KR20080042476A - 내열기능을 가지는 다층박막 안경렌즈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열에 강한 내열 안경용 렌즈 및 각종 렌즈에 관한 것으로 통상적으로 사용되는 다층 박막 코팅렌즈의 열에 약한 단점을 보완하여, 고온에서도 내열기능을 지녀 다층박막의 파괴 및 렌즈 자체의 뒤틀림과 왜곡을 막도록 설계되었다. 기존의 투과율을 높이기 위한 다층박막 코팅은 주로 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2), 이산화 지르코늄(Zirconium dioxide: ZrO2), 삼산화 알루미늄(Aluminum dioxide: Al2O3) 등으로 이루어진 5층 박막이 주로 사용되었다.
본 발명에서는 이러한 멀티코팅층의 구성에 이산화 티타늄(TiO2)을 사용하여 투과율을 더욱 향상시키는 한편, 고온에서도 다층박막의 크랙(Crack)및 변형이 오지않는 기능성 렌즈를 구현하였다.
안경, 안경렌즈, 렌즈, 멀티코팅렌즈, 내열렌즈
Description
도 1은 일반 렌즈의 코팅순서를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 개시하는 내열렌즈의 코팅순서를 나타내었다.
본 발명은 멀티 코팅렌즈에 관한 것으로서, 특히 안경용 렌즈를 비롯하여 각종 렌즈를 멀티코팅함에 있어서, 다섯 개의 AR(Anti-Reflection) Coating 층 중 두 개의 중간 코팅층에 이산화 티타늄층을 삽입하여 약 100도 시 정도의 온도에서도 렌즈의 왜곡 및 멀티 코팅층의 변형을 막도록 설계되었다.
일반적으로 통용되는 안경렌즈는 캐스팅된 구형 또는 평면의 상태로 1차 가공 된 후, 렌즈표면에 수 um ~ 수십 um 두께로 단단한 막을 형성하는 하드-처리(Hard-treatement)한후 렌즈의 특성에 중요한, 높은 투과율을 얻도록 5x10-5 Torr 이하의 고진공(High Vacuum) 내에서 AR Coating의 2차 처리를 하게 된다. 이와 같은 렌즈에 멀티코팅하는 방법은 이미 통상적인 기술로서 렌즈에 반사 색을 가시광선(Visible Lay: 400~700nm)내의 임의의 색으로(기존에는 주로 녹색: 약 550nm) 디자인하여 사용하는 단계에까지 이르게 되었다. 본 발명에서 개시하는 바는 AR coating을 시행한 후의 렌즈에 있어서 기존에 제기되어오던 치명적인 문제점을 개선할 수 있는 획기적인 방법을 제시한다.
일반적으로 안경렌즈에 사용하는 증착법은 크게 두 가지로 고진공(1x10-5Torr이하)하에서 (CVD(Chemical Vapor Deposition)와 PVD(Physical Vapor Deposition)증착법으로 나눌 수 있다. CVD 법은 플라스마 상태 등과 같이 기체상태에서 반응을 일으켜 타깃 (Substrate-target) 위에 고체 박막을 제조하는 방법이며, 여러 가지 화학반응에 응용될 수 있기 때문에 다양한 종류의 박막을 얻을 수 있으며, 미량의 소스(Source)로 많은 부분을 증착시키는 장점으로 인해서 산업 전반에 있어서 매우 다양하게 응용되고 있다. 한편, 이 CVD법은 증착 속도와 박막두께의 조절이 어려워서 박막 형성과정에서 나타나는 스트레스와 박막과 열팽창 계수 차이 등으로 인해 박막이 변형되는 등의 단점이 있다. 이러한 단점은 정확한 증착 속도와 박막두께의 조절을 필요로 하는 광학렌즈의 다층 증착 시스템에는 적용하기 힘들게 되었다. 반면에 E-Beam Evaporation 등과 같은 PVD법은 소스와 타깃의 위치가 고정되어있고, 연속적인 Electron beam energy를 조절할 수 있어 CVD법의 단점을 보완하여, 정확한 증착 속도와 박막의 두께를 조절할 수 있다. 박막 두께의 조절은 일반적으로 Crystal Sensor를 이용한 Thickness Monitor를 이용하여 옹스트롱 단위의 두께까지 세밀하게 제어할 수 있다. 도 1 은 이러한 방법을 이용하여 제작되는 멀티코팅 순서의 렌즈 측면도를 보여주고 있다. 이렇게 제작되는 종래의 기술을 살펴보면, Casting 렌즈(도 1-1) 위에 하드막(도 1-2)을 형성한 후 이산화 실리콘과 이산화 지르코늄을 5단계로 광학 시뮬레이션에 의해서 얻어진 두께로(ex. 대한민국 특허 제… ) 도 1-3~도 1-7과같이 증착된다. 도 1-8은 멀티 코팅렌즈에 통상적으로 시행되는 Water-prooff(수막방지)막이다. 