KR20220074370A - Dbd 플라즈마 발생기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 제1 기판의 일면에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제2 기판에서 상기 제1 기판을 향하는 일면에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 백금흑을 포함하는, DBD 플라즈마 발생기 및 그 제조방법을 제공하며, 일면에 백금흑(Pt-Black)을 형성한 평판형 전극에서 균일하게 플라즈마가 발생되어 공기정화 성능이 향상되고, 반도체 제조공정을 이용하지 않고 증착과 전기도금 방식을 이용하여 DBD 플라즈마 발생기를 제조하므로, 제조공정이 간단하고 제조비용이 낮다.

Description

DBD 플라즈마 발생기 및 그 제조방법{DBD plasma generator and manufacturing method thereof}
본 발명은 DBD 플라즈마 발생기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 공기정화기용 DBD 플라즈마 발생기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공기정화기는 공기중의 먼지, 세균, 바이러스, 유해 입자, 유해 가스 등을 제거하는 장치이다. 공기정화기는 대기오염의 증가에 대응하는 방법으로 가정, 기업, 등에 보급되고 있다. 공기정화기는 필터 여과식, 전기 집진식, 플라즈마식 등 다양한 종류가 존재한다. 플라즈마식 공기정화기는 대기 중에 플라즈마를 발생시키고 플라즈마에 공기를 통과시켜 공기중의 먼지 등의 입자를 대전시키거나, 공기 중의 산소를 이용하여 오존을 생성하여 유해 물질을 산화시킬 수 있다. 플라즈마를 발생시키기 위하여 다양한 구조의 전극이 개발되어 왔다. 침 형태의 전극이나, 기판 상에 반도체 공정을 이용하여 전극을 빗살 형태로 패터닝하는 구조나, 와이어 형태의 전극을 이용하는 등 다양한 구조가 존재한다.
KR 10-0462505 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 일면에 백금흑(Pt-Black)을 형성한 평판형 전극을 이용하는 DBD 플라즈마 발생기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 반도체 제조공정을 이용하지 않고 증착과 전기도금 방식을 이용하여 DBD 플라즈마 발생기를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기는, 제1 기판의 일면에 형성되는 제1 전극, 및 상기 제1 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제2 기판에서 상기 제1 기판을 향하는 일면에 형성되는 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 제2 전극은 백금흑을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은 AC 전원을 공급받고, 상기 제2 전극은 그라운드에 연결되어, 상기 제2 전극과 상기 제1 기판 사이에 플라즈마가 생성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판의 일면에 형성된 메탈층, 및 상기 메탈층에 형성된 백금흑층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 기판의 타면에 형성되는 연결패드, 및 상기 제2 기판을 일면과 타면을 관통하여 상기 연결패드와 상기 메탈층을 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제3 기판, 상기 제3 기판에서 상기 제2 기판을 향하는 일면에 반대되는 타면에 형성되는 제3 전극, 및 상기 제2 기판에서 상기 제3 기판을 향하는 타면에 형성되는 제4 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 제4 전극은 백금흑을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판의 일면에 형성된 제1 메탈층, 및 상기 제1 메탈층에 형성된 제1 백금흑층을 포함할 수 있고, 상기 제4 전극은 상기 제2 기판의 타면에 형성된 제2 메탈층, 및 상기 제2 메탈층에 형성된 제2 백금흑층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 기판은 일단이 상기 제1 기판과 제3 기판의 가장자리로부터 바깥으로 돌출되도록 형성되며, 상기 제2 기판의 상기 일단에 형성되는 연결패드, 및 상기 제2 기판의 내부를 관통하도록 형성되며, 상기 연결패드와 상기 제1 메탈층 또는 제2 메탈층 중의 적어도 하나를 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로 직접 방전이 발생하지 않도록, 상기 제2 전극은 상기 제1 기판의 가장자리로부터 내측으로 일정간격 이격되게 배치되고 제1 기판보다 작은 면적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 상기 제1 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 금속 재질의 원통형 바의 외면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극과 제2 전극에 상기 AC 전원 또는 그라운드를 전환하여 연결할 수 있는 스위칭회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기 제조방법은, 세라믹 재질의 제1 기판을 준비하는 제1 기판 준비단계, 상기 제1 기판의 일면에 금속을 도금하여 제1 전극을 형성하는 제1 전극 형성단계, 제2 기판을 준비하는 제2 기판 준비단계, 상기 제2 기판의 일면에 백금흑을 포함하는 제2 전극을 형성하는 제2 전극 형성단계, 및 상기 제1 기판의 일면에 반대되는 타면이 상기 제2 기판의 제2 전극이 형성된 일면과 마주보도록 배치하고, 상기 제1 기판과 제2 기판이 정해진 간격만큼 이격되도록 배치하는 조립단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극 형성단계는 상기 제2 기판의 일면에 금속을 도금하여 메탈층을 형성하는 메탈층 형성단계, 및 상기 메탈층에 전기도금을 이용하여 나노스케일의 백금흑층을 형성하는 백금흑층 형성단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메탈층 형성단계는 상기 제2 기판의 타면에 외부 회로와 연결되기 위한 연결패드와, 상기 메탈층과 상기 연결패드를 연결하기 위하여 상기 제2 기판의 일면과 타면을 관통하여 형성되는 연결부를 더 형성할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 일면에 백금흑(Pt-Black)을 형성한 평판형 전극을 이용한 DBD 플라즈마 발생기는 백금흑을 형성한 전극의 일면에서 균일하게 플라즈마가 발생되어 공기정화 성능이 향상된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 반도체 제조공정을 이용하지 않고 증착과 전기도금 방식을 이용하여 DBD 플라즈마 발생기를 제조하므로, 제조공정이 간단하고 제조비용이 낮다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기의 제2 기판의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기의 제2 전극이 원통형 바에 형성된 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기의 제2 기판의 단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기의 스위칭회로의 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기 제조방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)를 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)를 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)의 제2 기판(130)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)는, 제1 기판(110)의 일면에 형성되는 제1 전극(120), 제1 기판(110)의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제2 기판(130)에서 제1 기판(110)을 향하는 일면에 형성되는 제2 전극(140)을 포함할 수 있고, 제2 전극(140)은 백금흑을 포함할 수 있다. 그리고, DBD 플라즈마 발생기(10)에서, 제1 전극(120)은 AC 전원(12)을 공급받고, 제2 전극(140)은 그라운드(11)에 연결되어, 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에 플라즈마가 생성될 수 있다.
제2 전극(140)이 그라운드(11)에 연결되고, 제1 전극(120)이 전원(12)에 연결된 상태에서 교류 전원(12)을 인가하면, 제2 전극(140)과 제1 기판(110)의 타면 사이에는 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 방식의 플라즈마가 생성된다. DBD 플라즈마는 도 1의 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에 도시되어 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 사이의 공간에 공기를 통과시키면 DBD 플라즈마에 의해 공기 중의 유해 입자가 대전될 수 있다. 공기정화기는 DBD 플라즈마 발생기(10)와, 집진 장치를 포함할 수 있다. 공기정화기는 DBD 플라즈마 발생기(10)의 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 사이의 공간에 공기를 통과시키고 집진 장치를 통과하도록 공기를 이동시킬 수 있다. 공기중의 유해입자는 DBD 플라즈마 발생기(10)가 생성한 플라즈마에 의해 대전될 수 있고, 대전된 유해입자는 집진 장치에 의해 공기로부터 제거될 수 있다.
제1 기판(110)은 유전율이 높은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 기판(110)은 산화알루미늄(Al2O3), 쿼츠(Quartz) 등의 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 제2 기판(130)은 PCB로 형성될 수 있다. 제2 기판(130)은 제2 전극(140)을 형성할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(130)은 플라즈마가 형성될 수 있을 정도의 간격으로 이격되도록 배치된다.
제1 기판(110)과 제2 기판(130)은 평면형으로 형성될 수 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(130)은 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(130)이 평행하도록 배치되므로 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에 생성되는 플라즈마가 균일하게 분포할 수 있다.
제2 전극(140)은 백금흑(Platinum Black, Pt-Black)을 포함할 수 있다. 제2 전극(140)에 포함되는 백금흑은 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이 나노스케일의 다공성 구조를 가질 수 있다. 백금흑은 불규칙한 형태로 돌출 형성되며, 전기전도성을 갖는다. 백금흑의 나노스케일 돌출부에는 제1 전극(120)과 제2 전극(140) 사이에 형성되는 전계가 집중될 수 있고, 백금흑의 불규칙한 돌출부들의 말단과 제1 기판(110)의 사이에서 플라즈마가 형성될 수 있다. 종래의 평평한 금속 전극은 플라즈마를 발생시키기 위하여 상대적으로 높은 전압이 필요한 것에 비하여, DBD 플라즈마 발생기(10)는 백금흑의 돌출부 말단에 전계가 집중될 수 있기 때문에 상대적으로 낮은 AC 전압으로 플라즈마를 생성할 수 있다.
종래에 DBD 플라즈마 전극 구조에서 이용되는 다른 방법들이 있다. 종래에 탄소나노튜브를 전극에 형성하여 전계를 집중하려는 구조가 존재하나, 탄소나노튜브는 플라즈마 발생시 산화해버리는 문제가 존재한다. 그리고, 종래에 실리콘 기판을 반도체 제조공정을 이용하여 가공하여 돌출부(기둥이나 뿔 등)를 형성하는 구조가 존재하나, 실리콘 기판에 가공된 돌출부들은 실질적으로 높낮이가 서로 다르게 형성되고 서로 이격되어 있기 때문에, 어느 하나의 돌출부에서만 집중적으로 플라즈마가 생성되고 다른 돌출부에서는 생성되지 않아서 플라즈마가 균일하게 분포하지 않는 문제가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)는 제2 전극(140)에 백금흑을 포함하므로 종래의 DBD 플라즈마 전극 구조에서 발생하는 문제가 존재하지 않는다. 백금흑은 플래티늄(Pt) 재질이므로 플라즈마에 의해 발생할 수 있는 고온이나 고전압에도 산화되지 않고, 백금흑의 나노스케일 돌출부 구조를 그대로 유지할 수 있다. 그리고, 백금흑은 돌출부가 다수 형성되면서 돌출부가 나노스케일로 형성되므로 돌출부 사이의 간격이 매우 가까워서, 비록 돌출부의 높낮이가 다르더라도 어느 하나의 돌출부에서 플라즈마가 발생하는 경우 나노미터 간격으로 인접한 다른 돌출부에도 플라즈마가 옮겨가는 현상이 발생하고, 결과적으로 어느 하나의 돌출부에 플라즈마가 집중되는 것이 아니라 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있다.
종래의 플라즈마 발생을 위한 전극 구조는 다양하게 존재한다. 종래에 코로나 방전을 일으키기 위하여 금속 침 형태의 전극 구조를 이용하였다. 이러한 코로나 방전은 고전압 인가가 필요하며, 플라즈마에 의한 오존 발생량이 많은 문제가 있다. 그리고, 공기전화기에 적용하기 위하여 넓은 면적에 플라즈마를 생성할 필요가 있기 때문에 금속 침 형태의 전극을 다수 형성하는 것은 제조가 어렵고 부피가 큰 문제가 있다. 그리고, 종래에 DBD 플라즈마를 발생시키기 위하여 하나의 기판에 서로 엇갈리는 빗살형태 전극패턴을 형성하는 구조가 존재한다. 하나의 기판에 빗살형태의 전극패턴을 형성하는 것은 도금, 노광, 현상, 에칭 등의 반도체 생성공정을 이용할 필요가 있고, 따라서 제조비용이 높은 문제가 있다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)는 제1 기판(110)에 제1 전극(120)을 형성하고, 제2 기판(130)에 제2 전극(140)을 형성하는 과정에서 증착, 전기도금 등의 비교적 비용이 낮은 공정을 이용할 수 있다. 따라서 제조비용이 낮고, 평판형의 대면적 전극 제조가 용이하다.
도 2에 도시된 바와 같이, DBD 플라즈마 발생기(10)는, 제2 전극(140)에서 제1 전극(120)으로 직접 방전이 발생하지 않도록, 제2 전극(140)은 제1 기판(110)의 가장자리로부터 내측으로 일정간격 이격되게 배치되고 제1 기판(110)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다.
제1 전극(120)은 제1 기판(110)의 일면의 전체에 형성될 수 있다. 제1 기판(110)의 일면에 제1 전극(120)을 형성하는 과정에서 대면적의 제1 기판(110)의 일면에 제1 전극(120)을 전부 형성하고, 대면적의 제1 기판(110)의 일부를 절단하여 알맞은 크기의 제1 전극(120)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 제1 기판(110)의 가장자리에 제1 전극(120)이 존재할 수 있다. 만약 제2 전극(140)이 제1 기판(110)의 가장자리에 인접하게 위치하는 경우, 제1 기판(110)의 가장자리의 제1 전극(120)과 제2 전극(140) 사이에 직접 방전이 발생할 가능성이 있고, 이러한 직접 방전은 DBD 플라즈마를 생성하고자 하는 취지에 어긋난다. 따라서, DBD 플라즈마 발생기(10)에서 제2 전극(140)은 제1 기판(110)의 가장자리에서 내측방향으로 일정간격 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 그리고 제1 기판(110)의 가장자리로부터 내측으로 일정간격 떨어지도록 배치하려면 제2 전극(140)의 면적은 제1 기판(110)의 면적보다 작게 형성되어야 한다.
다르게 표현하면, 제2 전극(140)의 폭과 길이는 제1 전극(120)의 폭과 길이보다 작고, 제2 전극(140)의 중심과 제1 전극(120)의 중심은 동일한 위치에 배치될 수 있다. 제2 전극(140)은 제2 기판(130)의 일면에 형성되되, 제2 기판(130)의 일면 전부에 형성되지 않을 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전극(140)은 제2 기판(130)의 일면에 형성된 메탈층(141), 메탈층(141)에 형성된 백금흑층(142)을 포함할 수 있다. 그리고, DBD 플라즈마 발생기(10)는 제2 기판(130)의 타면에 형성되는 연결패드(143), 제2 기판(130)을 일면과 타면을 관통하여 상기 연결패드(143)와 메탈층(141)을 연결하는 연결부(144)를 더 포함할 수 있다.
제2 전극(140)은 메탈층(141)과 백금흑층(142)을 포함할 수 있다. 메탈층(141)은 제2 기판(130)의 일면에 증착되는 방법으로 형성될 수 있다. 메탈층(141)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 전기전도성을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 백금흑층(142)은 메탈층(141)에 백금흑을 전기도금하여 형성될 수 있다. 백금흑층(142)은 메탈층(141) 상에 나노스케일이고 불규칙적이며 다공성인 돌출부를 제공할 수 있다. 메탈층(141)은 제2 기판(130)에 형성되는 제2 전극(140)에 백금흑을 용이하게 형성하기 위하여 필요하고, 전기에너지를 백금흑에 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 기판(130)의 일단은 제1 기판(110)의 가장자리에서 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 제2 기판(130)의 일단에는 연결패드(143)가 형성된다. 연결패드(143)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 연결패드(143)는 외부회로와 연결되는 지점이다. 연결패드(143)가 제1 기판(110)의 가장자리의 내측에 위치하게 되는 경우 연결패드(143)에서 플라즈마가 발생할 수 있으므로 연결패드(143)는 제1 기판(110)의 가장자리에 인접하지 않고, 가장자리에서 벗어나는 외측에 위치하도록 형성된다. 그리고 연결패드(143)는 제2 기판(130)의 타면에 형성될 수 있다. 플라즈마는 제2 기판(130)의 일면에 형성된 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에서 형성되므로 연결패드(143)는 반대면인 제2 기판(130)의 타면에 형성되는 것이다.
제2 기판(130)에는 연결패드(143)와 메탈층(141)을 연결하는 연결부(144)가 더 형성될 수 있다. 연결부(144)는 전기전도성을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 연결부(144)는 제2 기판(130)의 일면에 형성되는 메탈층(141)과 제2 기판(130)의 타면에 형성되는 연결패드(143)를 연결하기 위하여 제2 기판(130)의 일면과 타면을 관통하도록 형성될 수 있다. 제2 기판(130)은 PCB로 형성될 수 있고, 연결부(144), 연결패드(143), 메탈층(141)은 PCB 생성 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 연결부(144)는 연결패드(143)나 메탈층(141)보다 얇은 폭을 갖게 형성될 수 있다. 전기절연성 재질로 연결부(144)를 커버하도록 제2 기판(130)에 보호층이 더 형성될 수 있다.
공기정화기는 이상으로 설명한 DBD 플라즈마 발생기(10)를 복수개 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)는 공기정화기의 공기흡입구의 크기에 대응하도록 다양한 크기의 제1 기판(110)과 제2 기판(130)을 저비용으로 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)의 제2 전극(140)이 원통형 바(131)에 형성된 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 전극(140)은 제1 기판(110)의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 금속 재질의 원통형 바(131)의 외면에 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 DBD 플라즈마 발생기(10)의 제2 전극(140)은 평판형으로 형성된 구조가 아니다. 도 4의 제2 전극(140)은 원통형 바(131)의 외면에 형성될 수 있다. 원통형 바(131)는 제1 전극(120)의 가운데에 위치하며 제1 전극(120)과 이격되도록 배치될 수 있다. 제2 전극(140)은 메탈층(141)을 포함하지 않을 수 있다. 제2 전극(140)이 형성되는 원통형 바(131)는 금속 재질로 형성되므로 메탈층(141)을 형성하지 않더라도 백금흑을 원통형 바(131)의 외면에 전기도금할 수 있기 때문이다.
백금흑층(142)은 원통형 바(131)의 일부에만 형성될 수 있다. 백금흑층(142)은 제1 기판(110)의 가장자리로부터 내측으로 일정간격 이격되는 위치까지 형성될 수 있다. 원통형 바(131)에서 백금흑층(142)이 형성되지 않은 일단은 제1 기판(110)의 가장자리의 바깥으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 원통형 바(131)에서 백금흑층(142)이 형성되지 않은 일단은 외부회로와 연결되는 연결패드(143)로서 기능할 수 있다. 원통형 바(131)에서 제1 기판(110)의 가장자리를 지나는 부분에는 전기절연성 재질로 형성된 커버부(132)가 더 형성될 수 있다. 커버부(132)는 유전율이 높은 재질로 형성되며, DBD 플라즈마가 발생하지 않을 정도로 두껍게 형성될 수 있다. 커버부(132)는 제1 기판(110)의 가장자리에 형성된 제1 전극(120)에서 원통형 바(131)로 직접 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기(10)를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기(10)를 나타내는 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양면형 DBD 플라즈마 발생기(10)의 제2 기판(130)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 5, 도 6, 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시에에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)는 제2 전극(140)의 양면에 플라즈마가 생성되는 양면형 구조를 가질 수 있다. DBD 플라즈마 발생기(10)는, 제1 기판(110), 제1 기판(110)의 일면에 형성되는 제1 전극(120), 제1 기판(110)의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제2 기판(130), 제2 기판(130)에서 상기 제1 기판(110)을 향하는 일면에 형성되는 제2 전극(140)을 포함하고, 제2 전극(140)은 백금흑을 포함하는 도 1에 도시된 구조에, 제2 기판(130)의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제3 기판(150), 제3 기판(150)에서 제2 기판(130)을 향하는 일면에 반대되는 타면에 형성되는 제3 전극(160), 및 제2 기판(130)에서 제3 기판(150)을 향하는 타면에 형성되는 제4 전극(145)을 더 포함할 수 있고, 제4 전극(145)은 백금흑을 포함할 수 있다.
제1 전극(120)과 제3 전극(160)은 AC 전원(12)에 연결되어 AC 전압을 공급받을 수 있다. 제2 전극(140)의 일면에 형성된 제2 전극(140)과 제2 전극(140)의 타면에 형성된 제4 전극(145)은 그라운드(11)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에서 DBD 플라즈마가 생성되고, 제4 전극(145)과 제3 기판(150) 사이에서 DBD 플라즈마가 생성된다. 즉, 제2 기판(130)의 양면에 플라즈마가 형성될 수 있다. 이러한 양면형 DBD 플라즈마 발생기(10)는 제2 기판(130)의 타면에도 플라즈마가 형성되므로, 제2 기판(130)과 제1 기판(110) 사이 뿐만 아니라 제2 기판(130)과 제3 기판(150) 사이에도 공기가 통과할 수 있으므로 공기정화 가능한 공기양이 증가될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, DBD 플라즈마 발생기(10)의 제2 전극(140)은 제2 기판(130)의 일면에 형성된 제1 메탈층(141), 및 제1 메탈층(141)에 형성된 제1 백금흑층(142)을 포함할 수 있고, 제4 전극(145)은 제2 기판(130)의 타면에 형성된 제2 메탈층(146), 제2 메탈층(146)에 형성된 제2 백금흑층(147)을 포함할 수 있다. 제2 전극(140), 제1 메탈층(141)과 제1 백금흑층(142)은 도 1, 도 2, 도 3을 참조하여 설명한 제2 전극(140), 메탈층(141), 백금흑층(142)과 동일하므로 동일한 참조부호를 사용한다.
제2 기판(130)은 일면에 제2 전극(140)이 형성되고, 타면에 제4 전극(145)이 형성된다. 제2 전극(140)과 제4 전극(145)은 동일한 구조로 형성될 수 있다. 제2 전극(140)과 제4 전극(145)은 메탈층(141)과 백금흑층(142)을 포함할 수 있다. 제2 메탈층(146)은 제1 메탈층(141)과 동일하게 형성될 수 있고, 제2 백금흑층(147)은 제1 백금흑층(142)과 동일하게 형성될 수 있다.
제2 기판(130)의 일면과 타면에 백금흑을 포함하는 제2 전극(140)과 제4 전극(145)이 형성되므로, 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이와 제4 전극(145)과 제3 기판(150) 사이에, 낮은 AC 전압으로 플라즈마가 균일하게 형성될 수 있다.
제2 기판(130)은 일단이 제1 기판(110)과 제3 기판(150)의 가장자리로부터 바깥으로 돌출되도록 형성될 수 있고, DBD 플라즈마 발생기(10)는, 제2 기판(130)의 일단에 형성되는 연결패드(143), 제2 기판(130)의 내부를 관통하도록 형성되며, 연결패드(143)와 제1 메탈층(141) 또는 제2 메탈층(146) 중의 적어도 하나를 연결하는 연결부(144)를 더 포함할 수 있다.
제2 기판(130)의 양면에 플라즈마가 생성되기 때문에, 외부회로와 연결되기 위한 연결패드(143)는 제1 기판(110) 또는 제3 기판(150)의 가장자리의 외측으로 돌출된 위치에 존재할 필요가 있다. 연결패드(143)가 제1 기판(110) 또는 제3 기판(150)의 가장자리의 내측에 존재하는 경우 연결패드(143)로부터 플라즈마가 생성될 위험이 있기 때문이다. 그러므로, 제2 기판(130)의 적어도 일부는 제1 기판(110)과 제3 기판(150)의 외측으로 돌출되는 부분을 갖고, 돌출된 부분에 연결패드(143)가 형성되는 것이 바람직하다.
제2 전극(140)과 제4 전극(145)은 제1 기판(110) 또는 제3 기판(150)의 가장자리로부터 내측으로 일정 간격만큼 이격된 위치에 배치될 수 있다. 그리고 제2 전극(140)과 제4 전극(145)의 면적은 제1 기판(110) 또는 제3 기판(150)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 다르게 표현하면, 제2 전극(140)과 제4 전극(145)의 폭과 길이는 제1 기판(110)과 제3 기판(150)의 폭과 길이보다 작게 형성될 수 있다. 제2 전극(140)과 제4 전극(145)이 제1 기판(110)이나 제3 기판(150)의 가장자리에 가깝게 배치되는 경우, 제1 전극(120)과 제2 전극(140) 사이에 직접 방전이 발생하거나 제3 전극(160)과 제4 전극(145) 사이에 직접 방전이 발생하는 것을 회피하기 위함이다.
그리고, 연결패드(143)와 제1 메탈층(141) 또는 제2 메탈층(146) 중의 적어도 하나를 연결하기 위한 연결부(144) 역시 제2 기판(130)의 일면 또는 타면에 노출되도록 형성되는 경우, 연결부(144)에서 제1 기판(110) 또는 제3 기판(150) 방향으로 플라즈마가 발생할 위험이 있다. 연결부(144)는 제2 기판(130)의 내부를 관통하도록 형성되어, 제2 기판(130)의 일면 또는 타면으로 노출되지 않게 형성되어, 이러한 위험을 회피할 수 있다. 제2 기판(130)은 다층 PCB를 이용하여 형성될 수 있고, 연결부(144)는 제2 기판(130)을 준비하는 과정에서 다층 PCB의 일부로서 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기(10)의 스위칭회로(13)의 동작을 나타내는 도면이다.
DBD 플라즈마 발생기(10)는, 제1 전극(120)과 제2 전극(140)에 AC 전원(12) 또는 그라운드(11)를 전환하여 연결할 수 있는 스위칭회로(13)를 더 포함할 수 있다. 스위칭회로(13)는 사용자가 공기정화기에 입력하는 명령에 따라 동작할 수 있다. 스위칭회로(13)는 제1 전극(120)에 AC 전원(12)을 연결하고 제2 전극(140)에 그라운드(11)를 연결한 상태와, 제1 전극(120)에 그라운드(11)를 연결하고 제2 전극(140)에 AC 전원(12)을 연결한 상태를 전환하기 위하여 필요한 전기적 구조를 갖는다. 스위칭회로(13)의 구체적인 구성은 생략한다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(120)에 AC 전원(12)이 연결되고 제2 전극(140)에 그라운드(11)가 연결되는 상태인 경우 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에 DBD 플라즈마가 형성된다. 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 전극(120)에 그라운드(11)가 연결되고 제2 전극(140)에 AC 전원(12)이 연결되는 상태인 경우 제2 전극(140)과 제1 기판(110) 사이에 코로나 방전에 의한 플라즈마가 형성된다. 사용자는 공기정화기에 명령을 입력하여 DBD 플라즈마 모드와 코로나 방전에 의한 플라즈마 모드를 선택할 수 있다.
DBD 플라즈마 모드에서는 오존 발생이 비교적 적어서 플라즈마 방식의 공기정화기의 부작용인 오존 생성을 최소화할 수 있다. 코로나 방전에 의한 플라즈마 모드에서는 고온의 플라즈마가 생성되므로 오존 발생량이 많다. 오존은 공기중에 떠다니는 세균이나 바이러스와 접촉하는 경우 세균이나 바이러스를 파괴할 수 있다. 따라서 사용자는 세균 또는 바이러스의 제거를 목적으로 코로나 방전에 의한 플라즈마 모드를 선택할 수 있다. 코로나 방전에 의한 플라즈마 모드로 공기정화기가 동작하는 경우, 별도로 공기정화기 내에 구비된 오존 중화 장치가 함께 동작하여 공기정화기 외부로 오존이 방출되지 않도록 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기 제조방법의 단계를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 DBD 플라즈마 발생기 제조방법은, 세라믹 재질의 제1 기판(110)을 준비하는 제1 기판 준비단계(S10), 제1 기판(110)의 일면에 금속을 도금하여 제1 전극(120)을 형성하는 제1 전극 형성단계(S20), 제2 기판(130)을 준비하는 제2 기판 준비단계(S30), 제2 기판(130)의 일면에 백금흑을 포함하는 제2 전극(140)을 형성하는 제2 전극 형성단계(S40), 및 제1 기판(110)의 일면에 반대되는 타면이 제2 기판(130)의 제2 전극(140)이 형성된 일면과 마주보도록 배치하고, 제1 기판(110)과 제2 기판(130)이 정해진 간격만큼 이격되도록 배치하는 조립단계(S50)를 포함할 수 있다.
제1 기판 준비단계(S10), 제1 전극 형성단계(S20)를 수행하는 것과, 제2 기판 준비단계(S30), 제2 전극 형성단계(S40)를 수행하는 것은 각각 독립적으로 수행될 수 있다. 제1 기판 준비단계(S10)는 세라믹 재질의 제1 기판(110)을 준비하는 것이다. 제1 기판(110)의 두께는 DBD 플라즈마가 발생하기 적합한 두께로 결정될 수 있다. 제1 기판 준비단계(S10) 이후에, 제1 전극 형성단계(S20)를 수행한다. 제1 전극 형성단계(S20)는 제1 기판(110)의 일면에 전기전도성 금속을 증착하여 평평한 금속층을 형성하는 과정이다. 제1 기판(110)의 일면에 형성된 금속층은 제1 전극(120)이 된다.
제2 기판 준비단계(S30)는 다양한 재질로 형성되는 제2 기판(130)을 준비하는 것이다. 제2 기판(130)은 유리, 세라믹, PCB, 금속 등 다양한 재질로 형성될 수 있다. 제2 기판(130)은 저비용이면서 가공이 편리한 PCB를 이용하는 것이 바람직하다. 제2 기판 준비단계(S30)에서 제2 기판(130)의 크기와 형태를 결정할 수 있다. 제2 기판(130)은 제1 기판(110)보다 폭이 좁고 길이가 짧게 형성될 수 있으며, 제2 기판(130)의 일단이 제1 기판(110)의 가장자리로부터 바깥으로 돌출되도록 형성할 수 있다. 제2 기판(130)의 일면과 타면을 관통하여 형성되는 연결부(144)를 형성하기 위하여 제2 기판(130)에 홀을 더 형성할 수 있다. 제2 기판(130)은 다층 PCB를 이용하여 제2 기판(130)의 내부를 관통하는 구조로 형성되는 연결부(144)를 더 형성할 수 있다.
제2 전극 형성단계(S40)는 제2 기판(130)의 일면에 금속을 도금하여 메탈층(141)을 형성하는 메탈층 형성단계(S41), 메탈층(141)에 전기도금을 이용하여 나노스케일의 백금흑층(142)을 형성하는 백금흑층 형성단계(S42)를 포함할 수 있다. 제2 전극 형성단계(S40)는 제2 기판(130) 상에 또는 원통형 바(131)의 외면에 제2 전극(140)을 형성하는 과정이다. 메탈층 형성단계(S41)는 제2 기판(130)의 일면에 또는 타면에 도금이나 증착 방법으로 전기전도성을 갖는 금속층을 형성하는 과정이다. 제2 기판(130)의 일부인 메탈층(141)은 백금흑층(142)이 형성될 영역에 형성될 수 있다.
메탈층 형성단계(S41)는 제2 기판(130)의 타면에 외부 회로와 연결되기 위한 연결패드(143)와, 메탈층(141)과 상기 연결패드(143)를 연결하기 위하여 상기 제2 기판(130)의 일면과 타면을 관통하여 형성되는 연결부(144)를 더 형성할 수 있다. 메탈층 형성단계(S41)에서 금속을 증착하는 과정에서 제2 기판(130)의 타면의 연결패드(143), 제2 기판(130)을 관통하는 연결부(144), 제2 기판(130)의 일면의 메탈층(141)을 한번에 형성할 수 있다. 제2 전극(140)이 금속 재질의 원통형 바(131)에 형성되는 경우에는 메탈층 형성단계(S41)를 생략할 수 있고, 대신에 제1 기판(110)의 가장자리에 가까운 원통형 바(131)의 외측에 전기절연성 재질로 커버부를 형성하는 과정을 수행할 필요가 있다.
백금흑층 형성단계(S42)는 백금 분말을 이용하여 제2 기판(130)의 일면에 형성된 메탈층(141)에 백금흑층(142)을 형성하는 과정이다. 백금흑층(142)은 백금 분말을 메탈층(141)에 전기도금하여 형성될 수 있다. 백금흑층 형성단계(S42)는 금속재질의 원통형 바(131)에 형성될 수도 있다. 백금흑층 형성단계(S42)에서는 제2 전극(140)의 폭과 길이에 따라 백금흑층(142)을 형성할 수 있다.
조립단계(S50)는 제1 전극(120)이 형성된 제1 기판(110)과, 제2 전극(140)이 형성된 제2 기판(130)을 알맞은 크기로 절단하고, 정해진 간격만큼 이격되도록 배치하고, 외부 회로와 연결하는 과정이다. 조립단계(S50)에서 그라운드(11) 또는 AC 전원(12)과 스위칭회로(13)가 연결되고, 스위칭회로(13)와 제1 기판(110)의 제1 전극(120), 제2 기판(130)의 연결패드(143)가 연결될 수 있다.
상술한 DBD 플라즈마 발생기 제조방법에 따르면, 반도체 제조공정을 이용하지 않고 DBD 플라즈마 발생기(10)를 제조할 수 있으므로 상대적으로 낮은 제조비용을 달성할 수 있다. 또한, 대면적의 제1 기판(110) 또는 제2 기판(130)을 제조하고, 알맞은 크기로 절단하여 DBD 플라즈마 발생기(10)를 조립할 수 있으므로 규모의 경제에 의한 비용절감 효과를 기대할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: DBD 플라즈마 발생기
11: 그라운드
12: 전원
13: 스위칭회로
110: 제1 기판
120: 제1 전극
130: 제2 기판
131: 원통형 바
132: 커버부
140: 제2 전극
141: 메탈층(제1 메탈층)
142: 백금흑층(제1 백금흑층)
143: 연결패드
144: 연결부
145: 제4 전극
146: 제2 메탈층
147: 제2 백금흑층
150: 제3 기판
160: 제3 전극

Claims (13)

  1. 제1 기판의 일면에 형성되는 제1 전극; 및
    상기 제1 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제2 기판에서 상기 제1 기판을 향하는 일면에 형성되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극은 백금흑을 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은 AC 전원을 공급받고,
    상기 제2 전극은 그라운드에 연결되어,
    상기 제2 전극과 상기 제1 기판 사이에 플라즈마가 생성되는, DBD 플라즈마 발생기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은
    상기 제2 기판의 일면에 형성된 메탈층; 및
    상기 메탈층에 형성된 백금흑층을 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 기판의 타면에 형성되는 연결패드; 및
    상기 제2 기판을 일면과 타면을 관통하여 상기 연결패드와 상기 메탈층을 연결하는 연결부를 더 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 제3 기판;
    상기 제3 기판에서 상기 제2 기판을 향하는 일면에 반대되는 타면에 형성되는 제3 전극; 및
    상기 제2 기판에서 상기 제3 기판을 향하는 타면에 형성되는 제4 전극을 더 포함하며,
    상기 제4 전극은 백금흑을 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 전극은
    상기 제2 기판의 일면에 형성된 제1 메탈층; 및
    상기 제1 메탈층에 형성된 제1 백금흑층을 포함하고,
    상기 제4 전극은
    상기 제2 기판의 타면에 형성된 제2 메탈층; 및
    상기 제2 메탈층에 형성된 제2 백금흑층을 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 기판은
    일단이 상기 제1 기판과 제3 기판의 가장자리로부터 바깥으로 돌출되도록 형성되며,
    상기 제2 기판의 상기 일단에 형성되는 연결패드; 및
    상기 제2 기판의 내부를 관통하도록 형성되며, 상기 연결패드와 상기 제1 메탈층 또는 제2 메탈층 중의 적어도 하나를 연결하는 연결부를 더 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극에서 상기 제1 전극으로 직접 방전이 발생하지 않도록, 상기 제2 전극은 상기 제1 기판의 가장자리로부터 내측으로 일정간격 이격되게 배치되고 제1 기판보다 작은 면적으로 형성되는, DBD 플라즈마 발생기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극은
    상기 제1 기판의 타면 방향으로 이격되도록 배치되는 금속 재질의 원통형 바의 외면에 형성되는, DBD 플라즈마 발생기.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전극과 제2 전극에 상기 AC 전원 또는 그라운드를 전환하여 연결할 수 있는 스위칭회로를 더 포함하는, DBD 플라즈마 발생기.
  11. 세라믹 재질의 제1 기판을 준비하는 제1 기판 준비단계;
    상기 제1 기판의 일면에 금속을 도금하여 제1 전극을 형성하는 제1 전극 형성단계;
    제2 기판을 준비하는 제2 기판 준비단계;
    상기 제2 기판의 일면에 백금흑을 포함하는 제2 전극을 형성하는 제2 전극 형성단계; 및
    상기 제1 기판의 일면에 반대되는 타면이 상기 제2 기판의 제2 전극이 형성된 일면과 마주보도록 배치하고, 상기 제1 기판과 제2 기판이 정해진 간격만큼 이격되도록 배치하는 조립단계를 포함하는, DBD 플라즈마 발생기 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 전극 형성단계는
    상기 제2 기판의 일면에 금속을 도금하여 메탈층을 형성하는 메탈층 형성단계; 및
    상기 메탈층에 전기도금을 이용하여 나노스케일의 백금흑층을 형성하는 백금흑층 형성단계를 포함하는, DBD 플라즈마 발생기 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 메탈층 형성단계는
    상기 제2 기판의 타면에 외부 회로와 연결되기 위한 연결패드와, 상기 메탈층과 상기 연결패드를 연결하기 위하여 상기 제2 기판의 일면과 타면을 관통하여 형성되는 연결부를 더 형성하는, DBD 플라즈마 발생기 제조방법.
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