of the PED-module, FIG. 8 is a photo of the PED-Module for DC power input in FIG. 7(a), and FIG. 9 is a This is a picture of a PED-module that uses general AC-power as input.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention 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 plasma to a bio-body or conductive object including the human body, and an object of the present invention is to provide a plasma source of indirect irradiation without directly irradiating the plasma to the human skin or target object as a packaged device . In other words, the plasma source is arranged in a close distance of the object to be irradiated (object to be processed), and the plasma is caused to act on the object to be irradiated by diffusion of the plasma. This type of plasma device can be easily applied as a plasma source for manufacturing plasma patches, plasma bandages, plasma hats, plasma clothing, etc. related to the plasma pad (Registration Patent No. 10-1657895) recently proposed by the present inventor. . In addition, it can be easily used in a sterilization device using plasma, an air purifier, a decomposition device for various organic and inorganic gases such as soot, and a deodorization device.
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, an object of the present invention is to provide a plasma source used in a device employing an indirect irradiation method of plasma in the form of a device. Such a plasma emission element is also provided in the form of a plasma emission module. These plasma devices are commercialized by standardization, providing convenience and reliability in manufacturing related devices.
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 be applied to a direct method of directly contacting an object to be treated 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 related to the plasma emission device of the present invention include a Fly-Back Transformer (FBT) module and a plasma cluster module as a module-type ion generating device. The FBT and Plasma Cluster device is a device that releases ions from a fine corona discharge generated at the tip of a thin electrode by applying a high voltage to a 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 components and are used after making them suitable for their intended use. It is mainly installed inside refrigerators or clothing furniture to remove germs by generating negative ions, and is used as a component in indoor air purifiers.
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 Registration No. 10-0515088 also discloses a skin beauty device that generates negative ions by corona discharge using a bed voltage and applies high voltage to steam to discharge water molecules into positive ions, and shows a configuration similar to the above devices but has a sterilization effect. It is a difficult configuration to obtain.
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 may emit electrons, anions, and cations along with a large amount of radicals compared to the corona discharge type ion generator. The present invention is a plasma device of a dielectric layer barrier discharge method in an atmospheric atmosphere, and the plasma particles emitted at this time are not only electrons, but also cations and anions of oxygen series (O), nitrogen series (N), and hydrogen series (H and OH), and It contains particles such as radicals. Therefore, in addition to the sterilization effect, these large amounts of plasma particles have effects on skin disease treatment, skin cell regeneration, blood coagulation, decomposition and deodorization of organic and inorganic substances.
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, OH series and ozone (O 3 ) with strong oxidizing power and ozone (O 3 ) with strong oxidizing power, and H + as a cation and O 2 -as an anion are the ones that mainly act on bacteria and bring about sterilization effect. The OH series acts on bacteria and absorbs H-atoms in the bacteria to kill bacteria. Cations and anions are also attached to pathogens to form OH-radicals and absorb H-atoms in bacteria to kill 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 pathogens through strong oxidation. Therefore, it can be used for indoor and outdoor sterilization devices, and for human skin disease treatment devices.
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 have excellent decomposition functions of organic and inorganic substances, remove organic and inorganic gaseous compounds such as soot, and have excellent deodorization functions, so they are used in indoor air purifiers and deodorization devices.
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, it has been reported that the skin cell activation effect mainly acts on the skin tissues of nitrogen-based radicals (Radical Nitride Species). Therefore, it has functions of preventing skin aging, regenerating wounds and damaged skin, improving skin wrinkles, preventing hair loss, and promoting 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 emitting diode (PED) device and module that emits electrons, anions, cations, and plasma radicals as a DBD plasma source that can be applied in various ways 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 according to the present invention, according to the arrangement of electrodes: (a) a linear double-sided electrode type, (b) an annular double-sided electrode type, (c) a coplanar electrode type, and (d) a counter electrode. This is an illustration of a typed electrode module.
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) show that the two electrodes installed on the upper and lower surfaces of the dielectric layer are linear and annular, respectively. 1(c) is a coplanar discharge method in which two electrodes are installed on the same surface on a sample surface and a dielectric layer is applied thereon. 1(d) shows a counter discharge method in which one dielectric layer serves as a spacer and two opposing electrodes are formed on each dielectric layer. Plasma is generated on the surface of the dielectric layer between the electrodes by applying an AC high voltage to the two first and second electrodes. The first electrode is formed in a disk shape on the lower surface of the dielectric t1, the second electrode is formed in an annular shape and surrounds the top or bottom of the dielectric t3 on the spacer t2, and the dielectric t3 is the central opening (hole 231) of the second electrode. To have an opening in accordance with it.
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 thickness of the dielectric layer (t), the line width of the electrode (w), and the gap d between the electrodes. The characteristics of PED-Chip are determined according to these discharge parameters. The electrode spacing d is the distance apart from each other when two electrodes are projected onto 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 plate and a thin film of a polymer material. The material of the solid sheet may be a ceramic material or a glass material (general glass or quartz). The flexible thin film can be a polyimide film, a tempered glass film, and a general vinyl film. In general, a dielectric material having a high dielectric constant and a material that is resistant to plasma erosion are preferred. According to experiments of the present inventors, it was confirmed that a withstand sufficiently long time to discharge the ceramic material is anodized (Al 2 O 3) and silicone polyimide film whose surface is enhanced is preferably a dielectric layer.
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.In the PED-Chip of the present invention, an alternating current high voltage of about 1 kV (rms: root mean square) is applied to the electrode for plasma discharge, 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. As the thickness t of the dielectric layer becomes thinner, the capacitance increases, thereby lowering the discharge voltage. In the case of a ceramic material, a minimum thickness of 100 um or less is preferable within the range not to be damaged, but 500 um or less may be used due to difficulties in manufacturing ceramic. The polyimide film whose surface is reinforced with silicon is flexible, so a minimum of 25 um to 125 um is used in consideration of a commercial film, but if necessary, the films can be attached to each other to form a plurality of layers, and a thin film of 300 um or less is preferable. The distance 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 amount of plasma generated in the PED, so the applied input power is proportional to the width (w) of the electrode. According to the experiment of the present inventor, when the electrode width w = 1 mm, the power consumption of the PED is about 0.5 W (Watt), and when w = 3 mm, the power consumption is about 1.5 W. In general, a PED device having a power capacity proportional to the electrode width w may be provided.
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 discharge efficiency, depend 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 is easily 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 geometry device of FIG. 1(c) is a structure suitable for micro-discharge on a micro scale. It is preferable that the coplanar electrode structure is manufactured by a method of manufacturing a plasma display panel (PDP). An electrode is formed on the glass plate by using a silver paste, and a ferroelectric such as PbO is applied to the dielectric layer. In the coplanar geometry, the thickness t of the dielectric layer and the distance d between the electrodes preferably have the same scale (t ∼ d), and in this example, each of the thicknesses of 100 um. t and d may be adjusted as necessary, 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 this micro-scale coplanar discharge can be discharged at a low voltage of less than 1kV, and may be provided by a PED device having a power consumption of less than 1W.
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. 1(d) shows a counter geometry structure. A similar electrode structure is introduced in Patent Application No. 10-2016-0104031 of the present inventor,'High Efficiency Plasma Source'. Here, the dielectric includes three dielectric layers (thickness t1, t2, t3, respectively). A first electrode is provided under the dielectric layer t1, a spacer film is provided for the dielectric layer t2, and a second electrode is provided for the dielectric layer t3. A discharge space is formed in the center of the dielectric layer t2 and the dielectric layer t3. The second electrode is formed above and below the edge of the central opening of the dielectric layer t3. According to the experiment of the present inventors, in a plasma source manufactured with a thickness t of each dielectric layer of 100 um, plasma is smoothly generated for an input voltage of about 1 kV. However, when the second electrode is provided only on the lower surface of the dielectric layer t3, discharge is not smooth for an AC voltage of about 1 kV. This will be described again in FIG. 4 below.
도 2는 PED-Chip의 예시에 따른 방전 사진이다.2 is a photograph of a discharge 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 picture of a PED-Chip in which a linear electrode having an electrode width of 5 mm as the electrode shape of FIG. 1(a) is installed above and below a 500 um thick ceramic (Alumina) 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. FIG. 2(b) is a discharge photograph of the electrode structure of FIG. 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 a diagram 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. In Fig. 3(a), a discharge space is secured by installing the PED-chip between the upper and lower plates and by installing a spacer between the upper and lower plates. 3(b) is a single-sided plasma package method. Place the PED-chip on the lower plate, and install the upper plate so that a space of several mm between the chip and the upper plate is maintained. Figure 4(c) is a package of a double-sided discharge type PED. By securing a gap of several mm or more between the surface of the PED source and the upper and lower plates, a space for generating plasma and a space for spreading the plasma to the side of the package are secured. The upper and lower plates and spacers are made of insulating material that does not affect high voltage, and plastic is preferable. The size of the PED-package is about 1 mm each of the upper and lower plates for the minimum size of the
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 configurations of FIGS. 1 and 2 shown in the embodiment of the present invention, a DBD-type electrode configuration having another shape may be packaged to form a PED. Even in this case, a spacer capable of securing an upper plate and a lower plate, which are package components, and a discharge space, must be provided, and it is preferable to include a connector to be described later for convenience in 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 showing a discharge path for an electric field of a PED-Pakage and a discharge voltage for each path. When the Pachen's Law for the discharge paths is applied in an atmospheric pressure discharge with an uneven electric field between the electrodes, a path with a length of the discharge path longer than the thickness t of the dielectric layer acts as the main discharge path, generating plasma (Ref. Literature: Japanese Journal of Applied Physics, Volume 37, pages 1178-1180, 1998,'Analysis of Firing Voltage in a Plasma Dispaly Panel of Coplaner Electrodes'). Applying the Passen's law for the paths S1-S5 of FIG. 4(a), a 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, a gap greater than the thickness of the PED-Chip should be maintained between the PED-Chip surface and the packaging upper and lower panels, and the height H of the preferred spacer should be at least 2 mm. Even in the structure of the counter discharge shown in Fig. 1(d), the electrode structure with a long discharge path must be formed. That is, in FIG. 1(d), only the second electrode under the dielectric layer t3 does not discharge, but the second electrode extends above the dielectric layer t3, so that plasma is generated only when the discharge path along the electric field is long. Therefore, the height H of the spacer between the electrode structure and the upper and lower plates must be determined in consideration of such a discharge path.
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 a view of a'connector coupling PED' coupled with a connector for connecting a high voltage electrode to a PED-pakage. For user convenience, a PED-element with a connector was provided. The connector is in the form of a plug (socket) that can be coupled to the PED. When the plug is connected to the plug and the plug is connected to the PED, the terminal part of the wire is connected to the PED electrode. The terminal part can be pulled 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 photograph of a real and discharged mock-up device manufactured according to the example of Connecting PED-Pakage. Fig. 6(a) is a PED combined with a connector, and Fig. 6(b) is a picture of the connector plug removed. The size of the PED-package is 2 cm x 1 cm x 0.6 cm, and the connector is 2 cm x 2 cm x 0.6 cm. Pictures of discharge of the PED by applying a voltage from the power supply are shown in Figs. 6(c) (top of the PED) and Fig. 6(d) (double-sided discharge of the side of 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 example of a PED Module. Fig. 7(a) is for DC-power input, and Fig. 7(b) is for general AC-power input. A high voltage power supply is built into the body of the module. In general, when a DC-AC inverter is used for the high voltage power source, 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 input is DC or AC power supplied to the transformer primary coil through the regulator and switching circuit.
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 photographs produced by the Mock-up device of the PED-module. Illustrates the size of a module manufactured using a PED device. 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 using the general AC-power of FIG. 7(b).
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. 8(a) is a real photo of a PED-Module using DC-power as an input. The size of the power module is manufactured as a small module of 5 cm x 4 cm x 1 cm. 8(b) is a picture of a discharge of a PED-Module discharged by an input power of 10 V DC.
본 발명의 PED에 의해 플라즈마가 원활하게 방출되는 것이 도 8(b)에 나와있다.It is shown in Fig. 8(b) that plasma is smoothly discharged 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, in the case of a plasma source, the reliability of plasma emission when the power is turned on is low. That is, in many cases, plasma cannot be generated consistently according to the application of power, and unexpected efforts such as increasing the voltage or changing the electrode design are made. According to the present invention in which the electrode structure is designed to be optimized for the applied power source and packaged and converted into an element 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 PED-Module at a level of mock-up using a general household AC-power (60 Hz, 110/220 V) as an input. It features a plug installed so that it can be inserted directly into the socket of a general 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. This is an indoor sterilizer equipped with a fan so that the PED chip is embedded in the housing with the plasma emission hole, and the plasma particles spread 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. FIG. 9(a) is a picture of the manufactured PED-Module, and FIG. 9(b) is a picture of operation by plugging the plug installed on the PED-Module into 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 PED-module of this device is equipped with a plug, which shows that it is possible to use a small device that is plugged directly into a general household AC-power socket. That is, it can be conveniently used by plugging the PED-module into a socket installed on an indoor wall of a general power supply or a socket having a connection line as shown in FIG. 9. The PED-module of this device can be used as a small-sized sterilization device that sterilizes pathogens in the room by generating plasma on 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 are not required to change the technical idea or essential features of the present invention. It will be appreciated that it can be implemented in form. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted 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 emission 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: upper plate, 260: lower 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: normal power, 510: power plug, 520: power socket.
Claims (2)
상기 하우징 내부에 내장된 플라즈마 방출 다이오드(Plasma Emitting Diode:PED) 소자;
상기 플라즈마 방출용 방출구를 통해 외부로 플라즈마 입자가 퍼져나가도록 상기 하우징 내부에 배치된 팬;
상기 하우징 외부에 결합되어 상기 플라즈마 방출 다이오드 소자와 상기 팬에 전원을 연결하여 주며, AC-전원을 DC로 변환하는 AC-DC 레귤레이터; 및
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 AC-DC 레귤레이터로부터 인입된 DC-전압을 교류 고전압으로 전환하여 플라즈마 방출 다이오드 칩에 고전압을 인가하는 DC-AC 인버터;를 포함하고,
상기 플라즈마 방출 다이오드 소자는,
유전층의 상면에 설치된 제1전극과 상기 유전층의 하면에 설치된 제2전극을 구비한 플라즈마 방출 다이오드 칩; 및
상기 플라즈마 방출 다이오드 칩을 패키징하기 위해 상판과 하판을 구비하여 상판과 하판 사이에 상기 플라즈마 방출 다이오드 칩이 배치되며, 플라즈마 방전 공간을 확보하도록 상판과 하판 사이에 스페이서가 구비된 패키징 모듈;을 포함하고,
상기 제1전극과 제2전극에 전압이 인가되어 유전장벽방전 플라즈마가 발생되고 확산되어 상기 패키징 모듈의 가장자리에서 플라즈마 입자들이 방출되며,
상기 스페이서에 의해 확보되는 방전공간의 높이는 상기 플라즈마 방출 다이오드 칩의 두께보다 더 높게 설정되되, 상기 플라즈마 방출 다이오드 칩에 의해 발생 되는 플라즈마 방전 경로 중 인가된 방전전압이 최소가 되는 방전 경로를 포함할 수 있는 높이로 설정되어 있고,
상기 플라즈마 방출 다이오드 소자의 전극의 선폭 w는 1 mm 내지 3mm이고, 구동 전압은 1kV 이하이며, 상기 선폭에 따라 상기 플라즈마 방출 다이오드 소자의 소모 전력이 증가하여, 상기 플라즈마 방출 다이오드 소자의 소모 전력은 0.5 W 내지 1.5 W이고,
상기 AC-DC 레귤레이터를 가정용 AC-전원의 소켓에 접속하여 AC 전압에서 변환된 DC 전압을 상기 DC-AC 인버터에 전달하여 변환된 교류 고전압을 상기 플라즈마 방출 다이오드 소자에 인가하여 생성된 플라즈마를 상기 팬에 의해 플라즈마 방출용 방출구를 통해 외부로 퍼져나가게 하여 병원균을 멸균하는, 일반 가정용 AC-전원 소켓에 직접 꽂아서 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 소형의 멸균장치.
A housing having a discharge port for plasma emission;
A Plasma Emitting Diode (PED) device built into the housing;
A fan disposed inside the housing so that plasma particles are spread out through the discharge port for plasma emission;
An AC-DC regulator connected to the outside of the housing to connect power to the plasma emission diode element and the fan, and convert AC-power into DC; And
A DC-AC inverter disposed in the housing and converting the DC-voltage introduced from the AC-DC regulator into an AC high voltage to apply a high voltage to the plasma emission diode chip; and
The plasma emission diode device,
A plasma emission diode chip having a first electrode provided on an upper surface of the dielectric layer and a second electrode provided on a lower surface of the dielectric layer; And
And a packaging module having an upper plate and a lower plate to package the plasma emission diode chip, wherein the plasma emission diode chip is disposed between the upper plate and the lower plate, and a spacer is provided between the upper plate and the lower plate to secure a plasma discharge space. ,
When a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, a dielectric barrier discharge plasma is generated and diffused, and plasma particles are released from the edge of the packaging module
The height of the discharge space secured by the spacer may be set higher than the thickness of the plasma emission diode chip, and may include a discharge path in which an applied discharge voltage is minimized among plasma discharge paths generated by the plasma emission diode chip. Is set to a height,
The line width w of the electrode of the plasma emission diode device is 1 mm to 3 mm, the driving voltage is 1 kV or less, and the power consumption of the plasma emission diode device increases according to the line width, so that the power consumption of the plasma emission diode device is 0.5 W to 1.5 W,
Plasma generated by connecting the AC-DC regulator to a socket of a household AC-power source and transferring the DC voltage converted from the AC voltage to the DC-AC inverter to apply the converted AC high voltage to the plasma emission diode element, is applied to the fan A small sterilization device, characterized in that it can be directly plugged into a general household AC-power socket and used to sterilize pathogens by spreading them to the outside through the discharge port for plasma emission.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102279607B1 (en) * | 2020-09-16 | 2021-07-20 | 한국생산기술연구원 | Plasma generating device of both sides discharge and system using it |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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-
2019
- 2019-11-07 KR KR1020190141351A patent/KR102172868B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20070104610A1 (en) | 2005-11-01 | 2007-05-10 | Houston Edward J | Plasma sterilization system having improved plasma generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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