TW201539023A - 環境清潔和抗菌照明部件和燈具 - Google Patents
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Abstract
根據各式各樣的實例之系統及方法結合三分別的技術，以形成具有強化的抗菌性及空氣清潔能力之獨特照明系統。三個技術的結合也產生延長照明燈具所需的維修週期之照明系統。第一技術是根據銳鈦礦型TiO2。第二及第三個技術是根據微米尺寸的表面結構之使用，以產生光散射效應，且同時，即使在無光或暗的環境期間，仍然能同時降低細菌移生及抑制細菌遷移。
Description
本揭示大致上關於照明燈具領域。更特別地，本揭示關於降低細菌生長及在例如健康照護機構中維持衛生的環境。
據評估5%至10%的住院病人遭受一或更多與健康照護有關的感染，導致全世界超過一百萬的人受到醫院感染的影響。在包含看護所及復建單位等延伸照護機構中，與感染有關的健康照護也是重要問題。這些健康照護受到的感染也與每年幾乎100,000死亡有關。
受到健康照護有關的微生物感染之病人經常使它們近處的物品受到微生物污染，這些微生物可以在表面上存活數天至數週。在照護機構中受污染的表面助長健康照護有關的微生物之散播。在某些情形中，病人經由直接接觸受污染的設備或其它表面而感染微生物。受污染的表面成為照護工作者的手被感染之來源。照護工作經由接觸被污染的表面而污染他們的手，以及，假使他們的手未適當清
潔，則會傳播微生物。
在具有某些傳染病的病人退房後未適當清潔房間，而後續入住該房的病人處於感染生物體的風險。常規的病房清潔通常是在要求的標準之下。因此，增強環境清潔及去除感染可降低病人感染多重抗藥性病菌的風險。清潔、除感染及消毒會拯救生命及改善病人結果。提供病人安全的照護環境會要求醫療設備及環境表面適當清潔及去除感染。
因此，已熟知以紫外線(UV)照明系統用於環境去除感染及消毒。大部份商業上可取得的具抗菌功能的照明系統會結合各種無機及有機式抗菌材料(AM)作為混入例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)及聚乙烯(PE)等傳統材料的添加物，以用於例如散光器等照明部件，來抑制微生物在它們的外表面生長。但是，由於AM的本質抑制機制要求某種程度的濕度以及AM功效會因有危害的微生物累積於表面而降低。因此，要求每3-4天之頻繁清潔。
一習知的清潔技術是使二氧化鈦光觸媒塗層受UV光曝照以提供根據光催化科學之純化塗著處理。光催化原理是使用光作為能量以加速本質的清潔及純化處理。光催化塗著是可以應用於牆壁、天花板、地毯、窗簾、汽車內部、馬桶座、等等之「綠」技術，在所有種類的表面上形成看不見的膜。此膜可以整日作用以分解所有種類的微有機物質，例如細菌、病毒、黴菌、甲醛、苯、二甲苯、
氨、揮發性有機物(VOC)、不佳的氣味、等等。
提供固定的光量，二氧化鈦觸媒可以控制及防止細菌、微生物、及黴菌的生長。在例如醫院、學校、公共廁所、餐廳、酒吧、俱樂部、戲院、日照中心、集會中心、運動場、及賭場等環境中，可以殺死及分解任何有害的細菌及微生物。
二氧化鈦是安全及穩定的物質。利用其光觸媒反應特性，發展出眾多應用。採用燈觸媒或光觸媒，二氧化鈦會將有機化合物斷裂以及作為殺菌劑及除臭劑。光觸媒塗著可以將任何表面轉換成自行清潔、抗菌、抗真菌、及無黴菌表面。與重力耦合的二氧化鈦之親水性(或高度水親和性)使得塗著自行清潔。
二氧化鈦光觸媒塗著已證明會藉由光催化氧化而清潔空氣及殺死病菌，以及，親水表面也容易清潔。但是，由於有時在夜間有較少UVA或在未使用期間完全無UVA時，其使用受限。
在上述缺點的情形下，需要系統及方法，以在無光或暗的環境期間，產生光散射效應，同時降低細菌移生、及抑制細菌遷移。也需要用於環境清潔及抗菌照明方法和裝置，以降低頻繁清潔的要求。
在某些實施例中，系統及方法結合三個獨立的技術，以形成具有強化的抗菌性及空氣清潔能力之獨特照明系
統。三個技術的結合也產生可延長照明燈具所需的維修週期之照明系統。第一技術是根據銳鈦礦型TiO2。第二及第三技術是根據奈米/微米尺寸的表面結構之使用，以產生光散射效應，且同時，即使在無光或暗的環境期間，仍然能同時降低細菌移生及抑制細菌遷移。
在某些實施例中，系統及方法結合由TiOx提供的光催化效應，而不使用抗菌添加物。由也提供散射功能之圖型化的奈米/微米尺寸的表面，提供微生物生長的物理抑制。系統及方法的結合技術改良照明燈具的各種性能態樣，例如殺死及抑制抗微生物的生長、清潔周圍空氣、及容易清潔維護。
於下，參考附圖，詳述本發明的各種實施例之特點及優點、以及結構和操作。注意，本發明不侷限於此處所述的特定實施例。此處呈現之這些實施例是僅作為說明之用。根據此處含有的揭示，習於此技藝者將清楚其它實施例。
100‧‧‧膜
102‧‧‧結構表面
103‧‧‧燈具
200‧‧‧舉例說明的方法
210、220‧‧‧步驟
本揭示採取各種組件及組件配置，以及不同的處理操作及處理操作配置之形式。在附圖中顯示本揭示中，在所有圖式中，類似的代號表示對應的或類似的構中。圖式僅用於顯示較佳實施例且不應被解釋為限定本揭示。從圖式的說明中，習於此技藝者應清楚知道本揭示的新穎態樣。
圖1是部份剖面視圖，顯示根據本揭示的銳鈦礦二氧
化鈦光觸媒結構的配置；以及圖2是根據本揭示之舉例說明的實施本發明的方法之流程圖。
下述詳細說明本質上僅為舉例說明並非要限定此處揭示的本申請案及用途。此外，並未意圖要受之前的先前技術或發明內容或下述詳細說明中呈現的任何理論限制。
在本申請案中，各式各樣實施例的說明使用「包括」語詞，但是，習於此技藝者將瞭解，在某些特定情形中，可以使用「主要由…組成」或是「由…組成」等語詞交替地說明。
為了助於更佳瞭解本發明且絕非要限制揭示的範圍，習於此技藝者將清楚知道，除非另外指明，否則單數的使用是包含多複數。因此，在本說明中交互地使用「一(a及an)」、及「至少之一」。
除非另外指明，否則，所有表示數量、百分比或比例之數目、以及說明書及申請專利範圍中使用的數值在所有情形中可由「約」一詞修改。因此，除非相反表示，否則，下述說明及申請專利範圍中揭示的數值參數是近似值，可以視要取得的所需特性而定。在某些情形中，「約」可被視為給定值的±5%。因此，舉例而言，約100nm可意指95-105nm。最少，應至少慮及報告的顯著位數及藉由應用一般的捨入技術，來解釋各數值參數。
應瞭解，在揭示中交互地使用的二氧化鈦及TiO2等詞是要意指銳鈦礦型晶體TiO2以及也包含其它任何其它含有混合材料的銳鈦礦晶體結構TiO。
各式各樣的實施例提供與用於照明系統及組件之抗菌功能有關的系統及方法。為了在例如健康照護機構中降低細菌生長及維持衛生環境，各實施例關於具有由二氧化鈦(TiO2)供應的抗菌特性及空氣清潔能力以及奈米/微米尺寸的表面之照明方法及系統。
在各式各樣實施例中，即使在無光或暗的環境中的期間，系統及方法仍能產生光散射效應及同時降低細菌移生、及抑制細菌遷移。各式各樣實施例也提供用於環境清潔及抗菌照明之系統和方法，能夠降低頻繁清潔的要求。
在各式各樣實施例中，方法結合三個獨立的技術，以形成具有強化的抗菌性及空氣清潔能力之獨特照明系統。三個技術的結合也產生可延長照明燈具所需的維修週期之照明系統。
第一技術是根據銳鈦礦型TiO2。在某些實施例中，銳鈦礦型TiO2是晶體形式及約10-60nm厚。代替銳鈦礦型TiO2是已證明可藉由光催化氧化以清潔空氣及殺死微生物以及具有使表面能夠容易清潔的清水性之任何經過摻雜的金屬或金屬氧化物。舉例而言，經過摻雜的金屬或金屬氧化物可以選自Zn、Ag、Fe及Mn等組成的群組。所有這些金屬都可使用，但是，上述清單並非排除式清單。第二及第三技術是根據奈米/微米尺寸的表面結構之使用，以
產生光散射效應，以及，即使在無光期間，仍然能同時降低細菌移生及抑制細菌遷移。
如圖1中的實例所示般，具有約10-100nm的厚度之銳鈦礦TiO2晶體薄膜100或是具有TiO2晶體薄膜的摻雜金屬直接塗著至照明部件及燈具103上的奈米/微米尺寸結構表面102上。此層結構藉由降低微生物與基底之間的生化附著而物理地抑制微生物的生長。次100nm厚的TiO2塗著將不會改變奈米/微米尺寸結構的形狀，且將不會影響其物理地抑制微生物生長之功能。
在各式各樣的實施例中，照明系統發射波長在約250-450nm中且在照明燈具的外表面上具有0.1μw/cm2的最小強度之光。
奈米/微米尺寸的結構之圖案(舉例而言，具有大於500nm的特徵尺寸)可以轉印至光學組件的表面。此外，例如散光器及金屬框等照明系統的組件可以裝入於奈米/微米尺寸的結構內。舉例而言，藉由輥對輥塗著、蝕刻、印製、轉印模製及熱成型，而施加奈米/微米尺寸的結構。習於此技藝者可瞭解有多種技術可以用以封裝照明部件。舉例而言，有多種模製技術可以用於封裝照明系統的組件。最廣泛使用的轉印模製。
但是，在不悖離本發明的範圍之下，可以使用例如射出模製、反應射出模製及壓縮模製等其它模製技術。將奈米/微米尺寸表面圖案形狀及寬高比最佳化，寬高比是形狀的寬度對其高度的比例。此最佳化不僅符合光學及光分
佈要求，也能取得最高抗菌(AM)功效以抑制例如大腸桿菌及金黃葡萄球菌等病原體之生長。此微生物清單僅是舉例說明而非限定的。
在施加奈米/微米尺寸的層之後，施加另一層。銳鈦礦型TiO2、金屬摻雜的銳鈦礦型TiO2或銳鈦礦TiOx構成的衍生物(例如SiOX、ZnO之複合物、以及例如SiH等有機混合物)以10-1000nm範圍內的厚度塗著於奈米/微米尺寸的表面圖案。在某些實施例中，此層可以是純晶體薄膜。在其它實施例中，此層可以藉由不同的黏結劑懸吊。在不同的實施例中，在這二層之間中可以有另一次100nm有機或無機式緩衝或保護層，例如氟聚合物、非晶TiO2、ZnO及SiO2。
在某些實施例中，銳鈦礦TiOx衍生物可以是側邊有修改官能基附著及具有不同極性，而使得頂部TiOx塗著表面可從親水表面變化至疏水表面，例如CFx基結合的銳鈦礦TiO混合物。這提供可控制的表面能量給頂部TiO塗著，由於疏水TiOx衍生物可以在光致動之下而成為親水性，所以，使得所需的清潔週期延長。除此之外，類似的表面圖案疏水表面具有降低微生物與基底之間的生物黏附之功能，而進一步增加系統的AM功效及延長維護週期。疏水表面可以防止受損或分解的微生物附著至微圖案表面以及增加連續的AM功效。導因於親水性的高度水親和性，會因為改進的水潤濕而容易清潔表面，所以，親水表面可以使清潔工作減輕。
圖2是舉例說明的實施本揭示之實施例的方法200的流程圖。於此說明方法，其提供具有增強的抗菌性、空氣清潔能力、及延長照明燈具所需的維修週期之照明系統。在舉例說明的方法之步驟210中，具有例如大於500nm的特徵尺寸之奈米/微米尺寸圖案施加至例如散光器或金屬框等照明系統的封裝組件及光學組件的表面。舉例而言，使用例如輥對輥塗著、壓花、鑄造、轉印模製及熱成型等技術，施加奈米/微米尺寸圖案。
在步驟220中，在步驟210中施加奈米/微米尺寸的層之後，施加另一層。在步驟220中，舉例而言，銳鈦礦型TiO2、金屬摻雜的銳鈦礦TiO2或銳鈦礦TiOx構成的衍生物(例如SiOX、ZnO之複合物、以及例如SiH等有機混合物)以10-1000nm範圍內的厚度塗著於奈米/微米尺寸的表面圖案。在某些實施例中，此層可以是純晶體薄膜。在其它實施例中，此層可以藉由不同的黏結劑懸吊。在不同的實施例中，在這二層之間中可以有另一次100nm有機或無機式緩衝或保護層，例如氟聚合物、非晶TiO2、ZnO及SiO2。
一般而言，提供在暗環境下增加TiO2塗著的AM功效之照明系統及方法。具有>500nm的特徵尺寸之微表面結構將抑制細菌生長及增加微生物附著至表面的困難度。這些微結構不需要光來啟動抗菌功能。TiO2需要光來作用。但是，藉由微表面結構，即使在黑暗中，此燈具仍將繼續具有AM功效。照明系統及方法也降低所需的清潔頻
率及容易清潔。
不使用任何抗菌添加物，系統及方法可以結合來自銳鈦礦TiOx的光催化效應及能夠藉由圖型化的奈米/微米尺寸表面而提供微生物生長的物理抑制。系統及方法的結合技術增進照明燈具的各式性能態樣，例如殺菌及抑制抗微生物的生長、清潔空氣及容易維護。
舉例而言，在提供空氣清潔功能之習知的AM技術中，仍然需要非常頻繁的維護(約每3-4天)。相較於習知的TiO2塗著技術，由於抑制微生物從微結構生長，所以可以需要較少的UVA強度來致動銳鈦礦TiOx以殺死微生物。使用更少的UVA會使得各種周圍塑膠材料的劣化風險最小化。此外，具有的優點是，由於這些照明通常已安裝在機構內，所以，將微圖案表面施加至用於目前安裝在非醫院機構中的照明燈具之散光器，不需要增加成本或是僅需最小的成本。
由於僅要求此低劑量及次100nm厚，所以，用於TiO2的材料及處理的成本也是很便宜。從成本的觀點而言，相對於目前的AM內建及聚合物為基礎的塗著技術，本發明是非常有競爭力的。此外，此微結構上的TiO2塗著技術藉由降低清潔頻率及節省額外成本而可以大幅地改良燈具維護。
特別是在慮及前述揭示時，習於此技藝者，可以實施仍由本揭示涵蓋的替代實施例、實例、及修改。此外，應瞭解用以說明揭示之術語本質上是文字說明而非限定。
習於此技藝者也將瞭解，在不悖離本揭示的精神及範圍之下，可以規劃上述較佳及替代實施例之各式各樣的適應及修改。因此，須瞭解，在後附的申請專利範圍內，可以以此處具體說明之外的方式，實施本揭示。
100‧‧‧二氧化鈦膜
102‧‧‧微米尺寸結構
103‧‧‧照明部件
Claims (17)
- 一種照明系統，包括：燈具，可操作以發射包含250nm至450nm波長之間的區域之光；以及該燈具的外表面對於250nm至450nm的該區域具有0.1μw/cm2之最小亮度；該照明系統又包括光散射光學組件及/或封裝組件，其中，該光散射光學組件及/或封裝組件包括在其表面上的圖案化的奈米/微米尺寸層、及在該圖型化的奈米/微米尺寸層上的光催化層。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該圖型化的奈米/微米尺寸層具有大於100nm的特徵尺寸。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，曝露於空氣中之該燈具的表面上的該光催化層是在圖型化的奈米/微米尺寸層上方的塗層。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該光催化層包括銳鈦礦型TiO2(二氧化鈦)、金屬摻雜的銳鈦礦TiO2及包含各種官能有機基之銳鈦礦TiOx構成的衍生物中至少之一。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該光催化層的厚度是在10-1000nm之間。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該光催化層包括純晶體薄膜。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該光催化 層藉由不同的黏結劑而懸吊。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，第二層沈積於該圖案化的奈米/微尺寸層以及該光催化層之間，以及，其中，該第二層包括10nm至1000nm之有機、無機式緩衝或劣化保護或黏著促進層。
- 如申請專利範圍第4項之系統，其中，銳鈦礦TiOx衍生物是側邊有修改官能基附著及具有不同極性，以致於TiOx塗著表面從親水表面變化至疏水表面。
- 如申請專利範圍第4項之系統，其中，將次100nm之有機矽烷等表面活性劑塗層塗著至含表面銳鈦礦TiO2的光催化層，以調諧光催化層表面特性。
- 如申請專利範圍第9項之系統，其中，該疏水表面防止受損或分解的微生物附著至圖案化的奈米/微米尺寸層及增加抗菌功效，以及，該親水表面便於表面區的清潔。
- 一種照明系統製造方法，其中，該照明系統包括光散射光學組件及/或封裝組件，該方法包括：將奈米/微米尺寸圖案轉印至光學組件及/或封裝組件的表面上；以及將光催化層轉移至該圖案化奈米/微米尺寸層上。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中，該轉印步驟包括藉由輥對輥塗著、轉印模製及熱形成中至少一技術以轉印該奈米/微米尺寸圖案。
- 如申請專利範圍第12項之方法，又包括塗著光 催化層至該奈米/微米尺寸層，其中，該光催化層包括銳鈦礦型TiO2(二氧化鈦)、金屬摻雜的銳鈦礦TiO2及銳鈦礦TiOx構成的衍生物中至少之一。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該光催化層包括純晶體薄膜或是藉由不同的黏結劑而懸吊。
- 如申請專利範圍第13項之系統，又包括具有修改官能基及具有不同極性之側邊附著銳鈦礦TiOx衍生物，以致於TiOx塗著表面從親水表面變化至疏水表面。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該燈具及該外表面累積的強度促進選自包含選自空氣除臭、降低細菌生長及表面消毒組成的群組中至少之一。
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