상기한 바와 같이 형성된 멀티 코팅렌즈는 현재 유통되는 대부분의 안경렌즈에 적용되는 일반적인 방법이며, 이렇게 형성된 렌즈는 열에 약한 치명적인 단점이 있다. 공정단계에서부터 렌즈의 폴리머 구조의 변형을 막기 위해 낮은 온도(60~80도)에서 증착 작업이 이루어지며, 서로 교반되는 층 구조를 가지는데, 공정 작업 후 상온하에서는 큰 변형을 주지는 못하지만 온도차이를 유발하는 경우에는 이산화 실리콘과 이산화 지르코늄의 팽창률이 다름으로 인해서 멀티 코팅층의 Crack 현상과 파괴 현상을 가져오게 되며, 이것은 렌즈 자체의 투과기능을 현저하게 떨어뜨림으로써 렌즈의 멀티 층을 회복불능의 상태로 만들게 된다. 현재까지 보고된 여러 경우를 살펴보면 더운 여름날 주차된 차 안의 온도는 상온에 비하여 수십도 높은데, 이곳에 안경 또는 선글라스를 두게 되면 온도차이에 의한 열 파괴 현상이 일어나게 된다. 또한, 사우나 등과 같은 곳에서도 높은 온도로 인해 멀티 코팅층의 열 파괴가 일어나는 것으로 알려져 있으며, 이외에 높은 온도에서 작업하는 환경 및 특수한 온도환경에서도 많은 사례들이 보고되고 있다.
이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 단점을 해결하기 위한 것으로, 일상생활 중에서 자주 접하게 되는 고온의 환경에서도, 렌즈의 기본적인 투과력 향상을 위한 멀티 코팅층과 이미 사용되는 자외선차단 층, 전자파 차단 층, 수막층등이 열에 의한 파괴를 막는 방법을 제시하였다. 상세하게는 도 1에서와 같이 기존의 증착 물질이 이산화 실리콘과 이산화 지르코늄으로 이루어진 데 비해, 본 발명에서는 도 2와 같이 이산화 지르코늄을 완전히 사용하지않고 대신 이산화 티타늄(TiO2)을 사용하여 5개의 층으로 디자인하였다.
본 발명에서 제시하는 멀티코팅렌즈는 도 2와 같이 렌즈(도 2-1)의 표면에 코팅되는 코팅층을 이산화 실리콘과 이산화 지르코늄 등을 이용하여 적절한 순서에 따라 적층식 코팅하였다. 이러한 멀티 코팅렌즈는 통상의 생산 공정에서와 같이 고진공 증착(High Vacuum Evaporation) 내에서 상기 물질들이 진공상태에서 하드코팅(도 2-1)과 수막 코팅(도 2-8)을 포함하여 연속적으로 적층된다. 상기 렌즈의 사용되는 물질의 두께 디자인은 다음과 같다.
제 1층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-1350~1550 A
제 2층. 이산화 티타늄(Titanum dioxide: TiO2)-80~110 A
제 3층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-130~150 A
제 4층. 이산화 티타늄(Titanum dioxide: TiO2)-80~150A A
제 5층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-800~900 A
이상의 과정은 본 발명의 실험과정에서 가장 기본적으로 사용된 적층구조이다. 일반적인 적층구조는 보통 Layer-by-Layer로 성장하는 Stranski-Krastanow(SK) 양식으로 생각할 수 있으나 SK 양식의 경우에는 Lattice mismatch 가 없는 경우이며, Valmer-Werver(VW) 양식은 성장 초기부터 island growth 형태를 취하게 된다. 대부분의 서로 다른 물질의 적층구조의 경우 Lattice mismatch가 수 %가 넘게 되면 결합 부분에서 결합 응력(Stress)을 받게 된다. 이러한 불안정한 결합이 온도 등 주변의 기타 조건으로 인해 결합 파괴가 일어나게 된다. 실제 실시 예에서도 마찬가지로 이와 같은 조건만으로는 목적하는 내열성의 기능을 얻을 수 없었다. 이것의 원인으로 lattice의 크기가 다른 물질의 초기 성장 양식이 VW 양식으로 되었기 때문임을 예측하였으며, 적절한 원인규명을 위하여 이산화 실리콘과 이산화 티타늄의 분자 층 배열구조를 시뮬레이션하여 보았다. 본 발명의 중요한 과정 중 하나는, V-W 양식으로 성장된 이산화 실리콘과 이산화 티타늄의 적층구조를 열처리(annealing)하는 방법으로 안정화시키는 방법을 제시한다. 열처리의 두 가지 중요한 공정은 전 열처리 공정(Pre-annealing process)과 후 열처리(Post-annealing process)이다. 상세한 방법은 다음 순서에 따른다.
