KR20100035604A - 이온 발생 전극, 자기 밸런스 이온 발생기 및 이온 발생 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 밸런스 제어된 이온을 발생하는 마이크로방전식의 평탄한 형태의 이온 발생 전극을 제공하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 기판(6)과, 이 기판(6)에 유지되어 정부의 고전압원(112)으로부터 각각 가압되는 정부의 이온 발생 소자(1), (2)와, 이들 정부의 이온 발생 소자(1), (2)에 대응해서 기판(6)에 유지된 정부의 바이어스 소자(3), (4)와, 이온 발생 소자(1), (2)와 대응하는 바이어스 소자(3), (4)와의 사이에 배치된 유전층(5)으로 이루어지고, 상기 이온 발생 소자(1), (2)와 상응하는 바이어스 소자(3), (4) 사이는 비아(관통구멍)(7)에 의해서 전기적으로 접속되어, 이온 발생 소자(1), (2)와 그것에 대응하는 바이어스 소자(3), (4)와는, 동일 평면 내를 돌출해서 뻗는 다수의 미세한 전계 강화부를 갖는다.

이온 발생 전극, 기판, 유전층, 이온 발생 소자, 바이어스 소자

Description

이온 발생 전극, 자기 밸런스 이온 발생기 및 이온 발생 모듈{ION GENERATING ELECTRODE, SELF BALANCING ION GENERATOR, AND ION GENERATING MODULE}

본 발명은, 유전체, 유전체 내에 형성된 바이어스 소자 및 유전체의 표면에 형성된 이온 발생 소자를 포함하고, 바이어스 소자와 이온 발생 소자 사이에 고전압을 공급해서 이온을 발생하도록 한 평탄한 형태의 이온 발생 전극에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 정 이온과 부 이온의 양쪽을 발생할 수 있는 자기 밸런스 이온 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게 기술하면, 센서나 피드백 컨트롤 시스템을 사용하는 일없이 정 이온과 부 이온과의 밸런스를 이룬 출력을 발생할 수 있는 이온 발생기에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 이온 발생 전극과 고전압원을 포함하는 이온 발생 모듈에 관한 것이다.

원하는 효과를 얻기 위해서, 공기 이온화장치(ionizer)를 사용해서 공기 중에 다수의 이온을 발생시키는 것은 알려져 있다. 이들 이온화장치의 1개의 용도 는, 주위의 공기로부터 먼지나 섬유나 연기나 그들과 비슷한 것을 제거하여, 실내의 공기를 청정화해서, 신선화하는 것이다. 다른 용도는, 실내 혹은 기기 내의 대상물에 정전기가 축적하는 것을 억제하고, 정전기를 대전함으로써 생기는 정전기 방전(ESD)이나 집진을 억제하는 것이다.

특히, 미소한 먼지나 쓰레기에 의한 오염이나 정전기 방전에 의한 파손이나 불량을 방지하지 않으면 안되는, 집적회로, 전자부품 등의 반도체 제품이나 평판형 디스플레이(flat-panel display) 등의 액정관련제품의 제조 현장에 있어서는, 제전 및 대전의 예방을 위해서, 다수의 이온화장치가 사용되고 있다. 통상, 이온화장치는, 정과 부의 양쪽의 이온을 발생하도록 구성되어 있지만, 한쪽 극의 이온이 다른쪽 극의 이온보다도 많이 발생하면, 대상물을 이온이 많은 쪽의 극으로 대전시킬 우려가 있다. 그 때문에, 많은 경우, 이온을 발생시킬 때에는, 정 이온과 부 이온이 동량 발생해서 챠지 플레이트 모니터(charge plate monitor)에서 측정했을 때 0볼트에 가깝게 되도록 이온 밸런스를 제어하는 것이 요구된다. 이 이온 밸런스 제어는, 챠지 플레이트 모니터가 원하는 밸런스를 판독할 때까지, 이온 발생 전극에 공급되는 고전압을 조정함으로써 달성된다.

공기 중의 이온 농도를 증가시키기 위해서, 몇 가지 수법이나 기술이 알려져 있다. 특히, 주목되는 것은, 이온 발생용의 마이크로방전 디바이스를 이용하는 것이다. 마이크로방전 디바이스에서는, 이온 발생 소자가 유전층의 상부에 형성되어 있어, 바이어스 소자 또는 레퍼런스 소자(reference element)가 유전층 내부에 형성되어 있다. 이 이온 발생 소자와 바이어스 소자와의 사이에 고전압이 인가되어, 전극의 표면에 기체 분자를 분해해서 이온화하는데 충분한 높은 전계를 발생한다.

특허문헌 1(미국 특허 제7,160,365호 명세서)은, 2층 기판 위에 형성되어 레퍼런스를 접지해서 교류(AC) 고전압원으로부터 급전되는 이온 발생 전극을 개시하고 있다. 제1층은 이온 발생 소자로서 사용되고, 중간층은 레퍼런스 소자로서 사용된다. 레퍼런스 소자는 기판 내에 매립되어 있어, 이온을 발생하는 데에는 사용되지 않는다.

특허문헌 2(미국 특허 제7,254,006호 명세서)는, 2층 기판 위에 형성되어 레퍼런스를 접지해서 40㎑의 교류(AC) 고전압원으로부터 급전되는 이온 발생 소자를 개시하고 있다. 제1층은 이온 발생 소자로서 사용되고, 중간층은 레퍼런스 전극으로서 사용된다. 레퍼런스 전극은 기판 내에 매립되어 있어, 이온을 발생하는데에는 사용되지 않는다. 이 발명은, 주로, 에어컨디셔너, 클리너, 냉장고에 이용된다.

특허문헌 3 및 4(일본국 공개특허 제2003-249327호 공보 및 일본국 공개특허 제2003-323964호 공보)는, 2층 기판 위에 형성되어 레퍼런스를 접지해서 펄스 직류(DC) 고전압원으로부터 급전되는 이온 발생 소자를 개시하고 있다. 제1층은 이온 발생 소자로서 사용되고, 중간층은 레퍼런스 전극으로서 사용된다. 레퍼런스 전극은 기판 내에 매립되어 있어, 이온을 발생하는 데에는 사용되지 않는다.

특허문헌 5(일본국 공개특허 제2006-228641호 공보)는, 3층 기판 위에 형성되어 레퍼런스를 접지해서 펄스 직류(DC) 고전압원으로부터 급전되는 이온 발생 소자를 개시하고 있다. 제1층과 제3층은 이온 발생 소자로서 사용되고, 중간층은 레 퍼런스 전극으로서 사용된다. 레퍼런스 전극은 기판 내에 매립되어 있어, 이온을 발생하는 데에는 사용되지 않는다.

상기에 개시된 이들 세 가지 종래 기술은, 설계가 공통되는 이하의 세 가지 사항이 있다.

첫번째로는, 어느 쪽의 설계도 레퍼런스(기준점)를 접지하는 것을 필요로 하고 있다. 레퍼런스는, 일반적으로, 0 레퍼런스 포인트인 고정의 기지의 포텐셜이므로, 레퍼런스 소스를 접지하는 것은 일반적인 관행이다. 정과 부의 고전압에 대해서 레퍼런스 포인트를 접지함으로써, 설계자는, 전극 간의 전압이 몇 볼트로 되어 있는지 정확하게 알 수 있다. 이 때문에, 설계자는, 회로가 어느 인가 전압을 부여해서 어떻게 동작할지 예측할 수 있고, 더 중요하게는, 이온화장치의 출력을 미리 정한 대로 알게 되어서 그것을 제어할 수 있다.

두번째로, 이온 발생 전극의 설계에 있어서, 이들 이온 발생 소자는, 모두, 유전층에 매립되어 접지된 바이어스 소자 또는 레퍼런스 소자를 구비하고 있다. 이 바이어스 소자는, 이온 발생 소자에 대해서 일정한 레퍼런스(기준) 전압을 부여하도록 설계된 수동적인 구성부품이다. 이것도, 설계자가 이온화장치의 출력을 미리 정한 대로 알게 되어 제어하도록 되어 있다. 또한, 이들 바이어스 소자는 스트립(strip) 형상으로 만들어져, 전계를 집중하거나 강화하거나 하는 것 같은 수단을 구비하지 않는다.

세번째로, 이들 설계는, 모두, 이온 밸런스를 제어하는 수단을 구비하고 있지 않다. 이러한 설계에서는, 장시간에 걸쳐서, 이온화장치의 이온 출력이 일정하 게 유지되지 않을 것으로 예상된다. 정전기의 영향을 받기 쉬운 전자부품 등의 제조에 있어서, 이온 출력이나 밸런스를 불안정하게 하는 요인은, 이온 발생 환경에 있어서의 온도나 습도의 변화, 전극의 마모나 오염, 전원 라인의 전압 변동과 같이 몇 가지의 인자가 있다. 이와 같이, 정전기의 영향을 받기 쉬운 전자부품 등의 제조 현장에 있어서는, 이온 밸런스의 변동은, 제품에 악영향을 주어, 제품의 불량이나 오동작을 일으킬 경우가 있다.

특허문헌 6(미국 특허 제5,055,963호 명세서)은, 공기의 출입구를 갖는 하우징과, 복수의 날카롭고 뾰족한 전극과, 정과 부의 전압을 각각의 전극에 인가하는 고전압원과, 이온의 흐름을 제어하는 팬을 구비한 자기 밸런스(self-balancing) 쌍극 이온화장치를 개시하고 있다. 이 발명은, 본질적으로는, 이온 밸런스를 제어하기 위한 이온센서나 피드백 회로를 사용하는 일없이, 정부의 이온의 동등한 발생량을 유지하는 것이다.

그러나, 이 발명에 이용할 수 있는 날카롭고 뾰족한 전극은, 이온 발생점인 전극 선단부가 진애나 입자로 덮이기 쉬워 청소가 곤란한데다가, 전극 선단부는, 마모에 의해서 이온을 발생하지 않게 되는 결점이 있었다. 또한, 유지·보수의 점에 있어서는, 평탄하면서 매끈매끈한 스트립 위에 형성된 이온 발생 전극 쪽이 날카롭고 뾰족한 이온 발생 전극보다도 명백히 우수하다.

[선행 기술문헌]-특허문헌

특허문헌 1: 미국 특허 제7,160,365호 명세서

특허문헌 2: 미국 특허 제7,254,006호 명세서

특허문헌 3: 일본국 공개특허 제2003-249327호 공보

특허문헌 4: 일본국 공개특허 제2003-323964호 공보

특허문헌 5: 일본국 공개특허 제2006-228641호 공보

특허문헌 6: 미국 특허 제5,055,963호 명세서.

본 발명은, 상기의 문제나 과제를 해결하기 위한 것으로, 더욱 특정하면, 본 발명은, 자기 밸런스 제어 이온 발생기의 이점을 평탄하면서 매끈매끈한 형상의 이온 발생 전극과 그것을 이용한 마이크로방전 디바이스의 이점을 조합시키는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 평탄한 형상이고, 또한, 기판 재료, 유전층, 도전성 이온 발생 소자, 도전성 바이어스 소자, 비아(via) 및 패드로 구성되는 이온 발생 전극을 제공하는 것이다. 관련된 과제는, 침상 또는 뾰족해진 와이어 형상의 전극과 비교해서, 전극의 청소나 유지·보수가 용이한 이온 발생 전극을 제공하는 것이다. 또 다른 관련된 과제는, 이온 발생 소자에 의해서 형성된 전계를 집중하거나 또는 강화하도록 이온 발생 소자의 본체에 대해서 동일면 위에 평면적으로 돌출해서 뻗는 다수의 미세한 전계 강화부(이하 "미세 전계 강화부"라 칭함)를 지닌 바이어스 소자를 이용하는 것이다. 이와 같이 하면, 한층 효율적으로 이온을 발생시킬 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이온센서나 피드백제어용의 전자회로를 이용하는 일없이, 정부의 이온을 동량 발생시킬 수 있는 이온 발생기를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면, 이온 발생 전극은, 평탄하면서 매끈매끈한 복수층, 예를 들어 4층의 기판 위에 형성되어 있다. 이 이온 발생 전극은, 최상층에 배치된 제1도전성 이온 발생 소자와, 그 아래의 유전체와, 제1중간층에 배치된 제1도전성 바이어스 소자와, 절연성을 지닌 기판 재료와, 제2중간층에 배치된 또 하나의 제2도전성 바이어스 소자와, 또 하나의 유전체와, 기판의 최하층에 배치된 제2도전성 이온 발생 소자로 구성되어 있다. 제1도전성 이온 발생 소자는 제1도전성 바이어스 소자와 쌍을 이루고, 제2도전성 이온 발생 소자는 제2도전성 바이어스 소자와 쌍을 이루고 있다.

본 발명은, 4층 기판에 한정되는 것은 아니고, 당업자라면, 2층 또는 3층의 기판에도 적용할 수 있는 것이 이해된다. 그 예로서, 2층 기판 위에 이온 발생 전극을 형성하는 실시예를 이후에 기술하는 발명의 실시예에 나타내고 있다. 반복하면, 본 발명은, 도 4의 실시예로 한정되는 것은 아니다. 실제상, 5층이나 6층 혹은 그 이상의 층수라도 설계가능하지만, 그렇게 하면, 비용을 증대시키므로 바람직하지는 않다.

이온 발생 전극을 이용해서 이온을 발생시키기 위해서, 고전압 신호가 이온 발생 소자와 그것과 쌍을 이루는 바이어스 소자와의 사이에 인가된다. 고전압 신호는, 직류(DC), 교류(AC), 고주파교류 전류(HF-AC), 펄스 DC, 펄스 AC로 할 수 있다. 또, 이 고전압 신호는, DC 바이어스가 있어도 되고 없어도 된다.

또한, 일례를 설명하면, 정 이온의 발생은, 정의 고전압 DC 펄스를 이온 발생 소자에 인가함과 동시에, 부의 고전압 DC 펄스를 바이어스 소자에 인가함으로써 달성할 수 있다. 이와 같이 고전압을 인가하는 결과, 전극 근처에 강한 전계가 생겨, 공기 중의 공기 분자를 극성화하여, 공기분자로부터 전자를 떼어 놓고, 그 결과 정의 공기 이온을 발생한다.

또, 마찬가지 방법으로, 부 이온은, 부의 고전압의 DC 펄스를 이온 발생 소자에 인가하는 동시에, 정의 고전압 DC 펄스를 바이어스 소자에 인가함으로써 발생한다. 전극으로부터 방출되는 전자와 공기 분자가 결부되고, 그 결과, 부의 공기 이온을 발생한다.

대상물을 효과적으로 중립화시키기 위해서, 팬 또는 이것과 유사한 것을 이용해서, 전극으로부터 공기 이온을 목적으로 하는 대상물까지 이동시킨다. 1개의 실시예에서는, 팬 또는 그것과 유사한 것이 전극의 상류측에 배치된다. 그 대신에, 팬 또는 그것과 유사한 것은, 전극의 하류측에 배치해도 된다.

자기 밸런스 기능을 달성하기 위하여, 3가지 구성이 이용되며, 이들은, 액티브 바이어스(능동적 바이어스), 아이솔레이티드 바이어스(격리 바이어스), 아이솔레이티드 에미팅 엘레먼트(격리 방사 소자)라 칭하지만, 그 상세한 것은, 「발명을 실시하기 위한 형태」에서 설명한다. 특허문헌 6(미국 특허 제5,955,963호 명세서)과 마찬가지로, 자기 밸런스 기능을 달성하는 중요한 점은, 고전압회로와 전극을 접지로부터 절연하는 것이다.

요약하면, 본 발명은, 이온 밸런스의 피드백 제어회로를 필요로 하는 일없이, 이온 밸런스 제어의 과제를 해결하는 것이다. 이렇게 하면, 이온화장치는, 복잡함을 없애, 한층 소형화하며, 한층 경제적이다.

1. 정의

이 출원에서 사용되고 있는 용어는, 설명을 쉽게 하고, 개념의 이해를 돕기 위해서, 여기에, 아래와 같이 정의되지만, 이들 정의는 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.

바이어스 소자는 유전체 재료의 내부에 내장된 이온 발생 전극의 일부이다. 이 바이어스 소자는 이온 발생 소자용의 레퍼런스(기준) 전압을 공급한다.

챠지 플레이트 모니터는, 이온화장치의 기본적인 성능의 지표로 되는 제전 속도와 이온 밸런스를 측정하기 위한 기기이며, 정전기로 판단한 전압을 챠지(charge)할 수 있는 도전 플레이트를 구비하고 있다.

유전체는 적은 전류라도 전계를 유지할 수 있는 절연재료이다. 본 발명에 있어서, 이 유전체는 이온 발생 소자와 바이어스 소자를 분리해서 이들 사이의 전기적 단락을 방지하는데 이용되는 이온 발생 전극부분이다.

절연파괴전압은, 파괴를 일으키는 일없이, 높은 전계 스트레스를 견디어낼 수 있는 재료의 내성의 기준 측정치이다.

이온 발생 소자는, 이온 발생 전극의 일부분을 이루며 도전성 물질로 형성되어 주위의 공기에 노출되어 이온을 발생하는 역할을 하는 도전성 재료로 만들어진 이온 발생 전극부분이며, 이것은 이온 에미터(emitter)라고도 불린다.

그라운드(ground)는 전기회로 내에 있어서 다른 전압을 측정하는 기준점이다. 이것은 전류의 공통의 귀로(歸路)이며, 물리적으로 직접 접지에 접속되어 있 다.

이온 밸런스는, 이온화된 환경에 배치된 챠지 플레이트 모니터의 절연된 도전 플레이트 상에서 관측되는 전압이며, 이것은 오프셋 전압이라고도 불린다.

이온 발생 전극은, 이온을 발생시키는데 이용되는 디바이스로, 기판 재료, 유전체 재료, 도전성 이온 발생 소자, 도전성의 바이어스 소자, 비아(via)(관통구멍(through hole)) 및 패드로 구성되어 있다.

이온화장치는 정 이온, 부 이온 혹은 그 양쪽을 발생시키도록 설계된 장치이다.

이온화장치 모듈은, 이온화장치를 구성하기 위한 최소한의 기본 부품인 이온 발생 전극과 고전압회로만을 구비한 디바이스이다. 이 디바이스는, 외부의 DC 전원 또는 AC 전원에 의해서 급전될 때에, 정 또는 부 혹은 그 양쪽 이온을 발생하도록 설계되어 있다.

패드는, 전극 상에 있어서, 전극이나, IC, 와이어, 커넥터 등과 같은 외부 구성부품을 서로 접속하는데 이용할 수 있는 도전성 소자이다.

기판은 도전층, 유전체 및 퇴적 코팅 또는 이들 중 어느 하나와 같은 재료의 새로운 막 또는 층을 형성하기 위해서 처리가 행해지는 전극 기재이다.

비아는 전극의 다른 층 위에 있는 도전체를 상호 접속시키는데 이용되는 전극 상의 도전성 소자이다.

2. 이온 발생기의 기본 구조

도 4는 이온 발생기(110)의 기본 구조를 도시한 도면이다. 이 이온 발생 기(110)는 이온 발생 전극(111)과 고전압원(112)과 이온을 대상물 혹은 대상으로 되는 영역을 향해서 이동시키는 팬(113) 혹은 그와 유사한 것으로 구성되어 있다.

2.1 이온 발생 전극(111)

도 1a를 참조해서 기술하면, 이온 발생 전극(도 4의 부호 (111)로 표시되는 것)은 4층 기판(6)으로서 설계되어 있다. 이 전극(111)은, 최상층에 배치된 도전성의 이온 발생 소자(1)와, 당해 이온 발생 소자에 이어지는 층으로서의 유전층(5)과, 제1중간층(61) 상의 도전성 바이어스 소자(3)와, 절연성을 지닌 기판(6)과, 제2중간층(62) 상의 또 1개의 도전성 바이어스 소자(4)와, 또 1개의 유전층(5)과, 최후에 최하층 상의 이온 발생 소자(2)로 구성되어 있다. 최상층은 제1중간층(61)과 쌍을 이루고 있고, 최하층은 제2중간층(62)과 쌍을 이루고 있다.

이온 발생 소자(1), (2)는, 당해 소자에 사용되는 기판(6)에 적합한 것이면, 어떤 재질의 도체여도 된다. 이온 발생 소자(1), (2)에 사용하기 위하여 바람직한 재질은, 단단하고 튼튼해서, 고온이나 이온 발생시의 고전압에 견딜 수 있는 것이다. 예를 들어, 알루미늄, 구리, 금, 실리콘, 텅스텐, 티타늄, 도전성의 유리나 세라믹 등과 같은 도전성 재료를 이용해서 형성할 수 있다.

이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4) 사이의 전계를 강화하기 위해서, 이온 발생 소자(1), (2)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이온 발생 소자(1), (2)의 본체와 동일 평면 내를 돌출해서 뻗는 다수의 미세한 전계 강화부(FP)를 구비하고 있다. 이 전계 강화부(FP)는, 여러 가지 형태나 형상으로 하는 것이 가능하고, 예를 들어, 삼각형, 정방형, 사각형, 반원형, 빗 형상 등으로 하는 것이 가 능하다. 바이어스 소자(3), (4)는, 도체 스트립과 같은 직선 형상인 것이어도 이온을 발생시킬 수 있지만, 그것 대신에, 바이어스 소자(3), (4)에도 삼각형, 정방형, 사각형, 반원형, 빗 형상 등의 마찬가지 전계 강화부를 형성할 수 있고, 그것에 의해서, 보다 많은 이온을 발생시킬 수 있다. 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)의 양쪽에 미세한 전계 강화부를 설치하면, 이온 발생의 촉진이 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)는, 주도체로부터 뻗는 마찬가지의 또는 동일한 전계 강화부를 구비한다. 도 5는 본 발명의 각종 실시형태를 나타낸다. 전계 강화부는 빗 형상을 형성하는 다수의 평행선으로 되어 있다.

도 5를 참조하면, 몇 개인가의 형성가능한 전극설계를 나타내는 각종 형상이 도시되어 있다. 도 5A에서, 이온 발생 소자(1), (2)로부터의 전계 강화부(FP)는 바이어스 소자(3), (4)의 전계 강화부(FP)와 대면하고 있다. 도 5B에서, 바이어스 소자(3), (4)는 좌우 양측에 배치된 전계 강화부(FP)를 구비하고, 한편 이들 전계 강화부(FP)는, 좌우에 각각 배치된 이온 발생 소자(1), (2)의 전계 강화부(FP)와 쌍으로 되어 있다. 도 5C에서, 바이어스 소자(3), (4)와 이온 발생 소자(1), (2)와의 쌍으로 되어 있는 좌측의 전계 강화부(FP)는, 오른쪽의 쌍과는 서로 어긋나 있다. 도 5D에서, 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)의 각각의 전계 강화부(FP)는 서로 중첩되어 있다. 도 5E는 도 5B와는 반대로 되어 있다. 도 5F에서는, 도 5B와 거의 동일하지만, 바이어스 소자(3), (4)가 상응하는 상대방의 이온 발생 소자(1), (2)로부터 벗어나 있는 점에서 다르다. 이들은, 다수 고려할 수 있는 실시예 중에서 약간의 예를 설명한 것이며, 본 발명의 범위를 이들로만 한정하는 것은 아니다. 당업자라면, 도시한 예를 기초로 각종 조합을 형성할 수 있다.

이온 발생 전극(111)의 또 한쪽의 구성부품으로서, 바이어스 소자(3), (4) 위에 형성된 유전체(5)가 있다. 이 유전체의 주된 기능은, 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4) 사이에 장벽을 형성하여, 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)의 사이에서 생기는 아크 방전을 막는 것이다. 이 유전체의 전형적인 두께는 1.00㎛ 내지 100㎛이며, 유전체(5)의 절연파괴전압은 30V/㎛ 이상이다. 이들 유전체(5)는 매우 높은 절연파괴전압을 지녀야 하며, 가능한 한 얇게 해야 한다. 이것은 본 발명을 실시함에 있어서 바람직한 것이다. 더욱 상세하게 기술하면, 유전체(5)를 얇게 하면, 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)에 인가하는 전압을 한층 낮게 할 수 있다.

이온 발생 전극(111)을 구성하는 다른 소자는, 비아(7)와 패드와 기판(6)이다. 비아(7)는 다른 층에 존재하고 있는 도전 소자를 전기적으로 접속하는데 이용된다. 패드는 전극(111)과 고전압원(112)을 전기적으로 접속하고 있다. 최후에, 기판(6)은 그 위에 모든 층과 그 구성요소를 붙박아 넣는 기재이다. 이온 발생 전극(111)은 PCB(인쇄회로판), 플렉시블 서킷, 실리콘 웨이퍼, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), 세라믹, 유리, 및 이들과 유사한 것 등과 같은 몇 가지 기판에 설치하는 것이 가능하다.

당업자라면, 몇 가지 바람직한 변형으로, 전극(111)은 2층 또는 3층 기판 위에 설치하는 가능하다는 것은 이해할 수 있는 것으로 여겨진다. 이하에 나타낸 바와 같이, 2층 기판(6) 상의 전극(111)은 본 발명의 변형예로서 설명되어 있다. 반복해서 기술하지만, 이들 설명은, 설계나 사양을 예시되어 있는 것으로 한정하는 것은 아니다. 실제로, 이온 발생 전극(111)은, 5층, 6층 혹은 그 이상의 층의 기판(6) 위에 설치할 수 있지만, 층을 증가시킴에 따라서 관련 비용이 높아지게 된다.

바람직한 실시예에서는, 좁고 작은 영역에서 사용하기 위해서, 전극(111)은 가능한 한 작게 해서 전체를 컴팩트하게 하도록 설계된다. 그 대신에, 전극(111)은 그 설계 사양 전체를 확대해서 크게 형성할 수 있지만, 큰 전극(111)은 이온을 발생시키는데 요하는 인가 전압도 증대한다.

2.2 고전압전원(112)

이온을 발생시키기 위해서, 이온 발생 소자(1), (2)와 당해 소자와 쌍으로 되는 바이어스 소자(3), (4) 사이에 고전압이 인가된다. 이 고전압 신호는 직류(DC), 교류(AC), 고주파교류(HF-AC) 또는 펄스 AC로 할 수 있다. 또한, 고전압 신호는 DC 바이어스가 걸려 있어도 걸려 있지 않아도 된다.

당연한 것이지만, 인가전압은, 이온 발생 소자(1), (2)와 유전체(5)에 부여하는 손상을 최소로 하기 위해서, 가능한 한 작게 해야 한다. 두께 50㎛이고 절연 내압 100V/㎛의 유전층에서, 전형적인 공급 전압은 약 3 ㎸(peak-to-peak) 정도이다. 만약에 펄스 DC가 이용되는 것이면, 정측의 DC 펄스의 피크는 1500V이며, 부 측의 DC 펄스의 피크는 -1500V이다.

바람직한 실시예에서, 인가된 고전압 신호는, 정부의 2개의 상반하는 DC 펄스를 이용하고, DC 바이어스는 이용하지 않는다. 정부의 펄스는 극성이 정반대이지만, 파형과 진폭이 동일하다. 펄스 주파수는 수 ㎐로부터 수 100 ㎑이다. 고전압원(112)은 펄스 트랜스(pulse transformer), 압전 변환기, 고전압 AC 트랜스, 전압배증기 및 그들과 유사한 것을 이용해서 형성된다.

2.3 팬 또는 송풍기(113)

전극(111)으로부터 대상물 혹은 대상 영역에 재빠르게 이온을 운반하기 위하여, 몇 개의 기기가 이용될 수 있다. 그중 1개는, 이온 발생기(110)의 일부분으로도 되는 팬 또는 송풍기(113)이다. 팬 또는 송풍기(113)는, 이온 발생기(110)의 외부에 있어서 그것으로부터 독립한 것으로 해도 되고, 또 이온 발생기(110)의 일부분으로 해도 된다. 이온을 이송하는 다른 수단으로서는, 가압 공기 탱크 또는 공기 압축기로부터의 압축 공기를 사용해도 된다.

3. 본 발명의 3개의 실시예

본 발명은, 3개의 실시예, 즉, (a) 도 1a 내지 도 1d에 나타낸 능동형 바이어스, (b) 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 격리 바이어스 및 (c) 도 3a 내지 도 3d에 나타낸 격리 발생 소자로 분류된다.

3.1 능동형 바이어스

본 발명의 제1실시예는, 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 능동형 바이어스의 디자인(설계)(10), (20), (30)이다. 도 1a는 4층 전극(111)을 이용해서 실시된 능동형 바이어스의 디자인(10)을 나타내고 있다. 이것은, 최상층 상의 도전성의 이온 발생 소자(1), 유전층(5), 제1중간층(61) 상의 도전성 바이어스 소자(3), 절연성 기판(6), 제2중간층(62)에 설치된 또 1개의 도전성 바이어스 소자(4), 또 1개의 유전층(5), 최후에 최하층 상의 도전성 이온 발생 소자(2)로 구성되어 있다.

이 능동형 바이어스의 디자인(10)에 있어서, 이온 발생 소자(1)와 바이어스 소자(4)는 고전압원(112)의 한쪽의 극성에 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스 소자(3)와 이온 발생 소자(2)는, 고전압원(112)의 다른 쪽의 극성에 전기적으로 접속되어 있다. 예를 들어, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 이온 발생 소자(1)와 바이어스 소자(4)는 고전압원(112)의 정측에 전기적으로 접속되고, 바이어스 소자(3)와 이온 발생 소자(2)는 고전압원(112)의 부측에 전기적으로 접속되어 있다. 이 구성에 있어서, 최상층 측은 정 이온을 발생하고, 최하층 측은 부 이온을 발생한다. 이 구성에 있어서는, 전극의 최상층과 최하층에 의해서 각각 다른 극성을 갖게 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 고전압원(8), (9)의 어떠한 변동도 정부의 양쪽의 이온 발생에 동시에 같은 강도로 영향을 준다. 즉, 정부의 양쪽의 이온 발생량에 대해서, 동시에 같은 강도로 영향을 준다. 환언하면, 정 이온의 발생에 있어서, 정측의 인가전압의 변동에 의한 이온량의 감소나 증가의 영향은, 부 이온의 발생에 대해서도 완전히 동일한 영향을 주어서 이온량의 감소나 증가를 일으키고, 따라서, 이온의 밸런스는 항상 일정하게 유지된다. 또한, 이것에 대해서는, 도 16 내지 도 18을 참조해서 나중에 상세히 설명한다.

도 1b는 2층 기판에 실시된 능동형 바이어스의 디자인(20)의 다른 실시예를 나타낸다. 그 기능은, 도 1a와 같지만, 이온은 기판의 한쪽에서 발생하는 점에서 다르다. 실제의 전극의 제작에서, 정 이온 발생 소자(1)는, 부 이온 발생 소자(2)와는 이온의 재결합을 최소한으로 하기 위해서, 적당한 거리를 유지해야 한다.

도 1c는 2매의 2층 기판 위에 능동형 바이어스의 디자인(30)을 실시한 또 다른 실시예를 나타내지만, 이 경우에는, 2쌍의 전극을 이용하고 있다. 그 기능은, 도 1a의 것과 같지만, 이온은 2쌍의 전극에 발생하는 점에서 다르다.

3.2 격리 바이어스

본 발명의 제2실시예는 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 격리 바이어스의 디자인(40), (50), (60)이다.

도 2a에서는, 격리 바이어스의 디자인(40)은 4층 기판(6) 위에 실시되어 있다. 최상층의 이온 발생 소자(1)는 고전압원의 한쪽의 극과 전기적으로 접속되고, 최하층의 이온 발생 소자(2)는 고전압원의 다른 쪽의 극에 전기적으로 접속되어 있다. 제1중간층(61) 상과 제2중간층(62) 상의 바이어스 소자(3), (4)는 전기적으로 일체로 접속되고, 이들은 그라운드나 그 밖의 회로로부터 분리(아이솔레이트)되어 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 최상층의 이온 발생 소자(1)가 정의 고전압원(8)에 접속되고, 최하층의 이온 발생 소자(2)가 부의 고전압원(9)에 접속되면, 최상층의 이온 발생 소자(1)는 정의 이온을 발생하고, 최하층의 이온 발생 소자(2)는 부의 이온을 발생한다. 이 구성에 있어서는, 전극의 최상층과 최하층에 있어서 각각 다른 극성을 갖게 하고 있다.

중간층 상의 도전성 바이어스 소자(3), (4)는, 이온 발생 소자에 대해서 기준전압을 제공하고 있다. 바이어스 소자(3), (4)는, 정미(net) 0의 전하와 전압으로 스타트한다. 정의 DC 펄스가 최상층의 이온 발생 소자(1)에 인가되면, 바이어스 소자(3)에 부의 DC 펄스가 유발된다. 그리고, 부의 DC 펄스가 최하층의 이온 발생 소자(2)에 인가되면, 바이어스 소자(4)에 정의 DC 펄스가 유발된다.

정과 부의 DC 펄스가 인가된 결과, 제1중간층(61)의 바이어스 소자(3)에 부의 전하가 축적되고, 제2중간층(62)의 바이어스 소자(4)에 정의 전하가 축적되며, 내부층에 분극이 생긴다. 이들 중간층은, 다른 회로로부터 격리되어 있기 때문에, 전하보존의 법칙으로부터, 전하는 제1중간층(61)과 제2중간층(62) 사이에서 극성이 다른 전하와 동등하게 이분된다. 그 결과, 최상층의 이온 발생 소자(1)와 최하층의 이온 발생 소자(2)에 균형이 잡힌 기준전압을 제공해서 정과 부의 등량의 이온량을 발생한다.

도 2b는 2층 기판(6) 상에 격리 바이어스의 디자인(50)을 실시한 다른 형태를 나타낸다. 그 기능은, 격리 바이어스의 디자인(40)의 것과 같지만, 이온이 기판(6)의 한쪽에서 발생하는 점이 다르다.

도 2c는 2매의 2층 기판(6) 상에 격리 바이어스의 디자인(60)을 실시한 또 다른 형태를 나타낸다. 그 기능은, 도 2a의 격리 바이어스의 디자인(40)과 동일하지만, 이온이 2매의 전극 상에서 발생하는 점이 다르다.

3.3 격리 이온 발생 소자

본 발명의 제3실시예는 도 3a 내지 도 3d에 나타낸 격리 이온 발생 소자(70), (80), (90), (100)의 설계이다.

도 3a를 참조해서 설명하면, 격리 이온 발생 소자의 디자인(70)은, 4층 기판을 이용하고 있는 것이 표시되어 있다. 제1중간층(61) 상의 바이어스 소자(3)는 고전압원의 한쪽 극에 전기적으로 접속되고, 제2중간층(62)의 바이어스 소자(4)는 고전압원의 다른 쪽 극에 전기적으로 접속되어 있다. 최상층의 이온 발생 소자(1)와 최하층의 이온 발생 소자(2)는 전기적으로 접속되어, 그라운드나 그 밖의 회로로부터 격리되어 있다.

제1중간층 상의 바이어스 소자(3)가 정의 고전압원(8)에 접속되고, 제2중간층 상의 바이어스 소자(4)가 부의 고전압원(9)에 접속되면, 최상층의 이온 발생 소자(1)는 부 이온을 발생하고, 최하층의 이온 발생 소자(2)는 정 이온을 발생한다. 이 구성에 있어서는, 전극의 최상층과 최하층은 각각 다른 극성을 지니고 있다.

최상층의 이온 발생 소자(1)와 최하층의 이온 발생 소자(2)는 정미 0의 전하와 전압에서 스타트한다. 정의 DC 펄스가 제1중간층 상의 바이어스 소자(3)에 인가되면, 최상층의 이온 발생 소자(1)에 부의 DC 펄스가 유도된다. 부의 DC 펄스가 제2중간층(62)의 바이어스 소자(4)에 인가되면, 최하층의 이온 발생 소자(2)에 정의 DC 펄스가 유도된다. 정과 부의 DC 펄스가 인가된 결과, 부의 전하는 최상층으로 이동하고, 정의 전하는 최하층으로 이동한다. 최상층과 최하층은 다른 회로로부터 격리되어 있으므로, 전하 보존의 법칙으로부터, 전하는 최상층과 최하층 사이에서 극성이 다른 전하와 동등하게 이분된다. 그 결과, 최상층과 최하층에 대해서 균형이 잡힌 전압을 제공하여, 정부의 등량의 이온을 발생한다.

도 3b와 도 3c는 2층 기판(6) 상에 격리 이온 발생 소자의 디자인(80), (90)의 실시예를 나타내고 있다. 그 기능은 도 3a의 것과 동일하지만, 이온이 기판(6)의 한쪽에서만 발생하는 점이 다르다.

도 3d는 2매의 2층 기판(6)을 이용해서 이것에 격리 이온 발생 소자의 디자인(100)을 실시한 또 다른 형태를 나타내고 있다. 그 기능은, 도 3a의 것과 동일하지만, 각 극마다 1개의 전극을 이용할 수 있고, 이온은 상층의 기판(6)의 한 쪽(위쪽) 및 하층의 기판(6)의 한쪽(아래쪽)에서만 발생하는 점이 다르다.

상기 모든 전극의 구성에 있어서는, 고전압원(8), (9)의 어떠한 변동도 정부의 양쪽의 이온 발생에 동시에 같은 강도로 영향을 준다. 따라서, 정 이온의 발생의 증가 또는 감소는, 부 이온의 발생에 같은 영향을 주어 부 이온을 감소 또는 증가시킨다. 따라서, 정부의 이온의 밸런스는 항상 양호하게 유지된다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 전극의 설계는, 본 발명의 바람직한 실시예이지만, 이들 전극은, 각각 2개 또는 그 이상의 층을 가진 2개 또는 그 이상의 전극을 이용해서 실시할 수 있다.

본 발명의 이온 발생 전극(111)의 기본적인 구조는, 이미 설명한 바와 같이, 고전압원의 정극으로부터 부세(즉, 가압)되는 정측의 도전성의 이온 발생 소자(1)와 바이어스 소자(3), 고전압원의 부극으로부터 가압되는 부측의 도전성의 이온 발생 소자(2)와 바이어스 소자(4), 이들의 정부의 이온 발생 소자(1), (2) 및 바이어스 소자(3), (4) 사이에 배치된 유전층(5)으로 이루어져 있으므로, 고전압원에 노 이즈가 들어가도 이 노이즈에 의거하는 정부 간의 전위의 차에 변화가 생기지 않는 특징이 있고, 이것을 도 16 내지 도 18을 참조해서 이하에 설명한다.

도 16은 도 6의 형태의 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)를 구비한 이온 발생 전극(111)에 공통인 DC 고전압원(112)으로부터 가압한 경우의 각 쌍에 있어서의 정부의 전압차를 나타내고 있다. 도 6의 형태에 있어서 정측 이온 발생 소자(1)와 바이어스 소자(4)에 고전압원(112)으로부터 정의 DC 전압을 인가하고, 부측 이온 발생 소자(2)와 바이어스 소자(3)에 고전압원(112)으로부터 부의 DC 전압을 인가하지만, 만약에 정부의 전압에 노이즈(N)가 들어가면, 이것은 정부 양쪽에 나타난다. 예를 들어, 정측 이온 발생 소자(1)의 인가전압(V+)에 노이즈(N1)가 들어가면, 거기에 상응하는 바이어스 소자(4)에 마찬가지의 노이즈(N4)가 들어가지만, 이들 노이즈(N1), (N4)는 정부 양쪽에 나타나고, 이들의 차이에 변화는 없다. 마찬가지로 해서, 부측 이온 발생 소자(2)의 인가전압(V-)에 노이즈(N2)가 들어가면, 거기에 상응하는 바이어스 소자(3)에 마찬가지 노이즈(N3)가 들어가지만, 이들 노이즈(N2), (N3)는 정부의 양쪽에 나타나고, 이들의 차이에 변화는 없다. 이와 같이 해서, DC 고전압원에 노이즈가 들어가도, 정부의 이온 발생 소자(1), (2)는, 이온 발생 밸런스 상태에 영향을 주는 일이 없는 것을 알 수 있다.

도 17은 고전압원(112)이 직사각형 파형상 펄스 DC 전압을 공급할 경우, 도 18은 펄스형상 AC 전압을 공급할 경우를 나타내지만, 어느 쪽의 경우도, 정측 이온 발생 소자(1)와 그것에 상응하는 바이어스 소자(4)와의 사이의 노이즈(N1), (N4)를 포함한 전압차와 부측 이온 발생 소자(2)와 그것에 상응하는 바이어스 소자(3)와의 사이의 노이즈(N2), (N3)를 포함한 전압차와는 동등하며, 따라서, 노이즈가 이온 발생에 영향을 주는 일이 없다.

4. 본 발명의 그 밖의 실시예

본 발명의 다른 실시예를 도 6 내지 도 13을 참조해서 이하에 기술한다.

4.1 홀수개의 이온 발생 소자

정 이온 발생은, 부 이온 발생에 비해서 많은 에너지를 필요로 하는 것이 확증되어 있다. 이 불균형을 보상해서 이온의 발생량을 균등하게 하기 위해서, 많은 이온 발생기는, 정 이온 발생 전극에 부 이온 발생 전극보다도 높은 전압을 인가해서 이온 출력을 밸런스시키고 있다. 이 수법의 결점은, 보다 높은 전압이 걸리는 정의 이온 발생 전극이 보다 빨리 마모되고, 또한 먼지의 축적이 증대하는 것이다.

본 발명에 있어서, 이온 발생 전극(111)은, 부측에 비해서, 정측에 보다 많은 이온 발생 소자(1), (2)와 바이어스 소자(3), (4)와의 쌍(이하, 단순히 "이온 발생쌍"이라 칭함)을 구비하고 있다. 정측 이온 발생쌍의 수의 부측 이온 발생쌍의 수에 대한 비율은 1 내지 2이다. 부 이온 발생에 비해서, 정 이온의 발생에 보다 많은 이온 발생쌍을 이용하면, 각각의 극에 대해서 이용할 수 있는 고전압원(112)의 크기는 동등하지만, 가능한 한 근접하게 된다. 이것은, 바꿔 말하면, 각각의 전극(111)에 대한 마모나 스트레스가 균일해지는 것을 의미한다. 또한, 정측의 이온 발생쌍의 수의 부측의 이온 발생쌍의 수에 대한 비율을 1 내지 2로 하는 것이 아니라, 정측의 이온 발생쌍의 길이를 부측의 이온 발생쌍의 길이보다도 길게 해도 되며, 이 길이의 비(정의 부에 대한 비)도 1 내지 2로 한다.

4.2 이온 발생 소자의 도핑

전술한 문제에 대응하는 기타의 수법은, 이온의 발생을 향상시키기 위해서, 이온 발생 소자(1), (2)를 도핑하는 것이다. 정 이온 발생 소자전극에는 정의 도핑을 실시해서 정 이온의 발생을 향상시키고, 부 이온 발생 소자전극에는 부의 도핑을 실시해서 부의 이온 발생을 향상시킬 수 있다. 각각의 도핑 레벨은, 이온 발생기가 소정의 인가 전압으로 이온 밸런스를 유지하는 것이 가능하도록 조정할 수 있다. 그 대신에, 이 4.2의 방식과 4.1에서 기술한 방식을 조합함으로써 이온의 발생량과 밸런스를 향상시킬 수도 있다.

4.3 반도체를 예로 하는 도핑의 기존 기술

반도체에 불순물을 도핑하기 위해서는, 일반적으로 확산 또는 이온주입을 이용한 기술이 이용되고 있다. 확산은, 반도체 웨이퍼를 노(爐) 속에 넣고, 필요한 불순물을 포함한 불활성 가스를 흐르게 하여 가열 처리하는 방법에 의해서 달성된다. 예를 들어, Si(규소)의 확산은, BN(질화붕소) 등의 고체 소스를 가열로 중에 배치하여, 기판을 800℃로부터 1200℃로 가열해서 불활성 가스를 흐르게 함으로써 행해지고, 이것에 의해서 Si 기판 중에 B(붕소)가 고농도로 첨가된다. 또한, 이온주입은, 이온주입장치를 이용해서 B, P(인), As(비소), In(인듐), Sb(안티몬) 등의 불순물을 이온화하여, 가속시켜 에너지를 부여해서, 반도체 기판에 이온을 주입하는 방법이다. 이것에 의해서 형성되는 불순물의 분포는, 가속되는 불순물 이온의 질량과 가속 에너지로 컨트롤할 수 있기 때문에, 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

(1) 불순물량을 전하량으로 제어할 수 있으므로, 주입하는 불순물의 양을 정 확하게 제어할 수 있어, 불순물 분포의 재현성이 좋다.

(2) 불순물의 도핑에 있어서, 10¹⁰으로부터 10¹⁴/㎠로 광범위한 도즈량의 제어가 가능하다.

(3) 불순물을 저온에서 도핑할 수 있다.

(4) 가속 전압을 제어함으로써, 기판 표면의 산화막이나 질화막을 통해서, 기판 중에 불순물의 주입이 가능하다.

4.4 기판 표면의 평면화에 의한 플랫 전극

수많은 이온화장치의 제조 현장에 있어서는, 청소나 유지·보수가 용이한 이온화장치를 갖는 것이 바람직하다. 종래 기술에 있어서는, 이온 발생 소자(1), (2)는 유전층(5)의 최상면으로부터 돌출해서 형성되어 있다. 이와 같이, 이온 발생 소자(1), (2)가 돌기 형상이면, 이온 발생 소자(1), (2)에 쓰레기나 먼지가 흡인되어, 부착하기 쉬워진다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 이온 발생 소자(1), (2)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 유전층(5)과 동일 평면으로 되도록 설계되어 있다. 이것을 달성하기 위하여, 유전층(5)은, 한층 두껍게 해서, 이온 발생 소자(1)의 형상에 맞는 홈을 형성할 수 있도록 하고 있다. 도전성 물질이 이 홈 속에 퇴적되어, 기판(6)의 표면이 매끈매끈하고 평탄하게 되도록 연마된다. 평탄하고 매끈매끈매끈한 표면을 얻기 위한 다른 수법은 여러 가지로 가능하다. 여기서 설명하는 수법은, 다수 고려할 수 있는 수법 중에서 예시적으로 든 것이며, 본 발명의 범위를 이들로만 한정 하는 것은 아니다.

도 6의 실시예와 같이, 이온 발생 소자(1), (2)가 기판(6)의 표면으로부터 돌출하고 있지 않으면, 이온 발생 전극(1), (2)에 진애가 흡인, 부착되는 것을 경감할 수 있다. 전극(111)의 표면이 평탄하고 매끈매끈하므로, 그 위에 천이나 와이퍼가 미끄러지듯 움직이게 하는 것을 용이하게 하므로, 전극(111)의 청소가 용이하게 된다. 그 대신에, 이온 발생 소자(1), (2)는, 유전층(5)으로부터 움푹 들어가게 하거나 돌출시키거나 해도 된다. 이온 발생 소자(1), (2)의 돌출은, 기체 중의 진애의 흡인이나 부착의 단점이 있는 반면, 기체분자에 노출하는 표면적이 증가하여 이온 발생량을 증가시키므로, 청정도가 대단히 높은 클린룸 등에서 사용될 경우에는 돌출이 있는 쪽이 유리하다.

4.5 탈착가능한 루버형 전극

이온 발생 전극은, 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이 부호 (130)으로 나타낸 수평배치나 부호 (140)으로 나타낸 수직배치나 부호 (150)으로 나타낸 수평수직의 조합 배치와 같은 탈착가능한 루버형으로 설계할 수 있다. 이 구성에 있어서, 이온은 루버의 개개의 칸막이 내에서 생성되어, 루버로부터 튀어나올 때 평행하게 된다. 이들 구성에 있어서, 이온은 한층 빠른 속도로 방향을 집중해서 튀어나올 수 있다. 이것에 의해, 각각의 이온이 반대 극성의 이온과 재결합하기 전에, 이온을 이온화장치로부터 더욱 멀리 운반할 수 있게 된다. 또한, 탈착가능한 설계(130), (140), (150)로 하면, 청소나 유지·보수가 한층 간단해진다. 1개의 예로서, 도 10은 팬을 내장한 탁상형 이온화장치(160)에 루버형 전극을 설치한 예를 나타낸다.

별도의 실시예는, 원통 형상으로 형성된 1개 혹은 그 이상의 개수의 전극(111)이며, 이 전극은 팬 모터의 중심축에 대해서 동축상으로 해서 동심원 형상으로 배치되어 있다. 또, 이 동심원 형상으로 배치된 개개의 전극(111)은, 팬의 송풍에 대해서 0°(수평)로부터 45°까지의 각도를 얻을 수 있고, 0°(수평)의 각도는 팬의 송풍을 직진시켜 이온의 퍼짐을 방지하고, 또 45°의 각도는, 팬의 송풍을 상하좌우로 퍼지게 하여 이온의 확산을 행한다.

4.6 내장식 ( built - in ) 클리닝 롤러 및 와이퍼

본 발명의 다른 태양에서, 이온 발생기(110)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 전극(111)의 표면에 붙은 쓰레기나 입자를 청소하기 위한 클리닝 롤러 혹은 와이퍼(171)를 구비하고 있다. 클리닝 롤러 혹은 와이퍼를 좌우로 손으로 이동시킴으로써 청소가 행해진다. 클리닝 롤러 혹은 와이퍼는, 착탈가능하게 할 수 있고, 그것에 의해서 클리닝 롤러 혹은 와이퍼 자체의 청소나 유지·보수도 용이하게 행할 수 있다.

4.7 이온 발생 전극을 이용한 이온 발생 장치

이온 발생 전극(111), 고전압원(112), 팬 또는 기타의 송풍 시스템(113)은, 다수의 다른 종류의 이온화장치에 사용할 수 있다. 또, 이온 발생기(110)는, 탁상형 혹은 천정 설치(오버헤드)형 이온화장치로서, 1개 또는 그 이상의 팬을 부착할 수 있다. 이온 발생 전극(111)과 고전압원(112)은, 이온을 반송하기 위한 압축공기를 이용하는 건(gun)형 또는 노즐형의 이온화장치로서 내장될 수 있다. 그 대신 에, 이온 발생 전극(111)과 고전압원(112)은, 이온을 반송하기 위한 압축공기 또는 외부 공기류를 이용하는 바(bar)형의 이온화장치로서 내장될 수 있다.

그들 이외에, 이온 발생기(110)는, 정전복사기, 정전분리기, 정전도장기, 공기청정기, 에어 컨디셔너, 스핀 드라이어, 표면청정기 등에 일체로 내장시킬 수 있다. 또한, 이온 발생기(110)는, 가정용 또는 자동차 내에서 사용하는 이온화장치로서 사용할 수도 있다.

4.8 이온화장치 모듈

이온 발생 전극(111)과 고전압원(112)은, 그 독자의 디자인에 의해, 매우 작게 설계할 수 있고, 도 12에 나타낸 바와 같이, 소형의 이온화장치 모듈(181), (182)로서 설계할 수 있다. 이온화장치 모듈(181)은, 팬 혹은 송풍 시스템(113)을 갖지 않고 조립될 수 있어 보다 소형으로 할 수 있다. 실제의 사용에 있어서는, 이온화장치 모듈은, 효율적으로 기능하도록, 사용 환경 중에 있는 공기류를 이용한다. 이온화장치 모듈은, DC 24V와 같은 저전압을 공급해서 사용할 수 있다.

이온화장치 모듈(180)은, 종래의 이온화장치에서는 설치할 수 없는 바와 같은 좁은 장소에서의 용도에 최적이다. 이 소형화를 실현하기 위한 1개의 예로서, 이온화장치 모듈(180)을 이온 발생 전극(111)과 고전압원(112)을 포함하는 인쇄 기판(PCB)을 이용해서 그 위에 붙박을 수 있다.

그 대신에, 이온화장치 모듈(182)은, 대상물 혹은 대상으로 되는 영역까지보다 재빠르게 이온을 운반하는 수단을 구비함으로써, 이온화장치의 성능을 향상시키는 공기 보조 조립체를 구비할 수 있다. 공기 보조 조립체는, 도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 공기 도입구(184)와 다수의 원형 또는 슬릿 형상 공기구멍(183)(또는 공기 취출구)과 공기 도입구(184)로부터 공기구멍(183)까지의 통로로 이루어져 있다. 이온을 반송하기 위해서, 공기 보조 어셈블리는, 반도체나 액정의 제조공장에서 사용되는 압축 건조공기나 질소를 사용할 수 있다. 장치를 에어 클리너로서 사용할 경우에는, 도 15c에 나타낸 바와 같이, 공기 보조 조립체의 공기의 흐름이 도 15a 및 도 15b와는 전혀 반대로 되어, 공기 도입구(184)가 공기취출구로 되고, 공기구멍(183)은 공기 흡인 구멍으로 된다. 또한, 도 15b 및 도 15c에 있어서, 부호 (185)는 이온 발생 전극(111)과 공기 도입구 또는 취출구(184) 사이에 배치된 공동(空洞)이고, 또 (114)는 고압배선을 나타낸다.

상기 대신에, 이온화장치 모듈은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 복수의 이온 발생 전극(111)과 고전압원 회로(112)를 설치한 회로기판(190)에 조립할 수 있다. 적당한 공기류를 이용하면, 이 이온화장치는, 넓은 영역에 퍼지는 것이 가능한 이온을 한층 많이 발생할 수 있다.

이에 부가해서, 이온화장치 모듈(180)은, 부착이나 탈착을 신속하게 하고, 유지·보수를 용이하게 하기 위하여, 와이어 커넥터, 리본 커넥터, RJ11 커넥터 혹은 에지 커넥터를 지니도록 설계할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 이온 발생 전극(111)과 고전압원 회로(112)를 메인(main) 기판 혹은 마더 보드에 직접 실장하는 것이다. 이 수법에 의해, 이온화장치 혹은 이온화장치를 필요로 하는 장치에 있어서, 공간 절약을 실현하고, 또 별도의 모듈을 설계하는 수고를 생략할 수 있다.

4.9 전극 형상

도 1 내지 도 6의 형태에서는, 전극을 구성하는 이온 발생 소자나 바이어스 소자가 직선적인 빗살 형상인 것이 표시되어 있지만, 이들 소자의 형상은, 이것으로 한정되지 않고, 임의의 형태로 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 14a 및 도 14b에 나타낸 바와 같은 소용돌이 형상, 도 14c에 나타낸 바와 같은 절결 원 형상으로 할 수 있다. 또, 이들 도 14에 있어서, 점선의 원은 고압전원의 접속 부위를 나타낸다.

본 발명에 의하면, 자기 밸런스 제어 이온 발생기의 이점을 평탄하면서 매끈매끈한 형상의 이온 발생 전극과 그것을 이용한 마이크로방전 디바이스의 이점을 겸비하고 있고, 또한, 이온센서나 피드백제어용의 전자회로도 이용하는 일없이, 정부의 이온을 동량 발생시킬 수 있어, 높은 산업상의 이용성을 가진다.

도 1a는 본 발명에 의해 4층 기판에 설치된 능동형 바이어스를 도시한 도면;

도 1b는 본 발명에 의해 2층 기판에 설치된 능동형 바이어스를 도시한 도면;

도 1c는 본 발명에 의해 2개의 2층 기판 위에 설치된 능동형 바이어스를 도시한 도면;

도 2a는 본 발명에 의해 4층 기판에 설치된 격리 바이어스를 도시한 도면;

도 2b는 본 발명에 의해 2층 기판에 설치된 격리 바이어스를 도시한 도면;

도 2c는 본 발명에 의해 2개의 2층 기판 위에 설치된 격리 바이어스를 도시한 도면;

도 3a는 본 발명에 의해 4층 기판에 설치된 격리 방사 소자를 도시한 도면;

도 3b는 본 발명에 의해 2층 기판에 설치된 격리 방사 소자의 1개의 양태를 도시한 도면;

도 3c는 본 발명에 의해 2층 기판에 설치된 격리 방사 소자의 다른 양태를 도시한 도면;

도 3d는 본 발명에 의해 2개의 2층 기판 위에 설치된 격리 방사 소자를 도시한 도면;

도 4는 이온 발생기의 기본 구조를 도시한 도면;

도 5는 미세 전계 강화부를 가진 이온 발생 소자와 바이어스 소자를 윗면으로부터 그리고 비스듬히 본 도면;

도 6은 이온 발생 소자와 유전층이 동일 평면을 지닌 4층 기본전극의 단면 도;

도 7은 탈착가능한 제1 루버형 기판의 사시도;

도 8은 탈착가능한 제2 루버형 기판의 사시도;

도 9는 탈착가능한 제3 루버형 기판의 사시도;

도 10은 팬을 내장한 탁상형 이온화장치의 루버의 사시도;

도 11은 클리닝 롤러의 사시도;

도 12는 공기 보조 조립체를 구비한 것과 구비하지 않는 것과의 이온화장치 모듈의 사시도;

도 13은 보드 형태로 조립된 이온화장치 모듈의 사시도;

도 14a는 본 발명의 이온화장치에 있어서, 사각형 소용돌이 형태로 원형 공기구멍을 가진 전극의 정면측의 사시도;

도 14b는 본 발명의 이온화장치에 있어서, 사각형 소용돌이 형태로 슬릿 형상 공기구멍을 가진 전극의 배면측의 사시도;

도 14c는 본 발명의 이온화장치에 있어서, 절결원형의 형태로 원형 공기구멍을 가진 전극의 정면측의 사시도;

도 15a는 본 발명의 이온화장치의 이온 발생 전극과 고압전원과 공기 도입 구 또는 취출구와 공기구멍과의 관계를 나타낸 사시도;

도 15b는 도 15a에 있어서 공기구멍으로 공기를 취출하는 통상의 사용 상태를 나타낸 단면도;

도 15c는 도 15a에 있어서 공기구멍으로 공기를 흡인하는 에어 클리너로서 사용하는 상태를 나타낸 단면도;

도 16은 도 6의 형태의 이온화장치의 DC 고압원에 노이즈가 들어갔을 경우의 정극측과 부극측의 전압변동을 나타낸 파형도;

도 17은 도 6의 형태의 이온화장치의 펄스 DC 고압원에 노이즈가 들어갔을 경우의 정극측과 부극측의 전압변동을 나타낸 파형도;

도 18은 도 6의 형태의 이온화장치의 직사각형파 AC 고압원에 노이즈가 들어갔을 경우의 정극측과 부극측의 전압변동을 나타낸 파형도.

<부호의 설명>

1, 2: 이온 발생 소자 3, 4: 바이어스 소자

5: 유전층 6: 기판

7: 비아 8: 정의 고압전원

9: 부의 고압전원

10, 20, 30: 능동형 바이어스의 디자인

40, 50, 60: 격리 바이어스의 디자인

61: 제1중간층 62: 제2중간층

70, 80, 90, 100: 격리 이온 발생 소자

110: 이온 발생기 111: 이온 발생 전극

112: 고전압원 113: 팬 또는 송풍기

114: 고압배선

130, 140, 150: 이온 발생 전극의 루버형의 다른 설계

171: 와이퍼 181, 182: 이온화장치 모듈

183: 공기 송풍 구멍 184: 공기 입구

185: 공동 190: 회로기판

N, N1, N2, N3, N4: 노이즈

Claims (14)

1. 기판;

   상기 기판에 유지된 정부(正負)의 이온 발생 소자;

   상기 정부의 이온 발생 소자에 대응해서 상기 기판에 유지된 정부의 바이어스 소자; 및

   상기 이온 발생 소자와 대응하는 바이어스 소자 사이에 배치된 유전층으로 이루어지고,

   상기 이온 발생 소자와 상응하는 바이어스 소자와의 사이는 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
2. 제1항에 있어서, 상기 이온 발생 소자와 당해 이온 발생 소자에 대응하는 바이어스 소자는, 동일 평면 내를 돌출해서 뻗는 전계 강화부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
3. 제1항에 있어서, 상기 이온 발생 소자는 상기 유전층과 동일 평면으로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
4. 제1항에 있어서, 상기 이온 발생 소자는 상기 유전층에 대해서 움푹 들어가거나 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
5. 제1항에 있어서, 정 이온 발생용의 이온 발생 소자와 바이어스 소자와의 정측의 쌍을 부 이온 발생용의 이온 발생 소자와 바이어스 소자와의 부측의 쌍보다도 많거나 길게 하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
6. 제1항에 있어서, 상기 이온 발생 소자는 도핑이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생 전극.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 이온 발생 전극;

   상기 이온 발생 전극의 정부의 이온 발생 소자와 대응하는 바이어스 소자를 가압하는 고압전원; 및

   상기 정부의 이온 발생 소자로부터 방사되는 정부의 이온을 반송하는 송풍 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
8. 제7항에 있어서, 각 이온 발생 소자에 대응하는 바이어스 소자는 그라운드(ground)나 다른 회로로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
9. 제7항에 있어서, 상기 한쪽의 이온 발생 소자와 다른 쪽의 이온 발생 소자는 그라운드나 다른 회로로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
10. 제7항에 있어서, 상기 이온 발생 전극은, 수평, 수직 또는 수평과 수직과의 조합의 배치의 루버 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
11. 제10항에 있어서, 상기 루버 형태의 이온 발생 전극은 상기 송풍 수단의 중심축선에 대해서 동심원 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
12. 제7항에 있어서, 상기 이온 발생 전극을 청소하기 위한 내장식 또는 탈착가능한 클리닝 롤러 또는 와이퍼로 이루어진 청소 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생기.
13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 이온 발생 전극; 및

    상기 이온 발생 전극의 정부의 이온 발생 소자와 대응하는 바이어스 소자를 가압하는 고압전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화장치 모듈.
14. 제13항에 있어서, 공기입구와 공기출구와 상기 공기입구로부터 공기출구까지의 공기통로로 이루어진 공기보조 조립체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화장치 모듈.

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