1. 전 열처리 공정.
a. 렌즈의 멀티코팅을 위하여 고진공 챔버내로 렌즈를 셋팅(Setting)하기전 챔버내 작업온도인 60~80도로 온도를 맞춘다.
b. 60~80도의 온도에서 30~40min 의 전열처리 과정을 거친다.
이 전열처리 과정으로 인해 렌즈표면의 수분제거는 물론, 표면 Polimer 구조의 안 정화(Relaxation)과정을 유도한다.
2. 후 열처리 공정
a. 고진공의 낮의 압력과 높은 온도의 챔버내에서 공정을 끝낸 렌즈는 밴트(Vent)과정을 통하여 상온의 대기압으로 나오게 된다.
b. 온도와 압력의 급격한 변화로 인해서 만들어진 적층구조의 안정화를 위해 90~110도의 온도로 후 열처리를 1~2시간 시행한다.
c. 후 열처리 된 렌즈는 갑작스러운 상온으로의 열 변화를 막기 위해 10~20도/5분의 간격으로 서서히 식혀준다.
이러한 과정을 통하여 최종 완성된 렌즈를 시험하여 본 결과 종래의 기술에 의하여 생산된 렌즈에 비해서 월등한 내열성을 가짐으로써 60~100도 사이의 온도에서도 멀티 층의 열 파괴 현상 및 렌즈의 왜곡 현상이 없어짐을 발견하였다.
본 발명에서는 내열 기능성 5층 멀티코팅의 무반사 코팅(Anti-reflection coating)을 제시하였다. 본 발명의 구성요소는 다음과 같다.
1. 60~80도의 온도에서 30~40min 의 전열처리 과정.
2. 이산화 실리콘과 이산화 티타늄을 사용한 무반사 5층 박막의 설계.
3. 90~110도의 온도로 후 열처리를 1~2시간 시행.
4. 상온으로의 열 변화를 막기 위해 10~20도/5분의 간격으로 식혀준다.
본 발명은 기존의 멀티 코팅된 안경렌즈의 온도에 따른 열 파괴현상을 보완하여 내열성을 가지도록 설계되었다. 본 발명으로 제시된 렌즈는 여름 낮의 주차된 자동차 안의 온도에서 열 파괴 현상을 보이던 안경렌즈 및 선글라스 렌즈 등의 멀티코팅층을 보호할 수 있다. 또한, 목욕탕 및 사우나 기타 높은 온도의 작업장에서 사용이 가능함으로써 높은 투과율과 안전한 렌즈의 사용을 가능하게 하였다.
Claims (2)
- 고진공 챔버하에서 생산되는 렌즈의 양면에 5층을 기본으로 하는 멀티 코팅층을 적층 하는 내열성 안경 렌즈에 있어서 다음의 순서와 물질의 양을 가지고 만들어진 무반사 코팅렌즈.제 1층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-1350~1550 A제 2층. 이산화 티타늄(Titanum dioxide: TiO2)-80~110 A제 3층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-130~150 A제 4층. 이산화 티타늄(Titanum dioxide: TiO2)-80~150 A제 5층. 이산화 실리콘(Silicon dioxide: SiO2)-800~900 A
- 청구항 1과 같은 렌즈의 생산 공정시 다음과 같은 전처리 및 후처리 공정을 거쳐서 내열성의 기능을 강화하도록 생산된 렌즈.전열처리 공정에서는 60~80도의 온도에서 30~40min의 과정을 거치며 고진공 챔버 밖으로 나온 렌즈의 후열처리를 90~110도의 온도로 1~2시간 시행한 것을 특징으로 하는 안경렌즈.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20061110 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |